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目的:
比较不同冠根比的平台转换结构种植义齿修复下颌第一磨牙对种植修复体各部件及周围骨组织应力分布的影响;比较种植体各部件间摩擦接触设定与绑定接触设定对上述分析结果的影响。
方法:
建立不同冠根比的平台转换结构种植义齿修复下颌第一磨牙的三维有限元模型。参照具有平台转换结构的韩国Dentium种植系统4.0mm×10.0mm种植体,在PRO/E Wildfire5.0三维制图软件中绘制两组包含相应基台、中央螺丝和烤瓷冠的种植修复体三维实体模型;根据种植体各部件间的设置分为两组:一组为摩擦接触组,将种植体与基台、基台与螺钉、螺钉与种植体之间设置为摩擦接触,摩擦系数为0.3,其余均为绑定接触;另一组为绑定接触组,将种植体各部件均设置为绑定接触。两组模型按照冠根比不同分别绘制1∶1.5、1∶1、1.5∶1、2∶1、3∶1共5种种植体三维实体模型。同理绘制下颌骨骨块模型,骨块简化为内部为松质骨,外部包绕1.3mm厚的皮质骨,其长度、上宽、下宽及高度分别为18、12、16及15mm。对两组模型分别进行垂直向及斜向加载,运用Ansys Workbench14.0比较各模型受力后Von Mises应力分布情况及应力变化趋势。
结果:
1、摩擦接触组
垂直载荷下,不同冠根比的各模型在种植体、基台、中央螺丝、牙冠和颌骨上整体应力分布较为均匀,种植修复体Von Mises应力峰值变化不明显,Von Mises最大应力出现在种植体颈部,冠根比为1.5∶1时,种植体颈部出现最大应力值,冠根比再增大,其应力反而减小。应力集中区出现在种植体颈部、基台与中央螺丝连接处。
斜向加载下,随着冠根比的增大,各模型Von Mises应力峰值明显增大,尤其各部件颊侧Von Mises应力峰值增长明显,冠根比为3∶1时种植体和中央螺丝的应力峰值约为1∶1的3倍,其余部件约增大了1倍。应力集中区出现在种植体颈部、基台与中央螺丝连接处,与垂直载荷下相一致,但Von Mises最大应力出现在基台上。
2、绑定接触组
垂直载荷下,不同冠根比的各模型在种植体、基台、中央螺丝、牙冠和颌骨上整体应力分布较为均匀,Von Mises应力峰值变化不明显,冠根比为1.5∶1时,在基台上出现最大应力值,冠根比再增大,其应力反而减小。应力集中区出现在种植体颈部、基台与中央螺丝连接处,与摩擦接触组相一致,但Von Mises最大应力出现在基台上。
斜向载荷下,各模型随着冠根比的增大,Von Mises应力峰值明显增大,尤其各部件的颊侧Von Mises应力峰值增长明显,冠根比为3∶1时种植体的应力峰值约为1∶1的4倍,其余部件约增大了1倍。应力集中区出现在种植体颈部、基台与中央螺丝连接处, Von Mises最大应力出现在基台上,与摩擦接触组相一致。
3、摩擦接触组与绑定接触组应力分布及变化对比
垂直载荷下,摩擦接触组Von Mises最大应力出现在种植体颈部,冠根比为1.5∶1时,在种植体颈部和中央螺丝处出现最大应力值,冠根比再增大,其应力反而减小。绑定接触组冠根比为1.5∶1时,Von Mises最大应力出现在基台上,冠根比再增大,其应力反而减小。
斜向载荷下,摩擦接触组冠根比为3∶1时种植体和中央螺丝的应力峰值约为1∶1的3倍,其余部件约增大了1倍。绑定接触组冠根比为3∶1时种植体的应力峰值约为1∶1的4倍,其余部件约增大了1倍。
结论:
1、垂直载荷下,冠根比为1.5∶1时,种植义齿所受应力值较大;斜向载荷下,随着冠根比的增大,种植体周围骨组织及各部件所承受的应力逐渐增大,冠根比为3∶1时达到最大。
2、平台转换结构减小了种植体-骨界面的应力集中,但增大了基台和中央螺丝松动和折断的风险。
3、种植义齿各部件间不同接触方式的设定,影响应力分析的结果;摩擦接触式种植体三维有限元模型能较真实反映种植体受力情况。