植入位点及轴向对上颌中切牙即刻种植即刻负重后微动度影响的三维有限元分析

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目的:基于三维有限元法，分析并探讨不同分型的上颌中切牙即刻种植即刻负重后，植入位点及轴向对种植体微动度的影响。方法:参照1名健康成年人的口腔CBCT影像资料，建立偏唇形、中间型、偏腭型3种分型的上颌中切牙即刻种植即刻负重的三维有限元模型；模拟不同植入位点（根尖位点、偏腭/唇侧位点）及轴向（牙长轴、牙槽骨长轴）;对已建立的模型以100 N的力进行不同角度（0°、30°、45°、60°、90°）的应力加载；应用ANSYS软件分析种植体的位移情况。结果:成功建立12组不同分型的上颌中切牙即刻种植即刻负重三维有限元模型；偏唇型及偏腭型上颌中切牙行即刻种植即刻负重时，沿牙长轴方向偏腭/唇位点植入种植体更易获得较小的种植体微动度；中间型上颌中切牙行即刻种植即刻负重时，沿牙槽骨长轴方向根尖位点植入种植体更易获得较小的种植体微动度。结论:不同的位置分型、植入位点及轴向，都会对上颌中切牙即刻种植即刻负重后种植体微动度产生影响，临床应针对不同的上颌中切牙分型，制定相应的植入位点及轴向的手术方案。

实验方法：

3种分型的上颌中切牙即刻种植即刻负重三维有限元模型的建立与处理将 DICOM 格式的CBCT 数据扫描图像导入三维影像处理软件 Mim-ics17.0(Materialise公司,比利时),收集体层图像,以包含右上颌中切牙的部分颌骨为研究对象,通过调整中切牙在牙槽骨中的位置,获得偏唇形、中间型和偏腭型3种不同牙槽窝形态的上颌骨块(图2),筛选断层图像,进行初步优化,将实体模型几何模型以STL格式保存并输出。通过逆向工程反求软件Geomagicstudio(3DSystems公司,美国)导入STL文件,进行降噪和光顺化处理,最终获得三维实体模型以SEP格式文件保存。种植体(Straumann BLTNC3.3mm ×12mm)、修复基台及固位螺丝(Straumann原厂基台及对应的中央螺丝)、上部修复体(威兰德臻瓷二氧化锆全瓷冠)的几何模型均通过 NX8.5 三维设计软件 (Siemens公司,德国)建立,运用布尔运算,将种植体、修复基台及固位螺丝装配成一整体(图3),之后用厚度为0.07mm 的粘结剂模型将上部修复体与之前组装好的种植体-基台联合体进行装配,最终实现种植牙的三维模型建立。把建立好的种植修复体模型分别与3种不同牙槽窝形态的上颌骨块进行相互关系的调整,使用装配功能,通过移动和旋转种植修复体模型,调整其在牙槽骨中的位置,分别获得根尖位点、偏腭/唇位点两种植入位点,以及牙长轴、牙槽骨长轴两种植入轴向,将两种植入位点和两种植入轴向两两结合,完成最终实验模型的建立。将已建立好的12个几何模型导入到通用有限元分析软件 Ansys work-bench13.0(ANSYS 公司,美国)中,分别对各部件进行有限元网格划分,网格划分采取4面体10节点结构[6](图4,表1)。

实验假设、边界约束及材料属性参数实验分析基于线弹性力学理论,各生物材料均假设为均质、连续、各项同性的线弹性体,种植体与骨组织及骨粉间的接触关系设为摩擦接触,摩擦系数为0.2[7],其余接触关系均为 bond-ed固定接触;对颌骨模型进行近中、远中及顶面三面的固定约束,保证其在三维空间中无移动[8](图5)。实验中各材料的力学属性参数见表3。