不同骨質(zhì)條件下種植體直徑和長度的生物力學(xué)優(yōu)化分析和選擇.pdf

1、種植義齒因具有傳統(tǒng)活動(dòng)義齒、固定義齒無法比擬的優(yōu)勢(shì)，在近十幾年中得到了長足的發(fā)展，越來越受到患者的青睞。雖然種植修復(fù)具有高達(dá)90％以上的遠(yuǎn)期成功率，但臨床上仍不時(shí)有種植修復(fù)失敗的病例報(bào)道，包括種植體的折斷、松動(dòng)，甚至于最后的脫落等，頜骨局部負(fù)荷過大引起的種植體周圍骨吸收則是造成種植修復(fù)失敗的主要原因之一。而種植修復(fù)的生物力學(xué)特性則在保障種植修復(fù)的遠(yuǎn)期成功率方面起著非常重要的作用。大量的研究結(jié)果表明，影響種植體生物力學(xué)傳遞的因素主要包括：

2、種植體材料、種植體設(shè)計(jì)、修復(fù)體設(shè)計(jì)、頜骨的生物力學(xué)特性和咬合力的加載方式等。相對(duì)于其它影響因素而言，種植體直徑、長度的優(yōu)化選擇和頜骨質(zhì)量在影響種植修復(fù)的遠(yuǎn)期成功率方面起著更為重要的作用。
　　在以往的關(guān)于種植體直徑和長度的研究報(bào)道中，多為直徑或長度的單因素、離散組合分析，其不能準(zhǔn)確的反映種植體直徑和長度同時(shí)、連續(xù)變化對(duì)頜骨應(yīng)力和種植體穩(wěn)定性的影響，同時(shí)目前尚未見種植體直徑和長度在不同頜骨質(zhì)量時(shí)相互關(guān)系的報(bào)道。本課題擬借助Pro/E

3、和AnsysWorkbench機(jī)械工程優(yōu)化分析方法，對(duì)不同骨質(zhì)條件下種植體的直徑和長度進(jìn)行系統(tǒng)的生物力學(xué)優(yōu)化分析，為臨床選擇種植體提供生物力學(xué)理論參考。
　　實(shí)驗(yàn)一：應(yīng)用Pro/E參數(shù)化建模軟件，繪制種植體、皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、冠修復(fù)體的三維實(shí)體模型，應(yīng)用Pro/E的自適應(yīng)裝配功能，建立可隨種植體宏觀結(jié)構(gòu)參數(shù)自適應(yīng)改變的種植體骨塊三維實(shí)體模型。應(yīng)用Pro/E與AnsysWorkbench軟件的無縫雙向參數(shù)傳遞功能，將實(shí)體模型導(dǎo)入Ans

4、ysWorkbench軟件中劃分單元，建立可隨種植體宏觀結(jié)構(gòu)參數(shù)自適應(yīng)改變的種植體骨塊三維有限元模型，力學(xué)加載后進(jìn)行模型準(zhǔn)確性的檢測(cè)。該模型的建立為后期真正意義上的種植體優(yōu)化選擇提供了技術(shù)平臺(tái)。
　　實(shí)驗(yàn)二：I類骨質(zhì)下，設(shè)定種植體直徑(D)和長度(L)為設(shè)計(jì)變量（DesignVariable，DV），D變化范圍為3.0-5.0mm，L變化范圍為6.0-16.0mm，設(shè)定頜骨平均主應(yīng)力（Equivalent應(yīng)力，EQV應(yīng)力）峰值和種

5、植體-基臺(tái)復(fù)合體位移峰值為目標(biāo)函數(shù)（ObjectiveFunction，OBJ），觀察DV變化對(duì)OBJ的影響。同時(shí)進(jìn)行OBJ對(duì)DV的敏感度分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的增加，垂直向（Axial，AX）加載下，皮、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低54.5％和70.2％；頰舌向（Buccolingual，BL）加載下，皮、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低了73.5％和75.1％；AX和BL加載下，種植體-基臺(tái)復(fù)合體位移峰值分別降低了51.4％和7

6、3.8％。在各種加載下，當(dāng)D大于3.8mm同時(shí)L大于9.0mm時(shí)，單DV的響應(yīng)曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對(duì)DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D比L對(duì)OBJ的影響更明顯。結(jié)果提示I類骨質(zhì)下，種植體直徑比長度更易影響頜骨的應(yīng)力大小和種植體的穩(wěn)定性；在臨床上選擇種植體時(shí)，種植體直徑應(yīng)不小于3.8mm，種植體長度應(yīng)不小于9.0mm。
　　實(shí)驗(yàn)三：II類骨質(zhì)下，DV、OBJ的設(shè)定及觀察指標(biāo)同實(shí)驗(yàn)二。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的增加，AX加載下，皮

7、、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低67.9％和75.0％；BL加載下，皮、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低了64.9％和65.4％；AX和BL加載下，種植體-基臺(tái)復(fù)合體位移峰值分別降低了53.7％和73.7％。在各種加載下，當(dāng)D大于3.85mm同時(shí)L大于9.0mm時(shí)，單DV的響應(yīng)曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對(duì)DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D比L對(duì)OBJ的影響更明顯。結(jié)果提示，II類骨質(zhì)下，種植體直徑比長度更易影響頜骨的應(yīng)力大小和種植體的穩(wěn)

8、定性；在臨床上選擇種植體時(shí)，種植體直徑應(yīng)不小于3.85mm，種植體長度應(yīng)不小于9.0mm。
　　實(shí)驗(yàn)四：III類骨質(zhì)下，DV、OBJ的設(shè)定及觀察指標(biāo)同實(shí)驗(yàn)二。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的增加，AX加載下，皮、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低65.3％和76.8％；BL加載下，皮、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低了76.1％和78.0％；AX和BL加載下，種植體-基臺(tái)復(fù)合體位移峰值分別降低了60.6％和77.0％。在各種加載下，當(dāng)D大于3.9

9、5mm同時(shí)L大于10.5mm時(shí)，單DV的響應(yīng)曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對(duì)DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D和L分別有利于BL和AX加載下的應(yīng)力分布，并改善種植體的穩(wěn)定性。結(jié)果提示，III類骨質(zhì)下，種植體的直徑和長度在保障種植體的遠(yuǎn)期成功率時(shí)都起著重要的作用；在臨床上選擇種植體時(shí)，種植體直徑應(yīng)不小于3.95mm，種植體長度應(yīng)不小于10.5mm。
　　實(shí)驗(yàn)五：IV類骨質(zhì)下，DV、OBJ的設(shè)定及觀察指標(biāo)同實(shí)驗(yàn)二。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的

10、增加，AX加載下，皮、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低63.9％和87.9％；BL加載下，皮、松質(zhì)骨的EQV應(yīng)力峰值分別降低了76.2％和92.7％；AX和BL加載下，種植體-基臺(tái)復(fù)合體位移峰值分別降低了63.6％和74.7％。在各種加載下，當(dāng)D大于4.0mm同時(shí)L大于11.0mm時(shí)，單DV的響應(yīng)曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對(duì)DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D和L分別有利于BL和AX加載下的應(yīng)力分布，并改善種植體的穩(wěn)定性。結(jié)果提示，IV類

11、骨質(zhì)下，種植體的直徑和長度在保障種植體的遠(yuǎn)期成功率時(shí)都起著重要的作用；在臨床上選擇種植體時(shí)，種植體直徑應(yīng)不小于4.0mm，種植體長度應(yīng)不小于11.0mm。
　　綜上所述，從I類到IV類骨質(zhì)，相同直徑和長度的種植體傳遞至頜骨的應(yīng)力和種植體的位移隨之增加。從I類到IV類骨質(zhì)，種植體直徑變化造成的頜骨的應(yīng)力和種植體的位移變化幅度逐漸減??；種植體長度變化造成的頜骨的應(yīng)力和種植體的位移變化幅度逐漸增加。不同骨質(zhì)情況下，種植體直徑和長度的優(yōu)化