上颌前牙平台转换种植体周围应力分布的有限元分析

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1、上颌前牙平台转换种植体周围应力分布的有限元分析作者：杨秋燕，陈江，杜志斌，窦宁【摘要】目的建立种植体支持的上颌中切牙模型，分析平台转换基台连接方式对种植体周围组织应力分布的影响，为临床应用平台转换基台提供参考。方法利用Solidworks画图软件建立种植体支持的上颌中切牙模型，基台采用传统平齐对接(NormalModel,N)和平台转换(PlatformswitchingModel,PLS)设计，将数据导入ANSYS11.0分析软件建立三维有限元模型进行应力分布分析。垂直舌侧牙面进行加载，载荷为118N，比较两种模型种植体周围各部位的应力分布情况。结果两种模型皮质骨最大应

2、力值均位于种植体颈部颊侧骨皮质，N和PLS最大VonMises应力值分别是50.08Mpa、37.34Mpa，两种不同设计钛基台周围的应力值分别是133.05Mpa、284.15Mpa。结论与平齐对接形式相比，平台转换设计可减少种植体颈部皮质骨组织的应力，但同时使基台肩台、种植体颈部、牙冠颈部所受应力增加，两种模型松质骨应力大小相似。【关键词】切牙;应力,物理;有限元分析;牙种植体9种植体在初期负载一年后骨吸收接近于种植体与骨结合的第一个螺纹处，其机制普遍解释为生物学宽度或者是种植体与骨界面的高应力所致[12]。但临床观察发现，使用直径窄的基台连接到种植体，可以减少牙槽

3、骨的吸收，提出了平台转换的概念：当修复基台的直径缩窄面小于种植体的直径时，修复基台边缘将止于种植体顶部平台边缘的内侧而不是与其边缘对齐[34]。临床研究表明，使用平台转换形式的种植修复后，种植体周围上皮袖口稳定，能够减少种植体龈缘骨吸收，为美观的软组织外形提供足够支持，但其机制尚不清楚。本研究采用三维有限元方法，分析传统连接方式和平台转换连接方式种植体周围的生物力学影响，为临床使用平台转换设计修复提供理论参考。　　1材料和方法　　1.1三维有限元模型建立利用solidworks2007制图软件，建立种植体支持的上颌中切牙模型[57]，导入ANSYS11.0分析软件建立

4、三维有限元模型进行应力分布分析。种植体模拟直径4mm×11.5mm，采用两种基台设计，即传统平齐对接形式(NormalModel,N)和平台转换形式(PlatformswitchingModel,PLS)，模型N基台直径为4mm，模型PLS基台直径为3.25mm。两种模型除基台直径不同外，其余部分均相同。基台和中央螺丝简化为一段式，基台与种植体间采用内连接，基台高度设计为4mm，种植体简化设计为圆柱状螺纹，底部设计为1.25mm圆角。材料和组织均假设为连续、均质、各向同性的线弹性材料。设计种植体，钛基台，烤瓷牙冠，骨皮质和骨松质的弹性模量分别为1.14×1011Pa，1.

5、138×1011Pa，7.0×1010Pa，1.4×91010Pa，1.5×109Pa。泊松比分别为0.37，0.34，0.19，0.3，0.3[6,8]。　　1.2边界约束条件和加载方式根据参考文献固定约束骨皮质和骨松质的外表面节点[8]。加载方式：舌侧中央近切端，垂直于牙面，118N[910]。　　1.3定义单元属性和网格划分一般根据研究对象的力学特性和应力分析的类型来确定单元类型，种植体应力分析常选用四面体、五面体、六面体单元等，本实验采用Tetra4即4节点四面体单元类型结合ANSYS自适应网格划分功能对模型进行智能网格划分，使种植体、骨块几何尺寸不受单元划分的

6、影响。　　1.4应力分析利用ANSYS11.0workbench分析软件在个人计算机上进行线性静态应力分析，比较在相同加载条件下两种不同设计模型种植体周围各部位的最大VonMises应力和应力分布云图情况。　　2结果　　2.1两种模型各部分网格划分单元和节点数(表1)。　　2.2两种模型种植体周围各部位的最大VonMises应力值9模型N的皮质骨最大应力值大于模型PLS，而模型N的基台、种植体、牙冠最大应力值小于模型PLS。两种模型松质骨最大应力值大致相等(表2)。表1两种模型网格划分单元和节点数表2两种模型种植体周围各部位的最大VonMises应力值模型N：传统平

7、齐对接模型;模型PLS：平台转换设计模型.　　2.3两种模型种植体周围各部位的应力分布云图分析加载下两种模型整体应力分布云图(图1，2)，模型N较模型PLS在种植体颈部区域应力集中区域更加大。两种模型皮质骨(图4，3)最大应力(如箭头所示)均位于种植体颈部颊侧骨皮质，但模型N较模型PLS应力云图更集中于颈部骨皮质。　　3讨论　　临床研究表明，使用平台转换形式的种植修复后，种植体周围上皮袖口稳定，能够减少种植体龈缘骨吸收，为美观的软组织外形提供足够支持。　　有学者认为，骨吸收是因为种植体与骨界面的高应力所致[2]。Maeda等利