三维有限元分析前牙区单端固定桥及骨组织的应力与应变

背景：单端固定桥在临床修复牙列缺损时,对于种植体和桥体的数量、位置以及受力情况方面还存在一些争议. 目的：通过三维有限元方法分析前牙区单端固定桥的受力情况. 方法：应用计算机模拟三维有限元的方法,对种植体支持的固定义齿进行有限元分析,不同数量种植体以及种植体位于固定桥不同位置时,种植体及其周围骨组织的应力应变情况,为临床提供指导意义. 结果与结论：①当加载力量及角度相同的情况下,随种植体数量减少或桥体长度增加,种植体及周围骨质的最大等效应力值逐渐增大,最小安全系数逐渐减小.当加载角度为22.5°时,种植体及周围骨质的最大应力值最小,最小安全系数为所有加载角度的最大,随着角度的继续增大,种植体及周围骨质的最大应力逐渐增大,最小安全系数又逐渐减小.②单端桥修复前后应力分布不均,基牙骨支持组织的应力均集中于其颈部.③3个单位缺牙区域,基牙数越多,修复成功率越高.合理选择单端固定桥和双端固定桥的修复设计是治疗成功的关键.     

下颌骨颊舌向骨宽度的三维有限元分析**

背景：由于牙列缺损、牙列缺失、牙周病、创伤、肿瘤等因素,很多患者面临着种植区颌骨颊舌向宽度不足这一问题,目前学者们对种植体周适宜的颊舌向骨宽度尚无一致的结论。目的：利用三维有限元法探寻下颌骨种植体-骨界面应力分布情况,以评定出适宜种植所需下颌骨颊舌向骨宽度。方法：用三维有限元分析法,分别对Ⅰ类、Ⅲ类骨质类型所含种植体的下颌骨模型(种植体颈部区域颊舌向骨宽度1,1.5,2,2.5,3,3.5 mm)施加200 N 垂直和斜向60°两种方向的集中载荷,并对种植体骨界面进行应力分析。结果与结论：种植体两侧各有2 mm 以上的骨量即可使种植体骨界面的应力达到较为理想的状态。斜向载荷状况下产生的应力远大于垂直向载荷下产生的应力。结果表明种植体周颊舌向拥有适当的骨量对种植体骨界面应力分布有显著影响,临床种植方案设计时应尽量避免或减小斜向载荷的出现。     

下颌骨颊舌向骨宽度的三维有限元分析

背景：由于牙列缺损、牙列缺失、牙周病、创伤、肿瘤等因素,很多患者面临着种植区颌骨颊舌向宽度不足这一问题,目前学者们对种植体周适宜的颊舌向骨宽度尚无一致的结论。目的：利用三维有限元法探寻下颌骨种植体一骨界面应力分布情况,以评定出适宜种植所需下颌骨颊舌向骨宽度。方法：用三维有限元分析法,分别对Ⅰ类、组织构建：口腔组织构建;牙种植体;颌骨宽度;应力分布;三维有限元分析;Ⅰ类下颌骨;Ⅲ类下颌骨;国家自然科学基金类骨质类型所含种植体的下颌骨模型（种植体颈部区域颊舌向骨宽度1,1．5,2,2．5,3,3．5mm）施加200N垂直和斜向60。两种方向的集中载荷,并对种植体骨界面进行应力分析。结果与结论：种植体两侧各有2mm以上的骨量即可使种植体骨界面的应力达到较为理想的状态。斜向载荷状况下产生的应力远大于垂直向载荷下产生的应力。结果表明种植体周颊舌向拥有适当的骨量对种植体骨界面应力分布有显著影响,临床种植方案设计时应尽量避免或减小斜向载荷的出现。     

微螺钉种植体在正畸支抗中的稳定性研究

目的：通过对微螺钉种植体在正畸支抗中的稳定性研究,为临床提供理论依据。方法：按微螺钉种植体标准操作规程对80例各类错牙合畸形患者采用直丝弓配合自攻型微螺钉种植体进行矫治,共种植微螺钉216枚,负载期为8-12个月,评价各个临床变量对微螺钉种植体稳定性的影响。结果：微螺钉种植体成功率为93.5%,下颌平面角高低、微螺钉直径、口腔卫生状况对微种植钉稳定性影响明显,而微种植钉的定位及加力情况对微种植钉稳定性无显著影响。结论：选择较粗的螺钉,对下颌平面角较高的患者采取谨慎设计,维持好的口腔卫生是微螺钉种植成功及能否稳定行使功能的关键。     

碳纳米管改性高聚乙烯抗菌缓冲层对种植体应力分布影响的三维有限元分析

目的 应用三维有限元法分析动态载荷下碳纳米管改性高聚乙烯抗菌缓冲层对种植体应力分布的影响,对种植体系统的设计提供参考。方法 建立三维实体几何模型,分别在中央螺栓与基台之间,基台与种植体之间添加缓冲层,缓冲部分由碳纳米管改性高聚乙烯制作,根据缓冲层所在位置分为四种工况,并对4种修复体施加载荷,通过三维有限元分析种植体、中央螺栓、基台以及种植体周围下颌骨受到的应力。结果 随着基台、中央螺栓处逐渐增加缓冲体,种植体、中央螺栓、基台等结构周围的应力变化呈现应力减少的趋势。结论 纳米管改性高聚乙烯缓冲层的增加可显著降低种植体、中央螺栓、基台以及下颌骨各部位受到的应力。当基台与种植体之间及中央螺栓与基台之间均添加缓冲层时,种植体各部分及周围牙槽骨受到的应力最小。     

两种直径种植体对上颌窦黏膜形变影响的有限元分析

背景:上颌窦黏膜形变温和均匀是减少骨挤压式上颌窦提升手术中黏膜穿孔的重要因素。目的:比较两种直径种植体对上颌窦黏膜形变的影响。方法:在ANSYS有限元软件的特定单元中分别建立直径4.1mm和4.8mm的ITI种植体与厚0.3mm的上颌窦黏膜的有限元模型,模拟上颌窦提升手术抬高黏膜,根据大变形理论计算不同提升高度黏膜表面Vonmises应力值。结果与结论:结果显示,最大Vonmise应力发生在黏膜中心,最小Vonmise应力发生在黏膜边缘。两种直径种植体对黏膜中心作用力差异无显著性意义(P>0.05),而对黏膜边缘作用力,直径4.8mm种植体较4.1mm种植体具有更加均匀温和的作用力。因此,在骨宽度允许的情况下,直径4.8mm的种植体更适合用于骨挤压式上颌窦提升手术。     

种植体螺纹结构及接触面静力和疲劳分析

背景:影响牙种植长期稳定可靠的因素很多,其中种植体一骨组织界面,种植体一基台界面和种植体螺纹结合对种植体的长期可靠性有重要的影响.目的:分析种植体系统螺纹结构及接触面的力学和疲劳性能,研究潜在失效部位.方法:利用三维建模的方法建立种植体系统和骨组织模型,在Ansys Workbench中进行网格划分,设定材料属性、约束和加载条件,完成种植体系统一骨组织的静力分析和疲劳分析.结果与结论:利用专业的CAD软件CATIA,建立两段式直基台种植体系统,且该种植体系同具有平台转移,六方定位,锥度密封等特点,种植体结构有代表性.种植体、基台和种植体的尺寸选择参照目前主流厂商的尺寸设计规则,并且螺纹和配合符合机械设计的规范.由于中央螺丝承受拉应力作用,所以整个种植体系统中,中央螺丝与种植体内螺纹上半部分结合处是失效风险最大的区域,同时疲劳安全系数较低.中央螺丝螺纹疲劳断裂也是种植体的潜在危险之一.     

Ⅱ类骨质下上颌窦区垂直骨高度不足时应用短种植体长度和直径的优化分析

背景：应用短种植体在上颌窦区种植后生物力学指标会有哪些变化？目的：建立包含上颌窦的Ⅱ类骨质真实上颌骨模型,观察Ⅱ类骨质下上颌窦区垂直骨高度为9mm时应用短种植体的最佳的长度和直径范围。方法：建立包含短种植体的上颌窦区Ⅱ类骨质的骨块三维有限元模型,设定短种植体直径为4~6mm和长度为6~8mm,分析直径和长度对颌骨的等效应力峰值。结果与结论：垂直（颊舌）加载时,随着直径增加,皮、松质骨的等效应力分别下降26%（40%）和31%（45%）,随着长度增加,皮质骨和松质骨的等效应力峰值分别下降8%（5%）和0（7%）。两种方式加载时下,当直径〉4.8mm且长度〉7.5mm时,颌骨的等效应力峰值对直径和长度的响应曲线曲率位于-1和0之间,变量直径比长度对颌骨的等效应力峰值的影响更明显。结果证实,短种植体的长度和直径的增加可以降低颌骨应力,尤其是直径的增加更有利于改善力学分布,当窦嵴距为9mm应用短种植体时,直径应〉4.8mm,长度应〉7.5mm,可保证其稳定性。     

下颌第一磨牙不同冠根比种植修复体的三维有限元分析

背景：为了尽量避免种植义齿修复时出现种植体周围骨组织应力集中。以往有研究应用增大种植体与骨界面的结合面积、增加直径、增加长度等方法以期使种植体骨界面应力分布更趋均匀,以提供更大的支持力,但观察时间较短,且临床报告并不一致。目的：设计不同冠根比种植修复体,采用三维有限元法,对轴向加载和颊舌向加载下的不同冠根比种植修复体周围骨组织应力分布进行分析,以求找到适合临床种植修复的冠根比范围。方法：应用CT断层扫描技术得到下锁骨和下颌牙列的大致轮廓,通过交互式的医学影像控制系统对图形特征进行整体图像拟合,再以计算机软件生成云图,根据云图的数据进行三维重建,从而得到包括下颌骨和下颌牙列的三维有限元模型：运用几何模型方法建立不同冠根比种植修复下颌第一磨牙的三维模型。运用Hyperwork8.0及Ansys11.O大型有限元分析软件,建立下颌不同冠根比的种植修复体模型,并完成牙冠的修复。在模拟黔向载荷的基础上,比较不同冠根比种植修复体周围骨组织应力分布状况。结果与结论：获得了下颌骨及下颌牙列的三维有限元模型,以及下颌不同冠根比种植修复体的有限元模型。通过对不同冠根比种植体施加轴向100N及烦舌向50N的力,种植体周围骨组织产生的应力分布状况比较发现,颊舌向受力下种植体颈部及周围骨皮质为应力集中区;轴向施力时种植体颈部、根尖部周围的骨组织为应力集中区。     

种植体周围炎与种植体形态关系的三维有限元分析

目的探讨种植体周围炎与种植体形态的关系。方法建立种植体与天然牙的三维有限元模型,并施加垂直、水平及倾斜45°共3种方向的100 N力量,采用ANSYS workbench软件获取种植体及不同天然牙的三维有限元分析结果。结果在分别承受100 N的垂直方向、水平方向的力量时,种植体对骨松质所产生的最大应力均大于天然牙,而种植体本身的最大应力值也远大于天然牙。当种植体承受来自斜45°方向的100 N力量时,周围组织产生的最大应力值介于垂直方向与水平方向之间,而对种植体本身产生的应力为3个方向中最大的。结论单纯从形态角度而言,螺纹种植体在承受各个方向的力量时,其对骨松质造成损害的可能性均大于天然牙,因此种植体比天然牙更容易引起种植体周围炎,最终导致种植失败。     

上颌中切牙种植体的应力改变及骨吸收变化

目的：观察上颌中切牙种植体植入方向在与牙冠长轴不同夹角情况下,种植体骨界面应力变化值和最大安全角度的临界值,以此来指导种植前设计。方法：应用有限元法分析不同倾斜角度对种植体骨界面应力峰值影响。结合临床病例,使用X线头影测量分析,测算出患者理想牙冠长轴的位置,以此轴线与种植体长轴的夹角作为倾斜角度分析在不同角度下种植体的骨界面应力变化和中切牙种植病例的周围骨吸收情况。倾斜角0°-20°范围内边缘骨吸收值和种植体骨界面应力值均在正常范围内,适合使用角度基台修复;倾斜角大于20°或25°以上时,应力值有明显升高趋势,种植体唇侧颈部应力集中区骨吸收明显。结论：建议做牙槽骨改建手术,改变种植体植入角度。     

Ⅱ类骨质下上颌窦区垂直骨高度不足时应用短种植体长度和直径的优化分析

背景:应用短种植体在上颌窦区种植后生物力学指标会有哪些变化?目的:建立包含上颌窦的Ⅱ类骨质真实上颌骨模型,观察Ⅱ类骨质下上颌窦区垂直骨高度为9mm时应用短种植体的最佳的长度和直径范围。方法:建立包含短种植体的上颌窦区Ⅱ类骨质的骨块三维有限元模型,设定短种植体直径为4~6mm和长度为6~8mm,分析直径和长度对颌骨的等效应力峰值。结果与结论:垂直(颊舌)加载时,随着直径增加,皮、松质骨的等效应力分别下降26%(40%)和31%(45%),随着长度增加,皮质骨和松质骨的等效应力峰值分别下降8%(5%)和0(7%)。两种方式加载时下,当直径>4.8mm且长度>7.5mm时,颌骨的等效应力峰值对直径和长度的响应曲线曲率位于-1和0之间,变量直径比长度对颌骨的等效应力峰值的影响更明显。结果证实,短种植体的长度和直径的增加可以降低颌骨应力,尤其是直径的增加更有利于改善力学分布,当窦嵴距为9mm应用短种植体时,直径应>4.8mm,长度应>7.5mm,可保证其稳定性。     

高度吸收的上颌窦区种植体生物力学分析

背景：目前有限元法广泛应用于骨科生物力学分析,评价指标主要包括Max von Mises 应力和应力的传递和分布概况.但由于体内的复杂生物力学环境和个体化差异明显,很难由具体的案例得出解决临床相关的方法.目的：分析高度吸收上颌窦区种植体的生物力学分布状况.方法：应用Simplant建立了一个位于上颌第二磨牙位置的5.5 mm×11.0 mm植入体模型;Abaqus有限元软件分别分析了在正咬合和反咬合关系条件下,在0°,30°,45°,60°,90°负载300 N的同等加载下,其上颌窦区域的应力分布情况,并作了比较.结果与结论：在反咬合关系下,上颌骨内的应力集中均匀分布在牙植体颈部与皮质骨的交界处,在0°,30°,45°,60°,90°负载300 N的同等加载下,Max von Mises分别是23.43,52.97,61.18,66.15,70.53 MPa.在正咬合关系下,上颌骨内的应力集中不仅分布在牙植体颈部与皮质骨的交界处,而且出现了第二应力集中区,Max von Mises分别是38.64,71.22,71.62,77.65,73.21 MPa,较反咬合平均高出50%左右.实验有限元分析结果表明,高度吸收上颌窦区采用反咬合设计方法更好.     

下颌第一磨牙不同冠根比种植修复体的三维有限元分析

背景:为了尽量避免种植义齿修复时出现种植体周围骨组织应力集中。以往有研究应用增大种植体与骨界面的结合面积、增加直径、增加长度等方法以期使种植体骨界面应力分布更趋均匀,以提供更大的支持力,但观察时间较短,且临床报告并不一致。目的:设计不同冠根比种植修复体,采用三维有限元法,对轴向加载和颊舌向加载下的不同冠根比种植修复体周围骨组织应力分布进行分析,以求找到适合临床种植修复的冠根比范围。方法:应用CT断层扫描技术得到下颌骨和下颌牙列的大致轮廓,通过交互式的医学影像控制系统对图形特征进行整体图像拟合,再以计算机软件生成云图,根据云图的数据进行三维重建,从而得到包括下颌骨和下颌牙列的三维有限元模型;运用几何模型方法建立不同冠根比种植修复下颌第一磨牙的三维模型。运用Hyperwork8.0及Ansys11.0大型有限元分析软件,建立下颌不同冠根比的种植修复体模型,并完成牙冠的修复。在模拟向载荷的基础上,比较不同冠根比种植修复体周围骨组织应力分布状况。结果与结论:获得了下颌骨及下颌牙列的三维有限元模型,以及下颌不同冠根比种植修复体的有限元模型。通过对不同冠根比种植体施加轴向100N及颊舌向50N的力,种植体周围骨组织产生的应力分布状况比较发现,颊舌向受力下种植体颈部及周围骨皮质为应力集中区;轴向施力时种植体颈部、根尖部周围的骨组织为应力集中区。     

髋臼横断骨折双柱内固定的生物力学分析

背景:骨盆髋臼骨折治疗的关键是精确的骨折复位和稳定的内固定。目的:分析比较3种髋臼横断骨折双柱内固定手术的生物力学特性,找到固定效果最好的双柱内固定手术方法。方法:建立各向异性的骨盆髋臼横断骨折模型,通过对最大位移、最大等效应力等评价指标的有限元综合分析,比较分析双柱螺钉、前柱螺钉后柱钢板、双柱钢板等3种双柱内固定方法在站立位置的生物力学性能差异。结果与结论:有限元分析双柱螺钉固定最大位移1.827mm,最大等效应力26.589MPa;前柱螺钉后柱钢板固定最大位移2.080mm,最大等效应力106.04MPa;双柱钢板固定最大位移2.987mm,最大等效应力200.37MPa。3种双柱内固定方法稳定性最好的是双柱螺钉固定,最后是双柱钢板固定。     

非融合棘突间固定器不同棘突间撑开高度对植入节段椎间盘压力分布的影响

背景：腰椎退变性疾病目前的非融合内固定特别是棘突间固定理论上可以保留有益活动,在缓解疼痛的同时预防邻近节段退变。目的：测量棘突间不同的撑开程度情况下节段椎间盘负荷分担及应力分布情况。方法：新鲜成人腰椎标本L2～5,采用电子万能实验机模拟腰椎前屈、中立、后伸运动负荷。实验分为7组：正常脊柱组,形状记忆合金棘突间固定器支撑高度10,12,14,16,18,20mm组。结果与结论：支撑高度为10mm的形状记忆合金棘突间固定器对植入节段椎间盘的压力分布无显著性影响;支撑高度为12mm的形状记忆合金棘突间固定器在过伸时可分担46%的椎间盘后纤维环负荷（P〈0.05）;支撑高度为14mm的形状记忆合金棘突间固定器可维持植入节段的轻度前屈,在过伸时可分担约47%的后环负荷（P〈0.05）,但后伸时会增大前环的负荷,当支撑高度远大于植入节段中立位时的棘突间高度时,屈伸活动时,后环的负荷显著降低的同时,前环负荷可增大达400%。提示支撑高度等于或略大于中立位棘突间高度的非融合棘突间固定器可分担椎间盘负荷并使椎间盘应力更均匀分布;但支撑高度过大会明显增大前环的负荷,如果用于神经源性间歇性跛行患者的椎间孔撑开,可能会加快椎间盘的退变。     

牙种植中数字化曲面断层与锥体束CT应用的对比

背景：影像学检查可及时了解牙种植位置信息,但目前常用的数字化颌骨曲面断层对判定骨的高度和宽度存在误差。目的：比较数字化曲面断层与锥体束CT在牙种植中的应用价值。方法：选取要求行种植治疗修复缺失牙,牙周状况良好,符合种植术适应证的患者53例（65颗）,种植前以一直径为3mm的钢球为标记物置于患者待种植区,锥体束CT及普通数字化曲面断层分别测量三维重建图像及曲面断层片中标记物的直径,并与真实值进行比较,分析二者骨整合检出率差异。结果与结论：相比于数字化曲面断层,口腔种植前锥体束CT测量的小钢球直径与真实值差异较小（P〈0.01）。种植后3个月,锥体束CT和普通数字化曲面断层得出的未发生骨结合的检出率接近（P〉0.05）。说明与普通数字化曲面断层相比,锥体束CT可以更准确的评估种植前牙槽骨的骨量,并可在种植后检查中更清晰的反映种植体周围骨质情况。