牙科即刻种植中不同螺纹形态及深度设计参数种植体的生物力学性能

目的分析牙科即刻种植中不同螺纹形态和螺纹深度种植体周围骨质应力分布情况,为种植体的设计和选择提供依据。方法利用Geomagic Studio、Solid Works和ANSYS Workbench建立下颌骨骨块、种植体及下颌磨牙简化模型,施加垂直载荷和斜向载荷,观察不同螺纹形态和螺纹深度的种植体及其周围骨组织应力分布情况。结果垂直载荷作用下,种植体、皮质骨、松质骨应力峰值变化范围分别为120. 51～129. 63 MPa、9. 94～13. 25 MPa、3. 92～8. 01 MPa,V形、矩形、支撑形、反支撑形种植体周围皮质骨在螺纹深度0. 40～0. 45 mm范围内应力变化平稳;斜向载荷作用下,种植体、皮质骨、松质骨应力峰值变化范围分别为220. 23～286. 51 MPa、33. 39～45. 08 MPa、4. 96～12. 5 MPa。螺纹深度为0. 45 mm,V形、支撑形、反支撑形种植体应力最小。结论 V形、支撑形、反支撑形螺纹种植体选择螺纹深度为0. 45 mm,矩形种植体选择螺纹深度0. 40 mm,呈现出较好的生物力学特性。     

种植体不同设计参数对下颌骨牙齿种植的影响

目的 建立不同设计参数的种植体-下颌骨模型,观测种植体及周围骨质应力分布,分析不同设计参数对下颌骨牙齿种植的影响。方法 基于结构特征参数（种植体直径、螺纹深度、基台穿龈高度、螺纹形态）,设计8组种植体模型,并分别进行下颌骨整体模型的装配。对模型施加静态150 N垂直、斜向45°两种载荷,分析骨组织和种植体von Mises应力峰值,探讨对von Mises应力峰值最敏感的种植体结构参数变量。结果 斜向载荷比垂直载荷对颌骨会产生更大的应力峰值。种植体直径是影响皮质骨von Mises应力峰值的关键因素;螺纹深度是影响松质骨von Mises应力峰值的关键因素;基台穿龈高度也会对颌骨von Mises应力峰值产生影响,但影响程度不如螺纹深度和种植体直径明显;螺纹形态对颌骨von Mises应力峰值几乎没有影响。结论 不同的种植体设计参数会影响颌骨不同组织的应力峰值,对于个性化种植需要慎重考虑种植体参数的选择。研究结果为口腔种植体的结构参数设计提供理论指导,为口腔种植手术精准预测提供参考。     

TM种植体骨界面应力分布的有限元分析

背景：种植体形态是决定种植体骨界面应力分布的重要因素之一。探讨顺应人体正常颌骨解剖形态的TM种植体骨界面的应力分布特征对临床医生选择和设计种植体有指导意义。 目的：观察集中荷载作用下TM种植体及其周围骨组织应力分布的特征。 方法：通过逆向工程技术,将二维下颌骨CT图片转化为三维实体模型,并建立3种包含不同锥度的TM种植体真实下颌骨B/2类骨质的有限元模型,利用有限元技术研究两种加载方式下TM种植体骨界面应力分布特征。 结果与结论：垂直加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨承受较小的应力;斜向加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨和松质骨承受较大的应力;种植体颈部,密质骨上缘与种植体接触处和种植体底部松质骨出现明显应力集中现象,斜向荷载下种植体骨界面的应力分布显著高于垂直荷载下的应力分布。从1/2长度开始变化的TM种植体骨界面在垂直荷载下表现出较好的应力分布特征。     

植体弹性模量变化对牙种植体和骨组织应力分布的影响

目的通过三维有限元法分析,探讨植体弹性模量变化对牙种植体和骨组织应力分布的影响,为新型牙种植系统的研究提供实验依据。方法应用螺旋CT数据,建立下颌骨和种植体模型。设定植体弹性模量分别为110、90、70、55和40 GPa,模拟咬合状态,在垂直、水平、斜向分别施加300、100、130 N静止载荷,计算并分析各组在3种载荷下植体周围骨组织和牙种植体各部分的应力。结果随着植体弹性模量的降低,水平和斜向载荷下牙种植体周围皮质骨受到的应力会随之降低,种植体的应力也呈逐渐减小趋势。结论降低牙种植体材料的弹性模量有利于载荷在种植体和周围骨组织中的传导,降低种植义齿晚期失败的风险。     

不同载荷条件对后牙单种植体义齿下颌骨应力的影响

目的探讨垂直和斜向载荷作用于下颌后牙单种植体支持式义齿不同载荷点对下颌骨应力分布的影响。方法应用部分下颌骨CT扫描图像建立下颌骨的三维有限元模型,根据测量数据建立种植体的三维有限元模型,建立半解剖式种植义齿牙冠的三维有限元模型;在下颌第一恒磨牙种植体义齿各咬合点分别加垂直和斜向载荷,计算下颌骨所受的最大等效应力。结果在垂直和斜向载荷作用下,下颌骨的最大等效应力位于颈周骨皮质的上方;在相同的垂直斜向载荷下,不同咬合点加载时,下颌骨上所产生的最大等效应力有明显差异;同一载荷点在大小相同、方向不同的载荷作用下,下颌骨的最大等效应力有明显差异。结论在垂直和斜向载荷作用下,下颌骨的最大等效应力位于颈周骨皮质的上方,向根尖部递减;远中尖斜向加载时颈周骨皮质的上方的等效应力最大;载荷方式是影响颈周骨皮质应力分布的重要因素。     

下颌切牙牙槽骨骨吸收前后三维有限元应力分析

主要利用三维有限元应力分析的方法研究观察下颌切牙牙槽骨骨吸收前后在垂直载荷、15°斜向载荷、30°斜向载荷分别作用下牙槽骨骨组织表面的vonMises应力分布特点及牙齿的舌向位移值。在垂直载荷、15°斜向载荷作用下,牙周健康的下颌切牙牙槽骨骨组织表面vonMises应力最大值分别是13.171和14.315MPa,均位于根尖处牙槽骨,舌向位移值分别是0.056和0.197mm;在30°斜向载荷作用下vonMises应力最大值是15.262MPa,分布于根尖处牙槽骨和牙槽嵴顶,舌向位移值为0.324mm。而牙槽骨骨吸收达根长1/2时,在垂直载荷作用下vonMises应力明显增加,最大值位于根尖处牙槽骨;在不同的斜向载荷作用下,所产生应力继续显著增加,vonMises应力最大值可达牙周健康的下颌切牙的3～5倍,分布部位完全由根尖处牙槽骨转移到牙槽嵴顶,分布的面积也越来越小,发生了由面分布到点分布的转变,应力越来越集中于某一点。且牙齿已发生明显的舌向位移,可高达2.850mm。提示当牙槽骨骨吸收接近根长1/2或以上时,在牙周基础治疗过程中,应考虑进行调牙合、松牙固定术等治疗,分散牙合力以避免过大应力的产生和应力分布的改变,减轻对牙周组织的损伤。     

舌侧金属加强杆种植覆盖义齿的三维有限元分析

目的 通过三维有限元分析方法探讨舌侧金属加强结构义齿基托设计对无牙下颌种植修复义齿的生物力学影响,为无牙颌修复治疗提供参考。方法 构建舌侧金属加强结构与无加强结构两种义齿基托设计的2颗种植体支持locator式覆盖义齿三维有限元模型,分别对后牙中央窝垂直施加150 N载荷、斜向施加150 N载荷以及对前牙垂直施加150 N载荷,模拟正中咬合、左右侧方咀嚼以及前牙切割食物时两种模型各组织的受力情况。结果 后牙及前牙垂直向加载时,两种义齿基托设计模型各组织受到的应力分布较为接近,所受最大应力差别在0~0.16 MPa之间;偏侧咀嚼时,未添加金属加强杆的义齿基托、种植体和黏骨膜应力集中范围,以及种植体、种植体周围骨最大受力明显大于添加金属加强杆模型,所受最大应力差别在0.59~2.99 MPa之间。结论 在义齿基托舌侧添加金属加强杆,可以起到应力分散的作用,或可在一定程度上减小骨吸收及基托折断的风险。     

前牙区平台转换种植体不同种植深度的生物力学分析

目的采用三维有限元方法建立平台转换种植系统的模型,分析平台转换种植系统应用于前牙时,不同加载时种植体植入不同深度的应力分布情况。方法利用Solidwork2007设计软件和Ansys Workbench有限元分析软件,分析平台转换种植体分别在植入牙槽嵴水平、牙槽嵴下1 mm(minus1)、牙槽嵴下2 mm(minus2)时的应力分布情况,以常规种植体为对照组。结果平台转换种植体中牙槽嵴顶骨质的应力值随种植体植入深度加深而有效降低,且比常规组小,而常规组随种植体深入种植应力没有发生明显变化。垂直加载下,各个模型中平台转换基台的应力分布基本相似,与种植深度无明显的相关性,而常规基台的应力分布随着种植深度的下移呈逐渐上移的趋势;各个种植深度中两组种植体、松质骨的应力分布情况基本相似,与种植深度无明显的相关性;在平台转换组中,皮质骨的应力分布随种植深度的下移而下移,而常规组中应力始终集中于牙槽嵴顶与基台相接处没有变化,且其应力分布比平台转换组集中。水平加载下各模型的应力分布规律与垂直组相似,不同的是基台、种植体的最大应力值主要集中在他们相应部位的唇侧。皮质骨中,唇侧的应力明显较垂直加载组集中。结论平台转换种植体植于牙槽嵴顶下水平可以改善牙槽嵴顶应力分布情况,比常规种植体有明显的优势,水平方向的分力将增加牙槽嵴顶骨组织受力,应尽量避免。     

不同咬合方式下人体下颌骨膜下种植体的生物力学特性

目的研究骨膜下种植体在4种咬合力作用下的生物力学特征,为临床病例骨膜下种植体个性化设计提供基础。方法在下颌骨三维实体模型的基础上,分别建立网状基底骨膜下种植体(种植体1)和带状基底骨膜下种植体(种植体2)。研究在4种荷载作用下两种种植体的应力分布。结果种植体1在荷载Ⅳ作用下最大应力可达230.42 MPa,种植体2在荷载Ⅰ作用下最大应力可达311.11 MPa。网状基底种植体具有较好的抗垂直荷载能力,而带状基底种植体具有较好的抗斜向荷载能力。结论在种植体设计时可以通过合理布置基台个数和间距来有效控制种植体上的应力,同时应使基台与下颌牙槽嵴垂直,以保证斜向荷载水平分力不被放大。此外,还应保证基底对基台有足够的约束,避免因约束不足导致基台底部应力过大。在义齿制作过程中,应保证全口义齿做正中、前伸、侧方咬合时必须多点接触,使咬合处于平衡状态,达到减小接触面拉应力的目的。     

不同植入扭矩对种植体骨界面生物力学特性的影响

目的探讨不同植入扭矩对种植体骨界面生物力学特性的影响。方法采用薄层CT扫描和自主开发的USIS软件建立包含种植体的即刻负载下颌骨三维有限元模型。采用ANSYS软件分析种植体在0、15、25 N.cm 3种植入扭矩下,垂直和颊舌向45°加载150 N力时种植体骨界面von Mises应力、应变值。结果垂直载荷时,3种植入扭矩下的种植体骨界面von Mises应力最大值分别为33.6、56.4和69.6 MPa,应变最大值分别为5 157、8 645、15 630με。颊舌向载荷时,3种植入扭矩下的种植体骨界面von Mises应力最大值分别为95.3、100.6和108.3 MPa,应变最大值分别为17 110、18 690、21 380με。结论种植体植入扭矩的增大会增加种植体骨界面的应力应变值,颊舌向载荷时比垂直载荷时增加明显缓慢。     

Biomechanical consequences of progressive marginal bone loss around oral implants: a finite element stress analysis

The purpose of this study was to explore the biomechanical effects of progressive marginal bone loss in the peri-implant bone. Finite element model of a Ø 4.1 × 10 mm Straumann dental implant and a solid abutment was constructed as predefined eight-layers around the implant neck. The implant-abutment complex was embedded in a cylindrical bone model to analyze bone biomechanics regardless of anatomical influences. Angular and circular progressive marginal bone loss was simulated by sequential removal of each layer, resulting crater-like defects and a total of ten finite element models for analysis. Each model was subjected to a vertical and oblique static load of 100 N in separate load cases. Principal stress minimum and maximum, displacement, and equivalent of elastic strain outcomes were compared. Under vertical loading, principal stresses minimum and maximum decreased remarkably as with the increase in bone resorption. Under oblique load simulations, decrease in principal stress maximum and minimum was evident. With progressive bone loss and under oblique load simulations, displacement and equivalent of elastic strain increased considerably in trabecular bone contacting the implant neck. The presence of cortical bone contacting a load-carrying implant, even in a bone defect, improves the biomechanical performance of implants in comparison with only trabecular bone support as a sequel of progressive marginal bone loss.     

上颌中切牙角度基台不同载荷的三维有限元优化分析

背景：口腔种植修复中,种植体中基台角度的优化设计对骨吸收有重要影响,同时患者的高用力也对骨质的吸收重建有着重要影响。 目的：利用Ansys Workbench 13.0软件对上颌骨前牙区进行优化设计模型,探讨中切牙角度基台不同载荷对皮质骨和松质骨应力大小的影响。 方法：建立圆柱状V形螺纹种植体的上颌骨骨块三维有限元模型,设定基台角度为0°,5°,10°,15°,20°、25°,30°,设定加载应力为90,105,120,135,150,165,180,195,210 N。在种植体上模拟中切牙咬合,在修复体正中进行颊舌向力学加载,观察基台角度和加载应力变化对颌骨Von Mises应力峰值的影响。 结果与结论：单因素影响下,以基台角度为变量逐渐增加时,在唇腭侧向加载中皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值增幅分别为60.63%和69.30%;以加载应力为变量逐渐增加时,在颊舌向加载中皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值增幅分别为68.74%和69.30%。在基台角度和加载应力交互作用下,当加载应力小于  150 N,同时基台角度小于25°时,对颌骨Von Mises应力峰值响应曲线的切线斜率位于-1至0之间。所以从力学分析看来,松质骨的应力大小更易受到基台角度和加载应力的影响,螺纹种植体最佳的基台角度设计应小于25°,咬合力应小于150 N。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

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。     

Predicting time-dependent remodeling of bone around immediately loaded dental implants with different designs

The purpose of this study was to predict time-dependent biomechanics of bone around cylindrical screw dental implants with different macrogeometric designs under simulated immediate loading condition. The remodeling of bone around a parallel-sided and a tapered dental implant of same length was studied under 100 N oblique load by implementing the Stanford theory into three-dimensional finite element models. The results of the analyses were examined in five time intervals consisting loading immediately after implant placement, and after 1, 2, 3 and 4 weeks following implantation. Maximum principal stress, minimum principal stress, and strain energy density in peri-implant bone and displacement in x-(implant lateral direction with a projection of the oblique force) and y-(implant longitudinal direction) axes of the implant were evaluated. The highest value of the maximum and minimum principal stresses around both implants increased in cortical bone and decreased in trabecular bone. The maximum and minimum principal stresses in cortical bone were higher around the tapered cylindrical implant, but stresses in the trabecular bone were higher around the parallel-sided cylindrical implant. Strain energy density around both implants increased in cortical bone, slightly decreased in trabecular bone, and higher values were obtained for the parallel-sided cylindrical implant. Displacement values slightly decreased in time in x-axis, and an initial decrease followed by a slight increase was observed in the y-axis. Bone responded differently in remodeling for the two implant designs under immediate loading, where the cortical bone carried the highest load. Application of oblique loading resulted in increase of stiffness in the peri-implant bone.     

三维有限元分析角度基台对种植体骨界面应力分布的影响

目的采用三维有限元的方法,分析各种角度基台对种植体骨界面应力、应变分布的影响,为临床使用提供理论参考。方法采用CT薄层扫描,建立含种植体的下颌骨三维有限元模型。模拟咀嚼肌加载,用ALGOR软件分析直基台和10°、20°、30°角基台修复时,种植体骨界面应力、应变分布的不同。结果发用数值和图的形式显示综合应力、最大和最小主应变。直基台修复时,综合应力集中于种植体颈部骨皮质,种植体底部次之。随基台角度的增加,种植体骨界面综合应力、最大和最小主应变值均从集中于种植体颈部转移至底部。结论随基台角度的增加,种植体骨界面应力、应变均增大;30°角基台修复时,其应力、应变增大显著。     

Thermal-mechanical study of functionally graded dental implants with the finite element method

This article investigates the thermal-mechanical performance of hydroxyapatite/titanium (HA/Ti) functionally graded (FG) dental implants with the three-dimensional finite element method. The stresses induced by occlusal force for the present HA/Ti FG implant are calculated to compare with the corresponding stresses for the titanium dental implant. Thermal-mechanical effect of temperature variation due to daily oral activity is also studied. The HA/Ti FG dental implant performance is evaluated against the maximum von Mises stress, which is the general performance indicator, the first principal/tensile stress for mechanical failure of implant-bone-bond and the third principal/compressive stress for bone absorption. Simulation results indicate that under the influence of occlusal force only, the FG implants with different HA fraction along the implant length perform almost equally well, while the titanium implant sustains much higher von Mises stress. However, when thermal stress is also considered, the FG implant having HA fraction exponential index of m = 2 with temperature decrease of 20 degrees C yields the highest first principal and von Mises stresses among all the FG and titanium implants.