上颌切牙区不同种植位点的种植固定桥三维有限元应力分析

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目的:通过CT扫描技术与Mimics、geomagic等软件建立上颌切牙区三种种植体位置不同的种植固定桥模型,应用三维有限元的方法对三组模型进行负载,分析三组模型在不同的加载条件下的种植体周围骨应力分布情况,进而探讨临床修复的可能性。  方法:1、建立上颌骨及种植固定桥的三维有限元模型:选取志愿者一名,男性,年龄45岁,通过CT扫描技术,提取CT图像,将CT图像导入Mimics10.0软件,通过图像编辑手段,建立初步的上颌骨模型,把初步建立的模型保存为STL格式,将其导入Geomagic  Studio12.0软件中,利用软件对模型进行修整,从而建立牙槽骨CAD模型,储存为*.Igs格式。以相同的方法建立12、11、21、22的连冠模型并保存,将在后期经过切除、装配处理作为临床固定桥使用。2、建立种植体模型:利用SoliWorks2012软件的草图绘制功能,根据ITI美学种植体要求,通过旋转、添加螺纹等功能,绘制出与真实种植体相似的ITI种植体三维有限元模型,种植体标准为体部直径4.0mm,体部长度为10mm。3、将种植体基台、固定桥、上颌骨装配,建立上颌切牙区三种不同种植位点的种植固定桥。4、有限元模型分析:利用Soliworks2012软件,对三组模型施加100N的负载,施加力的方向为0°、30°、60°,得出三组模型在不同加载条件下的应力值、位移量及应力云图。  结果:1、成功建立了上颌切牙区三种种植位点不同的种植固定桥三维有限元模型,即2X丨X2、X1丨X2、X1丨1X(X代表没有种植体植入)。该模型具有良好的几何相似性,接近真实形态。2、三组模型在不同的加载条件下所得种植体周围皮质骨应力值均小于皮质骨承受的最大极限170Mpa,种植体位移量均在正常范围50μm—200μm之内。3、三组模型在不同加载角度下应力分布及位移量的特征大致相同,且变化趋势相似。根据应力云图显示,各组模型在轴向加载下,应力集中多在种植体颈部皮质骨和根尖三分之一区,其余部分应力较小,分布较为均匀。在倾斜加载时,应力主要集中出现在颈部皮质骨内,应力分布不均匀,颈部应力值明显大于根尖应力值。4、带有悬臂梁的模型B组与C组由于悬臂梁的存在产生I型杠杆作用,在负载时,应力值与位移量大于双端种植固定桥的模型A组。  结论:1、利用CT扫描上颌骨获得断层影像资料,通过Mimics10.0、Geomagic12.0、SolidWorks2012软件建立了包括上颌骨、固定桥、种植体在内的三维有限元模型,最大程度的接近于真实的上颌切牙区种植固定桥。2、带有悬臂梁的上颌切牙区种植固定桥在适当的负载条件下,是临床缺牙区可供选择的一种种植固定修复方案,但是要尽量减小加载角度减少不良应力的产生。3、与带有悬臂梁的种植固定桥相比,双端支持的种植固定桥应力分布更加均匀,因此双端支持的种植固定桥是临床修复上前牙区四个切牙缺失后的首选修复方案。
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