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目的:应用三维有限元法创建下颌前牙区种植体支持式固定桥模型,分析三种牙弓形态中种植体周围骨皮质应力的分布特点,从而为下前牙连续缺失的情况提供更符合生物力学分布的种植修复方式。材料和方法:1实验设备本实验使用锥形束CBCT扫描机(Philips Company荷兰),计算机的操作系统为:华硕Windows7,处理器为Intel(R)CPU [email protected],8G内存,1TB硬盘。使用的软件为:Mimics(Materialise Software Company,比利时);Geomagic Studio(3D System Company,美国);Solid Works(Dassault Company法国);Ansys Workbench19.0(Swanson Analysis Company美国)。2三维有限元模型的创建运用锥形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)扫描获取下颌骨DICOM形式数据,将CBCT扫描获取的牙齿、颌骨初始数据导入Mimics软件,通过Geomagic、Solidworks三维软件重建生成左下尖牙(33)至右下尖牙(43)连续缺失的下颌骨块、种植体、基台、牙冠的三维有限元部件并进行组合与装配,得到以下三种种植体支持式固定桥模型:有限元模型1,左下尖牙(33)和右下尖牙(43)位点植入2枚种植体;有限元模型2,左下尖牙(33)和右下尖牙(43)位点植入2枚种植体,右下中切牙(41)植入1枚种植体;有限元模型3,左下尖牙(33)和右下尖牙(43)位点植入2枚种植体,两侧中切牙位点(31、41)植入2枚种植体。3有限元模型与在三种牙弓形态中拟合将3M公司成品MBTTM系统3型牙弓函数导入计算机,分别将模型1、模型2、模型3与尖圆形、卵圆形、方圆形牙弓组合,共获得9组模型。将9组模型导入Workbench中进行网格划分。4测试加载应力应用有限元软件Ansys Workbench19.0(Swanson Analysis Company美国)进行模型力的加载和分析。为了模仿下颌牙齿在一般咀嚼运动时的受力形式,采用2种加载方式,对有限元模型进行加载求解,运用静态分析对模型施加作用力。结果:1、建立了三种牙弓形态中下颌前牙区连续缺失种植体支持式固定桥的有限元模型;2、种植体周围应力最大值均出现在颈部皮质骨层;种植体周围骨质应力大小与加载方式密切相关,同一模型的同种牙弓形态中,斜向加载时种植体周围骨皮质最大应力总是大于平行牙体长轴加载方式。在模型1中,方圆形、卵圆形、尖圆形牙弓中种植体颈部骨皮质应力最大值在斜向加载时分别为垂直向加载的1.26、1.80、1.65倍;在模型2中,方圆形、卵圆形、尖圆形牙弓中种植体颈部骨皮质应力最大值在斜向加载时分别为垂直向加载的1.10、1.43、1.65倍;在模型3中方圆形、卵圆形、尖圆形牙弓中种植体颈部骨皮质应力最大值在斜向加载时分别为垂直向加载的1.56、1.55、1.65倍;3、垂直向加载时,方圆形牙弓中种植体周围应力最大值在模型1、模型2、模型3中呈递减趋势(87.13MPa>67.49MPa>39.57MPa),卵圆形牙弓中在模型1、模型2、模型3中呈递减趋势(91.98MPa>37.02MPa>28.62MPa),尖圆形牙弓中在模型1、模型2、模型3中呈递减趋势(112.02MPa>40.69MPa>22.93MPa)。方圆形牙弓中,模型1与模型2、模型2与模型3的绝对值差值分别为19.64、27.92;卵圆形牙弓中,模型1与模型2、模型2与模型3的绝对差值为54.96、8.40;尖圆形牙弓中,模型1与模型2、模型2与模型3的绝对差值为71.33、17.76。通过对比以上差值,可以发现种植体数目对应力大小的影响在三种牙弓形态中有明显差异:在卵圆形、尖圆形牙弓中,选择3颗种植体较2颗种植体时应力明显减小(54.96、71.33),在方圆形牙弓中,这种差异明显小于其他两种牙弓形态(19.64);在卵圆形、尖圆形牙弓中,选择4颗种植体与3颗种植体时应力变化较小(8.40、17.76)。斜向加载时,在同种牙弓形态中遵从同种规律。4、模型1中种植体周围应力分布在模型1中,垂直向与斜向加载时,种植体周围应力在方圆形、卵圆形、尖圆形牙弓递增,方圆形牙弓中应力值最小。同时在应力分布图中,尖圆形牙弓种植体周围骨质红色与黄色的范围也更大,应力分布不均匀。根据实验数据也可观察到,在3种牙弓形态与3种种植固定桥的模型的排列组合中,尖圆形牙弓在模型1的种植体周围应力值最大。5、模型3中种植体周围应力分布在模型3中,种植体周围应力值较模型1中显著降低,种植体周围应力在方圆形、卵圆形、尖圆形牙弓递减(39.57MPa>28.621MPa>22.933MPa);在种植体周围应力分布图中,3种牙弓形态均以绿色、蓝色为主,表明应力分布较均匀,应力集中区域较少。在模型3中,相比于种植基牙排列较直、分布相对集中的方圆形牙弓,尖圆形的牙弓曲率在同种加载方式下通过种植体的传导优于其他两种牙弓形态。结论:1、种植体周围应力分布在方圆形、卵圆形、尖圆形牙弓形态中存在明显差别;2、三维有限元分析法是模拟计算不同种植体支持式固定桥在不同牙弓形态中应力分布情况的有效方法;3、种植体支持式固定桥骨应力分布与加载方式密切相关,载荷相同时斜向加载时种植体周围骨应力大于垂直加载;4、下颌33~43连续缺失时,无论何种牙弓形态,随着种植体数目的增加,种植术后安全性均增加;5、下颌33~43连续缺失,仅于双侧尖牙区植入2颗种植体时,方圆形牙弓种植安全性高于卵圆形、尖圆形牙弓;6、下颌33~43连续缺失时,对于卵圆形、尖圆形牙弓形态,选择3颗或4颗种植体较2颗可明显增加种植安全性;但4颗种植体较3颗在种植安全性增加上意义不大;7、本实验为各种牙弓形态提供临床优化参考,具体选择应结合临床。