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引言: 目地 科學研究仿生技術種植牙齒、純天然牙和骨性融合牙齒種植體3種實體模型骨頁面上的壓力遍布，從理論上討論牙齒種植體的新實體模型。方式 運用螺旋式CT對上颚中切牙標本采集開展掃描儀，各自創建仿生技術種植牙齒、純天然牙和骨性融合牙齒種植體實體模型，對3個模型增加一樣的荷載，運用Super SAP93手機軟件，測算出純天然牙周膜和仿生技術牙周膜及其3種實體模型骨頁面上的壓力遍布。結論 仿生技術牙周膜和純天然牙周膜裏外表層內應力的趨勢同樣；骨性融合牙齒種植體實體模型骨頁面上在頭頸發生應力；仿生技術種植牙齒和純天然牙2個實體模型骨頁面上較大Von Mises內應力從頭頸到根端轉變較爲勻稱，並沒有發生頭頸應力狀況。結果 引進仿生技術牙周膜能具有純天然牙周膜的力學作用，它能完成牙協力的分散化和緩解功效，使仿生技術種植牙齒骨頁面上的壓力遍布較爲勻稱，從運動生理學相溶性上表明了仿生技術栽種牙模型的可行性分析。
The ThreeDimensional Finite Element Study on the Model of Bionic Dental Implant
Wang Zongchi, Zhuang Guoming, Xie Peiqing, Lai Sencai
1.Department of Physics, Sanming College, Sanming 365004, China
2.The First Hospital of Sanming, Sanming 365000,China
ABSTRACT:Objective To research the stress distribution of the bone interface of the bionic dental implant, natural tooth and osseointegrated implant, and to study the new model of the implant in theory. Methods The shape data of the central maxillary incisor are obtained by helixCT, then the threedimensional finite element models of the bionic implant, natural tooth and osseointegrated implant can be set up, respectively.Stress distribution of the natural periodontal membrane, bionic periodontal membrane and the bone interface of the three models are calculated out by SuperSAP93, when the same load exerted to the three models. Results The stress change of the inside and outside surface of the natural periodontal membrane and bionic periodontal membrane is in the same tendency. The stress concentration appears in the cervix of the osseointegrated implant.The maximum Von Mises stress which is on the bone interface of the bionic implant and the natural tooth changes evenly from their cervix to their roots, the stress concentration doesnt appear in the cervix. Conclusion The bionic periodontal membrane has the same function as the natural periodontal membrane. It has the dispersing and cushioning action against stress, and it make the stress of the bone interface of the bionic implant distribute evenly.
KEY WORDS: dental implantation; periodontal lignment; dental models; finite element analysis; dental stress analysisbionic dental implant; periodontal membrane; finite element model; threedimensional finite element analysis; stress distribution
根據Branemark明確提出的骨性融合種植牙齒基礎理論的種植牙修複技術性[1]，現在已經在口腔修複科學研究與臨床醫學中獲得廣泛運用。選用三維有限元技術性對植體周邊成骨細胞的壓力遍布開展研究與電子計算機仿真模擬是牙牙齒種植體科學研究開發設計和醫學使用的主要具體內容[2]，許多專家學者進行了種植牙的原材料、幾何圖形外形尺寸及樣子對骨頁面內應力遍布的直接影響的科學研究，促進了種植牙修複技術性的發展趨勢[36]。因爲钛以及鋁合金有著良好的微生物和機械性能，把它做爲牙齒種植體原材料已較好地解決了牙齒種植體與牙齒骨融合的相溶性問題。可是，運動生理學相溶性問題還未在理論上和臨床護理上獲得徹底消除。種植牙齒與牙齒骨剛度融合，沒法處理牙協力的緩解與分散化問題，過大或過小的內應力均可造成周骨質增生的消化吸收或衰老，進而造成種植牙修複的不成功[7]。
爲了更好地科學研究種植牙齒的運動生理學相溶性問題，小編從仿生學基本原理考慮，引進仿生技術牙周膜定義。仿生技術牙周膜是效仿純天然牙周膜的力學作用，期待它能具有對牙協力的傳輸和調節作用，使牙槽頁面上的壓力遍布較爲勻稱，試圖處理種植牙齒運動生理學相溶性問題。本工作中把上颚中切牙做成標本采集，對標本開展螺旋式CT橫計算機斷層掃描，利用軟件數字圖像處理技術性和三維有限元軟件Super SAP93，各自對純天然牙、仿生技術種植牙齒和骨性融合種植牙齒創建起三維有限元分析實體模型[8]。對3個模型增加一樣的荷載，運用三維有限元軟件Super SAP93，測算出純天然牙周膜和仿生技術牙周膜及其三種實體模型骨頁面上內應力遍布，從理論上討論種植牙齒的新實體模型。
1 原材料和方式
1.1 模型
挑選一顆最近撥除比較常見的成年人上颚中切牙，規範參考參考文獻[9]。選定的冠體完好無缺損，總長23 mm，冠長11 mm，冠寬8 mm，冠厚7 mm，頸寬7 mm，頸厚6 mm，根長12 mm。明確其定位點，選用光固化樹脂包埋産生25 mm×25 mm×25 mm的包埋塊標本采集，且牙長軸與包埋塊底邊豎直。選用螺旋式CT機（SOMATOM Sensation 4，法國Seimens企業）對標本采集開展計算機斷層掃描，橫斷面與牙長軸豎直。掃描儀的層距離爲0.5 mm，層厚0.5 mm（固層損害小，可忽略），獲得46幅二維掃描儀斷塊圖象，再按參考文獻[8]創建起六面體爲單位的自然牙、仿生技術牙齒種植體和骨性融合牙齒種植體三維有限元分析實體模型，3個模型各自有24656個連接點、21390個模塊。
1.2 原材料主要參數與試驗標准
原材料主要參數見表1。將3個有限元分析實體模型中各類資料和機構假定爲持續、勻質、線形、各向異性的線延展性原材料。材料承受力爲小形變。實體模型的初始條件簡單化爲牙槽外周邊固定不動管束。對3個有限元分析實體模型增加一樣荷載，加載荷的部件爲舌側切1/3與中1/3交彙處，載入方位與牙長軸呈30 °交角，荷載爲100 N。取Von Mises內應力做爲考量內應力水准的首要指標值，對純天然牙周膜和仿生技術牙周膜上的壓力遍布及其3種實體模型骨頁面上內應力遍布開展相對比較剖析。表1實體模型中各構成的材質特點（略）
2 結論
豎直牙長軸方位從頭頸到根端部平均分7個橫截面，截面1爲頭頸，橫截面4爲牙龈正中間，橫截面7爲牙龈頂端。在加荷載效果下，根據Super SAP93有限元手機軟件的測算，純天然牙和仿生技術種植牙齒牙周膜裏外表層上較大Von Mises內應力遍布、3種實體模型骨頁面上較大Von Mises內應力遍布及其仿生技術膜取不一樣彈性模具下仿生技術栽種牙模型骨頁面上較大Von Mises內應力遍布見1～4。
2.1純天然牙周膜內應力遍布
純天然牙周膜內表層上較大Von Mises內應力沿牙長軸方位是下降轉變的，高壓力區發生在牙頸部地區，做到17.68 MPa，牙龈中間和牙龈頂端地區內應力都較爲小了，牙龈頂端的內應力大概是頭頸的1/5，僅有3.66 MPa，內應力變化幅度做到Δσvom=14 MPa，表明牙周膜內表層內應力沿牙長軸方位遍布很不勻稱。純天然牙周膜表面上面的較大Von Mises內應力沿牙長軸方位轉變與內表層的具體情況有較大不一樣。沿牙長軸方位，從頭頸到牙龈中間的剛度是遲緩減少的，到牙龈正中間做到極小值後，內應力隨著往根端又遲緩擴大。牙頸部內應力爲6.82 MPa，牙龈正中間爲2.9 MPa，牙龈頂端爲3.2 MPa，內應力變化幅度僅做到Δσvom=3.92 MPa，這表明了牙周膜外表層內應力沿牙長軸方位遍布較爲勻稱。除此之外還可看得出，沿牙長軸方位，牙周膜外表層比內表面的內應力要減少。頭頸減少力度較大，達61.43%。表明牙周膜對牙協力具備顯著的分散化和調節作用。
2.2 仿生技術牙周膜內應力遍布
當仿生技術膜彈性模具取純天然牙周膜彈性模具的10倍值時，根據三維有限元原理測算出仿生技術膜裏外表層較大Von Mises內應力沿牙長軸方位的遍布。仿生技術膜內表層上高內應力區也發生在牙頸部，牙龈中間到牙龈頂端的內應力也非常小，內表層上內應力變化幅度做到Δσvom=13.38 MPa。仿生技術膜表面面上內應力遍布較爲勻稱，頭頸較大Von Mises內應力數值6.63 MPa，牙龈中間內應力最少爲3.99 MPa，內應力變化幅度僅爲Δσvom=2.64 MPa。與純天然牙周膜內應力較爲，這類彈性模具的仿生技術膜一樣能具有內應力分散化和調節作用。
2.3 3種實體模型骨頁面內應力遍布
仿生技術種植牙齒和純天然牙二種實體模型骨頁面上較大Von Mises內應力沿牙長軸方位的轉變都較爲勻稱，純天然牙在骨頁面上內應力變化幅度爲Δσvom=3.92 MPa，而仿生技術種植牙齒骨頁面上的內應力變化幅度僅爲Δσvom=1.65 MPa。骨性融合栽種牙模型骨頁面上較大Von Mises內應力沿牙長軸方位轉變是逐漸減少的。從牙龈中間到牙龈頂端的內應力減少較爲輕緩，減少力度僅有10%上下，說明牙龈中間到牙龈頂端的內應力慢慢降至較爲低的水准。從頭頸至牙龈中間的內應力減少力度非常大，做到63%，頭頸周邊地區發生應力狀況，頭頸處內應力較大，做到23.11 MPa，它與自然牙對比此處內應力提升力度爲238.86%。
2.4 仿生技術膜取不一樣彈性模具的仿生技術栽種牙模型骨頁面內應力遍布
仿生技術栽種牙模型中仿生技術牙周膜取不一樣彈性模具其骨頁面上較大Von Mises內應力沿牙長軸方位的轉變也不一樣。在頭頸和根端部較大Von Mises內應力隨仿生技術膜彈性模具的增加而減少，當仿生技術膜彈性模具爲689 MPa時，內應力做到極小值，接著內應力又隨仿生技術膜延展性