国际口腔医学杂志

国际口腔医学杂志 ›› 2019, Vol. 46 ›› Issue (4): 387-392.doi: 10.7518/gjkq.2019070

• 论著 • 上一篇    下一篇

螺纹深度对支抗微种植体和颌骨影响的三维有限元分析

颜丹1,张锡忠2,王建国2()   

  1. 1. 佛山科学技术学院附属口腔医院·佛山市口腔医院同济西门诊部 佛山 528000;
    2. 天津市口腔医院正畸科 天津 300041
  • 收稿日期:2018-08-18 修回日期:2019-02-15 出版日期:2019-07-01 发布日期:2019-07-12
  • 作者简介:颜丹,主治医师,硕士,Email：yandan. good@163.com
  • 基金资助:
    佛山市医学类科技攻关项目(2017AB001881);佛山市卫生和计划生育局医学科研课题(20180158)

3D finite element analysis for influence of microimplant thread depth on microimplant and mandible

Yan Dan1,Zhang Xizhong2,Wang Jianguo2()   

  1. 1. Dept. of Tongji West Clinic, Foshan Stomatological Hospital, School of Stomatology and Medicine, Foshan University, Foshan 528000, China
    2. Dept. of Orthodontics, Tianjin Stomatological Hospital, Tianjin 300041, China
  • Received:2018-08-18 Revised:2019-02-15 Online:2019-07-01 Published:2019-07-12
  • Supported by:
    This study was supported by Foshan Medical Science and Technology Board(2017AB001881);Medical Research of Foshan Health and Family Planning Bureau(20180158)

RichHTML

6

PDF (PC)

157

摘要：

目的 分析螺纹深度变化对微种植体及颌骨上的应力分布和位移的影响,为支抗微种植体的临床选择和优化设计提供理论参照。方法 运用Pro/E软件建立不同螺纹深度的微种植体和下颌骨三维有限元模型,用Hypermesh软件对该模型进行网格划分,并在微种植体顶部施加与颌骨面平行的正畸力2.94 N,用ANSYS软件进行三维模拟计算。结果 微种植体-骨界面应力峰值集中在骨密质内,当螺纹深度为0.3 mm时,微种植体颈部及其相邻颌骨面的Von-mises应力峰值最小,为18.12 MPa;螺纹深度为0.4 mm时,应力峰值最大,为60.28 MPa。结论 螺纹深度影响微种植体和颌骨的应力分布,在本实验条件下,螺纹深度为0.3 mm时,微种植体-骨界面、微种植体上的应力和位移分布最优。

关键词: 有限元分析, 应力, 正畸支抗, 微种植体, 螺纹深度

Abstract:

Objective In this work, we aimed to analyse the influence of microimplant thread depth on stress and displacement distribution on microimplant and mandible and apply the theoretical reference in choosing orthodontic anchorage microimplant and optimising its design.Methods The 3D finite element models of the microimplants with different thread depths and mandibles were established using Pro/E. The elements were divided using Hypermesh, and results were calculated using the ANSYS software. The force of 2.94 N which was parallel to the mandible surface was applied on the top of the microimplant.Results The maximum Von-mises stress on the microimplant-bone interface focused on the cortical bone. The model with thread depth of 0.3 mm had the smallest Von-mises stress peak of 18.12 MPa on the microimplant neck and its nearby bone, whereas the largest Von-mises stress peak of 60.28 MPa occurred in the model with the thread depth of 0.4 mm.Conclusion The microimplant thread depth influenced the stress distribution on the microimplant and mandible. The stress and displacement distributions on microimplant-bone interface and microimplant were at the optimum when the tread depth was 0.3 mm among all the cases mentioned in this work.

Key words: finite element analysis, stress, orthodontic anchorages, microimplant, thread depth

中图分类号: 

  • R783.5

表 1

支抗微种植体-颌骨模型网格总数和节点总数"

模型序号 网格总数 节点总数
De-1 50 984 11 910
De-2 44 678 10 566
De-3 42 588 10 050
De-4 57 518 13 603

表 2

实验材料的力学参数"

材料名称 弹性模量/MPa 泊松比
骨密质 13 700 0.3
骨松质 1 370 0.3
微种植体 103 400 0.35

图 1

边界条件及载荷条件"

图 2

骨界面上的Von-mises应力折线图A：压力侧;B：非压力侧。"

图 3

骨界面上的位移折线图A：压力侧位移;B：非压力侧位移。"

表 3

微种植体-骨界面最大Von-mises应力值"

模型序号 压力侧 非压力侧 平均值
De-1 22.61 35.81 29.21
De-2 39.43 63.10 51.27
De-3 41.36 43.01 42.19
De-4 52.80 98.97 75.89

表 4

微种植体-骨界面最大位移值"

模型序号 压力侧 非压力侧
De-1 0.004 46 0.004 54
De-2 0.004 79 0.004 69
De-3 0.003 36 0.003 46
De-4 0.006 06 0.004 63

图 4

纵剖面Von-mises应力分布"

图 5

沿z轴的Von-mises应力折线图A：z轴应力折线图;B：最大应力随螺纹深度变化图。"

5 参考文献
[1] 邵雯婷, 王学金 . 正畸微种植体支抗稳定性研究方法现状[J]. 口腔医学研究, 2016,32(10):1106-1109.
Shao WT, Wang XJ . Status of research methods on the stability of micro-implants as orthodontic anchorage[J]. J Oral Sci Res, 2016,32(10):1106-1109.
[2] Favero L, Giagnorio C, Cocilovo F . Comparative analysis of anchorage systems for micro implant orthodontics[J]. Prog Orthod, 2010,11(2):105-117.
[3] 林东, 林珊, 陈江 , 等. 不同螺纹深度微小种植体的生物力学三维有限元研究[J]. 福建医科大学学报, 2009,43(5):381-383.
Lin D, Lin S, Chen J , et al. A three-dimensional finite element analysis on the influence of different depth of thread on biomechanical properties of micro-im-plant-bone interface[J]. J Fujian Med Univ, 2009,43(5):381-383.
[4] 颜丹, 王建国, 张锡忠 . 不同骨内段直径对支抗微种植体和颌骨表面影响的三维有限元分析[J]. 天津医药, 2013,41(1):22-25, 97.
Yan D, Wang JG, Zhang XZ . Three-dimensional finite element analysis for the influence of micro-implant endosteal diameter on micro-implant and surface of mandibular[J]. Tianjin Med J, 2013,41(1):22-25, 97.
[5] Tada S, Stegaroiu R, Kitamura E , et al. Influence of implant design and bone quality on stress/strain distribution in bone around implants: a 3-dimensional finite element analysis[J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2003,18(3):357-368.
[6] Duaibis R, Kusnoto B, Natarajan R , et al. Factors affecting stresses in cortical bone around miniscrew implants: a three-dimensional finite element study[J]. Angle Orthod, 2012,82(5):875-880.
[7] Sebbar M, Bourzgui F, Badre L , et al. Anchorage miniscrews: a histologic study of peri-implant soft tissue[J]. Int Orthod, 2012,10(1):85-95.
[8] Abuhussein H, Pagni G, Rebaudi A , et al. The effect of thread pattern upon implant osseointegration[J]. Clin Oral Implants Res, 2010,21(2):129-136.
[9] Chowdhary R, Halldin A, Jimbo R , et al. Evaluation of stress pattern generated through various thread designs of dental implants loaded in a condition of immediately after placement and on osseointegration: an FEA study[J]. Implant Dent, 2013,22(1):91-96.
doi: 10.1097/ID.0b013e31827daf55
[10] Mischkowski RA, Kneuertz P, Florvaag B , et al. Bio-mechanical comparison of four different miniscrew types for skeletal anchorage in the mandibulo-maxil-lary area[J]. Int J Oral Maxillofac Surg, 2008,37(10):948-954.
[11] 周栾慧, 杨四维, 黄跃 , 等. 植入角度及深度对种植体支抗稳定性影响的三维有限元研究[J]. 口腔医学, 2010,30(8):488-490.
Zhou LH, Yang SW, Huang Y , et al. 3D-FE study of implant anchorage stability under effects of inserting angulation and depth[J]. Stomatology, 2010,30(8):488-490.
[12] Lin TS, Tsai FD, Chen CY , et al. Factorial analysis of variables affecting bone stress adjacent to the orthodontic anchorage mini-implant with finite ele-ment analysis[J]. Am J Orthod Dentofacial Orthop, 2013,143(2):182-189.
[13] 曾婷艳, 黄生高 . 种植体支抗稳定性的三维有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2018,45(1):112-118.
Zeng TY, Huang SG . A three-dimensional finite ele-ment analysis for stability of mini-implant anchorage[J]. Int J Stomatol, 2018,45(1):112-118.
[1] 陈昕,毛渤淳,鲁雨晴,董博,朱卓立,岳莉,于海洋. 钴铬合金和聚醚醚酮用于可摘局部义齿支架的三维有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2019, 46(5): 526-531.
[2] 黄璐,钱捷. 三维有限元在嵌体修复中的研究进展[J]. 国际口腔医学杂志, 2018, 45(6): 728-733.
[3] 曾婷艳, 黄生高. 种植体支抗稳定性的三维有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2018, 45(1): 112-118.
[4] 张晓, 邓青完, 杜琼, 谢静. 主桩辅桩联合修复对前磨牙应力的有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2017, 44(5): 559-565.
[5] 曹国庆, 王林霞, 杜莉平. 有限元法在桩核冠修复研究中的应用[J]. 国际口腔医学杂志, 2017, 44(2): 209-213.
[6] 赵静子1 张文君2 张晓东2. 上颌后牙区正畸微种植体支抗植入安全区的测量研究[J]. 国际口腔医学杂志, 2015, 42(6): 659-663.
[7] 颜丹，张锡忠，王增全，王建国，关泽建. 螺距对支抗微种植体—骨界面影响的三维有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2015, 42(5): 557-561.
[8] 关卿 金涛 顾永春 杨犇 倪龙兴. 3种根管预备器械在弯曲根管中扭转负载下的三维有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2015, 42(3): 269-272.
[9] 张强1 李英2. Ⅱ类骨质中平台转换种植体植入深度对周围骨应力影响的有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2014, 41(1): 31-35.
[10] 贺涵 贺红. 种植体支抗在正畸治疗中垂直向控制的应用进展[J]. 国际口腔医学杂志, 2013, 40(5): 648-652.
[11] 鲁颖娟 常少海. 微种植体初期稳定性的影响因素[J]. 国际口腔医学杂志, 2013, 40(3): 403-405.
[12] 段艳艳综述 苏勤审校. 根管预备中镍钛器械的应力分布及牙根的抗力性改变[J]. 国际口腔医学杂志, 2013, 40(2): 199-201.
[13] 王亚楠综述 杨四维审校. 微种植体支抗压低前牙的临床与基础研究[J]. 国际口腔医学杂志, 2013, 40(2): 221-223.
[14] 刘天爽1 樊成2 李振春3 陈小冬3. 不同切端全瓷贴面的破坏力学分析[J]. 国际口腔医学杂志, 2012, 39(5): 565-567.
[15] 孟德廷综述 林志勇审校. 根管治疗过程中影响牙根纵裂的因素[J]. 国际口腔医学杂志, 2012, 39(2): 205-207.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 张京剧. 青年期至中年期颅面复合体变化的头影测量研究[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(06): .
[2] 刘玲. 镍铬合金中铍对可铸造性和陶瓷金属结合力的影响[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(06): .
[3] 王昆润. 在种植体上制作固定义齿以后下颌骨密度的动态变化[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(06): .
[4] 王昆润. 重型颌面部炎症死亡和康复病例的实验室检查指标比较[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(06): .
[5] 逄键梁. 两例外胚层发育不良儿童骨内植入种植体后牙槽骨生长情况[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(05): .
[6] 温秀杰. 氟化物对牙本质脱矿抑制作用的体外实验研究[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(05): .
[7] 杨春惠. 耳颞神经在颞颌关节周围的分布[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(04): .
[8] 王昆润. 牙周炎加重期应选用何种抗生素[J]. 国际口腔医学杂志, 1999, 26(04): .
[9] 杨儒壮 孙宏晨 欧阳喈. 纳米级高分子支架材料在组织工程中的研究进展[J]. 国际口腔医学杂志, 2004, 31(02): 126 -128 .
[10] 严超然,李龙江. 肿瘤靶向药物载体系统的研究进展[J]. 国际口腔医学杂志, 2008, 35(S1): .