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不同结构及孔隙率多孔钽种植体力学性能的有限元分析

Finite element analysis of mechanical properties of porous tantalum implants with different structures and porosities

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摘要背景:多孔钽可能是替换钛及钛合金的一种理想口腔种植材料,但其最佳结构及孔隙率仍有待探讨.目的:通过有限元分析方法探寻多孔钽的仿生骨小梁、钻石晶格、立方体晶格结构中最接近颌骨弹性模量的孔隙率,在得到的3组弹性模量优选组中进一步探索最有利于降低骨应力及促进种植初期细胞黏附的结构.方法:采用nTop软件分别制作仿生骨小梁、钻石晶格、立方体晶格结构的60%,70%,80%孔隙率模型,共9组,使用Ansys软件进行静压力模拟,记录施力面沿施力方向的形变量,计算弹性模量,选出3种结构中弹性模量最接近下颌骨皮质的孔隙率.设计了中部为多孔支架、上下段实心螺丝结构的种植体,并模拟植入后受力,分析3组最优结构种植体骨植入后受力下的颌骨内应力,探寻在相近弹性模量下最有利于降低骨内应力的一组多孔支架结构.使用Ansys软件对3组弹性模量优选组进行流体力学仿真模拟,探讨最利于细胞早期黏附、成骨的结构.结果与结论:①静压力模拟分析显示,钻石晶格60%、仿生骨小梁70%和立方体晶格80%是各结构不同孔隙率中弹性模量最接近下颌骨皮质的分组.钽种植体植入后负载下的静压力分析显示,仿生骨小梁70%组骨松质应力低于钻石晶格60%组、立方体晶格80%组,钻石晶格60%组骨皮质应力高于立方体晶格80%组.②流体力学分析显示,立方体晶格80%组支架附近低流速区域体积最大,仿生骨小梁70%组支架附近低流速区域体积略低于立方体晶格80%组,钻石晶格60%组支架附近低流速区体积最小.引入离散相微粒模拟细胞运动后发现,仿生骨小梁70%组虽支架附近低流速区体积略小于立方体晶格80%组,但支架附近低流速区有最多的粒子停留,最有利于早期细胞黏附及成骨.

作者王睿浩 ^[1] 胡小华 ^[2] 王玉娇 ^[1] 令狐敏 ^[1] 杨晓红 ^[3] 学术成果认领

作者单位遵义医科大学附属口腔医院口腔修复科,贵州省遵义市 563006;遵义医科大学基础药理教育部重点实验室,贵州省遵义市 563006 ^[1] 遵义医科大学附属口腔医院口腔颌面外科,贵州省遵义市 563006 ^[2] 遵义医科大学附属口腔医院口腔修复科,贵州省遵义市 563006 ^[3]

关键词有限元分析支架结构种植体钽弹性模量流体力学孔隙率 finite element analysis scaffold structure implant tantalum elastic modulus fluid mechanics porosity

分类号 R459.9（治疗学）R318.08（医用一般科学）R783.4（口腔矫形学）

栏目名称

工程化口腔生物材料

DOI 10.12307/2026.631

发布时间 2026-03-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）