个性化钛网辅助修复大范围下颌牙槽骨缺损的静态力学分析
Static mechanical analysis of individualized titanium mesh for restoring extensive mandible alveolar bone defects
摘要目的 利用三维有限元分析方法,探究不同固位钉数目和位置对3D打印个性化钛网修复大范围骨缺损时的生物力学性能影响.方法 构建数字化大范围下颌牙槽骨缺损模型,应用3-Matic 15和Geomagic Wrap 2021软件对模型进行虚拟骨增量,制作个性化钛网,相同钛网依据不同固位钉数目和位置分为5个模型:A:4颗固位钉分别位于颊侧近中、颊侧正中、下颌升支和舌侧;B:3 颗固位钉分别位于颊侧近中、颊侧正中和下颌升支;C:2 颗固位钉分别位于颊侧近中和颊侧正中;D:2 颗固位钉分别位于颊侧近中和下颌升支;E:2 颗固位钉分别位于颊侧正中和下颌升支.构建有限元分析模型,分析各组3D打印个性化钛网的位移和应力.结果 利用4 颗固位钉的钛网,整体位移量较小,最大位移量为0.088 mm,能够充分保护内部骨增量材料;使用3 颗固位钉的钛网,其颊侧及牙槽嵴顶的位移相对均匀,由于舌侧缺少固位钉,位移量较大,集中在舌侧的远中区,最大位移量为0.263 mm.3 组使用2 颗固位钉的模型中:固位钉位于颊侧近中和颊侧正中的模型,钛网的远中无固位钉,距固位钉越远的游离端位移量越大,最大数值达到3.255 mm;固位钉位于颊侧近中和下颌升支的模型,固位钉分别位于钛网近远中两端,此钛网跨度长,在受到载荷后钛网中间段向下沉降较大,两侧逐渐递减,整段钛网均匀变形,近中游离端受到上翘的力,位移最大为0.728 mm;固位钉位于颊侧正中和下颌升支的模型,近中悬臂梁较长,承受载荷后,越偏近中变形量越大,最大变形量为3.823 mm.因此,使用4 颗固位钉钛网以及使用固位钉位于颊侧近中、正中钉钛网的等效应力分布均匀,无明显应力集中;使用3 颗固位钉钛网的应力集中分布在其颊侧及固位钉周围;固位钉位于颊侧近中、下颌升支的钛网和固位钉位于颊侧正中、下颌升支的钛网应力分布均集中在2 颗固位钉周围.A、B、C、D、E 5 组钛网的最大应力分别为:183.29、451.30、722.22、904.84 和1 462.40 MPa.结论 固位钉的数目越多,个性化钛网负载下的位移越少;固位钉数量相同时,固位钉的位置对个性化钛网的移位有着显著影响.
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