作者：林东，林珊，陈江，郭金泉 作者单位：福建省卫生教育联合攻关计划项目(WKJ20082064) 1.福建边防总队医院 口腔科，福州 350003 2.福建医科大学 附属第一医院口腔科，福州 350005 3.福建医科大学 附属口腔医院，福州 350002 4.福州大学 机械工程及自动化学院，福州 350108

　　【摘要】 目的 分析不同螺纹深度微小种植体骨界面的生物力学变化，为微小种植体的设计和临床应用提供科学的理论依据。 方法 采用ANSYSWorkbench有限元软件，建立不同螺距深度的六个三维有限元模型，分别在模型上计算出不同螺纹深度的微小种植体骨界面的VonMises应力及位移分布状况。 结果 不同螺纹深度的微小种植体VonMises应力及位移的分布均集中于种植体颈部骨皮质区，种植体的VonMises应力值及位移值均较小。螺纹深度的不同对微小种植体骨界面VonMises应力值、位移值有影响，螺纹深度为0.2 mm的微小种植体VonMises应力峰值、位移峰值最小。 结论 本实验建立的微小种植体骨组织三维有限元模型具有良好的几何相似性，可对微小种植体及其支持骨组织进行精确的生物力学分析，螺纹深度为0.2 mm的微小种植体具有较好生物力学特性。

　　【关键词】 模型,解剖学; 牙应力分析; 生物力学; 牙种植; 牙种植体; 有限元分析

　　A ThreeDimensional Finite Element Analysis on the Influence of Different Depth of Thread on Biomechanical Properties of MicroImplantBone Interface

　　LIN Dong， LIN Shan， CHEN Jiang,GUO Jinquan

　　1. Department of Stomatology, Fujian Provincial Frontier Defense Corps Hospital, Fuzhou 350003, China;

　　2. Department of Stomatology，The First Affiliated Hospital，Fujian Medical University, Fuzhou 350005, China;

　　3. Department of Stomatology，The Affiliated Stomatological Hospital, Fujian Medical University, Fuzhou 350002, China;

　　4. College of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China

　　ABSTRACT: Objective To establish threedimensional finite element models for microimplantbone and to analyze the influence of different depth of thread on the biomechanical characteristics of microimplantbone interface, with the purpose of providing scientific theoretical basis for the design and clinical application of microimplants. Methods By using the commercial code of ANSYSWorkbench software, threedimensional finite element models of microimplantbone complex were built up to analyze the influence of thread of different depth on the biomechanical properties of microimplantbone interface. Results In all the cases, both the VonMises and displacement focused on the cortical area of cervix of the microimplants. The values of VonMises stress and displacement were very small. Different depth of thread influenced the values of VonMises stress and displacement. The depth of the threaded implant of 0.2 mm resulted in the minimum stress and displacement values. Conclusion The threedimensional finite element models for microimplantbone established in the study show favourable geometrical similarity, which can help to make a detailed biomechanical analysis of microimplants and their supporting bone tissue. The microimplant with thread of the depth of 0.2 mm would have better biomechanical properties.

　　KEY WORDS: models, anatomic; dental stress analysis; biomechanics; dental implantation; dental implants; finite element analysis

　　目前临床上使用的微小种植体多为螺纹型种植体，对于微小种植体螺纹形态的研究较少。本文运用三维有限元法探讨不同螺纹深度微小种植体骨界面的VonMises应力和位移分布的特点，以期寻找出微小种植体适宜的螺纹深度，为种植体的设计和临床应用做参考。

　　1 材料和方法

　　1.1 微小种植体

　　骨组织三维有限元模型建立

　　1.1.1 微小种植体三维实体模型建立

　　参照文献[1] 设定微小种植体外形：微小种植体为外径1.5 mm，长度11 mm，螺纹顶角60°，螺距1.0 mm的刃状螺纹圆柱形螺钉，设定种植体植入骨组织长度为8 mm。按照上述尺寸，以螺纹深度为变量，利用SOLIDWORKS画图软件绘出螺纹深度为0.1 mm、0.15 mm、0.20 mm、0.25 mm、0.3 mm、0.35 mm6个微小种植体三维实体模型。

　　1.1.2 骨组织三维实体模型建立

　　骨组织外形的设定将其简化为长方体骨块尺寸：长度10 mm，宽度10 mm，高度15 mm。长方体骨块上部设置为皮质骨层,下部设置为松质骨层，皮质骨层厚度为1.6 mm、松质骨层厚度为13.4 mm。按照上述尺寸，利用SOLIDWORKS画图软件绘出骨块三维立体几何模型。并在骨块中以六个微小种植体实体模型的螺纹形态分别绘制出包含不同螺纹形态的种植窝的6个骨组织三维实体模型。

　　1.1.3 微小种植体

　　骨组织三维实体模型的建立 微小种植体的实体模型与骨实体模型在SOLIDWORKS软件内装配形成微小种植体骨组织的三维实体模型，利用ANSYS软件的CAD数据接口，将SOLIDWORKS软件生成的实体模型文件直接导入ANSYSWorkbench有限元软件进行有限元分析。

　　1.2 实验设计

　　微小种植体及骨皮质材料均设置为线性、弹性、各向同性的均质连续材料,材料受力变形为小变形,种植体和骨组织之间为100%的骨结合。

　　1.3 材料力学参数

　　微小种植体材料设为钛，其弹性模量为103 400 MPa，泊松比为0.34，骨皮质弹性量为13 700 MPa，泊松比为0.33，骨松质弹性模量为1 500 MPa，泊松比为0.30。

　　1.4 边界条件

　　在简化的模型上设定边界条件，由于微小种植体周围硬组织设定为连续体，所以在约束中，除了微小种植体植入的1个面以外，骨模型长方体的其余5个面节点全部约束。

　　1.5 定义单元属性及网格划分

　　种植体及骨的单元类型均设置为solid187。用ANSYS自适应网格划分功能对模型进行智能尺寸网格划分，结合手动调节单元大小数值，使种植体、骨块几何尺寸不受单元划分的影响，生成微小种植体骨组织三维有限元模型。

　　1.6 载荷条件

　　在距微小种植体头部1.25 mm处加载载荷为150 g，与微小种植体长轴夹角为60°的斜向下的力。

　　2 结 果

　　2.1 微小种植体应力值

　　微小种植体的VonMises应力主要集中在种植体骨界面的颈部1.6 mm骨皮质处，VonMises应力值较大，应力衰减明显，在松质骨区内应力值很小，应力衰减缓慢，螺纹深度为0.2 mm的微小种植体VonMises应力峰值最小(表1)。表1 不同螺纹深度微小种植体骨界面VonMises应力值(略)

　　2.2 微小种植体位移值

　　微小种植体颈部骨皮质区有较大的位移值，位移值衰减明显，在松质骨区位移值较小，位移值衰减缓慢, 螺纹深度为0.2 mm的微小种植体位移峰值最小(表2)。'表2 不同螺纹深度微小种植体—骨界面位移值(略)