牙種植體的有限元分析中，模型的建立至關(guān)重要，模型的幾何相似性、種植體骨界面性質(zhì)的定義、材料力學(xué)性質(zhì)、邊界條件等與計(jì)算結(jié)果密切相關(guān)。用于種植體即刻負(fù)載相關(guān)研究的有限元模型應(yīng)能反映出即刻負(fù)載的界面特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在2個(gè)方面：一是即刻負(fù)載界面沒有發(fā)生骨結(jié)合，骨組織與種植體為物理接觸，在負(fù)載條件下兩者會(huì)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)（微動(dòng)）；二是為了獲得最佳的初期穩(wěn)定性，即刻負(fù)載界面往往存在初始應(yīng)力（種植體直徑大于所制備種植窩的直徑所產(chǎn)生），但發(fā)生了骨結(jié)合的界面沒有初始應(yīng)力。以往的種植體有限元研究模型多為骨結(jié)合模型，即種植體骨界面定義為100%結(jié)合，界面單元被結(jié)合在一起，在載荷下不發(fā)生相對位移。雖然Huja、Pierrisnard等相繼建立了種植體植入初期的非骨結(jié)合有限元模型，用于即刻負(fù)載的研究，但這些模型種植體骨界面的定義與即刻負(fù)載骨界面性質(zhì)仍有較大差別，沒有反映即刻負(fù)載種植體骨界面的重要特征：種植體骨界面存在初始應(yīng)力。以往在研究牙種植體骨界面力學(xué)規(guī)律時(shí)，往往將牙種植體的螺紋形態(tài)簡化為柱狀表面或?qū)ΨQ、非連續(xù)的數(shù)個(gè)齒牙形圓環(huán)，這與實(shí)際的連續(xù)螺紋形態(tài)相差甚遠(yuǎn)，勢必會(huì)影響到界面力學(xué)的分析結(jié)果。因此，為獲得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，有必要建立包含真實(shí)螺紋形態(tài)的牙種植體有限元模型。本研究旨在探索一種可行的建立包含真實(shí)螺紋形態(tài)的牙種植體即刻負(fù)載三維有限元模型的方法，所建模型界面性質(zhì)為非骨結(jié)合界面并存在初始應(yīng)力，為牙種植體即刻負(fù)載相關(guān)研究提供模型支持。
   
    1材料與方法
   
    1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備
   
    自行組裝計(jì)算機(jī)：CPU1.8G，內(nèi)存1.0G；軟件：SolidWorks制圖軟件、ABAQUS有限元軟件（HKS公司）。
   
    1.2即刻負(fù)載有限元模型的建立
   
    1.2.1螺紋型牙種植體、下頜骨骨塊尺寸參照第四軍醫(yī)
   
    大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院研制的螺紋型牙種植體（MDIC螺紋型種植體）建立牙種植體模型，種植體直徑3.7mm、長13.0mm、螺距0.7mm、V型螺紋。牙種植體模型上部基臺(tái)簡化為直徑6.0mm、高6.0mm的圓柱體。下頜骨立方骨塊尺寸：10mm（近遠(yuǎn)中）×15mm（高度）×10mm（頰舌向）。立方體骨塊頰舌、上下4個(gè)外表面畫出密質(zhì)骨層（1.2～1.5mm厚不等）。種植體及骨塊模型見圖1、2。
   

    1.2.2實(shí)體模型的生成和模型分元按照上述尺寸，利用畫圖軟件SolidWorks繪出螺紋型牙種植體、下頜骨局部骨塊三維立體幾何模型；在骨塊中繪制出包含螺紋形態(tài)的種植窩，此種植窩螺紋尺寸比種植體螺紋稍小，種植體與骨塊裝配后，螺紋界面產(chǎn)生過盈配合（圖3）。
   
    分別保存種植體、骨塊實(shí)體模型文件。將生成的種植體、骨塊文件導(dǎo)入ABAQUS軟件，裝配種植體和骨塊，使種植體螺紋與骨塊內(nèi)螺紋發(fā)生過盈配合。利用該軟件自動(dòng)劃分功能進(jìn)行種植體、局部骨塊的單元?jiǎng)澐郑Y(jié)合手動(dòng)調(diào)節(jié)單元大小數(shù)值，使種植體、骨塊幾何尺寸不受單元?jiǎng)澐值挠绊懀麄€(gè)模型采用四面體單元?jiǎng)澐帧?BR>   
    1.2.3模型材料力學(xué)參數(shù)本研究材料力學(xué)參數(shù)參照Huang等的有限元模型參數(shù)，模擬Ⅱ類骨質(zhì)（Lekholm&Zarb1985年分類標(biāo)準(zhǔn)）。有關(guān)材料力學(xué)參數(shù)見表1。
   
    1.2.4實(shí)驗(yàn)假設(shè)模型中種植體和骨組織假設(shè)為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的線彈性材料。
    1.2.5界面接觸的定義采用庫侖摩擦模型模擬非骨結(jié)合狀態(tài)，即界面處2種材料組織，在外力作用下可發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，界面可傳遞壓力，不能傳遞拉應(yīng)力，摩擦系數(shù)μ=0.3。
    1.2.6邊界條件下頜骨局部骨塊頰舌面、近遠(yuǎn)中面、底面給予剛性約束。

    1.3骨界面初始應(yīng)力的實(shí)現(xiàn)
   
    本實(shí)驗(yàn)采用過盈配合的方法模擬種植體骨界面的初始應(yīng)力，即將內(nèi)螺紋比種植體螺紋小的骨塊和種植體配合后，在螺紋界面產(chǎn)生過盈，種植體部分單元"伸入"骨組織單元內(nèi)，利用ABAQUS有限元軟件"過盈配合選項(xiàng)"將相互重疊的單元"拉開"至恰好配合狀態(tài)，界面產(chǎn)生初始應(yīng)力。
   
    臨床上的過盈量（種植體半徑與種植窩半徑的差值）一般為0.3mm左右，但鮮見報(bào)道0.3mm過盈產(chǎn)生的界面應(yīng)力的確切大小。從理論上講，種植體骨界面初始應(yīng)力如果超過骨組織的破壞強(qiáng)度，骨組織即會(huì)發(fā)生骨折，應(yīng)力隨之部分釋放，直至與破壞強(qiáng)度相當(dāng)。相關(guān)組織學(xué)研究也顯示擠壓植入產(chǎn)生的界面最終初始應(yīng)力應(yīng)與骨質(zhì)破壞強(qiáng)度相當(dāng)。因此，本實(shí)驗(yàn)假定所建即刻負(fù)載有限元模型的界面初始應(yīng)力與骨質(zhì)破壞強(qiáng)度相等，并確定合適的過盈量。具體方法：從0.02mm過盈量開始，逐漸增加過盈量，建立不同過盈量下的有限元模型，觀察不同過盈量產(chǎn)生的界面初始應(yīng)力大小，直到產(chǎn)生的應(yīng)力與骨質(zhì)破壞強(qiáng)度相當(dāng)止，此時(shí)的過盈量即為即刻負(fù)載模型的合適過盈量，該模型即為本實(shí)驗(yàn)最終擬建立的即刻負(fù)載有限元模型。