基于三维有限元分析的序贯加载条件下微孔钽与钛种植体在不同骨质量中的生物力学性能比较

《Scientific Reports》：Biomechanical evaluation of porous tantalum and titanium dental implants under different bone quality conditions using three-dimensional finite element analysis

　　

摘要

本研究旨在利用三维有限元分析，结合模拟后牙咀嚼的序贯加载条件，比较钛和微孔钽种植体在不同骨质量条件下的生物力学响应。基于锥形束计算机断层扫描数据，构建了钛种植体和微孔钽种植体分别置于II型（D2）和IV型（D4）骨条件下的三维有限元模型。微孔钽使用有效弹性模量被建模为均匀等效材料。施加了代表后牙咀嚼周期不同阶段的序贯加载条件。评估了种植体组件及周围皮质骨和松质骨组织内的等效冯·米塞斯应力分布。应力分布受骨质量和种植体材料的共同影响。与D2骨相比，D4骨条件下种植体系统内部及周围组织出现了更高的应力集中。钛种植体在种植体体部及种植体-基台连接区域表现出更高的峰值冯·米塞斯应力值，尤其在D4骨条件下更为明显。微孔钽种植体在种植体组件内部表现出更低的峰值应力集中，但与钛种植体相比，其向周围松质骨的应力传递有所增加。在斜向加载阶段观察到最高应力值。在本有限元研究的局限性范围内，微孔钽种植体在所模拟的加载条件下（尤其是低密度骨条件下）表现出了相较于钛种植体更为有利的应力传递特性。微孔钽较低的弹性模量可能有助于在种植体结构与周围骨组织之间实现更为均衡的机械载荷重新分布。然而，这些发现不应被解读为微孔钽种植体具有优越临床表现的直接证据，仍需进一步的实验和临床研究来验证微孔钽种植体的潜在生物力学优势。