بخشی از مقاله
چکیده
روش اجزاءمحدود یکی از روشهای موفق حل مشکلات مرتبط به دندانپزشکی میباشد و روشی برای ارزیابی سیستم ایمپلنت محسوب میشود. در این مقاله از نرم افزار تخصصی آباکوس استفاده شده است. شبیهسازی ایمپلنت دندان در نر افزار آباکوس با مدلسازی هندسه، تعریف خصوصیات مواد، شرایط مرزی، شرایط تماس، بارگذاری و المانبندی برای ایمپلنت-استخوان انجام شده است. دو تحلیل با دو مقدار نیروی متفاوت مورد بررسی قرارخواهد گرفت. در تحلیل استاتیکی نیروی 100 نیوتن با زاویه 45 درجه به سرپوش سرامیکی وارد میشود. تمام مراحل مدلسازی در تحلیل دینامیکی مشابه تحلیل استاتیکی با نیروی مایل 400 نیوتن در زمان 0/01 ثانیه وارد میشود. تنش ماکزیمم فون میزز در تحلیل استاتیکی 82/5 مگاپاسکال و در تحلیل دینامیکی 770/2 مگاپاسکال بدست آمد. در مقایسه تنش ماکزیمم در تحلیل استاتیکی کمتر از تحلیل دینامیکی می باشد. مقدار ماکزیمم جابجایی در تحلیل دینامیکی کمتر از تحلیل استاتیکی میباشد.
مقدمه
ایمپلنت نوعی ابزار پزشکی است که برای جایگزینی یک عضو زیستی، حمایت از یک ساختار زیستی آسیبدیده یا تقویت ساختار در بخشی از بدن قرار داده میشوند. یکی از رایجترین آنها، ایمپلنتهای ارتوپدی و دندانی میباشد. ایمپلنتهای تیتانیوم توسط پروفسور برانمارک ٌبرای اولین بار مورد استفاده قرار گرفتند. [1] نظریه برانمارک مبنی بر یکپارچه شدن استخوان با قطعه تیتانیوم بود، وی پدیده اتصال استخوان-ایمپلنت را پیوند استخوانی ٍ نامگذاری نمود. طبق تعریف برانمارک، پیوند استخوانی به معنی تماس مستقیم استخوان زنده و ایمپلنت میباشد. ایمپلنت دندان معمولا شامل سه بخش اصلی تاجَ ، اباتمنت ُ ، فیکسچر ِ میباشد. اباتمنت بر روی فیکسچر قرار میگیرد. تاح بر روی اباتمنت جازده میشود. فک پایین شامل دو استخوان، استخوان متراکم و استخوان اسفنجی میباشد. استخوان متراکم با ضخامت کم استخوان اسفنجی را احاطه کرده است.
روش اجزاءمحدود، آنالیز عددی رایجی است که از سال 1950 در بسیاری از زمینهها استفاده میشود. این روش یکی از روشهای موفق حل مشکلات مرتبط به دندان پزشکی میباشد و روشی برای ارزیابی سیستم ایمپلنت محسوب میشود. در سال های اخیر تحقیقاتی انجام شده است از جمله کایاباسی و همکاران[2 ]، رفتار استاتیک، دینامیک و خستگی ایمپلنت دندان را با استفاده از روش اجزاء محدود بررسی کردند. در این تحقیق بار دینامیکی در مدت 5 ثانیه بر روی سطح اکلوزال ّ اعمال شده است و عمر خستگی براساس معیارهای گودمن، سودربرگ وگربر محاسبه شده است.آنها دریافتند تنش ماکزیمم فون میزز در بارگذاری دینامیکی بیشتر از بارگذاری استاتیکی میباشد. هنگ وهمکاران[3 ]، با کمک 18 مدل مختلف اجزاء محدود به بررسی توزیع تنش و لغزش ایمپلنتها پرداختند. تماس سطوح از نوع اصطکاکی در نظر گرفته شده است.
این نوع سطح تماس برای ایمپلنتهای دارای بارگذاری سریعْ استفاده میشوند که در آنها پدیده پیوند استخوانی به صورت کامل اتفاق نیفتاده است. نتایج نشان میدهد که در ایمپلنت با بارگذاری سریع، به خصوص در بار خارج از محور، تنش در استخوان اطراف ایمپلنت بسیار زیاد است. هرچه تعداد رزوهها و سطح تماس استخوان و ایمپلنت افزایش یابد، توزیع تنش و لغزش سطح ایمپلنت و استخوان کاهش مییابد. گوآن و همکاران[4]، مدلسازی دینامیکی و شبیهسازی فرایند جایگذاری ایمپلنت دندان با استفاده از روش اجزاء محدود را انجام دادند. دراین تحقیق با بررسی تاثیر عمق جایگذاریهای متفاوت در استخوان اسفنجی و استخوان متراکم مشخص شد که افزایش عمق جایگذاری، مقدار تنش در استخوان متراکم افزایش میهد. کنگ و همکاران[5]، اثرتغییرگام رزوه را بر تنش ماکزیمم در استخوان و ایمپلنت از طریق تحلیل اجزاء محدود مورد بررسی قرار دادند.
برای این منظور گام رزوه را از 0/5 تا 1/6 تغییر دادند وسپس مجموعه را تحت بارگذاری مایل قرار دادند. نتایج نشان داد که در مدل بهینه تحت بار محوری، حداکثر تنش معادل در استخوان متراکم، استخوان اسفنجی و ایمپلنت-اباتمنت %0/67 ،%55/2، %22/3 کاهش مییابد.گام رزوه نقش مهمی در استحکام ایمپلنت تحت بار محوری دارد.کردانی و همکاران[6]، به مرور الزامات طراحی مکانیکی ایمپلنت دندان پرداختاند. آنها دریافتند بارگذاری فشاری، موجب تثبیت ایمپلنت در استخوان فک و بارگذاری کششی ایمپلت را لق و بارگذاری برشی شکست ایمپلنت میشود. ایجاد سطوح زبر باعث بهبود چسبندگی بین ایمپلنت-استخوان میشود. نانوایمپلنتها محصولاتی با ساختار متخلل، مدول الاستیک و وزن ایمپلنتها را بهینه و استحکام بین ایمپلنت-استخوان افزایش میدهد. دجب بار و همکاران[7]، با روش اجزاء محدود توزیع تنش در پروتز دندان را بدست آوردند.
مقدار تنش به خصوص در قسمت اتصال استخوان ایمپلنت مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند که نیرو و جهت بارگذاری در مقدار تنش تاثیر زیادی دارد. در این تحقیق از طراحی شکل قطعات تا تحلیل در نرم افزار تخصصی ABAQUS استفاده شده است. در این روش کاربر میتواند به تمامی مراحل را به صورت دادههای ورودی برای نرم افزار تعریف کند. مراحل مدلسازی استخوان و ایمپلنت در تحلیل اجزاء محدود شامل مدلسازی هندسه استخوان و ایمپلنت، مدلسازی خصوصیات مواد استخوان و ایمپلنت، شرایط مرزی، شرایط بارگذاری، المان بندی میباشد. در تحقیق حاضر دو تحلیل استاتیکی و دینامیکی بر روی ایمپلنت دندان با دو نیروی متفاوت صورت گرفته است.
شبیه سازی در نرم افزار آباکوس تحلیل استاتیکی ایمپلنت دندان
در این تحقیق یک ایمپلنت و استخوان فک پایین از نوع B-2 در طبقه بندی Lekholm and Zarb لحاظ شده است. مقطع فک پایین در ناحیه پر مولار اول به عنوان مبنای مدل انتخاب شده است. در شکل1تاج، ایمپلنت دندان و استخوان فک پایین نشان داده شدهاست.
شکل:1 تاج، ایمپلنت، استخوان فک پایین
همانطور که مشاهده میشود، استخوان فک پایین با ارتفاع پایه 14/8 میلی متر و قطر 4/1 میلی متر و اباتمنت با ارتفاع 5 میلی مترمیباشد. سرپوش سرامیکی با قطر 5/1 میلی متر با ضخامت 2 میلی متر بر روی ایمپلنت جایگذاری شده است. طرح رزوه به صورت ذوزنقهای با گام 1/05 میلیمتر است. ابعاد استخوان ارتفاع 35 میلیمتر با عرض 10 میلیمتر میباشد .[5] با فراخوانی و مونتاژ اجزای ایمپلنت و استخوان طراحی شده در نرم افزارآباکوس، مدل مونتاژشده آمادهی اعمال شرایط تحلیل اجزاء محدود است. در شکل 2 محیط مونتاژ نشان داده شده است.
