بخشی از مقاله
چکیده ایمپلنت دندان امروزه به عنوان بهترین جایگزین برای دندانهای از دست رفته شناخته می شود. نیروهای وارد بر ایمپلنت از طریق محل تماس بین ایمپلنت و استخوان به بافتها و استخوانهای اطراف منتقل میشود. در این مقاله تاثیر نوع تماس بین استخوان فک و مجموعه ایمپلنت - آباتمنت بر روی حداکثر تنش فونمیزز به روش اجزای محدود مورد ارزیابی قرارگرفته است. به این منظور ایمپلنت و مقطعی از استخوان فک پایین در نرمافزار ABAQUS مدلسازی و تحلیل شده است. در تحلیل اجزاء محدود ایمپلنت دندان، معمولا از سه مدل تماسی متفاوت استفاده می شود. تفاوت این مدلها در میزان پیوستگی تماس بین ایمپلنت و استخوان است. از این رو این مدلها از نظر دقت و همینطور از نظر هزینه محاسباتی با یکدیگر متفاوت هستند. با این وجود تاکنون ارزیابی کمی از میزان تقریبی که در مدلهای با هزینه محاسباتی کمتر وجود دارد، صورت نگرفته است. در این تحقیق دو مدل تماس کامل و تماس اصطکاکی با یکدیگر مقایسه شدهاند. در مدل تماس اصطکاکی، ضریب اصطکاک در بازهای که در عمل بسته به شرایط میتواند اتفاق بیفتد، تغییر دادهشده است. نتایج نشان داد که حداکثر تنش در مدل تماس کامل برابر 89/37 مگاپاسکال مباشد. درحالیکه این مقدار در مدل تماس اصطکاکی، بسته به ضریب اصطکاک بین 80/6 تا 90/36 مگاپاسکال تغییر میکند. بنابراین نتایج مدل تماس کامل در مقایسه با مدل تماس اصطکاکی از 1/1 درصد کاهش تا 9/8 درصد افزایش متفاوت خواهد بود. به عبارت دیگر اختلاف نتایج این دو مدل کمتر از 10 درصد پیش بینی می شود.
1. مقدمه دندانها ساختارهای منظم و کوچکی در دهان هستند که ممکن است بر اثر عواملی چون پوسیدگی و بیماریهای لثه و یا واردآمدن ضربه به آنها از بین بروند. از هزاران سال پیش بشر در جستجوی جایگزینی برای دندانهای از دست رفته بوده است و همواره ایجاد یک جایگزین مناسب برای دندانهای از دسترفته، از اهداف اصلی در دندانپزشکی محسوب میگردد. مشکلی که تا چندی پیش راهی جز استفاده از دندانهای مصنوعی نداشت. این دندانها به دلیل شکل ظاهری و مشکلات دیگری که داشتند، رضایت مریض را جلب نمیکرد. یکی از عواملی که ذهن محققان را به خود مشغول کردهاست، تحلیل ایمپلنت، استخوان اطراف ایمپلنت و تماس بین استخوان و ایمپلنت بعد از بارگذاری است . یکی از مهمترین شکلهای تحلیل استخوان، از بین رفتن تدریجی استخوان فک است که میتوان گفت اولین حمایت و سد دفاعی را در ثبات یک ایمپلنت به خود اختصاص دادهاست . مطالعات، نشان دادهاست که با افزایش سطح تماس بین استخوان و ایمپلنت میتوان تحلیل استخوان فک را به حداقل رساند. داشتن آگاهی کامل از فرضیات مدلسازی سطح ایمپلنت-استخوان و چگونگی نحوهی اعمال آن در مدلسازی ضروری است.
محققین مختلف تلاش کردهاند با مطالعه در رابطه با نوع تماس، حداکثر تنش را در ایمپلنت کاهش دهند. توزیع تنش میتواند در عمر ایمپلنت تاثیرگذار باشد. تحقیقات به صورت سه مدل تماس توسط ناتالی1 انجام شده است3]،2،.[1 در مدل اول فرض برآن است که بین استخوان و ایمپلنت پیوستگی کامل باشد که جداشدگی در آن امکانپذیر نمیباشد. این مدل به علت مدلسازی ساده سطح ایمپلنت و استخوان، هزینهی محاسباتی کمتری دارد. در مدل دوم هیچ نیروی پیوندی بین استخوان و ایمپلنت وجود ندارد، آنها کاملا از هم جدا هستند و تنها لغزش بین آنها است. این مدل با اضافهکردن اصطکاک، گستردهتر شده است. باتوجه به مطالعات انجام شده، قفل شدگی مکانیکی در مقیاس ماکروسکوپی بر مقیاس میکروسکوپی - اصطکاک - غلبه میکند که فقط در زمان اولیه ثبات دارد. به بیانی دیگر ضعیفترین پیوند استخوان و ایمپلنت را دارد که یک مدلسازی بدون اصطکاک بین استخوان و ایمپلنت است. در این حالت، ایمپلنت و استخوان متراکم با وارد شدن نیروهای فک بالا و پایین در زمان حرکت فک، ازهم جدا میشوند. در مدل سوم بین استخوان و ایمپلنت تماس پیوستهای وجود دارد و تا زمانی که تنشهای بین آنها از حد مجاز تجاوز نکند جداشدگی سطوح امکانپذیر است. این مدل تماس استخوانی واقعی را نشان میدهد که در آن، قفلشدگی مکانیکی ناقص در سطح میکرو رخ میدهد. در این مدل نیروی اکلوزالی باعث لغزش بدون اصطکاک در بین استخوان و ایمپلنت میشود ولی سطوح تماس از هم جدا نمیشود. در بسیاری از تحقیقاتی که انجام شدهاست، با توجه به سادهتر و کم هزینهتر بودن مدل تماس کامل، از این مدل در مدلسازیها استفاده شدهاست. اما تاکنون برآوردی از میزان تقریبی که این مدل دارد، صورت نگرفتهاست. در این مقاله تلاش شدهاست تا تاثیر استفاده از مدلهای اول و دوم تماس در مدلسازی اجزای محدود مورد بررسی قرارگیرد5]،.[4
.2 مواد و روشها در این بخش به نحوهی مدلسازی در نرمافزار اجزایمحدود، شرایطبارگذاری، شرایطمرزی و سایر ملاحظاتی که در این مدل لحاظ شدهاست، اشاره میگردد.
.1,2 طراحی مدل سه بعدی قسمت استخوان فک پایین با یک پیچ ایمپلنت و سرپوش به صورت سه بعدی در نرم افزار آباکوس 1 طراحی شدهاست - شکل. - 1 در این تحقیق از مدل مقطع فک پایین در ناحیه دندان آسیاب اول2 به عنوان الگو انتخاب شده است .[6] سپس تصویر مقطع به یک مدل سه بعدی استخوان فک تشکیل شده از یک لایهی ضخیم با عنوان استخوان متراکم که استخوان اسفنجی را احاطه کرده است، تبدیل شد. استخوان مورد تحلیل در این پروژه استخوان نوع B/2 بر اساس طبقه بندی زارب3 و لخوم4 است .[7] ضخامت استخوان متراکم از 1/3 تا 2 میلیمتر است. در این مقاله از ضخامت 1/5 برای استخوان متراکم استفاده شده است - شکل. - 2
الف- سرپوش
ج- استخوان فک
ب- مجموعه ایمپلنت-آباتمنت
ایمپلنتها از لحاظ شکل ظاهری و گام پیچ و نوع رزوه بسیار متنوع هستند. در این پروژه یک ایمپلنت استوانهای رزوهدار به همراه آباتمنت با ارتفاع 5 میلیمتر که برای سادهسازی مدل، به صورت یکپارچه در نظر گرفته شده است، استفاده شد.
شکل :2 نمایش خلاصه ای از مدل :a سرپوش سرامیکی :b مجموعهی ایمپلنت-آباتمنت :c استخوان اسفنجی :d استخوان متراکم ایمپلنت با قطر 4/1 میلیمتر و دارای دندههای ذوزنقهای و گام 1/05 میلیمتر است. در شکل3 اندازههای پیچ ایمپلنت نشان داده شده است.[6] سرپوش سرامیکی به صورت یک سیلندر با ضخامت 2 میلیمتر برروی آباتمنت تیتانیومی جایگذاری شده است. این سرپوش، مدل ساده شدهی تاج دندان است که بعد از موفقیت آمیز بودن اتصال ایمپلنت به استخوان فک، روی آباتمنت قرار میگیرد.
.2,2 ویژگی جنس همه جنسهای استفاده شده در مدل، با فرض همگن، همسانگرد و لاستیک بودن استخوانها و ایمپلنت در تحلیل اجزای محدود مطرح شده اند . [7] همه ویژگی ها در جدول1 نشان داده شده است - شکل. - 4
شکل:4 نمایی از قرارگیری مجموعه ایمپلنت در قسمتی از استخوان فک، بعد از اعمال خواص مکانیکی در ضمن موارد ذکر شده، در هر فرد با ویژگیهای متفاوت، بسته به میزان سالمبودن لثه و استخوان، خصوصیات ژنتیکی و سن فرد، متفاوت است. موارد ذکر شده در اینجا برای یک فرد معمولی با بافتهای سالم در نظر گرفته شده است .[9]
.3 ,2 شرایط مرزی و بارگذاری به دلیل قرارگیری بخش مدل شده از استخوان بین دو دندان و همچنین گیر بودن قسمت پایین مدل به فک، استخوان بصورت کاملا مقید در نظر گرفته شده است - شکل. - 5 بارهای وارد بر ایمپلنت، بارهای ثابتی نیستند. در واقع بارهای سیکلی و دینامیکی میباشند. مثلا بارهایی که در اثر جویدن به ایمپلنت وارد میشود از نوع بار سیکلی است. با این وجود اکثر تحقیقات انجام شده برای سادگی محاسبات، بدون در نظر گرفتن ماهیت دینامیکی و بحثهای مربوط به خستگی، معمولا بارگذاری را استاتیکی در نظر میگیرند.
در این مقاله نیرویی استاتیکی برابر با 100 نیوتن با زاویه 45 درجه به مرکز سرپوش سرامیکی وارد میشود 10]،9،.[8
.4,2 المان بندی مدل با المانهای چهار وجهی و شش وجهی همانگونه که در تصویر
مشاهده میشود، المانبندی شده است. با توجه به اهمیت تنش در اطراف ایمپلنت و نیز ابعاد کوچک رزوههای پیرامون ایمپلنت، المانهای نزدیک به سطح تماس بین ایمپلنت و استخوان، ریزتر از سایر نقاط در نظر گرفته میشود که درشت بودن قسمتهای دیگر مدل در کاهش زمان محاسبه، موثر است - شکل. - 6 المانهای غیرخطی در تحلیلهای استاتیکی معمولا نتایج منطقیتری را ارائه میدهد، ولی حجم محاسبات را افزایش میدهد.
