بخشی از مقاله
چکیده
ایمپلنتهاي دندانپزشکی در طی سالها مورد مطالعه قرار گرفته اند تا جایگزین دندانهاي از بین رفته شوند. موفقیت ایمپلنتهاشدیداً وابسته به پایداري و مقاومت آنها تحت نیروهاي وارده و کمینه بودن تنش در استخوان فک کاشت شده در آن میباشند. هدف از این تحقیق، تحلیل عددي و سه بعدي فک داراي ایمپلنت، تحت بارگذاري حرارتی میباشد. استخوان فک و همچنین ایمپلنت ITI کاشته شده در آن در نرم افزار Solidworks مدل شده است. بار در دو مرحله به مدل اعمال گردید. در مرحله اول اباتمنت توسط گشتاور سفت کنندگی به مقدار35 N.cm در داخل ایمپلنت محکم شده است، که سبب ایجاد تنشهاي مکانیکی در پیچ اباتمنت میشود.
در مرحله دوم بار حرارتی به صورت شار حرارتی بر واحد سطح، به کل سطح تاج دندان اعمال گردیده استدر. نتایج تحلیل حرارتی، دماي استخوان فک، حدوداً 5/5 درجه سانتیگراد در حالت نوشیدن مایعات سرد کاهش، و 4/9 درجه سانتیگراد در حالت نوشیدن مایعات گرم افزایش مییابد. تغییرات دمایی در کل مجموعه فک و استخوان در این دو حالت، تا حدود 15 درجه پیشبینی میشود. با مشاهده نتایج تنشهاي حرارتی میتوان دریافت که، تنشهاي حرارتی مقادیر کمی دارند و آن نیز به دلیل تغییرات دمایی ناچیز در مجموعه میباشد. بیشترین تنش مربوط به اباتمنت میباشد که آن نیز در اثر گشتاور سفت کنندگی ایجاد میشود.
واژه هاي کلیدي: ایمپلنت دندانپزشکی، مدل سازي عددي، تحلیل حرارتی، تنش حرارتی
-1 مقدمه
ایمپلنت دندانی یک ریشه مصنوعی ساخته شده از موادي مثل تیتانیوم است که از طریق جراحی در داخل استخوان فک قرار میگیرد. در واقع ایمپلنت پایه کاشتنی است، که دندان مصنوعی روي آن قلاب میشود. پس از کاشتن، ایمپلنت از طریق پدیدهاي به نام پیوند استخوان یا استخوانسازي1 به استخوان فک متصل میشودمعمولاً. فرایند اتصال کامل 3 تا 4 ماه طول می کشد.در سال 2005 لوتفی کوچا و همکاران اثرات نوع استخوان بر روي توزیع تنش در ایمپلنت و استخوان را به کمک روش المان محدود بررسی کردند. نتایج حاصل به این صورت بود که بیشترین تنش ونمیزز در مدل استخوانی با عمق 4mm رخ داد Koca - ، . - 2005 در سال 2010 هنگ لی هونگ و جوي تینگ سو با کمک 18 مدل مختلف المان محدود به بررسی توزیع تنش و لغزش ایمپلنتها پرداختند.
مدلها شامل 6 نوع ایمپلنت بودند که هر کدام 3 نوع صافی سطح مختلف داشتند. مدل سازي استخوان فک نیز به کمک عکسهاي سی تی اسکن و در نرم افزار Solidworks انجام شده است. تماس سطوح از نوع اصطکاکی در نظر گرفته شده است. این نوع سطح تماس براي ایمپلنتهاي داراي بار گذاري سریع استفاده میشوند که در آنها پدیدهي پیوند استخوانی به صورت کامل اتفاق نمیافتد. نتایج نشان میدهد که در ایمپلنت با بار گذاري سریع، بخصوص در بار خارج از محور، تنش در استخوان اطراف ایمپلنت بسیار زیاد است. هر چه تعداد دندانهها و در عمل سطح تماس استخوان و ایمپلنت افزایش یابد، توزیع تنش و لغزش سطح ایمپلنت و استخوان کاهش مییابد Huang - ، . - 2010 طول و قطر ایمپلنت پارامترهاي بسیار موثر در توزیع تنش در استخوان اطراف ایمپلنت میباشند.
از همین رو در سال 2011 محمد ال انور و محمد ال زواهري اثرات طول و قطرهاي مختلف ایمپلنت را بر روي توزیع تنش در استخوان به کمک آنالیز المان محدود بررسی کردند. نتایج حاکی از آن است، که افزایش طول ایمپلنت براي ایمپلنتهاي با قطر کوچک به طور شدیدي سبب کاهش تنش ایجاد شده در استخوان بیرونی میشود. به عبارت دیگر افزایش سطح تماس براي ایمپلنتهاي با قطر کوچک سبب کاهش تنش ایجاد شده در استخوان بیرونی میشود. در عوض با افزایش طول ایمپلنتها، انرژي وارد شده به استخوان داخلی یااسفنجی بیشتر میشود، که نتیجهي آن افزایش تنش ایجاد شده در استخوان اسفنجی میباشد. در نتیجه در ایمپلنتهاي با قطر کم، اثر طول مهمتر و بحرانیتر است El-Anwar - ، . - 2011
هدف از این پژوهش، تحلیل عددي ایمپلنت 1ITI در معرض بار حرارتی است. براي این منظور، مدل ساده شدهي استخوان فک، که اطلاعات مربوط به اندازه و شکل آن از طریق عکسهاي سی تی اسکن در نرم افزار Mimics بدست آمد، در نرم افزار مدلسازي Solidworks به صورت مدل سهبعدي طراحی شد. براي مدل مربوط به ایمپلنت نیز، ایمپلنت شیاردار از سیستم ایمپلنت ITI طراحی گردید. بعد از مدلسازي و مونتاژ کردن تمامی قطعات در نرم افزار Solidworks، مجموعه جهت تحلیل حرارتی وارد نرم افزار تحلیلی Abaqus گردید. در نهایت توزیع دما و همچنین تنشهاي حرارتی ناشی از آن در تمامی قطعات بدست آمد. تا جایی که به مراجع دسترسی بود، هیچ گونه تحلیل عددي حرارتی بر روي ایمپلنتها یافت نشد، و چون انجام آزمایشات تجربی، بسیار محدود و گاهی نا ممکن است از این رو انجام این تحلیل عددي حرارتی میتواند دید مناسبی در مورد توزیع حرارت و تنشهاي ناشی از آن در اختیار متخصصان مربوطه قرار دهد.
-2 مدلسازي هندسی و عددي
استخوان فک از لحاظ ساختاري و جنس داراي دو قسمت مجزا میباشد. یک ناحیه داراي استخوان با ساختار اسفنجی شکل که استخوان درونی میباشد و ناحیهي خارجی که به ضخامت حدوداً 2mm که دور استخوان درونی را احاطه کرده است Kong - ، . - 2008 این مدل بر طبق استاندارد و طبقه بندي زارب و سمیتز است،که در آن استخوان بیرونی به ضخامت 2 میلیمتر دور استخوان درونی را احاطه کرده است Sevimay - ، . - 2005 براي مدل کردن این استخوانها از اطلاعات مربوط به عکسهاي سیتی اسکن گرفته شده از فک، استفاده شده است. با کمک این اطلاعات، استخوان فک به صورت مقطعی به عرض 15 میلیمتر از محل ایمپلنت گذاري مدل شده است.
چون تنشهادر اطراف ایمپلنت کاملاً موضعی هستند، تقریباً میتوان مطمئن بود که، توزیع تنش در این نواحی خواهد بود. در نتیجه مدل کردن کامل فک فقط مدت زمان تحلیل را بالا میبرد Guan - ، . - 2011 ایمپلنت مدل شده، داراي اندازهي 10× 4/1mm از نوع ایمپلنت استاندارد ITI ساخت کشور سوئیس میباشد که اباتمنتی به ارتفاع 5/5mm از نوع استاندارد ITI روي آن پیچ میشود. در نهایت چارچوب 7mm و تاج 9mm روي کل مجموعه مونتاژ میشود. شکل 1 مقطع برش خورده از وسط کل مجموعه را نشان میدهد.
