發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 17:04

　　 種植義齒不僅能顯著提高缺牙患者的咀嚼功能,且固位力和穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)義齒。因此,它已經(jīng)成為越來(lái)越多患者的首選。種植義齒修復(fù)的第一步是在牙槽嵴上預(yù)備種植窩洞。然而,種植窩洞制備過(guò)程中的骨屑堵塞是牙科醫(yī)師面臨的主要難題之一。骨屑堵塞會(huì)引起鉆削溫度、軸向力和鉆削扭矩的急劇增加,甚至可能引起鉆頭斷裂。因此,研究皮質(zhì)骨鉆削機(jī)理及相關(guān)技術(shù)對(duì)于提高種植義齒修復(fù)的成功率有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義,同時(shí)也為牙科醫(yī)師治療提供了指導(dǎo)。然而,現(xiàn)有的鉆削力模型無(wú)法有效地將鉆削參數(shù)與鉆孔深度聯(lián)系起來(lái)。另外,為了更加精確地植入種植體,越來(lái)越多的牙科醫(yī)師采用牙科鉆削導(dǎo)板以達(dá)到預(yù)期的治療效果。然而,目前使用的導(dǎo)板存在成本高、制作周期長(zhǎng)等問(wèn)題。因此,開(kāi)展皮質(zhì)骨鉆削性能及可重構(gòu)牙科鉆削導(dǎo)板研究,具有重要的理論意義和臨床價(jià)值。針對(duì)上述問(wèn)題,本文以皮質(zhì)骨為研究對(duì)象,建立了基于自動(dòng)球壓痕技術(shù)和一維應(yīng)力波理論的簡(jiǎn)化Johnson-Cook(J-C)本構(gòu)模型,利用仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)皮質(zhì)骨的鉆削性能進(jìn)行了分析:在此基礎(chǔ)上,開(kāi)展關(guān)于排屑力及骨屑堵塞臨界深度建模分析;最后,提出了基于鉆模套與個(gè)性化基板相組合的可重構(gòu)鉆削導(dǎo)板。本文的主要研究工作總結(jié)如下:(1)利用自動(dòng)球壓痕技術(shù)和一維應(yīng)力波理論,對(duì)皮質(zhì)骨的簡(jiǎn)化J-C本構(gòu)模型的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)和動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。首先,利用圖像處理技術(shù)得到了皮質(zhì)骨不同微觀組織的面積比,分析了微觀組織面積比在長(zhǎng)骨軸向上的變化規(guī)律。然后,通過(guò)室溫下的自動(dòng)球壓痕實(shí)驗(yàn)獲得皮質(zhì)骨的微觀力學(xué)性能,分析了壓頭直徑對(duì)微觀力學(xué)性能的影響規(guī)律,利用掃描電子顯微鏡(Scanningelectron microscope,SEM)對(duì)壓痕形貌進(jìn)行了分析。其次,借助圖像處理技術(shù)和混合定律建立了皮質(zhì)骨宏觀力學(xué)性能的數(shù)學(xué)模型,從而得到了皮質(zhì)骨的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)。最后,基于一維應(yīng)力波理論獲得了高應(yīng)變率下皮質(zhì)骨的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,從而得到皮質(zhì)骨的簡(jiǎn)化J-C模型參數(shù)。結(jié)果表明,壓頭直徑對(duì)皮質(zhì)骨的強(qiáng)度有顯著影響,壓頭直徑越小,所得的皮質(zhì)骨強(qiáng)度越高。兩種直徑壓頭產(chǎn)生的壓痕表面均存在微裂紋,壓痕周圍存在材料沉陷的現(xiàn)象。研究表明,利用自動(dòng)球壓痕技術(shù)和一維應(yīng)力波理論相結(jié)合的方法可以有效地得到皮質(zhì)骨的簡(jiǎn)化J-C模型參數(shù)。(2)基于有限元仿真和實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)合對(duì)連續(xù)進(jìn)給和分級(jí)進(jìn)給條件下的皮質(zhì)骨鉆削性能進(jìn)行了研究。首先,利用ABAQUS軟件,基于簡(jiǎn)化的J-C本構(gòu)方程建立了皮質(zhì)骨三維鉆削仿真模型。然后,對(duì)建立的有限元模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后,利用有限元仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)連續(xù)進(jìn)給和分級(jí)進(jìn)給條件下的軸向力和鉆削扭矩進(jìn)行了分析。研究表明,在連續(xù)進(jìn)給條件下,骨鉆削實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的軸向力和鉆削扭矩會(huì)在特定位置出現(xiàn)突然增大的現(xiàn)象,而仿真模型沒(méi)有這種現(xiàn)象。因此,建立的有限元模型不適用于連續(xù)進(jìn)給條件下骨鉆削過(guò)程的模擬。在分級(jí)進(jìn)給條件下,不會(huì)形成骨屑堵塞,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)軸向力和扭矩不會(huì)出現(xiàn)突然增大的現(xiàn)象,且仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度較高,所建立的仿真模型能夠較為精確地反映分級(jí)進(jìn)給條件下軸向力和鉆削扭矩的變化規(guī)律。研究表明:采用高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給速度和分級(jí)進(jìn)給相結(jié)合的方法能夠顯著改善骨屑堵塞現(xiàn)象,從而在很大程度上降低骨鉆削過(guò)程中的最大軸向力和最大扭矩,同時(shí)又能提高孔表面質(zhì)量。(3)根據(jù)鉆頭幾何形狀建立了骨鉆削排屑力模型,并對(duì)骨屑堵塞臨界深度進(jìn)行了預(yù)測(cè)。首先,根據(jù)骨屑堵塞形成機(jī)理,建立了具有兩個(gè)待定參數(shù)的排屑力預(yù)測(cè)模型,利用最小二乘法對(duì)力模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。然后,利用非線性回歸分析建立了排屑力相關(guān)參數(shù)的預(yù)測(cè)模型,闡釋了力預(yù)測(cè)模型相關(guān)參數(shù)與鉆削參數(shù)之間的映射關(guān)系,利用方差分析探究了鉆削參數(shù)的顯著性,并通過(guò)骨鉆削實(shí)驗(yàn)對(duì)力預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。其次,基于排屑力梯度,建立了骨屑堵塞臨界深度預(yù)測(cè)模型,根據(jù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到臨界深度預(yù)測(cè)模型的回歸系數(shù),并對(duì)模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了分析。最后,借助Matlab軟件分析了鉆削參數(shù)對(duì)排屑力及骨屑堵塞臨界深度的影響規(guī)律。研究表明,所建立的排屑力模型在界定的鉆削參數(shù)范圍內(nèi)均具有較高的預(yù)測(cè)精度,對(duì)排屑力及骨屑堵塞臨界深度的預(yù)測(cè)誤差均在10%以內(nèi),鉆頭轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度是影響排屑力及骨屑堵塞的重要因素。所建立的骨屑堵塞臨界深度預(yù)測(cè)模型可以為臨床醫(yī)師實(shí)施分級(jí)進(jìn)給提供指導(dǎo),從而合理地選擇鉆削條件。(4)提出了由系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的鉆模套和個(gè)性化基板組成的牙科可重構(gòu)鉆削導(dǎo)板,有利于保障種植體的植入精度,鉆模套通過(guò)過(guò)渡配合安裝在基板的套孔內(nèi)。首先,基于患者的口腔錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描(Cone beam computed tomography,CBCT)數(shù)據(jù)重構(gòu)下頜骨三維模型。然后,根據(jù)牙科醫(yī)師的種植規(guī)劃和導(dǎo)板專用鉆頭的直徑設(shè)計(jì)不同型號(hào)的鉆模套,該鉆模套與導(dǎo)板專用鉆頭配合使用。再次,利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件進(jìn)行不同個(gè)性化基板的設(shè)計(jì),再利用數(shù)控加工和3D(Three-dimensional)打印分別制作鉆模套和個(gè)性化基板,將系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的鉆模套與不同的個(gè)性化基板進(jìn)行組裝形成可重構(gòu)鉆削導(dǎo)板。最后,利用3D打印制作下頜骨實(shí)體模型,將不同的鉆削導(dǎo)板佩戴在相應(yīng)的下頜骨模型上,并在模型上實(shí)施種植術(shù),通過(guò)虛擬種植體和實(shí)際種植體位置、方向的對(duì)比分析可重構(gòu)鉆削導(dǎo)板的導(dǎo)向精度。研究表明,提出的鉆模套可用于不同的個(gè)性化基板形成可重構(gòu)鉆削導(dǎo)板,節(jié)約醫(yī)用材料的同時(shí),又能滿足種植體位置的精度要求。本文所開(kāi)展的工作有利于皮質(zhì)骨準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)的精確標(biāo)定,骨屑堵塞臨界深度模型和可重構(gòu)鉆削導(dǎo)板不僅可以有效地控制骨鉆削過(guò)程中的骨屑堵塞,而且能滿足種植體的植入精度要求,有利于提高種植義齒修復(fù)的成功率。因此,本研究具有重要的理論意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TB115;R783.6
【部分圖文】：

和基托來(lái)固位的修復(fù)方法。它利用基托材料恢復(fù)缺損的牙梢骨及軟組織形態(tài)，??患者可根據(jù)自己的需要隨時(shí)摘戴，但其美學(xué)效果和咀嚼功能相對(duì)較差。種植義齒??是先將種植材料（人工牙根）植入到口腔缺牙區(qū)的牙槽骨，再在種植體的上端安??裝基臺(tái)（基牙），最后在基臺(tái)上制作修復(fù)體的方法。種植義齒修復(fù)能顯著提高患??者的咀嚼功能和舒適度，且美學(xué)效果好、適用性較廣，因此它己經(jīng)成為越來(lái)越多??患者的首要選擇。??連接彳復(fù)體天然環(huán)?體??（ａ）固定義齒修復(fù)?（ｂ）可摘局部義齒修復(fù)?（ｃ）種植義齒修復(fù)??圖１－１義齒修復(fù)方式??２０世紀(jì)６０年代，Ｂｎｕｉｅｍａｒｋ教授在研究鈦金屬支架周圍骨組織愈合重建機(jī)??制的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)／骨結(jié)合（Ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）現(xiàn)象｜２１。骨結(jié)合學(xué)說(shuō)對(duì)于研究??和指導(dǎo)種植義齒修復(fù)具有重要意義。同時(shí)，種植義齒修復(fù)的失敗多發(fā)生在種植體??的植入初期Ｉ３，４１，即尚未完全形成骨結(jié)合的時(shí)期。因此，種植體的初期穩(wěn)定性是??決定種植義齒修復(fù)成功的關(guān)鍵因素之一?Ｉ＇??影響初期穩(wěn)定性的因素主要包括三個(gè)方面：患者口腔的健康狀況、手術(shù)過(guò)程??及種植體自身的性能。傳統(tǒng)的種植義齒修復(fù)流程（圖１－２）為：首先，剝開(kāi)患者??缺牙區(qū)的黏骨膜瓣，使用手術(shù)工具經(jīng)定位、鉆孔、擴(kuò)孔、頸部成型和攻絲等過(guò)程??在牙槽嵴上預(yù)備種植窩洞，將種植體植入牙槽骨內(nèi)。然后，待骨結(jié)合形成后再在??１??

山東大學(xué)博士學(xué)位論文??種植體上端安裝修復(fù)基臺(tái)（種植體與基臺(tái)為一體時(shí)除外）。最后，通過(guò)基臺(tái)在種??植體上端制作修復(fù)體。近年來(lái)，種植窩洞的預(yù)備過(guò)程（即骨鉆削過(guò)程）［６］、植入??扭矩值的確定［７］及種植體的位置、方向％９］等已逐漸成為研究熱點(diǎn)。然而，種植義??齒修復(fù)過(guò)程還存在鉆削力過(guò)大、種植體位置方向難以控制甚至造成皮質(zhì)骨穿孔等??問(wèn)題，成為影響種植義齒修復(fù)成功率的關(guān)鍵因素。因此，研究皮質(zhì)骨鉆削機(jī)理及??相關(guān)技術(shù)對(duì)牙科醫(yī)師精準(zhǔn)實(shí)施手術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。??１＾１?；＇ｊ?Ｆ芤?丨禿＿??植?丨?ｆｌＭ?ｉ?？?ｉ?丨?？，?＊，?：?ｉ?ｉ??Ｉ?＾?ｍ！｜Ｍ?Ｉ：?ｉ�。。�！??ｓ??＼?ｗｒ＼ｉ?ｉ?ｖ．?＾?％?Ｗ??［Ｕ?Ｌ．Ｊ?ｉｊｊ?Ｌ……Ｌ?ｉ■？…ｋ……ｋ■■■．．ｋｊ?□丨??１?術(shù)ｉ）�。ヒ�?丨－，２干磊煙ｊＨＳＳ?Ｉ?祕(mì)種觀丨１??圖１－２傳統(tǒng)種植義齒修復(fù)流程??由圖１－２可以看出，傳統(tǒng)的種植義齒修復(fù)過(guò)程較為復(fù)雜，需要兩次剝開(kāi)患者??缺牙區(qū)的黏骨膜瓣，增加了患者的痛苦和肌肉傷口的愈合時(shí)間。臨床數(shù)據(jù)顯示，??傳統(tǒng)種植修復(fù)需要３？６個(gè)月的治療周期隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)??的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化牙科導(dǎo)板使無(wú)翻瓣手術(shù)成為了可能，它不僅減少了患者的痛??苦，縮短了治療周期，而且提高了種植修復(fù)的成功率［ｎＬ導(dǎo)板可以有效地提高種??植體位置精度和方向精度，但存在材料浪費(fèi)及成本高、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，并且有關(guān)??導(dǎo)板導(dǎo)向精度的評(píng)價(jià)方法還有待深入研究。??１．２骨組織性能研究現(xiàn)狀??牙槽骨在結(jié)構(gòu)上分為上頌骨和下頌骨（圖１－３?（ａ）），在形態(tài)上又分為皮質(zhì)骨??２??

第一章緒論??和松質(zhì)骨（圖１－３?（ｂ））。皮質(zhì)骨由骨板緊密排列而成，其骨質(zhì)較密；而松質(zhì)骨是??由骨板形成的有較大空隙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（圖１－３?（ｃ）），其骨質(zhì)較為疏松。與上頌骨??相比，下頌骨的骨質(zhì)較密｜１２］。在骨鉆削過(guò)程中，皮質(zhì)骨承載了人體所受的大部分??外力：因此，本文主要以下頌骨中的皮質(zhì)骨為研究對(duì)象。對(duì)比表丨－１可知，牛脛??骨的綜合力學(xué)性能與人體下頜骨的力學(xué)性能較為接近因此，可以忽略骨骼??類型對(duì)分析結(jié)果的影響。通過(guò)文獻(xiàn)對(duì)比分析可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多以牛脛骨（主干??為皮質(zhì)骨）進(jìn)行研究故本文以牛脛骨代替下頜骨分析皮質(zhì)骨鉆削性能。??????？外環(huán)骨板?一??Ｈｉｔ丨—？上頌？皮質(zhì)肯々？二？間質(zhì)骨板??■ｋ?署ｆ篇這ｇｉ卜松質(zhì)骨??（ａ）牙槽骨組成?（ｂ）骨組織宏觀尺度?（ｃ）皮質(zhì)骨微觀組織??圖１－３牙槽骨的層級(jí)結(jié)構(gòu)??表丨－１不同骨骼的力學(xué)性能參數(shù)??力學(xué)性能參數(shù)??骨骼類型?拉伸強(qiáng)度?壓縮強(qiáng)度?彈性模量?泊松比?伸長(zhǎng)率?壓縮率??（ＭＰａ）?（ＭＰａ）?（ＧＰａ）?（％）?（％）??牛脛骨?１４４?２５４?２０．３?０．３６?０．６?１．１??人體下頜骨?１４８?２０５?１７．０?０．３３?０．７?１．０??骨是一種多組織的復(fù)合材料｜２１￣２２１，根據(jù)形態(tài)不同可以將微觀組織分為：環(huán)骨??板、間質(zhì)骨板和哈式骨板（又稱骨單元）［２３１，如圖丨－３?（ｃ）所示。自２０世紀(jì)５０??年代以來(lái)，己有很多學(xué)者從不同層面開(kāi)展骨的力學(xué)性能測(cè)試研究工作。骨的力學(xué)??性能可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面，而掌握皮質(zhì)骨的宏觀力學(xué)性能是研究其鉆削??性能的首要前提。目前，動(dòng)態(tài)力學(xué)性能主要通過(guò)分離式霍
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