牙種植體的有限元分析中，模型的建立至關重要，模型的幾何相似性、種植體骨界面性質(zhì)的定義、材料力學性質(zhì)、邊界條件等與計算結(jié)果密切相關。用于種植體即刻負載相關研究的有限元模型應能反映出即刻負載的界面特點，具體表現(xiàn)在2個方面：一是即刻負載界面沒有發(fā)生骨結(jié)合，骨組織與種植體為物理接觸，在負載條件下兩者會發(fā)生相對運動（微動）；二是為了獲得最佳的初期穩(wěn)定性，即刻負載界面往往存在初始應力（種植體直徑大于所制備種植窩的直徑所產(chǎn)生），但發(fā)生了骨結(jié)合的界面沒有初始應力。以往的種植體有限元研究模型多為骨結(jié)合模型，即種植體骨界面定義為100%結(jié)合，界面單元被結(jié)合在一起，在載荷下不發(fā)生相對位移。雖然Huja、Pierrisnard等相繼建立了種植體植入初期的非骨結(jié)合有限元模型，用于即刻負載的研究，但這些模型種植體骨界面的定義與即刻負載骨界面性質(zhì)仍有較大差別，沒有反映即刻負載種植體骨界面的重要特征：種植體骨界面存在初始應力。以往在研究牙種植體骨界面力學規(guī)律時，往往將牙種植體的螺紋形態(tài)簡化為柱狀表面或?qū)ΨQ、非連續(xù)的數(shù)個齒牙形圓環(huán)，這與實際的連續(xù)螺紋形態(tài)相差甚遠，勢必會影響到界面力學的分析結(jié)果。因此，為獲得準確的計算結(jié)果，有必要建立包含真實螺紋形態(tài)的牙種植體有限元模型。本研究旨在探索一種可行的建立包含真實螺紋形態(tài)的牙種植體即刻負載三維有限元模型的方法，所建模型界面性質(zhì)為非骨結(jié)合界面并存在初始應力，為牙種植體即刻負載相關研究提供模型支持。
   
    1材料與方法
   
    1.1實驗設備
   
    自行組裝計算機：CPU1.8G，內(nèi)存1.0G；軟件：SolidWorks制圖軟件、ABAQUS有限元軟件（HKS公司）。
   
    1.2即刻負載有限元模型的建立
   
    1.2.1螺紋型牙種植體、下頜骨骨塊尺寸參照第四軍醫(yī)
   
    大學口腔醫(yī)學院研制的螺紋型牙種植體（MDIC螺紋型種植體）建立牙種植體模型，種植體直徑3.7mm、長13.0mm、螺距0.7mm、V型螺紋。牙種植體模型上部基臺簡化為直徑6.0mm、高6.0mm的圓柱體。下頜骨立方骨塊尺寸：10mm（近遠中）×15mm（高度）×10mm（頰舌向）。立方體骨塊頰舌、上下4個外表面畫出密質(zhì)骨層（1.2～1.5mm厚不等）。種植體及骨塊模型見圖1、2。
   

    1.2.2實體模型的生成和模型分元按照上述尺寸，利用畫圖軟件SolidWorks繪出螺紋型牙種植體、下頜骨局部骨塊三維立體幾何模型；在骨塊中繪制出包含螺紋形態(tài)的種植窩，此種植窩螺紋尺寸比種植體螺紋稍小，種植體與骨塊裝配后，螺紋界面產(chǎn)生過盈配合（圖3）。
   
    分別保存種植體、骨塊實體模型文件。將生成的種植體、骨塊文件導入ABAQUS軟件，裝配種植體和骨塊，使種植體螺紋與骨塊內(nèi)螺紋發(fā)生過盈配合。利用該軟件自動劃分功能進行種植體、局部骨塊的單元劃分，結(jié)合手動調(diào)節(jié)單元大小數(shù)值，使種植體、骨塊幾何尺寸不受單元劃分的影響，整個模型采用四面體單元劃分。
   
    1.2.3模型材料力學參數(shù)本研究材料力學參數(shù)參照Huang等的有限元模型參數(shù)，模擬Ⅱ類骨質(zhì)（Lekholm&Zarb1985年分類標準）。有關材料力學參數(shù)見表1。
   
    1.2.4實驗假設模型中種植體和骨組織假設為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的線彈性材料。
    1.2.5界面接觸的定義采用庫侖摩擦模型模擬非骨結(jié)合狀態(tài)，即界面處2種材料組織，在外力作用下可發(fā)生相對運動，界面可傳遞壓力，不能傳遞拉應力，摩擦系數(shù)μ=0.3。
    1.2.6邊界條件下頜骨局部骨塊頰舌面、近遠中面、底面給予剛性約束。

    1.3骨界面初始應力的實現(xiàn)
   
    本實驗采用過盈配合的方法模擬種植體骨界面的初始應力，即將內(nèi)螺紋比種植體螺紋小的骨塊和種植體配合后，在螺紋界面產(chǎn)生過盈，種植體部分單元"伸入"骨組織單元內(nèi)，利用ABAQUS有限元軟件"過盈配合選項"將相互重疊的單元"拉開"至恰好配合狀態(tài)，界面產(chǎn)生初始應力。
   
    臨床上的過盈量（種植體半徑與種植窩半徑的差值）一般為0.3mm左右，但鮮見報道0.3mm過盈產(chǎn)生的界面應力的確切大小。從理論上講，種植體骨界面初始應力如果超過骨組織的破壞強度，骨組織即會發(fā)生骨折，應力隨之部分釋放，直至與破壞強度相當。相關組織學研究也顯示擠壓植入產(chǎn)生的界面最終初始應力應與骨質(zhì)破壞強度相當。因此，本實驗假定所建即刻負載有限元模型的界面初始應力與骨質(zhì)破壞強度相等，并確定合適的過盈量。具體方法：從0.02mm過盈量開始，逐漸增加過盈量，建立不同過盈量下的有限元模型，觀察不同過盈量產(chǎn)生的界面初始應力大小，直到產(chǎn)生的應力與骨質(zhì)破壞強度相當止，此時的過盈量即為即刻負載模型的合適過盈量，該模型即為本實驗最終擬建立的即刻負載有限元模型。