在全方位植入物设计中的生物机械行为的预测数学建模:使用基于FEA的RSM对远端植入物和闭塞负载角度的影响
Fahri Murat1, Sema Nur Sevinç Gül2, Abdullah Tahir Şensoy3,4,5
1Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering and Architecture, Erzurum Technical University, Erzurum, Türkiye.
Frontiers in bioengineering and biotechnology
|September 3, 2025
概括
优化远端植入器角度和闭塞负荷方向在全在4概念是减少骨压力的关键. 生物机械模型显示,正面负荷角度显著影响应力,较低的角度通常会产生更好的结果.
科学领域:
- 生物材料科学
- 牙科植入物学
- 生物力学
背景情况:
- 全在4的治疗概念提供了一个固定的全弧解决方案,但需要小心地放置远端植入物来管理生物力学力量.
- 了解植入物角和闭塞负荷之间的相互作用对于预测周围皮质骨中的应力分布至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证一个预测生物机械模型,以优化远端植入物角化.
- 调查不同的植入方位和闭塞负荷方向对皮质骨中的应力度的影响.
主要方法:
- 使用有限元分析 (FEA) 和响应表面方法 (RSM) 创建了15个模拟模型.
- 远端植入器的角度 (15°,30°,45°) 和闭塞负荷方向 (斜面和正面平面:45°,67.5°,90°) 系统地变化.
- 通过回归分析的主要反应变量是皮质骨中的最大Mises应力.
主要成果:
- 额头封闭负载角度对应力分布的影响最为显著,其次是植入器角度.
- 一个二级预测模型显示出强烈的统计匹配 (R2 = 93.39%).
- 在45°封闭负荷的15°植入角度观察到最低的应力 (95. 75MPa);在45°前额负荷的45°角度观察到最高的应力 (265. 72MPa).
结论:
- 减少植入物倾斜通常会降低植入物周围的应力,但由于可变的生物力学反应,普遍最佳的角度是不可行的.
- 在植入物定位的同时,优化尖端倾斜和闭塞负荷方向可以提高全弧植入物假体的生物机械性能和长期成功.
