Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để dự đoán độ bền mỏi của vít cấy nha khoa

Trang iv TÓM TẮT Phương pháp phần tử hữu hạn và thí nghiệm độ mỏi s c thc hi dự đoán tính bền mỏi cho cấy ghép nha khoa tin cy và s nh ca h thng cy ghép có th u kin c mi. Hin nay, cy ghép còn rt tn kém và g là không th chnh sc lp vào. T m sinh hc   thu bn mi ca h thng cy ghép nha khoa phi i mô phng (FEA). Trong nghiên cu này, tính bn mi ca h thng cc d -fit. ng ng sut trong vít cc tính bn t hu hi  do và ng sut m. T c chu kì mng vi ng sut m Chu kì mi ca vít cy nha khoa b ng ca rt nhiu yu t. Chng h: tính cht ca vt liu làm vít cy, các ti khác nhau, cân nng, chiu cao, tui tác, các tip xúc bên trong mt phân cách ca vít cy và sy, các thói quen xu ca bnh nhân, các lc ngu nhiên hình thành trong khoang miTuy  tài này chúng tôi ch nghiên cu các ng ca vt liu, các ti khác nhau, cân nng, tui tác và chin chu kì mi ca vít cy. Các yu t khác chúng tôi s tip tc nghiên cu trong thi gian ti. Trong công trình   tin cy ca tính bn mi ca h thng cy ghép nha khoa, thí nghi  m c thc hin và so sánh vi kt qu th nghim. Sau khi tin hành tính toán và th nghim, tôi thy hai kt qu này gn ging nhau. Vì vy, có th kt lun: kt qu mô phng bng Ansys da trên nn tng cn t hu hn hoàn toàn có th c. Trang v ABSTRACT Finite element analysis and fatigue test are performed to estimate the fatigue strength for the implant system. The reliability and the stability of implant system can be defined in terms of the fatigue strength. Not only is an implant is expensive, but it is almost impossible to correct after it is inserted. From a bio-engineering standpoint, the fatigue strength of the dental implant system must be evaluated by simulation (FEA). In this paper, the fatigue strengths of three implant systems are estimated: U-fit. The stress fields in implants are calculated by elastic-plastic finite element analysis, and the equivalent fatigue stress, considering the contact and preload stretching of a screw by torque for tightening an abutment, is obtained. Fatigue life, which is affected by the contact in the screwed interface and pretension in the screw, is then determined. To evaluate the reliability of the calculated fatigue strength, fatigue test is performed. Cycle fatigue of dental implant is affected by many factors such as material properties screws implanted, boundary conditions, weight, height, age, exposure within the boundary ofscrew screw and the tension in the trees, the bad habits of the patient, the random force formed in the oral cavity, etc. However, in this topic I only studied the effects of the material, the boundary conditions, weight, age, height cycle fatigue of dental implant screws. Other factors affecting the fatigue cycle of screw dental implants I will continue to study in the future. In this study, to assess the reliability of the fatigue properties of the dental implant system, fatigue testing is done and compared with experimental results. After the calculation and testing, I found two nearly identical results, indicating that the simulation results by ANSYS based on the finite element method can completely trust. Trang vi MỤC LỤC TRANG CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cu 1 1.1. c ngoài 1 1.2. c 3 2. ng nghiên cu 3 3. Nhim v  tài và phm vi nghiên cu 4 4. iên cu 5 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CẤY GHÉP NHA KHOA 2.1. c s phát trin ca cy ghép nha khoa 6 2.2. Hing tích h 7 2.3. B mt tip xúc mô mm 11 2.4. t vít cy nha khoa 14 2.5. Các loi h thng vít cy nha khoa 14 2.6. S phc hi cha b phn gi 16 CHƯƠNG III NHỮNG ỨNG DỤNG CHO CÔNG NGHỆ CẤY NHA KHOA 3.1. Gii thiu 22 3.2. B mt tip xúc  vít cy nha khoa 23 3.2.1. Gii thiu 23 3.2.2. S truyn dn ng sut và v thit k vít cy 23 3.2.2.1. Ti 24 3.2.2.2. Thuc tính vt liu 24 3.2.2.3. Hình hc vít cy 26 3.2.2.4. Cu trúc b mt 28 Trang vii 3.2.2.5. B mt t nhiên ca vít cy   29 3.2.2.6. Chng và s y nha khoa 29 3.2.3. Kt lun 31 CHƯƠNG IV QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LỰC NHAI VÀ CÁC YẾU TỐ NH HƯỞNG ĐẾN LỰC NHAI 4.1. Quá trình hình thành lc nhai 33 4.2. Các yu t n lc nhai 34 4.2.1. Cân nng 34 4.2.2. Chiu cao 35 4.2.3. Tui tác 36 CHƯƠNG V PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ VẬT LIỆU 5.1. Gii thiu 38 5.2. Vít cy 39 5n t hu hn 41 5 bn mi 45 5.5. Th nghim mi 45 CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN MI BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 6.1. Mô hình toán hc 48 6.2. Tính toán  mi bng FEA 49 CHƯƠNG VII KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHO 63 Trang viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT FEM: Finite Element Method: Phn t hu hn FEA: Finite Element Analysis: Phân tích phn t hu hn PMNs: Polymorphonuclear leukocyte: Các bch cu trung tính ROD : Axit arginine-glycine-aspartatic MMPs: Matrix metalloproteinases: Cht nn metalloproteinase TIMPs: Tissue inhibitors of metalloproteinases:Cht c ch mô metalloproteinase u JE: Junctional epithelium:Biu mô ni SD: Sulcus depth: Chiu sâu rãnh SN : Stress versus life curvesng cong quan h ng sut và tui th Trang ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Tạo lưới cho phân tích phần tử hữu hạn 4 Hình 2.1. Chuỗi các sự kiện trong suốt quá trình tích hợp xương của vít cấy 7 Hình 2.2. Vùng mất răng trước khi phẫu thuật 17 Hình 2.3. Chụp X – quang để nhận biết được mật độ xương vùng mất răng 17 Hình 2.4. Tiến hành khoan xương ngay vùng mất răng 17 Hình 2.5. Chụp X – quang để kiểm tra vị trí và góc gập của vít cấy nha khoa 18 Hình 2.6. Vít cấy một khối được đặt vào đúng vị trí theo yêu cầu kỹ thuật 18 Hình 2.7. Khâu vết thương vùng đặt vít cấy nha khoa 19 Hình 2.8. Vết thương vùng cấy ghép đã lành sau hai tuần 19 Hình 2.9. Bốn tháng sau, công đoạn cuối cùng là gắn phục hình giả 19 Hình 2.10. Chụp X – quang lần cuối để kiểm tra hệ thống 20 Hình 3.1. Các loại vít cấy thông dụng 27 Hình 3.2. Vít cấy một khối và hai khối 28 Hình 4.1. Sự nghiến răng 33 Hình 4.2. Răng dưới bắt đằu di chuyển 33 Hình 4.3. Răng tiếp tục di chuyển 34 Hình 4.4. Kết thúc quá trình nhai 34 Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn cân nặng ảnh hưởng đến lực nhai 35 Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn chiều cao ảnh hưởng đến lực nhai 35 Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn tuổi tác ảnh hưởng đến lực nhai 36 Hình 5.1. Mô hình hóa hình dạng vít cấy 40 Hình 5.2. Chia lưới vít cấy 44 Hình 5.3. Vít cấy nha khoa được kẹp chặt trên máy điện thủy lực 2200 INSTRON. 46 Hình 5.4. Đường cong mỏi của trục vít hợp kim titanium 46 Hình 5.5. Đường cong mỏi của phục hình SM45C 47 Hình 6.1. Mô hình toán của vít cấy loại U-fit 48 Hình 6.2. Biến dạng của vít cấy 50 Trang x Hình 6.3. ng suất của vít cấy 50 Hình 6.4. Tuổi thọ của vít cấy 51 Hình 6.5. Đồ thị phá hoại 51 Hình 6.6. Hệ số an toàn 52 Hình 6.7. Biểu đồ độ nhạy 52 Hình 6.8. Biến dạng của vít cấy 53 Hình 6.9. ng suất của vít cấy 54 Hình 6.10. Tuổi thọ của vít cấy 54 Hình 6.11. Đồ thị phá hoại 55 Hình 6.12. Hệ số an toàn 55 Hình 6.13. Biểu đồ độ nhạy 56 Hình 6.14. Biến dạng của vít cấy 57 Hình 6.15. ng suất của vít cấy 57 Hình 6.16. Tuổi thọ của vít cấy 58 Hình 6.17. Đồ thị phá hoại 58 Hình 6.18. Hệ số an toàn 59 Hình 6.19. Biểu đồ độ nhạy 59 Hình 7.1. Đồ thị biểu diễn số liệu tính toán và thử nghiệm 61 Trang xi DANH MỤC CÁC BNG Bảng 2.1 Răng cấy ghép, so với răng tự nhiên 13 Bảng 2.2. Phân loại vít cấy theo số lần phẫu thuật, giao diện kết nối, và dạng hình học 15 Bảng 2.3. Tiêu chuẩn lựa chọn vít cấy nha khoa 15 Bảng 2.4. Răng cấy ghép và răng tự nhiên 20 Bảng 5.1. Thông số kĩ thuật của vít cấy nha khoa 40 Bảng 7.1. Thử nghiệm và kết quả 59 Trang 1 Chng I TNG QUAN Trong nghiên cu này, chúng tôi s dự đoán độ bền mỏi của vít cấy nha khoa loi U-fit da trên nn tng ca phương pháp phần tử hữu hạn. Vít cc làm bng titanium nguyên cht hoc hp kim titanium vì loi vt liu này có kh   c v   a ch th, chúng không xy ra bt kì phn ng bt li nào vi ch th không b i bi các phn ng chng li s xâm nhp l và ca ch th. Sau khi vít cc cy vào v trí mt n ng sinh hc s x tích hp vít cy vào c gc hình gi s c gn trên vít cc c thc hin ch   m  d  bn mi ca vít cy, chúng tôi s da trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). FEM là mt tng quát và hu hiu cho li gii s nhiu lp bài toán k thut khác nhau. T vic phân tích trng thái ng sut, bin dng trong các kt ct trong ô tô, máy bay, tàu thu, khung nhà cao tng, dm c n nhng bài toán ca lý thuyt truyn nhic cht lng, thu n  t ng, Trong nghiên cu này, vi s h tr ca máy tính và h thng CAD, chúng  c  bn mi ca vít cy nha khoa. 1. Tình hình nghiên cu 1.1. Nc ngoài  các nhà máy chuyên thit k, tính toán và sn xut vít cy nha khoa tp trung  M, Hàn Qui ta ng nghiên cu và cho ra th Trang 2 ng nhng sn phm vít cy ngày càng hoàn thin v mu mã và chng  ng nhu cu ca bnh nhân. G ,         n Implant All on 4  P n             ông ty Imp  chuyên gia v      Malo        - sinh  -           các thí  ra quy  vít . c tài nghiên cu v vít cy nha khoa ch yu ch là nhng nghiên cu v kh c ca vt liu làm vít ci vi ch th. Bên ct s nghiên cu nói v các tác d hình thành các ln vít cy nha khoa. S ít công trình khác gii thiu tng quan nhng thành tu và s tin b trong công ngh c thit k vi s h tr máy tính có kh  mnh m do FEM mang li. Các bài vit này gii thiu tng quan v vít cy nha khoa bao gm: vt liu, các thông s k thut, s o vây vít cy, vít cc u nghiên cu ng gi thi n [...]... cho phân tích phần tử hữu hạn Với những ưu điểm được nêu trên, sử dụng FEM để dự đoán độ bền mỏi của vít cấy nha khoa sẽ dễ dàng và hiệu quả, tính kinh tế cao hơn các phương pháp trước Chính vì lẽ đó, đề tài sẽ nghiên cứu, tính toán, mô phỏng quá trình chịu tải và sự phá hủy của hệ thống cấy ghép bằng cách ứng dụng phương pháp này Từ đó, dự đoán sức bền cũng như tuổi thọ của vít cấy được cấy ghép cho... tải của vít cấy, nhằm đi đến ứng dụng phương pháp này trong việc dự đoán tuổi thọ của tất cả các hệ thống vít cấy đã cấy ghép cho bệnh nhân Việt Nam, nên nhiện vụ của đề tài sẽ giải quyết các vấn đề sau: - Tính toán và xác lập công thức quá trình chịu tải của vít cấy nha khoa cho răng cối Trang 4 - Mô phỏng quá trình chịu tải của vít cấy nha khoa cho răng cối - Tính toán độ bền mỏi của vít cấy nha khoa. .. ng pháp nghiên c u Để hoàn thành tốt mục tiêu đề ra của đề tài, phương pháp nghiên cứu được đưa ra: - Tính toán quá trình chịu tải của vít và quá trình biến dạng của vít bằng phương pháp phần tử hữu hạn - Mô phỏng quá trình chịu tải của vít và quá trình biến dạng của vít trên phần mềm Ansys 13 Trang 5 Ch ng II GI I THI U C Y GHÉP NHA KHOA 2.1 S l c s phát triển c a c y ghép nha khoa Vít cấy nha khoa. .. dự đoán được ứng suất và độ biến dạng của vít cấy nha khoa trong trường hợp tương tác với các lực tác động trong khoang miệng khi được đặt vào xương hàm của chủ thể Có thể xem nghiên cứu này là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao độ an toàn và tính chính xác của hệ thông vít cấy Bên cạnh đó, vài công trình đã đề xuất một phương pháp phân tích khác là phương pháp đa phần tử hữu hạn để. .. đổi để tạo diện tích bê mă ̣t tôi ưu cho xương bám chắc vào bề mặt vít cấy Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ phân loại vít cấy theo số lần phẫu thuật đặt vít cấy Như vậy, sẽ có hai loại vít cấy, bao gồm vít cấy loại một khối được sử dụng cho một lần phẫu thuật và vít cấy loại hai khối được sử dụng cho hai lần phẫu thuật Hình 3.2 là mô hình hai loại vít cấy nha khoa loại một khối và vít cấy hai khối Vít. .. đoán kì hạn mỏi, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp phân tích số - phương pháp thường áp dụng trong việc phát triển một sản phẩm mới Trang 3 và tăng cường hiệu suất của nó, cụ thể ở đây lả FEM Từ một quan điểm sinh học – kĩ thuật, nghiên cứu này nhằm mục đích sử dụng FEM để dự đoán kì hạn mỏi của một hệ thống cấy ghép bị tải trọng mỏi của quá trình nhai (lực nhai) Dùng FEM để mô phỏng và xác định sự phân... minh bất kỳ sự khác biệt nào đáng kể trong việc hấp thụ lực của phục hình giả vàng, sứ hoặc nhựa Thuộc tính vật liệu của vít cấy nha khoa Module đàn hồi của vật liệu làm vít cấy khác nhau sẽ ảnh hưởng đến bề mặt tiếp xúc vít cấy đến xương Vật liệu chế tạo vít cấy với module quá thấp thì không nên sử dụng, nên sử dụng vật liệu chế tạo vít cấy có module đàn hồi ít nhất bằng 110.000 N / mm3 Module đàn... hợp xương của vít cấy Trang 7 Hiện tượng xảy ra đầu tiên sau khi đặt vít cấy là quá trình hấp thụ nước, các ion và các phân tử sinh học nhỏ và theo sau là hấp thụ và trao đổi của các phân tử sinh học lớn chẳng hạn như protein Các tính chất của bề mặt vít cấy và của những protein cá thể ảnh hưởng đến tổ chức của lớp protein hấp phụ, từ đó xác định phản ứng của tế bào bề mặt của vít cấy nha khoa Sau khi... quang để nhận biết được mật độ xương vùng mất răng Hình 2.4: Tiến hành khoan xương ngay vùng mất răng Trang 17 Sau khi khoan lỗ vùng mất răng, vít cấy nha khoa sẽ được đặt vào Công việc này phải được thực hiện chính xác vì nó sẽ ảnh hưởng đến sự thành công của vít cấy sau này Sau đó các bác sĩ nha khoa sẽ tiến hành chụp X – quang một lần nữa để kiểm tra vị trí và góc độ của vít cấy Vết thương vùng khoan... dạng, (4) bề mặt vít cấy, (5) tính chất của bề mặt tiếp xúc vít Trang 23 cấy tới xương, (6) chất lượng và số lượng của xương xung quanh vít cấy nha khoa Hầu hết các nghiên cứu đều chú trọng để tối ưu hóa hình học vít cấy nhằm duy trì mức độ ứng suất hình thành trong hệ thống có lợi trong một loạt các loại tải phức tạp 3.2.2.1 T i Khi sử dụng FEA để nghiên cứu công nghệ cấy ghép nha khoa, FEA có thể xem . Trang iv TÓM TẮT Phương pháp phần tử hữu hạn và thí nghiệm độ mỏi s c thc hi dự đoán tính bền mỏi cho cấy ghép nha khoa  tin cy và s nh ca h thng. thuật của vít cấy nha khoa 40 Bảng 7.1. Thử nghiệm và kết quả 59 Trang 1 Chng I TNG QUAN Trong nghiên cu này, chúng tôi s dự đoán độ bền mỏi của vít cấy nha khoa loi. cong mỏi của phục hình SM45C 47 Hình 6.1. Mô hình toán của vít cấy loại U-fit 48 Hình 6.2. Biến dạng của vít cấy 50 Trang x Hình 6.3. ng suất của vít cấy 50 Hình 6.4. Tuổi thọ của vít cấy