Біомеханічний стан кісток щелепи в процесі релаксації напружень при встановленні імплантів

Abstract

Приведено результати досліджень процесу релаксації напружень в кістках щелепи людини при встановленні імплантатів для визначення граничних за величинами міцності біологічних тканин моментів закручування фіксаторів. Міцність та механічна напруженість кісток щелепи оцінюється із застосуванням методів математичного моделювання, як при встановленні імплантів, так і на протязі часу від 1с до 3000с процесу післяопераційного стану тканин кортикального та губчастого шару. Новизна постановки розглянутої задачі полягає у визначенні індивідуального неоднорідного поля релаксації напружень імітаційних моделей переднього відділу нижньої щелепи з товщиною кортикальної кістки від 1мм до 3мм на прикладі встановлення двохрізьбового імпланту. Експериментальні дані релаксації напружень та міцності взірців ушкоджених кісток щелепи людини застосовано в розрахунково-теоретичних дослідженнях напружень та зон руйнування в околі імпланту. Встановлені закономірності дозволяють обгрунтувати величини граничних моментів закручування імплантів та підвищити якість практичної реалізації контрольованого процесу їх встановлення для різного типу кісток щелепи. Кісткова тканина моделі фрагменту щелепи приймається неоднорідним ізотропним матеріалом. Чисельні розрахунки релаксації напружень кісток щелепи виконані за допомогою в’язкопружної моделі Максвелла. Приведены результаты исследований процесса релаксации напряжений в костях челюсти человека при установлении имплантатов для определения предельных по величинам прочности биологических тканей моментов закручивания фиксаторов. Прочность и механическая напряженность костей челюсти оценивается с применением методов математического моделирования, как при установке имплантов, так и в течение времени от 1с до 3000 с процесса послеоперационного состояния тканей кортикального и губчатого слоя. Новизна постановки рассматриваемой задачи заключается в определении индивидуального неоднородного поля релаксации напряжений имитационных моделей переднего отдела нижней челюсти с толщиной кортикальной кости от 1мм до 3мм на примере установления двухрезьбового импланта. Экспериментальные данные релаксации напряжений и прочности образцов поврежденных костей челюсти человека применено в расчетно-теоретических исследованиях напряжений и зон разрушения в окрестности импланта. Установленные закономерности позволяют обосновать величины предельных моментов закручивания имплантов и повысить качество практической реализации контролируемого процесса их установки для различного типа костей челюсти. Костная ткань модели фрагмента челюсти принимается неоднородным изотропным материалом. Численные расчеты релаксации напряжений костей челюсти выполнены с помощью вязкоупругой модели Максвелла. Для рассматриваемой начально-краевой задачи представлены необходимые уравнения, граничные и начальные условия. The current study presents the results stress relaxation of the jaw bone in the human implant treatment, aiming to determine the strength limit values for of biological tissues and the maximum moment values for tightening clamps. The strength and mechanical strength of the jaw bone is estimated with the use of mathematical modeling as when installing implants and over time from 1s to 3000s of postoperative state of cortical and spongy tissues. The novelty of considered task is to determine the individual inhomogeneous field stress relaxation by using simulation models anterior mandible with cortical bone thickness from 1mm to 3mm setting on example of two-threaded implant. Experimental data of stress relaxation and strength models of damaged in human jaw bone applied and theoretical studies of stress and fracture zones in the surrounding area of tooth-implant. The identified regularities allow to prove the moment limit values for tightening implants and improve the quality of practical implementation of controlled process of installation for different types of bones of the jaw. The tissue model of fractured jaw bone taken as heterogeneous isotropic material. Numerical simulations of jaw bones stress relaxation were made using Maxwell viscoelastic model. For the boundary value problem the necessary equations, boundary and initial conditions are considered.