膨胀式种植体多目标优化分析及其在骨质疏松条件下固位原理的生物力学研究

骨质疏松情况下提高口腔颌面部种植体的初期和远期固位是国际关注的难题，目前研究主要集中在种植体的表面处理和宏观结构的优化，而在骨质疏松情况下提高种植体的固位仍无突破性进展。本课题针对骨质疏松情况，拟从生物力学角度着手，建立可自适应变化的种植体-颌骨-修复体三维有限元模型，借助Ansys DesignXplorer多目标优化设计工具，利用蒙特卡罗抽样技术和二次插值函数构造设计方法，优化设计膨胀式牙种植体和镍钛合金正畸支抗种植体,以期达到"有限膨胀、可靠固定"。借助离体颌骨标本和骨质疏松动物模型，在膨胀式种植体植入后进行种植体固位的生物力学检测，以期利用膨胀式设计，在种植初期压缩周围骨组织，增加种植体周围骨密度，提高种植体的初期固位；在种植体骨结合后形成"骨中有钉、钉中有骨"的立体交叉复合式结构，提高种植体的远期固位。

提高骨质疏松（OP）情况下口腔颌面部种植体的初期和远期固位是国际关注的难题。目前研究主要集中在种植体的表面处理和宏观结构的优化。本课题利用Pro/E软件设计了膨胀式牙种植体和膨胀式正畸支抗种植体，同时借助Ansys DesignXplorer三维有限元优化分析模块，进行了包括膨胀角度和膨胀比例在内的膨胀式结构的优化设计，减少了由于膨胀尺寸过大对颌骨和种植体自身产生的负面影响，实现了膨胀式种植体“有限膨胀、可靠固定”的设计目标。随后根据优化结果加工种植体，将膨胀式种植体与普通种植体植入新鲜老年人颌骨标本，通过生物力学检测，比较两种类型种植体的固位效果，并根据实验结果进一步优化种植体设计。然后我们将设计的膨胀式种植体植入OP绵羊动物模型颌骨, 通过影像学、骨组织计量学和生物力学等手段，评估了膨胀式种植体一骨界面愈合情况、种植体周围骨密度变化情况和界面新骨形成情况，结果表明膨胀式种植体表现出良好的生物力学性能，具有更高的骨接触率，并促进了种植体周围的成骨。通过该项目的研究，阐明了在OP情况下膨胀式设计提高种植体初期固位和远期固位的原理：即在植入初期膨胀式设计可以通过压缩周围骨组织增加种植体周围的骨密度，从而提高种植体的初期固位；在种植体形成骨结合后，骨组织长入膨胀缝隙，形成“骨中有钉、钉中有骨”的立体交叉复合式结构，从而提高种植体的远期固位。结果表明，膨胀式设计是一种极具前景的种植体设计方式，能够显著提高口腔颌面部种植体在OP情况下的固位效果，为其应用于口腔临床提供了可靠的实验依据.. 本项目研究内容已全部顺利完成，已发表相关SCI论文6篇；授权国家发明专利2项，授权软件著作权1 项；参加学术会议4次，其中3次大会发言；培养博士研究生2名，硕士研究生1名；研究成果作为部分参与内容获得国家科技进步一等奖1项。