实验测试是通过使用骨螺丝嵌入trilaminate标准聚氨酯块。聚氨酯块有两个外皮质层和中间松质层,每3.0毫米厚,模仿下颌骨。这些层被合成的物质属性匹配下颌骨属性(太平洋研究实验室,Inc .)、瓦逊,洗,美国)。块的尺寸实验 15 毫米 × 15 毫米 × 9 毫米 。除了现实的材料特性,这些“人工骨”样品不太昂贵,在一层展览同质特性,很容易被操纵的实验。

钻定位孔后,钛自攻螺丝插入要么完全bicortical座位,或到松质层unicortical座位。自攻螺丝消除手术螺钉插入单独开发要求。提供的自攻螺钉Leibinger微植体(美国密歇根州卡拉马祖Stryker公司)。

英斯特朗机的拉拔力试验(4400 r控制器模型)。图 1(一)给出了实验装置。标本被夹在一个特别设计的虎钳。螺丝举行一个夹具,夹具提供的螺钉头在座位上休息。这个夹具安装在固定端,英斯特朗机器的上横梁。英斯特朗、下横梁的虎钳的连接,然后逐步拆除5毫米/分钟的速度,直到螺旋离合器完全从块。计算机数据采集记录所有的力和位移测试。

screw-bone界面假设开始的失败之前螺丝完全退出。因此,验证假设,重要的是做一个微骨损伤的检查在负荷远低于遇到的最大拉拔力载荷。这是通过把部分把标本和磨细高分辨率显微镜下检查。使用均值从拉拔力实验数据加载失败,不同的样本获得的在不同的负载。标本被地面上各种磨料粗燕麦粉,粗糙的罚款,直到样品被切割成两半。

电子计算机断层扫描(22岁男性从西门子Somatone感觉获得多层螺旋扫描。病人有完整的牙齿和正常的闭塞。扫描被导入到模仿7.3(美国实现,来自美国密歇根州安阿伯市)阈值和编辑功能用于创建实体皮质骨、松质骨和牙齿。最初的图形交换规范(IGES)曲线近似卷并导入到ANSYS 8.0左右。联合创建卷,随后保税,parasymphysis,身体,角,分支,冠状的和髁区域使用各自的IGES曲线。

是网状使用tetrahedral-shaped固体元素创建的卷。下颌骨的最后网格与硬件由67年的434元素和107 352个节点。网格细化是用于板、螺丝、断裂区域,和周围的皮质和多孔的地区建立了所有相关的措施,直到收敛。在所有分析一致的网格大小使用。从有限元模型几何信息与原始CT扫描数据以确保模型的有效性。此外,载荷类似于先前的研究是模仿为了验证应力结果。CAD模型验证,本研究详细Chaudhary [ 17]和Lovald [ 15, 18]。

骨折被模拟为一个2毫米厚线性骨折parasymphyseal地区。下颌骨的联合是该地区附近的两个对称的半结的矢状面。几何数据提供的板是Stryker-Leibinger集团(美国密歇根州卡拉马祖)。分析了板是3 d矩阵 4 × 2 孔小板。有少量的模拟板和骨之间的间隙,如临床情况。Unicortical螺钉固定用于上级边境而bicortical固定下边界。螺丝被模拟为实心圆柱体直径2.3毫米插入,形成骨材料。

有限元(FE)的齿状下颌骨模型包含以下材料:皮质骨、松质骨、牙段(牙本质,牙釉质,和牙周韧带)。坐标系统和正交的皮质骨的属性只有在每个指定的12下颌卷创建和前面提到的。表 2使下颌有限元分析的材料特性。正交的皮质骨的值都被Schwartz-Dabney和Dechow[从一项研究 19]。各向同性性质对松质骨取自[ 13]。牙质的属性被来自另一个有限元研究[ 20.),他们将与克雷格和佩顿的研究( 21]。在当前的研究中,只有物质本质属性建模在牙科领域由于其高弹性模量。骨折区域给出了初始结缔组织的属性( 22)(3 MPa的杨氏模量和泊松比为0.4)。钛钢板和螺钉的属性被来自另一个铁下颌角骨折的研究( 12]。

螺杆有限元分析子模型中使用的几何描述2.1.3.1节几乎是相同的。为了简化建模,铝夹没有建模。

螺杆的材料特性有限元分析子模型与下颌有限元分析的部分完全相同 2。2。的外层trilaminate块assumedto是正交的,直接取自parasymphyseal地区从下颌的材料特性有限元分析。作者的知识,这是第一个铁的研究使用正交的皮质骨螺钉抗拔特性。的内在部分trilaminate块assumedto是松质骨的各向同性,在给定的材料属性。钛螺丝植入了材料的性质。所有材料属性的螺杆有限元分析子模型给出了表 2。

Thesubmodel trilaminate块是克制它的四个方面从三个方向的运动。一种力量,从下颌有限元分析获得 2。2是应用于螺钉植入的顶面(图 4)。特殊螺丝的力量显示最高的大小下颌有限元分析是唯一的力量应用于螺杆有限元分析子模型。2.1.3.2部分和相同的本构方程 2.2。2这里也适用于螺钉抗拔子模型。

这个螺丝有限元分析子模型是用来比较不同的螺杆设计配置设置。表 3为每个分析显示了配置。bicortical螺杆配置被认为是基础分析。其他bicortical螺杆配置的配置进行了分析比较。0.3毫米的螺纹深度保持不变在所有分析。所有螺杆参数配置是商用。

实验结果是依赖于如何螺丝完全失败了。三种不同模式的失败观察:

(我)

圆柱形失败(图 1 (b)):在这种情况下,块的螺丝拿出大量的材料被困在线程之间。样品显示这种类型的失败的平均抗拔力大于样本在以下场景。样品与圆柱失败表现出光滑的荷载位移曲线,与单一的最大值(即。,较低的曲线在图 5);

bicortical实验荷载位移曲线,unicortical螺丝显示一个非常一致的趋势或特征形状为圆柱形类型失败(类似于较低的曲线在图 5)。曲线在图 5获得使用大直径2.3毫米的螺丝和1.0毫米。曲线可以分为三个不同的区域。区域1代表一个大概弹性区域。区域2预计包含塑性变形的开始通过微裂隙的形成和发展。区域3是失败的地区宏观裂缝清晰可见表面的块。

拉拔力实验进行了样本容量为15标本为每个unicortical和bicortical研究。最大负荷和最大位移的结果如表所示 4。Bicortical固定显示抗拔强度高于unicortical固定,类似于发现的各种工作 其他类型的外科螺丝( 7, 8]。

均值位移失败在unicortical撤军的情况下是约等于使用螺杆的螺距,类似于Ryken[发现 7]。Ryken然而,研究表明,bicortical螺丝有平均失效到达位移大于unicortical螺丝约8%。这与当前的研究结果显示大约增加了67%。论文研究不同测验材料,螺旋式/几何,拉拔力率,实验装置内的flex,所有可以改变抗拔力( 25]。Ryken专注于颈椎板螺丝时,当前的研究被认为是更合适用于修饰或说明螺丝用于刚性固定下颌骨折。

五个不同的样品,标签S1, S2、S3、S4, S5(见图 5),切割和抛光,揭示其内部损伤状态。标本S1没有观察到microdamage放大400倍。S1是一个弹性区域内(Region1)展品线性行为。标本S2只是过去的弹性区域但不相关的宏观表面裂纹(图 6(a))。标本S3如图的形象 6(b)。剪切的皮质材料可以看到图像的顶部附近。与负载增加螺丝正在慢慢退出,直到最线程芯片材料(图 6(b))。标本S4,除了失败在S3,骨头进行显微裂纹(图 6(c))线程立即劣质的线程。

在更高的负载,S5附近微裂缝也发生在较低的皮质层(图 6(d))。它值得提及,从裂缝形成的抛光标本,似乎总是从最主要的线程在上部和下部皮质层。

所有螺丝一般应力轮廓首先讨论分析。图 7(一)显示了一个典型的分布·冯·米塞斯应力数值分析的块使用的负载600 n。应力集中发生在周围的屏蔽材料立即螺纹压力最高的区域观察到物体的顶面附近。这一发现是一致的另一个作者工作的三维有限元建模进行下颌骨骨折与常见的电镀固定配置( 15]。也符合损伤发生的顶部表面发现在上面的微观研究。在当前的工作中,应力集中在顶部表面被发现在一个方向遍历对角blockThis很清楚在高负载和实验观测符合几乎所有的bicortical,和一些unicortical标本,失败与斜表面裂缝。

数据 7 (b)和 7 (d)情节描述应力分布沿对角线和额叶剖面视图。压力是集中在千斤顶接口和一般的螺丝。测量表明,插入手术螺钉由直径或更会各自应力场之间的互动很少。

图 7 (c)显示了一个典型的体积等高线图。情节只显示螺钉周围的材料,强调·冯·米塞斯应力超过一定阈值。正如前面提到的部分,大多数测试失败发生在这样的螺丝是用皮质材料块裹入之间的线程。这种类型的失败是因此被称为“圆柱形失败”。数据 7 (b), 7 (c), 7 (d)显示螺钉周围的圆柱包络块材料最高压力。这是符合实验观察圆柱失败。

七个不同参数情况下研究了使用有限元模型bicortical和unicortical设置。每种情况下有不同的大直径、螺距和螺纹深度。基本情况代表了一种大直径2.3毫米的间距为1.0毫米,0.3毫米的螺纹深度。所有的这些基本情况数据标准手术螺钉(用Stryker公司的许可,卡拉马祖,密歇根州,美国)。注意,每次一个参数(例如,大直径)是不同的,所有其他参数保持不变(例如,螺距和螺纹深度)。对于一个给定的情况下,·冯·米塞斯应力从压力水平最高,审问时螺纹顶部附近的应力水平, 完全围绕螺钉。在这个压力,我们的术语“信封压力,”任何材料一点的压力在这个信封将等于或高于这个值到最大应力水平附近的线程。信封压力基本上描述了最弱的点圆柱失败之前,他使用来权衡不同螺杆参数。低价值的“信封压力”是可取的,当考虑到不同的骨螺丝。

故事情节在图 8描述两bicortical螺杆参数的影响和unicortical螺丝螺旋包络线压力。图 8(一个)显示的效果不同的参数对unicortical撤军。最优的条件与信封压力是一个大的大直径和一个更大的螺纹深度。有趣的是,人们发现一个小螺杆直径也有一个理想的“信封压力,”但这是伴随着更高的顶部表面压力测量相比,其他参数的影响。螺距的变化影响了信封压力小于其他螺纹参数。

图 8 (b)显示各种螺丝的影响参数对拉拔力信封bicortical样品的压力。最优条件表明一个更小的音高和大直径。比unicortical结果不同,场上没有很大程度上影响到压力。更深的螺纹深度似乎低”信封压力,“但是它被发现有很高的顶部表面局部应力,又不同于unicortical螺钉的结果。更深层次的螺纹深度似乎不宜bicortical情况。unicortical样本相似的结论,一个大型螺杆直径有积极影响,低压力值“信封压力”情节。