Проблемы физики прочности в при дентальной имплантации в ортопедической стоматологии

В.А.Воробьев, О.Б.Витрик, Я.И.Витрик, Ю.Н.Выговский, М.Е.Гусев, А.Н.Малов, О.Ю.Саютин

Кафедра квантовой радиофизики Калининградского государственного университета

Кафедра радиоэлектроники ИГУ,

Дальневосточный государственный технический университет,

Ангарская челюстно-лицевая клиника,

Научно-техническая фирма “МеДиа”, Москва.

Современное развитие стоматологической ортопедии неразрывно связано с использованием методов математического моделирования, описывающих биомеханические процессы внедрения и эксплуатации дентальных протезов[1]. Математическое моделирование способно во многом сократить долгий путь проб и ошибок зачастую приводящий к страданиям больного. Известен и отработан широкий круг методов математического описания физико-механических процессов в различных материалах и конструкциях на их основе[2-7]. Однако, приложение отработанных, но, тем не менее, достаточно общих, физико-математических принципов к решению конкретных задач требует дополнительных исследований по формализации и постановке задач, по выбору и адаптации общих математических методов к моделированию физико-механических процессов в дентальных протезах различной конструкции и назначения, и выработки на этой основе рекомендаций по проектированию таких протезов.

Принципы конструирования мостовидных протезов во многом схожи с принципами проектирования элементов чисто технических сооружений в строительстве и машиностроении [2]. Это означает, что задачи моделирования физико-механических процессов и конструирования дентальных протезов можно решить при помощи методов строительной механики и сопротивления материалов. При помощи таких методов могут быть вычислены напряжения, деформации и перемещения, изгибающие моменты возникающие во всех элементах протеза, также определены усилия возникающие вследствие действия продольных и поперечных сил в элементах мостового протеза. Указанные методы позволяют решить проблему оптимизации мостовых протезов, а именно уменьшить сечение, облегчить конструкцию.

Мостовидные протезы можно представить в виде инженерных конструкции: систем ригелей, стоек и балок, которые соединены между собой жестко или шарнирно. Такая система воспринимает воспринимают жевательные, глотательные нагрузки или нагрузки возникающие при речи. В зависимости от особенностей приложения сил и конфигурации протеза необходимо определить схему расположения шарнирных или жестких узлов, так чтобы адекватно описать работу устройства и, вместе с тем, максимально упростить решение задачи. С этой целью необходимо применить общие алгоритмы по выбору шарнирных или жестких узлов к конкретным конструкциям протезов, оптимальным образом выбрать типы шарнирных соединений так последнее в значительной степени усложняет или упрощает решение задачи, проанализировать соотношение углов наклона элементов протеза и их ширины и на основании этого принять модель расположения наклонных или прямолинейных участков в расчетной модели и сформулировать банк предельных характеристик элементов и узлов модели. При этом необходимо провести численное моделирование распределения нагрузок и деформаций в различных типов протезов с целью проверки и уточнения аналитических расчетных схем. В ходе исследования этих проблем требуется решить ряд частных задач по уточнению свойств материала протезов, нагрузок возникающих в процессе жевания, оценки механических свойств пародонта (модуля упругости, наличия возможной анизотропии, пределов пропорциональности и пластичности), оценки математической устойчивости расчетных схем по отношению к вариации механических параметров.

При решении этих задач необходимо проведение экспериментальных исследований напряженно деформированного состояния стоматологических протезов методами голографии и волоконной оптики. В этом направлении необходимо проведение исследований, позволяющих отработать методики анализа напряженно-деформированного состояния объектов не являющихся твердыми телами, но имеющими очень нелинейные механо-упругие характеристики.

Наконец, необходимо разработать методы оптимизации протезов в соответствии с картиной распределения напряжений в пародонте и выработки рекомендаций по улучшению конструкции. (Например, конструкция протеза может быть улучшена при постановки дополнительных шарниров, позволит протезу работать по заданной схеме, а это может привести к уменьшению напряжений в пародонте).

В настоящей работе, в качестве примера, приведены результаты расчета конструкции протеза с помощью специализированной программы FastFrame, (Version 5.0.8 for Win'95, by ENTERCALC Engineering Software, USA), которая позволяет определять усилия в стержневых конструкциях, а именно рамах, арках, балках и других конструкциях. С ее помощью можно построить эпюры поперечной и продольной сил, эпюру моментов, рассмотреть комбинации различных нагрузок. Кроме того, при помощи этой программы можно определить перемещения конструкции, вызванные внешней нагрузкой. При этом программа работает с любыми конструкциями рам, независимо от степени их статической неопределимости.

1. Воробьев В.А. Дентальная имплантация в ортопедической стоматологии (теория и практика). – ГИУВ, Иркутск: 1999.- 212 с.
2. Строительная механика. Под ред. А.В. Даркова. М., Высш.школа ,1976. 600 с.
3. Исследования по расчету и проектированию сооружений (Статика и динамика сложных механических систем) Сборник трудов ЛИСИ 104 Ленинград 1975
4. Исследования по строительной механике и методам расчета. // под. ред. д.т.н. М.И. Ерхова. Труды Ордена трудового красного знамени центрального научно-исследовательский института строительных конструкций им.В.А. Кучеренко, Стройиздат., Москва 1981
5. Исследования по теории и методам расчета строительных конструкций. // под. ред. д.т.н. М.И. Ерхова. Труды Ордена трудового красного знамени центрального научно-исследовательский института строительных конструкций им.В.А. Кучеренко, Стройиздат.Москва 1983
6. Исследования по строительной механике и надежности конструкций. // под. ред. д.т.н. В.Д. Райзера и Г.А. Гениева. Труды Ордена трудового красного знамени центрального научно-исследовательский института строительных конструкций им.В.А. Кучеренко, Стройиздат.Москва 1986
7. Гениев Г.А. Плоская диформация идеально пластической среды// Строительная механика и расчет сооружений. -1982.-│ 3- С. 14-18.