三、 研究材料與方法
3.6 實驗數據與有限元素模擬結果比較
實驗時，由於是使用石膏材料模擬齒槽骨，石膏與齒槽骨之機械性質的差異 須先測出。石膏之機械性質是利用萬能試驗機測量，萬能試驗機如圖39。之後 利用ABAQUS/CAE Version 6.4-1有限元素分析軟體做數值的分析運算，求得植 體周圍石膏之應變。在網格化數量確定以後，將比較有限元素分析運算結果與 實驗測量結果之差異，以確定條件假設的合理性與運算結果之正確性，並利用 模擬之數值對臨床作出適當之建議。
圖12 研究流程
圖13 齒槽骨模型
圖 15 公制螺紋
圖 16 惠氏螺紋
圖17 角螺紋
圖 18 鋸齒螺紋
圖19 公制螺紋植體之模型
圖20 惠氏螺紋植體之模型
圖 21 角螺紋植體之模型
圖23 固定之拘束
圖24 負載之方向
圖 25 公制螺紋植體之模型收斂測試點
圖 26 惠氏螺紋植體之模型收斂測試點
圖27 角螺紋植體之模型收斂測試點
圖 28 鋸齒螺紋植體之模型收斂測試點
圖29 植體實體圖，左為公制螺紋，右為角螺紋
圖 31 石膏灌製
圖32 研磨機
圖33 左為鑚床，右為鑚孔
圖34 切半之石膏模型
圖35 黏貼好應變規之模型
圖36 復原之後的模型，左為完美骨整合，右邊為有摩擦之模型
圖37 植體之施力
圖39 萬能試驗機
表1 本模擬所使用之材料參數
Material Young's modulus E (MPa) Poisson's ratio ν Cortical bone 14000 0.35 Cancellous bone 1400 0.35
Titanium 110000 0.3
第四章 結果與討論
為50330 個，螺紋處之網格分割如圖 54 所示。骨頭與植體完美骨整合模型，
另外計算植體上大於 3 MPa 的元素體積（Element Volume），且找出最大
以及底部有著最大的應變量，而在完美骨整合之後，應變量明顯減少許多，雖
同屬三角螺紋的公制螺紋與惠氏螺紋，在不同區域所佔之比例，差異不 大，唯有在有間隙之模型的情況下，惠氏螺紋有著最高的微過重負荷區域的比 例，總體來看以此情況有最好的骨整合環境。
圖40 公制螺紋之收斂分析結果
圖41 惠氏螺紋之收斂分析結果
圖42 角螺紋之收斂分析結果
圖43 鋸齒螺紋之收斂分析結果
圖44 公制螺紋-骨頭與植體無間隙模型之網格
圖45 公制螺紋-骨頭與植體有間隙模型之網格
圖46 公制螺紋-骨頭與植體完美骨整合模型之網格
圖47 惠氏螺紋-骨頭與植體無間隙模型之網格
圖48 惠氏螺紋-骨頭與植體有間隙模型之網格
圖49 惠氏螺紋-骨頭與植體完美骨整合模型之網格
圖50 角螺紋-骨頭與植體無間隙模型之網格
圖51 角螺紋-骨頭與植體有間隙模型之網格
圖52 角螺紋-骨頭與植體完美骨整合模型之網格
圖53 鋸齒螺紋-骨頭與植體無間隙模型之網格
圖54 鋸齒螺紋-骨頭與植體有間隙模型之網格
圖55 鋸齒螺紋-骨頭與植體完美骨整合模型之網格
圖56 石膏材料之應力應變曲線圖
圖 57 與實驗比較之模擬結果
圖58 紅線為與實驗比較之模擬取點處
圖59 公制螺紋-骨頭與植體無間隙 實驗與模擬之比較結果
圖60 公制螺紋-骨頭與植體完美骨整合 實驗與模擬之比較結果
圖 61 角螺紋-骨頭與植體無間隙 實驗與模擬之比較結果
圖 62 角螺紋-骨頭與植體完美骨整合實驗與模擬之比較結果
圖 63 公制螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力在植體之分佈
圖 64 公制螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應力在植體之分佈
圖 65 公制螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力在植體之分佈
圖 66 惠氏螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力在植體之分佈
圖 67 惠氏螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應力在植體之分佈
圖 68 惠氏螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力在植體之分佈
圖69 角螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力在植體之分佈
圖70 角螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應力在植體之分佈
圖71 角螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力在植體之分佈
圖 72 鋸齒螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力在植體之分佈
圖 73 鋸齒螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應力在植體之分佈
圖 74 鋸齒螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力在植體之分佈
圖 76 公制螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力植體邊界分佈
圖77 公制螺紋-骨頭與植體有無間隙 最大主應力植體邊界分佈
圖 78 公制螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力植體邊界分佈
圖 79 惠氏螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力植體邊界分佈
圖80 惠氏螺紋-骨頭與植體有無間隙 最大主應力植體邊界分佈
圖 81 惠氏螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力植體邊界分佈
圖82 角螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力植體邊界分佈
圖 83 角螺紋-骨頭與植體有無間隙 最大主應力植體邊界分佈
圖84 角螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力植體邊界分佈
圖 85 鋸齒螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應力植體邊界分佈
圖 87 鋸齒螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應力植體邊界分佈 圖86 鋸齒螺紋-骨頭與植體有無間隙 最大主應力植體邊界分佈
表二 植體上大於 3 MPa 的元素體積及最大與最小之主應力
ISO Thread
no misfit misfit perfect osseointergration Max. Principal Stress (MPa) 27.97880 17.87820 19.65190
Min. Principal Stress (MPa) -17.82890 -17.94550 -16.93190
≧3 MPa Element Volume (mm3) 20.00520 19.95680 30.72290
Whitworth Thread
no misfit misfit perfect osseointergration Max. Principal Stress (MPa) 23.50330 12.77220 24.56530
Min. Principal Stress (MPa) -17.91520 -13.60810 -19.50460
≧3 MPa Element Volume (mm3) 20.62330 19.01480 30.58520
Square Thread
no misfit misfit perfect osseointergration Max. Principal Stress (MPa) 64.67960 66.38350 40.30030
Min. Principal Stress (MPa) -22.29940 -23.15510 -21.28750
≧3 MPa Element Volume (mm3) 23.73220 24.24690 30.66850
Buttress Thread
no misfit misfit perfect osseointergration Max. Principal Stress (MPa) 16.15840 17.40740 19.71730
Min. Principal Stress (MPa) -18.81090 -19.86770 -18.33750
≧3 MPa Element Volume (mm3) 30.26690 30.46140 39.95460
ISO Thread Percentage of
Total Element Volume = 128.373 mm3 Total Element Volume (%)
no misfit 15.58370
misfit 15.54590
perfect osseointergration 23.93250
Whitworth Thread Percentage of
Total Element Volume = 127.998 mm3 Total Element Volume (%)
no misfit 16.11220
misfit 14.85550
perfect osseointergration 23.89510
Square Thread Percentage of
Total Element Volume = 129.524 mm3 Total Element Volume (%)
no misfit 18.32260
misfit 18.72000
perfect osseointergration 23.67790
Buttress Thread Percentage of
Total Element Volume = 121.153 mm3 Total Element Volume (%)
no misfit 24.98240
misfit 25.14290
perfect osseointergration 32.97860 表三 植體上大於 3 MPa 的元素體積佔其植體元素體積之比例
圖88 公制螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 之分佈
圖89 公制螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 之分佈
圖90 公制螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊齒 槽骨之分佈
圖91 惠氏螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 之分佈
圖92 惠氏螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 之分佈
圖93 惠氏螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊齒 槽骨之分佈
圖94 角螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨之 分佈
圖95 角螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨之 分佈
圖96 角螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊齒槽 骨之分佈
圖97 鋸齒螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 之分佈
圖98 鋸齒螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 之分佈
圖99 鋸齒螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊齒 槽骨之分佈
圖100 沿紅線取植體與齒槽骨邊界之齒槽骨的最大主應變
圖 101 公制螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽 骨邊界分佈
圖 102 公制螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽 骨邊界分佈
圖 103 公制螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊 齒槽骨邊界分佈
圖 104 惠氏螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽 骨邊界分佈
圖 105 惠氏螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽 骨邊界分佈
圖 106 惠氏螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊 齒槽骨邊界分佈
圖 107 角螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 邊界分佈
圖 108 角螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽骨 邊界分佈
圖 109 角螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊齒 槽骨邊界分佈
圖 110 鋸齒螺紋-骨頭與植體無間隙 最大主應變在植體周邊齒槽 骨邊界分佈
圖 111 鋸齒螺紋-骨頭與植體有間隙 最大主應變在植體周邊齒槽 骨邊界分佈
圖 112 鋸齒螺紋-骨頭與植體完美骨整合 最大主應變在植體周邊 齒槽骨邊界分佈
表四 植體周邊 1 mm 齒槽骨在不同區域的元素體積及最大主應變（公制螺紋與惠氏螺紋）
ISO Thread
no misfit misfit perfect osseointergration
Disuse Window (mm3) 14.38 14.27 18.30
Mild Overload Zone (mm3) 4.38 5.07 0.93
Pathologic Overload Zone (mm3) 0.26 0.09 0.00
Max. Principal Strain (με) 18516.30 17463.10 4010.19
Whitworth Thread
no misfit misfit perfect osseointergration
Disuse Window (mm3) 14.29 14.83 19.26
Mild Overload Zone (mm3) 3.38 7.75 0.62
Pathologic Overload Zone (mm3) 0.22 0.13 0.00
Max. Principal Strain (με) 14857.40 14677.00 4469.54
表五 植體周邊 1 mm 齒槽骨在不同區域的元素體積及最大主應變（角螺紋與鋸齒螺紋）
Square Thread
no misfit misfit perfect osseointergration
Disuse Window (mm3) 16.61 16.64 17.05
Mild Overload Zone (mm3) 4.23 4.97 0.30
Pathologic Overload Zone (mm3) 0.37 0.55 0.00 Max. Principal Strain (με) 11571.80 12005.50 4983.12
Buttress Thread
no misfit misfit perfect osseointergration
Disuse Window (mm3) 17.31 17.31 24.44
Mild Overload Zone (mm3) 4.65 6.01 0.47
Pathologic Overload Zone (mm3) 0.85 0.59 0.00 Max. Principal Strain (με) 10845.60 16624.30 3777.89
表六 植體周邊 1 mm 齒槽骨在不同區域的元素體積占其齒槽骨元素體積的比例（公制螺紋）
ISO Thread with no misfit Percentage of
Total Element Volume = 217.8443 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 6.6024
Mild Overload Zone 2.0121
Pathologic Overload Zone 0.1206
ISO Thread with misfit Percentage of
Total Element Volume = 217.2846 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 6.5658
Mild Overload Zone 2.3319
Pathologic Overload Zone 0.0423
ISO Thread with perfect osseointergration Percentage of Total Element Volume = 217.8443 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 8.4205
Mild Overload Zone 0.4268
Pathologic Overload Zone 0.0000
表七 植體周邊 1 mm 齒槽骨在不同區域的元素體積占其齒槽骨元素體積的比例（惠氏螺紋）
Whitworth Thread with no misfit Percentage of Total Element Volume = 231.1559 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 6.1816
Mild Overload Zone 1.4615
Pathologic Overload Zone 0.0966
Whitworth Thread with misfit Percentage of Total Element Volume = 227.0468 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 6.5317
Mild Overload Zone 3.4135
Pathologic Overload Zone 0.0573
Whitworth Thread with perfect osseointergration Percentage of Total Element Volume = 231.1559 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 8.3302
Mild Overload Zone 0.2684
Pathologic Overload Zone 0.0000
表八 植體周邊 1 mm 齒槽骨在不同區域的元素體積占其齒槽骨元素體積的比例（角螺紋）
Square Thread with no misfit Percentage of
Total Element Volume = 222.334 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 7.4703
Mild Overload Zone 1.9031
Pathologic Overload Zone 0.1675
Square Thread with misfit Percentage of
Total Element Volume = 218.719 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 7.6086
Mild Overload Zone 2.2725
Pathologic Overload Zone 0.2507
Square Thread with perfect osseointergration Percentage of
Total Element Volume = 222.334 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 7.6699
Mild Overload Zone 0.1352
Pathologic Overload Zone 0.0000
表九 植體周邊 1 mm 齒槽骨在不同區域的元素體積占其齒槽骨元素體積的比例（鋸齒螺紋）
Buttress Thread with no misfit Percentage of
Total Element Volume = 270.6385 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 6.3942
Mild Overload Zone 1.7175
Pathologic Overload Zone 0.3130
Buttress Thread with misfit Percentage of
Total Element Volume = 269.0854 mm3 Total Element Volume (%)
Disuse Window 6.4343
Mild Overload Zone 2.2330
Pathologic Overload Zone 0.2195
Buttress Thread with perfect osseointergration Percentage of
Total Element Volume = 270.6385 mm3 Total Element Volume (%)
Total Element Volume = 270.6385 mm3 Total Element Volume (%)