Нижня щелепа людини є однією з найбільш травмонебезпечних частин людського організму. Навантаження на щелепи і характер його розподілу в нормі є основою для дослідження багатьох питань в ортопедії, щелепно-лицевій хірургії [1].

Проблема реконструкції нижньої щелепи та скронево-нижньощелепного суглоба має ряд способів вирішення методами кісткової пластики та ендопротезування [2].

Штучні матеріали, конструкції, елементи фіксації, дентальні імплантати, які використовуються в щелепно-лицевій хірургії, мають відмінну від тканин організму, структуру і властивості. Вони повинні забезпечувати необхідну жорсткість і міцність в складних умовах навантаження. Оцінка цих важливих характеристик біомеханічних систем імплантат-кістка, вивчення внутрішньої напруги і деформацій, що виникають в них при експлуатації, є предметом біомеханічного аналізу, який дозволяє не тільки зрозуміти механізми розвитку тих чи інших порушень, а й вибрати оптимальні методи лікування, визначити функціональний прогноз захворювань і хірургічних втручань. У даний час значну увагу вчених привертає використання новітніх методів імітаційного комп'ютерного моделювання напруженого деформованого стану (НДС) біомеханічних систем із застосуванням CAD / CAE-технологій [3].

Створення індивідуальних скінченноелементних моделей (СЕМ) кісток обличчя є перспективним напрямом біомеханічних досліджень. Розроблений на основі матричного обчислення метод скінченних елементів виявився надзвичайно ефективним і набув широкого застосування в інженерії, машинобудуванні, аерокосмічній та енергетичній галузях. Він дає можливість з високою точністю визначати розподіл напружень, напрямок і величину деформацій в окремих об’ємах і точках (вузлах) моделі, запас міцності та особливості руйнування моделі при дії граничних навантажень. Достовірність СЕМ для біомеханічних об’єктів дослідження залежить від точності відтворення геометричних структур, щільності скінченних елементів поблизу концентраторів напружень, властивостей неоднорідного матеріалу з різними механічними характеристиками, силового навантаження і граничних умов [4].

Метою роботи є візуалізація в трьохвимірній математичній моделі деформацій, що виникають при механічному навантаженні імпланту задля вивчення біомеханічних властивостей індивідуального титанового протезу нижньої щелепи,  а також  порівняння результатів моделювання з натурними експериментами.

Так для визначення механічних властивостей зразка проводили його компресійне навантаження в універсальній випробувальній машині TIRATEST-2151. Випробування проводились таким чином, щоб відтворити навантаження, які виникають в процесі жування. Швидкість деформування приймали рівною 0,5 мм/хв. Навантаження прикладали в  punctum mobile м’язів на поверхні нижньої щелепи шляхом вертикального переміщення рухомого стола дослідної машини за допомогою жорсткого сталевого стрижня, з’єднаного з динамометром дослідної машин. Діпазон навантаження становив від 0 до 900 Н. В результаті було отримано  діаграму деформування  зразка. Межа пропорційності становить 880 Н.

Основною задачею проведення натурних експериментів було визначення загальних закономірностей поведінки  протезу, виготовленого з титану в простих умовах деформування, отримання параметрів, необхідних для побудови математичних моделей та перевірка їх точності й адекватності.

Математичне моделювання виконувалося в COMSOL Multiphysics 5.4. Сила прикладалася до вузлів моделі, розташованих в місці прикріплення жувальних м’язів. У результаті було отримано модель розподілу навантажень в  персоналізованому імпланті нижньої щелепи.