本站原创【摘 要 】目的：探讨在应用精密附着体天然牙-种植体联合固定桥修复时,骨质量对两种基牙及其周围支持骨组织的应力影响.方法：采用三维有限元分析方法,对不同质量骨组织支持的精密附着体天然牙-种植体固定桥的有限元模型进行计算分析.结果：固定桥支持骨组织的质量下降后,各基牙和其周围支持骨组织中的应力值明显增大.结论：骨质量与精密附着体天然牙-种植体联合固定桥的应力改变具有密切相关性.
【关 键 词 】精密附着体；固定桥；种植体；三维有限元
【中图分类号】R783.4
【文献标志码】A
天然牙与种植体联合做固定桥修复牙列缺损时,因两种基牙生理动度有差异,常用栓道式精密附着体连接.有研究表明,这种连接对两种基牙的动度差异具有一定补偿作用,病例回顾研究也认为这种方式具有良好的修复效果.Skalak指出：生物力学问题是影响天然牙－种植体联合修复长期成功率的关键性问题.
因此,本实验建立了不同骨质中的联合固定桥三维有限元模型,应用软件Coos／works2004计算分析了天然牙、种植体和它们周围支持组织的应力变化情况.
1 材料和方法
1.1材料来源
选择1例右侧下颌磨牙缺失,第二前磨牙牙体无缺损、无严重磨耗的成人男性下颌骨作为实验标本,行CT扫描.
1.2CT扫描与图像处理
先拍X线片确定5T牙根倾斜程度.然后在岛津5000T CT（岛津公司,日本）机上扫描,射线方向与后牙（牙合）平面平行,条件为120kV,130mA,层厚1.5mm、层间距2mm,共扫描19层.
对CT胶片进行透扫,将图像转换为TIF格式保存,使用Photoshop7.0图像处理软件读取图片.根据坐标系读取下颌骨和牙齿的各层轮廓坐标,根据其所在断层数值,将其每层轮廓曲线的二维坐标输入Excel电子表格转化为纯文本曲线文件格式保存.
1.3三维有限元模型的建立
采用Solidworks2003样条曲线,调用已保存的各断层轮廓曲线,通过放样,分别形成5-5T段下颌骨及5T牙体模型.牙周膜的生成则采用牙根反向抽壳,厚度为0.2mm,同样生成牙周膜外周的硬骨板,厚度为0.4mm.在Solidworks2003中按照小型McCollum精密附着体的尺寸建立精密附着体的三维有限元模型,在下颌骨模型相当于7T的位置上植入BLB种植体一枚（φ：4.0mm；L：13mm）,种植体与5T上方放置固定桥,5T的牙冠内嵌入McCollum精密附着体（镍铬合金）与桥体（镍铬合金）相连接.牙体、牙周膜、硬骨板、下颌骨的骨松质和骨密质（二级骨骨密质厚1.6mm；骨骨密质厚0.8mm）、种植体,McCollum精密附着体以及桥体分别做成单独零件文件保存.根据建立不同模型的需要,分别调用零件文件进行组装,形成不同的固定桥模型.
1.4实验条件检测设及材料力学参数
本实验将模型中各种材料和组织均考虑为连续、均质、各向同性的线弹性材料,种植体与骨组织的界面接触率设定为100％,固定桥及其支持组织在加载条件下不发生相对滑动.对下颌骨的下边缘面的节点进行三向平移和旋转约束.各材料的力学参数见表1.
1.5模型处理与加载计算
首先利用分析模块Coos／Works2004对组装好的模型进行10节点四面体实体单元的网格自动划分（图1）.
网格划分结束后,在5T牙冠、桥体、种植体上方的（牙合）面各施加100N的垂直载荷和斜向载荷（由垂直方向向颊侧倾斜30°和向舌侧倾斜30°）,这样可有效模拟后牙在咀嚼时磨碎食物的运动过程.采用Coos／Works2004软件计算,测得每个模型中天然牙牙根、硬骨板、种植体和种植体周围骨组织的等效应力；最大主应力即拉应力,最小主应力即压应力,选择相互接触界面处最大的应力值,观察应力分布状态,进行分析.
2 结果
二级骨与骨应力值比较见表2.
在二级骨质模型中,天然牙牙根与颌骨牙槽嵴顶相对应区域的应力集中明显,应力值较大,牙根的中部与根尖部应力相对比较均匀.种植体也是在牙槽嵴顶相对应的区域应力集中明显,种植体的中部与根尖部应力相对比较均匀.硬骨板内侧与天然牙之间存在具有应力缓冲作用的牙周膜,应力分布相对均匀,但硬骨板外侧与骨密质接触的区域应力集中明显,应力值较大.种植体周围的牙槽骨骨密质区出现应力集中,应力值大,中下部、根尖部应力分布比较均匀.骨质中的应力集中区域与二级骨质类似,但是骨质中天然牙根尖部和种植体根尖部的应力增加较大,虽然仍比颈部小许多.另外,精密附着体的阴性部件受垂直载荷时的基底部和受斜向载荷时的侧壁应力集中特别明显.计算所得数据结果表明,骨中天然牙和种植体以及其周围的支持组织的应力值均比二级骨质模型中的明显增大.
3 讨论
颌骨骨质量的降低与骨质疏松症、创伤、根尖周感染和长期吸烟等有关,其中与以骨量减少、骨脆性增加、骨密质内板层丢失、骨小梁变细减少、骨髓腔增宽为特征的骨质疏松症关系最为密切.所以骨质量降低是一个随着患者年龄增长而越来越普遍的问题.
骨密质的弹性模量大约是骨松质的10倍,在相同的外力作用下,骨密质的变形要比骨松质小许多.固定桥的咬合力通过修复体向基牙牙根、牙周支持组织和种植体周围的骨组织传递,在（牙合）力传导时,骨密质会因为弹性模量大、变形小、缺乏足够的缓冲而分担大部分的（牙合）力,因此天然牙和种植体周围的密质骨应力与松质骨相比会更大.而当骨质量由二级降到后,颌骨外周致密的骨密质变薄,内部大部分为疏松的骨松质.种植体、天然牙牙周硬骨板大多数为松质骨的支持,受（牙合）力后骨松质变形大,产生缓冲作用,所以天然牙、种植体的中下部及根尖部和它们对应的骨组织应力分布较均匀.颈缘骨密质因为具有较大的弹性模量受力变形小,使得在这样一个较小的区域内积聚,应力值增大.骨组织是一种脆性材料,过多的应力集中到某个区域会造成骨质损坏、种植体脱落、天然牙牙根折断等不良后果.本实验的数据结果显示：骨质模型中牙根、硬骨板、种植体和牙槽骨外周的应力峰值均比二级骨质的模型中明显增加,天然牙牙冠借精密附着体与远中桥体相连接,当在整个固定桥上加载力,天然牙发生较大的垂直向位移时,精密附着体就会发挥应力中断作用,中断应力从种植体一侧向天然牙一侧传递.同时,由于中间桥体与种植体上方固位体直接连接,中间桥体上方受力后,因为悬臂效应而对种植体产生垂直和水平方向的力矩,所以种植体和种植体周围的骨组织应力会比天然牙一侧高出许多.这也就提示,在临床上采用精密附着体天然牙一种植体联合固定桥修复牙列缺损时,应确保桥体与对颌牙无早接触的同时,还要特别注意降低桥体部位的咬合接触,从而减小力矩,避免损害种植体和其周围骨组织.
加载垂直载荷时,精密附着体阴性部件的底部应力大幅度增加,加载斜向载荷时,精密附着体阴性部件的侧壁和底部应力大幅度增加.在现实口腔环境中,此处会因固定桥受连续的动态载荷而易导致损坏,采用这种修复方式时,应该考虑采用性能更好的精密附着体合金材料,增加精密附着体与桥体和天然牙全冠的连接强度.所以,在利用栓道精密附着体应力中断作用的同时,应该谨慎考虑精密设计和制作.
本实验的生物力学分析提示：对骨质量较差患者行种植修复时,应详细考虑骨质量的变化对应力的影响.另外,本实验是采用线性三维有限元分析法,组织的材料学性质都检测定为理想的状况,与现实的组织材料学特性存有一定的差异,要使有限元实验结果更准确的反应人类咀嚼系统的复杂状况,有待于采用精确度更高的非线性三维有限元分析方法来对其进行更深入的研究.
（本文编辑 张玉楠）