天然牙—游离端种植牙联合支持固定桥的应力分布
［摘要］ 目的：揭示天然牙—种植体联合支持固定桥不同桥长 度的设计时应力分布特点，为临床优化设计提供实验力学依据 。方法：采用三维有限元的方法研究三种长度桥体的天然牙—游离端种植 牙联合支持固定桥的应力分布。结果：天然牙—种植牙固定桥应力集中于 基牙的颈部；种植体颈部骨组织的应力大于天然牙颈部骨组织的应力；集中垂直载荷时种植体颈部骨的应力分布较均匀；集中斜向载荷时种植体的颊舌侧骨组织有明显的应力集中区，并且桥体跨度增加，种植体周骨的最大应力值增加，天然牙周骨的应力值无显著变化。结论：天然牙—种植体固定桥受集中斜向载荷易导致种植牙周骨损伤，尤其桥 体长度增加时应减小侧向力并增加基牙数量。
［关键词］ 种植牙；固定桥；有限元；应力
游离端缺失经天然牙—种植牙联合支持固定桥修复后具有义齿体积小，口感舒适，固位 力强，稳定性好，咀嚼效率高等优点。由于骨性融合种植牙周围的支持组织无天然牙牙周膜形式的结构，国内外学者对天然牙—种植牙联合支持固定桥这一修复设计的力学适应性和临 床应用的可行性意见不一致［1～4］。本研究目的是揭示天然牙—种植牙联合支持固 定桥桥体长度不同时其应力分布特点，为临床有利于基牙周围支持组织健康的优良设计提供 实验力学的依据。
材料和方法
一、标本选择
选择一具876|缺失，5|牙体完整的成人离体下颌骨，余留牙无缺损 ，无 严重磨耗，缺牙区牙槽骨中等吸收，5|牙周无明显退缩，牙位置正常，无扭转， 畸形。
二、拍摄CT片
拍X线片确定5|牙根倾斜程度。在岛津5000T、CT机上扫描，条件为120KV，130mA ，层厚1.5mm，层间矩2mm。共扫描19层。
三、截面影像处理
天然牙一种植牙固定桥的桥体设计为三种长度，即分别6|近远中径的1/2，1，1(1)/(2)。根据王惠芸［7］对我国人牙牙体测量的部分数据确定6|近远中径为11.8mm。固定桥的近5|中基牙为天然牙5|，金属全冠固位体代替了冠部牙釉质，并与金属桥体为固定连接。远中基牙为园柱状钛种植牙 ，直径4.0mm，长10mm，与周围骨组织呈骨性结合，种植义齿金属冠固位体与桥体为固定连接。固位体，桥体均为镍铬合金。桥面设计成非解剖式面。牙周膜，骨硬板厚度分 别为0.2mm和0.4mm。
四、三维有限元模型建立
1. 应用美国通用商业有限元分析软件super-SA P，在计算机上自动划分有限元765|和节点，建立固定桥有限元模型。
表1 固定桥有限元模型
| 模型分类 | 桥长(mm) | 结点数 | 单元数 |
| 模型Ⅰ | 5.8 | 2598 | 1909 |
| 模型Ⅱ | 11.8 | 2724 | 1981 |
| 模型Ⅲ | 16.8 | 2829 | 2041 |
2. 材料的力学参数。
见表2
表2 有关材料和组织的力学参数
| 弹性模量(Mpa) | 泊松比 | 引自文献 | |
| 松质骨 | 250 | 0.3 | 〔1〕 |
| 皮质骨 | 1.34×104 | 0.3 | 〔1〕 |
| 牙本质 | 1.86×104 | 0.31 | 〔1〕 |
| 钛合金 | 11.16×104 | 0.31 | 〔1〕 |
| Ni-cr | 2.1×105 | 0.33 | 〔5〕 |
| 牙周膜 | 68.9 | 0.45 | 〔1〕 |
3. 实验条件假设 将模型中各种材料和组织考虑为连续，均质，各向同性 的的线弹性材料。种植体与骨界 面为100%骨性结合，固定义齿及支持组织在加载条件下不发生相对滑动，对第一载面和最后 载面的节点进行三向平移及旋转约束。
4. 加载条件 加载量为200牛顿，加载的方式为面中心集中垂直向载荷和集中斜 向载荷，集中斜向 载荷由颊侧向舌侧并与牙体长轴呈45度角。
结 果
一、集中垂直加载
结果见表3
表3 集中垂直载荷的最大应力(Mpa)
| 种植体颈部骨组织 | 天然牙颈部骨组织 | |
| 模型Ⅰ | 8.71 | 3.8 |
| 模型Ⅱ | 9.19 | 4.09 |
| 模型Ⅲ | 10.23 | 3.09 |
集中垂直加载时种植体颈1/3处骨皮质界面应力值最大，以压力为主。并且三个模型中均在近中颈部有应力集中区，而远中颊、舌侧骨组织应力较小。伴随桥体长度的增加，种植体近中颈部的应力值无显著增加。天然牙颈部的骨组织应力最大，其次为根尖部骨组织，根的中1/3处骨组织应力最小。天然牙颈骨周围骨组织(硬骨板)均以压应力为主应力，并且天然牙的近中、远中、颊侧、舌侧骨组织的应力分布均匀，虽然固定桥的桥体长度 增加，但无应力增加和局部应力集中现象。
二、集中斜向加载
结果见表4。
表4 集中斜向载荷的最大应力(Mpa)
| 种植体颈部周围骨 | 天然牙颈部周围骨 | |
| 模型Ⅰ | 25.28 | 5.9 |
| 模型Ⅱ | 27.17 | 9.32 |
| 模型Ⅲ | 30.82 | 8.08 |
集中斜向载荷作用下种植体颈部周围骨界面应力最大而且应力分布不均匀，存在应力集中区，颊侧骨组织界面应力最大，为拉应力，存在应力集中区。 种植体舌侧颈部骨组织次之，为压应力，近中颈部骨组织较小，远中颈部骨组织应力值最小，为压应力，随着桥体长度的增加，种植体周骨组织的最大应力值增加。天然牙颈部骨组织界面应力值最大，应力分布较均匀。颊侧骨组织应力略高于近中、远中、舌侧骨组织界面的应力，伴随桥体长度的增加，天然牙颈部骨组织的界面的应力值无 明显的增加。集中斜向载荷作用下，天然牙—种植体联合支持固定桥中的天然牙与种植牙的应力分布不均，种植体周骨组织的应力明显高于天然牙骨组织的应力。随桥体加长种植体周骨组织界面应力值增大的幅度大于天然牙周骨组织界面应力值的增大幅度。
讨 论
天然牙—种植牙联合支持固定桥的三维有限元分析结果显示，最大应力分布区是在天 然牙和种植牙的颈部及其周围的骨组织，这与Masakatsu Kitoh［5］ 和巢永烈［1］的实验结果相同。在集中斜向载荷下，种植体颈部颊侧和舌侧骨质有应力集中区，但在集中垂直载荷作用下， 种植牙周围骨组织的应力分布相对均匀，无明显局部应力集中现象，这说明天然牙—种植牙 固定桥承担垂直向力的能力较强。这就要求在临床工作中，天然牙—种植体联合支持固定 桥要避免或最大程度的减小侧向力。在本实验中以6|缺失，建立力学模型，并设计了不同桥体长度的三维有限元模型，揭示在集中垂直和斜向载荷下，桥体长度与应力分布的关系。其中集中斜向载荷时，随着桥体 越长，则天然牙—种植牙固定桥的种植体颈部骨组织应力增大，天然牙颈部周围骨组织应力值变化小。这表明在载荷值不变的情况下，桥体长度的增 加则分布在种植牙周围骨组织的应力增加，对天然牙—种植体联合支持固定桥的支持组织危害程度增大。在临床修复中，随着桥体长度 的增加，面面积亦增加，相应施加的桥体面上的力亦增加，这更加重了对固定桥种植体颈部骨组织的破坏作用。因此，要求在临床设计中，根据桥体长度增加的幅度而相应增加种植牙数量或尽量植入较粗，较长的种植体，采取减小力的措施，尤其减小侧向力的 措施，如降低牙尖斜度等，同时也要求在种植体植入术中，种植体植入的方向更严格，正确 ，种植体应用成角基台时应慎重。杜绝不良偏侧咀嚼习惯，消除咬合高点。该设计是临床可 使用的特殊种类的固定桥。
参考文献
［1］ 巢永烈. 天然牙—末端种植牙固定桥的受载分析. 华西口腔医学杂 志，1995，13(1)：6
［2］ McGlumphy E.A.Comparision of the s tress transfer characteristics of dental implant with a rigid or a resilient interal element. J Prosthet Dent， 1989，62：586
［3］ Bechell；A．H The osteointegrated prostheses combination of osteointegra ted imp lants and natural teeth in fixed prosth eses.J oral Implamtol，1992，18(1)：62
［4］ 巢永烈. 下颌第一磨牙种植固定桥的受载分析. 中华口腔医学杂志，1999 ，34(1)：22-24
［5］ TGeorge Papavasiliows DDS.MS.Finit -Element analysis eseimates of cement microfracture under complete veneer crown the Jurnal of Prosthet.Dentist ry，1994，
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