单个下颌磨牙缺失种植修复的三维有限元分析

　　【摘要】目的：分析单个下颌磨牙缺失时不同设计的种植修复的种植体-骨界面的应力分布情况。方法：采用三维有限元法。结果：与单个标准直径种植体修复相比，采用单个大直径种植体或双种植体修复单个缺失下颌磨牙均可使种植体-骨界面应力值大大降低；而采用单个大直径种植体修复单个缺失磨牙时骨界面应力值相对较小，以斜向加载时更为明显。结论：建议临床采用单个大直径种植体或双种植体修复单个缺失下颌磨牙。当颌骨颊舌径足够时，以大直径种植体修复为佳。

　　Three-dimensional finite element analysis of single mandibular molar implant restoration
LI Xiang-xia　HAN Ke　BU Kui-chen
（School of Stomatology, Beijing Medical University, Beijing 100081）
【Abstract】 Objective：To study the effects of different designs in single mandibular molar implant restoration on the stress distribution of implant-bone interface. Methods：Three-dimensional finite element method were used. Results：When wide-diameter implant or two-implant were used to replace single mandibular molar, the stress of implant-bone interface was much lower than that of standard-diameter implant restoration. Comparison between wide-diameter implant and two-implant replacement showed that the former created lower stress. The difference was more obvious under oblique loads. Conclusion：Using wide-diameter implant or two-implant to restore single mandibular molar should be recommended in clinical practice. If adequate bone quantity is provided, using wide-diameter implant should be better.
Key words：mandibular molar; dental implant; stress distribution; three-dimensional finite element analysis

　　现代种植修复技术应用于临床已有三十余年的历史，在对无牙颌与牙列缺损患者的修复中取得了良好的效果和较高的成功率。而单个后牙缺失的种植修复失败率相对较高，这与该区域的解剖结构及功能特点有关：上颌窦、下颌神经管等解剖结构限制了种植体的骨内长度，而后牙区又是力的主要承载区。学者们提出，与天然后牙牙根相比，单个标准种植体（直径 3.75mm）的支持面积过小，难以承受该区域的较大 力，造成该区域种植修复失败率高。在种植体长度受限的情况下，应通过增加种植体直径及种植体数目来增加支持面积以提高成功率[1-3]。许多学者将这一方案应用于临床，进行了观察，但观察时间均较短，结果各不相同，且缺乏基础理论方面的研究结果[4-9]。本研究采用MSC/NASTRAN for Windows, Ver 3.02(MSC/N4W)有限元大型通用结构分析软件系统，根据临床常见情况，建立模型模拟单个下颌磨牙缺失的种植修复，分析不同设计对骨界面应力分布的影响。

　　1 材料与方法
1.1 模型的建立
应用MSC/N4W强大的绘图建模功能，结合临床实际情况，并加以适当简化,建立以下几种模型（图一）：
模型一：单个标准直径种植体支持单个缺失下颌磨牙。
模型二：单个大直径种植体支持单个缺失下颌磨牙。
模型三：双种植体支持单个缺失下颌磨牙，两种植体平行，长轴垂直于平面，均位于颌骨颊舌向中线上。
模型四：双种植体支持单个缺失下颌磨牙，两种植体长轴向冠方聚合成5度角，均位于颌骨颊舌向中线上。
模型五：双种植体支持单个缺失下颌磨牙，两种植体平行，长轴垂直于平面，一枚种植体位置偏颊侧，另一枚种植体位置偏舌侧。

图一　模型结构示意图（单位mm）

　　3 讨论

　　3.1 关于MSC/N4W软件
NASTRAN软件是由美国国家宇航局为满足对通用有限元程序的需要而设计和发展的，可供各种结构分析之用。本研究采用的MSC/N4W软件功能强大，通过创建几何图形建立模型后，该软件提供有划分网格的强有力的工具，也可以提供载荷及边界条件，并进行快速精确的计算。计算结果可通过图形表达，直观反映应力分布情况，也可列表输出数值结果[12]。图形与数据相结合，使我们能够较为全面地了解不同模型、不同载荷下的应力分布情况。
3.2 加载方式对应力分布的影响
分析结果显示，加载方式对应力分布影响显著。在垂直分散载荷下，应力集中分布于种植体颈部颊舌侧骨皮质内，以压应力为主，应力值较小。当承受斜向载荷时，应力值明显增大，压应力值达垂直分散载荷时的4-5倍。这种应力集中情况比较危险，因过大压应力可导致骨吸收。这一研究结果与其他众多学者的研究结果一致，也与临床所见的种植修复中骨吸收常由种植体颈部周围开始的现象相符[11，13-17]。提示临床进行种植修复时应尽量减小侧向力，避免出现种植体颈部周围过大压应力集中。
3.3 不同修复设计对应力分布的影响
与传统的标准直径种植体修复相比，采用单个大直径种植体或双种植体修复单个缺失下颌磨牙均可使种植体-骨界面应力值大大降低。这一结果从生物力学角度证明，增大种植体直径或增加种植体数目可有效分散力，有利于骨整合界面的形成和维持，这为临床应用提供了理论支持。
单个大直径种植体与双种植体设计相比较，在垂直分散载荷下，后四种设计形式之间应力值差别不大；而在斜向载荷下，模型二的应力值小于其它三种模型的应力值，其最大Von-Mises应力与压应力比值约为M2:M3:M4:M5=1:1.2:1.2:1.3。这一结果与Balshi等人的临床研究结果相符：Balshi等对单个大直径种植体与双种植体修复缺失磨牙进行了比较研究，观察期为三年，累计成功率达到99%，但双种植体组骨丧失率显著高于大直径种植体组[4]。因此，从生物力学角度，我们建议在缺牙区牙槽嵴颊舌向厚度足够时，采用大直径种植体修复缺失磨牙较理想。而当牙槽嵴颊舌径较窄、近远中向宽度足够时，可采用模型三、模型四的设计方式，但更应注意减小侧向力。不主张采用模型五的设计方式。这些仅是生物力学方面的研究结论，尚需通过更多的临床观察加以验证。
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