人工种植牙生物力学研讨进展

    人工种植牙生物力学相容性是种植牙成功的不可忽视的一个重要方面，过大或过小的应力均可惹起牙周骨组织的吸收或萎缩，从而招致人工种植牙的失败。本文经过种植体的资料，种植体的形状构造，种植体长度及直径，种植体与上部构造的衔接方式等要素对应力散布的影响，把近年来人工种植牙生物力学研讨进展简单的进行综述。

　　关键词　种植体　生物力学　应力散布

　　种植义齿是口腔科范畴中开展最快，最令人兴奋的一个分支，已成为与高速涡轮牙机、全景X线机、高分子粘固资料并列的20世纪牙科开展的四项严重打破之一。一个成功的人工种植体应该和骨组织间接结合，构成良好的生物力学相容性，将咀嚼压力平均散布到四周骨组织，应力过大或过小，都无益于种植牙周骨组织的重建，都将招致种植牙的失败。据此，本文特将人工种植牙的生物力学研讨进展作一概述。

　　1　应力散布研讨办法的开展

　　在20世纪70年代以前，生物力学研讨和应力散布的检测多采用电测法和光弹法，电测法和光弹法属于实验应力剖析法。电测法是实验应力剖析办法中最根本的办法之一，它的灵敏度与准确度较高，可用于现场测定，用于各种复杂环境下测量多种力学参数，但电测法只能逐点测量物件外表的应变，且仅能取得应变片所在地位的应变均匀值，不能直观得出构件应力散布的全貌，在环境条件恶劣时误差较大。光弹应力剖析法具有直观性和全场性的优点，可用以剖析各种外形的复杂构件和外表应力，也是口腔生物力学常采用的研讨办法，但光弹法不能把资料力学和弹性实际联络起来，如不能计算出模型内恣意处的应力值和位移值。自从1973年Theresher和Farah几乎同时将有限元法（finite element method，FEM）使用于口腔医学范畴，FEM已成为一种有效的数学工具，在口腔生物力学研讨中得到普遍使用。FEM具有以下优点：可以精确地表达复杂的几何外形；可以在同一模型上对不同性质的资料进行力学剖析；可以进行复杂载荷条件下的应力剖析；模型的转换较为简便；对应力的内部形态及其它力学功能定量测定的代表性好，同时FEM在使用中本身也不时得到完善，其中从二维到三维是FEM开展的一个飞跃。1976年Weinstein等使用二维FEM剖析了多孔圆柱种植体界面的应力散布，将FEM引入了口腔种植范畴，从此，有关种植义齿生物力学的研讨进入了一个新的阶段。Meijer等^［1］将二维有限元法和三维有限元法进行了比拟，以为后者的模型类似性好，可客观反映被剖析受力构造的信息，但是有限元法的单元在大小、外形、数目、载荷状况、假定条件与真实状况差别及边界条件等均影响后果。因而，为使后果愈加真实可信，有限元法的研讨手腕不时完善，目前已从静态研讨开展到动态研讨，并有向非线性开展的趋向。

　　2　种植体资料对应力散布的影响

　　人工牙种植体的研讨和使用已有30多年的历史，但迄今为止，只要少数几种资料的种植体为人们所承受，其中使用历史最长、也最普遍的是钛质种植体，金属钛具有良好的生物相容性，与骨组织构成严密、结实的结合，而且其弹性模量与骨很接近，与骨结合所构成的界面是动态的，在适当负荷的刺激下，种植体与骨的接触水平在一年后会从53％增加到74％^［2］，所以说钛是一种理想的种植资料。Mailath（1989）等^［3］用有限元法对种植体资料进行了研讨得出结论，种植体资料的弹性模量至少为110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等^［4］用三维有限元法研讨了Screw－vent骨内种植体及支持组织应力散布状况，这种商业纯钛种植体最大应力区是在种植体的颈部，这些应力比商业纯钛的疲劳极限（259，90MPa）低18倍，骨内最大压力值（19．57MPa）是在颈部的舌侧区，而且Screw－vent种植体近远中应力（最大为0．38MPa）比种植体颊、舌侧低得多。这一点和以前放射照片研讨的骨吸收发作在种植体的近远中不同。为了更快的构成骨整合，人们还从种植体的外表涂层动手。尤其是羟基磷灰石喷涂（hydroxyapatite，HA）研讨最多，但还是有很大争议，生物活性资料的涂层，可以改善与骨的结合方式，从生化角度上看，对种植牙长期成功是有益的，但从生物力学角度能否有分明的改善并不清楚^［5］。Rieger（1989）进行了研讨以为：骨结合界面与骨顺应界面比拟，从生物力学上看种植牙四周骨内的应力散布比拟并没有分明的改善，这还有待于进一步研讨。最近Meijer（1997）等^［6，7］运用柔韧高分子生物资料（polyactiv，PL）即聚丁烯对二苯酸盐（酯）聚合物（polyethylene－oxide polybutylene－te rephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿龈种植体进举动物（狗）实验研讨，从组织学上和临床方面作一比拟，PL设有三种（一种密集型，两种多孔型）6个月加载，PL和HA种植体四周骨组织在第6周有骨吸收（高度得到1mm），第12周可见重建，18周后恢复到原来的水平，后果PL比HA惹起密度上较少的降低。这个后果显示：柔韧种植资料更有利于应力向四周骨组织传导。临床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、钛、和其他资料相比拟，后果：PEO：PBT是一种柔韧资料，能降低穿龈种植体颈部应力峰值，致密型PL功用适宜，运动功能与自然牙相近似，表现出最好的临床功用，也能减少种植体四周应力峰值。从组织学察看得出结论：柔韧的骨结合，种植体更能较好地把应力传导到四周骨组织，因而它能够是硬性种植体有出路的替代物。

　　3　种植体形状构造对应力散布的影响

　　成功的种植体不只取决于种植体资料的生物学性质及手术技术，种植体的外表形状也非常重要。近年来，国外学者围绕着种植体以什么样的形状构造才具有最佳的生物力学相容性，作了大量的研讨。关于口腔种植体宏观形状根本上以为以单个旋转对称为最佳，所以新近呈现的或改进的种植体系列极少看到过去传统的锚状或翼状形状。对种植体外表微观形状，自70年代以来也是人们研讨的抢手，在这个问题上虽然还有不同看法，但有一点是比拟一致的，即粗糙的种植体外表更利于新骨生长，构成更普遍骨－种植体结合区。Mailath（1989）运用有限元法研讨了骨内种植体外形与应力散布的关系得出结论，圆柱形种植体比圆锥形种植体更可取，由于它降低了应力在骨皮质上的峰值。Rieger（1990）等^［8］使用二维有限元法，对6种种植牙（Branemark，Core－Vent，Denar，Miter，Stryker和一种实验用种植牙—RBT411）进行定量剖析，后果标明：一切6种种植牙都有根尖冲击应力的存在，Denar种植牙应力最大，Denar、Miter和Stryker种植牙可呈现牙槽嵴部病感性骨吸收，Miter和实验用RBT411种植牙应力散布最好。Hurson（1994）^［9］对3．25mm和3．8mm螺纹种植体进行了工程力学剖析，论述了螺纹设计准绳，资料的强度，力学疲劳剖析，提出了螺纹设计的规范。Binon（1996）^［10］评价了六角形种植体（hexagonal implants）力学性质，与基台相连的抗扭强度及合适的安装，建议生产商应该进步种植体的耐受性、准确性、逼真性和巩固性。Arpinar（1996）等^［11］用有限元法对两种硬性种植体设计进行研讨，后果为：中空螺旋种植体（ITI1）在顶点区域发生高和应力集中，而实心螺旋种植体（ITI2）应力的分散转移要比中空好得多。1996年黄辉等^［12］对螺纹顶角角度对柱状螺旋根管内种植体应力散布进行了研讨，后果标明：螺纹顶角角度的改动，可以招致种植体在支持组织的应力散布水平的变化，螺纹顶角为60度的种植体应力散布较合理，为种植体设计、使用提供实际根据。

　　4 种植体的长度和直径对应力散布的影响

　　关于种植体长度和直径与种植体四周骨面应力反应的关系，目前国外研讨报告的观念不一致。Mailath（1989）等^［3］用有限元法对不同直径的种植体进行生物力学研讨，后果发现大直径种植体发生有利的应力散布效果。Block（1990）^［13］经过动物实验证明，种植体从骨中拉出力与其长度关系极大，而与其直径关系不大。Lum（1991）^［14］发现骨界面应力主要集中于种植体颈部的牙槽嵴顶而非整个种植体四周，并据此推论运用短种植体能够对骨界面应力集中值影响不大。Lum（1992）^［15］用工程统计学办法，剖析了轴向力和水平力作用下种植膂力的传导，后果发现，在轴向力作用下，仅仅长度为10mm，直径为4mm的种植体，能传导均匀最大咬合力，支持骨遭到张力在正常生理限制内。在水平力作用下长度大于12mm时，再增加长度对力的传导无明显差别。Meijer（1992）等^［16］运用短种植体对其四周的应力无太大影响。邹敬才（1996）等^[17］使用二维有限办法，对3mm，4mm，5mm三种不同直径的螺旋型种植体进行比照剖析，后果标明：螺旋型种植体直径增加，对骨界面的总体应力散布规律影响不大，但随着直径的增加，对骨界面应力降低，种植体与骨界面的相对位移运动也相应减小，有利于骨界面的应力散布。提示临床尽能够选择直径稍粗的一些种植体。Tuncelli（1997）^［18