種植義齒應(yīng)力分布的影響因素分析

張 婷，張 鷹

（1.山西省晉中市衛(wèi)生學(xué)校，山西 晉中030600； 2.山西省紅十字口腔醫(yī)院，山西 太原 030012）

隨著材料學(xué)、制造工藝以及操作技術(shù)的不斷發(fā)展，種植義齒修復(fù)越來(lái)越多地應(yīng)用于臨床，逐漸成為一種較為理想的修復(fù)缺失牙齒的方法。種植義齒要很好地行使功能就必須能夠?qū)⒀篮狭鬟f到種植周圍的組織，并避免應(yīng)力的集中，因此在種植義齒的設(shè)計(jì)中應(yīng)力的傳遞和分布是需要考慮的重點(diǎn)。種植體結(jié)構(gòu)、種植部位和數(shù)目、義齒上部的設(shè)計(jì)和選擇、患者頜骨等諸多因素都可以影響到種植體周圍骨組織的應(yīng)力分布和傳導(dǎo)。本文針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者有關(guān)種植體周圍骨組織應(yīng)力的分布和傳導(dǎo)做一簡(jiǎn)要概述，希望可以為臨床實(shí)踐提供理論幫助。

種植義齒由牙種植體及其支持的上部結(jié)構(gòu)組成，成功的種植義齒具有良好的支持、固位和穩(wěn)定功能。但是由于每個(gè)患者的牙槽骨條件、缺失牙部位和數(shù)目、余留牙情況、修復(fù)要求等各不相同，如何選擇適應(yīng)癥、選擇合適類型的種植體以及如何進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)修復(fù)過(guò)程來(lái)說(shuō)就極為重要了。

種植體在口腔中行使功能時(shí)要受到不同大小和方向的力的作用。天然牙的應(yīng)力分布依賴于牙周韌帶所引起的牙體的微動(dòng)度。種植體-骨界面形成骨整合后的種植體不能通過(guò)微動(dòng)度傳遞分散應(yīng)力，大部分的應(yīng)力分布集中于種植體進(jìn)入頜骨部位的牙槽嵴頂部，應(yīng)力在夾舌側(cè)大于鄰面［1］。骨表面的垂直壓力集中于頂部區(qū)域，橫向受力增加了頂部應(yīng)力的分布。由于種植體支持的義齒要很好地行使功能就必須能夠?qū)⒀篮狭鬟f到周圍的組織，并避免應(yīng)力的集中，因此在種植義齒的設(shè)計(jì)中應(yīng)力的傳遞和分布是需要考慮的重點(diǎn)，可以通過(guò)采用一定的合理適當(dāng)?shù)氖侄蝸?lái)盡量減少這些應(yīng)力集中，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高義齒的成功率。針對(duì)上述問(wèn)題，以下將對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于種植體周圍骨組織的應(yīng)力分布的研究作一概述。

1 種植體結(jié)構(gòu)對(duì)于應(yīng)力的影響

種植體的三維結(jié)構(gòu)及其表面結(jié)構(gòu)對(duì)種植體的應(yīng)力分布有一定的影響［2］。種植體可以是空心的，也可以是實(shí)心的，有圓柱狀、圓錐狀等不同形態(tài)結(jié)構(gòu)。牙種植體根據(jù)表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)可以分為圓柱狀種植體、葉狀種植體、螺旋狀種植體等。有的表面有螺紋，有的表面無(wú)螺紋，此外有的還在表面增加了各種形狀的穿孔、凹槽等結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)或替代螺紋。增加種植體的表面積可以減少應(yīng)力，增加種植體表面積的方法除了上述的增加表面螺紋外，還可以通過(guò)增加種植體的數(shù)目、種植體的深度及大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。馬軒祥等學(xué)者研究了種植體的長(zhǎng)度、直徑、數(shù)目對(duì)支持組織應(yīng)力分布的影響，得出以2、4、6顆種植體為基牙的覆蓋種植義齒中，牙槽骨的受力及骨界面的應(yīng)力值隨著種植體數(shù)目的增加而減少，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。為緩減牙槽骨的吸收，防止種植體松脫，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能多地選用種植基牙。使用了磨牙區(qū)種植使牙槽骨受力及骨界面應(yīng)力明顯減少，使義齒的力學(xué)分布更合理［3］。種植體長(zhǎng)度的變化對(duì)種植體周圍骨界面及牙槽骨應(yīng)力的大小有較大的影響。因此在可能的情況下應(yīng)優(yōu)先選擇在正常范圍內(nèi)的較長(zhǎng)的種植體，以降低骨組織應(yīng)力。臨床中常用的幾種直徑的鈦螺旋種植體中，直徑的變化對(duì)種植體周圍骨界面及牙槽骨應(yīng)力的影響不大［4］。但是關(guān)于這一點(diǎn)尚存在爭(zhēng)議。有實(shí)驗(yàn)表明，種植體所受到的載荷不僅被傳遞分布于種植體相鄰的皮質(zhì)骨，而且還分布于相距種植體較遠(yuǎn)的骨上。而在相同的載荷下，大直徑的種植體比較有利于這種應(yīng)力的傳遞［5］。經(jīng)過(guò)有限元分析，成直角的半徑較小的螺紋被認(rèn)為是最有利于應(yīng)力分布的螺紋形態(tài)，螺紋的寬度和深度分別為0.5P和0.6P（P為螺紋的斜度）是最理想的，隨著螺紋斜度和種植體長(zhǎng)度的增加，最大應(yīng)力相應(yīng)降低［6］。

Merz等人利用三維有限元分析方法分析了8°錐形的種植體基臺(tái)連接方式和膨大關(guān)節(jié)狀的連接方式在植入口腔后的應(yīng)力傳導(dǎo)機(jī)制，并與機(jī)械實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果相比較，認(rèn)為8°圓錐的種植基臺(tái)連接方式更為優(yōu)越，從理論上解釋了該種類型的種植體在臨床上具有較長(zhǎng)期穩(wěn)定性的原因［7］。還有學(xué)者建立了下頜種植覆蓋義齒的三維有限元分析模型，分析了沖擊載荷下骨外段種植基樁的高度不同對(duì)下頜種植覆蓋義齒應(yīng)力分布的影響，發(fā)現(xiàn)隨著種植基樁的高度降低，種植體內(nèi)及種植體軟組織界面應(yīng)力分布更為均勻［8］。

2 頜骨的條件對(duì)應(yīng)力分布的影響

種植體植入后，上下頜骨的應(yīng)力分布模式是不相同的。在牙合力作用下，種植體周圍的上頜骨的頂部沒(méi)有應(yīng)力集中，應(yīng)力集中主要分布在上頜骨的頰側(cè)1/3骨上；當(dāng)水平載荷加于種植義齒上時(shí)，應(yīng)力主要分布于相鄰的骨組織，在頰側(cè)骨上也會(huì)存在明顯的應(yīng)力集中［9］。但是上頜骨的頰側(cè)骨質(zhì)較疏松，這就增加了頰側(cè)骨面開(kāi)窗或裂開(kāi)從而暴露種植體、支持力下降等導(dǎo)致種植失敗的潛在可能性。因此盡量保存頰側(cè)支持骨量有利于種植體的植入和固定。在垂直分散載荷下，下頜骨的應(yīng)力集中分布于種植體頸部頰舌側(cè)骨皮質(zhì)內(nèi)，以壓應(yīng)力為主，應(yīng)力值較小。Hedia研究了將頜骨的松質(zhì)骨全部去除或是保留部分松質(zhì)骨包繞在種植體周圍對(duì)應(yīng)力分布的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，去除松質(zhì)骨后最大的應(yīng)力分布在包繞于種植體頸部的皮質(zhì)骨，而未完全去除松質(zhì)骨的頜骨的最大應(yīng)力分布于包繞種植體末端的皮質(zhì)骨。結(jié)果表明，去除松質(zhì)骨后種植體周圍骨的應(yīng)力集中現(xiàn)象降低了30%，未完全去除松質(zhì)骨的應(yīng)力集中在皮質(zhì)骨降低了16%，在松質(zhì)骨降低了15%。這種應(yīng)力集中的減小有利于控制骨吸收引起的修復(fù)失?。?0］。

3 種植體植入部位及傾斜角度對(duì)應(yīng)力的影響

有學(xué)者分別將種植體置于上頜骨復(fù)合體的前、中、后3個(gè)部位，并加載垂直和水平兩種方向的負(fù)荷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)種植體加載后，上頜骨復(fù)合體各部位應(yīng)力均較加載部位和種植體內(nèi)的應(yīng)力；前、中、后3個(gè)種植體比較，種植體和上頜骨復(fù)合體的應(yīng)力分布情況是后牙大于尖牙大于前牙。說(shuō)明上頜骨復(fù)合體具有良好的受力分散作用，使種植具有生物力學(xué)可行性，并對(duì)臨床上種植釘?shù)呐挪继峁┝艘欢ㄒ罁?jù)［11］。

丁熙等人建立了下頜骨三維有限模型，在第一磨牙區(qū)分別垂直及向舌側(cè)傾斜 10°、20°、30°植入種植體。模擬咀嚼加載，分析了不同傾斜種植體對(duì)骨界面應(yīng)力的影響。垂直種植時(shí)種植體骨界面綜合應(yīng)力集中于頸部皮質(zhì)；而種植體中骨松質(zhì)應(yīng)力極小，底部又有所增大。隨著傾斜角度的增大，種植體骨界面綜合應(yīng)力不斷的增大。當(dāng)傾斜10°及20°種植時(shí)，界面綜合應(yīng)力略有增加，與垂直種植時(shí)比較無(wú)明顯性差異。當(dāng)傾斜30°種植時(shí)，綜合應(yīng)力急劇增加，與垂直種植及傾斜10°及20°種植時(shí)比較均有顯著性差異。傾斜30°種植時(shí)，界面應(yīng)力峰值-30.94 MPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直種植時(shí)的-12.32 MPa，由于牙槽骨受壓會(huì)發(fā)生骨吸收，故可以認(rèn)為傾斜30°種植時(shí)易發(fā)生骨吸收致種植體松動(dòng)失?。?2］。

4 種植體上部修復(fù)體類型及負(fù)荷對(duì)應(yīng)力分布的影響

Korioth等人建立了一套理想化簡(jiǎn)單化的三維有限元計(jì)算機(jī)分析模型，比較了不同構(gòu)型及不同材料的上部結(jié)構(gòu)對(duì)種植義齒應(yīng)力分布的影響。結(jié)果證明不同形態(tài)的上部結(jié)構(gòu)對(duì)種植體的應(yīng)力分布有很顯著的影響。低彈性模量的材料制作而成的上部結(jié)構(gòu)不僅總體上增加了種植體基臺(tái)的應(yīng)力，而且減弱了前牙種植體的拉伸強(qiáng)度。改變種植體上部結(jié)構(gòu)牙冠的位置和牙尖斜度可以限制種植體的過(guò)度載荷。牙尖斜度越大，所需要的載荷以及種植體周圍支持骨產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)酱?，較小的牙尖斜度對(duì)種植義齒的骨界面應(yīng)力變化小［13］。

有學(xué)者分析比較了不同類型種植覆蓋義齒的應(yīng)力，結(jié)果表明種植覆蓋義齒中，種植體的應(yīng)力峰值均出現(xiàn)于種植體頸部，桿固位覆蓋義齒中由于桿的使用將各種植體連為一個(gè)整體，載荷可以均勻分布于各種植體上，從而降低了單個(gè)種植體的負(fù)荷，所以使用桿附著比獨(dú)立附著種植體本身的應(yīng)力小。改良桿卡式由于種植體分布不均勻，種植體集中于兩側(cè)牙弓中段，距加載點(diǎn)較近，因此它比傳統(tǒng)桿卡式種植覆蓋義齒的種植體應(yīng)力峰值大。并且中間兩種肢體由于距加載點(diǎn)遠(yuǎn)，其所受應(yīng)力比側(cè)方種植體?。?4］。

5 種植體-骨界面結(jié)合部位及結(jié)合率對(duì)應(yīng)力分布的影響

種植體-骨界面結(jié)合問(wèn)題一直是種植領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)，對(duì)于種植義齒的成功至關(guān)重要。Huja等人通過(guò)三個(gè)各向異性的有限元模型的分析從理論上證實(shí)界面的結(jié)合可以明顯降低主要應(yīng)變，提示種植體與骨的良好結(jié)合是保持穩(wěn)定性的重要因素。單根螺紋形種植體在50%的骨集合率下［15］。七種接觸方式和部位（局部交替、冠部、底部、頰側(cè)和舌側(cè)、近遠(yuǎn)中側(cè)）骨界面應(yīng)力分布狀況及種植體位移不同。冠部結(jié)合狀態(tài)下，骨界面平均應(yīng)力水平低，分布最均勻，骨界面最大應(yīng)力值最小，應(yīng)力集中程度最低，因此種植體植入過(guò)程中保護(hù)種植體周圍的密質(zhì)骨對(duì)于種植成敗非常重要。上述研究基本都是在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕线M(jìn)行的理論分析，尚存在很多可行性需要進(jìn)行評(píng)估，具體的效果還要通過(guò)臨床來(lái)加以檢驗(yàn)［16］。這也將是今后研究的重點(diǎn)。

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