雙重大連接體式及傳統(tǒng)設(shè)計(jì)RPD各基牙牙周膜受力的三維有限元分析

[摘要]目的：基于已建立的上頜單端游離缺失及整鑄義齒的三維有限元模型，比較雙重大連接體與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的義齒各基牙牙周膜在加載時(shí)的受力。方法：在已建立的有限元模型上賦予不同組織及支架相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)，在約束設(shè)計(jì)和載荷設(shè)定下，通過(guò)三維有限元軟件獲得兩種不同設(shè)計(jì)各基牙的受力分布，并以該數(shù)據(jù)進(jìn)行加載，得到各基牙牙周膜的受力分布情況。結(jié)果：雙重大連接體設(shè)計(jì)時(shí)，受力主要集中在基牙17的根尖1/3處，基牙14、25沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，受力主要集中在基牙25的牙頸部。結(jié)論：雙重大連接體設(shè)計(jì)能夠使牙周受力避開(kāi)敏感部位起到保護(hù)基牙的目的。

[關(guān)鍵詞]有限元法；雙重大連接體；牙周膜受力

[中圖分類(lèi)號(hào)]R783 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-6455（2013）03-0371-04

可摘局部義齒是目前牙列缺損常用的修復(fù)方法之一，然而在目前臨床上常用的支架設(shè)計(jì)中存在大連接體產(chǎn)生杠桿作用撬動(dòng)基牙、由于口腔中各軟硬組織的物理特征不同其抗負(fù)荷能力不同，基牙和黏膜共同承力但分布不均勻勢(shì)必產(chǎn)生應(yīng)力集中、剛性的支架和卡環(huán)容易導(dǎo)致基牙扭轉(zhuǎn)等問(wèn)題。近年來(lái)出現(xiàn)了一種新的設(shè)計(jì)理念，是由美國(guó)學(xué)者Dr.knapp[1-2]提出的雙重大連接體設(shè)計(jì)。目前有關(guān)于該設(shè)計(jì)的生物力學(xué)分析報(bào)道較少[3]。牙周膜是連接牙槽骨和牙之間的結(jié)締組織，內(nèi)有本體感受器，能感知牙合力的位置、大小和方向，并調(diào)控牙合力以保護(hù)基牙。所以在做牙周支持組織的生物力學(xué)研究時(shí)，基牙的牙周膜受力大小、分布、方向、性質(zhì)等要作為關(guān)鍵的分析指標(biāo)。本研究旨在觀測(cè)兩種不同設(shè)計(jì)不同加載方式時(shí)各個(gè)基牙牙周膜的受力情況，以此為指標(biāo)對(duì)比兩種不同設(shè)計(jì)基牙的受力分布情況。

1 材料和方法

1.1樣本來(lái)源：在臨床上選取一名上頜單側(cè)牙列游離缺失，余牙完整，無(wú)任何顱面組織缺損的的健康男性志愿者作為CT影像[4]數(shù)據(jù)的來(lái)源。同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)模型上分別制作26、27缺失的單一大連接體支架式[5]及雙重大連接體式可摘局部義齒。利用Mimics軟件[6]、Catia軟件[7]和ANSYS13.0三維有限元專(zhuān)用軟件[8]等技術(shù)完成其三維有限元模型的建立（如圖1～3）。

1.2 網(wǎng)格劃分：在前期實(shí)驗(yàn)中，利用Ansys軟件的自動(dòng)單元?jiǎng)澐止δ軐?duì)模型進(jìn)行整體劃分，使單元自動(dòng)得到優(yōu)化。選用四面體網(wǎng)格：支架網(wǎng)格大小為0.55mm，牙槽骨網(wǎng)格大小為1.5mm，牙齒網(wǎng)格大小為1.5mm[9]，劃分結(jié)果如圖4。

1.3載荷和約束[10-13]：載荷為前期實(shí)驗(yàn)所得到的各個(gè)基牙的受力數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1～2），約束條件為基牙在根中1/3處做固定[14]。在Ansys中載荷如圖5。

1.4分析指標(biāo)：各個(gè)基牙牙周膜主要應(yīng)力集中部位、方向及性質(zhì)。

2 結(jié)果

2.1 兩種設(shè)計(jì)時(shí)基牙牙周膜受力分發(fā)布的整體直觀如圖6～9。

2.2. 兩種設(shè)計(jì)時(shí)游離端基牙的牙周膜受力分布及性質(zhì)方向如圖10～13。

2.3 兩種設(shè)計(jì)時(shí)17基牙牙周膜受力分布及性質(zhì)方向如圖14～17。

2.4 兩種設(shè)計(jì)時(shí)14基牙牙周膜受力分布及方向性質(zhì)如圖18～21。

3 討論

3.1 在垂直加載條件下，兩種不同設(shè)計(jì)的基牙的牙周膜應(yīng)力分布比較。

3.1.1 游離端基牙牙周膜受力分布的比較：①傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)25即游離端基牙牙周膜受力較大，分布不均勻，有明顯的應(yīng)力集中部位（近中及近中腭側(cè)根中1/3及牙頸部）；②雙重大連接體時(shí) 25牙周膜受力很小，分布均勻，沒(méi)有明顯應(yīng)力集中；③臨床設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)游離端基牙牙周條件不良的情況可以選擇雙重大連接體作為設(shè)計(jì)方式，以達(dá)到保護(hù)基牙的目的，延長(zhǎng)患者天然牙的壽命，同時(shí)也增加義齒的使用壽命。

3.1.2 17基牙牙周膜的受力分布：①傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 17基牙牙周膜受力小，分布均勻；②雙重大連接體設(shè)計(jì) 17基牙在根尖1/3處有明顯的應(yīng)力集中，且表現(xiàn)為腭向的壓應(yīng)力。說(shuō)明雙重大連接體設(shè)計(jì)能將咬合力從游離端基牙本身釋放出來(lái)分散到對(duì)側(cè)健康的、牙周潛力更強(qiáng)大的牙上，以達(dá)到保護(hù)游離端基牙的作用。從結(jié)果看，17雖然有明顯的應(yīng)力集中，但是其受到力明顯較小且集中在根尖部，避開(kāi)了牙周組織受力敏感部位。

3.1.3 14基牙的牙周膜受力分析：14在兩種設(shè)計(jì)中均不作為直接固位體，且根據(jù)材料力傳導(dǎo)的性質(zhì)來(lái)看其所受到的力量都比較小。

3.2 45°斜向加載條件下，兩種不同設(shè)計(jì)的基牙的受力分析。

3.2.1 游離端基牙牙周膜受力分析比較：①傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)：游離端基牙在腭側(cè)根中1/3及牙頸部有明顯的應(yīng)力集中，上頜牙齒在咀嚼時(shí)側(cè)方運(yùn)動(dòng)受力為由頰側(cè)向腭側(cè)，其應(yīng)力集中位置與實(shí)際相符；②雙重大連接體設(shè)計(jì)時(shí)：游離端基牙受力分布均勻，沒(méi)有明顯應(yīng)力集中，說(shuō)明在牙齒各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)中，該設(shè)計(jì)均能比較理想的達(dá)到保護(hù)游離端基牙的目的。

3.2.2 17基牙牙周膜受力分析比較：①傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)：兩種加載條件下17基牙牙周膜分布相近，主要是由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要的咬合力已經(jīng)由游離端基牙分擔(dān)，沒(méi)有把咬合力合理分散出來(lái)；②雙重大連接體設(shè)計(jì)時(shí)：17基牙牙周膜受力分布與垂直加載時(shí)表現(xiàn)不一致，主要體現(xiàn)在力的方向上， 17基牙牙周膜受受力主要集中遠(yuǎn)中及遠(yuǎn)中腭根的根尖1/3處，這種情況的出現(xiàn)與斜向加載力分布不均勻和遠(yuǎn)中牙合支托設(shè)計(jì)有關(guān)。

3.2.3 45°斜向加載時(shí)兩種不同設(shè)計(jì)14基牙牙周膜受力分析比較：結(jié)果分析同垂直加載時(shí)。

4 結(jié)論

4.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)游離端缺失的情況單純作近中牙合支托設(shè)計(jì)對(duì)基牙牙周膜受力分布依然不合理，咀嚼時(shí)來(lái)自個(gè)方向的力對(duì)基牙產(chǎn)生不良影響較大，游離端基牙受力與鄰牙不均衡導(dǎo)致基牙傾斜、缺牙區(qū)支持組織吸收等問(wèn)題。

4.2雙重大連接體設(shè)計(jì)對(duì)游離端基牙有明顯的保護(hù)作用，把大部分咬合力通過(guò)支架分散到對(duì)側(cè)基牙及牙周支持組織。

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[收稿日期]2012-11-03 [修回日期]2012-12-06

編輯/何志斌