关键词：骨内牙种植；骨界面；应力分布；三维有限元分析
〔摘要〕 目的： 为了探讨下颌种植牙穿通下颌骨后对骨界面应力分布的影响。方法： 采用三维有限元方法，通过单个穿下颌螺旋型种植体的种植，了解穿下颌种植后对骨界面应力分布的影响。结果： 穿下颌种植减小了颈周密质骨内的应力，加大了根端侧穿下颌骨下缘处的应力，减小了骨界面的位移。结论： 穿下颌种植，改变了骨界面的最大应力分布部位，使最大应力位于根端侧下颌骨下缘处。
The influence oftransmandibular dental implant on the stress
distribution patterns at the bone interface
around dental implants
Zou Jingcai,Liu Baolin,TangWenjie, et al.Department of Stomatology,Tang-du Hospital,Fourth Military MedicalUniversity,Xi'an 710032
〔Abstract〕Objective: To investigate the influence of transmandibular dentalimplants on the stress distribution at the bone interface around implants.Methods: Thestress distribution patterns at the bone interface around transmandibular dental implantswere studied using three-dimension finite element analysis .Results: Transmandibulardentalimplants decreased the stress magnitude at the
bone around the neck of implants and the motions of displacements,but increased the stress
magnitude at the bone of transmandibular border.Conclusion: Transmandibularimplants may reduce the stress magnitude at the bone around the neck of implants andincrease that at the bone under the radicle.
Key words Endosseous dental implantation;Interface; Stress distribution; Three-dimension finite element analysis
骨内种植体种植有时需穿通下颌骨，如穿下颌种植体或患者下颌骨吸收过多或种植体过长时，穿通后对骨界面的应力分布有何影响?与未穿通下颌种植又有何差异?本实验采用三维有限元方法，试图通过单个穿下颌螺旋种植体的种植，了解穿下颌种植后对骨界面应力分布的影响。
1 材料与方法
1.1 三维有限元模型建立
1.1.1 穿下颌种植三维有限元模型的建立 种植牙为螺旋形，长20mm，直径4 mm，螺距0.5 mm。选择一无牙颌成人离体下颌骨，前牙区高度为20mm，通过CT断层扫描，将颌骨下前牙区前段(长约30 mm)图象数据化后，通过人机对话形式，应用有限元分析软件前处理程序进行建模。最后将种植牙数据加入颌骨块中间，并对模型进行修改。模型共1195个节点，844个8节点块单元。
1.1.2 未穿下颌种植三维有限元模型的建立 除与上种植牙长度有所差异外(种植牙长16mm)，其它均与上相同。
1.2 材料物理参数、载荷、假设、边界条件
种植牙弹性模量为103 400 MPa，泊松比0.35，密质骨弹性模量为13700 MPa，泊松比0.3，松质骨弹性模量为1 370 MPa，泊松比0.3〔1,2〕 。三维有限元模型均在种植牙上端正中垂直加载300N，并假设模型材料为连续性、均匀性及各向同性。边界条件是固定下颌骨下缘节点。
1.3 分析方法与指标
采用ALGORFEAS(1991年版)有限元分析软件包，在IBM-486dx2/66计算机上运算分析。分析指标：最大主应力、最小主应力及位移。将种植牙纵向骨界面单元分为颈部、上1/3部、中1/3部、下1/3部、根端侧部及根端部6个区域，横向骨界面分为颊、舌、近、远中向，利用有限元分析软件后处理程序，选择上述单元，筛选出所需数据，并摄下应力场的应力分布图象。数据资料用第四军医大学统计教研室SPLM统计软件经方差分析统计学处理。
结果分析方式：(1)统计图(直方图)：从纵向大致反应骨界面的应力分布特点；(2)照片：反应某一局部或某一平面(纵或横)的应力分布状态及大小；(3)骨界面应力分布规律特点分析：根据上面的数据、图表照片归纳骨界面应力分布规律、特点，并进行统计分析，比较其差异性。
2 结 果
2.1 穿下颌与未穿下颌种植牙骨界面最大压应力、最大拉应力、最大位移运动比较 见直方图1～3。
图1 两种种植牙骨界面各部位最大压应力比较(MPa)
图2 两种种植牙骨界面各部位最大拉应力比较(MPa)
图3 两种种植牙骨界面各部位最大位移值比较(μm)
2.2 穿下颌与未穿下颌种植骨界面应力分布规律
2.2.1 穿下颌种植，减小了颈周密质骨内的拉、压应力、加大了根端侧(穿下颌下缘处)的拉、压应力。
2.2.2 穿下颌种植，改变了种植牙周骨界面最大应力分布部位，使最大应力部位位于根端侧穿下颌下缘处。
2.2.3 颈部压应力穿下颌与未穿下颌间无显著性差异(P>0.05)，根端侧两者间有显著性差异(P<0.001)，穿下颌根端侧与未穿下颌种植牙根端部比较也有显著差异性(P<0.05)。
2.2.4 骨界面的位移运动穿下颌种植比未穿下颌种植小，两者有显著差异性(P<0.001)。
3 讨 论
3.1 单个穿下颌种植牙骨界面应力分布特点
单个种植牙穿通下颌骨后，由于缺乏根端骨质的支持，当承担咀嚼功能时必然会使骨界面的应力重新分布。这种骨界面应力分布的特点与未穿通下颌种植牙之间的差异，从骨界面应力分布的大小顺序上看，未穿通下颌种植牙骨界面的最大压应力是位于颈周密质骨内，其次是根端与根端侧，最小是中部。而穿通下颌骨后，从三维有限元结果可以看出，最大压应力不在颈部而出现在根端侧部(穿下颌骨下缘处)，其次是颈部，最小是中部。从两者各部之间的压应力值比较，颈部穿下颌种植小于未穿下颌种植，根端侧部穿下颌种植大于未穿下颌种植。通过对三维有限元分析应力值统计分析表明：颈部密质骨内应力无显著性差异(P>0.05)，根端侧应力两者之间比较有显著差异性(P<0.001)，穿下颌种植端侧应力与未穿下颌根端应力比较，两者有显著差异性(P<0.05)，穿下颌种植颈部与根端侧应力相差很大，有显著差异性(P<0.001)，未穿下颌种植颈部与根端部压力相差较小，无显著差异性(P>0.05)。上述结果表明，穿下颌种植减小了种植牙颈周密质骨内的应力，但两者间差异不大，增加了根端侧部的应力，两者根端侧间应力比较有显著差异性，穿下颌种植改变了种植牙周骨界面的最大应力部位，应力主要由根端侧部来承担。拉应力也与压应力有相似的规律性。骨界面的位移穿下颌种植各部比未穿下颌种植要小，两者有显著差异性。
3.2 穿下颌种植骨界面应力分布规律的改变对临床种植的影响
从临床上观察，颈部密质骨内应力过大，其危害性是较大的，可引起种植牙颈周骨吸收〔3～5〕 。穿下颌种植，减小了颈部的应力，这点上是可取的。但是，它加大了根端侧即穿下颌下缘处骨内的应力，并且应力比颈部应力大得多。如果是单个种植牙穿下颌种植，显然对下颌骨下缘处是不利的，会加重加快其骨质吸收。临床应用的穿下颌种植体可分为单个、两个、多个穿下颌种植体，但以后者报道为多，如4个基桩穿下颌种植体，下端有与下颌骨下缘曲度相一致基板连接，并由密质骨螺钉固定于下颌骨下缘。这些密质骨螺钉对分散减小根端侧部骨质内应力显然是有益的。同时基板也可增加下颌骨的强度，避免因穿下颌种植牙的穿通而引起的下颌骨骨折。
穿下颌种植，可以减小骨界面的位移运动。统计学处理，两者有显著差异性，这显然对种植牙的种植是有利的。这种位移的减小，可能是种植牙长度的增加与下颌骨下缘密质骨接触，由于密质骨的刚度增加，挠曲减小的缘故。
由于穿下颌种植分单个、二个和多个基桩的穿下颌种植体，很明显仅对单个穿下颌钉种植的研究是很不够的。本实验只想通过单个穿下颌钉的分析，了解骨界面的应力分布规律特点，它与未穿下颌骨融合种植牙有什么异同性。因此，进一步深入对二个和多个穿下颌种植系统骨界面应力分布规律的研究是很有必要的。
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(收稿：1998-10-23 修回：1999-03-24) , 百拇医药