种植全口义齿的三维有限元分析——种植体颈狭部直径对应力的影响

时间:2010-08-19 08:28:19  作者:  来源:  查看:  133 关键字:

　　〔摘要〕　目的：研究种植体颈狭部直径变化对种植全口义齿及其支持组织应力状况的影响。方法：用三维有限元方法，按义齿连接设计的不同，分析比较种植体颈狭部直径为4 mm与2 mm、1 mm时的种植全口义齿应力状况。结果：种植全口固定义齿的种植体颈狭部直径由4 mm减少到1 mm时，种植体中的应力峰值增加了约573%；种植全口覆盖义齿的种植体颈狭部直径由4 mm减少2 mm时，种植体中的应力峰值增加了约103%；上述直径变化对骨界面、基托、人造牙列及粘膜应力影响不大。结论：改进种植体颈狭部设计、增加其直径，对降低应力峰值、减少其折断发生率有重要意义。

A 3-dimentional finite element analysis (3-D FEA) of the complete dentures supported by implants with varied neck diameter

Zhang Shaofeng, Ma Xuanxiang, Zhang Tie, et al. Stomatological College , Fourth Millitary Medical University, Xi'an 710032

　　〔Abstract〕Objective: To study the stress states of the complete dentures supported by implants with varied neck diameter.Methods:3-D FEM was employed to investigate the stress of implant-supported complete dentures when the implants' diameter varied from 4 mm to 2 mm or 1 mm according to the different connecting designs.Results:When the neck diameter decreased from 4 mm to 1 mm,the maximum stress in the implants of implant-supported fixed dentures incresased by 573%; when the neck diameter decreased form 4 mm to 2 mm, the maximum stress in the implants of implant-supported overdentures increased by 103%. But the diameter changes had little influence on the stresses in the implant-bone interface, denture base, artificial teeth and mucosa.Conclusions:Improvement of the design and increase of the diameter of implant neck are very important to decrease the stress level in implant and to prevent implant fracture.

　　Key words　Complete denture; Dental implant; Neck; Diameter; Finite element analysis

　　种植全口义齿由于上部连接设计的不同，其种植体颈狭部的直径也有所不同，因而所引起的义齿及其支持组织的应力反应也可能有所不同。同时，大量的临床调查发现，种植全口义齿有一定的机械并发症发生率，其绝大多数为固定螺丝从颈部折断，未见有种植体固位钉发生折断的。因此，本文采用三维有限元方法，对种植体颈狭部直径的变化所引起的下颌种植全口义齿及其支持组织的应力变化进行对比分析，为临床设计提供参考。

　　1　材料和方法

　　有限元模型参见文献［1］。本实验设定种植全口固定义齿的上部连接为螺丝固定、不释放任何力矩，种植全口覆盖义齿的上部连接为具有典型意义的球帽结构、完全释放力矩。

　　从临床实际来看，种植体最细部件的直径，在种植全口固定义齿为固定螺丝，颈狭部直径约1 mm；在种植全口覆盖义齿为顶端呈球形的固位桩（基桩）基部， 颈狭部直径约2 mm。因此，本实验在种植全口固定义齿组，选用4 mm和1 mm两种颈狭部直径进行对比分析，义齿塑料基托中均包埋有钴铬合金支架，钴铬合金支架用梁单元模拟；在种植全口覆盖义齿组，选用4 mm和2 mm两种颈狭部直径进行对比分析，义齿塑料基托中均不包埋钴铬合金支架。

　　实验中将各种组织和材料视为连续、均匀、各向同性和线弹性材料，其弹性常数参见参考文献［2］。

　　载荷条件采用10 kg牙合力垂直作用于D区第二前磨牙处。

　　2　结　果

　　本实验得出的计算结果列于表1。

表1　颈狭部直径变化对应力峰值的影响(MPa)

	螺丝固定结构狭部直径		球帽附着结构狭部直径
	4mm	1mm	4mm	1mm
人造牙
最大拉应力	12.806	12.811	11.167	11.168
最大压应力	23.128	23.128	23.132	23.133
综合应力	16.533	16.533	16.022	16.021
基　托
最大拉应力	15.393	15.387	7.190	7.165
最大压应力	28.260	28.292	12.914	12.895
综合应力	19.930	19.946	8.613	8.572
粘　膜
最大拉应力	/	/	0.066	0.066
最大压应力	/	/	0.171	0.171
骨界面
最大拉应力	15.881	16.175	19.819	19.830
最大压应力	30.350	27.969	23.919	23.942
种植体
最大拉应力	13.486	50.497	22.170	22.155
最大压应力	18.797	153.51	18.181	44.979

　注：表中最大拉应力代表Max Stress，最大压应力代表Min Stress, 综合应力代表Von Mises Stress

　　其观察指标的选择同参考文献［1］。另外，种植全口义齿有较强的固位力， 因此与义齿所受脱位力有关的粘膜拉应力被略去不考虑，而以反映粘膜承担牙合力情况的粘膜压应力来作为分析粘膜应力状况的观察指标。

　　3　讨　论

　　在其它条件一致的情况下，当种植全口固定义齿种植体颈部的直径由固位钉的4 mm减小到固定螺丝的1 mm时，种植体应力剧增约573％，应力集中部位由近根尖处［2］移至固定螺丝的颈部。当种植全口覆盖义齿种植体颈部直径由固位钉的4 mm 减小到基桩的2 mm时，种植体应力增加约103％，应力集中部位也由近根尖处移至基桩的颈部。同时，种植全口固定义齿种植体颈部应 力比种植全口覆盖义齿种植体颈部应力高出约24％，这可能是由于两者在颈狭部的直径不同所造成的。而种植体颈狭部直径的改变，对种植全口固定义齿和种植全口覆盖义齿的骨界面、基托、人造牙列及粘膜的应力状况影响不大。

　　上述结果说明，种植全口义齿的机械并发症，主要是由于种植体与义齿的连接处使用了直径较细的固定螺丝或基桩等部件，造成局部几何薄弱，应力集中所致，说明该处各部件的材料强度、几何形状、结合方式的进一步改进和完善是非常重要的。同时，由于种植全口覆盖义齿比种植全口固定义齿易于获得较粗的颈狭部直径，因而具有较佳的机械性能，利于减少临床的机械并发症。

　　4　结　论

　　种植体颈部结构的几何狭窄，造成应力在该处高度集中，提示改进该区的结构设计，提高机械强度，对减少种植全口义齿机械并发症的发生具有极其重要的意义。

　　本课题为国家自然科学基金资助项目，编号 39600165

　　参考文献

　　1　张少锋, 马轩祥，张　铁，等. 种植全口义齿的三维有限元分析——上部连接设计对应力的影响. 实用口腔医学杂志, 1999,15(3):219

　　2 张少锋, 马轩祥，欧阳官， 等. 种植全口义齿的应力分布特点. 实用口腔医学杂志, 1997,3(13):194