平衡与非平衡咬合对种植全口义齿应力状况的影响

【关键词】  有限元分析；牙种植体；义齿,全口；咬合；牙应力分析

    【Abstract】 AIM:  To investigate the stress status of mandibular complete dentures supported by implants with various balanced or unbalanced occlusion. METHODS:  A 3D finite element model of mandibular complete dentures supported by implants was established to analyze the stress status with protrusive or lateral occlusions. RESULTS:  To the osseointegrated implantsupported fixed prosthesis, the stresses of implantbone interface and denture base in protrusive balanced occlusion were lower than those in protrusive unbalanced occlusion, but no distinct different between balanced and unbalanced lateral occlusions. To the osseointegrated implantsupported overdenture, its stresses in protrusive and lateral balanced occlusions were lower than those in their unbalanced ones. CONCLUSION:  A balanced occlusal scheme should pay attention to the implantsupported overdenture, also to the implantsupported fixed prosthesis in protrusive occlusion, but not to the implantsupported fixed prosthesis in lateral occlusion.

    【Keywords】 dental stress analysis, finite element analysis,  denture, complete;   dental  implants, occlusion

    【摘要】 目的： 研究咬合平衡与否对种植全口义齿应力状况的影响. 方法： 建立种植全口固定义齿和种植全口覆盖义齿的三维有限元模型，然后进行侧方咬合平衡与不平衡、前伸咬合平衡与不平衡模拟加载分析. 结果： 种植全口固定义齿侧方咬合平衡与否，其骨界面和基托应力变化不大，但前伸咬合平衡者较不平衡者骨界面和基托应力显著降低；种植全口覆盖义齿侧方和前伸咬合平衡者均较不平衡者骨界面应力明显降低. 结论： 种植全口固定义齿侧方咬合平衡可不做为临床要求，而其前伸咬合平衡以及种植全口覆盖义齿侧方和前伸咬合平衡应做为临床常规设计.

    【关键词】 有限元分析；牙种植体；义齿,全口；咬合；牙应力分析

       传统全口义齿的主要问题是固位和稳定，因此，采用平衡咬合设计有利于其固位稳定和应力分布的观点已成为共识［1］. 然而，种植全口义齿的固位稳定因使用了种植体而获得极大改善，种植体长期稳固的存留成为主要考虑的问题. 并且，种植全口义齿所受咬合力是由种植体单独承担或由种植体和黏膜共同承担，这与传统全口义齿咬合力完全由黏膜承担有所不同. 因而，采用平衡或非平衡咬合设计时，两者所呈现出的力学特点应有所不同，所采取的咬合设计原则也许应有不同，但目前有关的研究报道极少［2］. 为此，我们采用三维有限元方法，分析不同咬合平衡设计对种植全口义齿及其支持组织的影响，为临床种植全口义齿的咬合设计提供.

    1材料和方法

    1.1材料选取一牙槽骨中度吸收的无牙颌下颌骨，其喙突尖至牙槽嵴顶平面的距离为39 mm，下颌骨体部高度为18～21 mm，颏孔距下颌骨中线处牙槽嵴顶24 mm，上述尺寸与有关的统计数据基本相符［3-4］.

    1.2方法

    1.2.1制作解剖模型用蜡在下颌骨上仿制出牙槽骨黏膜，其厚度变化在1.5~3.0 mm之间［5］. 再通过石膏包埋、沸水失蜡、硅橡胶灌注，替换成硅橡胶黏膜. 最后按临床常规在其上制作一副下颌全口义齿，基托厚度2～3 mm［1］.

    1.2.2建立有限元模型用CT扫描仪沿与下颌骨下缘平行的平面对下颌骨及其上的全口义齿进行扫描，扫描截面间距为1.5 mm，共获得40个截面CT照片. 用XY数字化仪将轮廓线特征点的坐标输入机，经有限元前处理软件处理，生成含有2860个六面体块单元的下颌骨、黏膜、基托、人造牙的三维有限元模型［6］.

    1.2.3种植体设计用梁单元来模拟Branemark圆柱状骨融合钛种植体，设定种植体长14.5 mm、直径4 mm，并按临床常规将4个种植体均匀种植于双侧颏孔之间的牙槽骨区内，由左至右分别编号为A, B, C, D种植体，将种植体梁单元上部与义齿基托单元相联处设定为能在3个方向上完全释放力矩来模拟球帽附着结构的种植覆盖义齿，以不能释放任何力矩来模拟螺丝固定结构的种植固定义齿.

    1.2.4咬合平衡设计根据［1］，采用100N咬合力垂直向下加载于A种植体远中的第二双尖人造牙处，同时将对侧（平衡侧）的第二双尖牙咬合面垂直（Z轴）方向固定约束以限制翘起以模拟双侧咬合平衡，不约束以模拟非双侧咬合平衡；采用两个50 N咬合力垂直向下加载于两个下中切牙上，将两侧第一磨牙咬合面垂直（Z轴）方向固定约束以模拟前伸咬合平衡，不约束以模拟非前伸咬合平衡.

    1.2.5计算分析用美国Algor公司的SUPERFEAS有限元结构分析软件计算分析. 将种植体骨界面的应力作为主要观察指标；塑料义齿综合应力作为辅助观察指标.

    1.2.6实验假设条件将模型中的各种组织和材料假定为连续、均匀、各向同性的线弹性材料［7-8］，其弹性模量及泊松比见表1. 将下颌骨双侧咬肌、颞肌、翼内肌和关节韧带附着处固定，做为模型的边界条件.

    表1材料的弹性模量和泊松比

    材料名称〖〗弹性模量（MPa）〖〗泊松比人造牙〖〗3.000×103〖〗0.3基托（PMMA）〖〗2.000×103〖〗0.3黏骨膜〖〗3.094×100〖〗0.3密质骨〖〗1.407×104〖〗0.3松质骨〖〗1.408×103〖〗0.3钛种植体〖〗1.200×105〖〗0.3钴铬合金〖〗2.170×105〖〗0.3

    2结果

    2.1应力峰值种植全口固定义齿时采用不同咬合平衡设计时的应力峰值和种植全口覆盖义齿时采用不同咬合平衡设计时的应力峰值见表2.

    2.2应力峰值部位侧方咬合后牙游离端加载时骨界面应力峰值出现在远中种植体，其中近加载点的A种植体骨界面主要为压应力，远加载点的D种植体骨界面主要为拉应力，且A绝对值大于D绝对值. 前伸咬合时，近中种植体（B，C）骨界面主要为压应力，远中种植体（A, D）骨界面主要为拉应力.表2种植全口固定义齿不同咬合平衡设计的应力值（MPa）

    3讨论

    3.1应力峰值部位在本研究游离端加载条件下，侧向咬合时种植体骨界面的最大应力峰值均出现在远中种植体处，这与［9］相符. 前伸咬合时种植体骨界面的最大应力峰值出现在近中种植体处，这与加载点位于切牙处有关.

    3.2种植全口固定义齿

    3.2.1侧方咬合双侧咬合平衡与非咬合平衡相比，种植体骨界面应力、基托应力基本相同，无较大变化(<8%). 这可能是因为双侧平衡时，平衡侧义齿在与对颌牙咬合接触点（第二双尖牙咬合面）处被约束固定，而在非平衡咬合时，平衡侧义齿在与远中种植体基牙D连接处同样被完全约束固定，两者的约束部位和约束效果基本相同. 提示临床制作种植全口固定义齿时，双侧平衡咬合可能不必作为常规来要求.

    3.2.2前伸咬合前伸不平衡咬合的骨界面应力和基托应力均显著大于前伸平衡咬合者，其中骨界面应力增加了约74%，基托应力增加了约257%. 原因可能是当前伸不平衡咬合时，可把远中种植体与基托的连接处视为支点，则前牙所加载的咬合力主要由近中种植体负担. 当前伸平衡咬合时，可将双侧第一磨牙咬合面约束点视为支点，则前牙所加载的咬合力由近、远中种植体共同承担，使近中种植体处的应力集中状况得到极大缓解. 由此看来，种植全口固定义齿应坚持前伸咬合平衡的原则.

    3.3种植全口覆盖义齿

    3.3.1侧方咬合双侧平衡较不平衡咬合，种植体骨界面应力明显减小约35%，而基托应力变化不大，仅略升8%. 骨界面应力降低的原因，可能是双侧平衡咬合加载时，离加载点较远的平衡侧种植体承担比非平衡咬合时更多的咬合力，从而使最接近加载点的种植体所承担的咬合力明显减少. 有利于减缓种植体周围的骨组织吸收.

    3.3.2前伸咬合采用前伸平衡较非平衡咬合设计其骨界面应力明显减小约79%，基托应力变化不大，仅略降8%. 骨界面应力明显降低的原因可能是采用前伸平衡比非平衡咬合设计者离加载点较远的种植体所承担的咬合力增大，致使近加载点的种植体所承担的咬合力减少. 所以临床上进行种植全口覆盖义齿修复时，应仍以前伸平衡咬合设计为好.

    【文献】

    ［1］马轩祥. 口腔修复学［M］. 5版,北京：人民卫生出版社, 2003:353,354,358.

    ［2］MericskeStern RD, Taylor TD, Belser U. Management of the edentulous patient［J］.Clin Oral Implants Res,  2000,11(1):108-125.

    ［3］皮昕. 口腔解剖生［M］. 5版,北京: 人民卫生出版社， 2003:76-77.

    ［4］步荣发,洪民，李晖，等. 30具成人下颌骨面积及厚度观察［J］. 中华口腔医学杂志,1988,23(2):112-114.

    ［5］王昆润译. 无牙下颌黏膜的厚度［J］. 国外医学口腔医学分册,1988,15(2):121-122.

    ［6］张少锋,马轩祥,欧阳官,等. 下颌种植全口义齿三维有限元模型的建立［J］. 口腔医学杂志,1998,10(增刊):16-17.

    ［7］徐君伍. 口腔修复理论与临床［M］. 北京: 人民卫生出版社, 1999:20.

    ［8］Akiyoshi N. Study on the dynamic behavior of mandibular distalextension removable partial denture utilizing finite element method［J］. J Jpn Prosthodont Soc, 1989,33:1313-1316.

    ［9］曾雄群，黄建生，周磊. 下颌种植固定全口义齿放射影像学的研究［J］. 口腔种植学杂志，2004,9（3）:109-111.