种植体直径和长度对支持组织应力分布的影响
作者：张 铁 马轩祥 张少锋 姚月玲
单位：西安第四军医大学口腔医学院 710032
关键词：牙植入体；直径；长度；应力分析；三维；光弹性试验
实用口腔医学杂志990324 〔摘要〕 目的：观察种植体直径、长度变化时由种植体支持的下颌种植覆盖义齿，在
力作用下其支持组织——牙槽骨及种植体周围的应力分布状况，探讨种植体长度和直径变化对支持组织应力分布的影响规律。方法：用三维光弹应力冻结切片法，对4 种不同长度，3 种不同直径的种植体支持的种植覆盖义齿，在
力作用下的应力状况进行应力冻结，并在相应部位切片观察，以了解各种状况下其支持组织的应力分布状况。结果：种植体长度变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的大小有较大的影响，两者呈负相关关系；而在临床常用的几种直径种植体中，直径变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的影响不大。结论：在种植义齿设计时，应着重考虑种植体长度变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的影响，种植体直径变化可不作考虑。
, 百拇医药
The influence of implant diameter and length on the stress distribution in the supporting tissues
Zhang Tie, Ma Xuanxiang, Zhang Shaofeng, et al. Stomatological College, Fourth Millitary Medical University, Xi'an 710032
〔Abstract〕Objective: To observe the stress distribution in the supporting tissue——alveolar bone and implant under occlusal force.Methods:Three-dimensional photoelastic frozen section method was used to stress-freeze the stress-situation under occlusal force of the overdentures sopported by implants with four different length and three different diameter; slices from corresponding areas were made to investigate the stress distribution in the supporting tissues in different situations. Results:A negative correlation between implant diameter or length and the strees distribution in the implant-bone interface or the alveolar bone was found. But among the several most widely used implants with different diameter, no significant difference was observed about the stress distribution in the implant-bone interface and alveolar bone surrounding the implants. Conclusion:The length of supporting implants must be considered in the design of implant denture.
, 百拇医药
Key words Dental implant; Diameter; Length; Stress analysis; Three-dimension; Photoelastic experiment
目前国内外关于种植体长度和直径对周围骨组织应力分布影响的报道很多，但结论不相一致。从理论上讲，为了使负荷在最大面积的骨组织上分布，应尽可能选用粗大的种植体，Rieger 等[1，2]人的研究证实了这一点，而Meijer[3]则认为骨界面应力受种植体长短影响不大；Lum[4]则通过实验发现应力多集中于种植体颈部而不是整个种植体周围，并据此推论使用短种植体是可行的。 为了解种植体长度和直径变化对应力分布的影响，本研究采用三维光弹应力冻结切片法，对力作用下下颌种植覆盖义齿的种植体长度和直径变化对支持组织应力分布的影响进行研究。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 实验分组
为比较不同长度和直径变化对骨组织应力的影响，设计了两组实验模型。A组，采用直径为3.75 mm，长度分别为10、13、15、18 mm的螺旋圆柱状钛种植体；B组，长度为13 mm，直径分别为3.5、3.75、4.0 mm螺旋圆柱状钛种植体。环氧树脂下颌骨、上半口义齿和石膏底座的复制，种植体的植入部位，以及下颌种植覆盖义齿的制作参见参考文献[5]。
1.2 加载及应力冻结 参见参考文献[5]。
1.3 冻结模型切片的制取与测试 参见参考文献[5]。
2 结 果
A组，选用不同长度种植体时， 下颌种植覆盖义齿支持组织应力值及种植体周围应力值测量结果见图1、2。
, 百拇医药
图1 4 种不同长度种植体各切片点应力值变化曲线应力水平100%=0.5439 条纹级数/mm
图2 4 种不同长度种植体骨面应力测量结果
B组，选用不同直径种植体时， 下颌种植覆盖义齿支持组织应力值及种植体周围应力值测量结果见图3、4。
图3 3 种不同直径种植体各切片点应力值变化曲线应力水平100%=0.4708 条纹级数/mm
图4 3 种不同直径种植体骨界面应力值测量结果
, http://www.100md.com
3 讨 论
3.1 种植体长度对牙槽骨及种植体骨界面应力的影响
从本实验结果来看，种植体长度与牙槽骨及骨界面应力的关系较大，随着种植体长度的增大，其支持组织——牙槽骨及种植体周围骨界面的应力值逐渐减小，两者呈反比例关系，这与有限元法研究[1，6]的结论相同。 这一结论可以用种植体表面面积的变化来解释，选择了较长的种植体，增加了种植体的表面面积，即增加了骨的结合面积，也就降低了界面的平均应力，所以种植体长度的增加可以明显降低骨界面的应力值，有效地减缓了种植体周围的骨吸收，维护了种植体的长期稳固。
关于种植体长度变化对牙槽骨应力的影响，主要是由于载荷一定时，种植体长度越大，其承受载荷的能力就越强，而造成其周围牙槽骨上的应力就越小。或者说是由于种植体长度越大，其周围骨界面上应力值越小，而整个颌骨作为一个整体受骨界面上应力影响而发生应力改变的可能性越小，故牙槽骨上应力值也就越小。
, 百拇医药
3.2 种植体直径对牙槽骨及种植体骨界面应力的影响
从本实验结果来看，种植体直径变化对牙槽骨及种植体骨界面应力值的影响不大。这与Rieger[1]等的结论不同。通过分析我们可以较清楚地看到，当种植体直径从小到大变化时，其牙槽骨及骨界面的应力值变化趋势是逐渐减小，只不过是由于种植体直径以0.25 mm的幅度变化，未能引起剧烈的应力值变化而造成。根据种植体表面面积与周围应力的关系，如果将种植体直径以较大幅度变化时，可能会引起较为明显的应力变化，这有待于进一步研究来证实。
但由于颌骨的解剖特点及种植体本身强度的限制，我们在临床工作中不可能选用过大或过小的种植体；并且据文献[1]报道，增加种植体的大小超过一定限度后，对应力分布的改变意义不大，而且过大的根面积可能导致骨内应力过小，而应力的过大或过小对骨组织都是不利的。
4 结 论
, 百拇医药
4.1 全口种植覆盖义齿修复时， 种植体长度的变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的大小有较大的影响，呈负相关关系。因此在可能的情况下，应优先选择在正常范围内(通常为10～18 mm)的较长的种植体，以降低骨组织应力，减缓牙槽骨及种植体周围骨组织的吸收。
4.2 临床常用的几种直径的钛螺旋种植体中， 直径的变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的影响不大，因此在一般情况下，可不把种植体直径的选择作为必要因素来考虑。
本课题为国家自然科学基金资助项目，编号 39600165
参考文献
1 Rieger MR. A finite element survey of eleven endosseous implants. J Prosthet Dent, 1990,63:457
, 百拇医药
2 Matsushita Y. Two-dimensional FEM analysis of hydroxyapatite implants: Diameter effect on stress distribution. J Oral Implantol, 1990,16:6
3 Meijer HJ. Stress distribution around dental implants:Influence of superstructure, length of implants, and height of mandible. J Prosthel Dent, 1992,68:96
4 Lum LB. A biomecharical retional for the use of short implants. J Oral Implantol, 1991,17:126
5 张铁，马轩祥，张少锋, 等. 不同连接设计种植全口义齿的三维光弹应力分析. 实用口腔医学杂志, 1999,15(3):225
6 张少锋, 马轩祥, 欧阳官,等. 种植体长度和直径对种植全口义齿应力的影响. 实用口腔医学杂志, 1997,13(3):199
(收稿：1999-03-28 修回：1999-04-21), http://www.100md.com
单位：西安第四军医大学口腔医学院 710032
关键词：牙植入体；直径；长度；应力分析；三维；光弹性试验
实用口腔医学杂志990324 〔摘要〕 目的：观察种植体直径、长度变化时由种植体支持的下颌种植覆盖义齿，在
力作用下其支持组织——牙槽骨及种植体周围的应力分布状况，探讨种植体长度和直径变化对支持组织应力分布的影响规律。方法：用三维光弹应力冻结切片法，对4 种不同长度，3 种不同直径的种植体支持的种植覆盖义齿，在力作用下的应力状况进行应力冻结，并在相应部位切片观察，以了解各种状况下其支持组织的应力分布状况。结果：种植体长度变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的大小有较大的影响，两者呈负相关关系；而在临床常用的几种直径种植体中，直径变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的影响不大。结论：在种植义齿设计时，应着重考虑种植体长度变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的影响，种植体直径变化可不作考虑。, 百拇医药
The influence of implant diameter and length on the stress distribution in the supporting tissues
Zhang Tie, Ma Xuanxiang, Zhang Shaofeng, et al. Stomatological College, Fourth Millitary Medical University, Xi'an 710032
〔Abstract〕Objective: To observe the stress distribution in the supporting tissue——alveolar bone and implant under occlusal force.Methods:Three-dimensional photoelastic frozen section method was used to stress-freeze the stress-situation under occlusal force of the overdentures sopported by implants with four different length and three different diameter; slices from corresponding areas were made to investigate the stress distribution in the supporting tissues in different situations. Results:A negative correlation between implant diameter or length and the strees distribution in the implant-bone interface or the alveolar bone was found. But among the several most widely used implants with different diameter, no significant difference was observed about the stress distribution in the implant-bone interface and alveolar bone surrounding the implants. Conclusion:The length of supporting implants must be considered in the design of implant denture.
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Key words Dental implant; Diameter; Length; Stress analysis; Three-dimension; Photoelastic experiment
目前国内外关于种植体长度和直径对周围骨组织应力分布影响的报道很多，但结论不相一致。从理论上讲，为了使负荷在最大面积的骨组织上分布，应尽可能选用粗大的种植体，Rieger 等[1，2]人的研究证实了这一点，而Meijer[3]则认为骨界面应力受种植体长短影响不大；Lum[4]则通过实验发现应力多集中于种植体颈部而不是整个种植体周围，并据此推论使用短种植体是可行的。 为了解种植体长度和直径变化对应力分布的影响，本研究采用三维光弹应力冻结切片法，对
力作用下下颌种植覆盖义齿的种植体长度和直径变化对支持组织应力分布的影响进行研究。, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 实验分组
为比较不同长度和直径变化对骨组织应力的影响，设计了两组实验模型。A组，采用直径为3.75 mm，长度分别为10、13、15、18 mm的螺旋圆柱状钛种植体；B组，长度为13 mm，直径分别为3.5、3.75、4.0 mm螺旋圆柱状钛种植体。环氧树脂下颌骨、上半口义齿和石膏底座的复制，种植体的植入部位，以及下颌种植覆盖义齿的制作参见参考文献[5]。
1.2 加载及应力冻结 参见参考文献[5]。
1.3 冻结模型切片的制取与测试 参见参考文献[5]。
2 结 果
A组，选用不同长度种植体时， 下颌种植覆盖义齿支持组织应力值及种植体周围应力值测量结果见图1、2。
, 百拇医药
图1 4 种不同长度种植体各切片点应力值变化曲线应力水平100%=0.5439 条纹级数/mm
图2 4 种不同长度种植体骨面应力测量结果
B组，选用不同直径种植体时， 下颌种植覆盖义齿支持组织应力值及种植体周围应力值测量结果见图3、4。
图3 3 种不同直径种植体各切片点应力值变化曲线应力水平100%=0.4708 条纹级数/mm
图4 3 种不同直径种植体骨界面应力值测量结果
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3 讨 论
3.1 种植体长度对牙槽骨及种植体骨界面应力的影响
从本实验结果来看，种植体长度与牙槽骨及骨界面应力的关系较大，随着种植体长度的增大，其支持组织——牙槽骨及种植体周围骨界面的应力值逐渐减小，两者呈反比例关系，这与有限元法研究[1，6]的结论相同。 这一结论可以用种植体表面面积的变化来解释，选择了较长的种植体，增加了种植体的表面面积，即增加了骨的结合面积，也就降低了界面的平均应力，所以种植体长度的增加可以明显降低骨界面的应力值，有效地减缓了种植体周围的骨吸收，维护了种植体的长期稳固。
关于种植体长度变化对牙槽骨应力的影响，主要是由于载荷一定时，种植体长度越大，其承受载荷的能力就越强，而造成其周围牙槽骨上的应力就越小。或者说是由于种植体长度越大，其周围骨界面上应力值越小，而整个颌骨作为一个整体受骨界面上应力影响而发生应力改变的可能性越小，故牙槽骨上应力值也就越小。
, 百拇医药
3.2 种植体直径对牙槽骨及种植体骨界面应力的影响
从本实验结果来看，种植体直径变化对牙槽骨及种植体骨界面应力值的影响不大。这与Rieger[1]等的结论不同。通过分析我们可以较清楚地看到，当种植体直径从小到大变化时，其牙槽骨及骨界面的应力值变化趋势是逐渐减小，只不过是由于种植体直径以0.25 mm的幅度变化，未能引起剧烈的应力值变化而造成。根据种植体表面面积与周围应力的关系，如果将种植体直径以较大幅度变化时，可能会引起较为明显的应力变化，这有待于进一步研究来证实。
但由于颌骨的解剖特点及种植体本身强度的限制，我们在临床工作中不可能选用过大或过小的种植体；并且据文献[1]报道，增加种植体的大小超过一定限度后，对应力分布的改变意义不大，而且过大的根面积可能导致骨内应力过小，而应力的过大或过小对骨组织都是不利的。
4 结 论
, 百拇医药
4.1 全口种植覆盖义齿修复时， 种植体长度的变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的大小有较大的影响，呈负相关关系。因此在可能的情况下，应优先选择在正常范围内(通常为10～18 mm)的较长的种植体，以降低骨组织应力，减缓牙槽骨及种植体周围骨组织的吸收。
4.2 临床常用的几种直径的钛螺旋种植体中， 直径的变化对种植体周围骨界面及牙槽骨应力的影响不大，因此在一般情况下，可不把种植体直径的选择作为必要因素来考虑。
本课题为国家自然科学基金资助项目，编号 39600165
参考文献
1 Rieger MR. A finite element survey of eleven endosseous implants. J Prosthet Dent, 1990,63:457
, 百拇医药
2 Matsushita Y. Two-dimensional FEM analysis of hydroxyapatite implants: Diameter effect on stress distribution. J Oral Implantol, 1990,16:6
3 Meijer HJ. Stress distribution around dental implants:Influence of superstructure, length of implants, and height of mandible. J Prosthel Dent, 1992,68:96
4 Lum LB. A biomecharical retional for the use of short implants. J Oral Implantol, 1991,17:126
5 张铁，马轩祥，张少锋, 等. 不同连接设计种植全口义齿的三维光弹应力分析. 实用口腔医学杂志, 1999,15(3):225
6 张少锋, 马轩祥, 欧阳官,等. 种植体长度和直径对种植全口义齿应力的影响. 实用口腔医学杂志, 1997,13(3):199
(收稿：1999-03-28 修回：1999-04-21), http://www.100md.com