种植全口义齿的三维有限元分析——基托内金属支架对应力的影响
作者：张少锋 马轩祥 张 铁
单位：西安第四军医大学口腔医学院 710032
关键词：全口义齿；牙植入体；金属支架；有限元分析
实用口腔医学杂志990322
〔摘要〕 目的：研究基托内金属支架放置与否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，分析比较埋置与不埋置金属支架时种植全口义齿的应力状况。结果：不使用金属支架较使用金属支架，在种植全口固定义齿，骨界面应力增加27%，基托应力增加37%，种植体应力增加21%；在种植全口覆盖义齿，骨界面应力减少16%，而粘膜应力增加9%，基托应力增加10%， 种植体应力增加19%。结论：种植全口固定义齿的基托内应使用金属支架以减少各部应力，而种植全口覆盖义齿可不使用金属支架以减小最有害的种植体骨界面应力。
, http://www.100md.com
A 3-dimentional finite element analysis(3-D FEA) of the complete
dentures supported by implants with or without metal frame in base
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 dentures supported by implants with or without metal frame in base.Methods:3-D FEM was employed to investigate the stress of implant-supported complete dentures when metal fram was used in the denture base or not.Results:Without metal frame in the base, the stress level in the implant-bone interface, the denture base and the implant increased by 27%, 37% and 21% respectively in the fixed dentures; the stress level in the implant-bone interface, decreased by 16%, but that in mucosa, the base and the implant increased by 9%, 10% and 19% respectively in the overdenture.Conclusions:Metal frame should be used in the denture base in order to decrease the stress of all parts of the implant-supported fixed complete denture, but may not be used in order to decrease the stress of implant-bone interface of the implant-supported overdenture.
, 百拇医药
Key words Complete denture; Dental implant; Metal frame; Finite element analysis
临床上，种植全口义齿的塑料基托中可选择放置金属支架。而金属支架放置与否，对义齿及其支持组织的应力状况可能会产生一定的影响。基于此，本实验采用三维有限元方法，对种植全口义齿塑料基托中放置与不放置金属支架时，义齿及其支持组织的应力状况进行分析，为临床工作提供参考。
1 材料和方法
有限元模型参见文献[1]。
临床上，种植全口固定义齿塑料基托中通常都包埋有钴铬合金铸造桥架，而种植全口覆盖义齿的塑料基托中包埋或不包埋钴铬合金铸造横梁的情况都有。本实验采用连接各个种植体并包埋于塑料基托中的一系列梁单元来模拟钴铬合金铸造桥架。
, http://www.100md.com
实验模型分两组，即种植全口固定义齿基托中使用与不使用金属桥架，以及种植全口覆盖义齿塑料基托中埋置与不埋置金属桥架。
为了统一实验条件，使各实验模型之间具有可比性，各模型均采用4 mm直径、粗细均匀的种植体，以避免种植体颈狭部直径变化引起的应力改变。
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
力垂直作用于D区第二双尖牙处。
2 结 果
本实验得出的计算结果列于表1。
表1 金属支架使用与否对应力峰值的影响(MPa)
, 百拇医药
种植全口固定义齿
种植全口覆盖义齿
有支架
无支架
有支架
无支架
人造牙
最大拉应力
12.806
12.464
11.149
11.167
最大压应力
, http://www.100md.com
23.128
23.088
23.154
23.132
综合应力
16.533
16.549
16.054
16.022
基 托
最大拉应力
15.393
20.762
, http://www.100md.com
5.188
7.190
最大压应力
28.260
40.152
10.200
12.914
综合应力
19.930
27.344
7.869
8.613
粘 膜
, http://www.100md.com
最大拉应力
/
/
0.061
0.066
最大压应力
/
/
0.157
0.171
骨界面
最大拉应力
15.881
, http://www.100md.com
26.692
14.905
19.819
最大压应力
30.350
38.553
27.645
23.919
种植体
最大拉应力
13.486
22.823
13.274
, 百拇医药
22.170
最大压应力
18.797
21.498
18.678
18.181
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[2]。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
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。
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3 讨 论
在其他条件一致的情况下，种植全口固定义齿不使用铸造支 架者较使用铸造支架者，骨界面应力增加约27%，基托应力增加约37%，种植体应力增加约 21 %。说明在基托中使用钴铬合金铸造桥架, 使得种植全口固定义齿整体结构更加坚固，应力传递较为充分和均匀，从而改善了骨界面、基托和种植体的应力集中状况，有利于减缓种植体周围骨组织的吸收，降低基托和种植体发生折裂的危险，所以带铸造桥架的基托设计应为全口种植固定义齿首选。
种植全口覆盖义齿基托中不使用铸造支架者与使用铸造支架者相比，骨界面应力减少约16%，而粘膜应力增加约9%，基托应力增加约10%， 种植体应力增加约19%，说明种植全口覆盖义齿基托中不使用钴铬合金铸造横梁可降低骨界面应力，从而利于减缓种植体周围的骨组织吸收，但同时却使粘膜承担的力有所上升，基托和种植体折裂的危险也有所增大。因此，作者主张种植全口覆盖义齿基托中不使用铸造横梁以降低骨界面应力，减小因骨质吸收导致种植体松动的危险，同时应注意基托和种植体薄弱部位的抗折要求，如选用高强度材料、设计一定的几何形态和达到一定的材料厚度等。
, http://www.100md.com
4 结 论
种植全口固定义齿采用铸造桥架比不用者，骨界面应力、种植体应力和基托应力均明显下降，因此应作为常规设计来运用。种植全口覆盖义齿的基托中埋入铸造支架时，骨界面应力上升而基托应力、种植体应力和粘膜应力下降，因此在优先选择不带铸造支架的种植全口覆盖义齿设计的同时，应注意基托和种植体结构薄弱处的强度问题。
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——种植体颈狭部直径对应力的影响. 实用口腔医学杂志, 1999,15(3):221
2 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
(收稿：1999-03-28 修回：1999-04-20), 百拇医药
单位：西安第四军医大学口腔医学院 710032
关键词：全口义齿；牙植入体；金属支架；有限元分析
实用口腔医学杂志990322
〔摘要〕 目的：研究基托内金属支架放置与否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，分析比较埋置与不埋置金属支架时种植全口义齿的应力状况。结果：不使用金属支架较使用金属支架，在种植全口固定义齿，骨界面应力增加27%，基托应力增加37%，种植体应力增加21%；在种植全口覆盖义齿，骨界面应力减少16%，而粘膜应力增加9%，基托应力增加10%， 种植体应力增加19%。结论：种植全口固定义齿的基托内应使用金属支架以减少各部应力，而种植全口覆盖义齿可不使用金属支架以减小最有害的种植体骨界面应力。
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A 3-dimentional finite element analysis(3-D FEA) of the complete
dentures supported by implants with or without metal frame in base
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 dentures supported by implants with or without metal frame in base.Methods:3-D FEM was employed to investigate the stress of implant-supported complete dentures when metal fram was used in the denture base or not.Results:Without metal frame in the base, the stress level in the implant-bone interface, the denture base and the implant increased by 27%, 37% and 21% respectively in the fixed dentures; the stress level in the implant-bone interface, decreased by 16%, but that in mucosa, the base and the implant increased by 9%, 10% and 19% respectively in the overdenture.Conclusions:Metal frame should be used in the denture base in order to decrease the stress of all parts of the implant-supported fixed complete denture, but may not be used in order to decrease the stress of implant-bone interface of the implant-supported overdenture.
, 百拇医药
Key words Complete denture; Dental implant; Metal frame; Finite element analysis
临床上，种植全口义齿的塑料基托中可选择放置金属支架。而金属支架放置与否，对义齿及其支持组织的应力状况可能会产生一定的影响。基于此，本实验采用三维有限元方法，对种植全口义齿塑料基托中放置与不放置金属支架时，义齿及其支持组织的应力状况进行分析，为临床工作提供参考。
1 材料和方法
有限元模型参见文献[1]。
临床上，种植全口固定义齿塑料基托中通常都包埋有钴铬合金铸造桥架，而种植全口覆盖义齿的塑料基托中包埋或不包埋钴铬合金铸造横梁的情况都有。本实验采用连接各个种植体并包埋于塑料基托中的一系列梁单元来模拟钴铬合金铸造桥架。
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实验模型分两组，即种植全口固定义齿基托中使用与不使用金属桥架，以及种植全口覆盖义齿塑料基托中埋置与不埋置金属桥架。
为了统一实验条件，使各实验模型之间具有可比性，各模型均采用4 mm直径、粗细均匀的种植体，以避免种植体颈狭部直径变化引起的应力改变。
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
力垂直作用于D区第二双尖牙处。2 结 果
本实验得出的计算结果列于表1。
表1 金属支架使用与否对应力峰值的影响(MPa)
, 百拇医药
种植全口固定义齿
种植全口覆盖义齿
有支架
无支架
有支架
无支架
人造牙
最大拉应力
12.806
12.464
11.149
11.167
最大压应力
, http://www.100md.com
23.128
23.088
23.154
23.132
综合应力
16.533
16.549
16.054
16.022
基 托
最大拉应力
15.393
20.762
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5.188
7.190
最大压应力
28.260
40.152
10.200
12.914
综合应力
19.930
27.344
7.869
8.613
粘 膜
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最大拉应力
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0.061
0.066
最大压应力
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0.157
0.171
骨界面
最大拉应力
15.881
, http://www.100md.com
26.692
14.905
19.819
最大压应力
30.350
38.553
27.645
23.919
种植体
最大拉应力
13.486
22.823
13.274
, 百拇医药
22.170
最大压应力
18.797
21.498
18.678
18.181
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[2]。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
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。, http://www.100md.com
3 讨 论
在其他条件一致的情况下，种植全口固定义齿不使用铸造支 架者较使用铸造支架者，骨界面应力增加约27%，基托应力增加约37%，种植体应力增加约 21 %。说明在基托中使用钴铬合金铸造桥架, 使得种植全口固定义齿整体结构更加坚固，应力传递较为充分和均匀，从而改善了骨界面、基托和种植体的应力集中状况，有利于减缓种植体周围骨组织的吸收，降低基托和种植体发生折裂的危险，所以带铸造桥架的基托设计应为全口种植固定义齿首选。
种植全口覆盖义齿基托中不使用铸造支架者与使用铸造支架者相比，骨界面应力减少约16%，而粘膜应力增加约9%，基托应力增加约10%， 种植体应力增加约19%，说明种植全口覆盖义齿基托中不使用钴铬合金铸造横梁可降低骨界面应力，从而利于减缓种植体周围的骨组织吸收，但同时却使粘膜承担的
力有所上升，基托和种植体折裂的危险也有所增大。因此，作者主张种植全口覆盖义齿基托中不使用铸造横梁以降低骨界面应力，减小因骨质吸收导致种植体松动的危险，同时应注意基托和种植体薄弱部位的抗折要求，如选用高强度材料、设计一定的几何形态和达到一定的材料厚度等。, http://www.100md.com
4 结 论
种植全口固定义齿采用铸造桥架比不用者，骨界面应力、种植体应力和基托应力均明显下降，因此应作为常规设计来运用。种植全口覆盖义齿的基托中埋入铸造支架时，骨界面应力上升而基托应力、种植体应力和粘膜应力下降，因此在优先选择不带铸造支架的种植全口覆盖义齿设计的同时，应注意基托和种植体结构薄弱处的强度问题。
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——种植体颈狭部直径对应力的影响. 实用口腔医学杂志, 1999,15(3):221
2 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
(收稿：1999-03-28 修回：1999-04-20), 百拇医药