无牙颌一侧上颌骨缺损种植修复设计的准三维光弹应力分析(Ⅰ)——种植体数目和植入部位对赝复体支持组织应力分布的影响
作者：王晓玲 赵铱民 张铁 伊元夫
单位：北京武警部队总医院口腔科 100039
关键词：赝复体；种植体；应力分析；光弹性实验
实用口腔医学杂志000420〔摘要〕目的：了解种植体数目和植入部位对赝复体支持组织应力分布的影响。方法：采用三维光弹应力冻结切片法，对应用种植杆卡式赝复体修复无牙颌一侧上颌骨缺损的不同种植体数目(2、4或6个)和不同种植部位在垂直载荷下的应力进行冻结，并在相应部位切片观察。结果：发现腭部、牙槽骨、种植体周围骨界面的应力值与种植体的数目呈负相关。结论：对此类缺损的修复，应在切牙区、尖牙区、前磨牙区、磨牙区植入4只种植体为宜。
中图分类号：783.9 文献标识码：A
文章编号：1001-3733(2000)04-0314-03
, http://www.100md.com
Study on the design of the implant prosthesis in the edentulous unilateral maxil lary defect
——A quasi three dimensional photoelastic analysis(Ⅰ) Influence of the implant number and the implanted position on the stress distribution to the supporting tissue of the prosthesis
Wang Xiaoling Zhao Yimin Zhang Tie,et al.
(Department of Dentistry,General Hospital of Beijing Armed Police Beijing 100039)
, 百拇医药
〔Abstract〕Objective:To investigate the influence of implant number and implanted position on the stress distribution to the supporting tissue.Methods:Bar attachment prosthesis,supported by 2,4 or 6 implants in various position,were designed in the edentulous unilateral maxillary defect.Three-dimensional photoelastic frozen section method was used to freeze the stress-situation of the prosthesis vertical loads.Slices from corresponding areas were made to investigate the stress distribution of the prosthesis.Results:The stress in palatal area,alveolar bone and implant-bone interface decreased when the number of implant increased.The stress distribution was dicreasing by following:in bone-implant interface>in alveolar bone>in palate and in
Conclusion:Four implants should be used in incisor area,canine area,premolar area and molar area respectively for the implant prosthesis in the edentulous unilateral maxillary defect.
, 百拇医药
Key words Maxilla;Prosthesis;Endosseous dental implantation;Stress analysis;Photoelastic experiment
无牙颌一侧上颌骨缺损是上颌骨缺损中的一种特殊类型。由于其无固位基牙、无足够的颌骨面积来获得足够的大气压力和吸附力，因而使修复体难以获得有效的固位与稳定。另一方面，由于一侧上颌骨的缺失，使修复体失去支持，因而难以实现咀嚼功能的恢复。目前所采用的种植杆卡附着式赝复体在很大程度上改善了此类缺损赝复体的固位与稳定，并获得了较为满意的修复效果，但目前对修复此类缺损的种植体的数目及种植部位在载荷下的应力分布状态还缺乏了解。为了给临床治疗提供理论依据。本文实验采用三维光弹应力冻结切片法对不同种植体数目、不同种植部位的种植杆卡附着式上颌赝复体在载荷下的应力分布状况进行了分析研究。
1 材料与方法
1.1 材料
, 百拇医药
1.1.1 本实验采用第四军医大学研制的MDIC系列种植体，长13 mm，直径3.75 mm。
1.1.2 硅橡胶，阴模主材料(晨光化工研究院生产107型)。
1.1.3 环氧树脂，模型主材料(郑州化工厂1601)。
1.1.4 顺丁烯二酸酐，固化剂(西安化学试剂厂分析纯)。
1.1.5 邻苯二甲酸二丁酯，增塑剂(西安化学试剂厂分析纯)。
1.1.6 二甲基苯胺，催化剂(西安化学试剂厂分析纯)。
1.1.7 室温硫化型硅橡胶，模拟粘膜层主材料(西北橡胶研究所)。
1.1.8 光弹应力分析仪(北京409-Ⅱ型)。
, 百拇医药
1.1.9 温度控制仪(YCC-12型智能温控仪)。
1.2 方法
1.2.1 实验设计与分组
杆卡式附着体桥架设计为未超过中线。种植体植入数目为2、3、4只。植入部位：2只
、
位、3只
、
、位、4只、、、位。因所用成品 尼龙卡的数量将决定修复体所获固位力的大小，为了保证实验的同一性，每个桥架上只用2 个尼龙卡。部位：
间与
间。实验分组 ：将在相同部位分别植入2、3、4只种植体的模型各制备6副，共18副，随机分为2组。
, 百拇医药
1.2.2 测试模型制备
本实验采用经中线切除的标准无牙颌左侧上颌骨缺损模型，均匀刮去2 mm的腭部表 层，以便留有腭粘膜厚度的空隙。环氧树脂模型制备、种植体的植入方法参照有关文献报道 〔1〕 ，赝复体、附着体的制作按临床常规方法制作，此前在模型颌骨缺损区底部均匀铺垫5 mm的 蜡，以模拟赝复体在上颌骨缺损侧无支持组织支持的口内环境。模型完成后，以室温硫化型 硅橡胶制做牙槽嵴及腭部粘膜。
1.2.3 加载方式
本实验采用双侧和患侧两种加载方式分别进行对比实验。据文献报道，正常情况下，咀 嚼食物所需牙 合力为3～30 kg，多数人为10～23 kg，而种 植牙的牙 合力负荷通常超过天然牙。光弹模型在冻结温度下 的所需载荷是实际载荷的1/40〔2〕，因此本实验采用1.0 kg砝码垂直加载。
, http://www.100md.com
1.2.4 应力冻结及测试
加载模型放入专用冻结的烘箱内，在温度控制仪控制下进行应力冻结。本实验将健侧牙 槽骨划分为切牙区、尖牙区、前磨牙区、磨牙区进行切片；切片位置、方向如图1。种植体 切片厚约5 mm，普通切片厚约3 mm。测试方法按文献报道〔3,4〕将模型置于光弹 仪上进行应力测试，每组相同的切 片应力值取平均值。
图1 冻结模型切片位置及方向
2 结 果
2.1 双侧、患侧加载方式下不同种植体数目、不同种植部位的种植杆卡附着式赝复体种植 体及其支持组织的应力分布见表1、2。
表1 牙槽骨冻结切片测量结果 种植体数目
, http://www.100md.com
双侧切缘
患侧加载
牙槽骨被
测点编号
条纹级数
牙槽骨被
测点编号
条纹级数
2
1
0.6667
1
1.2222
, 百拇医药
2
2
0.6111
2
0.9888
2
3
0.3889
3
0.7778
2
4
0.5000
, http://www.100md.com
4
0.5874
3
1
0.5778
1
0.8889
3
2
0.5112
2
0.8333
3
, 百拇医药
3
0.3112
3
0.5886
3
4
0.4333
4
0.4444
4
1
0.5000
1
, 百拇医药
0.6778
4
2
0.4333
2
0.5222
4
3
0.2222
3
0.4167
4
4
, 百拇医药
0.3112
4
0.3921
表2 种植体冻结切片测量结果 种植体数目
双侧加载
患侧加载
种植部位
条纹级数
种植部位
条纹级数
1
1.3456
1
, 百拇医药
1.8667
2
5
1.1112
5
1.7556
3
1
1.2778
1
1.6667
3
3
, 百拇医药
1.9444
3
1.5556
3
7
1.1111
7
1.5000
4
1
1.1778
1
1.4444
, 百拇医药
4
3
1.0000
3
1.3128
4
5
0.8333
5
1.2112
4
7
0.9444
, 百拇医药
7
0.8445
3 讨 论
3.1 种植体数目变化对支持组织及种植体骨界面应力分布的影响
根据实验结果可知，在两种加载方式下，随着种植体数目的增加，杆式附着体固位的种植式赝复体的腭部、牙槽骨、种植体周围骨界面的应力值逐渐减小。种植体骨界面的应力值>牙槽骨>腭部，牙槽骨和腭部的应力值随种植体周围骨界面应力值的变化而变化，三者呈正负相关。这主要是因为无牙颌一侧上颌骨缺损的种植式赝复体是由种植体、牙槽骨、腭部共同承担、分配牙 合力。在
力一定时，由于种植体数目的增多，减小了单个种植体上的负荷，从而增大了种植体的整体负荷能力，降低了局部牙槽骨和腭部的负荷，使应力能得到均匀的分配。因此在患者条件许可的情况下，在健侧颌骨上植入4只种植体为宜。
, 百拇医药
3.2 种植部位对支持组织及种植体骨界面应力分布的影响
根据静力学力矩平衡的原则可知，最靠近力的作用点的种植体所承受的载荷最大〔5〕；种植式赝复体的后缘超过末端种植体形成了游离臂，游离臂越长，末端种植体承受的应力越大。这就从力学角度上解释了双侧加载方式下种植、位出现转变应力值的现象和种植式赝复体修复后易发生远中种植体松动的问题。患侧加载时，因健侧并未加载，加载中点在患侧，所以种植体应力值>>>位。当在、位植入种植体后，种植、位的应力值明显降低，这不仅是因为增加了种植体的数量，更主要的是由于磨牙区种植缩短了义齿的游离臂，使义齿力的传递更加合理；另外磨牙区、尖牙区骨量充足，可承受较大的负荷。因此种植部位应以切牙区、尖牙区、前磨牙区、磨牙区为宜。此提示，为了减缓牙槽骨的吸收，保持种植体骨界面健康，防止种植体松脱，在牙槽骨条件允许的情况下，对无牙颌一侧上颌骨缺损的种植修复，应在切牙区、尖牙区、前磨牙区分别植入4只种植体为宜。
, 百拇医药
4 结 论
本实验可得出下述结论，牙槽骨、腭部及种植体周围骨界面的应力值随种植体数目的增加而减小，两者呈负相关。
磨牙区种植体植入可显著降低前牙区种植体骨界面的应力；适当增加种植体数量，并在磨牙区植入种植体将有利于一侧上颌骨缺损种植赝复的成功。
参考文献
1，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
2，大连工学院主编.光弹性实验.北京:国防工业出版社,1978
3，张如一主编.实验应力分析.北京:机械工业出版社，1991
4，贾有权主编.材料力学实验.北京:高等教育出版社，1984
5，Skalak R.Biomechanical consideration in ossointegrated prostheses,J Prosth et bent,1983,49:843
收稿：2000-05-11, http://www.100md.com
单位：北京武警部队总医院口腔科 100039
关键词：赝复体；种植体；应力分析；光弹性实验
实用口腔医学杂志000420〔摘要〕目的：了解种植体数目和植入部位对赝复体支持组织应力分布的影响。方法：采用三维光弹应力冻结切片法，对应用种植杆卡式赝复体修复无牙颌一侧上颌骨缺损的不同种植体数目(2、4或6个)和不同种植部位在垂直载荷下的应力进行冻结，并在相应部位切片观察。结果：发现腭部、牙槽骨、种植体周围骨界面的应力值与种植体的数目呈负相关。结论：对此类缺损的修复，应在切牙区、尖牙区、前磨牙区、磨牙区植入4只种植体为宜。
中图分类号：783.9 文献标识码：A
文章编号：1001-3733(2000)04-0314-03
, http://www.100md.com
Study on the design of the implant prosthesis in the edentulous unilateral maxil lary defect
——A quasi three dimensional photoelastic analysis(Ⅰ) Influence of the implant number and the implanted position on the stress distribution to the supporting tissue of the prosthesis
Wang Xiaoling Zhao Yimin Zhang Tie,et al.
(Department of Dentistry,General Hospital of Beijing Armed Police Beijing 100039)
, 百拇医药
〔Abstract〕Objective:To investigate the influence of implant number and implanted position on the stress distribution to the supporting tissue.Methods:Bar attachment prosthesis,supported by 2,4 or 6 implants in various position,were designed in the edentulous unilateral maxillary defect.Three-dimensional photoelastic frozen section method was used to freeze the stress-situation of the prosthesis vertical loads.Slices from corresponding areas were made to investigate the stress distribution of the prosthesis.Results:The stress in palatal area,alveolar bone and implant-bone interface decreased when the number of implant increased.The stress distribution was dicreasing by following:in bone-implant interface>in alveolar bone>in palate and in
Conclusion:Four implants should be used in incisor area,canine area,premolar area and molar area respectively for the implant prosthesis in the edentulous unilateral maxillary defect., 百拇医药
Key words Maxilla;Prosthesis;Endosseous dental implantation;Stress analysis;Photoelastic experiment
无牙颌一侧上颌骨缺损是上颌骨缺损中的一种特殊类型。由于其无固位基牙、无足够的颌骨面积来获得足够的大气压力和吸附力，因而使修复体难以获得有效的固位与稳定。另一方面，由于一侧上颌骨的缺失，使修复体失去支持，因而难以实现咀嚼功能的恢复。目前所采用的种植杆卡附着式赝复体在很大程度上改善了此类缺损赝复体的固位与稳定，并获得了较为满意的修复效果，但目前对修复此类缺损的种植体的数目及种植部位在载荷下的应力分布状态还缺乏了解。为了给临床治疗提供理论依据。本文实验采用三维光弹应力冻结切片法对不同种植体数目、不同种植部位的种植杆卡附着式上颌赝复体在载荷下的应力分布状况进行了分析研究。
1 材料与方法
1.1 材料
, 百拇医药
1.1.1 本实验采用第四军医大学研制的MDIC系列种植体，长13 mm，直径3.75 mm。
1.1.2 硅橡胶，阴模主材料(晨光化工研究院生产107型)。
1.1.3 环氧树脂，模型主材料(郑州化工厂1601)。
1.1.4 顺丁烯二酸酐，固化剂(西安化学试剂厂分析纯)。
1.1.5 邻苯二甲酸二丁酯，增塑剂(西安化学试剂厂分析纯)。
1.1.6 二甲基苯胺，催化剂(西安化学试剂厂分析纯)。
1.1.7 室温硫化型硅橡胶，模拟粘膜层主材料(西北橡胶研究所)。
1.1.8 光弹应力分析仪(北京409-Ⅱ型)。
, 百拇医药
1.1.9 温度控制仪(YCC-12型智能温控仪)。
1.2 方法
1.2.1 实验设计与分组
杆卡式附着体桥架设计为未超过中线。种植体植入数目为2、3、4只。植入部位：2只
、位、3只、、位、4只、、、位。因所用成品 尼龙卡的数量将决定修复体所获固位力的大小，为了保证实验的同一性，每个桥架上只用2 个尼龙卡。部位：间与间。实验分组 ：将在相同部位分别植入2、3、4只种植体的模型各制备6副，共18副，随机分为2组。, 百拇医药
1.2.2 测试模型制备
本实验采用经中线切除的标准无牙颌左侧上颌骨缺损模型，均匀刮去2 mm的腭部表 层，以便留有腭粘膜厚度的空隙。环氧树脂模型制备、种植体的植入方法参照有关文献报道 〔1〕 ，赝复体、附着体的制作按临床常规方法制作，此前在模型颌骨缺损区底部均匀铺垫5 mm的 蜡，以模拟赝复体在上颌骨缺损侧无支持组织支持的口内环境。模型完成后，以室温硫化型 硅橡胶制做牙槽嵴及腭部粘膜。
1.2.3 加载方式
本实验采用双侧和患侧两种加载方式分别进行对比实验。据文献报道，正常情况下，咀 嚼食物所需牙 合力为3～30 kg，多数人为10～23 kg，而种 植牙的牙 合力负荷通常超过天然牙。光弹模型在冻结温度下 的所需载荷是实际载荷的1/40〔2〕，因此本实验采用1.0 kg砝码垂直加载。
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1.2.4 应力冻结及测试
加载模型放入专用冻结的烘箱内，在温度控制仪控制下进行应力冻结。本实验将健侧牙 槽骨划分为切牙区、尖牙区、前磨牙区、磨牙区进行切片；切片位置、方向如图1。种植体 切片厚约5 mm，普通切片厚约3 mm。测试方法按文献报道〔3,4〕将模型置于光弹 仪上进行应力测试，每组相同的切 片应力值取平均值。
图1 冻结模型切片位置及方向
2 结 果
2.1 双侧、患侧加载方式下不同种植体数目、不同种植部位的种植杆卡附着式赝复体种植 体及其支持组织的应力分布见表1、2。
表1 牙槽骨冻结切片测量结果 种植体数目
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双侧切缘
患侧加载
牙槽骨被
测点编号
条纹级数
牙槽骨被
测点编号
条纹级数
2
1
0.6667
1
1.2222
, 百拇医药
2
2
0.6111
2
0.9888
2
3
0.3889
3
0.7778
2
4
0.5000
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4
0.5874
3
1
0.5778
1
0.8889
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2
0.5112
2
0.8333
3
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3
0.3112
3
0.5886
3
4
0.4333
4
0.4444
4
1
0.5000
1
, 百拇医药
0.6778
4
2
0.4333
2
0.5222
4
3
0.2222
3
0.4167
4
4
, 百拇医药
0.3112
4
0.3921
表2 种植体冻结切片测量结果 种植体数目
双侧加载
患侧加载
种植部位
条纹级数
种植部位
条纹级数
1
1.3456
1
, 百拇医药
1.8667
2
5
1.1112
5
1.7556
3
1
1.2778
1
1.6667
3
3
, 百拇医药
1.9444
3
1.5556
3
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1.1111
7
1.5000
4
1
1.1778
1
1.4444
, 百拇医药
4
3
1.0000
3
1.3128
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5
0.8333
5
1.2112
4
7
0.9444
, 百拇医药
7
0.8445
3 讨 论
3.1 种植体数目变化对支持组织及种植体骨界面应力分布的影响
根据实验结果可知，在两种加载方式下，随着种植体数目的增加，杆式附着体固位的种植式赝复体的腭部、牙槽骨、种植体周围骨界面的应力值逐渐减小。种植体骨界面的应力值>牙槽骨>腭部，牙槽骨和腭部的应力值随种植体周围骨界面应力值的变化而变化，三者呈正负相关。这主要是因为无牙颌一侧上颌骨缺损的种植式赝复体是由种植体、牙槽骨、腭部共同承担、分配牙 合力。在
力一定时，由于种植体数目的增多，减小了单个种植体上的负荷，从而增大了种植体的整体负荷能力，降低了局部牙槽骨和腭部的负荷，使应力能得到均匀的分配。因此在患者条件许可的情况下，在健侧颌骨上植入4只种植体为宜。, 百拇医药
3.2 种植部位对支持组织及种植体骨界面应力分布的影响
根据静力学力矩平衡的原则可知，最靠近力的作用点的种植体所承受的载荷最大〔5〕；种植式赝复体的后缘超过末端种植体形成了游离臂，游离臂越长，末端种植体承受的应力越大。这就从力学角度上解释了双侧加载方式下种植
、位出现转变应力值的现象和种植式赝复体修复后易发生远中种植体松动的问题。患侧加载时，因健侧并未加载，加载中点在患侧，所以种植体应力值>>>位。当在、位植入种植体后，种植、位的应力值明显降低，这不仅是因为增加了种植体的数量，更主要的是由于磨牙区种植缩短了义齿的游离臂，使义齿力的传递更加合理；另外磨牙区、尖牙区骨量充足，可承受较大的负荷。因此种植部位应以切牙区、尖牙区、前磨牙区、磨牙区为宜。此提示，为了减缓牙槽骨的吸收，保持种植体骨界面健康，防止种植体松脱，在牙槽骨条件允许的情况下，对无牙颌一侧上颌骨缺损的种植修复，应在切牙区、尖牙区、前磨牙区分别植入4只种植体为宜。, 百拇医药
4 结 论
本实验可得出下述结论，牙槽骨、腭部及种植体周围骨界面的应力值随种植体数目的增加而减小，两者呈负相关。
磨牙区种植体植入可显著降低前牙区种植体骨界面的应力；适当增加种植体数量，并在磨牙区植入种植体将有利于一侧上颌骨缺损种植赝复的成功。
参考文献
1，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
2，大连工学院主编.光弹性实验.北京:国防工业出版社,1978
3，张如一主编.实验应力分析.北京:机械工业出版社，1991
4，贾有权主编.材料力学实验.北京:高等教育出版社，1984
5，Skalak R.Biomechanical consideration in ossointegrated prostheses,J Prosth et bent,1983,49:843
收稿：2000-05-11, http://www.100md.com