无牙颌单侧上颌骨缺损种植修复设计的三维光弹应力分析
作者：周涛 赵铱民 陈勇 张铁
单位：周涛(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)；赵铱民(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)；陈勇(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)；张铁(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)
关键词：上颌；修复体；骨内牙种植；应力分析；光弹性试验
实用口腔医学杂志000417〔摘要〕目的：探讨采用双侧种植体植入修复无牙颌单侧上颌骨缺损的可行性，并优化其设计。方法：采用三维光弹应力分析法对应用种植杆卡式附着体赝复体的上颌骨缺损患者载荷下的支持组织进行应力观察和分析。结果：双侧种植修复设计的支持组织和种植体的应力分布明显优于单侧种植修复设计。结论：无牙颌单侧上颌骨缺损的修复应采用双侧种植长桥架设计。
中图分类号：O348.1 R783.9 文献标识码：A
, 百拇医药
文章编号：1001-3733(2000)04-0305-03
Three dimensional photoelastic analysis for designs of bilateral implant prosthesis in edentulous unilateral maxillary defect
Zhou Tao,Zhao Yimin,Chen Yong,et al.
(Department of Prosthetics,Stomatological Hospital,Fourth Military Medical University,Xi'an 710032)
〔Abstract〕Objective:To explore the stress distribution and its changing regularity with different number of the implants and the framework design in bilateral implant prosthesis in the edentulous unilateral maxillary defect.Methods:Three-dimensional photoelastic analysis was used to analyse the effects of different framework on supporting tissue.Results:The stress of bilateral implant prosthesis on supporting tissue was smaller and distributed more evenly than that of unilateral.Conclusion:To gain better support and retention the prosthsis in edentulous unilateral maxillary defect bilateral implant connected framework should be sued.
, 百拇医药
Key words Maxilla;Prosthesis;Endosseous dental implantation;Stress analyis;Photoelastic analysis
无牙颌单侧上颌骨缺损是上颌骨缺损中较为常见的一种类型。由于其既无固位基牙，又无足够的颌骨面积来获得足够的大气压力和吸附力，边缘封闭差，因而使修复体难以获得有效的固位和稳定；另一方面，由于一侧颌骨的缺失，使修复体失去支持，因而难以实现咀嚼功能的重建。近年来一些学者尝试在健侧牙槽骨及患侧上颌骨残余部分和颧骨上同时进行种植体植入，来加强赝复体的固位和支持，取得了较好的临床修复效果〔1〕。
本研究拟采用三维光弹应力分析法对无牙颌患者单侧上颌骨缺损的种植修复中，不同种植设计在不同功能状态下的应力分布规律进行观察和分析，探讨在临床上采用健-患双侧种植体植入修复无牙颌单侧上颌骨缺损的可行性，并优化无牙颌患者单侧上颌骨缺损种植修复的设计，为此类缺损的种植修复提供理论依据，为临床设计提供指导。
, http://www.100md.com
1 实验材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 实验选择MDIC钛合金骨融合螺旋式种植体；
1.1.2 种植体上部结构为杆卡式附着体；
1.1.3 实验光弹模型采用经中线切除的标准无牙颌左侧上颌骨缺损模型；
1.1.4 常规义齿材料；
1.1.5 光弹应力测试采用国产4092-Ⅱ型投影式光弹仪。
1.2 实验方法
1.2.1 本研究拟分为健侧和患侧加载方式两个组，并观察两种加载方式下种植修复对支持组织应力分布的影响，每组种植体的设计又采用三种形式：A.健侧种植，桥架设计长度超过中线1 cm，患侧无种植;B.健侧种植，桥架设计长度超过中线1 cm，患侧种植，两侧桥架不相连;C.健、患侧种植，两侧桥架相连。
, http://www.100md.com
1.2.2 种植体的植入及部位 健侧种植体为4只，种植部位为健侧余留牙槽嵴
位；患侧种植为2只，种植部位为患侧颧骨内下方近口腔处，间距1.5 cm。
1.2.3 常规制作种植体上部结构及修复体。
1.2.4 在光弹模型上进行垂直向加载1 kg，并进行应力的冻结。
1.2.5 将冻结模型进行切片，厚度为5 mm；在光弹仪下进行应力的观测。
2 结 果
健患侧不同种植、连接方式的上颌赝复体在垂直载荷下不同支持组织的应力值测量结果见表1、2、3。
表1 垂直载荷下腭部应力值测量结果 (N) 腭部
, http://www.100md.com
分区
健侧垂直加载
患侧垂直加载
A设计
B设计
C设计
A设计
B设计
C设计
前区
0.570
0.486
0.474
, 百拇医药
0.667
0.264
0.189
中区
0.389
0.375
0.372
0.556
0.271
0.237
后区
0.597
0.527
, 百拇医药
0.519
0.472
0.238
0.222
表2 垂直载荷下种植体根尖部应力值测量结果 (N) 种植体种植部位
健侧垂直加载
患侧垂直加载
A设计
B设计
C设计
A设计
B设计
, http://www.100md.com
C设计
1.458
1.208
1.194
1.209
1.042
0.944
1.445
1.194
1.181
, 百拇医药 1.083
1.028
0.913
1.306
1.288
1.278
1.028
1.000
0.861
1.598
, 百拇医药 1.542
1.527
0.927
0.947
0.851
颧骨前部
1.208
1.222
2.820
2.222
颧骨后部
1.083
1.097
, 百拇医药
2.074
1.944
表3 垂直载荷下种植体颈部颊侧应力值测量结果 (N) 种植体种植部位
健侧垂直加载
患侧垂直加载
A设计
B设计
C设计
A设计
B设计
C设计
, http://www.100md.com
0.611
0.572
0.486
1.642
1.320
1.135
0.653
0.577
0.500
1.489
1.236
1.120
, http://www.100md.com
0.722
0.709
0.694
1.445
1.215
1.014
0.736
0.722
0.708
1.250
1.139
0.972
, http://www.100md.com
颧骨前部
2.314
2.153
1.417
1.181
颧骨后部
2.186
1.931
1.389
1.160
3 讨 论
3.1 健侧种植与双侧种植设计的比较研究
, http://www.100md.com
3.1.1 Branemark等〔2〕认为：全颌种植义齿一般应由4～6只种植体支持。而种植体的数量越多，每个种植体上所承担的应力就越小。本实验在载荷一定的情况下，由于双侧种植设计在患侧增加了种植体的数目，从而增加了种植体的整体负荷能力，降低了单个种植体和腭部的负荷。
3.1.2 当双侧种植种植体后，其支持组织与健侧种植的支持组织应力之间出现了两点较为明显的差别：双侧种植后，患侧加压，腭部应力大小顺序由A设计的腭前区>腭中区>腭后区变为B、C设计的腭中区>腭后区>腭前区，其腭部的主要应力区由前区向后移动；当健侧加压时，健侧种植体根尖部应力大小顺序由A设计的>>>变为B、C设计的>>>，其健侧
位的种植体受力明显减小。以上两点说明当双侧进行种植时，可有效地减小牙弓前区支持组织的负荷。
, http://www.100md.com
3.2 双侧种植不同桥架设计的比较研究
3.2.1 Skalak〔3〕研究认为当种植体与上部结构固定，形成一个整体结构、刚性连接时，义齿每一处受力，种植体都能够通过上部结构有效地分散载荷。在本实验中，C设计通过长桥架将健患侧种植体连成一个整体，当健侧加压时，部分载荷通过桥架传递到患侧种植体，故C 设计患侧(颧骨)种植体根尖部应力值大于B设计。而在同样条件下，C设计患侧种植体颈部(颊腭侧)的应力值却小于B设计。这是因为长桥架使健患侧种植体刚性连接，可以非常有效的对抗侧向力的作用。此结果与赵铱民等〔4〕的研究结论相符。
3.2.2 当患侧加压时，C设计中的患侧种植体根尖部和颈部(颊腭侧)应力值均小于B设计。这是由于桥架将多个种植体固定成一个整体，成为刚性连接，患侧所受载荷通过桥架传递到健侧，分散了负荷。
3.2.3 在本实验中，无论健侧或患侧加压，患侧种植体根尖部和颈部(颊腭侧)应力值大小均为：颧前种植体>颧后种植体。作者认为这一结果可能与缺损侧上颌骨剩余部和颧骨的形态较为特殊、缺损侧种植体植入方向、部位需与颧骨形态相适应有关。
, http://www.100md.com
3.3 双侧种植与组织健康
在本实验中，有两组应力值较大。即：双侧种植，健侧加压时，患侧种植体颊侧应力值；以及双侧种植，患侧加压时，患侧种植体根尖部应力值。这是因为①患侧种植体种植方向因颧骨形态而定，较为特殊；②患侧种植体因颧骨近口腔处暴露面积较小， 种植数只能以两只为宜。Roumanas〔5〕通过临床治疗和回访认为：患侧上颌骨种植种植体能够有效地改善无牙颌单侧上颌骨缺损修复的固位和支持，但缺损侧种植体的失败率较健侧高。Atwood等认为：种植体固位力的大小，直接关系到种植体能否长期稳定地保持功能状态；如果力是适度的，就能对骨组织产生功能刺激，使种植体骨组织长期维持活力，防止骨萎缩；反之如果负荷过大，超出骨的生理承受限度便会造成局部骨吸收、坏死或骨折。但由于目前对活体骨组织承受应力的生理限度还不清楚，所以只能谨慎地尽量降低应力值。
3.4 C设计中长桥架与支持组织应力的关系
, 百拇医药
在本实验，C设计使用了连接健患侧种植体的长桥架，结果证明优于B设计两侧不连接的分段桥架，C设计中支持组织的应力值均小于B设计，有较好的力学特性。但Hellden〔6〕通过研究认为：在种植修复中，种植体上部结构因铸造等原因造成的非精确固定和扭曲变形是种植适合性差的一个主要原因，它会造成和种植体和骨界面之间产生不良的应力，最终致使种植失败。作者认为Hellden提出的观点在B设计中同样存在。我们只要从铸造、设计等方面精益求精，必要时采用铸造后焊接,就可以避免支架的非精确固定和扭曲变形。
4 结 论
通过本实验，可以得出以下几个结论：①在患者患侧上颌骨剩余部分和颧骨良好的情况下，应选择双侧种植修复设计；②由于双侧长桥架设计的种植赝复体较双侧分段桥架设计的种植赝复体显示出较好的力学特性；③临床应用双侧种植长桥架设计时，应注意：a应尽量降低患侧的咬合应力，避免患侧种植体受到较大侧向应力；b应在支架设计、铸造等方面精益求精，避免长桥架产生扭曲变形。
, http://www.100md.com
参考文献
1，G.Beumer Ⅲ,Curtis TA,Firtell DN.Maxillofacial rehabilitation.Tokyo:C.V.Mosby Company,1988.183
2，Branemark PI.Osseointegration and its experimental background.J Prosthet Dent,1983,50:399
3，Skalak R.Osseointegrated biomechanics.J Oral Implant,1986;12:350
4，赵铱民，高元，安燕,等.无牙颌患侧上颌骨缺损的修复.实用口腔医学杂志，1996，12(1)：40
5，Roumanas ED,Nishimura RD,Davis BK,et al.Clinical evaluation of implants retaining edentulous maxillary obturator prostheses.J Prosthet Dent,1997,77(2):184
6，Hellden LB,Derand T.Description and evaluation of a simplified method to achieve passive fit between cast titanium frameworks and implants.Int J Oral Maxillofac Implants,1998,13(2):190
收稿：2000-05-20, 百拇医药
单位：周涛(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)；赵铱民(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)；陈勇(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)；张铁(第四军医大学口腔医学院修复科 710032)
关键词：上颌；修复体；骨内牙种植；应力分析；光弹性试验
实用口腔医学杂志000417〔摘要〕目的：探讨采用双侧种植体植入修复无牙颌单侧上颌骨缺损的可行性，并优化其设计。方法：采用三维光弹应力分析法对应用种植杆卡式附着体赝复体的上颌骨缺损患者载荷下的支持组织进行应力观察和分析。结果：双侧种植修复设计的支持组织和种植体的应力分布明显优于单侧种植修复设计。结论：无牙颌单侧上颌骨缺损的修复应采用双侧种植长桥架设计。
中图分类号：O348.1 R783.9 文献标识码：A
, 百拇医药
文章编号：1001-3733(2000)04-0305-03
Three dimensional photoelastic analysis for designs of bilateral implant prosthesis in edentulous unilateral maxillary defect
Zhou Tao,Zhao Yimin,Chen Yong,et al.
(Department of Prosthetics,Stomatological Hospital,Fourth Military Medical University,Xi'an 710032)
〔Abstract〕Objective:To explore the stress distribution and its changing regularity with different number of the implants and the framework design in bilateral implant prosthesis in the edentulous unilateral maxillary defect.Methods:Three-dimensional photoelastic analysis was used to analyse the effects of different framework on supporting tissue.Results:The stress of bilateral implant prosthesis on supporting tissue was smaller and distributed more evenly than that of unilateral.Conclusion:To gain better support and retention the prosthsis in edentulous unilateral maxillary defect bilateral implant connected framework should be sued.
, 百拇医药
Key words Maxilla;Prosthesis;Endosseous dental implantation;Stress analyis;Photoelastic analysis
无牙颌单侧上颌骨缺损是上颌骨缺损中较为常见的一种类型。由于其既无固位基牙，又无足够的颌骨面积来获得足够的大气压力和吸附力，边缘封闭差，因而使修复体难以获得有效的固位和稳定；另一方面，由于一侧颌骨的缺失，使修复体失去支持，因而难以实现咀嚼功能的重建。近年来一些学者尝试在健侧牙槽骨及患侧上颌骨残余部分和颧骨上同时进行种植体植入，来加强赝复体的固位和支持，取得了较好的临床修复效果〔1〕。
本研究拟采用三维光弹应力分析法对无牙颌患者单侧上颌骨缺损的种植修复中，不同种植设计在不同功能状态下的应力分布规律进行观察和分析，探讨在临床上采用健-患双侧种植体植入修复无牙颌单侧上颌骨缺损的可行性，并优化无牙颌患者单侧上颌骨缺损种植修复的设计，为此类缺损的种植修复提供理论依据，为临床设计提供指导。
, http://www.100md.com
1 实验材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 实验选择MDIC钛合金骨融合螺旋式种植体；
1.1.2 种植体上部结构为杆卡式附着体；
1.1.3 实验光弹模型采用经中线切除的标准无牙颌左侧上颌骨缺损模型；
1.1.4 常规义齿材料；
1.1.5 光弹应力测试采用国产4092-Ⅱ型投影式光弹仪。
1.2 实验方法
1.2.1 本研究拟分为健侧和患侧加载方式两个组，并观察两种加载方式下种植修复对支持组织应力分布的影响，每组种植体的设计又采用三种形式：A.健侧种植，桥架设计长度超过中线1 cm，患侧无种植;B.健侧种植，桥架设计长度超过中线1 cm，患侧种植，两侧桥架不相连;C.健、患侧种植，两侧桥架相连。
, http://www.100md.com
1.2.2 种植体的植入及部位 健侧种植体为4只，种植部位为健侧余留牙槽嵴
位；患侧种植为2只，种植部位为患侧颧骨内下方近口腔处，间距1.5 cm。1.2.3 常规制作种植体上部结构及修复体。
1.2.4 在光弹模型上进行垂直向加载1 kg，并进行应力的冻结。
1.2.5 将冻结模型进行切片，厚度为5 mm；在光弹仪下进行应力的观测。
2 结 果
健患侧不同种植、连接方式的上颌赝复体在垂直载荷下不同支持组织的应力值测量结果见表1、2、3。
表1 垂直载荷下腭部应力值测量结果 (N) 腭部
, http://www.100md.com
分区
健侧垂直加载
患侧垂直加载
A设计
B设计
C设计
A设计
B设计
C设计
前区
0.570
0.486
0.474
, 百拇医药
0.667
0.264
0.189
中区
0.389
0.375
0.372
0.556
0.271
0.237
后区
0.597
0.527
, 百拇医药
0.519
0.472
0.238
0.222
表2 垂直载荷下种植体根尖部应力值测量结果 (N) 种植体种植部位
健侧垂直加载
患侧垂直加载
A设计
B设计
C设计
A设计
B设计
, http://www.100md.com
C设计
1.458
1.208
1.194
1.209
1.042
0.944
1.445
1.194
1.181
, 百拇医药 1.083
1.028
0.913
1.306
1.288
1.278
1.028
1.000
0.861
1.598
, 百拇医药 1.542
1.527
0.927
0.947
0.851
颧骨前部
1.208
1.222
2.820
2.222
颧骨后部
1.083
1.097
, 百拇医药
2.074
1.944
表3 垂直载荷下种植体颈部颊侧应力值测量结果 (N) 种植体种植部位
健侧垂直加载
患侧垂直加载
A设计
B设计
C设计
A设计
B设计
C设计
, http://www.100md.com
0.611
0.572
0.486
1.642
1.320
1.135
0.653
0.577
0.500
1.489
1.236
1.120
, http://www.100md.com
0.722
0.709
0.694
1.445
1.215
1.014
0.736
0.722
0.708
1.250
1.139
0.972
, http://www.100md.com
颧骨前部
2.314
2.153
1.417
1.181
颧骨后部
2.186
1.931
1.389
1.160
3 讨 论
3.1 健侧种植与双侧种植设计的比较研究
, http://www.100md.com
3.1.1 Branemark等〔2〕认为：全颌种植义齿一般应由4～6只种植体支持。而种植体的数量越多，每个种植体上所承担的应力就越小。本实验在载荷一定的情况下，由于双侧种植设计在患侧增加了种植体的数目，从而增加了种植体的整体负荷能力，降低了单个种植体和腭部的负荷。
3.1.2 当双侧种植种植体后，其支持组织与健侧种植的支持组织应力之间出现了两点较为明显的差别：双侧种植后，患侧加压，腭部应力大小顺序由A设计的腭前区>腭中区>腭后区变为B、C设计的腭中区>腭后区>腭前区，其腭部的主要应力区由前区向后移动；当健侧加压时，健侧种植体根尖部应力大小顺序由A设计的
>>>变为B、C设计的>>>，其健侧位的种植体受力明显减小。以上两点说明当双侧进行种植时，可有效地减小牙弓前区支持组织的负荷。, http://www.100md.com
3.2 双侧种植不同桥架设计的比较研究
3.2.1 Skalak〔3〕研究认为当种植体与上部结构固定，形成一个整体结构、刚性连接时，义齿每一处受力，种植体都能够通过上部结构有效地分散载荷。在本实验中，C设计通过长桥架将健患侧种植体连成一个整体，当健侧加压时，部分载荷通过桥架传递到患侧种植体，故C 设计患侧(颧骨)种植体根尖部应力值大于B设计。而在同样条件下，C设计患侧种植体颈部(颊腭侧)的应力值却小于B设计。这是因为长桥架使健患侧种植体刚性连接，可以非常有效的对抗侧向力的作用。此结果与赵铱民等〔4〕的研究结论相符。
3.2.2 当患侧加压时，C设计中的患侧种植体根尖部和颈部(颊腭侧)应力值均小于B设计。这是由于桥架将多个种植体固定成一个整体，成为刚性连接，患侧所受载荷通过桥架传递到健侧，分散了负荷。
3.2.3 在本实验中，无论健侧或患侧加压，患侧种植体根尖部和颈部(颊腭侧)应力值大小均为：颧前种植体>颧后种植体。作者认为这一结果可能与缺损侧上颌骨剩余部和颧骨的形态较为特殊、缺损侧种植体植入方向、部位需与颧骨形态相适应有关。
, http://www.100md.com
3.3 双侧种植与组织健康
在本实验中，有两组应力值较大。即：双侧种植，健侧加压时，患侧种植体颊侧应力值；以及双侧种植，患侧加压时，患侧种植体根尖部应力值。这是因为①患侧种植体种植方向因颧骨形态而定，较为特殊；②患侧种植体因颧骨近口腔处暴露面积较小， 种植数只能以两只为宜。Roumanas〔5〕通过临床治疗和回访认为：患侧上颌骨种植种植体能够有效地改善无牙颌单侧上颌骨缺损修复的固位和支持，但缺损侧种植体的失败率较健侧高。Atwood等认为：种植体固位力的大小，直接关系到种植体能否长期稳定地保持功能状态；如果力是适度的，就能对骨组织产生功能刺激，使种植体骨组织长期维持活力，防止骨萎缩；反之如果负荷过大，超出骨的生理承受限度便会造成局部骨吸收、坏死或骨折。但由于目前对活体骨组织承受应力的生理限度还不清楚，所以只能谨慎地尽量降低应力值。
3.4 C设计中长桥架与支持组织应力的关系
, 百拇医药
在本实验，C设计使用了连接健患侧种植体的长桥架，结果证明优于B设计两侧不连接的分段桥架，C设计中支持组织的应力值均小于B设计，有较好的力学特性。但Hellden〔6〕通过研究认为：在种植修复中，种植体上部结构因铸造等原因造成的非精确固定和扭曲变形是种植适合性差的一个主要原因，它会造成和种植体和骨界面之间产生不良的应力，最终致使种植失败。作者认为Hellden提出的观点在B设计中同样存在。我们只要从铸造、设计等方面精益求精，必要时采用铸造后焊接,就可以避免支架的非精确固定和扭曲变形。
4 结 论
通过本实验，可以得出以下几个结论：①在患者患侧上颌骨剩余部分和颧骨良好的情况下，应选择双侧种植修复设计；②由于双侧长桥架设计的种植赝复体较双侧分段桥架设计的种植赝复体显示出较好的力学特性；③临床应用双侧种植长桥架设计时，应注意：a应尽量降低患侧的咬合应力，避免患侧种植体受到较大侧向应力；b应在支架设计、铸造等方面精益求精，避免长桥架产生扭曲变形。
, http://www.100md.com
参考文献
1，G.Beumer Ⅲ,Curtis TA,Firtell DN.Maxillofacial rehabilitation.Tokyo:C.V.Mosby Company,1988.183
2，Branemark PI.Osseointegration and its experimental background.J Prosthet Dent,1983,50:399
3，Skalak R.Osseointegrated biomechanics.J Oral Implant,1986;12:350
4，赵铱民，高元，安燕,等.无牙颌患侧上颌骨缺损的修复.实用口腔医学杂志，1996，12(1)：40
5，Roumanas ED,Nishimura RD,Davis BK,et al.Clinical evaluation of implants retaining edentulous maxillary obturator prostheses.J Prosthet Dent,1997,77(2):184
6，Hellden LB,Derand T.Description and evaluation of a simplified method to achieve passive fit between cast titanium frameworks and implants.Int J Oral Maxillofac Implants,1998,13(2):190
收稿：2000-05-20, 百拇医药