不同连接设计种植全口义齿的三维光弹应力分析
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：种植义齿；覆盖义齿；全口义齿；三维；光弹性试验
实用口腔医学杂志990323 〔摘要〕 目的：研究常规半口义齿、种植杆卡覆盖义齿及种植固定义齿在
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。方法：用三维光弹应力冻结切片法，对在力作用下的应力状况进行应力冻结，并分别在切牙区、尖牙区、前磨牙区、第一磨牙区、第二磨牙区作3 mm厚切片；并在4 颗种植体周围作包含种植体的5 mm厚切片，分析其内部的应力分布状况。结果：种植覆盖义齿的种植体周围骨界面，牙槽骨的应力值均比常规义齿及种植固定义齿低，无论是哪种形式的种植义齿，都易发生远中种植体受力过大而松动。结论：种植覆盖义齿具有良好的力学特性；在义齿设计时应采取措施保护远中种植体。
, 百拇医药
Three-dimensional photoelastic stress analysis of implant-supported
full dentures with different connectors
Zhang Tie, Ma Xuanxiang, Zhang Shaofeng, et al. Stomatological College, Fourth Millitary Medical University, Xi'an 710032
〔Abstract〕Objective: To investigate the stress distribution under occlusal force in the supporting tissue——alveolar bone and implant resulted from normal single complete dentures, implant-supported overdentures and fixed implant dentures.Methods:Three-dimensional photoelastic frozen section method was used to stress-freeze the stress-situation of occlusal force, and 3 mm slices were made from the areas of incisor, canine, premolar, first molar, second molar; 5 mm slices were made from the surrounding area and including the four implants to analyse the stress distribution in the slices.Results:The stress in the implant-bone interface, alveloar bone surrounding the implant of the implant-supporeted overdentures was lowerthan that of the normal dentures and the fixed implant dentures. all the implant dentures were easy to be loosen by the more presured distal implants. Conclusion:The implant-supported overdentures show better mechanical characteristic. It is important to use some necessary methods to protect the distal implant in denture planning.
, 百拇医药
Key words Dental implant; Overlay denture; Complete denture; Stress analysis; Three-dimension; Photoelastic experiment
种植义齿的研究和应用，解决了常规全口义齿的固位难题，提高了患者的咀嚼效率，同时减缓了牙槽骨的吸收萎缩进程。但在临床实践中也发现种植义齿有一定的机械并发症发生，多为固定螺丝折断[1，2]， 且种植固定义齿发生率高于种植覆盖义齿，这就提示我们，在力作用下常规义齿与种植固定义齿和种植覆盖义齿的力学特性可能有所不同，而且种植固定义齿和种植覆盖义齿的力学特性也不完全一致。Jemt等人[3，4]的研究结果也证实了该问题。本实验采用较先进的实验应力分析方法——三维光弹应力冻结切片法，对下颌常规义齿，下颌种植覆盖义齿及下颌种植固定义齿在力作用下其支持组织的应力分布特点进行研究。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 实验分组
据有关文献[5]报道，4～6 个种植体即可对单颌义齿修复提供足够的支持；种植区应在下颌两颏孔之间的区域， Branemark 体系的种植体直径多为3.75 mm，长度多为13 mm，并且要求各种植体之间必须有4 mm的骨组织间隔。 本研究按照常规方法用硅橡胶阴模复制出9 个相同的环氧树脂下颌模型。9 个上半口义齿及其石膏底座，将直径3.75 mm，长度13 mm的螺旋圆柱状钛种植体分别植入6 付模型的
间的位置上，用其中3 付制作种植覆盖义齿(A组)，另3 付制作种植固定义齿(B组)，桥架及义齿制作采用常规方法；在3 付无种植体的模型上制作常规下颌义齿(C组)。
1.2 加载及应力冻结
, 百拇医药
光弹模型在冻结温度下的所需载荷是实际载荷的1/40[6]，因此，本实验采用1.0 kg垂直加载，即相当于40 kg加载，在机械固位式架上进行。
加载时，将A、B、C模型戴用相应的义齿分别固定于架上， 上颌采用石膏底座戴用上颌义齿后按实验设计的正中位固定于架上，在上颌体架环中央用1.0 kg 砝码加载，然后置于专用冻结的烘箱内，按照冻结温度曲线进行模型的应力冻结。
为了减少人为因素的影响，采用YCC-12型智能温度控制仪，对冻结全过程实行微机程序温度控制。
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1.3 冻结模型切片的制取与测试
根据下颌无牙颌牙槽骨与下颌义齿相对应的人工牙排列的位置关系，我们将切片区选在切牙区、尖牙区、前磨牙区、第一磨牙区，第二磨牙区，并且为了了解和比较覆盖义齿和固定义齿种植体周围的应力分布情况，还在4 颗种植体周围做包含种植体的特殊切片。上述各切片位置和方向见图1。
图1 冻结模型切片位置及方向
在切片时，为防止加工应力产生，采用手动钢锯，按牙位的不同位置逐一切出，普通切片厚度为3 mm，特殊切片因包含种植体在其中，故厚度为5 mm。切片时应控制施力的大小，频率一致，并间断进行，同时加水冷却。切片完成后在3 h内观察完毕，以免产生时间边缘效应。
本实验采用北京科学仪器厂生产的WZD-3型光测弹性仪， 按三维光弹常规测试方法观察各切片的应力状况。
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2 结 果
2.1 3 种不同形式下颌全口义齿在垂直载荷下其支持组织的应力状况见图2，其应力值为每组3 个模型相同部位切片的测量平均值。
图2 3 种连接方式义齿各切片位置与应力水平变化曲线
2.2 下颌种植覆盖义齿和种植固定义齿种植体周围应力值比较见图3。
图3 2 种类型义齿种植体骨界面应力值测量结果
3 讨 论
3.1 关于减缓牙槽骨吸收的问题
, 百拇医药
从实验结果来看，在力作用下，种植全口义齿和常规全口义齿的牙槽嵴应力峰值主要位于切片3、7及其邻近区域，但种植覆盖义齿支持组织——牙槽骨所受的力明显低于常规义齿，而种植固定义齿在牙槽骨后部和前部的应力值也较低( 后部甚至低于覆盖义齿)，但中部的应力值却明显增高， 这主要是因为几种义齿的连接方式不同而造成的。从减缓牙槽骨吸收萎缩程度的角度来看，牙槽骨承受过重的负荷会发生吸收，而种植覆盖义齿除较好地解决了义齿的固位问题外，能较大幅度地降低牙槽骨所承受的负荷，起到维护组织健康的作用。种植固定义齿由于其特殊的连接方式，并且多采用的是悬空式卫生桥架，其力学特征也比较特殊，其后部牙槽骨由于不直接与义齿接触或接触轻微，故该处受力很小，而力绝大部分是由种植基牙承担。
3.2 关于从力学角度维护种植体健康的问题
, 百拇医药
种植义齿长期功能的维持，有赖于种植体坚实可靠的支持。从本实验结果来看，远中种植体周围(尖周及颈部)的应力大于近中，固定义齿种植体周围的应力大于覆盖义齿，这就从力学角度上解释了种植义齿修复后易发生远中种植体松动的问题，并且说明种植覆盖义齿对减缓种植体周围骨组织吸收、维护种植体的长期稳定较为有利，这与临床调查情况完全相符。所以我们在临床工作中在能满足义齿固位要求的情况下，应优先选择种植覆盖义齿，以保护种植体的健康，同时应注意合理分布力，以减小种植体的受力。
据文献报道，种植义齿种植体骨界面应力高度集中在其颈部皮质骨层处，这一结论与本实验结果不一致，这主要是由于咬合运动是一系列复杂的变化过程，不仅存在着垂直方向力，同时也存在侧向力，而本实验仅采用了相对比较单纯的垂直加载，故出现了种植体根尖部应力明显大于颈部应力的情况；如果是采用复合加载(即垂直加侧向加载)，可能会造成颈部应力增大，这有待于今后进一步研究证实。
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4 结 论
4.1 种植覆盖义齿的种植体周围骨界面、 牙槽骨的应力值均比常规义齿及种植固定义齿低，显示出较好的力学特性。因此临床上在能满足义齿固位要求的情况下，应优先选择种植覆盖义齿修复。
4.2 种植固定义齿行使功能时容易在局部形成应力集中， 因此应慎重选择这类修复体，以维护组织的健康和提高种植成功率。
4.3 无论是种植覆盖义齿还是种植固定义齿，都易发生远中种植体受力过大而松动，所以在义齿设计时应采用必要措施来防止远中种植体受力过大。
本课题为国家自然科学基金资助项目，编号 39600165
参考文献
1 Tolman DE. Tissue-integrated dental prostheses:the first 78 months of experience at the mayo clinic (see comments). Mayo Clin Proc， 1993, 68:323
, http://www.100md.com
2 Zarb GA. The longitadinal clinical effectiveness of osteointegrated dental implants: the Toronto study part Ⅲ : Problems and complications kencountered. J Prosthet Dent, 1990，64:185
3 Jemt T. In vivo load measurements on osteointegrated implants supporting fixed or removable prostheses:a comparative pilot study. Int J Oral Maxillofac Implants, 1991，6:413
4 Rodriguez AM. Evaluation of strain at the terminal abutment site of a fixed mandibular implant prostheses during cantilever loading. J Prosthodont， 1993，2:93
5 Branemark PI.Tissue-intergrated Prostheses. Chicago: Ouintessence Publishing Co Inc, 1985.439
6 大连工学院编. 光弹性实验. 北京:国防工业出版社, 1978.77
(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：种植义齿；覆盖义齿；全口义齿；三维；光弹性试验
实用口腔医学杂志990323 〔摘要〕 目的：研究常规半口义齿、种植杆卡覆盖义齿及种植固定义齿在
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。方法：用三维光弹应力冻结切片法，对在力作用下的应力状况进行应力冻结，并分别在切牙区、尖牙区、前磨牙区、第一磨牙区、第二磨牙区作3 mm厚切片；并在4 颗种植体周围作包含种植体的5 mm厚切片，分析其内部的应力分布状况。结果：种植覆盖义齿的种植体周围骨界面，牙槽骨的应力值均比常规义齿及种植固定义齿低，无论是哪种形式的种植义齿，都易发生远中种植体受力过大而松动。结论：种植覆盖义齿具有良好的力学特性；在义齿设计时应采取措施保护远中种植体。, 百拇医药
Three-dimensional photoelastic stress analysis of implant-supported
full dentures with different connectors
Zhang Tie, Ma Xuanxiang, Zhang Shaofeng, et al. Stomatological College, Fourth Millitary Medical University, Xi'an 710032
〔Abstract〕Objective: To investigate the stress distribution under occlusal force in the supporting tissue——alveolar bone and implant resulted from normal single complete dentures, implant-supported overdentures and fixed implant dentures.Methods:Three-dimensional photoelastic frozen section method was used to stress-freeze the stress-situation of occlusal force, and 3 mm slices were made from the areas of incisor, canine, premolar, first molar, second molar; 5 mm slices were made from the surrounding area and including the four implants to analyse the stress distribution in the slices.Results:The stress in the implant-bone interface, alveloar bone surrounding the implant of the implant-supporeted overdentures was lowerthan that of the normal dentures and the fixed implant dentures. all the implant dentures were easy to be loosen by the more presured distal implants. Conclusion:The implant-supported overdentures show better mechanical characteristic. It is important to use some necessary methods to protect the distal implant in denture planning.
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Key words Dental implant; Overlay denture; Complete denture; Stress analysis; Three-dimension; Photoelastic experiment
种植义齿的研究和应用，解决了常规全口义齿的固位难题，提高了患者的咀嚼效率，同时减缓了牙槽骨的吸收萎缩进程。但在临床实践中也发现种植义齿有一定的机械并发症发生，多为固定螺丝折断[1，2]， 且种植固定义齿发生率高于种植覆盖义齿，这就提示我们，在
力作用下常规义齿与种植固定义齿和种植覆盖义齿的力学特性可能有所不同，而且种植固定义齿和种植覆盖义齿的力学特性也不完全一致。Jemt等人[3，4]的研究结果也证实了该问题。本实验采用较先进的实验应力分析方法——三维光弹应力冻结切片法，对下颌常规义齿，下颌种植覆盖义齿及下颌种植固定义齿在力作用下其支持组织的应力分布特点进行研究。, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 实验分组
据有关文献[5]报道，4～6 个种植体即可对单颌义齿修复提供足够的支持；种植区应在下颌两颏孔之间的区域， Branemark 体系的种植体直径多为3.75 mm，长度多为13 mm，并且要求各种植体之间必须有4 mm的骨组织间隔。 本研究按照常规方法用硅橡胶阴模复制出9 个相同的环氧树脂下颌模型。9 个上半口义齿及其石膏底座，将直径3.75 mm，长度13 mm的螺旋圆柱状钛种植体分别植入6 付模型的
间的位置上，用其中3 付制作种植覆盖义齿(A组)，另3 付制作种植固定义齿(B组)，桥架及义齿制作采用常规方法；在3 付无种植体的模型上制作常规下颌义齿(C组)。1.2 加载及应力冻结
, 百拇医药
光弹模型在冻结温度下的所需载荷是实际载荷的1/40[6]，因此，本实验采用1.0 kg垂直加载，即相当于40 kg加载，在机械固位式
架上进行。加载时，将A、B、C模型戴用相应的义齿分别固定于
架上， 上颌采用石膏底座戴用上颌义齿后按实验设计的正中位固定于架上，在上颌体架环中央用1.0 kg 砝码加载，然后置于专用冻结的烘箱内，按照冻结温度曲线进行模型的应力冻结。为了减少人为因素的影响，采用YCC-12型智能温度控制仪，对冻结全过程实行微机程序温度控制。
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1.3 冻结模型切片的制取与测试
根据下颌无牙颌牙槽骨与下颌义齿相对应的人工牙排列的位置关系，我们将切片区选在切牙区、尖牙区、前磨牙区、第一磨牙区，第二磨牙区，并且为了了解和比较覆盖义齿和固定义齿种植体周围的应力分布情况，还在4 颗种植体周围做包含种植体的特殊切片。上述各切片位置和方向见图1。
图1 冻结模型切片位置及方向
在切片时，为防止加工应力产生，采用手动钢锯，按牙位的不同位置逐一切出，普通切片厚度为3 mm，特殊切片因包含种植体在其中，故厚度为5 mm。切片时应控制施力的大小，频率一致，并间断进行，同时加水冷却。切片完成后在3 h内观察完毕，以免产生时间边缘效应。
本实验采用北京科学仪器厂生产的WZD-3型光测弹性仪， 按三维光弹常规测试方法观察各切片的应力状况。
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2 结 果
2.1 3 种不同形式下颌全口义齿在垂直载荷下其支持组织的应力状况见图2，其应力值为每组3 个模型相同部位切片的测量平均值。
图2 3 种连接方式义齿各切片位置与应力水平变化曲线
2.2 下颌种植覆盖义齿和种植固定义齿种植体周围应力值比较见图3。
图3 2 种类型义齿种植体骨界面应力值测量结果
3 讨 论
3.1 关于减缓牙槽骨吸收的问题
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从实验结果来看，在
力作用下，种植全口义齿和常规全口义齿的牙槽嵴应力峰值主要位于切片3、7及其邻近区域，但种植覆盖义齿支持组织——牙槽骨所受的力明显低于常规义齿，而种植固定义齿在牙槽骨后部和前部的应力值也较低( 后部甚至低于覆盖义齿)，但中部的应力值却明显增高， 这主要是因为几种义齿的连接方式不同而造成的。从减缓牙槽骨吸收萎缩程度的角度来看，牙槽骨承受过重的负荷会发生吸收，而种植覆盖义齿除较好地解决了义齿的固位问题外，能较大幅度地降低牙槽骨所承受的负荷，起到维护组织健康的作用。种植固定义齿由于其特殊的连接方式，并且多采用的是悬空式卫生桥架，其力学特征也比较特殊，其后部牙槽骨由于不直接与义齿接触或接触轻微，故该处受力很小，而力绝大部分是由种植基牙承担。3.2 关于从力学角度维护种植体健康的问题
, 百拇医药
种植义齿长期功能的维持，有赖于种植体坚实可靠的支持。从本实验结果来看，远中种植体周围(尖周及颈部)的应力大于近中，固定义齿种植体周围的应力大于覆盖义齿，这就从力学角度上解释了种植义齿修复后易发生远中种植体松动的问题，并且说明种植覆盖义齿对减缓种植体周围骨组织吸收、维护种植体的长期稳定较为有利，这与临床调查情况完全相符。所以我们在临床工作中在能满足义齿固位要求的情况下，应优先选择种植覆盖义齿，以保护种植体的健康，同时应注意合理分布
力，以减小种植体的受力。据文献报道，种植义齿种植体骨界面应力高度集中在其颈部皮质骨层处，这一结论与本实验结果不一致，这主要是由于咬合运动是一系列复杂的变化过程，不仅存在着垂直方向
力，同时也存在侧向力，而本实验仅采用了相对比较单纯的垂直加载，故出现了种植体根尖部应力明显大于颈部应力的情况；如果是采用复合加载(即垂直加侧向加载)，可能会造成颈部应力增大，这有待于今后进一步研究证实。, http://www.100md.com
4 结 论
4.1 种植覆盖义齿的种植体周围骨界面、 牙槽骨的应力值均比常规义齿及种植固定义齿低，显示出较好的力学特性。因此临床上在能满足义齿固位要求的情况下，应优先选择种植覆盖义齿修复。
4.2 种植固定义齿行使功能时容易在局部形成应力集中， 因此应慎重选择这类修复体，以维护组织的健康和提高种植成功率。
4.3 无论是种植覆盖义齿还是种植固定义齿，都易发生远中种植体受力过大而松动，所以在义齿设计时应采用必要措施来防止远中种植体受力过大。
本课题为国家自然科学基金资助项目，编号 39600165
参考文献
1 Tolman DE. Tissue-integrated dental prostheses:the first 78 months of experience at the mayo clinic (see comments). Mayo Clin Proc， 1993, 68:323
, http://www.100md.com
2 Zarb GA. The longitadinal clinical effectiveness of osteointegrated dental implants: the Toronto study part Ⅲ : Problems and complications kencountered. J Prosthet Dent, 1990，64:185
3 Jemt T. In vivo load measurements on osteointegrated implants supporting fixed or removable prostheses:a comparative pilot study. Int J Oral Maxillofac Implants, 1991，6:413
4 Rodriguez AM. Evaluation of strain at the terminal abutment site of a fixed mandibular implant prostheses during cantilever loading. J Prosthodont， 1993，2:93
5 Branemark PI.Tissue-intergrated Prostheses. Chicago: Ouintessence Publishing Co Inc, 1985.439
6 大连工学院编. 光弹性实验. 北京:国防工业出版社, 1978.77
(收稿：1999-03-28 修回：1999-04-21), http://www.100md.com