沖頂器頂位置位置對(duì)竇底提升的影響

沖頂器頂位置位置對(duì)竇底提升的影響

自1966年branema發(fā)現(xiàn)純鈦能與人體骨骼結(jié)合的骨整合理論以來(lái)，現(xiàn)代牙齒的種植和應(yīng)用日益普遍。但上頜后牙區(qū)由于上頜竇的存在,竇底骨的高度通常不足,限制了較長(zhǎng)種植體的適用,而且上頜后牙區(qū)的骨質(zhì)通常比較疏松,種植的失敗率相對(duì)較高。目前有許多方法通過植骨增加上頜后牙區(qū)頜骨的高度與寬度來(lái)提高種植體的長(zhǎng)期成功率。經(jīng)上頜竇前壁入路的上頜竇外提升術(shù)已經(jīng)取得了較好的臨床效果,但手術(shù)較復(fù)雜、創(chuàng)傷大、植骨量多、費(fèi)用較高等限制了其在臨床上的廣泛使用。Summers提出的上頜竇內(nèi)提升術(shù)同期植入種植體的方法,由于手術(shù)創(chuàng)傷較小、操作簡(jiǎn)便逐漸被臨床采用。但上頜竇內(nèi)提升術(shù)往往在盲視下操作,手術(shù)過程中難于判斷上頜竇黏膜的完整性。目前對(duì)于不同上頜竇底位置沖頂是否會(huì)影響上頜竇內(nèi)提升術(shù)竇底提升的過程的研究尚無(wú)報(bào)道。本試驗(yàn)采用三維有限元法,通過建立不同上頜竇底位置沖頂?shù)纳项M竇區(qū)域及沖頂器的模型,動(dòng)態(tài)模擬研究行竇底沖頂時(shí)沖頂器、竇底骨質(zhì)及黏膜的應(yīng)力和位移情況。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)材料1.1.1牙周組織的考察選擇男性志愿受試者1名,年齡45歲,全口牙列完整,牙周組織健康,無(wú)明顯牙槽嵴吸收,上頜竇底形態(tài)為淺凹形,上頜竇底骨平均高度為10mm。1.1.2g/g/lx4.0軟件,即本網(wǎng)絡(luò)、ug/hg/hg/lg/hg-1.0、tm16排螺旋CT(GELightSpeed,美國(guó)),Bonecondenser(Friadent,德國(guó)),MIMICS10.01軟件(Materialise公司,比利時(shí)),IMAGEWARE11軟件(imageware公司,美國(guó)),ANSYSWORKBENCH11軟件(ANSYS公司,美國(guó)),UGNX4.0軟件(UGS公司,美國(guó)),個(gè)人電腦Xeon(TM)2.80GHz,2.00GB內(nèi)存,硬盤640G。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1螺旋掃描及骨組織窗觀察掃描的數(shù)據(jù)采用16排螺旋CT,以聽眥線為掃描基線進(jìn)行螺旋掃描(120kV,300mA,1s/周),螺距0.625mm,掃描層厚0.625mm,層距0.300mm;掃描時(shí)受試者仰臥,眶耳平面與掃描標(biāo)志線重合;在其全口上下牙列輕微接觸的狀態(tài)下,從下頜頦部下緣開始,至顱頂進(jìn)行連續(xù)螺旋掃描,掃描時(shí)間43.8s;選擇骨組織窗觀察斷層和重建時(shí)的面部骨骼,窗高為800Hu,窗寬為1600Hu;將斷層影像輸出(圖1)。1.2.2影像文件轉(zhuǎn)化選擇上頜骨及顱骨所在的斷層為建模范圍,將這些層面影像輸入到Mimics10.01軟件中,直接進(jìn)行影像文件的識(shí)別與轉(zhuǎn)化,進(jìn)行三維重建,以STL格式文件輸出并保存;應(yīng)用imageware11軟件進(jìn)行曲面重建得到外輪廓,以IGES格式保存。1.2.3模型面偏置利用UGNX4.0軟件進(jìn)行曲面拉伸和實(shí)體重建,將模型進(jìn)行面偏置以重建黏膜、皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨等結(jié)構(gòu),竇底黏膜的厚度為0.5mm,皮質(zhì)骨的厚度為1mm。1.2.4沖頂器模型的建立應(yīng)用UGNX4.0軟件直接繪制3.0mm骨沖頂器模型,加入到上頜竇區(qū)的三維有限元模型,沖頂器的頂端距上頜竇底皮質(zhì)骨外表面2mm。1.2.5下頜竇底模型根據(jù)沖頂器的頂端位置的不同分別建立4組沖頂模型。模型1:沖頂器垂直正對(duì)上頜竇底的平面(圖2)模型2:沖頂器垂直上頜竇底的平面與竇底側(cè)壁成60°角(圖3)模型3:沖頂器垂直上頜竇底的平面與竇底側(cè)壁成30°角(圖4)模型4:沖頂器垂直正對(duì)含縱隔的上頜竇底的平面(圖5)1.3邊境條件將模型上平面給予剛性約束,Z向位移為零,限定咬肌和翼內(nèi)肌附麗各點(diǎn)的Z向位移為零。1.4試驗(yàn)條件假設(shè)將模型中的各種材料和組織假設(shè)為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性材料,材料的力學(xué)參數(shù)(表1)。1.5沖頂器的作用本試驗(yàn)?zāi)M受植區(qū)少量備洞后,將沖頂器作用在上頜竇底為垂直向的沖擊載荷,沖頂?shù)乃俣葹?0m/s,沖頂器的質(zhì)量為200g,耗散系數(shù)為0.5。1.6單元網(wǎng)格劃分利用AnsysWorkbench11軟件中讀取上頜竇區(qū)域的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元分析。給各部分實(shí)體分別賦予相應(yīng)的材料性質(zhì),選用實(shí)體單元,利用網(wǎng)格劃分工具進(jìn)行單元網(wǎng)格的自動(dòng)劃分;為了在不影響分析結(jié)果的基礎(chǔ)上較合理地劃分單元,近上頜竇的皮質(zhì)骨首先劃分得相對(duì)較致密,然后在牙槽嵴利用改進(jìn)工具進(jìn)行細(xì)分。將各種工況條件下的參數(shù)輸入,對(duì)不同條件下模型進(jìn)行計(jì)算,得出各組模型的三維圖像及應(yīng)力和位移數(shù)值,對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較。2結(jié)果2.1下頜竇內(nèi)提升應(yīng)力的變化和模型本實(shí)驗(yàn)建立了不同上頜竇底位置沖頂?shù)纳项M竇區(qū)域及沖頂器的模型,通過模擬上頜竇內(nèi)提升的手術(shù)方法,在提升上頜竇底時(shí)施加沖擊載荷,能夠得到各部分結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布(表2)和位移值(表3)。2.2充填骨與黏膜的提升上頜竇黏膜中的應(yīng)力,模型4達(dá)到7.61MPa,明顯高于其他三組,而且應(yīng)力峰值并沒有出現(xiàn)在沖頂部位,而是出現(xiàn)在上頜竇上部的約束點(diǎn),上頜竇底部皮質(zhì)骨與黏膜的提升幅度模型2>模型1>模型3>模型4,松質(zhì)骨的位移量,模型3>模型2>模型1>模型4。3討論3.1下頜竇內(nèi)提升術(shù)沖頂?shù)牟僮鞣椒ㄓ捎谟邢拊枰獙?duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理,同時(shí)賦予的材料特性與實(shí)際情況存在一定的差異,口腔內(nèi)各種組織一般都為各向異性的材料,因此有限元法計(jì)算的結(jié)果要完全模擬復(fù)雜的口腔生物力學(xué)環(huán)境尚有難度,但只要正確模擬臨床操作,在沖擊載荷作用下,界面產(chǎn)生的應(yīng)力與位移值的變化趨勢(shì)是相同的,結(jié)果對(duì)臨床操作可以起到一定的指導(dǎo)作用。在進(jìn)行上頜竇內(nèi)提升術(shù)沖頂?shù)牟僮鬟^程主要關(guān)心兩方面的內(nèi)容:一為上頜竇底黏膜穿孔的問題,二是上頜竇底提升的效率問題。本研究采用沖擊載荷的方法,計(jì)算順利并得到了收斂的結(jié)果。驗(yàn)證了模型具有良好的幾何相似性和生物力學(xué)相似性。3.2下頜竇的分離上頜竇縱隔分為兩類,一類稱原發(fā)性縱隔,在上頜發(fā)育時(shí)形成,縱隔的高度較高,甚至為完全性縱隔將上頜竇分成兩個(gè)竇腔;另一類為繼發(fā)性縱隔,例如上頜后牙缺失后上頜竇的氣化作用形成局部、較短的縱隔?？v隔在上頜竇中出現(xiàn)的概率高達(dá)33%。通常認(rèn)為上頜竇縱隔的存在加大上頜竇手術(shù)的難度,但也有有利的一面,縱隔通常為皮質(zhì)骨,種植體的固位較好,另外縱隔上的血供會(huì)使骨的形成加速。3.3表面竇的變化竇底黏膜的應(yīng)力比較,模型1、模型2、模型3比較差別不大,但模型4上黏膜應(yīng)力明顯增大,超出黏膜的極限強(qiáng)度(3.91MPa),縱隔的存在給上頜竇的提升造成了很大的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于含縱隔上頜竇的提升,或許降低沖頂敲擊的力量可以相對(duì)降低風(fēng)險(xiǎn),但降低力量可能不產(chǎn)生皮質(zhì)骨的斷裂,另外即便縱隔區(qū)域骨皮質(zhì)產(chǎn)生折裂,復(fù)雜斷面的方向可能會(huì)給黏膜造成額外的損傷,所有這些必須由臨床實(shí)際操作來(lái)檢驗(yàn)。3.4支柱狀結(jié)構(gòu)上頜竇底皮質(zhì)骨與黏膜提升幅度模型2>模型1>模型3>模型4,竇底皮質(zhì)骨與黏膜提升的高度即為上頜竇底提升的效率,帶縱隔的上頜竇底提升幅度最小,是由于縱隔的加強(qiáng)作用,類似于支柱狀結(jié)構(gòu),反映竇底提升的難度加大。而模型3竇底提升的幅度較小,主要是由于在皮質(zhì)骨斜面沖擊,角度較小,沖頂器除了沿沖擊方向運(yùn)動(dòng)外,還沿著斜行面產(chǎn)生了滑動(dòng),這對(duì)上頜竇內(nèi)提升手術(shù)造成一定程度不利的影響。