不同附著體類型對種植覆蓋義齒運(yùn)動方式、載荷分配及應(yīng)力分布的影響

不同附著體類型對種植覆蓋義齒運(yùn)動方式、載荷分配及應(yīng)力分布的影響

覆蓋義齒的兩個體可以提供一定的固定和穩(wěn)定性，手術(shù)傷口小，成本相對較低。這是無牙重復(fù)牙齒修復(fù)的最佳選擇，因為它能夠很好地吸收下頜牙齒的骨髓。種植覆蓋義齒上部結(jié)構(gòu)采用附著體與種植體連接,義齒在行使咬合功能過程中,咬合力由種植體和遠(yuǎn)端牙槽骨共同承擔(dān)。因此,種植義齒生物力學(xué)相容性成為影響修復(fù)遠(yuǎn)期成功率的關(guān)鍵因素。大量的研究報道和臨床實(shí)踐證實(shí),不當(dāng)?shù)囊Ш狭Ψ植紩斐上骂M牙槽骨的吸收,從而影響種植體與修復(fù)體的使用壽命。對于種植覆蓋義齒的研究以往主要集中于種植體周圍骨組織應(yīng)力分布的研究和臨床修復(fù)病例的隨訪調(diào)查研究[3~5],系統(tǒng)性研究不同附著體類型對于種植覆蓋義齒運(yùn)動方式、載荷分配、頜骨內(nèi)應(yīng)力分布的影響卻較少。本實(shí)驗利用有限元分析法,通過精確構(gòu)建包含頜骨、附著體和覆蓋義齒的完整模型,模擬并比較在正中咬合時,4種不同類型附著體下頜2植體種植覆蓋義齒的運(yùn)動方式、載荷分配及頜骨內(nèi)的應(yīng)力分布情況,以期為臨床實(shí)際工作提供理論依據(jù)。材料和方法1ugnx6.0數(shù)據(jù)的處理及建模選擇1例下頜牙列缺失,擬行下頜2植體種植覆蓋義齒修復(fù)病例,征得其同意,采集其下頜骨及活動義齒CT(GE-HispeedCT,GEcorporation,America)數(shù)據(jù)。利用Mimics10.01軟件(Materialise公司,Belgium)對CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建,獲得下頜骨及義齒的STL數(shù)據(jù),導(dǎo)入GeomagicStudio11.0軟件(Raindrop公司,美國),經(jīng)處理轉(zhuǎn)化為非均勻有理B樣(non-uniformRationalB-splires,NURBS)曲面,最終進(jìn)入UGNX6.0(siemensPLMSoftware公司,Germany)將其實(shí)體化,分別獲得松質(zhì)骨、皮質(zhì)骨(2mm)、黏膜(2mm)和義齒的三維實(shí)體模型。根據(jù)植體和附著體各部件外形參數(shù),在UGNX6.0軟件中通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、布爾運(yùn)算等命令,建立植體和附著體實(shí)體模型。Nobel種植體(NobelRelace,Sweden),直徑4.3mm,長度11.5mm,螺距0.71mm,螺紋寬0.315mm,螺紋連續(xù)且光滑。通過裝配及布爾運(yùn)算等命令將2植體植入頜骨雙側(cè)尖牙位置,完成附著體陰陽部件和義齒的裝配。(圖1)2t-scan臨床在頜骨將實(shí)體模型導(dǎo)入Abaqus/CAE6.10(DassaultSIMULIA公司,USA),按照表1對各部件賦予材料屬性,假設(shè)模型為連續(xù)、均質(zhì)、各向同性的線彈性材料;植體和頜骨100%骨性結(jié)合。義齒-黏膜、附著體陰陽部件之間設(shè)置為contact,其余組件間接觸關(guān)系設(shè)置為tie;定義義齒-黏膜間摩擦系數(shù)為0.334。沿下頜骨下緣設(shè)置為固定約束。利用T-Scan臨床測得下頜2植體種植覆蓋義齒正中咬合時咬合力分布情況,對模型進(jìn)行加載。100N垂直于咬合平面向下加載,其中前牙20N,前磨牙37N,磨牙43N。最終獲得桿卡附著體(B)、磁性附著體(M)、ERA附著體(E)和球帽附著體(R)4組三維有限元模型。義齒-黏膜-頜骨運(yùn)動方式及載荷的分配當(dāng)載荷作用于義齒后,首先引起義齒的運(yùn)動。在運(yùn)動中,載荷通過義齒-附著體-植體-頜骨;義齒-黏膜-頜骨兩條途徑傳遞入頜骨,最終形成頜骨內(nèi)應(yīng)力分布。本實(shí)驗使用CPRESS(接觸正壓力)描述義齒的運(yùn)動方式;CFTM(接觸合力)描述載荷在兩條傳導(dǎo)途徑上的分配狀況;Mises應(yīng)力云圖和Mises應(yīng)力累計頻率曲線圖描述頜骨內(nèi)應(yīng)力分布狀況。1兩植體旋轉(zhuǎn)分布義齒在載荷作用下發(fā)生運(yùn)動,對黏膜造成擠壓。通過黏膜所受壓力反映義齒運(yùn)動狀況(圖2)。桿卡組和磁性組義齒黏膜后方壓力明顯大于前方,提示兩種義齒繞支點(diǎn)線(兩植體連線)旋轉(zhuǎn),義齒后端下沉;ERA組和球帽組義齒黏膜前部也有明顯的壓力分布,提示兩種義齒前部都有沉降運(yùn)動;球帽組黏膜表面壓力分布均勻,顯示義齒向下發(fā)生了均勻沉降。球帽組義齒與黏膜接觸面積占黏膜總面積的比例最大,其次是ERA組,桿卡組較低,磁性組最低(表2)。2牙槽哌對下頜兩植體及牙槽增加的影響通過輸出附著體陰-陽部件、黏膜-義齒間的接觸合力(CFTM),得出分配在兩植體及牙槽嵴上的載荷大小(圖3)。從圖3可知,下頜兩植體種植覆蓋義齒載荷由植體和牙槽嵴共同承擔(dān)。ERA組和磁性組植體所承擔(dān)的載荷遠(yuǎn)大于球帽組,球帽組牙槽嵴承擔(dān)了幾乎所有載荷。3模型2:雙側(cè)后方牙槽內(nèi)應(yīng)力正中咬合時,不同附著體覆蓋義齒頜骨內(nèi)Mises應(yīng)力分布(圖4)。從圖4和表3可知,頜骨內(nèi)應(yīng)力主要集中于植體舌側(cè)的皮質(zhì)骨內(nèi),其中桿卡組植體周圍應(yīng)力最大,磁性組其次,ERA組較小,球帽組最小,且明顯小于其它3組。輸出每個模型雙側(cè)后方牙槽嵴皮質(zhì)骨(6545個網(wǎng)格)應(yīng)力數(shù)據(jù),繪制應(yīng)力累計頻率曲線圖(圖5)。4種附著體覆蓋義齒后方牙槽嵴應(yīng)力水平較為接近,其中桿卡組后方牙槽嵴應(yīng)力水平最高,球帽組其次,ERA組應(yīng)力水平較低,磁性組最低。球帽和era對義齒運(yùn)動情況的分析有限元分析的前提是模型的準(zhǔn)確性和模擬情況的真實(shí)性。本實(shí)驗使用臨床病例CT數(shù)據(jù)和廠家提供的植體及附著體外形尺寸,較為準(zhǔn)確地重建了模型各部件的幾何形態(tài),尤其是下頜骨復(fù)雜的外形和附著體部件的細(xì)微結(jié)構(gòu),大大提高了模型的準(zhǔn)確性。同時本模型包含了研究所需的所有部件,模型完整。通過對附著體陰陽部件及義齒-黏膜間接觸和摩擦關(guān)系的定義,實(shí)現(xiàn)了對義齒和附著體正?；瑒拥哪M。另外,由于正中牙合是咀嚼運(yùn)動中最常見的咬合位置,同時也是義齒行使咬合功能時最主要的牙合位關(guān)系,覆蓋義齒的運(yùn)動及咬合力分布主要在正中咬合時體現(xiàn),所以本研究使用T-Scan測得下頜兩植體種植覆蓋義齒正中咬合時咬合力的分布情況,進(jìn)行全牙列加載,提高了實(shí)驗?zāi)M情況的真實(shí)性。附著體通常是由陰性和陽性部件組成,其一部分與種植體結(jié)合,另一部分與義齒結(jié)合,通過陰陽部件的相互作用,為義齒提供固位和穩(wěn)定。多數(shù)附著體的陰陽部件在一定的方向上可以實(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動,因此種植覆蓋義齒在咬合力的作用下,也可能發(fā)生運(yùn)動,已有學(xué)者通過實(shí)驗證明了這一點(diǎn)。義齒的運(yùn)動會對黏膜造成壓力,位移大小與壓力成正比。本實(shí)驗利用黏膜所受壓力的大小反映義齒的運(yùn)動情況。實(shí)驗結(jié)果表明,在正中咬合時,球帽組和ERA組義齒整個黏膜前后受力均勻,提示義齒整體在咬合力作用下發(fā)生均勻沉降運(yùn)動;磁性組和桿卡組義齒黏膜后端受到較大壓力,前端未見明顯壓力分布。結(jié)合實(shí)驗使用的圓頂型磁性附著體和圓形桿卡附著體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),兩種附著體在垂直方向上未見明顯運(yùn)動。桿卡組發(fā)生了以支點(diǎn)線為軸的繞桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,義齒后端沉降對黏膜造成壓力。圓頂型磁性組也以支點(diǎn)線為軸,發(fā)生輕微旋轉(zhuǎn),同時義齒后端向后下輕微滑移,也對后方黏膜造成明顯壓力。KimotoS等人也通過臨床實(shí)驗發(fā)現(xiàn)下頜兩植體種植覆蓋義齒在咀嚼運(yùn)動中會發(fā)生繞支點(diǎn)線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,這種旋轉(zhuǎn)翹動增加了義齒的不穩(wěn)定性,降低了患者的滿意度。臨床可以通過增加植體數(shù)目形成平面型支點(diǎn)線,提高義齒的穩(wěn)定性。也可以通過使用ERA和球帽等含有緩沖間隙的附著體,實(shí)現(xiàn)義齒在咀嚼運(yùn)動中的均勻沉降,從而減少義齒的翹動。植體周圍應(yīng)力分布一直是研究者和臨床醫(yī)生關(guān)注的焦點(diǎn)。不當(dāng)?shù)膽?yīng)力將直接導(dǎo)致植體周圍頜骨的破壞甚至吸收,對修復(fù)體的長期生存率影響較大。從本實(shí)驗的結(jié)果來看,植體周圍牙槽骨內(nèi)應(yīng)力峰值,桿卡組最大,磁性組其次,ERA組較小,球帽組最小。其中桿卡組和磁性組應(yīng)力主要集中于植體舌側(cè);ERA組植體周圍應(yīng)力分布較為均勻,舌側(cè)應(yīng)力稍大;球帽組植體周圍應(yīng)力最小,且分布均勻。這與宋芳使用光彈法研究的結(jié)果一致。究其原因,可能是球帽和ERA附著體在垂直方向上有0.4mm的緩沖間隙,在正中咬合力的作用下,義齒發(fā)生均勻沉降,義齒與前方牙槽嵴黏膜的接觸,有效延緩了植體所受的垂直向載荷,因此植體周圍應(yīng)力較低。這與M.Daas等人的研究結(jié)果一致。磁性組和桿卡組義齒繞支點(diǎn)線旋轉(zhuǎn),對應(yīng)力無緩沖作用,同時旋轉(zhuǎn)運(yùn)動對植體產(chǎn)生向后的扭矩,造成植體舌側(cè)應(yīng)力集中。提示臨床可以通過使用球帽和ERA附著體來降低植體周圍應(yīng)力。后方牙槽嵴對覆蓋義齒的穩(wěn)定有著重要的意義,后方牙槽嵴的過度吸收會導(dǎo)致義齒在正中咬合時向后下沉降,直接影響義齒的固位和穩(wěn)定。而目前對于種植覆蓋義齒的研究重點(diǎn)主要集中在植體周圍骨組織的應(yīng)力分布,對于不同附著體對后方牙槽嵴應(yīng)力的影響,文獻(xiàn)報道較少。大量的臨床實(shí)踐證實(shí),全口義齒長期使用會導(dǎo)致后方牙槽嵴的明顯吸收。徐世同等人的研究也表明,黏膜支持型覆蓋義齒患者后方牙槽嵴吸收嚴(yán)重,而植體支持或混合支持型覆蓋義齒后方牙槽嵴未發(fā)現(xiàn)明顯吸收。因此臨床醫(yī)生特別關(guān)注覆蓋義齒的長期使用對義齒后方牙槽嵴應(yīng)力的影響。從本實(shí)驗結(jié)果來看,球帽附著體義齒牙槽嵴承擔(dān)的咬合力最大,但后方牙槽嵴應(yīng)