不同骨结合率对种植体骨界面应力分布的影响

口腔颌面外科杂志年月第卷第期２００５９１５３２３４・・ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒａｌａｎｄＭａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌＳｕｒｇｅｒｙＶｏｌ．１５Ｎｏ．３Ｓ

ｅｐｔｅｍｂｅｒ２００５(

不同骨结合率对种植体

骨界面应力分布的影响潘可风徐晓琳屈汉廷卢军１２

２２，，，同济大学口腔医学院上海解放军医院口腔科上海２０００８１２．２０００７２）（１．４１１；，，摘要目的通过建立含牙种植体的无牙下颌骨三维有限元模型分析不同的骨结合率对种植体骨界面应力分布］［：，的影响为临床设计种植义齿治疗方案提供理论依据方法使用螺旋扫描有限元软件等建立含牙技术ＣＴＣＡＤ。。：，、、分析不同的骨结合率对种植体骨界面应力分布的影响结果不同骨结合率都会种植体的下颌骨三维有限元模型；。：出现种植体颈部皮质骨的应力集中当骨结合率大于或等于时颈部皮质骨处应力值明显下降结论随着骨结６０％；，。：合率的增加颈部皮质骨的应力值有下降的趋势提示临床医生在进行种植义齿修复时需考虑提高种植体骨结合，；，避免影响骨结合的不利因素从而提高种植的成功率率，，。关键词种植体有限元法骨结合率［］；；中图分类号文献标识码文章编号［］Ｒ７８２．１３Ｑ３１８．０１［］Ａ［］

１００５－４９７９２００５０３－０２３４－０４，（）ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＢｏｎｅＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏｔｏＳｔｒｅｓｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＢｏｎｅａｒｏｕｎｄＤｅｎｔａｌＩｍｐｌａｎｔＬＵＪ

ｕｎ，ＰＡＮＫｅ－ｆｅｎｇ，ＸＵＸｉａｏ－ｌｉｎ，ＱＵＨａｎ－ｔｉｎ

ｇ１２２２１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｔｏｍａｔｏｌｏｇｙ，４１

１ｔｈＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＰＬＡ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００８１；（２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｔｏｍａｔｏｌｏｇｙ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ：Ｔｏｂｕｉｌｄａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｅｄｅｎｔｕｌｏｕｓｍａｎｄｉｂｌｅｗｉｔｈｉｍｐｌａｎｔａｎｄａｎａｌ－ｙｓｉｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏｔｏｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｂｏｎｅａｒｏｕｎｄｄｅｎｔａｌｉｍｐｌａｎｔ．Ｍｅｔｈｏｄｓ：Ａｔｈｒｅｅ－ｄｉ－ｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｅｄｅｎｔｕｌｏｕｓｍａｎｄｉｂｌｅｗｉｔｈｉｍｐｌａｎｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｓｐｉｒａｌＣＴｓｃａｎ，ｉｍａｇｅｐｒｏ－ｃｅｓｓ，ａｎｄＣＡＤａｎｄＦＥＡｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｒｏｕｎｄｄｅｎｔａｌｉｍｐｌａｎｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｒｅ－ｓｕｌｔｓ：Ｔｈｅｃｏｒｔｉｃａｌｂｏｎｅａｒｏｕｎｄｉｍｐｌａｎｔｎｅｃｋｗａｓａｌｗａｙｓｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｒｅａｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｒｔｉｃａｌｂｏｎｅａｒｅａａｒｏｕｎｄｉｍｐｌａｎｔｎｅｃｋｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｈｅｎｔｈｅｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏｗａｓｅｑｕａｌｏｒｍｏ

ｒｅｔｈａｎ６０％．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｒｔｉ

ｃａｌｂｏｎｅａｒｏｕｎｄｉｍｐｌａｎｔｎｅｃｋｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａ－ｔｉｏ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｓｕｃｃｅｓｓｏｆｉｍｐｌａｎｔ－ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏａｖｏｉｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｏｓｓｅｏｉｎｔｅｒｇｒａ－ｔｉｏｎｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｄｅｎｔａｌｉｍｐｌａｎｔｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂｏｎｅｃｏｎｔ

ａｃｔｒａｔｉｏ；；!!!!!!种植体与骨组织界面的结合程度与种植体的选

择一牙槽骨中度吸收完整的无牙下颌骨干，、形态与材料种植条件及载荷状态等因素有关骨结骨作为标本螺旋机台式计算机透射扫描仪ＣＴ、。。，，。合率有关程序骨小梁接触的种植体面积种植体可利用的总图像分析软件有／ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＡｕｔｏＣＡＤ１４（：，，面积是反映种植体与骨组织界面结合程度限元分析软件统计软件×１０

０％ＡｌｇｏｒＳＰＳＳ），。建模方法１．２的指标本实验采用扫描计算机图象处理及ＣＴ。、有限元法分析不同的骨结合率对种植技术ＣＡＤ

将所选择的无牙下颌骨干骨标本置于扫描，、ＣＴ体骨界面应力分布的影响平台上其牙合平面与水平面平行并建立坐标轴原点。，，材料与方法１标志从下颌骨下缘开始至双侧髁突顶部作连续扫。材料与设备１．１描扫描间距２ｍｍ。。用透射扫描仪扫描照片将影像信息转ＣＴＣＴ， 收稿日期２００５－０６－１３：作者简介卢军男湖南人副主任医师硕士换为图像数据文件１９５８．Ｅ－ｍａｉｌ：：（），，，，。ｄｒｌｕ２００５＠ｈ

ｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ

卢军等不同骨结合率对种植体骨界面应力分布的影响．，２３５・・ＬＵＪｕ

ｎ，ｅｔａｌ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＤｉｆｆｅｒｅｎｔＢｏｎｅＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏｔｏＳｔｒｅｓｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＢｏｎｅａｒｏｕｎｄＤｅｎｔａｌＩｍｐｌａｎｔ１ !!!!!!用图像分析软件处理图像数ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＣＴ（） 据对皮质骨和松质骨的边界做强化及二值化处理，。经过图像处理使下颌骨复杂的像素图像简化为线，条图像。骨内依据坐标轴原点标志在中建立平面ＡｕｔｏＣＡＤ，段

直角坐标系使每一幅图片均处于同一坐标系获取，。每一节点的坐标值在有限元软件中形成有限元模，型的数据文件。图骨结合率

模拟１ＣＦｉｇｕｒｅ１ＣＢｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ本实验将螺旋状种植体简化成规则Ｂｒｎｅｍａｒｋ!的圆柱状种植体图并按照原始的尺寸直径对称种植体与骨界面为完全的骨性结合受力时各１Ａ（），（。，长度骨内段基台在４ｍｍ，１６ｍｍ１０ｍｍ６ｍｍ界面不产生相互的滑动由于本实验主要研究的是，，），。中作图种植体放置在下颌骨两颏孔间ＡｕｔｏＣＡＤ种植体骨界面的应力分布规律所以整个上部结构。，，简化为高的圆柱形基台相当于第一双尖牙的位置图４ｍｍ１Ｂ。（）。材料参数模型中各种材料的力学参数见表１．４．２１ 表材料参数１Ｔａｂｌｅ１Ｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 材料名称泊松比参考文献弹性模量（ｖ）ＥＧＰａ（） 纯钛１１５０．３５［１］皮质骨１４．８０．３５［１］致密松质骨１．８５０．３０［１］图种植体单元１Ａ纤维结缔

组织０．００２０．４５［２］Ｆｉｇｕｒｅ１ＡＩｍｐｌａｎｔｅｌｅｍｅｎｔ 边界条件将下颌骨两侧最后截面作为后缘１．４．３， 该截面内所有节点的自由度均予以刚性约束阻止，下颌骨的刚体移动。加载条件分为垂直加载和侧向加载垂直加１．４．４：牙合平面呈侧向加载的角度与牙合平面成载与９０°；加载方向由舌侧向颊侧加载力量为平２００Ｎ６０°，。，均分配到四个节点。计算分析采用有限元分析软件对各１．４．５Ａｌｇｏｒ，实验组进行应力和位移计算观察在载荷作用下不，图含牙种植体下颌骨三维有限元模型１Ｂ同骨结合率时种植体骨界面骨组织内的应力分布，Ｆｉｇｕｒｅ１ＢＴｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｍａｎｄｉｂｌｅｗｉｔｈｄｅｎｔａｌｉｍｐｌａｎｔ应力详见图ＶＯＮｍｉｓｓ１Ｄ（），。本实验中所有单元全部采用六面体块单元本。 研究的基本模型共有节点个六面体块单元２３５７，第一层共个其中种植体节点个单元个１９７２２８８１９２。，。第二层实验分组１．３第三层第四层根据无牙下颌骨基本模型分别按骨结合率，第五层随机分３０％４０％５０％６０％７０％８０％９０％１００％、、、、、、、底层配种植体周围各单元图建立种模拟不同骨１Ｃ８（），结合率的有限元模型。力学参数与假设１．４模型中的各材料和组织为连续均质假设１．４．１、、图种植体各层１Ｄ各向同性的线弹性材料下颌骨相对于矢状面完全。Ｆｉｇｕｒｅ１ＤＬａｙｅｒｓｏｆｉｍｐｌａｎｔ

口腔颌面外科杂志年月第卷第期２００５９１５３２３６・・ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒａｌ

ａｎｄＭａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌＳｕｒｇｅｒｙＶｏｌ．１５Ｎｏ．３Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２００５( 结果２平均增加尽管各模型颈部皮质骨处应力值４２．６％。

垂直加载条件下各组骨结合率模型应力变化２．１都比较集中但随着结合率的增加应力有下降的趋，，垂直加载时不同骨结合率模型在颈部皮质骨势图骨结合率大于时颈部皮质骨应力２Ｄ５０％，（）。，处图第一层都出现应力集中以骨结合率为的下降也表现一个为明显的梯度统计结果与垂直１Ｄ（），。时最明显应力值分别为３０％４０％５０％１０５

９３．６加载时的规律一致、、，、、。而在种植体中部应力值很小在根尖部应８６．３ＭＰａ。， ｖｏｎＭｉｓｅｓ３０％１．８０Ｅ＋０１ｖｏｎＭｉｓｅｓ４０％

力值有所增加图当骨结合率大于时颈２Ａ５０％（）。，１．６０Ｅ＋０１ｖｏ

ｎＭｉｓｅｓ５０％１．４０Ｅ＋０１）ｖｏｎＭｉｓｅｓ６０％ａ部皮质骨处应力值明显下降图骨结合率从２Ｂ（）。Ｐ１．２０Ｅ＋０１ＭｖｏｎＭｉｓｅｓ９０％

１．００Ｅ＋０１（值时应力值的变化范围６０％～１００％５．２４～４．４ＭＰａ，。８．００Ｅ＋００力６．００Ｅ＋００应４．００Ｅ＋００ １．２０Ｅ＋０１ｖｏｎＭｉｓｅｓ３０％２．００Ｅ＋００ｖｏｎＭｉｓｅｓ４０％０．００Ｅ＋００１．００Ｅ＋０１ｖｏｎＭｉｓｅｓ５０％第一层第二层第三层第四层第五层底层ｖｏｎＭｉｓｅｓ６０％８．００Ｅ＋００ｖｏｎＭｉｓｅｓ９０％种植体各层）ａＰ斜向加载时不同骨结合率种植体周围各层应力图２ＣＭ６．００Ｅ＋００（值Ｆｉｇｕｒｅ２ＣＴｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｂｏｎｅａｒｏｕｎｄｄｅｎｔａｌｉｍｐｌａｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔ力４．００Ｅ＋００应ｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏｂｙｏｂｌｉｑｕｅｌｏａｄｉｎｇ２．００Ｅ＋０００．００Ｅ＋００ｖｏｎＭｉｓｅｓ第一层第二层第三层第四层第五层底层 １．８０Ｅ＋０１种植体各层１．６０Ｅ＋０１１．４０Ｅ＋０１）图垂直加载下不同骨结合率种植体周围各层应力２ＡａＰ１．２０Ｅ＋０１ＭＦｉｇｕｒｅ２ＡＴｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｂｏｎｅａｒｏｕｎｄｄｅｎｔａｌｉｍｐｌａｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔ１．００Ｅ＋０１（值８．００Ｅ＋００ｂｏｎｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏｂｙｖｅｒｔｉｃａｌｌｏａｄｉｎｇ力６．００Ｅ＋００应４．００Ｅ＋００２．００Ｅ＋００ｖｏｎＭｉｓｅｓ０．００Ｅ＋００３０％４０％５０％６０％７０％８０％９０％１００％ １．２０Ｅ＋０１结合率１．００Ｅ＋０１斜向加载时不同骨结合率种植体颈部皮质骨应力图２Ｄ）ａ８．００Ｅ＋００ＰＭＦｉｇｕｒｅ２ＤＴｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｒｔｉｃａｌｂｏｎｅａｒｏｕｎｄｉｍｐｌａ