不同附著體類型對種植覆蓋義齒運動方式、載荷分配及應力分布的影響

不同附著體類型對種植覆蓋義齒運動方式、載荷分配及應力分布的影響

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。這是無牙重復牙齒修復的最佳選擇，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端牙槽骨共同承擔。因此,種植義齒生物力學相容性成為影響修復遠期成功率的關鍵因素。大量的研究報道和臨床實踐證實,不當?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力分布的研究和臨床修復病例的隨訪調(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動方式、載荷分配、頜骨內(nèi)應力分布的影響卻較少。本實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動方式、載荷分配及頜骨內(nèi)的應力分布情況,以期為臨床實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)進行三維重建,獲得下頜骨及義齒的STL數(shù)據(jù),導入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,最終進入UGNX6.0(siemensPLMSoftware公司,Germany)將其實體化,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)、布爾運算等命令,建立植體和附著體實體模型。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臨床在頜骨將實體模型導入Abaqus/CAE6.10(DassaultSIMULIA公司,USA),按照表1對各部件賦予材料屬性,假設模型為連續(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置為contact,其余組件間接觸關系設置為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-頜骨運動方式及載荷的分配當載荷作用于義齒后,首先引起義齒的運動。在運動中,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)應力分布。本實驗使用CPRESS(接觸正壓力)描述義齒的運動方式;CFTM(接觸合力)描述載荷在兩條傳導途徑上的分配狀況;Mises應力云圖和Mises應力累計頻率曲線圖描述頜骨內(nèi)應力分布狀況。1兩植體旋轉(zhuǎn)分布義齒在載荷作用下發(fā)生運動,對黏膜造成擠壓。通過黏膜所受壓力反映義齒運動狀況(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。ERA組和磁性組植體所承擔的載荷遠大于球帽組,球帽組牙槽嵴承擔了幾乎所有載荷。3模型2:雙側(cè)后方牙槽內(nèi)應力正中咬合時,不同附著體覆蓋義齒頜骨內(nèi)Mises應力分布(圖4)。從圖4和表3可知,頜骨內(nèi)應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)應力數(shù)據(jù),繪制應力累計頻率曲線圖(圖5)。4種附著體覆蓋義齒后方牙槽嵴應力水平較為接近,其中桿卡組后方牙槽嵴應力水平最高,球帽組其次,ERA組應力水平較低,磁性組最低。球帽和era對義齒運動情況的分析有限元分析的前提是模型的準確性和模擬情況的真實性。本實驗使用臨床病例CT數(shù)據(jù)和廠家提供的植體及附著體外形尺寸,較為準確地重建了模型各部件的幾何形態(tài),尤其是下頜骨復雜的外形和附著體部件的細微結(jié)構(gòu),大大提高了模型的準確性。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系的定義,實現(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系,覆蓋義齒的運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,進行全牙列加載,提高了實驗模擬情況的真實性。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現(xiàn)相對運動,因此種植覆蓋義齒在咬合力的作用下,也可能發(fā)生運動,已有學者通過實驗證明了這一點。義齒的運動會對黏膜造成壓力,位移大小與壓力成正比。本實驗利用黏膜所受壓力的大小反映義齒的運動情況。實驗結(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,兩種附著體在垂直方向上未見明顯運動。桿卡組發(fā)生了以支點線為軸的繞桿旋轉(zhuǎn)運動,義齒后端沉降對黏膜造成壓力。圓頂型磁性組也以支點線為軸,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等人也通過臨床實驗發(fā)現(xiàn)下頜兩植體種植覆蓋義齒在咀嚼運動中會發(fā)生繞支點線的旋轉(zhuǎn)運動,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,實現(xiàn)義齒在咀嚼運動中的均勻沉降,從而減少義齒的翹動。植體周圍應力分布一直是研究者和臨床醫(yī)生關注的焦點。不當?shù)膽⒅苯訉е轮搀w周圍頜骨的破壞甚至吸收,對修復體的長期生存率影響較大。從本實驗的結(jié)果來看,植體周圍牙槽骨內(nèi)應力峰值,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力主要集中于植體舌側(cè);ERA組植體周圍應力分布較為均勻,舌側(cè)應力稍大;球帽組植體周圍應力最小,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線旋轉(zhuǎn),對應力無緩沖作用,同時旋轉(zhuǎn)運動對植體產(chǎn)生向后的扭矩,造成植體舌側(cè)應力集中。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主要集中在植體周圍骨組織的應力分布,對于不同附著體對后方牙槽嵴應力的影響,文獻報道較少。大量的臨床實踐證實,全口義齒長期使用會導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)生特別關注覆蓋義齒的長期使用對義齒后方牙槽嵴應力的影響。從本實驗結(jié)果來看,球帽附著體義齒牙槽嵴承擔的咬合力最大,但后方牙槽嵴應