前沿拓展：牙傾斜種植牙
摘要
通過運用三維有限元方法建立I一Ⅳ類骨質(zhì)中種植體不同角度傾斜種植模型24個，垂直集中加載300N。分析研究顯示，在同一骨質(zhì)中，隨著種植體傾斜角度的增加，密質(zhì)骨和松質(zhì)骨中的大應(yīng)力及應(yīng)變量均逐漸增大；而相同角度的種植體于不同質(zhì)量的頜骨中時，大應(yīng)力發(fā)展趨勢為：密質(zhì)骨：Ⅳ類骨質(zhì)>Ⅲ類骨質(zhì)>II類骨質(zhì)>I類骨質(zhì)；松質(zhì)骨：Ⅲ類骨質(zhì)>IV類骨質(zhì)>II類骨質(zhì)。
關(guān)鍵詞傾斜種植；不同質(zhì)量頜骨；應(yīng)力分析；三維有限元
后牙區(qū)由于受到解剖條件的限制，常出現(xiàn)骨高度不足，通常需要在常規(guī)種植的基礎(chǔ)上輔以植骨術(shù)。然而，植骨術(shù)存在術(shù)后反應(yīng)大、費用高、調(diào)節(jié)周期長等缺點。目前，有學(xué)者提出“傾斜種植”的概念，即種植體植入方向與原牙體長軸成角度，以避開關(guān)鍵的解剖結(jié)構(gòu)(如上頜竇、下頜神經(jīng)管等)，在不附加手術(shù)的前提下獲得足夠骨量_lJ。傾斜種植多用于無牙頜、后牙連續(xù)缺失以及前牙這些對咬合力要求較小的區(qū)域J。但對應(yīng)用于后牙單個牙缺失這樣對咬合力要求較高的區(qū)域存在爭議。頜骨質(zhì)量有區(qū)別，并且它對種植體的穩(wěn)定性意義重大。對于傾斜種植可否適用于所有頜骨骨質(zhì)的后牙區(qū)以及大適用角度，目前尚無研究論證。該研究擬對不同質(zhì)量頜骨中的傾斜種植體周圍骨質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行三維有限元分析(three—dimensional finite element method，3DFEM)，以期對單個后牙缺失傾斜種植的I臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1．1 材料
計算機(jī)的CPU：AMD雙核；內(nèi)存：4G；硬盤：320G。有限元軟件：ANSYS12．0大型三維有限元分析軟件。
1．2 模型建立
1．2．1 種植體模型 的建立
根據(jù)ITI的基本數(shù)據(jù)建立圓柱形種植體的三維有限元模型?直徑為4.1mm,高10mm,螺距1.25mm,齒高0.5mm?上部角度基臺:簡化為下底直徑4.1mm?上底直徑3.5mm?高5mm的圓臺?由于IT1種植系統(tǒng)中大角度基臺的角度為20?,為避免受到限制,該實驗將角度基臺的角度增大至25?,即種植體長軸與角度基臺長軸分別呈0°?5°,10°?15°?20°?25°,形成6種種植體模型?該實驗設(shè)置種植體的材料為鈦,彈性模量為1.1*6MPa,泊松比為0.35?
1．2．2 牙冠模型的建立
簡化為8mm；l：8mm8mm的瓷性正方體。由于本實驗主要觀察種植體周圍骨質(zhì)的應(yīng)力應(yīng)變情況，與上部結(jié)構(gòu)無關(guān)，故對上部角度基臺及牙冠進(jìn)行簡化。該實驗設(shè)置瓷的彈性模量為710MPa，泊松比為0．19。
1．2．3 骨塊模型的建立
頜骨骨塊的尺寸為：近遠(yuǎn)中向16mm，頰舌向8mm，高15mm，骨塊簡化為內(nèi)含松質(zhì)骨，外包密質(zhì)骨，松質(zhì)骨的近遠(yuǎn)中向未被密質(zhì)骨包繞的長方體。根據(jù)Wakimoto et all采用的骨質(zhì)分類方法，即I級：頜骨幾乎完全由均質(zhì)的密質(zhì)骨構(gòu)成；11級：厚層的密質(zhì)骨包繞骨小梁密集排列的松質(zhì)骨；Ⅲ級：薄層的密質(zhì)骨包繞骨小梁密集排列的松質(zhì)骨；1V級：薄層的密質(zhì)骨包繞骨小梁疏松排列的松質(zhì)骨；構(gòu)建四種骨質(zhì)模型，即I類骨：全由密質(zhì)骨構(gòu)成；Ⅱ類骨：密質(zhì)骨厚3mm；m類骨：密質(zhì)骨厚1mm；1V類骨：密質(zhì)骨厚1mm，松質(zhì)骨的彈性模量降低。該實驗設(shè)置密質(zhì)骨的彈性模量為13700MPa，I～Ⅲ類松質(zhì)骨的彈性模量為1370MPa，Ⅳ類松質(zhì)骨的彈性模量為690MPa，泊松比均為0．3【6-8】。
1．2 ．4 模型的裝配與單位劃分
將種植體、骨塊、牙冠進(jìn)行一一裝配。種植體完全位于骨塊中，上部基臺的長軸與骨塊長軸平行，即形成種植體傾斜種植的模型。共形成24個模型。本實驗采用自動劃分單元的形式對建立的24個模型進(jìn)行單元劃分，單元數(shù)為70593—73210個，節(jié)點數(shù)為97435—99853個，見圖1.
1.3實驗條件假設(shè)與約束
假設(shè)模型中所有材料均為均質(zhì)、線彈性、各向同性。假設(shè)種植體與周圍骨組織為骨結(jié)合。骨塊的近遠(yuǎn)中、底面全部約束，模型在加載后不發(fā)生位移，但約束區(qū)以內(nèi)的骨組織受力后可發(fā)生位移。
1.4加載方式
由于正常情況下，人咀嚼食物時所用的力約3~30kg，即約30~300N，故加載方式為垂直集中加載300N。
1.5計算分析
應(yīng)力和應(yīng)變是三維有限元分析力學(xué)常用的直觀的變量。本實驗使用ANSYS12.0大型有限元分析軟件對各個模型進(jìn)行計算，分析在載荷條件下，密質(zhì)骨和松質(zhì)骨的大等應(yīng)力及大應(yīng)變量，以確定傾斜種植在不同質(zhì)量頜骨中能否應(yīng)用，以及可應(yīng)用的大角度。
2結(jié)果
2.1密質(zhì)骨的大應(yīng)力、大應(yīng)變及其分布情況
在同一骨質(zhì)中，隨著種植體傾斜角度的增加，密質(zhì)骨中的大應(yīng)力及應(yīng)變量逐漸增大；而相同角度的種植體位于不同質(zhì)量的頜骨中時，I類骨質(zhì)的應(yīng)力小，其余依次增大。見圖2。
當(dāng)種植體垂直植入頜骨中時，其密質(zhì)骨的大應(yīng)力分布于種植體頸部。而傾斜種植時，密質(zhì)骨的大應(yīng)力分布于反傾斜向的種植體頸部。四類骨質(zhì)模型中密質(zhì)骨的應(yīng)力分布規(guī)律基本相同。見圖3。
2.2松質(zhì)骨的大應(yīng)力、大應(yīng)變及其分布情況
在同一骨質(zhì)中，隨著種植體傾斜角度的增大，松質(zhì)骨的大應(yīng)力及應(yīng)變呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，其應(yīng)力小于密質(zhì)骨中的應(yīng)力。而當(dāng)種植體傾斜角度相同時，松質(zhì)骨應(yīng)力的變化趨勢為：Ⅲ類骨質(zhì)>Ⅳ類骨質(zhì)>Ⅱ類骨質(zhì)。但隨著骨質(zhì)密度的降低，松質(zhì)骨的應(yīng)變依次增大。見圖4。
在Ⅱ類骨質(zhì)中，松質(zhì)骨的大應(yīng)力分布于種植體的底部（下方的螺紋處)，而在Ⅲ、V類骨質(zhì)中種植體周圍松質(zhì)骨應(yīng)力分布較均勻，但在密質(zhì)骨與松質(zhì)骨交界處出現(xiàn)了應(yīng)力較集中的區(qū)域。同一骨質(zhì)不同角度的種植體松質(zhì)骨應(yīng)力分布情況基本相同。見圖5。
3討論
自1976年3DFEM被引入口腔種植學(xué)以來，3DFEM已成為口腔種植力學(xué)分析的重要手段并得到廣泛應(yīng)用，對臨床具有重要指導(dǎo)意義。而本實驗中使用的ANSYS12.0軟件是當(dāng)前使用廣泛、功能強(qiáng)大的有限元軟件。該實驗將頜骨簡化成規(guī)則形狀，而未使用CT掃描建立頜骨模型，其原因為：一方面由于個體的差異，使用CT掃描建立的頜骨模型并不具有共性；另一方面，李湘霞等研究表明，在有限元研究中將下頜骨形態(tài)簡化成規(guī)則形態(tài)是合理的。因此，本研究結(jié)果是真實可信的。
當(dāng)種植體傾斜角度相同時，大應(yīng)力的發(fā)展趨勢為：密質(zhì)骨：Ⅳ類骨質(zhì)>Ⅲ類骨質(zhì)>Ⅱ類骨質(zhì)>I類骨質(zhì)；松質(zhì)骨：Ⅲ類骨質(zhì)>V類骨質(zhì)>Ⅱ類骨質(zhì)。這與Danza eta]的研究結(jié)果相類似。其中Ⅲ、Ⅳ類骨質(zhì)較Ⅰ、Ⅱ類骨質(zhì)增長幅度大。以種植體垂直植入為例，Ⅱ、Ⅲ、IⅣ類骨質(zhì)中的密質(zhì)骨大應(yīng)力較I類骨質(zhì)分別增長了136%、486%、865%。Ⅲ、Ⅳ類骨質(zhì)中的松質(zhì)骨大應(yīng)力較Ⅱ類骨質(zhì)分別增長了692%和637%。IV類骨質(zhì)中的松質(zhì)骨大應(yīng)力略小于Ⅲ類，這可能是由于Ⅳ類骨質(zhì)中的松質(zhì)骨的彈性模量降低了一半。這提示在I、Ⅱ類骨質(zhì)中進(jìn)行傾斜種植在生物力學(xué)方面優(yōu)于Ⅲ、Ⅳ類骨質(zhì)。因此當(dāng)臨床上要為Ⅲ、IV類骨質(zhì)患者進(jìn)行傾斜種植時，應(yīng)適當(dāng)通過其他術(shù)式增加骨密度(如骨擠壓等)。
骨組織受力的作用而變形，當(dāng)骨組織受力而增長至原有長度的101%，其變化為1%，單位為0.01strain(應(yīng)變），或10000 ustrain(微應(yīng)變）。當(dāng)骨組織受力小于50ustrain時，骨組織處于廢用狀態(tài)。當(dāng)外力作用在50~3000ustrain時，骨組織可自我調(diào)節(jié)避免骨吸收。當(dāng)外力作用在3000ustrain以上時，骨組織的自我調(diào)節(jié)已無法抗衡吸收，因此，當(dāng)外力作用小于50ustrain或大于3000ustrain時，骨組織發(fā)生骨吸收。
實驗中，I類骨質(zhì)的6種傾斜種植模型的大應(yīng)變?yōu)?200ustrain，低于3000ustrain，說明I類骨質(zhì)可進(jìn)行25。以下的傾斜種植。Ⅱ類骨質(zhì)中25。傾斜種植的模型的大應(yīng)變?yōu)?752ustrain，其余模型均低于3000ustrain，因此Ⅱ類骨質(zhì)可進(jìn)行20。以下的傾斜種植。Ⅲ、Ⅳ類骨質(zhì)傾斜種植的模型中，除了Ⅲ類骨質(zhì)0。種植模型的大應(yīng)變?yōu)?769ustrain，其余均高于3000ustrain。這提示Ⅲ、Ⅳ類骨質(zhì)不適用于傾斜種植，同時，當(dāng)Ⅳ類骨質(zhì)進(jìn)行垂直種植時，也建議其首先增加骨密度。
由于本實驗?zāi)Ｐ椭心M的是100％骨結(jié)合，在臨床上難以達(dá)到，因此要探究傾斜種植是否能在臨床上推廣應(yīng)用，仍需進(jìn)行進(jìn)一步的動物試驗和臨床試驗。
拓展知識：牙傾斜種植牙
您這種情況是屬于比較麻煩的，咬合關(guān)系不好，要想種植牙 先做牙齒矯正再做種植牙是沒問題的，前提是一定要找個經(jīng)驗豐富的矯正醫(yī)生，這種時間上比較慢一些；像趙凱醫(yī)生說的方法也是可以的呢，直接拔掉，然后考慮活動牙修復(fù)或者種植牙修復(fù)。你這個情況比較復(fù)雜 到大醫(yī)院找個經(jīng)驗豐富的醫(yī)生 這個不能舍不得錢
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