应力中断式附着体义齿修复下颌双侧游离端缺失的生物力学分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 应力中断式附着体义齿修复下颌双 侧游离端缺失的生物力学分析 摘要目的：分析并阐明一种自 主设计的应力中断式附着体修复下颌双 侧游离端缺失后支持组织的应力分布规 律。方法：设计和建立修复下颌双侧磨 牙缺失的 Kenndey 类应力中断式附着 体和常规冠外弹性附着体义齿的三维有 限元模型，应用三维有限元法，比较轴 向载荷下两种修复方式支持组织的应力 分布情况。结果：成功建立了应力中断 式附着体和常规冠外弹性附着体义齿修 复双侧下颌双侧游离端缺失的三维有限 元模型。在轴向载荷下，应力中断式附 着体义齿的基牙、牙周膜、牙槽嵴各部 分承受的最大 Von-Mises 应力值分别约 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 是常规冠外弹性附着体义齿的 71.0%， 26.6%和 25.0%，且其牙周膜和 牙槽嵴黏膜受力分布较常规冠外弹性附 着体义齿更加均匀和广泛。结论：应力 中断式附着体较常规冠外弹性附着体能 明显减轻局部可摘义齿在轴向载荷下基 牙和牙周膜的受力，均匀分散（牙+合） 力，起到应力中断和保护基牙的作用。 中国论文网 /6/view-13026730.htm 关键词 三维有限元；冠外弹性 附着体；应力中断附着体；双侧游离端 缺失；应力值 中图分类号R783.6 文献标志码 A 文章编号1008-6455（2017）03- 0025-03 传统的可摘局部义齿在修复双侧 游离端缺失时，常对基牙产生过大的扭 力，导致基牙的早期松动而使修复失败。 为减少局部可摘义齿在咀嚼运动中非轴 向力对基牙的损害，本研究自主设计了 一种带有应力中断结构的弹性附着体义 齿。本文拟用三维有限元法，从生物力 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 学的角度比较该应力中断式附着体和常 规冠外弹性附着体义齿修复双侧游离端 缺失后支持组织的应力分布规律，为应 力中断式附着体义齿的临床应用提供理 论基础。 1 材料和方法 1.1 牙颌模型数据的采集：个别 正常（牙+合）的男性志愿者 1 名，临 床检查无牙周疾患，上下牙列完整，咬 合关系好。用 CBCT（德国 KAVO 3D）对志愿者进行颌面部扫描，获得的 数据以 DICOM 的格式（digital imaging and communications in medicine，医学数 字图像通讯）保存至计算机中。用加聚 型硅橡胶材料取志愿者上下牙列印模， 灌制超硬石膏模型，在石膏上磨除双侧 第一、二前磨牙并修整牙槽嵴，以模拟 双侧后牙游离端缺失的患者牙颌形态， 双侧第二前磨牙按常规弹性附着体义齿 基牙的预备要求进行牙体预备，分别设 计和制作双侧单基牙应力中断式附着体 和常规冠外弹性附着体义齿，基牙为钴 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 铬合金烤瓷冠，其中，应力中断附着体 义齿的冠外弹性附着体与基托采用 Vitallium2000 钴铬钼合金设计的分裂基 托小连接体设计，两侧附着体以金属舌 杆相连（见图 1） 。激光扫描石膏模型及 两组附着体，获得的数据保持为 STL 格 式。 1.2 三维有限元模型的建立：通 过 Geomagic Studio 12（Raindrop 公司， 美国）和 Mimics 15.0（Materialise 公司， 比利时）逆向工程软件对获得的牙颌模 型数据进行处理，获得下颌骨及牙列的 三维重建模型，在 ANSYS 16.0（Ansys 公司，美国）软件中对其进行网格划分， 对模型中各材料进行力学参数赋值，弹 性模量：牙本质 18600.0MPa、牙周膜 68.9MPa、皮质骨 13700.0MPa，松质骨 1370.0MPa、黏膜 3.4MPa，钴铬钼合金 210000.0MPa、基托 4500.0MPa：泊松 比：牙本质 0.31、牙周膜 0.45、皮质骨 0.30，松质骨 0.30、黏膜 0.45，钴铬钼 合金 0.30、基托 0.35。根据以往的文献， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 建模时假设实验中各材料为各向同性的 连续线性材料，对下颌牙槽骨下缘、近 中和远中截面进行约束，定义其位移为 零。同时通过布尔运算获得包括双侧下 颌牙列，牙槽骨，牙周膜，黏膜，附着 体义齿在内的两组修复方式的三维有限 元模型（见图 1） 。 1.3 载荷的施加和支持组织应力 规律的分析：为真实模拟口内正中咀嚼 咬合时双侧下颌磨牙的受力大小、方向、 作用点，本实验在 ANSYS 16.0 软件中 经过三维重建后获得的两组附着体三维 有限元型上，分别对其双侧游离端第一、 第二磨牙附着体义齿同时施加 100N 大 小的轴向载荷力，方向与磨牙牙体长轴 平行，施加力的部位在磨牙颊尖舌斜面 （见图 2） 。在轴向应力加载后，获得支 持组织各部位（基牙、牙周膜、基托下 黏膜）的应力分布规律。 2 结果 2.1 基牙和牙周膜应力分布情况： 轴向载荷下，附着体义齿双侧的基牙、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 牙周膜应力分布和最大 Von-Mises（等 效应力值）几乎完全相同，基牙最大 Von-Mises 应力值和集中最明显的区域 都分布在基牙的远中近牙颈部，应力中 断组基牙和牙周膜受力面积大于冠外弹 性组，两组附着体基牙最大应力值分别 为 12.774MPa 和 17.943MPa，牙周膜最 大应力值分别为 1.168MPa 和 4.577MPa，应力中断组最大 Von-Mises 应力值约是冠外弹性组的 71.0%，牙周 膜最大 Yon-Miser 值是冠外弹性组的 26.6%（见表 1） ，应力中断组基牙和牙 周膜各部位受力较冠外弹性组更加均匀， 受力范围更广（见图 3） 。 2.2 牙槽嵴黏膜应力分布情况： 轴向载荷下两组附着体游离端牙槽嵴黏 膜应力分布规律相似，呈现从基牙远中 至磨牙后垫区域受力渐大的趋势，常规 冠外弹性组在近磨牙后垫的区域有一个 应力集中区，应力中断组在游离端牙槽 嵴黏膜远中有颊舌两个应力集中区，应 力中断组较常规冠外弹性组牙槽嵴受力 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 面积大，应力集中不明显，分布更均匀 （见图 4） ，应力中断组牙槽嵴黏膜和常 规冠外弹性组最大应力值分别为 0.526MPa 和 0.399MPa，应力中断组牙 槽嵴黏膜最大应力值约是常规冠外弹组 的 25.0%（见表 1） 。 3 讨论 常冠外弹性附着体包含气囊缓 冲结构，它在修复游离端缺失时对基牙 可以起到一定的应力缓冲作用，但基牙 远中基托下黏膜组织受力显著增加。本 研究中，应用分裂基托与基牙近中的小 连接体结构结合常规冠外弹性附着体， 实现具有应力中断效应的附着体义齿设 计，以期在减少基牙不良扭力的同时， 减少并改善义齿远中基托下方的游离端 黏膜组织的应力分布。早期 Knapp 等在 设计可摘局部义齿时就提出了在基托处 做“split” （裂隙）的设计理念，以达到 应力中断的作用。但受限于传统钴铬合 金强度和回弹性较差，该设计并未成功 应用于临床。近年来，钴铬钼铸造合金 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 Vitallium 2000 的开发和应用逐渐广泛， 它通过提高传统的钴铬铸造合金中铬和 钼（钼占 5%7% ）含量，使其具有了 较高的延展系数和维氏硬度，可以保证 分裂基托在实现应力中断效应的同时， 避免自身因应力过于集中而折断。为此， 本实验采用 Vitallium2000 钴铬钼铸造 合金铸造分裂基托。 三维有限元建模须考虑附着体各 界面与黏膜的接触问题，这涉及到三维 有限元非线性分析，为真实模拟实际咀 嚼运动时附着体义齿组织面、侧面与牙 槽黏膜间力学传动特点及支持组织各部 位的受力状态，本实验采用 CBCT、激 光、逆向工程软件精准建模。对基托组 织面、侧面及牙槽黏膜采用六面体划分， 其余部分四面体划分，对根尖区牙周膜 和牙槽骨进行细化，建模的速度快、精 度高，同时确保了良好的几何相似性和 力学相似性。本研究中，轴向载荷下应 力中断组基牙和牙周膜在各区域受力值 均小于常规冠外弹性组，受力范围大于 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 常规冠外弹性组，两组附着体基牙都有 明显的应力集中点，应力中断组基牙和 牙周膜的最大应力值都明显小于常规冠 外弹性组。应力中断组牙周膜受力分散 均匀，无明显应力集中点，牙周膜对基 牙有良好的拉应力，对牙周膜刺激较小， 可以避免因传递至基牙和牙周膜较大的 侧向骀力造成牙周的吸收，起到保护基 牙和牙周的作用。 轴向载荷下，常规冠外弹性组远 中牙槽嵴黏膜有一个应力集中区，推测 可能是由于受力时义齿基托远中旋转和 下沉，起到了对轴向力的缓冲作用，同 时也造成了应力向远中牙槽嵴黏膜区域 集中，容易造成牙槽嵴局部的吸收。应 力中断组附着体牙槽嵴应力分布区域面 积大于常规冠外弹性组，各位点 Von- Mises 值小于冠外弹性组，推测是应力 中断组分裂基托受到通过义齿传递的轴 向力时，由于其裂隙状设计和良好的回 弹性，中断和分散了（牙+合）力，并 使应力沿近中连接体传递至基牙，由基 -精选财经