雙重大連接體式及傳統設計RPD各基牙牙周膜受力的三維有限元分析

[摘要]目的：基于已建立的上頜單端游離缺失及整鑄義齒的三維有限元模型，比較雙重大連接體與傳統設計的義齒各基牙牙周膜在加載時的受力。方法：在已建立的有限元模型上賦予不同組織及支架相應的力學參數，在約束設計和載荷設定下，通過三維有限元軟件獲得兩種不同設計各基牙的受力分布，并以該數據進行加載，得到各基牙牙周膜的受力分布情況。結果：雙重大連接體設計時，受力主要集中在基牙17的根尖1/3處，基牙14、25沒有明顯的應力集中；傳統設計時，受力主要集中在基牙25的牙頸部。結論：雙重大連接體設計能夠使牙周受力避開敏感部位起到保護基牙的目的。

[關鍵詞]有限元法；雙重大連接體；牙周膜受力

[中圖分類號]R783 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455（2013）03-0371-04

可摘局部義齒是目前牙列缺損常用的修復方法之一，然而在目前臨床上常用的支架設計中存在大連接體產生杠桿作用撬動基牙、由于口腔中各軟硬組織的物理特征不同其抗負荷能力不同，基牙和黏膜共同承力但分布不均勻勢必產生應力集中、剛性的支架和卡環容易導致基牙扭轉等問題。近年來出現了一種新的設計理念，是由美國學者Dr.knapp[1-2]提出的雙重大連接體設計。目前有關于該設計的生物力學分析報道較少[3]。牙周膜是連接牙槽骨和牙之間的結締組織，內有本體感受器，能感知牙合力的位置、大小和方向，并調控牙合力以保護基牙。所以在做牙周支持組織的生物力學研究時，基牙的牙周膜受力大小、分布、方向、性質等要作為關鍵的分析指標。本研究旨在觀測兩種不同設計不同加載方式時各個基牙牙周膜的受力情況，以此為指標對比兩種不同設計基牙的受力分布情況。

1 材料和方法

1.1樣本來源：在臨床上選取一名上頜單側牙列游離缺失，余牙完整，無任何顱面組織缺損的的健康男性志愿者作為CT影像[4]數據的來源。同時在標準模型上分別制作26、27缺失的單一大連接體支架式[5]及雙重大連接體式可摘局部義齒。利用Mimics軟件[6]、Catia軟件[7]和ANSYS13.0三維有限元專用軟件[8]等技術完成其三維有限元模型的建立（如圖1～3）。

1.2 網格劃分：在前期實驗中，利用Ansys軟件的自動單元劃分功能對模型進行整體劃分，使單元自動得到優化。選用四面體網格：支架網格大小為0.55mm，牙槽骨網格大小為1.5mm，牙齒網格大小為1.5mm[9]，劃分結果如圖4。

1.3載荷和約束[10-13]：載荷為前期實驗所得到的各個基牙的受力數據（見表1～2），約束條件為基牙在根中1/3處做固定[14]。在Ansys中載荷如圖5。

1.4分析指標：各個基牙牙周膜主要應力集中部位、方向及性質。

2 結果

2.1 兩種設計時基牙牙周膜受力分發布的整體直觀如圖6～9。

2.2. 兩種設計時游離端基牙的牙周膜受力分布及性質方向如圖10～13。

2.3 兩種設計時17基牙牙周膜受力分布及性質方向如圖14～17。

2.4 兩種設計時14基牙牙周膜受力分布及方向性質如圖18～21。

3 討論

3.1 在垂直加載條件下，兩種不同設計的基牙的牙周膜應力分布比較。

3.1.1 游離端基牙牙周膜受力分布的比較：①傳統設計時25即游離端基牙牙周膜受力較大，分布不均勻，有明顯的應力集中部位（近中及近中腭側根中1/3及牙頸部）；②雙重大連接體時 25牙周膜受力很小，分布均勻，沒有明顯應力集中；③臨床設計時針對游離端基牙牙周條件不良的情況可以選擇雙重大連接體作為設計方式，以達到保護基牙的目的，延長患者天然牙的壽命，同時也增加義齒的使用壽命。

3.1.2 17基牙牙周膜的受力分布：①傳統設計 17基牙牙周膜受力小，分布均勻；②雙重大連接體設計 17基牙在根尖1/3處有明顯的應力集中，且表現為腭向的壓應力。說明雙重大連接體設計能將咬合力從游離端基牙本身釋放出來分散到對側健康的、牙周潛力更強大的牙上，以達到保護游離端基牙的作用。從結果看，17雖然有明顯的應力集中，但是其受到力明顯較小且集中在根尖部，避開了牙周組織受力敏感部位。

3.1.3 14基牙的牙周膜受力分析：14在兩種設計中均不作為直接固位體，且根據材料力傳導的性質來看其所受到的力量都比較小。

3.2 45°斜向加載條件下，兩種不同設計的基牙的受力分析。

3.2.1 游離端基牙牙周膜受力分析比較：①傳統設計時：游離端基牙在腭側根中1/3及牙頸部有明顯的應力集中，上頜牙齒在咀嚼時側方運動受力為由頰側向腭側，其應力集中位置與實際相符；②雙重大連接體設計時：游離端基牙受力分布均勻，沒有明顯應力集中，說明在牙齒各個方向的運動中，該設計均能比較理想的達到保護游離端基牙的目的。

3.2.2 17基牙牙周膜受力分析比較：①傳統設計時：兩種加載條件下17基牙牙周膜分布相近，主要是由于傳統設計時主要的咬合力已經由游離端基牙分擔，沒有把咬合力合理分散出來；②雙重大連接體設計時：17基牙牙周膜受力分布與垂直加載時表現不一致，主要體現在力的方向上， 17基牙牙周膜受受力主要集中遠中及遠中腭根的根尖1/3處，這種情況的出現與斜向加載力分布不均勻和遠中牙合支托設計有關。

3.2.3 45°斜向加載時兩種不同設計14基牙牙周膜受力分析比較：結果分析同垂直加載時。

4 結論

4.1傳統設計時針對游離端缺失的情況單純作近中牙合支托設計對基牙牙周膜受力分布依然不合理，咀嚼時來自個方向的力對基牙產生不良影響較大，游離端基牙受力與鄰牙不均衡導致基牙傾斜、缺牙區支持組織吸收等問題。

4.2雙重大連接體設計對游離端基牙有明顯的保護作用，把大部分咬合力通過支架分散到對側基牙及牙周支持組織。

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[收稿日期]2012-11-03 [修回日期]2012-12-06

編輯/何志斌