基于“The all-on-3 concept”以不同角度植入遠中傾斜種植體的種植固定全口義齒修復模型各部件應力峰值

楊凱文，劉艾芃，趙婭琴，譚桂蓮，李鴻宇，王注力，鄧文正

1 廣西梧州市紅十字會醫院口腔科，廣西 梧州 543002；2 右江民族醫學院

目前，使用種植牙修復缺失牙已經發展為成熟 治療方案［1］，但全口無牙頜患者尚無一個理想的種植修復方案。不同種植體數量、種植體傾斜度和上部修復方式組合出多種多樣的治療方案，因此最終方案取決于以患者為中心的需求和喜好，滿足患者的需求至關重要。“All-on-4”是為立即修復無牙頜而開發的一項相對較新的技術，最初由MALO 等［2］于2003年提出，因可以即刻修復及減少后牙區植骨手術及種植體數量，深受患者喜愛?！癆ll-on-4”需要4顆種植體，近中、遠中各2顆，而且2顆遠中種植體需要傾斜植入，且首選植入物長度在13～18 mm［3-4］，因此近遠中種植體的根尖易發生沖突［5］。AYNA 等［6］于2020年提出了“The all-on-3 concept”，于下頜植入3 顆種植體，近中1 顆垂直植入，遠中2 顆傾斜植入避開頦孔，術后即刻修復，效果滿意。這種設計通過減少近中的1 顆種植體，使得近遠中種植體根尖擁有更大間距，且減少植入1 顆種植體，降低患者費用及手術創傷。由于“The all-on-3 concept”較為新穎，與其相關的文獻較少，也未有學者對其遠中種植體不同植入角度進行生物力學分析。2020年2—10月，本研究通過有限元軟件對“The all-on-3 concept”遠中種植體不同植入角度的模型進行生物力學分析，研究遠中種植體植入傾斜角度對各部件應力分布的影響，并將其與“All-on-4”進行對比，選取“The all-on-3 concept”遠中種植體傾斜植入的最佳角度。

1 資料與方法

1.1 種植固定全口義齒修復模型建立 通過Mimics20.0（Materialise 公司，比利時）軟件讀取門診患者下頜骨及下頜6-6 牙列電子計算機斷層掃描數據，生成立體光刻格式模型。使用Geomagic Studio（Geomagic 公司，美國）軟件對下頜骨及牙列進行實體化，生成外周為1.5 mm骨皮質包繞骨松質的下頜骨及氧化鋯橋模型。根據NobelClinician（Nobel Biocare 公司，瑞士）中NobelActive RP 4.3×13 mm 及4.3×18 mm 種植體、普通復合基臺、17°和30°的角度復合基臺等模型數據，使用solidworks（Dassault Systemes 公司，美國）軟件建立對應的實體模型。近中垂直種植體使用NobelActive RP 4.3×13 mm 種植體，遠中傾斜種植體使用NobelActive RP 4.3×18 mm種植體。近中垂直種植體均使用普通復合基臺，遠中種植體傾斜角度為17°時使用17°角度復合基臺，傾斜角度為30°和45°時使用30°角度復合基臺。遠中傾斜植入種植體與下牙槽神經距離控制在2 mm。近遠中種植體根尖保持3 mm 以上的安全距離。對下頜骨、種植體、基臺及氧化鋯橋裝配及各零件布爾運算，完成裝配體。氧化鋯橋上的螺絲孔使用樹脂進行封閉。根據諾貝爾廠家建議，NobelProcera?氧化鋯橋最大允許跨距長38.5 mm，最大允許延伸懸臂長16 mm，本次所有模型符合要求。最終形成3-17°、3-30°、3-45°、4-30°共4 組模型。3-17°組、3-30°組、3-45°組、4-30°組種植體數量分別為3、3、3、4 顆，遠中傾斜種植體植入角度分別為17°、30°、45°、30°，修復體遠中懸臂長度為14.7、12.8、9.6、12.8 mm，近中種植體與遠中種植體間距分別為15.3、17.2、20.9、6.8 mm。

1.2 種植固定全口義齒修復模型各部件應力峰值計算 ①種植固定全口義齒有限元模型建立和網格劃分：將各組立體光刻格式模型導入有限元軟件［ANSYS20.0（ANSYS 公司，美國）軟件］，用軟件進行網格劃分，對應力集中處進行局部加密處理，以獲得更精準的結果。②材料力學參數設置：根據以往的研究中所使用的材料力學參數，將其輸入到有限元模型中對應的部件，純鈦［7］彈性模量110000 MPa、泊 松比0.35，皮 質骨［8］分 別 為13700 MPa、0.30，松質骨［9］分別為1370 MPa、0.30，氧化鋯［10］分別為220000 MPa、0.28，復合樹脂［11］分別為12000 MPa、0.25。③實驗條件設置：設置各材料為連續均值各向同性的線彈性材料［12］，種植體與牙槽骨完全骨結合，各部件定義綁定。對下頜骨底部以及髁突施加固定約束，加載方式分為垂直加載200 牛頓及頰側傾斜45°的傾斜加載200牛頓［13］，加載位置為右下第一前磨牙、第二前磨牙及第一磨牙的頰尖舌側面。④有限元模型各部件的應力峰值計算：根據設定的參數及條件，使用ANSYS15.0 軟件對4 組模型進行計算，以最大Von-Mises 力作為應力峰值，統計兩種加載條件下各組模型各部件的應力峰值，并進行對比。

2 結果

兩種加載條件下4 組模型各部件的應力峰值見表1，由表1 可知，在兩種加載模式下，3-45°組各部件最大應力峰值出現次數最多、應力分布最不均勻，其次為3-17°組和3-30°組，4-30°組在對比中未出現最大應力峰值。

表1 兩種加載條件下4組模型各部件的應力峰值（MPa）

3 討論

由于齲病和牙周炎等疾病導致牙列缺失的患者生活質量受到極大的影響。缺牙不僅影響到患者的咀嚼效率，還會影響其外觀及發音，使用全口義齒恢復缺牙是常見的治療方法。若患者由于長期缺牙等原因導致牙槽骨吸收萎縮、咀嚼黏膜退化、牙槽嵴不平等，則會增大全口義齒的修復難度。此類患者的全口義齒固位和穩定性往往較差，導致修復效果不佳，咀嚼效率低下［14］。上世紀七十年代以來，種植技術逐漸普及，為牙列缺失的患者帶來新的治療手段，種植修復咀嚼效率高、異物感小，如今越來越受到牙列缺失患者的青睞。

常規的種植手段盡管為許多牙列缺失的患者帶來福音，但是牙槽骨量不足的患者若采用常規種植修復，則可能需要進行復雜的骨增量手術，甚至上頜竇提升手術［15］，其過程不僅治療周期長，費用高，手術創傷也更大。為了減少牙列缺失患者的痛苦和經濟負擔，馬龍教授在2003年提出了”All-on-4”［2］，使用4 顆種植體共同支持固定修復，通過遠中種植體的傾斜植入，避開了上頜竇和下牙槽神經，無需進行植骨和上頜竇提升等復雜的手術，臨時修復體當天可以進行負重?！盇ll-on-4”與傳統種植修復相比，大大地減少了治療的周期。但是由于植入角度和位置要求較高，因此”All-on-4”的技術敏感性也較高，常需要使用數字化導板及動態導航等數字化技術輔助種植［16］。

3 顆種植體支持的固定全口義齒由BRANEMARK 等［17］于1999年首次提出，其手術需要特制導板及輔助定位孔植入三顆垂直種植，配合預制的支架進行即刻負重。全口無牙頜即刻負重概念成為研究的熱點是在2003年馬龍提出”All-on-4”以后，并且隨后大量無牙頜即刻負重研究便圍繞著”All-on-4”進行［18-19］。雖然期間仍有少量學者對三顆種植體支持的固定全口義齒進行研究［20］，但直到2020年MUSTAFA 等［6］才 提 出“The all-on-3 concept”?！癟he all-on-3 concept”與”All-on-4”十分相似，遠中均采用傾斜植入種植體，避開頦孔區且減少遠中懸臂，并且無需種植導板及預成的支架。與”All-on-4”相比，“The all-on-3 concept”擁有更小的手術創傷及更低的治療費用，從現有的數據看來，成功率也十分理想。但是“The all-on-3 concept”僅提及遠中種植體使用13 至18 mm 之間種植體傾斜植入，并未對種植體植入角度進行詳細分析。種植牙的長期成功和穩定與種植體的生物力學息息相關，過大的應力會導致種植部件機械并發癥的發生，甚至引起牙槽骨丟失和種植體周圍炎導致種植牙失敗。

本次實驗是使用有限元法進行研究和分析，有限元法目前已經廣泛應用于種植牙的生物力學分析［21］。該方法比模型實驗需要更少時間和標本成本，甚至提供了更詳細的結果，這些變化對于體外實驗而言過于微小，甚至無法發現［22］。隨著計算機硬件的升級及有限元軟件的進步，有限元分析法也變得更加準確和高效。本實驗我們發現，”All-on-4”的應力分布最佳，這與ELSAYYAD 等［23］于2020年的研究結果相符合，其研究表明”All-on-4”應力分布情況優于“The all-on-3 concept”?！盇ll-on-4”在兩種加載模式下，沒有出現最大應力峰值的情況，說明”Allon-4”的氧化鋯橋，基臺及修復螺絲比“The all-on-3 concept”發生機械并發癥的概率低。“The all-on-3 concept”在植入角度為17°時，由于能夠軸向傳遞咬合力，牙槽骨和種植體的應力明顯低于其他組，但其過長的懸臂使得氧化鋯橋和基臺的應力大大增加，這與過去的研究結果相符合［24］。LIU等［25］于2019年研究發現”All-on-4”遠中種植體在植入角度為30°和45°時獲得優于15°的應力分布。但在“The all-on-3 concept”遠中種植體植入角度為45°時應力分布情況不理想，出現了6 次最大應力峰值。推測由于“The all-on-3 concept”的近中種植體在牙槽骨前端，近遠中2 顆植體距離較大，當遠中種植體傾斜角度過大時，會導致種植體間距過大，容易產生應力集中［26］。當遠中種植體植入角度為30°時，最大應力峰值出現次數在“The all-on-3 concept”各組中最少。這說明植入角度為30°時，“The all-on-3 concept”獲得了良好的應力分布，生物及機械并發癥發生的概率較低。

總之，“The all-on-3 concept”遠中種植體植入角度為30°時應力分布情況最佳，其次為17°，最差為45°，但“The all-on-3 concept”應力分布情況略差于“All-on-4”。