基于“The all-on-3 concept”以不同角度植入远中倾斜种植体的种植固定全口义齿修复模型各部件应力峰值

杨凯文，刘艾芃，赵娅琴，谭桂莲，李鸿宇，王注力，邓文正

1 广西梧州市红十字会医院口腔科，广西 梧州 543002；2 右江民族医学院

目前，使用种植牙修复缺失牙已经发展为成熟 治疗方案［1］，但全口无牙颌患者尚无一个理想的种植修复方案。不同种植体数量、种植体倾斜度和上部修复方式组合出多种多样的治疗方案，因此最终方案取决于以患者为中心的需求和喜好，满足患者的需求至关重要。“All-on-4”是为立即修复无牙颌而开发的一项相对较新的技术，最初由MALO 等［2］于2003年提出，因可以即刻修复及减少后牙区植骨手术及种植体数量，深受患者喜爱。“All-on-4”需要4颗种植体，近中、远中各2颗，而且2颗远中种植体需要倾斜植入，且首选植入物长度在13～18 mm［3-4］，因此近远中种植体的根尖易发生冲突［5］。AYNA 等［6］于2020年提出了“The all-on-3 concept”，于下颌植入3 颗种植体，近中1 颗垂直植入，远中2 颗倾斜植入避开颏孔，术后即刻修复，效果满意。这种设计通过减少近中的1 颗种植体，使得近远中种植体根尖拥有更大间距，且减少植入1 颗种植体，降低患者费用及手术创伤。由于“The all-on-3 concept”较为新颖，与其相关的文献较少，也未有学者对其远中种植体不同植入角度进行生物力学分析。2020年2—10月，本研究通过有限元软件对“The all-on-3 concept”远中种植体不同植入角度的模型进行生物力学分析，研究远中种植体植入倾斜角度对各部件应力分布的影响，并将其与“All-on-4”进行对比，选取“The all-on-3 concept”远中种植体倾斜植入的最佳角度。

1 资料与方法

1.1 种植固定全口义齿修复模型建立 通过Mimics20.0（Materialise 公司，比利时）软件读取门诊患者下颌骨及下颌6-6 牙列电子计算机断层扫描数据，生成立体光刻格式模型。使用Geomagic Studio（Geomagic 公司，美国）软件对下颌骨及牙列进行实体化，生成外周为1.5 mm骨皮质包绕骨松质的下颌骨及氧化锆桥模型。根据NobelClinician（Nobel Biocare 公司，瑞士）中NobelActive RP 4.3×13 mm 及4.3×18 mm 种植体、普通复合基台、17°和30°的角度复合基台等模型数据，使用solidworks（Dassault Systemes 公司，美国）软件建立对应的实体模型。近中垂直种植体使用NobelActive RP 4.3×13 mm 种植体，远中倾斜种植体使用NobelActive RP 4.3×18 mm种植体。近中垂直种植体均使用普通复合基台，远中种植体倾斜角度为17°时使用17°角度复合基台，倾斜角度为30°和45°时使用30°角度复合基台。远中倾斜植入种植体与下牙槽神经距离控制在2 mm。近远中种植体根尖保持3 mm 以上的安全距离。对下颌骨、种植体、基台及氧化锆桥装配及各零件布尔运算，完成装配体。氧化锆桥上的螺丝孔使用树脂进行封闭。根据诺贝尔厂家建议，NobelProcera®氧化锆桥最大允许跨距长38.5 mm，最大允许延伸悬臂长16 mm，本次所有模型符合要求。最终形成3-17°、3-30°、3-45°、4-30°共4 组模型。3-17°组、3-30°组、3-45°组、4-30°组种植体数量分别为3、3、3、4 颗，远中倾斜种植体植入角度分别为17°、30°、45°、30°，修复体远中悬臂长度为14.7、12.8、9.6、12.8 mm，近中种植体与远中种植体间距分别为15.3、17.2、20.9、6.8 mm。

1.2 种植固定全口义齿修复模型各部件应力峰值计算 ①种植固定全口义齿有限元模型建立和网格划分：将各组立体光刻格式模型导入有限元软件［ANSYS20.0（ANSYS 公司，美国）软件］，用软件进行网格划分，对应力集中处进行局部加密处理，以获得更精准的结果。②材料力学参数设置：根据以往的研究中所使用的材料力学参数，将其输入到有限元模型中对应的部件，纯钛［7］弹性模量110000 MPa、泊 松比0.35，皮 质骨［8］分 别 为13700 MPa、0.30，松质骨［9］分别为1370 MPa、0.30，氧化锆［10］分别为220000 MPa、0.28，复合树脂［11］分别为12000 MPa、0.25。③实验条件设置：设置各材料为连续均值各向同性的线弹性材料［12］，种植体与牙槽骨完全骨结合，各部件定义绑定。对下颌骨底部以及髁突施加固定约束，加载方式分为垂直加载200 牛顿及颊侧倾斜45°的倾斜加载200牛顿［13］，加载位置为右下第一前磨牙、第二前磨牙及第一磨牙的颊尖舌侧面。④有限元模型各部件的应力峰值计算：根据设定的参数及条件，使用ANSYS15.0 软件对4 组模型进行计算，以最大Von-Mises 力作为应力峰值，统计两种加载条件下各组模型各部件的应力峰值，并进行对比。

2 结果

两种加载条件下4 组模型各部件的应力峰值见表1，由表1 可知，在两种加载模式下，3-45°组各部件最大应力峰值出现次数最多、应力分布最不均匀，其次为3-17°组和3-30°组，4-30°组在对比中未出现最大应力峰值。

表1 两种加载条件下4组模型各部件的应力峰值（MPa）

3 讨论

由于龋病和牙周炎等疾病导致牙列缺失的患者生活质量受到极大的影响。缺牙不仅影响到患者的咀嚼效率，还会影响其外观及发音，使用全口义齿恢复缺牙是常见的治疗方法。若患者由于长期缺牙等原因导致牙槽骨吸收萎缩、咀嚼黏膜退化、牙槽嵴不平等，则会增大全口义齿的修复难度。此类患者的全口义齿固位和稳定性往往较差，导致修复效果不佳，咀嚼效率低下［14］。上世纪七十年代以来，种植技术逐渐普及，为牙列缺失的患者带来新的治疗手段，种植修复咀嚼效率高、异物感小，如今越来越受到牙列缺失患者的青睐。

常规的种植手段尽管为许多牙列缺失的患者带来福音，但是牙槽骨量不足的患者若采用常规种植修复，则可能需要进行复杂的骨增量手术，甚至上颌窦提升手术［15］，其过程不仅治疗周期长，费用高，手术创伤也更大。为了减少牙列缺失患者的痛苦和经济负担，马龙教授在2003年提出了”All-on-4”［2］，使用4 颗种植体共同支持固定修复，通过远中种植体的倾斜植入，避开了上颌窦和下牙槽神经，无需进行植骨和上颌窦提升等复杂的手术，临时修复体当天可以进行负重。”All-on-4”与传统种植修复相比，大大地减少了治疗的周期。但是由于植入角度和位置要求较高，因此”All-on-4”的技术敏感性也较高，常需要使用数字化导板及动态导航等数字化技术辅助种植［16］。

3 颗种植体支持的固定全口义齿由BRANEMARK 等［17］于1999年首次提出，其手术需要特制导板及辅助定位孔植入三颗垂直种植，配合预制的支架进行即刻负重。全口无牙颌即刻负重概念成为研究的热点是在2003年马龙提出”All-on-4”以后，并且随后大量无牙颌即刻负重研究便围绕着”All-on-4”进行［18-19］。虽然期间仍有少量学者对三颗种植体支持的固定全口义齿进行研究［20］，但直到2020年MUSTAFA 等［6］才 提 出“The all-on-3 concept”。“The all-on-3 concept”与”All-on-4”十分相似，远中均采用倾斜植入种植体，避开颏孔区且减少远中悬臂，并且无需种植导板及预成的支架。与”All-on-4”相比，“The all-on-3 concept”拥有更小的手术创伤及更低的治疗费用，从现有的数据看来，成功率也十分理想。但是“The all-on-3 concept”仅提及远中种植体使用13 至18 mm 之间种植体倾斜植入，并未对种植体植入角度进行详细分析。种植牙的长期成功和稳定与种植体的生物力学息息相关，过大的应力会导致种植部件机械并发症的发生，甚至引起牙槽骨丢失和种植体周围炎导致种植牙失败。

本次实验是使用有限元法进行研究和分析，有限元法目前已经广泛应用于种植牙的生物力学分析［21］。该方法比模型实验需要更少时间和标本成本，甚至提供了更详细的结果，这些变化对于体外实验而言过于微小，甚至无法发现［22］。随着计算机硬件的升级及有限元软件的进步，有限元分析法也变得更加准确和高效。本实验我们发现，”All-on-4”的应力分布最佳，这与ELSAYYAD 等［23］于2020年的研究结果相符合，其研究表明”All-on-4”应力分布情况优于“The all-on-3 concept”。”All-on-4”在两种加载模式下，没有出现最大应力峰值的情况，说明”Allon-4”的氧化锆桥，基台及修复螺丝比“The all-on-3 concept”发生机械并发症的概率低。“The all-on-3 concept”在植入角度为17°时，由于能够轴向传递咬合力，牙槽骨和种植体的应力明显低于其他组，但其过长的悬臂使得氧化锆桥和基台的应力大大增加，这与过去的研究结果相符合［24］。LIU等［25］于2019年研究发现”All-on-4”远中种植体在植入角度为30°和45°时获得优于15°的应力分布。但在“The all-on-3 concept”远中种植体植入角度为45°时应力分布情况不理想，出现了6 次最大应力峰值。推测由于“The all-on-3 concept”的近中种植体在牙槽骨前端，近远中2 颗植体距离较大，当远中种植体倾斜角度过大时，会导致种植体间距过大，容易产生应力集中［26］。当远中种植体植入角度为30°时，最大应力峰值出现次数在“The all-on-3 concept”各组中最少。这说明植入角度为30°时，“The all-on-3 concept”获得了良好的应力分布，生物及机械并发症发生的概率较低。

总之，“The all-on-3 concept”远中种植体植入角度为30°时应力分布情况最佳，其次为17°，最差为45°，但“The all-on-3 concept”应力分布情况略差于“All-on-4”。