不同长度种植体固定桥修复种植体的三维有限元受力分析

[摘 要]目的 观察相同直径不同长度种植体组合联合修复的种植体等效应力分布的区域及最大等效应力大小。方法 使用Solidworks软件建立不同长度种植体固定桥三维模型（A组：4.1 mm×10mm与4.8 mm×10 mm；B组：4.1 mm×10 mm与4.8 mm×8 mm；C组：4.1 mm×12 mm与4.8 mm×10 mm；D组：4.1 mm×12 mm与4.8 mm×8 mm），种植体置入位置为右下5和右下7，右下5种植体直径4.1 mm，右下7种植体直径4.8 mm，长度分别为8 mm、10 mm、12 mm，并在不同种植固定桥修复模型上施加轴向100 N，斜向45°100 N的力，观察不同模型种植体最大等效应力分布位置及大小。结果 在轴向及斜向45°力的加载作用下，种植体的最大等效应力分布于种植体颈部；垂直力加载时，C组、D组右下7最大等效应力值均小于A组、B组；右下5的最大等效应力值接近；倾斜力加载时，A、B、C组的右下5最大等效应力值接近，D组稍大于其他三组；右下7的最大等效应力值与A组、C组接近，B组与D组接近。结论 种植固定桥修复中，种植体长度的改变对种植体应力值会产生一定的影响，但变化不显著。基于此，在临床中提倡近远中种植体可选择长度较长且尽量接近的种植体，而游离端悬臂结构应适当减少近远中径及颊舌径。

[关键词] 种植体；三维有限元；最大等效应力

[中图分类号] R782.13 [文献标识码] A [文章编号] 1004-4949（2024）11-0054-05

基金项目：广西壮族自治区卫生健康委员会自筹经费科研课题（编号：Z20200602）

Three-dimensional Finite Element Stress Analysis of Implant Fixed Bridge with Different Lengths to Repair Implants

WEI Ting-ting

（Department of Stomatology， Liuzhou Municipal Liutie Central Hospital， Liuzhou 545007， Guangxi， China）

[Abstract]Objective To observe the area of the equivalent stress distribution and the maximum equivalent stress of the implant with the same diameter and different length of the implant combination. Methods SolidWorks software was used to establish three-dimensional models of implant fixed bridges with different lengths （group A： 4.1 mm×10 mm and 4.8 mm×10 mm； group B： 4.1 mm×10 mm and 4.8 mm×8 mm； group C： 4.1 mm×12 mm and 4.8 mm×10 mm； group D： 4.1 mm×12 mm and 4.8 mm×8 mm）. The implant was placed at the lower right 5 and lower right 7. The diameter of the lower right 5 implant was 4.1 mm， and the diameter of the lower right 7 implant was 4.8 mm. The length was 8 mm， 10 mm， and 12 mm， respectively. The force of 100 N in the axial direction and 45° 100 N in the oblique direction was applied to the different implant fixed bridge repair models to observe the maximum equivalent stress distribution position and size of the implants in different models. Results Under the loading of axial and oblique 45° force， the maximum equivalent stress of the implant was distributed in the neck of the implant. When the vertical force was loaded， the maximum equivalent stress value of the right lower 7 in group C and group D was smaller than that in group A and group B； the maximum equivalent stress value of the lower right 5 was close； when the inclined force was loaded， the maximum equivalent stress values of the lower right 5 of group A， B and C were close， and group D was slightly larger than the other three groups； the maximum equivalent stress value of the right lower 7 was close to that of group A and group C， and that of group B and group D was close. Conclusion In the repair of implant fixed bridge， the change of implant length will have a certain influence on the stress value of implant， but the change is not significant. Based on this， it is advocated in clinical practice that the mesial and distal implants can be selected with a longer length and as close as possible， while the free end cantilever structure should appropriately reduce the mesial and distal diameters and buccolingual diameters.

[Key words] Implant； Three-dimensional finite element； Maximum equivalent stress

缺失牙种植修复是临床口腔修复的常用手段，但是在种植修复过程中，通常会因为多种原因造成种植体植入空间不足[1]。因此，种植支持式单端固定桥也逐渐成为修复的一种常见手段。通过选择种植固定桥的方式修复多颗牙连续缺失，以减少种植体的植入数量，从而减小手术创伤[2]。不同缺牙部位选择的种植体、长度、直径等存在差异，且不同长度种植固定桥修复种植体会产生不同应力，改变种植支持式单端固定桥的颈部受力，从而对种植成功率产生影响[3，4]。因此，如何选择种植体长度、宽度，以减少种植体应力是当前研究的重点问题之一[5]。而种植固定桥修复中，不同长度的种植体组合会产生何种应力分布效果仍有待进一步研究[6]。本研究对不同长度的种植体组合种植固定桥应力进行分析，以期为临床的选择提供一定的参考依据，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 应用软件 医学图像处理软件：MIMICS 20.0（比利时Ma-terialise公司）；三维机械制图专用软件：SolidWorks2018（美国SolidWorks 公司）；有限元分析软件：Abaqus6.14（法国达索Simulia公司）。

1.2 建立模型 寻找1名志愿者，其颌骨形态正常，无颌骨手术史，无牙槽骨吸收，无牙周疾病，且CBCT影像学资料齐全。将CBCT图像以DICOM格式导入MIMICS软件中，并通过调整灰度值（HU值）范围分别获取右下5近中至右下7远中下颌骨模型，设置下颌骨外围2 mm厚为皮质骨，中间为松质骨；再截取右下5、6、7牙冠模型，形成右下5、6、7联冠模型。

1.3 种植体和基台三维模型的建立 扫描登特斯成品直基台及基台螺丝实体，建立基台及基台螺丝的三维模型。参考登特斯种植体尺寸及参数[4]，在SolidWorks 软件中绘制出种植体三维模型，直径及长度分别为4.1 mm×10 mm、4.8 mm×10 mm、4.8 mm×8 mm、4.1 mm×12 mm。

1.4 模型的装配组合 将下颌骨、种植体、基台、联冠模型装配组合，分别在第二前磨牙处放置4.1 mm×10 mm、4.1 mm×12 mm种植体，在第二磨牙处放置4.8 mm×10 mm、4.8 mm×8 mm种植体，形成4组种植固定桥修复模型：A组4.1 mm×10 mm与4.8 mm×10 mm、B组4.1 mm×10 mm与4.8 mm×8 mm、C组4.1 mm×12 mm与4.8 mm×10 mm、D组4.1 mm×12 mm与4.8 mm×8 mm，见图1、图2。

1.5 网格划分及参数设置 将SolidWorks全部模型组合导入Ansys Workbench软件中，采用十节点四面体单元划分网格。设置皮质骨、松质骨、上部修复体、纯钛（种植体、基台及螺丝）的材料参数[5-8]，包括弹性模量和泊松比，见表1。

1.6 实验边界条件设定 所有材料均为各向同性、均匀、线性弹性的材料[9]；种植体与周围骨组织为完全骨结合，种植体与皮质骨及松质骨接触面之间无相对摩擦，基台、螺丝与种植体均为绑定关系[10]，相互之间不存在滑动。在下颌骨模型底部设定固定约束面。

1.7 力的加载条件 根据我国人群平均咀嚼力大小为30～300 N[11]，分别于右下5、右下7牙冠咬合面中央设置加载点，给各加载点施力大小为50 N，方向分别为平行于种植体长轴的垂直力及与种植体长轴成45°角的倾斜力。

1.8 观察指标 观察不同模型种植体最大等效应力分布位置及大小。

1.9 统计学方法 数据导入Excel进行处理，计数资料以（n）进行描述。

2 结果

垂直力与倾斜力加载时，各组右下5、右下7倾斜力加载时的最大等效应力均大于垂直力加载，见表2；各组右下5、右下7垂直力与倾斜力加载时等效应力分布图见图3～图6。在施加轴向及斜向45°的力时，应力峰值均集中在种植体颈部，即种植体与基台连接处，力值逐渐向根方变小，呈现一定规律性。在垂直力加载时，C组、D组的右下7最大等效应力值小于A组、B组；右下5最大等效应力值较为接近。倾斜力加载时，A、B、C组右下5最大等效应力值接近，D组稍大于其他三组；A组与C组右下7最大等效应力值接近，B组与D组接近；而同一模型中，右下5与右下7最大等效应力值相差较大，且右下5大于右下7。

3 讨论

相关研究显示[7，8]，种植体失败与长度相关，种植体越小，失败的风险越大。种植体较短会对牙槽骨产生更高的应力和应变，从而使种植体骨界面接触面积减小，相应均匀的应力分布也较少[9]。但也有研究显示[10]，与短种植体相比，增加种植体长度可能有助于减少骨变形和最大应力。基于此，研究不同长度种植体固定桥修复种植体的三维有限元受力情况具有重要的临床意义[12]。

本研究结果显示，在轴向及斜向45°力的加载作用下，种植体的最大等效应力分布于种植体颈部。分析认为，可能是因为种植体颈部是与皮质骨接触的部位，而皮质骨的弹性模量又远大于松质骨，所以较大的应力均集中在该位置[13]。同时研究显示，垂直力加载时，C组、D组右下7最大等效应力值均小于A组、B组；右下5的最大等效应力值接近；倾斜力加载时，A、B、C组的右下5最大等效应力值接近，D组的稍大于其他三组；右下7的最大等效应力值与A组、C组接近，B组与D组接近，该结论提示种植体的最大等效应力与种植体长度的增加无显著的相关性，这可能与种植体直径无相关性，即在种植固定桥修复中，种植体长度的改变对种植体应力大小的影响并不明显[14]，该结论与张理生等[15]的报道相似。由于本研究中所产生的最大等效应力值远小于钛种植体的强度550 MPa，在安全范围内。而临床上可能会遇到更大的加载力，因此以上结论具有一定的局限性，具体的受力情况还需要临床进一步探究证实。

综上所述，种植固定桥修复中，种植体长度的改变对种植体应力值的变化影响不明显。临床上可根据避开重要解剖结构需要、获取较好的初期稳定性等情况酌情选择适合的种植体长度。

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收稿日期：2024-4-30 编辑：周思雨