平台转换结构牙种植系统的力学分析

1、分类号 U D C 密级 学位论文 平台转换结构牙种植系统的力学分析 作者姓名： 指导教师： 申请学位级别： 学科专业名称： 论文提交日期： 唐佳奇 王晓冬教授 东北大学机械工程与自动化学院 硕士学科类别：工学 流体机械及工程 2 0 1 3 年6 月论文答辩日期：2 0 1 3 年6 月 学位授予日期：2 0 1 3 年7 月答辩委员会主席： 评阅人：蓼害 y 刎 东北大学 2 0 1 3 年6 月 万方数据 AT h e s i si nF l u i dM a c h i n e r ya n d E n g i n e e r i n g M e c h a n i c sa n a

2、l y s i so fd e n t a li m p l a n t s y s t e m w i t hp l a t f o r m s w i t c h i n gs t r u c t u r e B yT a n gJ i a Q i S u p e r v i s o r ：P r o f e s s o rW a n gX i a o D o n g N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y J u n e2 0 1 3 万方数据 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致

3、谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：谚修萄 日期：朋；、参、订 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口 学位论文作者签名：诱i 乏茼 签字日期：3

4、, o l ；6 、订 多心 膨州 每 签年巍 万方数据 东北大学硕士论文 摘要 平台转换结构牙种植系统的力学分析 摘要 种植义齿因具有传统活动义齿、固定义齿无法比拟的优势，在近十几年中得到了长 足的发展，得到越来越多患者的认可。虽然种植修复具有很高的远期成功率，但临床上 仍不时有种植修复失败病例的报道，包括紧固螺钉的松动、折断，种植体的脱落等，而 颌骨局部负荷过大引起的种植体周围骨吸收是造成种植修复失败的主要原因之一。种植 修复的成功除了要求其具有良好的生物相容性外，还要具备良好的生物力学相容性，从 而保障种植修复的远期成功率。 本研究参照具有平台转换结构的韩国D e n t i u m 种

5、植系统4 0 r a m 1 0 0 m m 种植体， 在P R O EW i l d f i r e5 0 三维制图软件中绘制包含相应基台、中央螺丝和烤瓷冠的种植修 复体三维实体模型。使用A n s y sW o r k b e n c h l 4 0 对模型进行力学分析。 本文研究内容： ( 1 ) 探讨5 种不同螺纹形状的种植体对种植体骨界面应力分布和变形分布的影响， 寻找最佳的螺纹形状设计。( 2 ) 探讨8 种不同螺距的种植体对种植体骨界面应力分布 和变形分布的影响，寻找最佳的螺距设计。( 3 ) 比较不同长度、直径的种植体对种植体 一骨界面应力分布和变形分布的影响。( 4 ) 比较

6、不同冠根比对平台转换结构种植义齿修 复体各部件及周围骨组织应力分布和变形分布的影响。( 5 ) 种植体一基台连接系统的疲 劳寿命分析。 本文研究结论： 三角形螺纹形状和等腰梯形螺纹形状略好于其他螺纹形状；种植体螺纹螺距对种植 体骨界面应力分布和变形分布影响很小；种植体直径和长度越大，颌骨应力和变形分 布情况越好，直径对种植体骨界面应力和变形分布情况影响更大；冠根比大于1 ：l 的种 植义齿也有成功种植的可能，但尽量避免超过2 ：1 ；平台转换结构减小了种植体一骨界面 的应力集中，但增大了基台和螺钉的松动和折断风险；颌骨应力主要来源于咬合力，螺 钉预紧力产生的颌骨应力很小。 关键词：种植义齿；平

7、台转换；冠根比；种植体结构；有限元分析 I I 万方数据 东北大学硕士论文 A b s t r a c t M e c h a n i c sa n a l y s i so fd e n t a li m p l a n ts y s t e mw i t hp l a t f o r m s w i t c h i n gs t r u c t u r e A b s t r a c t W i t ht h eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g e so ft h ei m p l a n td e n t u r e ，t h ei m p l a

8、 n tr e s t o r a t i o nh a sb e e n i m p r o v e dd r a m a t i c a l l yi nt h er e c e n td e c a d e s ，a n dm o r ea n dm o r ep a t i e n t sp r e f e rt oc h o o s et h i s n e wp r o s t h o d o n t i c s M o s to ft h es t u d i e sh a v es h o w nm u l t i y e a rs u c c e s sr a t ei sv

9、 e r yh i g hf o r i m p l a n t sp l a c e di np a t i e n t s H o w e v e ri m p l a n tf a i l u r e sw e r er e p o r t e do c c a s i o n a l l y ，i n c l u d i n g t h ei m p l a n tf r a c t u r e ，l o o s e ，t i l lt h ef a l l i n go f f A n do n eo ft h em a i nc a u s e so fi m p l a n tf

10、 a i l u r ei s e x c e s s i v el o a do nt h ei n t e r f a c eo fi m p l a n ta n db o n ec a u s e db ys t r e s sc e n t r a l i z i n g ，w h i c h i n d u c e st h ea b s o r p t i o no ft h eb o n ea r o u n di m p l a n t T om a x i m i z et h ec h a n c ef o rl o n g t e r m i m p l a n ts

11、t a b i l i t ya n df u n c t i o n ，t h ed e s i g na n ds e l e c t i o no f d e n t a li m p l a n ts h o u l db a s eo nb e t t e r b i o m e c h a n i c sc o m p a t i b i l i t ya n db e t t e rb i o c o m p a t i b i l i t y I nt h i ss t u d y ，t a k i n gD e n t i u mp l a n t i n gs y s t

12、e mw i t hp l a t f o r ms w i t c h i n gs t r u c t u r eo fK o r e a a sar e f e r e n c e ，( i m p l a n t ss i z e4 m m x1 0 m m ) ，d r a wt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l w h i c hc o n t a i n st h e c o r r e s p o n d i n gb a s es t a t i o n ，t h ec e n t r a ls c r e wa n dp o r

13、c e l a i nc r o w nt h r o u g h3 Dm a p p i n g s o f t w a r eo fP R O EW i l d f i r e5 0 U s i n gA n s y sW o r k b e n c h l 4 0m e c h a n i c sa n a l y s i st ot h e m o d e l T h er e s e a r c hc o n t e n to ft h i sp a p e r ： ( 1 ) T oe v a l u a t et h ei n f l u e n c eo ff i v ed i

14、 f f e r e n tt h r e a ds h a p eo fi m p l a n to nt h es t r e s s d i s t r i b u t i o no fi m p l a n t b o n ei n t e r f a c e ，a n ds e a r c hf o rt h eb e s tt h r e a ds h a p ed e s i g n ( 2 ) T o e v a l u a t et h ei n f l u e n c eo fe i g h td i f f e r e n tp i t c ho fi m p l a n

15、 to nt h es t r e s sd i s t r i b u t i o no f i m p l a n t - b o n ei n t e r f a c e ，a n ds e a r c hf o rt h eb e s tp i t c hd e s i g n ( 3 ) T oc o m p a r et h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n ti m p l a n td i a m e t e ra n dl e n g t ho nt h es t r e s sd i s t r i b u t i o no fi

16、m p l a n t - b o n ei n t e r f a c e ( 4 ) T oc o m p a r et h es t r e s sd i s t r i b u t i o na n dd e f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o no fd i f f e r e n tc r o w nr o o tr a t i o o np l a t f o r ms h i f ts t r u c t u r es y s t e mc o m p o n e n t sa n dt h es u r r o u n d i n g

17、b o n et i s s u e ( 5 ) T h e a n a l y s i so ff a t i g u el i f eo ni m p l a n t - a b u t m e n ts y s t e m T h er e s e a r c hc o n c l u s i o no ft h i sp a p e r ： T r i a n g u l a rs h a p ea n di s o s c e l e st r a p e z o i dt h r e a ds h a p es l i g h t l yb e t t e rt h a no t

18、h e rs h a p e s ；T h e i m p a c to fi m p l a n tt h r e a dp i t c ho ni m p l a n t b o n ei n t e r f a c es t r e s sd i s t r i b u t i o na n dd e f o r m a t i o n I I I 万方数据 东北大学硕士论文 A b s 仃a c t d i s t r i b u t i o ni sv e r ys m a l l ；A st h ei m p l a n td i a m e t e ra n dl e n g t

19、 h i n c r e a s e ，t h es t r e s sa n d d e f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o nb e c o m e su n i f o r m ；C o m p a r e dw i t ht h el e n g t h ，t h ed i a m e t e ro ft h e c h a n g eo ni m p l a n t b o n ei n t e r f a c es t r e s sa n dd e f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o ni n f

20、 l u e n c ei sg r e a t e r ； C r o w nr o o tr a t i og r e a t e rt h a nl lf u l l ya l s oh a st h ep o s s i b i l i t yo fs u c c e s s f u lc u l t i v a t i o n ，b u tt r y t oa v o i dm o r et h a n2 ：l ；T h es t r e s sc o n c e n t r a t i o n so ft h es u r r o u n d i n gb o n et i s s

21、 u eo f i m p l a n ti s r e d u c e db yt h ep l a t f o r ms w i t c h i n gs t r u c t u r e ，b u tt h er i s kt h a tt h el o o s e na n df r a c t u r em a y b e o c c u r r e di nt h eb a s es t a t i o na n dc e n t r a ls c r e ww i l lb ei n c r e a s e d J a wb o n es t r e s sm a i n l yc

22、 o m e s f r o mt h eb i t ef o r c e B o l tp r e t i g h t e n i n gf o r c ep r o d u c e sj a ws t r e s si ss m a l l K e yw o r d s ：i m p l a n t - b o r n ep r o s t h e s i s ；p l a t f o r ms w i t c h i n g ；c r o w n t o i m p l a n tr a t i o ； i m p l a n ts t r u c t u r e ；f i n i t

23、ee l e m e n ta n a l y s i s I V 万方数据 东北大学硕士论文 目录 目录 独创性声明I 摘要一I I A b s t r a c t I I I 第l 章绪论1 1 1 课题研究背景和意义1 1 2 种植系统研究现状2 1 2 1 种植系统冠根比研究现状2 1 2 2 种植体直径和长度研究现状3 1 2 3 种植体基台连接系统研究现状5 1 2 4 种植体材料的研究现状7 1 2 5 种植体形状的研究现状7 1 2 6 种植体螺纹形态的研究现状8 1 3 种植系统承载的咬合力9 1 4 有限元法在种植义齿生物力学分析中的应用1 0 1 5 模拟软件的选用1 1

24、 1 6 课题研究的目的和意义1 1 1 7 课题研究的内容和技术路线1 2 第2 章不同螺纹形态对种植体一骨界面应力及变形分布的影响1 3 2 1 不同螺纹形状对种植体骨界面应力及变形分布的影响1 3 2 1 1 材料与方法1 3 2 1 2 结果分析一2 0 2 2 不同螺纹螺距对种植体骨界面应力及变形分布的影响2 5 2 2 1 材料与方法2 5 2 2 2 结果分析2 7 2 3 讨论3 1 2 4 小结3 2 第3 章不同直径长度种植体对种植体一骨界面应力及变形分布的影响 3 3 3 1 材料与方法3 3 3 2 结果分析3 4 V 万方数据 东北大学硕士论文 目录 3 2 1 垂直

25、载荷下颌骨应力和变形分布3 4 3 2 2 垂直载荷下颌骨应力和变形峰值一3 6 3 2 3 斜向载荷下颌骨应力和变形分布3 8 3 2 4 斜向载荷下颌骨应力和变形峰值4 0 3 - 3 讨 念4 2 3 4 小结4 3 第4 章不同冠根比的平台转换结构种植系统的力学分析4 5 4 1 材料与方法4 5 4 2 结果分析4 8 4 2 1 垂直载荷下应力峰值4 8 4 2 2 斜向载荷下应力峰值5 2 4 2 3 垂直载荷下应力分布5 5 4 2 4 斜向载荷下应力分布一5 7 4 2 5 垂直载荷下变形峰值一5 9 4 2 6 斜向载荷下变形峰值6 2 4 2 7 垂直载荷下变形分布6 6

26、 4 2 8 斜向载荷下变形分布6 8 4 3 讨论7 0 4 4 小结7 l 第5 章螺钉预紧力的确定及连接系统的疲劳寿命分析7 3 5 1 螺钉预载荷的确定7 3 5 1 1 材料与方法7 3 5 1 2 结果分析7 3 5 2 连接系统的疲劳寿命分析7 4 5 2 1 材料与方法7 5 5 2 2 循环载荷和S N 曲线7 5 5 2 3 结果分析7 5 5 3 讨论7 7 5 4 结论7 7 第6 章结论与展望7 9 6 。l 结论7 9 V I 万方数据 东北大学硕士论文 目录 6 2 展望8 0 参考文献8 1 致谢8 9 V I I 万方数据 东北大学硕士论文 第1 章绪论 第1

27、 章绪论 1 1 课题研究背景和意义 2 0 世纪六十年代，瑞典学者B r a m e m a r k 等人基于种植材料和种植体骨界面的研究， 提出了“骨结合”理论，随后发明了B r z i n e m a r k 牙齿种植系统，他们的研究为以后的口 腔种植奠定了理论基础【1 - 3 】。此后，经过国内外学者大量的基础研究和近十几年的临床 种植修复实践，目前，已经建立起了较为完整的牙齿种植理论【4 1 。 种植义齿( i m p l a n t - b o r n ep r o t h e s i s ) 是以牙种植体支持、固位为基础的一类缺牙修 复体，被誉为人类的“第三副牙齿”，种植义齿所具

28、有的功能和美学修复效果是可摘局 部义齿和固定义齿无法比拟的，己成为牙齿、牙列缺失的常规修复方法之一【5 6 J ，并且 成为口腔医学发展的焦点。目前，口腔种植技术在发达国家已经得到了普遍的认可，虽 然国内种植技术起步相对较晚，但发展也非常迅速，受到了越来越多牙齿、牙列缺失患 者的选择。目前，国内市场上的种植系统仍以进口为主，但是国外品牌种植系统价格高 昂，很大程度上限制了该项技术的普及，这就迫切要求国内相关研发单位开发生产出具 有高品质、低价位的种植系统以满足日益增长的临床需要【7 岱J 。 种植义齿修复是一个复杂的系统工程，其临床疗效受到许多因素影响。目前公认的 影响种植系统修复生物力学特性

29、的主要因素有：种植体材料、种植体表面形貌、种植体 的宏观结构设计、种植体基台连接系统设计、颌骨的解剖形态、颌骨的生物力学特性 和咬合力方式等。在这些领域，国内外学者进行了大量的基础和临床实验研究，获取了 很多有意义的资料 9 - 1 0 】。大量的研究结果表明，相对于其它影响种植系统生物力学特性 的因素而言，种植系统的宏观结构对咬合力的传导影响更为明显，并且在临床上更容易 选择和控制【1 1 1 。 种植义齿的失效形式主要包括种植体脱落、种植体基台连接系统的松动、折断【l 2 1 。 造成种植体脱落的原因主要有两点：一是种植体周围骨组织发炎导致的骨吸收【1 列；二是 种植体周围骨组织局部过大应

30、力集中引起的骨吸收。前者要求种植体具有良好的生物材 料相容性；后者要求，种植系统具有良好的力学传递性。这两个基本要求是种植成功的 前提，对种植系统的成功种植和远期成功率有着至关重要的作用 1 4 - 1 6 o 造成种植体基 台连接系统松动、折断的主要原因是种植体基台连接系统在较大的应力下产生疲劳破 坏。 本课题基于有限元分析原理，应用P r o EW i l d f i r e 和A n s y sW o r k b e n c h 之间无缝接 万方数据 东北大学硕士论文 第1 章绪论 口和双向参数传递功能，从力学角度对种植义齿的几个结构参数( 冠根比、种植体一基 台连接形式、种植体直径长度

31、、种植体螺纹形态) 进行力学分析。进一步认识这些结构 参数对种植系统力学传递的影响，为设计开发和临床选择种植系统提供理论参考。 1 2 种植系统研究现状 1 2 1 种植系统冠根比研究现状 冠根比可分为临床冠根比和解剖冠根比。种植修复体的临床冠根比= 临床牙冠长度 ( 种植义齿牙冠最顶端到颌骨与种植体最上方接触点的垂直距离) 临床牙根长度( 种植 体与骨最上方接触点到种植体最下端的垂直距离) ；解剖冠根比= 解剖牙冠长度( 种植义 齿牙冠最顶端到种植体颈部和基台对接处的垂直距离) 解剖牙根长度( 种植体颈部和基 台对接处到种植体最下端的垂直距离) 。冠根比示意图见图1 1 。 图1 1 冠根比

32、不意图 F i g 1 1S c h e m a t i cd i a g r a mo f c r o w n - r o o tr a t i o 在长期临床追踪观察研究中，有些学者认为冠根比会影响种植的成功率，冠根比越 大，种植的失败率可能会更高 17 1 。但越来越多的临床研究指出种植体在冠根比较大的情 况下所受到的咀嚼力并没有引起更多的垂直骨高度丧失 1 8 - 1 9 】。在临床实践中，多大的冠 根比会引起骨组织的明显吸收，最终导致种植义齿失败尚无定论。对临床病例的回顾性 研究，由于受到患者自身因素( 如牙位、颌骨条件、咬合关系、咀嚼习惯、口腔卫生等) 及治疗因素( 单冠、连冠设计

33、、咬合调整、冠根角度等) 的影响，很难明确冠根比与种 植体周围骨丧失的影响关系。 临床冠根比对于评估天然牙的远期状况具有重要的参考价值，随着冠根比的增大即 牙槽骨高度的降低，牙齿缺失的可能性增加【2 0 2 1 1 。临床上理想天然牙冠根比为l ：1 5 ，最 2 。 万方数据 东北大学硕士论文 第1 章绪论 大不超过1 ：l 。牙齿缺失后由于严重的骨吸收或者上颌骨结构的异常，导致了种植义齿 修复体冠根比远大于1 ：l ，异常冠根比受到了越来越多临床医生和学者们的关注。基于 天然牙的临床冠根比理论，学者们提倡植入尽量长的种植体以便获得理想的冠根比，以 减少种植体周围骨组织所受应力，从而提高种植

34、体的成功率。有学者通过三维有限元分 析认为冠根比小的种植体对其周围骨组织产生的应力较小【22 | 。然而最近一些长期临床追 踪观察研究的结果与利用生物力学模型简单推论的结果存在差异【2 3 1 。在一些临床长期追 踪观察实验中，种植体在冠根比较大的情况下在咀嚼力作用下并没有引起更多的垂直骨 高度丧失。W e n n s t r o m 等【2 4 】指出，冠根比不是预测种植义齿成功率的良好标准，相对较 大的冠根比种植义齿并不意味着种植体周围骨组织更易丧失，相反，同样可以获得良好 的预后和远期疗效。R o k n i 等【2 5 】也发现，1 0 3 0 范围内的冠根比例不影响骨高度的丧 失，这

35、可能与骨组织处在正常的骨再生与骨吸收的动态平衡之中有关系。金鼎L 2 6 J 等认为， 冠根比的不同对种植体轴向的颌骨应力影响不大，对颊舌向影响较大，因而种植修复的 稳定性应着重考虑的因素是种植体颊舌向的受力，颊舌向受力下种植体颈部及周围骨皮 质为应力集中区，轴向施力时种植体颈部、根尖部周围的骨组织为应力集中区，种植修 复体冠根比以不超过1 ：1 为宜。 1 2 2 种植体直径和长度研究现状 目前普遍的观点认为：随着种植体直径和长度的增加，颌骨应力集中区的应力对骨 组织的损伤均有所减缓，有利于增强种植体的支持和固位能力，减缓骨吸收，从而提高 种植系统的种植成功率。增加种植体的直径和长度，均能够

36、使种植义齿承受侧向力的能 力增强。所以临床上在选择种植体时，应尽量地选择粗长直径的种植体，最大地发挥颌 骨对种植义齿的固位、支持作用 2 7 - 2 8 l 。不同直径种植体见图1 2 。 图1 2 不同直径的种植体 F i g 1 2I m p l a n t sw i t hd i f f e r e n td i a m e t e r s 一3 万方数据 东北大学硕士论文 第1 章绪论 在种植体直径对骨界面应力分布的影响方面，各学者研究报告不一致。D h e r t 等【2 圳、 B l o c k 等【3 0 l 、R i g e r 等【3 1 】认为种植体的直径对骨界面的应力分布

37、几乎没有影响，可以忽 略不计。但多数学者认为种植体直径与其周围骨组织应力分布的关系较大。M a t s u s h i t a 等3 2 1 、邹敬才等【3 3 1 、张少锋等认为，为了使载荷能够在骨组织的更大面积上分布， 应尽可能选用粗的牙种植体。M a i l a t h 3 5 】等用三维有限元法进行了不同直径种植体的生物 力学分析，也认为种植体直径越大，应力分布情况越好。 在种植体长度对骨界面应力分布的影响方面，各学者看法也不相同。B l o c k 等【3 0 J 进 行动物实验，结果发现，把种植体从颌骨中拉出所需力的大小与种植体长度关系较大。 张少锋等【3 4 】利用有限元法研究了

38、种植体长度对种植全口义齿应力的影响，得出的结论是 种植体长度与种植体周围骨组织应力的大小呈负相关关系。M e i j e r 等【3 6 】研究表明，种植 体长度对骨界面应力分布情况的影响不大，而下颌骨高度对骨界面应力分布情况的影响 较大。赖红昌等【37 J 的研究结果认为，种植体长度增加大约两倍时，种植体一骨界面的应 力峰值只下降1 0 左右，从而认为，种植体长度对种植体一骨界面应力峰值的影响不大。 董福生等【3 8 】分析了3 种不同长度种植体在分别承受垂直载荷和侧向载荷时种植体一骨界 面的应力分布情况，结果发现：垂直载荷作用下，种植体长度对种植体一骨界面的应力 分布情况影响不明显；侧向载

39、荷作用下，随着种植体长度的增加，种植体一骨界面的应 力峰值逐渐下降。研究表明，随着种植体长度的增加，可以提高颌骨承受侧向载荷的能 力。P e t r i e 等 ”】认为，当种植体长度大于颌骨高度的6 0 时，种植体长度变化时，牙槽 骨的应力分布情况变化不明显。L u m 等1 4 0 j 用工程统计学方法，分析了轴向力和水平力作 用下种植体力的传导，结果发现，在轴向力作用下，仅仅长度为1 0m m ，直径为4 m m 的种植体，能传导平均最大咬合力，此时颌骨受到张力在正常生理限度内，在水平力作 用下长度大于1 2 m m 时，再增加长度对力的传导无显著差异。不同长度种植体见图1 3 。 图1

40、 3 两种不同长度种植体 F i g 1 3T w oi m p l a n t sw i t hd i f f e r e n tl e n g t h 4 万方数据 东北大学硕士论文 第1 章绪论 有些学者将种植体直径和长度问时作为参数变量进行分析，利用优化设计的方法将 对这两个参数分别取最大和最小两个设计极限值，对两个极限区间划分均匀等分后得出 两组连续变化的数值，将数值交叉组合后使用优化设计的方法对这两个因素进行探讨。 这种方法的优势在于可以连续的分析种植体直径和长度变化对颌骨应力和种植体稳定 性的影响。王晗等( 4 l 】通过A n s y sw o r k b e n c h1 1

41、 0 软件，采取双目标分析，他们认为，在 I I 类骨质下，种植体直径的增加更有利于改善颌骨应力的分布，特别是承受较大颊舌向 咬合力时，应根据颌骨情况尽可能选择直径较粗的种植体，改善颌骨应力，提高其存活 率。对于窦嵴距为9m m 时，从生物力学角度考虑，种植体的直径应大于4 8m m ，同时 长度应大于7 5m m ，为临床的最佳选择。孙滢滢1 4 2 J 采用同样方法对圆柱形种植体直径 和长度的双目标分析，他们研究认为：种植体直径的增大有利于改善颊舌向力的应力分 布，长度的增大有利于改善垂直向力的应力分布，相对于长度而言，应更重视圆柱形种 植体直径的选择和设计。 E t 前，大多学者对种植体

42、直径长度的研究主要集中在模拟分析，缺乏实验的验证， 主要有以下两个方面的原因：第一、种植体动物实验周期较长，同一参数的分析对比需 要进行大量实验，且由于手术是人工操作，人为因素影响较大；第二、每个实验动物的 颌骨条件不一致，即使同一只动物的不同种植区域处颌骨条件和咬合状态也有所差异， 颌骨条件也不尽相同，实验条件无法完全统一，外界影响因素较大。 1 2 3 种植体一基台连接系统研究现状 对于牙种植系统的研究，目前都着重于种植体和骨界面的研究。由于近年来种植体、 基台及紧固螺钉的松动、折断引起失败的报道越来越多，对这方面的研究逐渐引起了学 者们的关注。 种植体基台界面的紧密联接通过种植体和螺丝螺

43、纹啮合面间的摩擦力、螺栓末端 施加扭力而产生的预紧力而获得。预紧力值是根据材料和结构的机械性能等因素来确定 的，临床上使用的终拧扭矩一般为1 5 3 5 N c m 4 3 1 。预紧力可以在一定程度上防止螺栓出 现松动，但登须是在其材料的特性范围之内。 临床研究发现，种植义齿修复后，1 年之内部件松动发生率为6 3 1 ，双尖牙区 高达4 9 ，这与义齿设计、多变的咬合力及修复部位有关外，还与诸多因素有关，如预 紧力、部件间的适合性、紧固螺钉的设计与材料等【4 4 45 | 。在外力作用下紧固螺钉会伸长， 当外力大于螺丝的弹性形变时，螺丝即失去弹性，接触面间因无锁结而出现部件松动。 多个研究

44、表明，具有锥度内连接结构种植体系统的稳定性更好。N o r t o n 等p 6 J 认为，锥形 5 万方数据 东北大学硕士论文 第1 章绪论 的基台可以使种植体。基台连接面问的微动度减小，进而提高了此处的抗弯曲能力。M e r z 等p 7 1 运用实验和三维有限元模型分析比较了8 。的锥状连接系统和外六角的平面连接系 统，结果表明锥状连接的长期稳定性更好。 黄茜等【4 8 】对种植体基台连接系统的应力分布进行了分析，发现紧固螺钉的最大应 力值位于螺钉头部与螺杆交接处，临床上应尽可能减小种植义齿受到的侧向力。高飞等 4 9 1 对连接系统的疲劳寿命进行了分析，他们认为紧固螺钉与种植体内螺纹上

45、半部分结合 处是失效风险最大的区域，安全系数较低。B a r f o u r 等【5 0 J 分别对形状为外六角、内六角 和内八角的连接系统进行了抗疲劳实验，结果显示，内八角结构设计的抗侧向载荷能力 最差，加载侧向扭力时，内八角和内六角的疲劳部位大多出现在基台和螺钉固定处，而 种植体完好，可以更换基台重新修复。而外六角结构的疲劳部位大多出现在种植体，一 旦折断则无法修复。图1 4 是种植体基台三种主要联接方式：外六角联接，内柱面联接， 内锥而联接。图中( a ) 为种植体，( b ) 为基台，( C ) 为紧同螺钉。 图1 4 三种种植体一基台联接方式 F i g 1 4T h r e ec

46、o n n e c t i o nw a yo fi m p l a n t a b u t m e n t 以往大量不同冠根比的三维有限元分析实验中采用的是平齐对接式结构的种植义 齿修复体 2 2 1 。由于种植体一骨界面之间不存在牙周膜这样的弹性模量缓冲装置，并且钛 种植体的弹性模量远大于骨组织的弹性模量，当咬合力在两种弹性模量相差较大的界质 中传递时，应力集中主要发生于种植体颈部及根尖部【2 6 1 ，而且，种植体与基台的对接部 位与牙槽骨平面接触，受力后产生微动及体液的内外流动，导致种植体颈部骨吸收【5 1 1 。 L a z z a r a 等【5 2 】首次提出了平台转换( p l

47、 a t f o r ms w i t c h i n g ，P S ) 概念，即基台连接面直径小 于种植体颈部直径，使基台的边缘止于种植体颈部边缘的内侧，而不是与颈部边缘的外 侧平齐。平台转换结构种植体将种植体与基台连接部位转移到种植体内部，避免因受力 后局部微动及体液流动对颈部骨组织的刺激。M a e d a 等 5 3 】通过三维有限元模型分析平台 转换结构种植系统，认为其结构优点主要在于种植体颈部的种植体一骨界面的应力集中 区被有效的转移，有效的分散了种植体颈部的应力，但却增大了基台和紧固螺丝的应力， 同时增加了基台和紧固螺丝松动和折断的风险。 6 万方数据 东北大学硕士论文 第1 章

48、绪论 1 2 4 种植体材料的研究现状 不同材料在其弹性模量方面的差异会影响到应力分布情况。M e i j e r 等【5 4 】用柔韧高分 子生物材料作成种植体进行动物实验，结果表明：弹性模量低的种植体更有利于骨组织 应力的传导，还可以减少骨密度的下降。R i e g e r 等在对3 种不同形态种植体进行分析时， 每一种植体采用由低到高的1 0 种弹性模量，得出结论：弹性模量的大小不是影响应力 分布情况的最重要的因素，相对来说，种植体形态的影响更大。同一种植体，弹性模量 越低的材料，种植体颈部周围骨组织应力集中情况越严重。因此，R i e g e r 等认为，材料 的弹性模量在0 8 1

49、0 5 1 6 1 0 5 M P a ( 如钛及钛合金) 是制作种植体的首选材料。邹 敬才等【5 5 J 通过建立二维有限元模型，分析了5 种不同弹性模量的种植体材料对单个螺纹 状种植体一骨界面应力分布的影响，研究发现：种植体材料弹性模量越大，其颈部周围 骨组织应力越小，根端骨组织应力越大；种植体弹性模量越小，种植体与骨界面相对位 移越大。比较得出，当种植体的弹性模量接近皮质骨或松质骨时，种植体的生物力学相 容性较差，所以适宜的弹性模量应该在7 0G P a 以上。目前，对种植体弹性模量的变化 与种植体一骨界面力学性状之间的关系仍有争议，尚须进一步研究。 1 2 5 种植体形状的研究现状。 种植体形态设计种类多，变异大。有螺纹种植体、根形种植体、桂形种植体、叶状 种植体、支架式种植体等。近年来，叶状、锚状、中空管状等种植体外形设计已逐渐减 少，柱形和根形种植体日益成为主导外形。从临床操作角度而言，带锥度的种植体更利 于植入。关于锥度对种植体骨界面的应力是否有显著影响，各学者意见不一。R i e g e r 分别对3 、6 、1 1 种不同形态种植体进行F E M 分析，结果表明：圆锥形种植体的骨组织 应力分布优于圆柱形种植体，对种植体进行截齿处理可以降低颌骨的应力集中。但有学 者应用F E M 分析后发现，不同锥度种植体周