上颌无牙颌固定修复中不同倾斜种植体数目的三维有限元分析

作者:甄子澄;汤春波;周储伟;周逃林; 刊名:中华老年口腔医学杂志 上传者:林倩君

【摘要】目的:研究利用三维有限元分析法在恒定静态力加载条件下,种植体和骨组织应力分布的规律、倾斜种植体数目的增加对种植体和骨组织应力分布的影响以及前牙区种植体的倾斜对应力分布的影响。方法:在无牙颌的上颌骨内,自右上颌至左上颌设计1-6号共6颗种植体,固定种植体的植入位置,以倾斜种植体数目的不同建立四种模型。模型Ⅰ:1-6号种植体均轴向倾斜0度;模型Ⅱ:1号、6号种植体远中倾斜45度,其余种植体轴向倾斜0度;模型Ⅲ:1号、6号远中倾斜45度,2号、5号远中倾斜30度,余种植体轴向倾斜0度;模型Ⅳ:1号、6号远中倾斜45度,2号、5号远中倾斜30度,3号、4号远中倾斜17度。利用SPSS数据处理及主成分分析法(PCA)分析四组模型的综合应力得分及应力分布情况。结果:种植体及骨组织表面的应力分布有其明确的分布规律,模型Ⅳ的种植体表面和骨组织表面的综合应力均最小。结论:增加倾斜种植体的数目可以对无牙颌固定义齿修复的生物力学效应产生积极作用,前牙区设计远中向倾斜种植体,可以减少前牙区种植体和骨组织表面的应力。

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汤春波通讯作者南京医科大学附属口腔医院种植修复科主任医师教授江苏210029周储伟南京航空航天大学航空宇航学院教授江苏210016周逃林南京航空航天大学航空宇航学院硕士江苏210016上颌骨因其结构复杂、骨量和骨质条件不如下颌骨理想,无牙颌种植往往难度较大。有限元分析法(Finite Element Analysis,FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟,用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统,具有仿真度高、计算精准等特点。利用三维有限元建模,让上颌骨具有了更好的三维生物力学模型,为口腔种植和口腔正畸等学科的生物力学研究打下了基础[1]。2003年,Paulo Maló发表文献提出“All-on-4”种植修复技术[2],即在颌骨前部轴向植入两颗植体,后部倾斜植入两颗植体,形成有四颗种植体支持的固定义齿修复体。该项技术自问世以来广受关注,Maló也报道了这种技术7年的种植体累积生存率为95.4%,修复体生存率为99.7%,5年平均边缘骨丧失(Marginal Bone Loss,MBL)为1.81mm[3]。继而诸多学者和专家对倾斜种植体的角度、分布、植体长度等各项参数进行了大量的三维有限元分析,大多数专家认为倾斜种植体的设计可以有效地减小种植体和骨组织的应力,同时也可以减小悬臂梁的长度、增大A-P距离,形成良好的空间应力分布[4-8]。由此可见倾斜种植体在无牙颌上颌骨内的应用对形成良好的应力分布有着积极的作用。基于上述分析,本实验设计不同数目倾斜种植体支持的四组固定义齿修复体模型,并应用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)[9]分析其综合应力得分的大小,选取应力分布较好的一组,为临床进行合理的术前设计提供参考。1.材料和方法1.1实验对象选择一名在江苏省口腔医院种植修复科就诊的志愿者(61岁,女性),上颌已进行无牙颌种植固定义齿修复,下颌为天然牙。此患者颌骨条件良好,实验种植体选择Bego种植系统(直径4.1mm,长度10mm),为简化研究起见,植体去除螺纹,进行有限元模型的设计。1.2实验材料口腔锥形束CT机(New TomVG,意大利),计算机(Lenovo,中国),Mimics10.0(Mater ialise,比利时),Geomagic Studio 12.0(R aindr op Geomagic Inc.,美国),CATIA V5R 20(Dassault Sy stem,法国),Abaqus 6.9(Simulia,法国),Semados系列种植体(BEGO,德国),3DCa Mega光学三维扫描系统(北京博维恒信公司,中国),3Shape D700激光扫描仪(3Shape,丹麦),SPSS 22.0(IBM,美国)。1.3有限元模型的建立1.3.1建立上颌骨三维有限元模型对志愿者头面部进行锥形束CT(Cone beam CT,CBCT)扫描。扫描范围上界为眶上缘上1cm,下界为下颌骨下缘,连续横断扫描后得到上颌骨的DICOM三维图像数据文件。将此数据导入Mimics 10.0三维成像软件,采用阈值、区域增长、Calculate 3D等命令对不同部分结构图像进行重建,快速建立无牙颌上颌骨的三维几何表面模型,分别导出皮质骨及松质骨的三维点云数据文件。利用Geomagic Studio12.0软件处理模型文件以获得平滑的上颌骨模型,再处理点云数据形成皮质骨和松质骨两个封闭的NUR BS曲面片模型,最后用CATIA建模软件中的快速成型模块和零件设计模块建立上

参考文献

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