植入位点不同对颧骨种植义齿种植体周骨应力分布影响的研究

　　作者：储顺礼1 周延民1 岳贵平2 作者单位：(1.吉林大学口腔医院 口腔种植中心，吉林 长春 130041;2.中国第一汽车集团公司技术中心，吉林 长春 130011)

　　【摘要】 目的 探讨植入位点不同时颧骨种植义齿种植体-骨界面的应力分布规律。方法 计算机模拟建立上颌后牙区重度萎缩三维有限元模型，分别在第一前磨牙区、第二前磨牙区、第一磨牙区和第二磨牙区模拟颧骨种植义齿修复。进行垂直向、颊向30°和舌向30°加载100 N，统计分析植入位点不同时颧骨种植义齿种植体-骨界面的应力。结果 1)第一前磨牙区颧骨种植体颊侧暴露较多，与临床不符。2)上颌后牙区拉应力峰值比较：选择第二磨牙区植入时最大，第二前磨牙区次之，第一磨牙区最小。上颌后牙区压应力峰值比较：选择第二磨牙区植入时最大，第一磨牙区次之，第二前磨牙区最小。颧骨区拉应力及压应力峰值比较：选择第二前磨牙区植入时最大，第一磨牙区次之，第二磨牙区最小。结论 选择第一磨牙区颧骨种植义齿修复较好。

　　【关键词】 颧骨; 种植体; 应力; 骨

　　Research on the influence of different implant site on the implant-bone-interface stress distribution in zygomatic implant denture CHU Shun-li1, ZHOU Yan-min1, YUE Gui-ping2. (1. Implant Center, Stomatology School of Jilin University, Changchun 130041, China; 2. China Faw Group Corporation R&D Center, Changchun 130011, China)

　　[Abstract] Objective To probe the implant-bone-interface stress distribution of zygomatic implant denture con-cerning different implant sites. Methods Three-dimensional finite element model for severe atrophy maxillary posterior-tooth area was established biomechanically in this study by computer technique and zygomatic implant was simulated into the model in the first-maxillary-premolar region, the second-maxillary-premolar region, the first-maxillary-molar

　　region and the second-maxillary-molar region respectively. Vertical loading, buccal(30°) loading and lingual(30°)

　　loading were preformed, 100 N. Then these load cases were calculated and analyzed. Results 1)When the implant site was placed in the first-maxillary-premolar region, the buccal side of zygomatic implant exposed out of the bone

　　and didn′t meet the clinical request. 2)As far as the tensile stress peak value in the maxillary posterior-tooth area was concerned, the highest value was recorded when the implant was placed in the second-maxillary-molar region, and then the medium value was recorded when the implant was placed in the second-maxillary-premolar region, and the smallest was recorded when the implant in the first-maxillary-molar region. As far as the compressive stress peak value in the maxillary posterior-tooth area was concerned, the highest value was recorded when the implant was placed in the second-maxillary-molar region, and then the medium was recorded when the implant was in the first-maxillary-molar region, and the smallest value was presented when the implant was in the second-maxillary-premolar region. As far as the tensile and compressive stress peak values in the zygomatic area were concerned, the highest value was recorded when the implant was in the second-maxillary-premolar region, and then the medium value when the implant was in the first-maxillary-molar region, and the smallest when the implant was in the second-maxillary-molar region. Conclusion The first-maxillary-molar region is the best implant site of zygomatic implant denture.

　　[Key words] zygoma; implant; stress; bone

　　当上颌后牙区可用骨量严重不足时，学者们常常采用上颌窦外提升[1-3]的方法来增加骨量以满足种植牙修复，但是该方法术后并发症较多、患者的痛苦较大，患牙修复时间较长，很多患者难以接受。随着功能性外科和功能性整复的开展，以及种植技术及相关生物材料学的发展，颧骨种植义齿修复是近年来新开展的解决上颌后牙区重度萎缩的牙缺失修复的良好办法。

　　种植义齿修复其不同的植入术区常拥有不同的骨质和骨量，如前磨牙区的骨宽度小于磨牙区的骨宽度、上颌第一磨牙区上颌窦底位置最低等，选择不同植入术区会产生不同的应力分布，这会影响种植义齿的远期成功率。在选择颧骨种植义齿修复时，由于种植体是斜向植入到颧骨区的，植入位点不同时种植体的倾斜角度也会不同，但究竟何者更有利于种植体的长期稳定和远期成功率目前仍无基础理论。本实验即从该角度出发，应用三维有限元法，研究植入位点的变化对种植体骨界面应力分布的影响，为临床实践提供理论依据。

　　1 材料和方法

　　1.1 有限元模型的建立[4-5]

　　选择1例右侧上颌后牙区牙缺失、牙槽骨严重吸收(其牙槽嵴顶到上颌窦底的可用骨高度为4 mm)、口内无其他牙体牙周疾患的成年男性志愿者。将预先制作的咬合板戴入志愿者口内，自上颌牙弓咬合平面开始至眶上缘做连续横断CT扫描，扫描参数为：螺旋层厚为1.5 mm，床进速度为1 mm·s-1，球管电流与电压125 mA和120 kV，获得45幅二维CT扫描断层图像，以DICOM格式将数据存入计算机，输入到自编计算机软件中, 依据图像各组成部分的明暗度来辨别各个层面骨皮质、骨松质、上颌窦腔、颧骨骨皮质和骨松质的边界。描记边界绘制上颌骨后牙区、上颌窦、颧骨的骨轮廓位图，自动生成X、Y、Z轴三维坐标化数据。将坐标数据输入计算机Altair Hypermesh软件(由中国第一汽车集团公司技术中心提供)中，连接各层面间坐标点成闭合曲线，层面间拉伸形成空间实体。定义各部位骨质的弹性模量，完成建立正常上颌骨后牙区、上颌窦及颧骨的三维有限元模型。分别在三维有限元模型的第一前磨牙区、第二前磨牙区、第一磨牙区和第二磨牙区描入种植体，途经上颌骨、上颌窦外侧壁达到颧骨最厚平面之中央处，采用圆柱形纯钛种植体，直径为3.5 mm，种植体长度为52 mm，基台的高度为8.6 mm(依据口内余留牙确定咬合平面的高度)。由于本实验主要研究的是种植体骨界面的应力分布规律，所以对上部结构进行了简化，参考正常人上颌后牙的数据[6]设计上部结构为圆柱形牙，直径为7 mm，高为7 mm。实验模型的单元和节点数如下表1。

　　1.2 材料的力学参数

　　有关材料的力学参数见下表2。

　　1.3 实验条件假设

　　人体生物组织的结构和力学性能复杂，在对其进行有限元研究时，往往需要对其材料特性加以简化，以发现对临床具有指导性的应力分布规律，本研究对颌骨局部模型进行了连续、均质、各项同性假设;种植体与周围上颌骨、颧骨为100%骨性结合，在载荷作用下二者无相对滑动。

　　1.4 加载条件

　　根据牙周潜力理论[6]设计加载力的大小为100 N，加力点位于牙冠咬合面中心点处，分别进行垂直加载、颊向30°加载(偏颊侧，与牙冠长轴成30°)、舌向30°加载(偏舌侧，与牙冠长轴成30°)。

　　1.5 计算分析

　　将各种工况模型输入到ABAQUS软件[9]中(由中国第一汽车集团公司技术中心提供)，进行求解计算，得出各组模型的三维数字化图像以及应力数值，应用Hyperviews软件(由中国第一汽车集团公司技术中心提供)进行后处理分析。应力分布图可以集中反映颧骨种植义齿在受载荷时的应力分布特征，列表输出种植体-骨界面的应力峰值，并比较大小。

　　2 结果

　　2.1 建立了上颌后牙区、上颌窦、颧骨以及颧骨种植义齿的三维有限元模型通过CT扫描获得了高精度的DICOM格式的图像，利用软件技术获得了上颌后牙区、上颌窦、颧骨的三维有限元模型，几何相似性好。对模型各组成结构进行材料特性设置，并且模拟了颧骨种植义齿修复(图1)。图 1 上颌骨后牙区、上颌窦、颧骨及颧骨种植体的三维有限元模型Fig 1 The model with maxillary posterior-tooth area, maxillary sinus, zygoma and zygomatic implant denture

　　2.2 颧骨种植义齿种植体周骨应力分布应力主要集中在与种植体接触的骨界面区域，距离种植体骨界面越远，骨承载的应力越小。无论是垂直向载荷还是斜向载荷条件下应力峰值均位于上颌骨牙槽嵴顶区。在上颌骨区，与种植体接触的上颌窦底部以及上颌骨颊侧骨质最薄区骨承载的应力较大。在颧骨区，与种植体接触的上颌窦顶端(即上颌窦顶颧骨区)骨承载的应力最大(图2、3)。图 2 应力分布云图(唇颊面观)Fig 2 The stress distribution trend along the buccal lateral of maxilla

　　2.3 植入位点变化对种植体周骨应力峰值影响比较第一前磨牙区颧骨种植体其颊侧种植体暴露较多，与临床不符(图4)。图 4 第一前磨牙区颧骨种植体颊侧骨壁暴露Fig 4 Buccal bone wall was explored植入位点变化不同部位的拉应力和压应力如下表3~5。对表3~5数据进行分析可以看出，上颌骨牙槽嵴顶区骨界面应力明显高于颧骨区骨界面应力，最大压应力值均大于最大拉应力值。上颌后牙区拉应力峰值比较：选择第二磨牙区植入时最大，第二前磨牙区次之，第一磨牙区最小。上颌后牙区压应力峰值比较：选择第二磨牙区植入时最大，第一磨牙区次之，第二前磨牙区最小。颧骨区拉应力及压应力峰值比较：选择第二前磨牙区植入时最大，第一磨牙区次之，第二磨牙区最小。垂直载荷下植入位点变化时上颌后牙区及颧骨区应力分布云图见图5~8。图5示上颌后牙区拉应力云图，最大拉应力均位于牙槽嵴顶区的颊侧骨皮质区，选择第二磨牙区植入时拉应力更为集中。图6示上颌后牙区压应力云图，选择第二磨牙区植入时压应力最为集中，第一磨牙区次之，第二前磨牙区最小。图7示颧骨区拉应力云图，图8示颧骨区压应力云图，其应力分布比较均为：选择第二前磨牙区植入时最为集中，第一磨牙区次之，第二磨牙区最小。

　　3 讨论

　　3.1 颧骨种植义齿的临床应用

　　Br?覽nemark教授1989年正式提出了颧骨种植义齿这一名称，然后由Nobel Biocare公司开始生产和设计颧骨种植体，并将其纳入Br?覽nemark系统[10-11]。2001年Bedrossian等[11]学者对上颌骨严重吸收萎缩的病例进行颧骨种植义齿修复，认为颧骨种植义齿修复可以避免大型骨移植手术和上颌窦提升术，与传统的方法相比节省了大量的时间、人力和财力。近几年其他学者[12-20]也有该方面的报道。尤其是近些年来种植牙外科技术的大力发展，使得颧骨种植义齿成为上颌后牙区严重吸收萎缩病例的良好修复方案。

　　3.2 颧骨种植义齿种植体周骨应力分布趋势

　　颧骨种植体是斜向植入到颧骨中，当种植义齿受到载荷作用时，载荷可以分解为平行于种植体长轴方向的轴向载荷和垂直于种植体方向的水平向载荷。轴向载荷使种植体有向根方相对下沉的趋势，水平向载荷使种植体有弯曲变形的趋势。本研究结果表明，应力主要集中在与种植体接触的骨界面区域，距离种植体越远，骨承受的应力越小。应力在整个上颌骨及颧骨中传递较好，分布趋向均匀，无论是垂直向载荷还是斜向载荷条件下牙槽嵴顶区骨质承受的应力值最大。在上颌骨区域，与种植体接触的上颌窦底部以及上颌骨颊侧骨质最薄区应力较大。在颧骨区域，与种植体接触的上颌窦顶端骨承受的应力较大。由数据结果得知，上颌骨区承受的应力要大于颧骨区承受的应力，因而上颌骨区是主要承载区，应着重考虑上颌骨区的力学分布，在适应证选择时也应仔细探究上颌骨区的骨质情况。

　　3.3 植入位点变化对颧骨种植体-骨界面应力分布的影响由实验结果可以看到，上颌后牙区拉应力峰值比较：选择第二磨牙区植入时最大，第二前磨牙区次之，第一磨牙区最小。上颌后牙区压应力峰值比较：选择第二磨牙区植入时最大，第一磨牙区次之，第二前磨牙区最小。颧骨区拉应力及压应力峰值比较：选择第二前磨牙区植入时最大，第一磨牙区次之，第二磨牙区最小。这些结果也可能与种植体植入位点不同时的植入角度不同有关。第一磨牙区植入时，种植体的倾斜角度要小一些，种植体所受的侧向力相对较小，引起的骨质破坏趋势要小，综合考虑在第一磨牙区植入种植体是最佳选择。

　　【参考文献】

　　[1] Scarano A, Degidi M, Lezzi G, et al. Maxillary sinus augmenta-tion with different biomaterials： A comparative histologic and his-tomorphometric study in man[J]. Implant Dent, 2006, 15(2)：197-207.

　　[2] Schwartz Z, Goldstein M, Raviv E, et al. Clinical evaluation ofdemineralized bone allograft in a hyaluronic acid carrier for sinuslift augmentation in humans： A computed tomography and histo-morphometric study[J]. Clin Oral Implants Res, 2007, 18(2)：204-211.

　　[3] Stievano D, Di Stefano A, Ludovichetti M, et al. Maxillary sinuslift through heterologous bone grafts and simultaneous acid-etchedimplants placement. Five year follow-up[J]. Minerva Chir, 2008,63(2)：79-91.

　　[4] 储顺礼, 周延民, 孟维艳, 等. 上颌后牙区、 上颌窦、 颧骨及颧骨种植体的三维有限元模型建立[J]. 口腔医学研究, 2006, 22(2)：143-145.CHU Shun-li, ZHOU Yan-min, MENG Wei-yan, et al. Estab-lishment of three-dimensional finite element model for maxillaryposteriortooth area, maxillary sinus, zygoma and zygomatic im-plant[J]. J Oral Sci Res, 2006, 22(2)：143-145.

　　[5] 尹伟, 李四群. 口腔医学中有限元分析法模型的建立方法及其应用[J]. 国际口腔医学杂志, 2007, 34(2)：125-126.YIN Wei, LI Si-qun. Advanced research of method of modelestablishment and application of finite element method in stoma-tology[J]. Int J Stomatol, 2007, 34(2)：125-126.

　　[6] 皮昕. 口腔解剖生理学[M]. 5版. 北京： 人民卫生出版社, 2004：40, 258.PI Xin. Oral anatomy and physiology[M]. 5th ed. Beijing： Peo-ple′s Medical Publishing House, 2004：40, 258.

　　[7] Tepper G, Haas R, Zechner W, et al. Three-dimensional finiteelement analysis of implant stability in the atrophic posteriormaxilla： A mathematical study of the sinus floor augmentation[J].Clin Oral Implants Res, 2002, 13(6)：657-665.

　　[8] Yaman SD, Alacam T, Yaman Y. Analysis of stress distributionin a vertically condensed maxillary central incisor root canal[J].J Endod, 1995, 21(6)：321-325.

　　[9] 李男男, 张茹慧, 周延民. 骨挤压上颌窦提升术中骨挤压器距上颌窦底不同距离的三维有限元分析[J]. 临床口腔医学杂志,2006, 22(7)：407-410.LI Nan-nan, ZHANG Ru-hui, ZHOU Yan-min. Three-dimen-sional finite element analysis of osteotome sinus floor elevationat the different distance between osteotomes and the maxillarysinus floor[J]. J Clin Stomatol, 2006, 22(7)：407-410.

　　[10] Stella JP, Warner MR. Sinus slot technique for simplificationand improved orientation of zygomaticus dental implants： Atechnical note[J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2000, 15(6)：889-893.

　　[11] Bedrossian E, Stumpel LJ 3rd. Immediate stabilization at stageⅡ of zygomatic implants, rationale and technique[J]. J ProsthetDent, 2001, 86(1)：10-14.

　　[12] Bedrossian E, Stumpel L 3rd, Beckely ML, et al. The zygomaticimplant： Preliminary data on treatment of severely resorbed ma-xillae. A clinical report[J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2002,17(6)：861-865.

　　[13] Boyes-Varley JG, Howes DG, Lownie JF, et al. Surgical modi-fications to the Br?覽nemark zygomaticus protocol in the treatmentof the severely resorbed maxilla： A clinical report[J]. Int J OralMaxillofac Implants, 2003, 18(2)：232-237.

　　[14] Boyes-Varley JG, Howes DG, Lownie JF. The zygomaticus im-plant protocol in the treatment of the severely resorbed maxilla[J]. SADJ, 2003, 58(3)：106-109, 113-114.

　　[15] Nakai H, Okazaki Y, Ueda M. Clinical application of zygomaticimplants for rehabilitation of the severely resorbed maxilla： Aclinical report[J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2003, 18(4)：566-570.

　　[16] Malevez C, Daelemans P, Adriaenssens P, et al. Use of zygomaticimplants to deal with resorbed posterior maxillae[J]. Periodontol2000, 2003, 33：82-89.

　　[17] Bothur S, Jonsson G, Sandahl L . Modified technique using multiplezygomatic implants in reconstruction of the atrophic maxilla： Atechnical note[J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2003, 18(6)：902-904.

　　[18] Malevez C, Abarca M, Durdu F, et al. Clinical outcome of 103consecutive zygomatic implants： A 6-48 months follow-up study[J]. Clin Oral Implants Res, 2004, 15(1)：18-22.

　　[19] Penarrocha-Diago M, Uribe-Origone R, Guarinos-Carbo J. Implant-supported rehabilitation of the severely atrophic maxilla： A clinicalreport[J]. J Prosthodont, 2004, 13(3)：187-191.

　　[20] Becktor JP, Isaksson S, Abrahamsson P, et al. Evaluation of 31zygomatic implants and 74 regular dental implants used in 16patients for prosthetic reconstruction of the atrophic maxilla withcross-arch fixed bridges[J]. Clin Implant Dent Relat Res, 2005,7(3)：159-165.