人工种植牙生物力学研究

　　人工种植牙生物力学相容性是种植牙成功的不可忽视的一个重要方面，过大或过小的应力均可引起牙周骨组织的吸收或萎缩，从而导致人工种植牙的失败。种植义齿是口腔科领域中发展最快，最令人兴奋的一个分支，已成为与高速涡轮牙机、全景X线机、高分子粘固材料并列的20世纪牙科发展的四项重大突破。据此，本文特将人工种植牙的生物力学研究进展作一概述。

　　1 应力分布研究方法的发展

　　在20世纪70年代以前，生物力学研究和应力分布的检测多采用电测法和光弹法，电测法和光弹法属于实验应力分析法。电测法是实验应力分析方法中最基本的方法之一，它的灵敏度与精确度较高，可用于现场测定，用于各种复杂环境下测量多种力学参数，但电测法只能逐点测量物件表面的应变，且仅能获得应变片所在位置的应变平均值，不能直观得出构件应力分布的全貌，在环境条件恶劣时误差较大。光弹应力分析法具有直观性和全场性的优点，可用以分析各种形状的复杂构件和表面应力，也是口腔生物力学常采用的研究方法，但光弹法不能把材料力学和弹性理论联系起来，如不能计算出模型内任意处的应力值和位移值。种植体材料对应力分布的影响。

　　人工牙种植体的研究和应用已有30多年的历史，但迄今为止，只有少数几种材料的种植体为人们所接受，其中应用历史最长、也最广泛的是钛质种植体，金属钛具有良好的生物相容性，与骨组织形成紧密、牢固的结合，而且其弹性模量与骨很接近，与骨结合所形成的界面是动态的，在适当负荷的刺激下，种植体与骨的接触程度在一年后会从53％增加到74％［2］，所以说钛是一种理想的种植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法对种植体材料进行了研究得出结论，种植体材料的弹性模量至少为110，000N/mm2（1.1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三维有限元法研究了Screw－vent骨内种植体及支持组织应力分布情况，这种商业纯钛种植体最大应力区是在种植体的颈部，这些应力比商业纯钛的疲劳极限（259，90MPa）低18倍，骨内最大压力值（19.57MPa）是在颈部的舌侧区，而且Screw－vent种植体近远中应力（最大为0.38MPa）比种植体颊、舌侧低得多。这一点和以前放射照片研究的骨吸收发生在种植体的近远中不同。为了更快的形成骨整合，人们还从种植体的表面涂层入手。尤其是羟基磷灰石喷涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但还是有很大争议，生物活性材料的涂层，可以改善与骨的结合方式，从生化角度上看，对种植牙长期成功是有益的，但从生物力学角度是否有明显的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）进行了研究认为：骨结合界面与骨适应界面比较，从生物力学上看种植牙周围骨内的应力分布比较并没有明显的改善，这还有待于进一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韧高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯对二苯酸盐（酯）聚合物（polyethylene－oxide polybutylene－te rephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿龈种植体进行动物（狗）实验研究，从组织学上和临床方面作一比较，PL设有三种（一种密集型，两种多孔型）6个月加载，PL和HA种植体周围骨组织在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可见重建，18周后恢复到原来的水平，结果PL比HA引起密度上较少的降低。这个结果显示：柔韧种植材料更有利于应力向周围骨组织传导。种植体形态结构对应力分布的影响。

　　成功的种植体不仅取决于种植体材料的生物学性质及手术技术，种植体的表面形态也十分重要。近年来，国外学者围绕着种植体以什么样的形态结构才具有最佳的生物力学相容性，作了大量的研究。关于口腔种植体宏观形态基本上认为以单个旋转对称为最佳，所以新近出现的或改良的种植体系列极少看到过去传统的锚状或翼状形态。对种植体表面微观形态，自70年代以来也是人们研究的热门，在这个问题上虽然还有不同看法，但有一点是比较一致的，即粗糙的种植体表面更利于新骨生长，形成更广泛骨－种植体结合区。Mailath（1989）使用有限元法研究了骨内种植体形状与应力分布的关系得出结论，圆柱形种植体比圆锥形种植体更可取，因为它降低了应力在骨皮质上的峰值。

　　2 种植体上部结构的连接装置对应力分布的影响

　　人们为了去模仿天然牙牙周膜的缓冲作用，一些学者用一些具有粘弹性的材料如聚甲醛制成内动部件，连接种植体和附着体。McClumphy（1989）在种植牙上用聚甲醛材料设计了一个具有弹性的内连接体，并用钛制作一相同的内连接体作对照，用光弹应力分析法对两者进行了应力分布的对比研究，结果：在骨界面上应力分布两者没有显著差异。van rossen（1990）等［20］通过二维有限元法，对不同弹性连接体弹性模量和不同外形的内连接体在单个种植体上进行分析，结果：内弹性连接体弹性模量的改变对周围骨应力分布没有影响。Chapman（1990）等［21］设计一种内部减震器(shockabsor-ber)，把种植体与义齿相连接，用钛制作对比，结果：两者有显著性差别，可减少咬合力。elChkawi hG（1990）在种植体上部结构下面使用一层弹性材料，种植体不动，而上部结构可动，结果发现这种改进使应力和位移分布和天然牙相类似。Kraut（1993）等［23］设计了一种弹性内动连接系统，结果表明这套系统能吸收应力，减少达到种植体和周围骨的应力值。