〔摘要〕　目的：研究有无防沉装置的两种 种植体不同螺距 的应力分布及力学相容性。 方法：采用三维有限元 动态分析法，以Supper SAP93程序在周期为0.8 s的正弦 半波力作用下对两种种植体进行应力分析，A组无防沉装置，B组有防沉装置。 结果： 无防 沉装置者应力分布较均匀，有防沉装置者骨平面处应力相对集中，适当增大螺距可分散该处 的应力。结论： 无防沉装置的设计较有防沉装置者应力分布更均匀。
关键词　三维；有限元法；动态法；防沉装置；螺距；应力分析

　　纯钛种植体的骨内固位桩普遍以螺纹状设计为其结构基础，有无防沉装置（countersin k） 为各种种植体的设计分歧所在〔1〕。三维有限元分析法（3D-FEM）是一种较先进、 准确的力学分析方法。而动态分析则是其中更先进、更接近人类咀嚼生理的一种研究方式 〔2〕。因此，本研究采用动态分析技术对这两种不同种植体设计，在周期性变化的外 力作用下不同螺距对应力分布的影响进行了专门研究，旨在了解螺距对不同设计种植体应力 分布的影响。

1　材料和方法

1.1　模型的建立
　　在计算机中建立6个螺纹种植体模型，分为两组，每组各3个。A组无防沉装置，B组有防沉 装置，防沉装置的斜台高度为0.5 mm，斜角为45°。种植体直径3. 5 mm、长13 mm、螺距 分别为 0.6、0.8、1.0 mm，其骨上部分均为直径5 mm的球形附着体。应用Supper SAP93有 限元分析程序自动对其划分节点和单元，数据见表1。

表1　模型的划分参数
 

1.2　试验条件假设和加载
　　本研究假设了一个完全理想化的局部模型〔4,5〕，即①种植体各部件之间为完全精 确适合，不 考虑各部件之间的吻合差异；②种植体与周围颌骨之间为100％骨结合；③种植体及周围颌 骨 均为完全连续的各向同性的均质材料；④建立一个长方形的标准颌骨，种植体位 于其中，周围是2～3 mm的松质骨，左右上下的外表面为皮质骨，模型底部完全固定；⑤加载方式以周 期为0.8 s的正弦半波方式加载于球形附着体上，施力方向均穿过球心，垂直方向的最大力 为453 N，侧向力最大值是20 N（左右方向）。

图1　无防沉装置的种植体分析模型网格图

图2　有防沉装置的种植体分析模型网格图

　　划分后的网格图见图1、图2。
　　各部分材料的力学参数见表2〔3〕：

表2　材料的力学参数
 

分组螺距（mm）	A			B
	0.6	0.8	1.0	0.6	0.8	1.0
种植体上端（球底）	66.3	69.2	69.1	46.7	46.8	47.0
骨平面以上1.0 mm处	54.9	62.8	62.8	42.2	43.5	44.5
骨平面处	68.0	73.5	72.1	88.3	85.5	82.3
骨平面以下1.0 mm处	71.9	76.7	73.6	76.4	75.1	73.1
种植体底部	19.5	25.3	24.3	29.6	26.3	25.3
	56.12	61.50	60.38	56.64	55.4 4	54.44
s	21.43	20.90	20.59	24.65	24.27	23.06
CV（％）	38.18	33.98	34.10	43.53	43.78	42.36

　　以上资料的统计分析表明： B组设计的应力值均数小于A组，其变异系数较大，即B组设 计 的应力值变异度大，其离散度也大，增加螺距可适当分散应力，A组设计应力分布较均匀。
2.2　A组、B组（螺距0.8 mm）骨平面以下0.5 mm处的剖面应力等线图见图3、图4。结果发 现，两组设计在螺纹底部和骨组织内均出现了应力集中区，且分布一致，但B组应力较大。3　讨　论

3.1　有限元法（FEM）是把整个结果看作由有限个单元相互连接而成的几何实体，每个小单 元力学特征的总装效果反映出结构的整体力学特性。静载荷是指载荷从零逐渐缓慢地增加到 最终值然后保持不变或变化很小的载荷。不具备静载荷条件的载荷称为动载荷。动载荷作用 下，构件产生不可忽略的加速度，作用于牙齿的牙　合力即属 动载荷。动载荷可分为惯性力和 冲击载荷，后者与口腔生物力学相似〔6〕。应该说，动载荷是有限元分析法的一大 飞跃，其结果反映了模型的客观应力分布，较静载荷优越。
3.2　在交变应力作用下，构件产生肉眼可见的裂纹或完全断裂。这种现象称为疲劳失效或 疲 劳破坏。牙　合力即为一种交变应力，具有周期性变化规律 〔2〕。骨组织作为一种粘弹性材料 ，受到一定次数循环载荷的作用,即会出现疲劳现象。本研究根据人类的咀嚼周期为0.875 s ,从咬接触到咀嚼相历时0.556 s的特点〔7〕，确定了牙　合力的加载周期为0.8 s，以半正 弦方式间断循环加力，模拟口腔咀嚼周期的特点，力求更真实地反映实际应力分布的特点。
3.3　本研究在建立模型时，考虑到球形附着体在临床上应用广泛，且可简化应力分析 的 干扰因素和减少计算量，提高分析精度，因此用它作为模型的骨上部分。因为对于球形附着 体而言，来自各个方向的外力都将通过附着体的球心传递到种植体上，这样，对于种植体而 言就只存在一点加载负荷，且任何方向的加载力均可分解成垂直力和水平力两种〔8〕 。另外，不考虑作用力对种植体产生的位移，固定模型下端也可使力的分析简化。
3.4　从数据变化特点及剖面应力分布图看，虽然两种设计所承受的最大应力不会使种植 体断裂。但是，材料的疲劳破坏是存在的，而且，一般应力集中区产生疲劳破坏的可能性较 大。有研究表明，国产种植体的失败率高达13.6%，其中由于基桩折断或松动造成的失败占8 0%〔9〕。本研究发现，A组设计的应力分布相对较均匀，B组设计虽应力均值较小， 但变异系 数较大，即说明，B组设计存在应力集中区。增加螺距可适当分散该处应力。该区位于防沉 装置处及其附近的骨组织内，这与临床上常见的杯状吸收区相吻合，因此，可以认为防沉装 置对应力的分布是有影响。

4　结　论

　　本研究应用较先进的动态三维有限元分析方法，对有无防沉装置的两种种植体的各 种不同螺 距状态下的应力分布状况进行了分析。结果表明，无防沉装置较有防沉装置者应力分布均匀 ，即该种设计似乎更趋合理。有防沉装置的者，在防沉装置处及其附近骨组织中存在应力集 中区，适当增大螺距可分散应力集中处的受力。■

作者单位：王革（湖北医科大学口腔医院修复科　430070）
程祥荣（湖北医科大学口腔医院修复科　430070）

参考文献

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［2］Hanck JE, Sakaguchi RL, Sun T,et al. Elongation and preload stress in d ental implant abutment screws. Int J Oral Maxillofac Implants,1995,10:529
［3］Paul P，Grundling Nl，Joose Ch. Three-dimensional finite element model of a human mandible incorporating six osseointegrated implants for stress analysis of mandibular cantilever prosthese. Int J Oral Maxillofac Implants, 1995,10:51
［4］Uysal H, Iplikcioglu H, Ava M,et al. An experimental analysis of the stresses on the implant in an implant-tooth-supported prosthesis: A techn ical note. Int J Oral Maxillofac Implants, 1997,12: 118
［5］夏荣综述，赵云凤审校.全颌种植义齿的生物力学研究.中国口腔种植学杂志，1996，1 (1): 57［6］夏荣综述, 赵云凤审校. 有限元法及其进展(一).中国口腔种植学杂志, 1997, 2(2): 96
［7］皮昕主编. 口腔解剖生理学.第2版.北京：人民卫生出版社,19.217
［8］Brunski JB. Biomaterials and biomechanics in dental implant design. Int J O ral Maxillofac Implants, 1998, 3: 85
［9］施斌，程祥荣，王贻宁,等. 30例种植义齿失败原因分析. 口腔医学纵横，1997，13(4) : 234

        来源：实用口腔医学杂志