种植体支抗和尖牙在正畸矫治过程中的初始应力分析
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摘要
目的
在需要拔除第一双尖牙的正畸病例中，使尖牙远中移动进入拔牙间隙，是非常重要的步骤。骨内种植体可作为尖牙远移的支抗手段，它具有稳定、有效等优点。目前，有关种植体支抗系统的研究多集中在两大方面。第一种为传统的修复牙种植体系统，种植体作为支抗进行正畸治疗后可用做永久义齿修复的基牙。研究集中在种植体支抗的稳定性，包括与其有关的种植体材料、尺寸、表面性状，正畸力的大小、施力时间及方向，患者牙槽骨高度等；种植体及其周围组织的应力分布；种植体周围的组织学变化；临床试用情况。第二种为专门为正畸支抗设计的种植体系统，它是暂时的骨性支抗装置，包括腭侧种植体正畸支抗系统和微型种植体正畸支抗系统。本实验研究的是传统的修复牙骨内种植体，位于上颌第一磨牙的位置，应用弹性橡皮链或T形曲内收尖牙时，种植体支抗、尖牙牙周膜的初始应力分布及尖牙位移，为临床治疗中力系统的设计提供生物力学依据。
方法
应用Sap93三维有限元软件制作三维模型，包括一个标准型Branemark骨内钛种植体，位于上颌第一磨牙的位置和一个上颌尖牙及其牙周膜，皮质骨、松质骨。模型被分成3745个节点和4204个单元。实验模拟口腔固定矫治器，采用二种方式(弹性橡皮链或T形曲)内收尖牙。加力部位为距离尖牙牙尖5mm处的牙冠颊面中央，相当于托槽的位置，距离种植体顶端2mm处的颊面中央，相当于颊面管的位置。尖牙受到向远中的牵引力，种植体受到向近中的牵引力，且当T形曲位于中间位置时二者大小相等，方向相反。施加6组载荷，前2组模拟弹性橡皮链，其它4组模拟T形曲。分析在不同力和力矩作用下尖牙远中牙周膜、种植体近中表面各断面上节点的主应力值以及尖牙在近远中向上的位移。尖牙从颈缘到根尖均分为16个断面，断面间隔0.95mm，种植体从颈缘到根尖分为9个断面，断面间隔1.2mm。
结果
尖牙远中牙周膜中最大主应力位于颈缘，其次为根尖，旋转中心处应力
为零。单一水平向力时，旋转中心以下为压应力，以上为拉应力。F二1.
%N时，最大主应力值为0.167N/rnmZ，F=4.gN时，最大主应力值为0.
24N/~2，载荷大小的改变，仅影响应力值的大小，应力分布规律变化不大。
当力、力矩一起作用时，应力较小，应力分布更一致，WF二6 .1和10.3时，
应力分布最佳。
种植体最大主应力位于颈部第一螺纹(颈缘根方1 .2~)处。F二1.
%N时，最大主应力为2.505N/~2。F=4.gN时，最大主应力为5.595N/
~，。单一力作用下，种植体近中均为压应力。力与力矩共同作用时，随
M/F值增大，种植体近中应力值亦逐渐增大，且主要为拉应力分布。
单一力作用下，尖牙为牙冠向远中的倾斜移动，F二1.%N时，转动中心
位于距颈缘7.6~处，F=4.gN时，转动中心位于距颈缘7~处，随着力
的加大，转动中心向冠方移动。M/F=6.1时，尖牙仍为牙冠向远中的倾斜
移动，转动中心位于距颈缘9.5~处。WF二10.3时，尖牙为整体移动。
当M/F二13 .9和26.4时，尖牙为牙冠向近中的倾斜移动，转动中心分别位
于近颈缘处和距颈缘4.7~处。随M/F增大，尖牙移动方式改变。
结论
最高应力集中于种植体颈缘，但应力的大小不足以对种植体产生不可
逆的损害。单一水平向力使尖牙倾斜移动，应力集中在牙颈缘和根尖。零
应力区位于转动中心处。不同M/F下的联合加力产生较低和更一致的应
力分布。WF=6.1和10.3时，应力分布较佳。因此，当应用骨内种植体作
为支抗单元时，最好使用T形曲，并预先设定好其WF值。
Objective:To determine and compare the initial stress profiles in an upper cuspid and an endosseous implant with different moments and forces ( simulating canine retraction with elastic chains and T - loops) by using the finite element method. Methods: A 3 - dimensional mathematical model was constructed that uses the finite element method, which simulated an endosseous implant and an upper canine with its periodontal ligament and cortical and cancellous bone. Levels of initial stress were measured during 2 types of canine retraction mechanics. Results: The lower magnitude and more uniform stresses in the implant were found to have a moment - force ratio( M/F) of 6. 1 , whereas the canine and its supporting structures exerted a M/F ratio of 10. 3. Conclusions: On the basis of these results, when the anchor unit is an endosseous implant, it seems better to use a precalibrated retraction system ( T - loop) where a low load - deflection curve would be generated.
在需要拔除第一双尖牙的正畸病例中，使尖牙远中移动进入拔牙间隙，是非常重要的步骤。骨内种植体可作为尖牙远移的支抗手段，它具有稳定、有效等优点。目前，有关种植体支抗系统的研究多集中在两大方面。第一种为传统的修复牙种植体系统，种植体作为支抗进行正畸治疗后可用做永久义齿修复的基牙。研究集中在种植体支抗的稳定性，包括与其有关的种植体材料、尺寸、表面性状，正畸力的大小、施力时间及方向，患者牙槽骨高度等；种植体及其周围组织的应力分布；种植体周围的组织学变化；临床试用情况。第二种为专门为正畸支抗设计的种植体系统，它是暂时的骨性支抗装置，包括腭侧种植体正畸支抗系统和微型种植体正畸支抗系统。本实验研究的是传统的修复牙骨内种植体，位于上颌第一磨牙的位置，应用弹性橡皮链或T形曲内收尖牙时，种植体支抗、尖牙牙周膜的初始应力分布及尖牙位移，为临床治疗中力系统的设计提供生物力学依据。
方法
应用Sap93三维有限元软件制作三维模型，包括一个标准型Branemark骨内钛种植体，位于上颌第一磨牙的位置和一个上颌尖牙及其牙周膜，皮质骨、松质骨。模型被分成3745个节点和4204个单元。实验模拟口腔固定矫治器，采用二种方式(弹性橡皮链或T形曲)内收尖牙。加力部位为距离尖牙牙尖5mm处的牙冠颊面中央，相当于托槽的位置，距离种植体顶端2mm处的颊面中央，相当于颊面管的位置。尖牙受到向远中的牵引力，种植体受到向近中的牵引力，且当T形曲位于中间位置时二者大小相等，方向相反。施加6组载荷，前2组模拟弹性橡皮链，其它4组模拟T形曲。分析在不同力和力矩作用下尖牙远中牙周膜、种植体近中表面各断面上节点的主应力值以及尖牙在近远中向上的位移。尖牙从颈缘到根尖均分为16个断面，断面间隔0.95mm，种植体从颈缘到根尖分为9个断面，断面间隔1.2mm。
结果
尖牙远中牙周膜中最大主应力位于颈缘，其次为根尖，旋转中心处应力
为零。单一水平向力时，旋转中心以下为压应力，以上为拉应力。F二1.
%N时，最大主应力值为0.167N/rnmZ，F=4.gN时，最大主应力值为0.
24N/~2，载荷大小的改变，仅影响应力值的大小，应力分布规律变化不大。
当力、力矩一起作用时，应力较小，应力分布更一致，WF二6 .1和10.3时，
应力分布最佳。
种植体最大主应力位于颈部第一螺纹(颈缘根方1 .2~)处。F二1.
%N时，最大主应力为2.505N/~2。F=4.gN时，最大主应力为5.595N/
~，。单一力作用下，种植体近中均为压应力。力与力矩共同作用时，随
M/F值增大，种植体近中应力值亦逐渐增大，且主要为拉应力分布。
单一力作用下，尖牙为牙冠向远中的倾斜移动，F二1.%N时，转动中心
位于距颈缘7.6~处，F=4.gN时，转动中心位于距颈缘7~处，随着力
的加大，转动中心向冠方移动。M/F=6.1时，尖牙仍为牙冠向远中的倾斜
移动，转动中心位于距颈缘9.5~处。WF二10.3时，尖牙为整体移动。
当M/F二13 .9和26.4时，尖牙为牙冠向近中的倾斜移动，转动中心分别位
于近颈缘处和距颈缘4.7~处。随M/F增大，尖牙移动方式改变。
结论
最高应力集中于种植体颈缘，但应力的大小不足以对种植体产生不可
逆的损害。单一水平向力使尖牙倾斜移动，应力集中在牙颈缘和根尖。零
应力区位于转动中心处。不同M/F下的联合加力产生较低和更一致的应
力分布。WF=6.1和10.3时，应力分布较佳。因此，当应用骨内种植体作
为支抗单元时，最好使用T形曲，并预先设定好其WF值。
Objective:To determine and compare the initial stress profiles in an upper cuspid and an endosseous implant with different moments and forces ( simulating canine retraction with elastic chains and T - loops) by using the finite element method. Methods: A 3 - dimensional mathematical model was constructed that uses the finite element method, which simulated an endosseous implant and an upper canine with its periodontal ligament and cortical and cancellous bone. Levels of initial stress were measured during 2 types of canine retraction mechanics. Results: The lower magnitude and more uniform stresses in the implant were found to have a moment - force ratio( M/F) of 6. 1 , whereas the canine and its supporting structures exerted a M/F ratio of 10. 3. Conclusions: On the basis of these results, when the anchor unit is an endosseous implant, it seems better to use a precalibrated retraction system ( T - loop) where a low load - deflection curve would be generated.
引文
1．皮昕主编．口腔解剖生理学．第5版．北京：人民卫生出版社，2003：40
2. Atilla Sertgoz, Sungur Guvener. Finite element analysis of the effect of cantilever and implant length on stress distribution in an implant-supported fixed prosthesis. J Prosthet Dent, 1996; 76(2): 165-9
3. Andrew J, Charles J. T-loop position and anchorage, control. Am J orthod Dentofac Orthop, 1997; 112: 112-8
4．徐芸主译．口腔正畸学—现代原理与技术．第一版．天津：科技翻译出版公司，1996：268
5. Hersey HG, Reynolds WG. The plastic modulw as an orthodontic tooth-,oving mechanosm. Am J Orthod. 1975; 67: 554-562
6. Meijer GJ, Starmans FJM, de Putter C, Van Blitterswrjk CA. The influence of a flexible coating on the bone stress around dental implants. J Oral Rehabil.1995; 22: 105-111
7. Barbier L, Sloten JV, Krzeinski G, Schepers E. Finite element analysis of nonaxial versus axial loading of oral implants in the mandible of the dog. J Oral Rehabil. 1998; 25: 847-858
8. Tanne K, Sakuda M, Burstone CJ. Three-dimensional finite element analysis for stress in the periodontal tissue dy orthodoncic forces. Am J Orthod Dentofacial Orhtop. 1987; 92: 499-505
9. McJuinness N, Willson AN, Jones M. Stresses induced by edgewise appli ances in the periodontal ligament-a finite element study. Angle Orthod.1992; 62: 15-22
10. Puente MI, Galban L, Cobo JM. Initial stress differences between tipping and torque movements. A three-dimensional finite element analysis. Eur J Orthod. 1996; 18: 329-339.
11. Storey E. The nature of tooth movement. Am J Orthod. 1973; 63: 292-314.
2. Atilla Sertgoz, Sungur Guvener. Finite element analysis of the effect of cantilever and implant length on stress distribution in an implant-supported fixed prosthesis. J Prosthet Dent, 1996; 76(2): 165-9
3. Andrew J, Charles J. T-loop position and anchorage, control. Am J orthod Dentofac Orthop, 1997; 112: 112-8
4．徐芸主译．口腔正畸学—现代原理与技术．第一版．天津：科技翻译出版公司，1996：268
5. Hersey HG, Reynolds WG. The plastic modulw as an orthodontic tooth-,oving mechanosm. Am J Orthod. 1975; 67: 554-562
6. Meijer GJ, Starmans FJM, de Putter C, Van Blitterswrjk CA. The influence of a flexible coating on the bone stress around dental implants. J Oral Rehabil.1995; 22: 105-111
7. Barbier L, Sloten JV, Krzeinski G, Schepers E. Finite element analysis of nonaxial versus axial loading of oral implants in the mandible of the dog. J Oral Rehabil. 1998; 25: 847-858
8. Tanne K, Sakuda M, Burstone CJ. Three-dimensional finite element analysis for stress in the periodontal tissue dy orthodoncic forces. Am J Orthod Dentofacial Orhtop. 1987; 92: 499-505
9. McJuinness N, Willson AN, Jones M. Stresses induced by edgewise appli ances in the periodontal ligament-a finite element study. Angle Orthod.1992; 62: 15-22
10. Puente MI, Galban L, Cobo JM. Initial stress differences between tipping and torque movements. A three-dimensional finite element analysis. Eur J Orthod. 1996; 18: 329-339.
11. Storey E. The nature of tooth movement. Am J Orthod. 1973; 63: 292-314.