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【摘要】口腔種植學(xué)產(chǎn)生于口腔修復(fù)學(xué)、口腔外、牙周病學(xué)、口腔組織病、口腔材料學(xué)、口腔放射學(xué)、口腔預(yù)防保健學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械工學(xué)等學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，在它們的交界邊緣處形成。人工種植牙生物力學(xué)是種植牙成功不可忽視的一個(gè)重要方面，過(guò)大或過(guò)小的應(yīng)力均可引起牙周骨組織的吸收或萎縮，從而導(dǎo)致人工種植牙的失敗。筆者通過(guò)種植體材料，種植體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，種植體長(zhǎng)度及直徑，種植體與上部結(jié)構(gòu)的連接方式等因素對(duì)應(yīng)力分布的，把近年來(lái)人工種植牙生物力學(xué)進(jìn)行綜述。希望本文能對(duì)廣大口腔醫(yī)務(wù)工作者了解這門學(xué)科及從事種植義齒活動(dòng)工作時(shí)，發(fā)揮一些有益的作用。

【關(guān)鍵詞】人工種植體生物力學(xué)研究進(jìn)展；種植材料；種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)；植體上連接裝置種植體長(zhǎng)度和直徑；種對(duì)應(yīng)力分布的影響

種植義齒是口腔科領(lǐng)域中最快，最令人興奮的一個(gè)分支，已成為與高速渦輪牙機(jī)、全景X線機(jī)、高分子粘固材料并列的20世紀(jì)牙科發(fā)展的四項(xiàng)重大突破之一。一個(gè)成功的人工種植體應(yīng)該和骨組織直接結(jié)合，形成良好的生物力學(xué)相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應(yīng)力過(guò)大或過(guò)小，都無(wú)益于種植牙周骨組織的重建，都將導(dǎo)致種植牙的失敗。

1應(yīng)力分布研究的發(fā)展

在20世紀(jì)70年代以前，生物力學(xué)研究和應(yīng)力分布的檢測(cè)多采用電測(cè)法和光彈法，電測(cè)法是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，用于各種復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量多種力學(xué)參數(shù)，但電測(cè)法只能逐點(diǎn)測(cè)量物件表面的應(yīng)變，且僅能獲得應(yīng)變片所在位置的應(yīng)變平均值，不能直觀得出構(gòu)件應(yīng)力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時(shí)誤差較大。光彈應(yīng)力分析法具有直觀性和全場(chǎng)性的優(yōu)點(diǎn)，可用以分析各種形狀的復(fù)雜構(gòu)件和表面應(yīng)力，也是口腔生物力學(xué)常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學(xué)和彈性聯(lián)系起來(lái)，如不能出模型內(nèi)任意處的應(yīng)力值和位移植。自從1973年resher和Farah幾乎同時(shí)將有限元法（finiteelementmethod,FEM)于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數(shù)學(xué)工具，在口腔生物力學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。FEM具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜的幾何形狀；可以在同一模型上對(duì)不同性質(zhì)的材料進(jìn)行力學(xué)分析；可以進(jìn)行復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)力分析；模型的轉(zhuǎn)換較為簡(jiǎn)便；對(duì)應(yīng)力的內(nèi)部狀態(tài)及其它力學(xué)性能定量測(cè)定的代表性好，同時(shí)FEM在應(yīng)用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個(gè)飛躍。1976年Weinstein等應(yīng)用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應(yīng)力分布，將FEM引入了口腔種植領(lǐng)域，從此，有關(guān)種植義齒生物力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

2種植體材料對(duì)應(yīng)力分布的影響

人工牙種植體的研究和應(yīng)用已有30多年的，但迄今為止，只有少數(shù)幾種材料的種植體為人們所接受，其中應(yīng)用歷史最長(zhǎng)、也最廣泛的是鈦質(zhì)種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結(jié)合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結(jié)合所形成的界面是動(dòng)態(tài)的，在適當(dāng)負(fù)荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會(huì)從53%增加到74%，所以說(shuō)鈦是一種理想的種植材料。用三維有限元法研究了Screw-vent骨內(nèi)種植體及支持組織應(yīng)力分布情況，這種商業(yè)純鈦種植體最大應(yīng)力區(qū)是在種植體的頸部，這些應(yīng)力比商業(yè)純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內(nèi)最大壓力值（19.57MPa)是在頸部的舌側(cè)區(qū)，而且Screw-vent種植體近遠(yuǎn)中應(yīng)力（最大為0.38MPa）比種植體頰、舌側(cè)低得多。這一點(diǎn)和以前放射照片研究的骨吸收發(fā)生在種植體的近遠(yuǎn)中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite,HA)研究最多，但還是有很大爭(zhēng)議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結(jié)合方式，從生化角度上看，對(duì)種植牙長(zhǎng)期成功是有益的，但從生物力學(xué)角度是否有明顯的改善并不清楚。最近Meijer(1997)等，使用柔韌高分子生物材料（polyactiv,PL)即聚丁烯對(duì)二苯酸鹽（酯）聚合物［polyethylene-oxidepolybutylene-terephthalate(PEO:PBT)copolymer］和硬性HA穿齦種植體進(jìn)行動(dòng)物（狗）實(shí)驗(yàn)研究，從組織學(xué)上和臨床方面作一比較，PL設(shè)有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個(gè)月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm)，第12周可見(jiàn)重建，18周后恢復(fù)到原來(lái)的水平，結(jié)果PL比HA引起密度上較少的降低。這個(gè)結(jié)果顯示：柔韌種植材料更有利于應(yīng)力向周圍骨組織傳導(dǎo)。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結(jié)果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應(yīng)力峰值，致密型PL功能合適，運(yùn)動(dòng)性能與天然牙相近似，表現(xiàn)出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應(yīng)力峰值。從組織學(xué)觀察得出結(jié)論：柔韌的骨結(jié)合，種植體更能較好地把應(yīng)力傳導(dǎo)到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。

3種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力分布的影響

成功的種植體不僅取決于種植體材料的生物學(xué)性質(zhì)及手術(shù)技術(shù)，種植體的表面形態(tài)也十分重要。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者圍繞著種植體以什么樣的形態(tài)結(jié)構(gòu)才具有最佳的生物力學(xué)相容性，作了大量的研究。關(guān)于口腔種植體宏觀形態(tài)基本上認(rèn)為以單個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱為最佳，所以新近出現(xiàn)的或改良的種植體系列極少看到過(guò)去傳統(tǒng)的錨狀或翼狀形態(tài)。即粗糙的種植體表面更利于新骨生長(zhǎng)，形成更廣泛骨-種植體結(jié)合區(qū)，Mailath(1989)使用有限元法研究了骨內(nèi)種植體形狀與應(yīng)力分布的關(guān)系得出結(jié)論，圓柱形種植體比圓錐形種植體更可取，因?yàn)樗档土藨?yīng)力在骨皮質(zhì)上的峰值。Arpinar(1996)等，用有限元法對(duì)兩種硬性種植體設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，結(jié)果為：中空螺旋種植體（ITI1）在頂點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生高和應(yīng)力集中，而實(shí)心螺旋種植體（ITI2）應(yīng)力的分散轉(zhuǎn)移要比中空好得多。1996年黃輝等，對(duì)螺紋頂角角度對(duì)柱狀螺旋根管內(nèi)種植體應(yīng)力分布進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：螺紋頂角角度的改變，可以導(dǎo)致種植體在支持組織的應(yīng)力分布水平的變化，螺紋頂角為60度的種植體應(yīng)力分布較合理，為種植體設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供理論依據(jù)。

4種植體的長(zhǎng)度和直徑對(duì)應(yīng)力分布的

對(duì)于種植體長(zhǎng)度和直徑與種植體周圍骨面應(yīng)力反應(yīng)的關(guān)系，國(guó)外報(bào)告的觀點(diǎn)不一致。Mailath(1989)等，用有限元法對(duì)不同直徑的種植體進(jìn)行生物力學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大直徑種植體產(chǎn)生有利的應(yīng)力分布效果。Block(1990)通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)證明，種植體從骨中拉出力與其長(zhǎng)度關(guān)系極大，而與其直徑關(guān)系不大。Lum(1991）發(fā)現(xiàn)骨界面應(yīng)力主要集中于種植體頸部的牙槽嵴頂而非整個(gè)種植體周圍，并據(jù)此推論使用短種植體可能對(duì)骨界面應(yīng)力集中值影響不大。Lum（1992）用工程統(tǒng)計(jì)學(xué)，了軸向力和水平力作用下種植體力的傳導(dǎo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在軸向力作用下，僅僅長(zhǎng)度為10mm，直徑為4mm的種植體，能傳導(dǎo)平均最大咬合力，支持骨受到張力在正常生理限度內(nèi)。在水平力作用下長(zhǎng)度大于12mm時(shí)，再增加長(zhǎng)度對(duì)力的傳導(dǎo)無(wú)顯著差異。Meijer(1992)等，使用短種植體以其周圍的應(yīng)力無(wú)太大影響。鄒敬才（1996）等，二維有限方法，對(duì)3mm，4mm，5mm三種不同直徑的螺旋形種植體進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：螺旋形種植體直徑增加，對(duì)骨界面的總體應(yīng)力分布影響不大，但隨著直徑的增加，對(duì)骨界面應(yīng)力降低，種植體與骨界面的相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)也相應(yīng)減小，有利于骨界面的應(yīng)力分布。提示臨床盡可能選擇直徑稍粗的一些種植體。Tuncelli(1997)，等應(yīng)用有限元法，比較了ITI中空?qǐng)A柱兩段式種植體不同直徑（3.5mm，4.5mm,6mm）應(yīng)力分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：相對(duì)較大的直徑種植體更有利于下頜后部區(qū)域（應(yīng)力分布好）。張少鋒（1997）等，用有限元法研究了種植體長(zhǎng)度和直徑對(duì)種植全口義齒應(yīng)力的影響，得出結(jié)論：種植體周圍骨界面應(yīng)力的大小與種植體長(zhǎng)度密切相關(guān)，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。種植體直徑在臨床常用范圍內(nèi)變化時(shí)，僅引起自身應(yīng)力及種植的改變，而對(duì)種植全口義齒的其他結(jié)構(gòu)和組織應(yīng)力狀況影響不大。

5種植體上部結(jié)構(gòu)的連接裝置對(duì)應(yīng)力分布的影響

人們?yōu)榱巳ツ７绿烊谎姥乐苣さ木彌_作用，一些學(xué)者用一些具有粘彈性的材料如聚甲醛制成內(nèi)動(dòng)部件，連接種植體和附著體。McClumphy(1989)在種植牙上用聚甲醛材料設(shè)計(jì)了一個(gè)具有彈性的內(nèi)連接體，并用鈦制作一相同的內(nèi)連接體作對(duì)照，用光彈應(yīng)力分析法對(duì)兩者進(jìn)行了應(yīng)力分布的對(duì)比研究，結(jié)果：在骨界面上應(yīng)力分布兩者差異沒(méi)有顯著性。Vanrossen(1990)等，通過(guò)二維有限元法，對(duì)不同彈性連接體彈性模量和不同外形的內(nèi)連接體在單個(gè)種植體上進(jìn)行分析，結(jié)果：內(nèi)彈性連接體彈性模量的改變對(duì)周圍骨應(yīng)力分布沒(méi)有影響。Chapman(1990)等，設(shè)計(jì)一種內(nèi)部減震器（shockabsor-ber)，把種植體與義齒相連接，用鈦制作對(duì)比，結(jié)果：兩者差異有顯著性，可減少咬合力。elChkawihG(1990)在種植體上部結(jié)構(gòu)下面使用一層彈性材料，種植體不動(dòng)，而上部結(jié)構(gòu)可動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種改進(jìn)使應(yīng)力和位移分布和天然牙相類似。Kraut(1993)等，設(shè)計(jì)了一種彈性內(nèi)動(dòng)連接系統(tǒng)，結(jié)果表明這套系統(tǒng)能吸收應(yīng)力，減少達(dá)到種植體和周圍骨的應(yīng)力值。

牙種植的迅速，它無(wú)論從功能上還是從美學(xué)及心理方面，都給人們帶來(lái)了希望和振奮。牙種植學(xué)，是一門年輕的，但仍有許多等待解決，如骨界面的應(yīng)力分布狀況，應(yīng)力作用所引起的組織效應(yīng)，種植材料的進(jìn)一步篩選，表面涂層種植體的進(jìn)一步研制等等。除基礎(chǔ)研究外，臨床研究是另一個(gè)重要領(lǐng)域，它與基礎(chǔ)研究互相促進(jìn)，相輔相成。

牙種植的臨床研究也是相當(dāng)豐富的，如種植適應(yīng)證的選擇、手術(shù)方法，種植系列設(shè)備及器械的改進(jìn)，種植放射學(xué)的研究，種植修復(fù)體的改進(jìn)，種植后牙周的保健，種植病人的隨訪檢查，種植后的功能及心理變化都有待于進(jìn)一步研究。