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[摘要]目的：基于已建立的上颌单端游离缺失及整铸义齿的三维有限元模型，比较双重大连接体与传统设计的义齿各基牙牙周膜在加载时的受力。方法：在已建立的有限元模型上赋予不同组织及支架相应的力学参数，在约束设计和载荷设定下，通过三维有限元软件获得两种不同设计各基牙的受力分布，并以该数据进行加载，得到各基牙牙周膜的受力分布情况。结果：双重大连接体设计时，受力主要集中在基牙17的根尖1/3处，基牙14、25没有明显的应力集中；传统设计时，受力主要集中在基牙25的牙颈部。结论：双重大连接体设计能够使牙周受力避开敏感部位起到保护基牙的目的。
[关键词]有限元法；双重大连接体；牙周膜受力
[中图分类号]R783 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2013）03-0371-04
可摘局部义齿是目前牙列缺损常用的修复方法之一，然而在目前临床上常用的支架设计中存在大连接体产生杠杆作用撬动基牙、由于口腔中各软硬组织的物理特征不同其抗负荷能力不同，基牙和黏膜共同承力但分布不均匀势必产生应力集中、刚性的支架和卡环容易导致基牙扭转等问题。近年来出现了一种新的设计理念，是由美国学者Dr.knapp[1-2]提出的双重大连接体设计。目前有关于该设计的生物力学分析报道较少[3]。牙周膜是连接牙槽骨和牙之间的结缔组织，内有本体感受器，能感知牙合力的位置、大小和方向，并调控牙合力以保护基牙。所以在做牙周支持组织的生物力学研究时，基牙的牙周膜受力大小、分布、方向、性质等要作为关键的分析指标。本研究旨在观测两种不同设计不同加载方式时各个基牙牙周膜的受力情况，以此为指标对比两种不同设计基牙的受力分布情况。
1 材料和方法
1.1样本来源：在临床上选取一名上颌单侧牙列游离缺失，余牙完整，无任何颅面组织缺损的的健康男性志愿者作为CT影像[4]数据的来源。同时在标准模型上分别制作26、27缺失的单一大连接体支架式[5]及双重大连接体式可摘局部义齿。利用Mimics软件[6]、Catia软件[7]和ANSYS13.0三维有限元专用软件[8]等技术完成其三维有限元模型的建立（如图1～3）。
1.2 网格划分：在前期实验中，利用Ansys软件的自动单元划分功能对模型进行整体划分，使单元自动得到优化。选用四面体网格：支架网格大小为0.55mm，牙槽骨网格大小为1.5mm，牙齿网格大小为1.5mm[9]，划分结果如图4。
1.3载荷和约束[10-13]：载荷为前期实验所得到的各个基牙的受力数据（见表1～2），约束条件为基牙在根中1/3处做固定[14]。在Ansys中载荷如图5。
1.4分析指标：各个基牙牙周膜主要应力集中部位、方向及性质。
2 结果
2.1 两种设计时基牙牙周膜受力分发布的整体直观如图6～9。
2.2. 两种设计时游离端基牙的牙周膜受力分布及性质方向如图10～13。
2.3 两种设计时17基牙牙周膜受力分布及性质方向如图14～17。
2.4 两种设计时14基牙牙周膜受力分布及方向性质如图18～21。
3 讨论
3.1 在垂直加载条件下，两种不同设计的基牙的牙周膜应力分布比较。
3.1.1 游离端基牙牙周膜受力分布的比较：①传统设计时25即游离端基牙牙周膜受力较大，分布不均匀，有明显的应力集中部位（近中及近中腭侧根中1/3及牙颈部）；②双重大连接体时 25牙周膜受力很小，分布均匀，没有明显应力集中；③临床设计时针对游离端基牙牙周条件不良的情况可以选择双重大连接体作为设计方式，以达到保护基牙的目的，延长患者天然牙的寿命，同时也增加义齿的使用寿命。
3.1.2 17基牙牙周膜的受力分布：①传统设计 17基牙牙周膜受力小，分布均匀；②双重大连接体设计 17基牙在根尖1/3处有明显的应力集中，且表现为腭向的压应力。说明双重大连接体设计能将咬合力从游离端基牙本身释放出来分散到对侧健康的、牙周潜力更强大的牙上，以达到保护游离端基牙的作用。从结果看，17虽然有明显的应力集中，但是其受到力明显较小且集中在根尖部，避开了牙周组织受力敏感部位。
3.1.3 14基牙的牙周膜受力分析：14在两种设计中均不作为直接固位体，且根据材料力传导的性质来看其所受到的力量都比较小。
3.2 45°斜向加载条件下，两种不同设计的基牙的受力分析。
3.2.1 游离端基牙牙周膜受力分析比较：①传统设计时：游离端基牙在腭侧根中1/3及牙颈部有明显的应力集中，上颌牙齿在咀嚼时侧方运动受力为由颊侧向腭侧，其应力集中位置与实际相符；②双重大连接体设计时：游离端基牙受力分布均匀，没有明显应力集中，说明在牙齿各个方向的运动中，该设计均能比较理想的达到保护游离端基牙的目的。
3.2.2 17基牙牙周膜受力分析比较：①传统设计时：两种加载条件下17基牙牙周膜分布相近，主要是由于传统设计时主要的咬合力已经由游离端基牙分担，没有把咬合力合理分散出来；②双重大连接体设计时：17基牙牙周膜受力分布与垂直加载时表现不一致，主要体现在力的方向上， 17基牙牙周膜受受力主要集中远中及远中腭根的根尖1/3处，这种情况的出现与斜向加载力分布不均匀和远中牙合支托设计有关。
3.2.3 45°斜向加载时两种不同设计14基牙牙周膜受力分析比较：结果分析同垂直加载时。
4 结论
4.1传统设计时针对游离端缺失的情况单纯作近中牙合支托设计对基牙牙周膜受力分布依然不合理，咀嚼时来自个方向的力对基牙产生不良影响较大，游离端基牙受力与邻牙不均衡导致基牙倾斜、缺牙区支持组织吸收等问题。
4.2双重大连接体设计对游离端基牙有明显的保护作用，把大部分咬合力通过支架分散到对侧基牙及牙周支持组织。 [参考文献]
[1]Knapp JG，Shotwell JL，Kotowicz WE.Technique for recording dental cast-surveyor relations[J].J Prosthet Dent，1979，41（3）：352-354.
[2]Knapp JG，Small IA.Fixed mandibular complete denture prostheses supported by mandibular staple bone plate implant [J].J Prosthet Dent，1990，63（1）：73-76.
[3]李国强，朱静，戴文安，等.Vitallium 2000 plus铸造支架分裂基托设计对基牙和缺牙区粘膜受力影响的三维有限元分析[J].中国美容医学，2012，21（6）：988-990.
[4]陈丽君，荆晶，林长华，等.基于CT数据颈内动脉虹吸部有限元建模[J].临床医程，2012，19（1）：1-2.
[5]Pienkos TE，Morris WJ，Gronet PM，et al.The strength of multiple major connector designs under simulated functional loading [J].J Prosthet Dent，2007，97（5）：299-304.
[6]苏忠平，何黎升，白石柱，等.应用Mimics和HyperMesh软件建立人体下颌骨三维有限元模型[J].实用口腔医学杂志，2012，28（2）：192-195.
[7]孙力，李鸿波，储冰峰，等.牙颌三维有限元建模方法的研究进展[J].口腔颌面修复学杂志，2010，11（1）：52-54.
[8]赵玺，米丛波，居曼江·买买提，等.牙周膜牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型建立[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（22）：4014-4017.
[9]郭莹，唐亮，潘燕环，等.动态载荷下单端桥基牙牙周膜应力的三维有限元分析[J].中华口腔医学杂志，2009，44（9）：553-557.
[10]Enciso R，Memon A，Mah J.Three -dimensional visualization of the craniofacial patient： volume segmentation， data integration and animation[J].Orthod Craniofac Res，2003，13（1）：66-71.
[11]陈越.上前牙压低时不同加载方式对其受力及牙周膜初始应力分布影响的研究[D].中山大学，2009.
[12]李天豪，束蓉.牙周膜有限元分析的研究现状[J].口腔医学研究，2009，25（2）：232-233.
[13]卢红飞，麦志辉，陈奇，等.不同加载方式压低上前牙时初始应力在牙体、牙周膜及牙槽骨分布的三维有限元分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（48）：8964-8967.
[14]唐顼晶，刘月华，王冬梅，等.两种加载方式前牙闭锁性深覆牙合颞下颌关节的三维有限元分析[J].中国美容医学，2012，21（6）：982-985.
[收稿日期]2012-11-03 [修回日期]2012-12-06
编辑/何志斌
[关键词]有限元法；双重大连接体；牙周膜受力
[中图分类号]R783 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2013）03-0371-04
可摘局部义齿是目前牙列缺损常用的修复方法之一，然而在目前临床上常用的支架设计中存在大连接体产生杠杆作用撬动基牙、由于口腔中各软硬组织的物理特征不同其抗负荷能力不同，基牙和黏膜共同承力但分布不均匀势必产生应力集中、刚性的支架和卡环容易导致基牙扭转等问题。近年来出现了一种新的设计理念，是由美国学者Dr.knapp[1-2]提出的双重大连接体设计。目前有关于该设计的生物力学分析报道较少[3]。牙周膜是连接牙槽骨和牙之间的结缔组织，内有本体感受器，能感知牙合力的位置、大小和方向，并调控牙合力以保护基牙。所以在做牙周支持组织的生物力学研究时，基牙的牙周膜受力大小、分布、方向、性质等要作为关键的分析指标。本研究旨在观测两种不同设计不同加载方式时各个基牙牙周膜的受力情况，以此为指标对比两种不同设计基牙的受力分布情况。
1 材料和方法
1.1样本来源：在临床上选取一名上颌单侧牙列游离缺失，余牙完整，无任何颅面组织缺损的的健康男性志愿者作为CT影像[4]数据的来源。同时在标准模型上分别制作26、27缺失的单一大连接体支架式[5]及双重大连接体式可摘局部义齿。利用Mimics软件[6]、Catia软件[7]和ANSYS13.0三维有限元专用软件[8]等技术完成其三维有限元模型的建立（如图1～3）。
1.2 网格划分：在前期实验中，利用Ansys软件的自动单元划分功能对模型进行整体划分，使单元自动得到优化。选用四面体网格：支架网格大小为0.55mm，牙槽骨网格大小为1.5mm，牙齿网格大小为1.5mm[9]，划分结果如图4。
1.3载荷和约束[10-13]：载荷为前期实验所得到的各个基牙的受力数据（见表1～2），约束条件为基牙在根中1/3处做固定[14]。在Ansys中载荷如图5。
1.4分析指标：各个基牙牙周膜主要应力集中部位、方向及性质。
2 结果
2.1 两种设计时基牙牙周膜受力分发布的整体直观如图6～9。
2.2. 两种设计时游离端基牙的牙周膜受力分布及性质方向如图10～13。
2.3 两种设计时17基牙牙周膜受力分布及性质方向如图14～17。
2.4 两种设计时14基牙牙周膜受力分布及方向性质如图18～21。
3 讨论
3.1 在垂直加载条件下，两种不同设计的基牙的牙周膜应力分布比较。
3.1.1 游离端基牙牙周膜受力分布的比较：①传统设计时25即游离端基牙牙周膜受力较大，分布不均匀，有明显的应力集中部位（近中及近中腭侧根中1/3及牙颈部）；②双重大连接体时 25牙周膜受力很小，分布均匀，没有明显应力集中；③临床设计时针对游离端基牙牙周条件不良的情况可以选择双重大连接体作为设计方式，以达到保护基牙的目的，延长患者天然牙的寿命，同时也增加义齿的使用寿命。
3.1.2 17基牙牙周膜的受力分布：①传统设计 17基牙牙周膜受力小，分布均匀；②双重大连接体设计 17基牙在根尖1/3处有明显的应力集中，且表现为腭向的压应力。说明双重大连接体设计能将咬合力从游离端基牙本身释放出来分散到对侧健康的、牙周潜力更强大的牙上，以达到保护游离端基牙的作用。从结果看，17虽然有明显的应力集中，但是其受到力明显较小且集中在根尖部，避开了牙周组织受力敏感部位。
3.1.3 14基牙的牙周膜受力分析：14在两种设计中均不作为直接固位体，且根据材料力传导的性质来看其所受到的力量都比较小。
3.2 45°斜向加载条件下，两种不同设计的基牙的受力分析。
3.2.1 游离端基牙牙周膜受力分析比较：①传统设计时：游离端基牙在腭侧根中1/3及牙颈部有明显的应力集中，上颌牙齿在咀嚼时侧方运动受力为由颊侧向腭侧，其应力集中位置与实际相符；②双重大连接体设计时：游离端基牙受力分布均匀，没有明显应力集中，说明在牙齿各个方向的运动中，该设计均能比较理想的达到保护游离端基牙的目的。
3.2.2 17基牙牙周膜受力分析比较：①传统设计时：两种加载条件下17基牙牙周膜分布相近，主要是由于传统设计时主要的咬合力已经由游离端基牙分担，没有把咬合力合理分散出来；②双重大连接体设计时：17基牙牙周膜受力分布与垂直加载时表现不一致，主要体现在力的方向上， 17基牙牙周膜受受力主要集中远中及远中腭根的根尖1/3处，这种情况的出现与斜向加载力分布不均匀和远中牙合支托设计有关。
3.2.3 45°斜向加载时两种不同设计14基牙牙周膜受力分析比较：结果分析同垂直加载时。
4 结论
4.1传统设计时针对游离端缺失的情况单纯作近中牙合支托设计对基牙牙周膜受力分布依然不合理，咀嚼时来自个方向的力对基牙产生不良影响较大，游离端基牙受力与邻牙不均衡导致基牙倾斜、缺牙区支持组织吸收等问题。
4.2双重大连接体设计对游离端基牙有明显的保护作用，把大部分咬合力通过支架分散到对侧基牙及牙周支持组织。 [参考文献]
[1]Knapp JG，Shotwell JL，Kotowicz WE.Technique for recording dental cast-surveyor relations[J].J Prosthet Dent，1979，41（3）：352-354.
[2]Knapp JG，Small IA.Fixed mandibular complete denture prostheses supported by mandibular staple bone plate implant [J].J Prosthet Dent，1990，63（1）：73-76.
[3]李国强，朱静，戴文安，等.Vitallium 2000 plus铸造支架分裂基托设计对基牙和缺牙区粘膜受力影响的三维有限元分析[J].中国美容医学，2012，21（6）：988-990.
[4]陈丽君，荆晶，林长华，等.基于CT数据颈内动脉虹吸部有限元建模[J].临床医程，2012，19（1）：1-2.
[5]Pienkos TE，Morris WJ，Gronet PM，et al.The strength of multiple major connector designs under simulated functional loading [J].J Prosthet Dent，2007，97（5）：299-304.
[6]苏忠平，何黎升，白石柱，等.应用Mimics和HyperMesh软件建立人体下颌骨三维有限元模型[J].实用口腔医学杂志，2012，28（2）：192-195.
[7]孙力，李鸿波，储冰峰，等.牙颌三维有限元建模方法的研究进展[J].口腔颌面修复学杂志，2010，11（1）：52-54.
[8]赵玺，米丛波，居曼江·买买提，等.牙周膜牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型建立[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（22）：4014-4017.
[9]郭莹，唐亮，潘燕环，等.动态载荷下单端桥基牙牙周膜应力的三维有限元分析[J].中华口腔医学杂志，2009，44（9）：553-557.
[10]Enciso R，Memon A，Mah J.Three -dimensional visualization of the craniofacial patient： volume segmentation， data integration and animation[J].Orthod Craniofac Res，2003，13（1）：66-71.
[11]陈越.上前牙压低时不同加载方式对其受力及牙周膜初始应力分布影响的研究[D].中山大学，2009.
[12]李天豪，束蓉.牙周膜有限元分析的研究现状[J].口腔医学研究，2009，25（2）：232-233.
[13]卢红飞，麦志辉，陈奇，等.不同加载方式压低上前牙时初始应力在牙体、牙周膜及牙槽骨分布的三维有限元分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（48）：8964-8967.
[14]唐顼晶，刘月华，王冬梅，等.两种加载方式前牙闭锁性深覆牙合颞下颌关节的三维有限元分析[J].中国美容医学，2012，21（6）：982-985.
[收稿日期]2012-11-03 [修回日期]2012-12-06
编辑/何志斌