氧化锆瓷基台与种植体内连接优化设计的有限元分析

摘要

随着种植技术的日益成熟，越来越多的牙列缺损、缺失患者选择种植修复。然而上前牙区因其高度的可视性，在此区域的种植常会面临巨大的美学挑战。上颌前牙区，也被称为“美学地带”，但是种植修复时常规使用的是钛基台，其自身的金属暗灰色及不透色性会大大降低瓷的透明度而导致全瓷修复体发暗，且后期的软组织改变还可能导致龈沟处钛金属外漏，带来严重的美学风险[1]。氧化锆基台的发展，有效的克服了钛基台的美学缺陷，其独特的美学特性及良好的机械性能极大的推进了美学种植的发展。鉴于钛种植体在成骨方面的优势以及氧化锆基台美学方面的优点，将两者联合应用成为前牙区种植中的一个新趋势。然而，氧化锆的弹性模量约是钛的两倍[2,3]，两者力学性能相差很大，按照种植体与基台相同材料的基台连接体设计已经不能满足这种新方案的实施。所以对针对两者力学性能的差异重新设计两者之间的连接体成为临床中急待解决的问题。另外，临床中前牙种植修复经常会使用个性化基台来改善患者的咬合关系，而氧化锆个性化基台的穿龈高度以及倾斜角度对基台自身及种植体周围的骨应力影响尚有待于研究。
　　本研究实验一通过计算机辅助设计技术建立了五种临床常用的不同形态的氧化锆基台的有限元模型，并将其与钛种植体匹配，通过静力加载模拟口内咬合情况，分析不同氧化锆基台连接体的设计对基台自身及种植体周围牙槽骨应力分布及应力峰值的影响。实验二以圆柱形内连接基台为基础,通过参数化建模技术建立了42个具有不同穿龈高度（1mm-6mm）以及倾斜角度（0°-30°）的个性化氧化锆基台，通过三维有限元分析法分析各组设计对基台自身及周围骨的应力分布及影响。分析不同穿龈高度以及倾斜角度对基台自身及种植体周围牙槽骨应力分布及应力峰值的影响。实验三通过改变材料参数，建立了42个具有不同穿龈高度以及倾斜角度的个性化钛基台，并分析穿龈高度（1mm-6mm）以及倾斜角度（0°-30°）对基台自身及种植体周围牙槽骨应力分布及应力峰值的影响，并将其与氧化锆基台进行对比，分析两种材料的基台应力的差异。
　　通过本研究，我们得到了以下重要的结果：
　　1.不同的连接体设计会造成氧化锆及骨组织周围应力的不同；六边形柱的设计会导致了骨组织应力的上升；三叶草设计虽然可以降低基台自身的应力，但并不能降低骨组织的应力；而圆柱形氧化锆基台的自身应力以及周围骨组织的应力均较小，是最有利于保护种植体周围骨组织的设计。
　　2.当使用不同穿龈高度和倾斜角度的氧化锆基台时，不同的设计会造成氧化锆基台自身及骨组织周围应力的不同；随着穿龈高度和倾斜角度的增加，氧化锆基台自身及骨组织周围应力随之增加；与倾斜角度相比，氧化锆基台的穿龈高度更加容易造成氧化锆基台以及种植体周围骨的应力峰值上升。
　　3.钛基台与氧化锆基台一样，最易断裂的位置在基台颈部；随着穿龈高度和倾斜角度的上升，钛基台的应力也在不断的上升；钛基台在穿龈高度较小时，钛基台的应力峰值较氧化锆基台小，而钛基台在穿龈高度较大时，钛基台的应力峰值较氧化锆基台大；钛基台在各个穿龈高度和倾斜角度时对骨的应力都要高于氧化锆基台对骨的应力。所以氧化锆基台不但具有良好的美观性，其自身由于强度较高，而且在大的穿龈高度时应力较小，所以折断的可能性较钛基台小；另外，使用氧化锆基台时，周围牙槽骨的应力也较钛基台低。
　　综上所述，本研究通过有限元分析法对钛种植体及氧化锆基台的内连接形式进行优化设计，结果显示：圆柱形氧化锆种植体具有同时降低自身应力以及牙槽骨应力的优点；而随着氧化锆个性化基台的穿龈高度以及倾斜角度的上升，基台自身应力以及种植体周围骨应力在不断上升，但与倾斜角度相比，氧化锆基台的穿龈高度的增加更容易造成氧化锆基台以及种植体周围骨的应力峰值的增高；不同穿龈高度以及倾斜角度钛基台的应力分布趋势与氧化锆基台大致相同，然而钛基台在各个穿龈高度和倾斜角度时对骨的应力都要高于氧化锆基台对骨的应力。因此，不同形态设计的氧化锆基台对其自身以及周围牙槽骨的应力影响存在一定的差异。本研究通过相关有限元分析，希望能为氧化锆基台在临床中的设计及应用提供一定的实验依据。

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文献回顾

1.口腔种植材料的研究进展

2.种植基台的研究进展

3.氧化锆材料的研究进展

4.有限元分析法在种植修复中的应用

实验一：不同形态内连接的氧化锆基台对种植体骨界面及基台应力分布影响

1.材料和方法

2.结果

3.讨论

4.结论

实验二 不同倾斜角度及穿龈高度氧化锆基台对种植体骨界面及基台应力分布影响

1.材料和方法

2.结果

3.讨论

4.结论

实验三 氧化锆基台与钛基台对种植体骨界面及基台应力分布的比较

1.材料和方法

2.结果

3.讨论

4.结论

小结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢