本文選題：牙種植體　切入點(diǎn)：上頜竇黏膜　出處：《南方醫(yī)科大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：1.研究背景 1.1上頜后牙區(qū)種植骨量不足原因 上頜竇位于上頜體內(nèi),底壁由前向后蓋過上頜第二前磨牙到上頜第三磨牙根尖,與上述牙根之間以較薄的骨板相隔,甚至無骨板而僅覆以黏膜。因此上頜后牙缺失后,牙槽嵴吸收,上頜竇氣化,后牙區(qū)骨量嚴(yán)重不足,導(dǎo)致此區(qū)域的種植修復(fù)難以進(jìn)行,上頜后牙區(qū)種植體的長期存活率也低于其它區(qū)域。 1.2上頷竇底提升手術(shù)(internal bone augmentation of the maxillary sinus floor) 上頜竇底提升術(shù)是解決上頜后牙區(qū)骨量不足的主要方法,它是提升上頜竇黏膜,通過在上頜竇底骨壁和竇黏膜之間植入或不植入自體骨或骨替代品,有效增加上頜后牙區(qū)牙槽嵴頂和竇底的骨高度,為種植體植入提供足夠骨量的過程。1977年Tatum首次報(bào)道此技術(shù),采用上頜竇根治術(shù)手術(shù)入路(Caldwell-Luc),即側(cè)壁開窗術(shù)(lateral window technique)進(jìn)行上頜竇底提升,1994年Summers首次提出采用經(jīng)牙槽突微創(chuàng)技術(shù),沖頂上頜竇底壁提升上頜竇黏膜,它與水囊法提升上頜竇技術(shù)、經(jīng)牙槽嵴頂開窗提升術(shù)、改良沖壓提升技術(shù)等統(tǒng)稱為經(jīng)牙槽上頜竇底提升術(shù)(transalveolar osteotome technique)或者閉合式上頜竇底提升術(shù)(Closed maxillary sinus floor elevation)。 1.3上頜竇黏膜穿孔(Perforation of Sinus Membrane) 由于上頜竇的解剖形態(tài)存在差異,上頜竇黏膜較薄,因此上頜竇底提升術(shù)中上頜竇黏膜撕裂穿孔是臨床最常見的并發(fā)癥,尤其在上頜竇底分隔和骨嵴區(qū)更容易造成上頜竇黏膜的撕裂,其發(fā)生率為2.2%-21%。上頜竇黏膜由假復(fù)層纖毛柱狀上皮構(gòu)成,在維持和保護(hù)上頜竇正常結(jié)構(gòu)中起到關(guān)鍵的作用,穿孔使得種植體與骨移植材料和上頜竇腔直接接觸,容易發(fā)生感染和慢性上頜竇炎癥,引起植骨材料的吸收；上頜竇黏膜細(xì)胞可被誘導(dǎo)表達(dá)堿性磷酸酶、骨鈣蛋白、骨橋蛋白、黏骨素、骨形成蛋白等細(xì)胞因子,具有成骨的能力,穿孔使得提升后種植體周圍骨質(zhì)形成減少,降低了種植體的初期穩(wěn)定性,導(dǎo)致種植體的早期脫落。因此,完整的上頜竇黏膜對新骨形成及種植手術(shù)的成功具有重要的作用。臨床研究表明,上頜竇黏膜穿孔后,即使用纖維蛋白粘結(jié)劑等材料積極修復(fù),也有較多的種植體脫落,導(dǎo)致了上頜竇底提升手術(shù)的失敗。 2.研究目的和意義 為降低上頜竇黏膜撕裂穿孔的發(fā)生,學(xué)者們做了許多研究,包括手術(shù)時(shí)上頜竇黏膜的保護(hù),不同穿孔尺寸的修補(bǔ)方法等。但是這些方法在開窗式上頜竇底提升手術(shù)中比較適用,對于非直視下進(jìn)行的閉合式上頜竇底提升手術(shù)作用甚微。閉合式上頜竇底提升手術(shù)在手術(shù)中和手術(shù)后對上頜竇黏膜的完整狀態(tài)不能直接判斷,在臨床上只能采用讓患者捏鼻鼓氣,檢查有無氣泡從牙槽突中冒出這種間接方法,失誤率較高,許多穿孔不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致種植體早期脫落,降低了種植手術(shù)的成功率。因此,預(yù)防上頜竇黏膜穿孔具有重要意義。 由于人體的特殊性,要研究口腔生物組織的移動機(jī)理,對其受力變化進(jìn)行分析,不可能進(jìn)行大規(guī)模的試驗(yàn)研究,無侵入的生物力學(xué)方法成為當(dāng)前最普遍的研究手段。在閉合式上頜竇底提升手術(shù)生物力學(xué)研究中,Koca,Fanuscu等學(xué)者對手術(shù)后骨組織與種植體應(yīng)力分布進(jìn)行了有限元分析,并得出許多對臨床工作具有指導(dǎo)意義的結(jié)果,但是對上頜竇黏膜進(jìn)行建模及應(yīng)力分析研究至今未見報(bào)道,這主要受限于上頜竇黏膜的彈性模量和泊松比等力學(xué)相關(guān)參數(shù)的缺乏。2009年Bernhard Pommer等學(xué)者對20例新鮮尸體上獲取的上頜竇黏膜樣本進(jìn)行測試,獲取了上頜竇黏膜的的彈性參數(shù),得出黏膜的厚度由24微米變化到350微米的范圍時(shí),穿孔強(qiáng)度值的變化具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)論。本研究擬在Bernhard Pommer等學(xué)者研究基礎(chǔ)上,應(yīng)用有限元分析基本理論與方法模擬與分析閉合式上頜竇底提升手術(shù)上頜竇黏膜抬高形變的過程。從而為預(yù)防上頜竇黏膜穿孔,提高閉合式上頜竇底提升手術(shù)成功率提供理論依據(jù)。 3.研究方法 口腔生物力學(xué)是用生物力學(xué)的概念、方法和手段研究口腔醫(yī)學(xué)中的有關(guān)基礎(chǔ)性科學(xué)問題、解決口腔醫(yī)學(xué)中的臨床實(shí)際問題、發(fā)展口腔臨床技術(shù)手段,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于口腔正畸、修復(fù)、種植、頜面外科等領(lǐng)域,研究方法包括全息照相應(yīng)力測試,光彈應(yīng)力測試及有限元分析等。有限元分析法(finite-element analysis)是將連續(xù)的彈性體分割成有限個力學(xué)單元,通過逐一研究每個單元的性質(zhì),從而獲得整個彈性體的性質(zhì),通過對結(jié)構(gòu)、形狀、載荷和材料力學(xué)性能等進(jìn)行應(yīng)力分析,獲得模型任何部位的應(yīng)力值和位移值,并借助計(jì)算機(jī)快速精確地求解,能客觀、準(zhǔn)確地反映應(yīng)力分布狀況。由于有限元模型的計(jì)算精度高,有限元分析也逐步從小應(yīng)變,小位移,彈性材料和靜力學(xué)分析,發(fā)展到大變形,熱分析,材料非線形問題及動力學(xué)問題的研究,已廣泛用于軟組織模擬中并取得了明顯的效果。本研究擬利用有限元分析法對閉合式上頜竇底提升手術(shù)上頜竇黏膜抬高形變的過程進(jìn)行模擬,即首先利用ANSYS有限元分析軟件創(chuàng)建上頜竇黏膜的軟組織幾何模型及有限元分析模型；然后,將種植體與上頜竇黏膜的接觸關(guān)系定義為面一面接觸,種植體模型擬向前移動接觸圓形上頜竇黏膜模型產(chǎn)生幾何形變,模擬閉合式上頜竇底提升手術(shù)種植體提升上頜竇黏膜的過程；最后,通過對比分析上頜竇黏膜厚度變化、提升高度變化、種植體直徑的變化及提升材料的變化等不同工況對黏膜應(yīng)變與應(yīng)力的影響,為臨床手術(shù)提供理論依據(jù)。 4.研究內(nèi)容和過程 4.1閉合式上頜竇提升術(shù)模型構(gòu)建 我們利用ANSYS有限元分析軟件自有的可以創(chuàng)建薄膜殼體模型的Preprocessor模塊生成上頜竇黏膜殼體模型,完成其幾何建模。然后,將上頜竇黏膜殼體模型賦予其相應(yīng)的力學(xué)參數(shù),并在SHELL63殼單元中進(jìn)行網(wǎng)格劃分,生成有限元分析模型。為模擬種植體提升上頜竇黏膜的過程,我們設(shè)定種植體與上頜竇黏膜的非線性接觸,種植體模型擬向上移動圓形上頜竇黏膜模型產(chǎn)生形變,在特定功能區(qū)域里進(jìn)行上頜竇黏膜的大變形非線性迭代求解,以獲取黏膜表面的等效應(yīng)力值。 4.2局部解剖因素對閉合式上頜竇提升術(shù)黏膜力學(xué)影響研究 4.2.1上頜竇黏膜厚度對黏膜形變的應(yīng)力影響的研究 由于正常上頜竇壁黏膜極薄又緊貼竇壁,因此CT圖像的上頜竇腔內(nèi)不能見到完整的上頜竇黏膜影像。在臨床工作中,我們所見到的黏膜厚度多在0.3-0.8mm,這種厚度范圍的上頜竇黏膜在面對提升手術(shù)時(shí),黏膜形變及應(yīng)力分布是否有差異的研究至今未見報(bào)道。因此,本實(shí)驗(yàn)通過建立0.3、0.5、0.8mm三種厚度上頜竇黏膜三維有限元模型,計(jì)算三種厚度上頜竇黏膜提升后形變與應(yīng)力分布情況,通過協(xié)方差分析來研究上頜竇黏膜表面最大Von mise應(yīng)力值的差別,分析上頜竇黏膜厚度對閉合式上頜竇提升手術(shù)的影響。 4.2.2剩余牙槽骨高度及上頜竇黏膜提升高度不同對黏膜形變的應(yīng)力影響 牙槽突與牙的發(fā)育、萌出及恒牙的脫落等因素密切相關(guān),當(dāng)牙齒缺失后,殘存的牙槽骨不斷萎縮吸收,高度逐漸降低,最終失去其原有的大小和形狀。上頜后牙缺牙區(qū)剩余牙槽骨高度常指上頜竇底到牙槽嵴頂?shù)木嚯x,又稱為竇嵴距。剩余牙槽骨高度越小,上頜竇黏膜需提升高度越大,兩者之和在一定程度上決定了上頜竇底提升手術(shù)術(shù)式及種植體的長度選擇。本研究選取直徑4.2mm種植體與0.3mmm厚度上頜竇黏膜模型,通過隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方差分析研究種植體提升上頜竇黏膜1-5mm后黏膜表面等效應(yīng)力值的差別,分析上頜竇黏膜提升高度不同對黏膜穿孔的影響。 4.3種植體因素對閉合式上頜竇提升術(shù)黏膜力學(xué)影響研究 種植體的直徑一直被認(rèn)為是影響種植體初期穩(wěn)定性及周圍骨組織應(yīng)力分布的相關(guān)因素,在本研究中,我們應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件另外創(chuàng)建2.8mm、3.5mm、5.5mm三種直徑種植體與0.3mm厚度對應(yīng)直徑的上頜竇黏膜薄膜殼體模型,計(jì)算2.8mm,3.5mm,4.2mm,5.5mm四種直徑鈦種植體提升上頜竇黏膜1-5mm后的黏膜表面等效應(yīng)力值,通過協(xié)方差分析來研究四種模型上頜竇黏膜表面最大Von mise應(yīng)力值的差別,分析種植體直徑不同對閉合式上頜竇提升手術(shù)黏膜力學(xué)的影響。 4.4提升手術(shù)術(shù)式的不同對黏膜形變的影響 閉合式上頜竇提升手術(shù)根據(jù)是否植骨,植自體骨或異體骨而具有不同的操作方法。本實(shí)驗(yàn)通過另外創(chuàng)建自體松質(zhì)骨、人工羥基磷灰石骨粉兩種材料與0.3mm厚度上頜竇黏膜薄膜殼體模型,對純鈦種植體、自體松質(zhì)骨、人工羥基磷灰石骨粉提升上頜竇黏膜1-5mm高度時(shí)上頜竇黏膜應(yīng)變與應(yīng)力進(jìn)行研究,并對比不同材料提升上頜竇黏膜1-5mm時(shí)黏膜表面應(yīng)力分布的情況,分析植骨型閉合式上頜竇提升術(shù)即以自體松質(zhì)骨或人工羥基磷灰石骨粉提升上頜竇黏膜、不植骨型閉合式上頜竇提升術(shù)即以種植體提升上頜竇黏膜等術(shù)式對黏膜形變的影響。 5.主要結(jié)果 5.1我們獲取了上頜竇黏膜軟組織殼體模型,完成其幾何建模。然后,將上頜竇黏膜殼體模型賦予其相應(yīng)的力學(xué)參數(shù),并在SHELL63殼單元中進(jìn)行網(wǎng)格劃分,生成上頜竇黏膜有限元分析模型共有930個節(jié)點(diǎn),1758個單元；種植體共有1113個節(jié)點(diǎn),2172個單元,種植體模型擬向上移動接觸圓形上頜竇黏膜模型產(chǎn)生形變,達(dá)到了與臨床閉合式上頜竇提升手術(shù)上頜竇黏膜抬高相似的效果。 5.2通過對0.3mm,0.5mm,0.8mm三種厚度上頜竇黏膜提升1-5mm的應(yīng)變與應(yīng)力分析,本研究發(fā)現(xiàn)隨著提升高度的增加,黏膜拉伸從頂端逐漸過渡到邊緣,上頜竇黏膜高變形區(qū)發(fā)生在頂端中心,同等高度下,黏膜越厚,高變形區(qū)域越小,但是,在上頜竇黏膜提升5mm之內(nèi),0.3、0.5、0.8mm三種厚度黏膜中心最大Von Mises應(yīng)力值尚沒有顯著性差異(P0.05)。5.3通過對0.3mm厚度上頜竇黏膜提升1-5mmm的黏膜表面Von Mises應(yīng)力分析,本研究發(fā)現(xiàn)上頜竇黏膜提升1-3mm時(shí),黏膜應(yīng)力變化溫和,應(yīng)力值無顯著性差異(P0.05)；上頜竇黏膜提升4mm時(shí),黏膜應(yīng)力增加,應(yīng)力值較1mm、2mm與3mm均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.001)；上頜竇黏膜提升5mm時(shí),黏膜的應(yīng)力值亦與提升1-4mmm時(shí)均具有顯著性差異(P0.001)。 5.4隨著種植體直徑的增大,上頜竇黏膜中心區(qū)最大應(yīng)力值范圍增大,最大應(yīng)力值減小,黏膜受力更加均勻溫和,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,每種直徑種植體應(yīng)力分布值與其它種植體相比均具有顯著性差異(P0.001)。 5.5本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鈦種植體、自體松質(zhì)骨與人工羥基磷灰石骨替代材料提升上頜竇黏膜,黏膜表面的應(yīng)變相似,應(yīng)力值曲線高度重疊,隨著高度增加,應(yīng)力增加的趨勢亦基本一致,三種材料對上頜竇黏膜表面應(yīng)變與應(yīng)力的影響幾乎沒有差別。 6主要結(jié)論 通過本課題的研究,我們得出如下結(jié)論： 6.1對于上頜竇黏膜厚度為0.3-0.8mm范圍需要進(jìn)行閉合式上頜竇提升手術(shù)的病人,其所面對的黏膜穿孔風(fēng)險(xiǎn)是無差別的。 6.2上頜竇黏膜提升高度達(dá)到4mm時(shí),黏膜Von mises應(yīng)力值大幅增加,增大了穿孔的機(jī)率,因此,建議閉合式上頜竇提升手術(shù)的病人黏膜的提升幅度控制在3mm之內(nèi)。 6.3隨著直徑的增大,黏膜中心區(qū)最大應(yīng)力值范圍增大,最大應(yīng)力值減小,黏膜受力更加均勻溫和,在牙槽骨寬度允許的情況下,盡量選擇粗直徑的種植體,以減少上頜竇黏膜穿孔的機(jī)會。 6.4使用松質(zhì)骨、人工羥基磷灰石骨粉、純鈦種植體抬高上頜竇黏膜對黏膜穿孔是沒有影響的,行閉合式上頜竇底提升手術(shù)應(yīng)用種植體直接提升上頜竇黏膜是最簡易及微創(chuàng)的手術(shù)方式,在臨床工作中更推薦使用。 但是,我們對閉合式上頜竇提升術(shù)上頜竇黏膜的力學(xué)分析研究,受上頜竇解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,上頜竇黏膜個體的差異,建模精度,大變形計(jì)算的誤差等因素的影響,只能為閉合式上頜竇提升手術(shù)提供相對的參考,這也是本研究的不足之處。相信隨著技術(shù)的成熟,上頜竇區(qū)種植的生物力學(xué)研究會涉及到越來越多的方面,為臨床應(yīng)用提供更多的理論依據(jù)。
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【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R783.6

【參考文獻(xiàn)】

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2 魏志剛;湯文成;嚴(yán)斌;楊寶寬;;基于有限元法的牙周膜本構(gòu)模型研究[J];工程力學(xué);2009年10期

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本文編號：1699220