种植义齿设计的生物力学原则
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42
43
44
冠根比例关系
45
END… …
46
19
20
种植材料的力学性能
大多数材料的弹性模量都比骨组织高。 弹性模量高的材料 , 有使根尖区骨界面产生应力集 中的趋势； 弹性模量低的材料 , 则有使种植体颈部区界面产生 应力集中趋势。
21
Implant
生物力学原则 与设计
22
生物力学原则
单颗牙缺失的种植修复 多颗牙缺失的种植修复
23
11
Brinkmann(1980) 观察一些临床成功的种植体 , 50 %有 致密层状骨包绕种植牙根。
Branemark(1983) 对行使功能 6 年后的尸解种植牙标本 观察时 , 亦看到种植体周骨质明显增生。
骨性结合的种植体在负荷后骨改建的结果, 使其在修复半 年后安全性骤然提高, 失败率可能性降低 。
10
种植体引起周围骨应力分布变化 ,则会引起骨改建活动。
陈安玉等(1989)用生物活性陶瓷作拔牙后牙槽窝立即埋置术 ,说明就是完 全埋植在骨内的种植体 , 也要影响骨的重建活动。
种植体为不同于骨组织刚性材料 , 当颌骨受力后 , 种植体材料变形不同 于骨组织引起界面应力而刺激骨增强。 界面骨增强到一定时侯就停止, 因此过长的无负荷愈合期是没有意义的。
6
7
种植体周围骨代谢的力学因素
力学因素影响种植体周骨代谢： 种植体植入后，种植体窝洞骨创愈合过程。 承受载荷后，周围骨组织的适应性反应。 承受载荷后，周围骨组织的骨创伤反应。
8
种植区骨愈合过程中的力学因素
种植窝愈合机制与骨折愈合机制相同。 骨折愈合需要固定断端制动一样，若种植体与骨壁之间产 生相对运动，将阻碍骨痂形成，影响骨愈合。
是采用理论力学和材料力学的方法 , 来研究生 物体的力学问题, 即生命组织的材料力学性质 , 生物体受力状况 , 受力后的运动 , 变形、破坏等 物理变化, 以及生长发育代谢等生物变化。
2
生物力学相容性(Biomechanical Compatibility)
1. 种植体要有足够强度，在承受功能载荷时，保证 不发生严重变形或断裂破坏。
38
Байду номын сангаас
种植体植入的方向或角度
① 尽量与天然牙一致（咬合的角度） ② 符合生物力学原则，避免应力集中 ③ 考虑支持骨组织条件
39
种植体的垂直位置
① 龈缘下2mm左右 ② 与邻牙牙槽骨等高 ③ 但在牙周病患者，应以釉牙
骨质界为依据，在其下约 4mm位置
40
种植体的近远中位置
种植体中心与天然牙近缺隙侧邻面之间理想距离：R（种植体半径） ＋2mm
16
提高种植体抗过负荷(overload) :
将多个种植体用刚性体连接在一起。这样种植义齿咬合 面每一点受力时, 负荷都分散到每一个种植体 , 避免个别 种植体单独受到过大负荷。这一原则为大多数种植牙系统 的临床经验所证实。
17
骨性结合种植体能否与天然牙连接在一起修复 ?
司特伯格大学的研究分析指出 , 当骨性结合Branemark 种植体与天然牙连接在一起修复时 ，在修复体正中加一 载荷 ， 种植体将负担 75 %以上载荷。如果用有弹性缓冲 元件的 IM Z 种植体与天然牙连接修复， 种植体的载荷分 担量可降低到60 %。
可能是发生在冠桥部分的破裂。也可能是上部结构 与基桩间分离，还可能是种植体断裂，或种植体界面 破坏而种植体松动等。
当不能控制外力因素时，通过构件的设计，几何结构 变化，和选用的材料改变，可改变应力大小及分布。
5
Table. Biomechanical Complications of Implant Dentistry.
35
非功能性的影响因素
• 磨牙症 • 不良口腔习惯：如咬硬物、咬笔等 • 系统性疾病：帕金森病、癫痫等
36
影响种植体的长度和直径的因素
直径：天然牙釉牙骨质界下2mm为参考
37
影响种植体的位置和角度的因素
种植体植入的方向或角度 种植体的垂直位置 种植体的颊舌向位置 种植体的近远中位置 冠根比例关系
1. Acrylic resin veneer fracture (22%) 2. Overdenture attachment fracture (17%) 3. Early implant failure (16% in soft bone or short implants) 4. Porcelain fracture (7%) 5. Prosthetic screw loosening (7%) 6. Acrylic base fracture of overdentures (7%) 7. Abutment screw loosening (6%) 8. Prosthetic framework fracture (3%) 9. Abutment screw fracture (2%) 10. Implant body fracture (1%) 11. Marginal bone loss around the implant
2. 种植体在行使功能时，所产生的应力传递要避免 骨废用性萎缩。
3. 种植体对周围骨产生的应力传递不能超过生理限 度，防止骨创伤造成骨吸收或骨折。
3
作用于种植义齿的主动力： (1) 咀嚼力 (2) 软组织颊唇舌作用力 (3)重力和气流压力
4
种植义齿受力后，内部也要产生应力和应变。
种植义齿系统包括颌骨可视为一复杂构件，受力后每 一部分之间应力分布都不同。当某一处应力水平高于 该处材料强度极限时，该处就要发生结构破坏 。
种植体周围的骨折 , 通常发生在骨组织变得脆弱的情况下, 突 然遇到载荷增大时发生的。这种情况一是在种植手术创伤后使 骨壁变薄弱而发生, 二是在种植体周围骨发生吸收而使骨结构 逐渐变弱后发生。
14
过高的应力可使骨组织坏死和吸收。 Atwood(1979) 认为骨在承受超负荷后的病理生理变化, 可 能是有血流的减少或静脉血液的淤积, 生化因子激活破骨细 胞 , 破骨细胞的感受器也可受应力直接激活。 多大的应力可造成骨坏死和吸收?
15
应力疲劳( Fatigue failure) 也可能发生于种植体周围的骨 组织中。
应力疲劳是较低水平载荷重复作用到一定次数时 , 材料发 生断裂破坏。
但是有的材料如金属具有疲劳极限 , 只要载荷低于某一水 平时 , 载荷可重复作用无数次都不会发生疲劳破坏。
体外的骨组织疲劳试验表明, 骨的疲劳曲线是没有渐进线 的 , 即载荷不论多么小 , 只要达到足够重复作用次数 , 骨 都要产生疲劳破坏。
24
25
影响种植体设计的主要因素
• 种植体的表面积 • 受植区骨的质量 • 牙槽骨的倾斜 • 过大的缺牙间隙 • 牙弓的形态 • 对颌牙的状态 • 非功能性的影响因素
26
种植体的表面积
• 骨－天然牙：有牙周膜存在 • 骨－种植体：骨结合
直径4mm，长度12mm的螺旋状种植体的表面面积基本 类似于天然牙牙周膜面积（磨牙除外）
• 增加种植体数量 • 联冠修复
31
牙弓的形态
• 无牙牙合时 • 尖圆形牙弓：种植体排列有利于应力分散 • 方圆形牙弓：应力分散较差 • 卵圆形牙弓：介于两者之间
固定修复：6－8颗种植体 覆盖义齿：2－4颗种植体
32
33
34
对颌牙的状态
• 对颌牙为天然牙：咬合力大 • 对颌牙为固定义齿：咬合力大 • 对颌牙为活动义齿：咬合力小
9
种植体周围骨的适应性反应
种植体周围骨改建与力学因素有直接联系。
骨改建：机体的骨组织在一生中不断地进行骨的新生增 强和吸收萎缩，从而使骨组织和解剖结构发生变化的现 象。
Wolff 定律：骨和骨组织结构是生物进化中形成的，符 合最优化设计原则，即趋向于用最小结构材料承受最大 外力。骨改建是维持这一优化设计，即在应力较高的区 域通过骨的新生使结构增强，在应力低的区域又通过骨 的吸收萎缩而使结构减弱 。
27
受植区骨的质量
• 密度高，致密的骨组织：多颗牙缺失时，可以 选择固定桥修复
• 密度较低的骨组织：尽量增加种植体数量，以 分散咬合力。
28
29
牙槽骨的倾斜
• 磨牙一般可以沿轴向位置植入 • 如牙槽骨倾斜明显，种植体会受到过大的
剪切力，应增加种植体数量。
30
过大的缺牙间隙
• 可能造成恢复的牙冠过宽，与种植体直径相 比过大，下颌侧向运动时，种植体受过大的 剪切力。
不建议！
18
被动适合性（passive fit）
修复体完全就位后, 修复体与牙体硬组织和口腔软组织之间除重力作用 外无其他力作用。 临床上修复体的被动性往往被忽视。如果修复体被动性差 , 就位后 , 在 没有受到咀嚼负荷时, 修复体的支持组织就有预负荷( Preload) , 就有 预应力存在 ,反过来修复体也有预负荷和预应力。
12
种植体周围骨改建的意义在于:
(1)骨性结合的种植体可有效防止牙槽骨的废用性萎缩 ,保 持牙槽骨的高度和丰满度。
(2) 骨性结合的种植体 ,可以通过渐进性负荷增加 , 骨组 织产生适应 性重建反应, 逐渐达到与种植义齿的功能 协调一致。
13
种植体周的骨创伤
种植体所产生的应力传递, 若超过了骨组织的生理耐受限度则可 发生骨创伤 , 严重者可发生骨折。
种植体中心与天然牙近缺隙侧邻面之间最小距离：R（种植体半径） ＋1.5mm
两种植体之间理想距离：2-3mm 两种植体之间最小距离：R1＋R2＋2mm
41
种植体的颊舌向位置
In the orofacial dimension, the implant shoulder should be positioned in about 1.5 –2.0mm in the width.
天然牙釉牙骨质界下2mm为参考影响种植体的位置和角度的因素冠根比例关系种植体植入的方向或角度但在牙周病患者应以釉牙骨质界为依据在其下约4mm位种植体的垂直位置种植体的近远中位置种植体中心与天然牙近缺隙侧邻面之间理想距离
种植义齿设计的生物力学原则
口腔种植科 范震
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生物力学(Biomechanics)
43
44
冠根比例关系
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END… …
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种植材料的力学性能
大多数材料的弹性模量都比骨组织高。 弹性模量高的材料 , 有使根尖区骨界面产生应力集 中的趋势； 弹性模量低的材料 , 则有使种植体颈部区界面产生 应力集中趋势。
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Implant
生物力学原则 与设计
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生物力学原则
单颗牙缺失的种植修复 多颗牙缺失的种植修复
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Brinkmann(1980) 观察一些临床成功的种植体 , 50 %有 致密层状骨包绕种植牙根。
Branemark(1983) 对行使功能 6 年后的尸解种植牙标本 观察时 , 亦看到种植体周骨质明显增生。
骨性结合的种植体在负荷后骨改建的结果, 使其在修复半 年后安全性骤然提高, 失败率可能性降低 。
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种植体引起周围骨应力分布变化 ,则会引起骨改建活动。
陈安玉等(1989)用生物活性陶瓷作拔牙后牙槽窝立即埋置术 ,说明就是完 全埋植在骨内的种植体 , 也要影响骨的重建活动。
种植体为不同于骨组织刚性材料 , 当颌骨受力后 , 种植体材料变形不同 于骨组织引起界面应力而刺激骨增强。 界面骨增强到一定时侯就停止, 因此过长的无负荷愈合期是没有意义的。
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种植体周围骨代谢的力学因素
力学因素影响种植体周骨代谢： 种植体植入后，种植体窝洞骨创愈合过程。 承受载荷后，周围骨组织的适应性反应。 承受载荷后，周围骨组织的骨创伤反应。
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种植区骨愈合过程中的力学因素
种植窝愈合机制与骨折愈合机制相同。 骨折愈合需要固定断端制动一样，若种植体与骨壁之间产 生相对运动，将阻碍骨痂形成，影响骨愈合。
是采用理论力学和材料力学的方法 , 来研究生 物体的力学问题, 即生命组织的材料力学性质 , 生物体受力状况 , 受力后的运动 , 变形、破坏等 物理变化, 以及生长发育代谢等生物变化。
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生物力学相容性(Biomechanical Compatibility)
1. 种植体要有足够强度，在承受功能载荷时，保证 不发生严重变形或断裂破坏。
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Байду номын сангаас
种植体植入的方向或角度
① 尽量与天然牙一致（咬合的角度） ② 符合生物力学原则，避免应力集中 ③ 考虑支持骨组织条件
39
种植体的垂直位置
① 龈缘下2mm左右 ② 与邻牙牙槽骨等高 ③ 但在牙周病患者，应以釉牙
骨质界为依据，在其下约 4mm位置
40
种植体的近远中位置
种植体中心与天然牙近缺隙侧邻面之间理想距离：R（种植体半径） ＋2mm
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提高种植体抗过负荷(overload) :
将多个种植体用刚性体连接在一起。这样种植义齿咬合 面每一点受力时, 负荷都分散到每一个种植体 , 避免个别 种植体单独受到过大负荷。这一原则为大多数种植牙系统 的临床经验所证实。
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骨性结合种植体能否与天然牙连接在一起修复 ?
司特伯格大学的研究分析指出 , 当骨性结合Branemark 种植体与天然牙连接在一起修复时 ，在修复体正中加一 载荷 ， 种植体将负担 75 %以上载荷。如果用有弹性缓冲 元件的 IM Z 种植体与天然牙连接修复， 种植体的载荷分 担量可降低到60 %。
可能是发生在冠桥部分的破裂。也可能是上部结构 与基桩间分离，还可能是种植体断裂，或种植体界面 破坏而种植体松动等。
当不能控制外力因素时，通过构件的设计，几何结构 变化，和选用的材料改变，可改变应力大小及分布。
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Table. Biomechanical Complications of Implant Dentistry.
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非功能性的影响因素
• 磨牙症 • 不良口腔习惯：如咬硬物、咬笔等 • 系统性疾病：帕金森病、癫痫等
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影响种植体的长度和直径的因素
直径：天然牙釉牙骨质界下2mm为参考
37
影响种植体的位置和角度的因素
种植体植入的方向或角度 种植体的垂直位置 种植体的颊舌向位置 种植体的近远中位置 冠根比例关系
1. Acrylic resin veneer fracture (22%) 2. Overdenture attachment fracture (17%) 3. Early implant failure (16% in soft bone or short implants) 4. Porcelain fracture (7%) 5. Prosthetic screw loosening (7%) 6. Acrylic base fracture of overdentures (7%) 7. Abutment screw loosening (6%) 8. Prosthetic framework fracture (3%) 9. Abutment screw fracture (2%) 10. Implant body fracture (1%) 11. Marginal bone loss around the implant
2. 种植体在行使功能时，所产生的应力传递要避免 骨废用性萎缩。
3. 种植体对周围骨产生的应力传递不能超过生理限 度，防止骨创伤造成骨吸收或骨折。
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作用于种植义齿的主动力： (1) 咀嚼力 (2) 软组织颊唇舌作用力 (3)重力和气流压力
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种植义齿受力后，内部也要产生应力和应变。
种植义齿系统包括颌骨可视为一复杂构件，受力后每 一部分之间应力分布都不同。当某一处应力水平高于 该处材料强度极限时，该处就要发生结构破坏 。
种植体周围的骨折 , 通常发生在骨组织变得脆弱的情况下, 突 然遇到载荷增大时发生的。这种情况一是在种植手术创伤后使 骨壁变薄弱而发生, 二是在种植体周围骨发生吸收而使骨结构 逐渐变弱后发生。
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过高的应力可使骨组织坏死和吸收。 Atwood(1979) 认为骨在承受超负荷后的病理生理变化, 可 能是有血流的减少或静脉血液的淤积, 生化因子激活破骨细 胞 , 破骨细胞的感受器也可受应力直接激活。 多大的应力可造成骨坏死和吸收?
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应力疲劳( Fatigue failure) 也可能发生于种植体周围的骨 组织中。
应力疲劳是较低水平载荷重复作用到一定次数时 , 材料发 生断裂破坏。
但是有的材料如金属具有疲劳极限 , 只要载荷低于某一水 平时 , 载荷可重复作用无数次都不会发生疲劳破坏。
体外的骨组织疲劳试验表明, 骨的疲劳曲线是没有渐进线 的 , 即载荷不论多么小 , 只要达到足够重复作用次数 , 骨 都要产生疲劳破坏。
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影响种植体设计的主要因素
• 种植体的表面积 • 受植区骨的质量 • 牙槽骨的倾斜 • 过大的缺牙间隙 • 牙弓的形态 • 对颌牙的状态 • 非功能性的影响因素
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种植体的表面积
• 骨－天然牙：有牙周膜存在 • 骨－种植体：骨结合
直径4mm，长度12mm的螺旋状种植体的表面面积基本 类似于天然牙牙周膜面积（磨牙除外）
• 增加种植体数量 • 联冠修复
31
牙弓的形态
• 无牙牙合时 • 尖圆形牙弓：种植体排列有利于应力分散 • 方圆形牙弓：应力分散较差 • 卵圆形牙弓：介于两者之间
固定修复：6－8颗种植体 覆盖义齿：2－4颗种植体
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对颌牙的状态
• 对颌牙为天然牙：咬合力大 • 对颌牙为固定义齿：咬合力大 • 对颌牙为活动义齿：咬合力小
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种植体周围骨的适应性反应
种植体周围骨改建与力学因素有直接联系。
骨改建：机体的骨组织在一生中不断地进行骨的新生增 强和吸收萎缩，从而使骨组织和解剖结构发生变化的现 象。
Wolff 定律：骨和骨组织结构是生物进化中形成的，符 合最优化设计原则，即趋向于用最小结构材料承受最大 外力。骨改建是维持这一优化设计，即在应力较高的区 域通过骨的新生使结构增强，在应力低的区域又通过骨 的吸收萎缩而使结构减弱 。
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受植区骨的质量
• 密度高，致密的骨组织：多颗牙缺失时，可以 选择固定桥修复
• 密度较低的骨组织：尽量增加种植体数量，以 分散咬合力。
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牙槽骨的倾斜
• 磨牙一般可以沿轴向位置植入 • 如牙槽骨倾斜明显，种植体会受到过大的
剪切力，应增加种植体数量。
30
过大的缺牙间隙
• 可能造成恢复的牙冠过宽，与种植体直径相 比过大，下颌侧向运动时，种植体受过大的 剪切力。
不建议！
18
被动适合性（passive fit）
修复体完全就位后, 修复体与牙体硬组织和口腔软组织之间除重力作用 外无其他力作用。 临床上修复体的被动性往往被忽视。如果修复体被动性差 , 就位后 , 在 没有受到咀嚼负荷时, 修复体的支持组织就有预负荷( Preload) , 就有 预应力存在 ,反过来修复体也有预负荷和预应力。
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种植体周围骨改建的意义在于:
(1)骨性结合的种植体可有效防止牙槽骨的废用性萎缩 ,保 持牙槽骨的高度和丰满度。
(2) 骨性结合的种植体 ,可以通过渐进性负荷增加 , 骨组 织产生适应 性重建反应, 逐渐达到与种植义齿的功能 协调一致。
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种植体周的骨创伤
种植体所产生的应力传递, 若超过了骨组织的生理耐受限度则可 发生骨创伤 , 严重者可发生骨折。
种植体中心与天然牙近缺隙侧邻面之间最小距离：R（种植体半径） ＋1.5mm
两种植体之间理想距离：2-3mm 两种植体之间最小距离：R1＋R2＋2mm
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种植体的颊舌向位置
In the orofacial dimension, the implant shoulder should be positioned in about 1.5 –2.0mm in the width.
天然牙釉牙骨质界下2mm为参考影响种植体的位置和角度的因素冠根比例关系种植体植入的方向或角度但在牙周病患者应以釉牙骨质界为依据在其下约4mm位种植体的垂直位置种植体的近远中位置种植体中心与天然牙近缺隙侧邻面之间理想距离
种植义齿设计的生物力学原则
口腔种植科 范震
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生物力学(Biomechanics)