本文采用三維有限元分析方法,評價使用卡環固位技術的贗復體修復和外科手術重建修復兩種方法修復后上頜骨受力狀態差異,從而為臨床工作提供修復建議及理論支持。首先,利用MIMICS重建單側缺損上頜骨模型。其次,采用鏡像技術生成修復體模型,并使用卡環固位修復。最后,模擬口腔咬合狀態下上頜骨受力狀態。從應力大小及分布的結果得出,贗復體修復與外科手術重建修復的上頜骨不同位置的應力大小及分布具有明顯差異性。外科手術重建骨愈合后健側基牙應力明顯減小,缺損側靠近顴骨的接合處應力也減小,且均小于贗復體修復情況。因此,采用外科手術重建修復可以更好地保護健側基牙。固位卡環能減輕上頜骨咬合力造成的負擔。采用贗復體修復時,可考慮卡環與其他固位技術聯合使用。從生物力學角度來看,臨床上外科手術重建修復更有利于單側上頜骨的缺損重建。
引用本文： 孫嘉懌, 徐鵬, 王麗珍, 牛旭峰, 樊瑜波. 基于有限元的單側缺損上頜骨不同修復方法的生物力學研究. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(3): 590-595,605. doi: 10.7507/1001-5515.20140111 復制
引言
單側上頜骨缺損是上頜骨缺損疾病中一種常見的口腔疾病，約占后者的2/3[1]。針對單側上頜骨缺損類型的修復方法主要有傳統贗復體修復和外科手術重建修復。贗復體修復通常使用樹脂材料，具有摘取方便、損壞后可及時更換且經濟實用的優點，但長期使用會對修復體周圍組織造成損害，贗復體本身也會出現撕裂等現象，需定期更換[2]；外科手術重建采用自體骨等活性骨替代材料固位于缺損側，術后修復體與健側上頜骨接合處逐漸愈合，較贗復體修復能更好地保持患者口鼻腔封閉，因此在語音功能恢復方面具有明顯的優勢[3]。但外科手術重建常引發手術并發癥等，若術后傷口發生炎癥還需再次手術，這不僅對不能經受多次手術的患者不利，并且受到患者年齡的限制[4]。兩種修復方法各有利弊，目前對兩種方法術后的長期療效仍存在爭議，尚未達成共識[5]。
使用上述兩種修復方法進行修復時，都涉及到固位技術。傳統的固位技術是卡環固位，利用基牙與卡環之間產生的摩擦為修復體提供固位力和支持力，雖然修復體通過卡環對健側基牙產生扭轉力矩，但卡環的彈性有時會減弱修復體產生的杠桿作用[6-7]。本文擬通過有限元法對單側缺損上頜骨進行修復重建的計算機數值模擬，從生物力學的角度分析采用卡環固位的贗復體修復與外科手術重建修復重建上頜骨后，對健側上頜骨及修復體的力學影響以及生物力學差異，以及卡環固位技術對修復單側上頜骨的生物力學影響，進而為臨床實踐中上頜骨缺損修復方法的選擇提供參考建議和生物力學理論依據。
1 材料和方法
1.1 模型建立
本模型圖像來源于對缺損上頜骨進行的錐形束CT(cone beam CT,CBCT)斷層掃描，患者男性，41歲，被診斷為左側腭部低分化鱗狀細胞癌，被切除左側上頜骨，創面愈合良好，無炎性滲出或腫脹，健側余留牙條件尚可。利用三維醫學圖像處理軟件MIMICS(Materialise公司，比利時)重建單側上頜骨缺損模型，使用Geomagic軟件(Geomagic公司，美國)鏡像生成缺損的上頜骨模型；對生成的曲面模型使用Hypermesh(Altair公司，美國)進行三維四面體網格劃分，分別以殼單元和實體單元模擬皮質骨與松質骨，其中單側缺損上頜骨實體模型包括節點31 490個，四面體單元133 476個；單側缺損上頜骨殼單元包括節點15 968個，面單元31 665個；缺損側頜骨模型包括節點14 004個，四面體單元56 588個。
針對單側上頜骨缺損類型，本文采用Aramany提出的卡環設計方案[8]，如圖 1所示。對卡環模型進行三維四面體網格劃分，生成節點8 227個，四面體單元26 596個。
圖1
卡環固位設計
Figure1.
Design of clasp retention
使用有限元應用軟件Abaqus(Simulia公司，美國)生成單側缺損上頜骨、修復體以及卡環的有限元模型。
1.2 材料賦予
假設模型中各種材料和組織為連續、均質、各向同性的線彈性材料，材料變形為小變形。贗復體修復采用樹脂材料，外科手術重建采用自體骨(腓骨)作為骨修復材料。本模型采用的材料屬性參數如表 1所示[9-11]。
1.3 邊界條件及施加載荷
針對重建上頜骨模型，健側余留牙共加載150 N，其中中切牙25 N、第一前磨牙25 N、第一磨牙50 N及第二磨牙50 N。人工牙共加載75 N，受力分別為健側余留牙對應位置載荷的50%。加載方式為咬合面垂直方向均布加載；顴骨弓處加載300 N，分別沿x、y、z方向加載12.42、53.04、25.14 N[12]，模擬咬合時咬肌對顴骨的作用力。
對不同的修復方法及外科手術重建康復期間的不同狀態進行模擬，建立有限元模型[13-14]。
模型一：采用贗復體修復方法，缺損側上頜骨邊緣近顴骨處利用組織倒凹固位，假設不發生相對滑動。
模型二：采用外科手術重建修復方法，模擬康復初期，上腭接合處未長合。缺損側上頜骨邊緣同贗復體修復情況相同。
模型三：采用外科手術重建修復方法，模擬康復中期，上腭接合處愈合，假設不發生相對滑動。缺損側上頜骨邊緣情況不變。
模型四：采用外科手術重建修復方法，模擬康復末期，上頜骨接合處完全愈合，假設修復體與原上頜骨之間無相對位移，且修復體可承受一定的強度，除去卡環。
對所有模型上頜骨上方各節點處x、y、z三個方向位移約束為0。邊界條件及載荷如圖 2所示。
圖2
邊界條件及載荷示意圖
Figure2.
Schematic of boundary condition and loading
2 結果
本文單側上頜骨缺損模型是基于真實患者CBCT掃描數據建立，數據來源可靠。文中采用自行設計的卡環固位修復重建單側缺損上頜骨，與相關文獻情況不同。因此本文擬根據單側上頜骨缺損模型建立健康上頜骨模型，用于對本模型建立的單側上頜骨缺損修復模型進行驗證。根據張彤等[15]對正常上頜骨的生物力學分析數據，其中，正常上頜骨中上頜骨額突最大等效應力為3.651 6 N，顴骨額蝶突最大等效應力為8.968 9 N，顴弓最大等效應力為3.969 4 N；根據文獻數據對本文健康上頜骨的模型進行模擬計算得出，上頜骨額突最大等效應力為3.144 N，顴骨額蝶突最大等效應力為8.693 N，顴弓最大等效應力為3.713 N。計算所得應力分布趨勢一致，因此基于單側缺損上頜骨模型建立的健康上頜骨模型可用，本文建立的單側上頜骨缺損修復模型也具有有效性。
贗復體修復上頜骨及外科手術重建修復后三個階段的應力分布如圖 3所示，應力矢量/張量如圖 4所示。上頜骨的整體最大應力集中在與顴骨連接的上頜骨邊緣，即顴小肌與提口角肌附著位置及顴弓。贗復體修復與外科手術重建修復初期應力分布相似，但外科手術重建不論初期和中期，上腭接合處的應力明顯高于贗復體修復。贗復體修復時的卡環最大應力為160.300 MPa；外科手術重建修復初期的卡環最大應力為136.800 MPa，中期為118.700 MPa，后期摘除卡環后，上腭的應力明顯增大。
圖3
不同修復方法的上頜骨應力分布
(a)贗復體修復；(b)外科手術重建修復初期；(c)外科手術重建中期；(d)外科手術重建末期
Figure3. Stress distribution on maxilla with different methods(a) prosthesis restoration; (b) first stage of surgical reconstruction; (c) second stage of surgical reconstruction; (d) third stage of surgical reconstruction
圖4
不同修復方法的上頜骨應力矢量/張量
(a)贗復體修復；(b)外科手術重建修復初期；(c)外科手術重建修復中期；(d)外科手術重建修復末期
Figure4. Stress vector/tensor on maxilla using two different restorative methods(a) prosthesis restoration; (b) first stage of surgical reconstruction; (c) second stage of surgical reconstruction; (d) third stage of surgical reconstruction
從應力矢量圖來看(見圖 4)，這兩種修復方法的健側上頜骨拉應力較大，而缺損側的修復體壓應力較大。贗復體修復與外科手術重建修復初期時上頜骨拉應力及壓應力情況相似；采用外科手術重建修復，進入骨愈合中期時，健側上腭及余留牙壓應力明顯減少；進入骨愈合末期時，摘掉卡環后缺損側上腭壓應力出現明顯增大的趨勢。
比較健側上頜骨(unaffected maxilla,UM)、修復側上頜骨(affected maxilla,AM)、上腭結合處(junction of palate,PJ)、修復側與顴骨接合處(junction of zygoma,ZJ)，以及健側的中切牙(central incisor,CI)、第一前磨牙(first premolar,FP)、第一磨牙(first molar,FM)和第二磨牙(second molar,SM)這幾處的最大等效應力。
對比贗復體修復及外科手術重建的初、中期以及末期的應力結果如圖 5所示。對比贗復體修復和手術外科重建修復的初期和中期，健側和修復側的上頜骨應力的最大值均發生于手術外科重建中期，分別為11.180和13.470 MPa；外科手術重建初期的上腭接合處應力最大，為4.072 MPa；贗復體修復的修復側與顴骨接合處的應力最大，為6.025 MPa；外科手術重建初期中切牙應力最大，為18.820 MPa；贗復體修復時第一前磨牙和第一磨牙應力最大，分別為10.370 MPa和11.740 MPa；外科手術重建初期時第二磨牙應力最大，為9.351 MPa。
圖5
贗復體修復及外科手術重建初期、中期和末期上頜骨各部分最大應力
Figure5.
Stress of components of maxilla by prosthesis restoration at first stage,second stage,and third stage of surgical reconstruction
對比外科手術重建的中期和末期的應力結果。摘掉卡環對上腭和健側余留牙有明顯影響，從手術外科重建的中期到末期，上述位置的最大應力值均變大。上腭最大應力為6.064 MPa，中切牙最大應力為6.504 MPa，第一前磨牙最大應力7.786 MPa，第一磨牙的最大應力為6.317 MPa。
3 討論
隨著電子技術、計算機科學的發展，有限元理論在醫學領域的應用為生物力學研究提供了新的方法和理論[16]。同時，使用有限元分析法降低了實驗法用于不規則幾何形態的口腔各組織結構時出現的測量誤差[1, 7]。
本研究模型的建立基于CT斷層掃描技術，利用MIMICS重建單側上頜骨三維模型彌補了實驗方法的不足[17]；此外，本研究利用頜骨對稱性以及修復體制作方法通過Geomagic軟件重建單側缺損上頜骨[7]。本模型單側缺損上頜骨、缺損側的修復體以及固位卡環等結構之間相互獨立，可根據不同的研究內容模擬臨床情況，也可根據不同的修復體材料改變材料屬性參數。
針對單側上頜骨缺損的卡環設計，Desjarclins和Aramany均認為卡環固位位置應選擇距離缺損區最近的中切牙位置與距離缺損區最遠的磨牙，在兩個部位之間增加卡環數可減少基牙受力[8, 18]。因此，本模型固位卡環選擇健側中切牙、第一磨牙以及第二磨牙的位置，符合理論與臨床方案設計。但是臨床上卡環形態是根據牙齒的形狀制作，因此本模型中的卡環形態只能適用于本模型提供的健側余留牙包括中切牙的上頜骨，并不適用于其他上頜骨模型。
自體骨移植的外科手術重建臨床研究表明[4, 19]，移植的自體骨或具有活性的骨替代材料可與健側上頜骨實現骨愈合。從外科手術重建的初期與中期的應力結果上看，愈合后的健側上頜骨及缺損側的修復上頜骨應力略微增大，而與修復體結合的原上頜骨邊緣應力略微減小，卡環的應力明顯減小。這說明上頜骨愈合后，上頜骨本身分擔了卡環的部分作用力，但骨接合處周圍環境受到的力學影響減小，因此使用外科手術重建修復方法可減少對健康上頜骨邊緣的損傷。修復后初期，卡環主要的功能是為修復體提供固位力和支撐力。修復后中期，健側基牙的應力明顯減小，說明利用卡環提供的固位力減小。上頜骨愈合后缺損側的修復體穩定性增強，使其對基牙的扭力減小，卡環對健側基牙的扭轉力矩也隨之減小，從而實現了對健側基牙的保護。
上頜骨愈合后，理論上在新生骨可承受的應力強度范圍內，固位卡環便可以摘掉。從外科重建修復后中期與末期的應力結果比較來看，缺損側的修復上頜骨和第二磨牙的應力略微減小，而其他結構的應力均增大。本文結果顯示，摘掉卡環固位工具對上腭的影響較大，同時健側基牙的應力也增大，說明卡環可分散作用于健側基牙的力，同時仍為缺損側的修復體提供支撐力，也就是說進入中期后卡環具有保護健側余留牙和上腭的作用。高慶濤等[20]研究了人造骨修復骨缺損過程，認為采用羥基磷灰石修復骨缺損時需要可靠的固位材料以彌補羥基磷灰石材料強度的不足，也證明了固位材料可為修復材料提供支持。因此，上頜骨愈合后，為避免過大的牙合力使傷口再次破裂，可選擇長期佩戴固位卡環，用以分擔傳遞到上腭的作用力和保護基牙。
本文從生物力學角度對贗復體修復與外科手術重建修復這兩種方法進行分析。采用贗復體修復時，缺損側的修復體應力較小，其上腭的應力明顯小于外科手術重建修復初期時的情況，這主要是由于上頜骨受到外力作用后贗復體本身發生一定的位移與健側上腭分離。另外，采用贗復體修復時，缺損側靠近修復體上頜骨接合處的應力較外科手術重建修復的大，說明贗復體本身的不穩定性對修復體周圍組織造成的損傷較大。外科手術重建修復中期時，健側基牙和固位卡環的應力明顯小于贗復體修復的情況，這主要是由于贗復體與自體骨不同，它不具有活性，始終與健側上頜骨處于分離狀態，且需要卡環提供更大的固位力和支撐力。因此，與贗復體修復相比，外科手術重建更有利于對健側基牙的保護，降低了固位卡環由于長期使用而過度變形的風險。若采用贗復體修復，臨床上可考慮使用多種固位技術，例如磁性附著體固位與卡環固位聯合使用[21]，這樣可減小健側上頜骨與贗復體之間的滑動位移，也有利于降低修復體周圍組織的損傷程度。
4 結論
本文基于有限元法從生物力學的角度對重建上頜骨模型進行分析，結果表明采用贗復體修復與外科手術重建修復的上頜骨各結構的應力具有差異。贗復體本身的不穩定性會對修復體周圍組織造成一定損傷，因此，采用贗復體修復時，應考慮同時使用多種固位技術以降低周圍組織的損傷風險。為了更好地保護健側基牙，延長固位卡環的使用時限，在患者可接受手術的前提下，建議選擇外科手術重建修復。采用外科手術重建時，使用卡環固位技術可減小基牙的受力，支撐上腭的鈷鉻支架也可分擔上腭的受力，因此建議患者康復后可繼續佩戴固位卡環以減輕上頜骨的咬合負擔，避免術后病情復發。
引言
單側上頜骨缺損是上頜骨缺損疾病中一種常見的口腔疾病，約占后者的2/3[1]。針對單側上頜骨缺損類型的修復方法主要有傳統贗復體修復和外科手術重建修復。贗復體修復通常使用樹脂材料，具有摘取方便、損壞后可及時更換且經濟實用的優點，但長期使用會對修復體周圍組織造成損害，贗復體本身也會出現撕裂等現象，需定期更換[2]；外科手術重建采用自體骨等活性骨替代材料固位于缺損側，術后修復體與健側上頜骨接合處逐漸愈合，較贗復體修復能更好地保持患者口鼻腔封閉，因此在語音功能恢復方面具有明顯的優勢[3]。但外科手術重建常引發手術并發癥等，若術后傷口發生炎癥還需再次手術，這不僅對不能經受多次手術的患者不利，并且受到患者年齡的限制[4]。兩種修復方法各有利弊，目前對兩種方法術后的長期療效仍存在爭議，尚未達成共識[5]。
使用上述兩種修復方法進行修復時，都涉及到固位技術。傳統的固位技術是卡環固位，利用基牙與卡環之間產生的摩擦為修復體提供固位力和支持力，雖然修復體通過卡環對健側基牙產生扭轉力矩，但卡環的彈性有時會減弱修復體產生的杠桿作用[6-7]。本文擬通過有限元法對單側缺損上頜骨進行修復重建的計算機數值模擬，從生物力學的角度分析采用卡環固位的贗復體修復與外科手術重建修復重建上頜骨后，對健側上頜骨及修復體的力學影響以及生物力學差異，以及卡環固位技術對修復單側上頜骨的生物力學影響，進而為臨床實踐中上頜骨缺損修復方法的選擇提供參考建議和生物力學理論依據。
1 材料和方法
1.1 模型建立
本模型圖像來源于對缺損上頜骨進行的錐形束CT(cone beam CT,CBCT)斷層掃描，患者男性，41歲，被診斷為左側腭部低分化鱗狀細胞癌，被切除左側上頜骨，創面愈合良好，無炎性滲出或腫脹，健側余留牙條件尚可。利用三維醫學圖像處理軟件MIMICS(Materialise公司，比利時)重建單側上頜骨缺損模型，使用Geomagic軟件(Geomagic公司，美國)鏡像生成缺損的上頜骨模型；對生成的曲面模型使用Hypermesh(Altair公司，美國)進行三維四面體網格劃分，分別以殼單元和實體單元模擬皮質骨與松質骨，其中單側缺損上頜骨實體模型包括節點31 490個，四面體單元133 476個；單側缺損上頜骨殼單元包括節點15 968個，面單元31 665個；缺損側頜骨模型包括節點14 004個，四面體單元56 588個。
針對單側上頜骨缺損類型，本文采用Aramany提出的卡環設計方案[8]，如圖 1所示。對卡環模型進行三維四面體網格劃分，生成節點8 227個，四面體單元26 596個。
圖1
卡環固位設計
Figure1.
Design of clasp retention
使用有限元應用軟件Abaqus(Simulia公司，美國)生成單側缺損上頜骨、修復體以及卡環的有限元模型。
1.2 材料賦予
假設模型中各種材料和組織為連續、均質、各向同性的線彈性材料，材料變形為小變形。贗復體修復采用樹脂材料，外科手術重建采用自體骨(腓骨)作為骨修復材料。本模型采用的材料屬性參數如表 1所示[9-11]。
1.3 邊界條件及施加載荷
針對重建上頜骨模型，健側余留牙共加載150 N，其中中切牙25 N、第一前磨牙25 N、第一磨牙50 N及第二磨牙50 N。人工牙共加載75 N，受力分別為健側余留牙對應位置載荷的50%。加載方式為咬合面垂直方向均布加載；顴骨弓處加載300 N，分別沿x、y、z方向加載12.42、53.04、25.14 N[12]，模擬咬合時咬肌對顴骨的作用力。
對不同的修復方法及外科手術重建康復期間的不同狀態進行模擬，建立有限元模型[13-14]。
模型一：采用贗復體修復方法，缺損側上頜骨邊緣近顴骨處利用組織倒凹固位，假設不發生相對滑動。
模型二：采用外科手術重建修復方法，模擬康復初期，上腭接合處未長合。缺損側上頜骨邊緣同贗復體修復情況相同。
模型三：采用外科手術重建修復方法，模擬康復中期，上腭接合處愈合，假設不發生相對滑動。缺損側上頜骨邊緣情況不變。
模型四：采用外科手術重建修復方法，模擬康復末期，上頜骨接合處完全愈合，假設修復體與原上頜骨之間無相對位移，且修復體可承受一定的強度，除去卡環。
對所有模型上頜骨上方各節點處x、y、z三個方向位移約束為0。邊界條件及載荷如圖 2所示。
圖2
邊界條件及載荷示意圖
Figure2.
Schematic of boundary condition and loading
2 結果
本文單側上頜骨缺損模型是基于真實患者CBCT掃描數據建立，數據來源可靠。文中采用自行設計的卡環固位修復重建單側缺損上頜骨，與相關文獻情況不同。因此本文擬根據單側上頜骨缺損模型建立健康上頜骨模型，用于對本模型建立的單側上頜骨缺損修復模型進行驗證。根據張彤等[15]對正常上頜骨的生物力學分析數據，其中，正常上頜骨中上頜骨額突最大等效應力為3.651 6 N，顴骨額蝶突最大等效應力為8.968 9 N，顴弓最大等效應力為3.969 4 N；根據文獻數據對本文健康上頜骨的模型進行模擬計算得出，上頜骨額突最大等效應力為3.144 N，顴骨額蝶突最大等效應力為8.693 N，顴弓最大等效應力為3.713 N。計算所得應力分布趨勢一致，因此基于單側缺損上頜骨模型建立的健康上頜骨模型可用，本文建立的單側上頜骨缺損修復模型也具有有效性。
贗復體修復上頜骨及外科手術重建修復后三個階段的應力分布如圖 3所示，應力矢量/張量如圖 4所示。上頜骨的整體最大應力集中在與顴骨連接的上頜骨邊緣，即顴小肌與提口角肌附著位置及顴弓。贗復體修復與外科手術重建修復初期應力分布相似，但外科手術重建不論初期和中期，上腭接合處的應力明顯高于贗復體修復。贗復體修復時的卡環最大應力為160.300 MPa；外科手術重建修復初期的卡環最大應力為136.800 MPa，中期為118.700 MPa，后期摘除卡環后，上腭的應力明顯增大。
圖3
不同修復方法的上頜骨應力分布
(a)贗復體修復；(b)外科手術重建修復初期；(c)外科手術重建中期；(d)外科手術重建末期
Figure3. Stress distribution on maxilla with different methods(a) prosthesis restoration; (b) first stage of surgical reconstruction; (c) second stage of surgical reconstruction; (d) third stage of surgical reconstruction
圖4
不同修復方法的上頜骨應力矢量/張量
(a)贗復體修復；(b)外科手術重建修復初期；(c)外科手術重建修復中期；(d)外科手術重建修復末期
Figure4. Stress vector/tensor on maxilla using two different restorative methods(a) prosthesis restoration; (b) first stage of surgical reconstruction; (c) second stage of surgical reconstruction; (d) third stage of surgical reconstruction
從應力矢量圖來看(見圖 4)，這兩種修復方法的健側上頜骨拉應力較大，而缺損側的修復體壓應力較大。贗復體修復與外科手術重建修復初期時上頜骨拉應力及壓應力情況相似；采用外科手術重建修復，進入骨愈合中期時，健側上腭及余留牙壓應力明顯減少；進入骨愈合末期時，摘掉卡環后缺損側上腭壓應力出現明顯增大的趨勢。
比較健側上頜骨(unaffected maxilla,UM)、修復側上頜骨(affected maxilla,AM)、上腭結合處(junction of palate,PJ)、修復側與顴骨接合處(junction of zygoma,ZJ)，以及健側的中切牙(central incisor,CI)、第一前磨牙(first premolar,FP)、第一磨牙(first molar,FM)和第二磨牙(second molar,SM)這幾處的最大等效應力。
對比贗復體修復及外科手術重建的初、中期以及末期的應力結果如圖 5所示。對比贗復體修復和手術外科重建修復的初期和中期，健側和修復側的上頜骨應力的最大值均發生于手術外科重建中期，分別為11.180和13.470 MPa；外科手術重建初期的上腭接合處應力最大，為4.072 MPa；贗復體修復的修復側與顴骨接合處的應力最大，為6.025 MPa；外科手術重建初期中切牙應力最大，為18.820 MPa；贗復體修復時第一前磨牙和第一磨牙應力最大，分別為10.370 MPa和11.740 MPa；外科手術重建初期時第二磨牙應力最大，為9.351 MPa。
圖5
贗復體修復及外科手術重建初期、中期和末期上頜骨各部分最大應力
Figure5.
Stress of components of maxilla by prosthesis restoration at first stage,second stage,and third stage of surgical reconstruction
對比外科手術重建的中期和末期的應力結果。摘掉卡環對上腭和健側余留牙有明顯影響，從手術外科重建的中期到末期，上述位置的最大應力值均變大。上腭最大應力為6.064 MPa，中切牙最大應力為6.504 MPa，第一前磨牙最大應力7.786 MPa，第一磨牙的最大應力為6.317 MPa。
3 討論
隨著電子技術、計算機科學的發展，有限元理論在醫學領域的應用為生物力學研究提供了新的方法和理論[16]。同時，使用有限元分析法降低了實驗法用于不規則幾何形態的口腔各組織結構時出現的測量誤差[1, 7]。
本研究模型的建立基于CT斷層掃描技術，利用MIMICS重建單側上頜骨三維模型彌補了實驗方法的不足[17]；此外，本研究利用頜骨對稱性以及修復體制作方法通過Geomagic軟件重建單側缺損上頜骨[7]。本模型單側缺損上頜骨、缺損側的修復體以及固位卡環等結構之間相互獨立，可根據不同的研究內容模擬臨床情況，也可根據不同的修復體材料改變材料屬性參數。
針對單側上頜骨缺損的卡環設計，Desjarclins和Aramany均認為卡環固位位置應選擇距離缺損區最近的中切牙位置與距離缺損區最遠的磨牙，在兩個部位之間增加卡環數可減少基牙受力[8, 18]。因此，本模型固位卡環選擇健側中切牙、第一磨牙以及第二磨牙的位置，符合理論與臨床方案設計。但是臨床上卡環形態是根據牙齒的形狀制作，因此本模型中的卡環形態只能適用于本模型提供的健側余留牙包括中切牙的上頜骨，并不適用于其他上頜骨模型。
自體骨移植的外科手術重建臨床研究表明[4, 19]，移植的自體骨或具有活性的骨替代材料可與健側上頜骨實現骨愈合。從外科手術重建的初期與中期的應力結果上看，愈合后的健側上頜骨及缺損側的修復上頜骨應力略微增大，而與修復體結合的原上頜骨邊緣應力略微減小，卡環的應力明顯減小。這說明上頜骨愈合后，上頜骨本身分擔了卡環的部分作用力，但骨接合處周圍環境受到的力學影響減小，因此使用外科手術重建修復方法可減少對健康上頜骨邊緣的損傷。修復后初期，卡環主要的功能是為修復體提供固位力和支撐力。修復后中期，健側基牙的應力明顯減小，說明利用卡環提供的固位力減小。上頜骨愈合后缺損側的修復體穩定性增強，使其對基牙的扭力減小，卡環對健側基牙的扭轉力矩也隨之減小，從而實現了對健側基牙的保護。
上頜骨愈合后，理論上在新生骨可承受的應力強度范圍內，固位卡環便可以摘掉。從外科重建修復后中期與末期的應力結果比較來看，缺損側的修復上頜骨和第二磨牙的應力略微減小，而其他結構的應力均增大。本文結果顯示，摘掉卡環固位工具對上腭的影響較大，同時健側基牙的應力也增大，說明卡環可分散作用于健側基牙的力，同時仍為缺損側的修復體提供支撐力，也就是說進入中期后卡環具有保護健側余留牙和上腭的作用。高慶濤等[20]研究了人造骨修復骨缺損過程，認為采用羥基磷灰石修復骨缺損時需要可靠的固位材料以彌補羥基磷灰石材料強度的不足，也證明了固位材料可為修復材料提供支持。因此，上頜骨愈合后，為避免過大的牙合力使傷口再次破裂，可選擇長期佩戴固位卡環，用以分擔傳遞到上腭的作用力和保護基牙。
本文從生物力學角度對贗復體修復與外科手術重建修復這兩種方法進行分析。采用贗復體修復時，缺損側的修復體應力較小，其上腭的應力明顯小于外科手術重建修復初期時的情況，這主要是由于上頜骨受到外力作用后贗復體本身發生一定的位移與健側上腭分離。另外，采用贗復體修復時，缺損側靠近修復體上頜骨接合處的應力較外科手術重建修復的大，說明贗復體本身的不穩定性對修復體周圍組織造成的損傷較大。外科手術重建修復中期時，健側基牙和固位卡環的應力明顯小于贗復體修復的情況，這主要是由于贗復體與自體骨不同，它不具有活性，始終與健側上頜骨處于分離狀態，且需要卡環提供更大的固位力和支撐力。因此，與贗復體修復相比，外科手術重建更有利于對健側基牙的保護，降低了固位卡環由于長期使用而過度變形的風險。若采用贗復體修復，臨床上可考慮使用多種固位技術，例如磁性附著體固位與卡環固位聯合使用[21]，這樣可減小健側上頜骨與贗復體之間的滑動位移，也有利于降低修復體周圍組織的損傷程度。
4 結論
本文基于有限元法從生物力學的角度對重建上頜骨模型進行分析，結果表明采用贗復體修復與外科手術重建修復的上頜骨各結構的應力具有差異。贗復體本身的不穩定性會對修復體周圍組織造成一定損傷，因此，采用贗復體修復時，應考慮同時使用多種固位技術以降低周圍組織的損傷風險。為了更好地保護健側基牙，延長固位卡環的使用時限，在患者可接受手術的前提下，建議選擇外科手術重建修復。采用外科手術重建時，使用卡環固位技術可減小基牙的受力，支撐上腭的鈷鉻支架也可分擔上腭的受力，因此建議患者康復后可繼續佩戴固位卡環以減輕上頜骨的咬合負擔，避免術后病情復發。
