综述：可摘局部义齿设计中的生物力学考量——有限元法在远端延伸可摘局部义齿修复中的应用与展望

《Frontiers in Dental Medicine》：Biomechanical considerations in RPD design: application and perspective of finite element method in distal extension removable partial denture rehabilitation

【字体：大中小】 时间：2025年10月06日 来源：Frontiers in Dental Medicine 1.8

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　　本综述系统探讨了有限元分析（FEA）在远端延伸可摘局部义齿（RPD）生物力学优化中的核心作用，聚焦基牙选择、卡环设计、支架材料（如CoCr、PEEK）及种植体支持式RPD（ISRPD）等关键参数，并展望数字化工作流与人工智能（AI）融合带来的个性化设计前景。

1 引言

随着人口老龄化加剧，部分牙列缺损的患病率显著上升。可摘局部义齿（RPD）因其适应症广、成本效益高且易于修理，成为修复部分牙列缺损的常用方案。然而，远端延伸病例（Kennedy I类和II类）的长期成功高度依赖生物力学性能。有限元分析（FEA）通过模拟复杂生物结构在负载下的应力、应变和变形，成为评估RPD设计的关键工具。典型FEA工作流包括结构导入、网格划分、材料属性分配、边界条件与载荷施加，以及结果分析。

2 RPD功能状态下的生物力学分析

功能状态下，RPD承受多种力：重力引起的垂直脱位力、食物粘附力及_力产生的垂直与侧向力。直接固位体与基牙间的摩擦是抵抗脱位力的主要来源。远端延伸牙列缺损是最常见的类型之一，占牙列缺损患者的19.51%。此类病例采用混合支持设计，终端基牙作为悬臂梁，其与黏膜组织的不同顺应性导致异步变形，引发应力失衡，可能损害基牙牙周完整性。FEA显示应力集中于终端基牙根尖和远中区域，促进远中倾斜，可能破坏邻接关系、诱发继发性_创伤并加速牙槽骨吸收。

3 FEA指导的RPD设计策略

3.1 基牙选择

RPD基牙数量通常为2–4颗，邻接缺隙的自然牙为首选。Kennedy II类修复需对侧基牙支持，缺乏跨弓支持时，义齿几乎无法抵抗作用于基牙的弯曲力。FEA研究表明，选择对侧尖牙作为第二基牙会显著增加斜向负载下的远端延伸位移，而选择更后方的基牙（如第二前磨牙）可提供更有利的支点，控制旋转运动并均匀分布_力。

3.2 _支托的形态与位置

_支托是传统RPD的关键组件，提供支持、传递_力并稳定修复体。应力主要集中在支托窝与小连接体的交界处。增加支托的厚度和宽度可显著提高其屈服强度，而增加长度则降低强度。远中支托可能导致基牙远中倾斜、牙齿松动和牙槽骨吸收，但FEA显示无论支托置于终端基牙近中或远中，位移和应力均处于组织生理限度内。近中支托在垂直负载下可减少基牙和软组织的应力与位移，使力更接近基牙长轴。

3.3 卡环设计

circumferential卡环的应力集中于卡环臂与体部的连接处，而杆形卡环的最高应力出现在卡环与小连接体的交界处。卡环的固位力受臂长、横截面形状和半径影响。I型卡环臂长（L₁和L₂）超过6 mm时应力可能升至500–900 MPa，超越钴铬合金（CoCr）的屈服强度和断裂极限。优化设计参数（如曲率半径约3 mm、锥度0.020–0.023及薄宽横截面）可生成最低应力。 semicircular卡环 tip直径1.0 mm时表现出与圆形 tip直径0.7 mm相似的刚度和挠度，但半圆形设计减少了釉质上的应力集中。

3.4 大连接体设计

大连接体需足够刚性以传递和均匀分布_力。缺乏刚度时，连接体弯曲可能导致黏膜反复受压，引发炎症和牙槽骨吸收。上颌RPD中，前后腭带比全腭板、后腭带和马蹄形腭板更具刚性。腭部形态也影响应力与位移：窄而深的腭部位移最小，宽而浅的腭部运动更大。下颌Kennedy I类中，舌板可改善义齿稳定性和应力分布。

3.5 义齿框架和卡环材料

钴铬合金（CoCr）卡环具有最高摘戴力、刚度和整体稳定性，但也对基牙产生最大应力。聚醚醚酮（PEEK）框架和卡环更灵活，FEA显示其在基牙牙周韧带（PDL）上产生的von Mises应力最低，是牙周条件较差患者的理想选择。但其较低弹性模量导致远端悬臂位移更大，可能降低咀嚼效率。聚醚酮酮（PEKK）和碳纤维增强PEEK（CFR-PEEK）等新材料通过提高机械强度和改善应力分布，展现出替代金属的潜力。

4 种植体支持式RPD设计的生物力学考量

种植体支持式RPD（ISRPD）通过附着体将义齿锚定于种植体，提供固位、稳定和支持。在Kennedy I类和II类缺牙弓中，远端延伸区放置种植体可有效将I类或II类弓转化为III类，减少自然支持结构的应力。种植体位置、长度、直径、倾斜度及宏观与微观几何形状直接影响其生物力学性能。FEA表明，将种植体置于第二磨牙区可显著减少义齿基托位移和基牙弯曲力矩；增加种植体长度可降低终端基牙和周围骨应力；圆柱形种植体比圆锥形产生更少的侧向应力；减小螺距和增加螺纹深度可最大化骨-种植体接触面积。

5 提高患者满意度：FEA在RPD设计与临床考量中的角色

患者对RPD的满意度与口腔健康相关生活质量（OHRQoL）密切相关。CoCr框架可产生更大_力但导致基牙应力集中；PEEK材料牙周应力低但义齿稳定性较差；ISRPD能有效改善固位和稳定性。FEA可作为风险预警工具，帮助临床医生避免不利的生物力学模式。此外，美学、佩戴舒适度及个体因素（如唾液粘度、黏膜厚度和呕吐反射）也影响满意度，但这些变量很少纳入FEA模型。

6 患者特异性生物力学模型与个性化FEA分析构建

结合3D扫描和CT数据，研究者可重建患者特异性口腔结构并应用FEA评估应力分布，实现RPD组件的靶向生物力学优化。CAD/CAM数字化框架在固位、功能适应和患者满意度方面表现出良好效果。智能RPD设计平台整合FEA功能，可指导功能尖放置以改善生物力学性能。

7 下一代RPD设计：AI增强的FEA建模

人工智能（AI）技术逐步整合于RPD数字工作流的关键阶段：部分缺牙的检测与分类、智能框架设计推荐、3D义齿模型生成及专家系统。AI驱动下的生物力学预测模型可作为传统FEA模拟的替代方案，通过监督神经网络快速预测关键区域应力分布。AI与FEA互补：AI基于大量FEA数据训练，快速推断设计参数与应力结果的关系；AI算法从口内扫描中提取精细特征（如支持组织形态、个体黏膜弹性范围和_接触点），为FEA模型提供更精准的个性化输入条件。实现闭环优化需应对算法架构、数据基础设施和系统效率三大挑战，未来研究应聚焦临床验证、数据偏差、工作流整合及伦理法规考量。

8 结论

FEA为远端延伸RPD的合理设计提供了不可或缺的生物力学视角，明晰了基牙、黏膜和远端鞍区的应力传递。本文创新点在于强调FEA不仅可识别生物力学风险，更可与数字化工作流和新兴AI技术融合，成为设计优化工具。通过聚焦Kennedy I类和II类场景，本综述强调了平衡应力分布、固位与患者满意度的重要性。最终，FEA架起了生物力学理论与临床结果之间的桥梁，为下一代智能化、患者特异性的RPD修复铺平道路。

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