数字化钛合金、改性聚醚醚酮与聚醚酮酮骨膜下种植体在萎缩上颌骨中的生物力学效应：有限元分析揭示应力分布规律

本研究针对萎缩上颌骨修复中传统种植体存在的局限性，通过有限元分析比较了钛合金(Ti)、改性聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)三种材料组合的骨膜下种植体系统的生物力学性能。研究发现钛合金框架能最优分散应力至骨组织，而高分子材料在低咬合力情况下可作为替代方案，为临床材料选择提供了重要依据。

　　

在口腔种植领域，严重骨萎缩患者始终面临治疗困境。传统骨内种植体需要足够骨量支持，而骨增量手术存在创伤大、周期长等问题。随着数字化技术的发展，曾被视为"过时技术"的骨膜下种植体重新进入研究视野——这种置于骨膜与骨表面之间的支架结构，为骨量不足患者提供了新的解决方案。然而，材料选择成为关键难题：刚性材料可能导致应力屏蔽，而弹性材料又可能影响长期稳定性。

Menoufia大学口腔修复系的研究团队通过创新性的有限元分析，系统评估了三种前沿材料组合的生物力学表现。研究建立精确的萎缩上颌骨三维模型，模拟九种材料组合在垂直、斜向和前牙加载下的应力分布，相关成果发表在《BMC Oral Health》。

研究采用计算机断层扫描(CT)数据构建三维模型，通过CAD软件设计包含12枚微型固定螺钉的骨膜下支架系统。采用ANSYS软件进行有限元分析，设置三种临床相关载荷条件(后牙垂直200N、后牙斜向100N、前牙垂直150N)，比较钛合金、改性PEEK(BioHPP)和PEKK在不同组合下的应力分布特征。

【材料与方法】研究团队从CT数据重建萎缩上颌骨模型，采用3Matic和SolidWorks软件处理几何结构，使用ANSYS进行网格划分和力学分析。模型包含146,345个单元，验证了与既往研究的应力分布一致性。

【结果】

1. 骨组织响应：钛合金框架使骨应力最低(垂直载荷16MPa)，而改性PEEK框架下骨应力最高(前牙载荷65MPa)，接近骨屈服阈值。
2. 修复体表现：钛合金上部结构内部应力最高(160MPa)，但能最佳保护支持组织；高分子材料上部结构应力降低50%但应力分布不均。
3. 关键薄弱点：前牙加载时，水泥层应力达50MPa(改性PEEK)，接近失效阈值；所有材料组合下微型螺钉应力均处于安全范围。
4. 材料对比：钛合金框架在各项指标中表现最优，PEKK居中，改性PEEK在骨保护和框架耐久性方面表现最弱。

【讨论与结论】这项研究首次系统评估了骨膜下种植体材料组合的生物力学效应。钛合金(Ti-6Al-4V)展现出不可替代的优势：其高刚性(111GPa弹性模量)实现了最佳的应力分配，使骨组织应力保持在生理范围内(16-39MPa)，同时保护了水泥粘接层和固定螺钉。相比之下，改性PEEK(4GPa)和PEKK(5.1GPa)虽然能降低上部结构内部应力，但会导致骨组织应力集中，特别是在前牙区可能引发短期失效。

研究提出了临床选择的重要原则：对于咬合力较大的患者(如对颌为天然牙或种植体)，钛合金仍是金标准；而对于低咬合负荷患者(如对颌为全口义齿)，PEKK和改性PEEK可作为替代选择。这一发现为个性化治疗提供了科学依据，也为高分子材料在种植修复中的应用划定了边界条件。

该研究的创新点在于首次将骨膜下支架与上部结构作为整体系统评估，揭示了材料刚度对全系统力学行为的影响机制。未来研究需要结合疲劳测试和临床随访，进一步验证这些高分子材料在动态载荷下的长期表现。这项成果标志着数字化骨膜下种植体向精准化、个性化方向迈出了重要一步，为复杂口腔修复病例开辟了新的治疗途径。