《Journal of Functional Biomaterials》：Single Versus Double Implants in a Narrowed Mandibular Molar Space: A Finite Element Analysis
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摘要：磨牙缺失后，邻牙倾斜和对颌牙伸长常导致近远中间隙过窄，无法植入常规种植体。本研究在此类间隙中，比较了不同直径的单种植体和双种植体构型在种植体组件及种植体周围骨中的应力分布。通过计算机辅助设计构建下颌模型；第二磨牙的牙槽嵴吸收和近中倾斜形成了13.6 mm
摘要：磨牙缺失后，邻牙倾斜和对颌牙伸长常导致近远中间隙过窄，无法植入常规种植体。本研究在此类间隙中，比较了不同直径的单种植体和双种植体构型在种植体组件及种植体周围骨中的应力分布。通过计算机辅助设计构建下颌模型；第二磨牙的牙槽嵴吸收和近中倾斜形成了13.6 mm的近远中间隙和7.5 mm的牙槽嵴顶宽度。共模拟四种构型：4.8 mm单种植体（M1）、4.1 mm单种植体（M2）、3.3+3.3 mm双种植体（M3）和4.1+3.3 mm双种植体（M4）。分别施加垂直载荷（150 N）和斜向载荷（300 N，45°角）；记录组件中的von Mises应力以及骨组织中的最大和最小主应力。斜向载荷增加了所有结构的应力；由于斜向载荷是垂直载荷的两倍，这一增加部分反映了更高的力而非单纯加载方向的影响，经单位载荷归一化处理后，方向相关的增幅在各组件和骨组织中约为2至9倍。在垂直载荷下，M1的种植体体部、基台和螺丝应力最低（分别为31.0、36.7和16.1 MPa）。在斜向载荷下，M4降低了种植体体部和基台应力，而M1仍保持最低的螺丝应力（192.0 MPa）和构型水平的骨应力（分别为31.2和7.2 MPa）。由于未模拟螺丝预紧力，螺丝应力的比较应被解读为相对机械需求，而非螺丝松动或断裂风险的预测指标。没有任何一种构型能使所有结构的应力均最小化。种植体直径、位点、组件和载荷条件需综合权衡。
研究背景
磨牙缺失是口腔种植修复中最常见的情况之一。然而，当下颌第一磨牙拔除后，邻牙（尤其是第二磨牙）往往发生近中倾斜，对颌牙也可能出现伸长，同时牙槽嵴会发生水平及垂直方向的吸收。这些变化共同导致缺牙区的近远中间隙变窄，常常不足以容纳一颗标准直径的常规种植体。临床指南通常建议种植体与邻牙之间至少保留1.5 mm的距离，两颗种植体之间至少保留3 mm的距离，以保护种植体周围组织。在解剖空间受限的情况下，如何选择最佳的种植方案——是采用一颗较大直径的单种植体，还是采用两颗较小直径的双种植体——一直是口腔种植领域的争议焦点。
既往研究对于单种植体与双种植体构型的生物力学优势存在相互矛盾的报道。宽直径种植体被认为有利于应力分布，而窄直径种植体在某些载荷条件下可能表现出较差的生物力学行为。另一方面，将两颗种植体进行联冠修复被认为可以提供更有利的骨内应力分布，减少无支持的修复体跨度，并降低螺丝松动的风险。然而，也有研究通过应变片分析发现，单种植体周围的种植体周应变低于双种植体。此外，临床研究也报告了单种植体替代磨牙所伴随的机械和生物学并发症，包括修复体动度和种植体脱落。这些矛盾的结果表明，当种植体直径和可用解剖空间同时纳入考量时，单种植体与双种植体构型的生物力学优势尚不明确。
因此，本研究的目的是利用有限元分析法，在模拟的狭窄且伴有骨吸收的下颌磨牙区域，比较不同直径的单种植体和双种植体构型在垂直和斜向载荷条件下，种植体体部、基台、螺丝以及周围皮质骨和松质骨中的应力分布。研究假设为零假设，即种植体数量和直径不会影响所评估载荷条件下的应力分布。
研究方法概述
研究人员采用有限元分析方法。首先基于美国国家医学图书馆的可视人项目数据集，通过计算机辅助设计构建包含第一前磨牙至第二磨牙区域的三维下颌骨模型。模型中皮质骨初始厚度设为2 mm，松质骨由皮质骨内表面生成。为了模拟狭窄的磨牙间隙，将第二磨牙设置为近中倾斜29.1°，使邻牙之间的近远中接触距离从18 mm缩减至13.6 mm，并将缺牙区牙槽嵴的颊舌向宽度缩窄至7.5 mm，同时伴有约1 mm的垂直骨丧失。共建立了四种种植体构型：M1为4.8×10 mm单种植体；M2为4.1×10 mm单种植体；M3为两颗3.3×10 mm种植体；M4为一颗4.1×10 mm种植体联合一颗3.3×10 mm种植体。所有种植体均为Straumann骨水平种植体，采用钛基底粘接固位的一体式氧化锆修复体。材料属性均假设为均质、各向同性且线弹性。边界条件设定为限制模型前后及下方表面的三维位移。垂直载荷为150 N，平行于种植体长轴施加于中央窝；斜向载荷为300 N，以45°角施加于颊尖舌斜面。采用von Mises应力评估种植体组件，采用最大和最小主应力评估骨组织。
研究结果
3.1 种植体组件
在垂直载荷下，单种植体构型（M1和M2）的种植体体部、基台和螺丝应力均低于双种植体构型，其中M1始终最低（分别为31.0、36.7和16.1 MPa）。在双种植体构型中，M4的组件应力普遍低于M3。在单种植体模型中，M1在垂直载荷下的组件应力比M2低3.9–8.1%，在斜向载荷下低1.6–5.6%。在双种植体模型中，M4在斜向载荷下的种植体体部、基台和螺丝应力比M3低5.8–12.9%，但M4磨牙位点种植体体部应力与M3差异极小（0.8%）。应力云图显示，应力集中主要位于种植体颈部以及种植体-基台/螺丝连接区域。
3.2 种植体周围骨
对于皮质骨，M4磨牙位点在垂直载荷下应力最低（4.4 MPa），而M3前磨牙位点最高（8.0 MPa）。在斜向载荷下，M4磨牙位点的皮质骨应力最低（24.1 MPa），而M3前磨牙位点最高（92.0 MPa），但M4的前磨牙皮质骨应力仍然较高（86.8 MPa），显示出明显的位点依赖性反应。松质骨应力在所有构型中均低于皮质骨。M4磨牙位点在垂直和斜向载荷下的松质骨应力均最低（分别为1.1和5.0 MPa），而M2最高（分别为2.5和11.3 MPa）。M1在垂直和斜向载荷下的皮质骨应力分别比M2低23.0%和43.9%，松质骨应力分别低38.4%和36.5%。在双种植体构型中，M4在斜向载荷下前磨牙位点的皮质骨和松质骨应力比M3分别低5.7%和0.1%，但在磨牙位点则分别低62.3%和27.7%。应力云图显示，骨应力集中主要位于牙槽嵴顶的种植体周围区域。
关于最小主应力，在皮质骨中，所有12个评估位点的压应力均超过拉应力，范围从?5.8 MPa（M4磨牙位点，垂直载荷）到?103.6 MPa（M3前磨牙位点，斜向载荷）。在斜向载荷下，M1的皮质骨压应力最低（?42.8 MPa），其次是M2（?79.1 MPa），而M3和M4前磨牙位点的值最高（分别为?103.6和?96.9 MPa）；在磨牙位点，M4的压应力低于M3（?37.1 vs. ?93.5 MPa）。在松质骨中，所有位点的拉应力均超过压应力；压应力范围为?0.5至?6.8 MPa。
讨论与结论
讨论部分指出，本研究揭示了在狭窄下颌磨牙间隙中，种植体直径、数量以及载荷条件对应力分布的组件特异性和位点特异性影响。斜向载荷显著增加了所有结构的应力。增大单种植体直径从4.1 mm至4.8 mm可降低组件和骨应力，而在双种植体构型中将3.3 mm磨牙种植体替换为4.1 mm种植体也普遍降低了应力。然而，没有任何一种构型能在所有结构中实现应力最小化，因此零假设被拒绝。
研究发现，4.8 mm单种植体在两种载荷条件下产生的种植体体部、基台、螺丝、皮质骨和松质骨应力均低于4.1 mm单种植体，这与既往研究中增大种植体直径可扩大载荷传递面积、降低应力集中的结论一致。然而，各组件的响应并不相同：斜向载荷下最高的种植体体部应力出现在4.1 mm单种植体模型，而最高的基台和螺丝应力则出现在3.3–3.3 mm双种植体模型的不同位点。
在双种植体构型中，混合直径构型（M4）在斜向载荷下表现出低于单种植体构型的种植体体部和基台应力，但螺丝应力在两种双种植体模型中均更高。这表明双种植体构型是在重新分配而非均匀降低应力。重要的是，由于3.3 mm种植体的内部连接和螺丝尺寸均小于4.1 mm和4.8 mm种植体，相似的数值应力值并不代表等效的机械安全裕度。
种植体周围骨应力同样呈现显著的位点依赖性模式。4.8 mm单种植体产生的骨应力低于4.1 mm单种植体。在双种植体构型中，M4相对于M3降低了骨应力，但这种益处并非均匀分布于两个种植体位点：M4中4.1 mm磨牙种植体显示出最低的个体骨应力，而3.3 mm前磨牙种植体周围的皮质骨应力在斜向载荷下仍然较高。因此，当考虑构型水平中较高的位点特异性值时，M1在斜向载荷下提供了最低的构型水平骨应力。这种近远中不对称性可能与改建后的牙槽嵴局部几何形态以及每个种植体与邻牙（特别是近中倾斜的第二磨牙）的邻近程度有关。
关于载荷方向的影响，斜向载荷产生的应力远高于垂直载荷，应力集中主要位于种植体颈部和连接区域，这与既往研究一致。虽然有限元分析得出的应力值不能直接预测临床失败，但这些区域的机械需求增加可能与边缘骨改变、螺丝松动、修复体折裂和种植体折断等生物学和技术并发症相关。
研究还比较了拉应力和压应力。在皮质骨中，所有位点的压应力均超过拉应力；但在与已知骨强度进行比较时，峰值拉应力（86.8–92.0 MPa）约占纵向抗拉强度的64–68%，并超过了横向抗拉强度，而峰值压应力（?103.6 MPa）约占纵向抗压强度的51%和横向抗压强度的79%。因此，尽管压应力幅值更大，但拉应力更接近强度极限，似乎是皮质骨中更具限制性的指标。
研究结论翻译如下：
在本项有限元分析的局限性范围内，种植体直径、种植体数量、解剖位点和载荷条件（方向和大小）共同影响了狭窄下颌磨牙间隙中的应力分布，没有任何单一构型能使所有评估结构中的应力均达到最小化。4.8 mm单种植体构型在螺丝和构型水平的种植体周围骨应力方面表现出更有利的响应，而混合直径双种植体构型在斜向载荷下降低了种植体体部和基台应力，但并未均匀降低螺丝或种植体周围骨应力。由于未模拟螺丝预紧力，所报告的螺丝应力比较应被解读为各构型间的相对机械需求，而非螺丝松动或断裂风险的直接预测指标。这些发现支持采用组件特异性和位点特异性的方法来选择种植方案，而非寻找一种普遍优越的构型。
