《Journal of Functional Biomaterials》：The Effect of Er:YAG Laser Biomodification of the Implant Site Surface on Osseointegration: A Randomized Controlled Clinical Study
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本研究旨在通过有限元分析（FEA）评估Er:YAG激光生物调节对种植位点表面骨整合的影响，重点探讨种植体几何形态、直径、长度及种植体-神经管距离对下牙槽神经（IAN）压力的影响。研究人员构建了24组三维有限元模型，模拟两种种植体几何形态（锥形与柱形）、两种长度
本研究旨在通过有限元分析（FEA）评估Er:YAG激光生物调节对种植位点表面骨整合的影响，重点探讨种植体几何形态、直径、长度及种植体-神经管距离对下牙槽神经（IAN）压力的影响。研究人员构建了24组三维有限元模型，模拟两种种植体几何形态（锥形与柱形）、两种长度（8 mm与12 mm）、两种直径（3.3 mm与4.1 mm）及三种种植体-神经管距离（0.5、1.0、1.5 mm）的组合。通过施加300 N垂直载荷及100 N、45°斜向载荷模拟功能性咬合负荷，测定IAN压力值。结果显示，种植体直径影响IAN压力，3.3 mm直径种植体的压力值高于4.1 mm直径种植体；较长种植体的压力值低于较短种植体；柱形种植体产生的压力高于锥形种植体。将种植体-神经管距离从0.5 mm增加至1.5 mm可降低神经压力。垂直加载产生的压力值高于斜向加载。种植体-神经管距离为影响IAN压力的首要因素，种植体直径与几何形态具有次要影响，而种植体长度影响有限。上述发现强调了种植规划与设计选择对于减少负荷传递至IAN的重要性。
本研究聚焦于下颌后牙区牙种植治疗中下牙槽神经（IAN）损伤风险的生物力学评估问题。牙种植已成为缺牙修复的可预测且广泛应用的治疗选择，凭借良好的长期临床效果和高存活率获得认可；然而，下颌后牙区种植受限于关键解剖结构——IAN，该神经损伤可导致感觉减退、感觉异常、麻木及痛觉过敏等一系列神经感觉障碍，显著影响患者生活质量。尽管锥形束计算机断层扫描（CBCT）等三维影像技术已大幅改善了下颌管的术前可视化，但关于种植体-神经管安全距离的普遍性共识仍存在争议，特别是在功能性负荷条件下神经结构的生物力学行为尚不明确。此外，咬合力通过种植体传递至颌骨结构，可能对下颌管及其内神经产生应力影响。有限元分析（FEA）作为评估受控条件下生物力学行为的重要方法学手段，既往研究虽已探讨种植体位置与加载条件对神经结构的影响，但针对系统性变化种植体设计与位置参数下IAN压力的量化研究仍较匮乏。基于此，研究人员开展了本项FEA研究，旨在评估垂直与斜向加载条件下IAN压力的变化规律，重点关注种植体几何形态与位置变量的影响。
本研究由伊斯坦布尔大学牙科学系与Tinus Technologies合作完成，获得伊斯坦布尔大学科学研究项目协调单位资助（项目编号：TDK-2024-41420），并经伊斯坦布尔大学牙科学系伦理委员会批准（批准号：2024/61）。研究团队构建了高度模拟真实解剖结构的三维有限元模型：以下颌第一磨牙区（牙位#36）为研究区域，基于CT断层扫描数据（层厚0.33 mm），通过3D Slicer v5.6软件进行骨组织分割（Hounsfield单位阈值范围：426.50–3193.04），生成标准三角化语言（STL）格式的皮质骨与松质骨结构；下颌管被标准化建模为直径2 mm的圆柱形结构，外覆1 mm均匀厚度的皮质骨层，IAN则被建模为同心位于管内的独立解剖结构，以实现机械负荷传递与压缩倾向的直接评估。种植体模型基于制造商目录数据于Rhinoceros 3D 8软件中创建，涵盖锥形与柱形两种几何形态、8 mm与12 mm两种长度、3.3 mm与4.1 mm两种直径，螺纹均为0.7 mm螺距的反斜角形态，但锥形种植体具有更具侵略性的自攻尖端设计。每颗种植体均配合直径4.5 mm、龈向高度3.5 mm的基台及相应固位螺丝，并设计匹配的金属修复基底与修复冠以确保有效负荷传递。通过调整种植体尖端与下颌管皮质骨之间的垂直距离，模拟0.5、1.0、1.5 mm三种种植体-神经管距离，最终生成24组有限元模型（约288,000–356,000个节点，1,170,000–1,448,000个单元），经网格收敛性分析确保相对误差低于3%后，采用Altair OptiStruct求解器进行48次线性静力分析。材料属性参考既往经验证的FEA研究设定，接触界面均采用完全绑定条件，模拟完全骨整合状态；边界条件为完全约束骨组织近远中区域的全部平移自由度。加载条件包括：300 N垂直载荷施加于#36中央窝，100 N斜向载荷（45°）施加于颊尖舌斜面。
研究结果部分，各模型的IAN压力值均成功获取。垂直加载下IAN压力范围为0.0005032–0.001649 MPa，斜向加载下为0.000105–0.0003038 MPa，垂直加载始终产生更高压力值。最高IAN压力出现于模型3（8 mm/3.3 mm/柱形/0.5 mm距离），最低值出现于模型22（12 mm/4.1 mm/锥形/1.5 mm距离）。随着种植体-神经管距离增加，IAN压力呈进行性降低，如柱形3.3 mm直径8 mm长度种植体在0.5 mm（模型3）、1.0 mm（模型11）、1.5 mm（模型19）距离下依次递减。较长种植体通常比较低种植体产生更低IAN压力，此效应在垂直加载及1.0、1.5 mm距离条件下更为明显；斜向加载下该差异减小，尤以3.3 mm直径柱形种植体为甚。3.3 mm直径种植体在所有配置中均一致产生高于4.1 mm直径种植体的压力。在直径、长度、距离恒定条件下，柱形种植体通常比锥形种植体产生更高IAN压力（如模型1 vs. 3、9 vs. 11、17 vs. 19及模型2 vs. 4、10 vs. 12、18 vs. 20），但模型6与模型8的斜向加载比较中出现例外，锥形配置压力反而更高。
讨论部分，研究人员综合分析了各参数的相对影响权重。种植体-神经管距离被确认为IAN压力的首要决定因素，最小距离组（模型1–8）的压力值系统性地高于较大距离组（模型17–24），此逆相关关系在两种加载条件下均成立，与既往FEA研究中随根尖距离减小神经压缩急剧增加的报告一致，亦得到临床影像学研究中"接近但不直接接触"种植体神经感觉恢复更佳的观察支持。种植体长度影响相对有限：虽较长种植体通常比较低者压力更低（尤其在垂直加载下），但该优势在斜向加载下减弱，且随种植体-神经管距离增加而更为明显减弱；这可能与较长种植体更大的骨-种植体接触面积促进负荷分散有关，但从临床角度其影响有限。种植体几何形态的影响呈配置依赖性：多数匹配配置中柱形种植体压力高于锥形，这在生物力学上可解释——柱形种植体倾向于传递更高剪切分量，而锥形种植体更有利于沿种植体主体的压缩性负荷耗散；其收敛性宏观几何形态可能促进咬合力的渐进式转移，减少下颌管周围的局部应力累积；然而孤立配置中的偏离表明，几何形态与直径、距离、加载方向间存在复杂交互，不可孤立解读。种植体直径表现出一致的调节效应，3.3 mm直径配置的压力系统性地高于4.1 mm直径配置，这与增大直径增强结构刚性、降低骨应力集中的生物力学原理相符；宽直径种植体的降低变形可能减弱向下颌管的压力传递，尤其在放大应力梯度的斜向加载条件下。百分比比较评估显示：种植体-神经管距离影响最强，依次为长度和几何形态，直径影响最小。值得关注的是，既往主要关注种植体周骨应力而非神经结构的FEA研究多报告斜向加载下更高应力，但本研究斜向加载下IAN压力反而较低；研究人员推测这可能与斜向加载下种植体颈部更大弯曲、应力集中于颈区而减少向根尖及IAN区域传递有关。
关于传统"安全距离"的认知，研究人员指出其争议性：既往生物力学研究建议1.5–2.0 mm最小距离，而大样本回顾性临床分析显示2 mm内种植未必导致神经感觉并发症。本研究所有计算压力值均低于100–200 mm Hg（≈0.013–0.026 MPa）的功能性传导阻滞阈值，但该值源于实验性持续均匀压缩条件，应作为功能损害参考水平而非绝对损伤界限。与Sammartino等人及Gasparro等人研究的数值差异，主要归因于建模策略与加载条件不同——以往研究或未纳入修复上部结构、或简化骨结构为圆柱块、或缺乏IAN周围皮质层的详细解剖表征，导致更直接的力量传递；而本研究的解剖学建模方法中，皮质管结构作为生物力学缓冲，衰减了传递负荷，产生更低的压力值。临床观察进一步支持：多数种植后神经感觉障碍为暂时性，即使近距离接近下颌管亦可恢复，平均距离约0.75 mm而无并发症的案例已有报道，提示神经完整性受机械、外科、生物因素的多因子交互影响。
研究局限性方面，本研究为纯计算模型，未纳入实验、临床或患者特异性验证；未包含皮质骨厚度、骨密度、下颌管形态及松质骨结构等患者特异性解剖变异；IAN被简化为线弹性材料，未能完全模拟神经组织的复杂生理行为。因此，计算压力值应主要作为模型配置间相对比较指标，而非神经损伤或临床神经感觉反应的直接预测因子。未来研究可整合患者特异性骨属性、动态加载协议及超短种植体设计，以进一步精炼生物力学建模对神经感觉风险评估的预测价值。
研究结论如下：种植体-神经管距离为影响IAN压力的主导因素，增加种植体尖端与下颌管之间的距离可一致性降低神经压力值。种植体直径与几何形态显示次要影响，较窄直径与柱形设计通常与更高神经压力相关，而种植体长度表现出有限且呈配置依赖性的影响。所有计算压力值均低于文献报道的神经生理学参考阈值，但考虑到有限元建模的固有假设，该发现应审慎解读。上述发现有助于深化对种植体相关应力向IAN传递的生物力学理解。
