不同骨质条件下超短种植体应用于下颌后牙区的有限元分析

doi:10.12307/2025.406

中国组织工程研究 ›› 2025, Vol. 29 ›› Issue (22): 4679-4686.doi: 10.12307/2025.406

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不同骨质条件下超短种植体应用于下颌后牙区的有限元分析

孜拉来·居来提，马吾兰江·阿不都仁木，艾克丽亚·艾尼瓦尔，热依拉·库尔班，尼加提·吐尔逊

新疆医科大学第二附属医院口腔科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830063

收稿日期:2024-02-04 接受日期:2024-04-09 出版日期:2025-08-08 发布日期:2024-12-05
通讯作者: 尼加提·吐尔逊，硕士，主任医师，副教授，新疆医科大学第二附属医院口腔科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830063
作者简介:孜拉来·居来提，女，1996年生，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市人，维吾尔族，新疆医科大学在读硕士，主要从事口腔种植修复相关技术的研究。
基金资助:
新疆维吾尔自治区自然科学基金(2021D01C362)

Finite element analysis of ultrashort implants applied to the mandibular posterior tooth area under different bone conditions

Zilalai · Julaiti, Mawulanjiang · Abudurenmu, Aikeliya · Ainiwaer, Reyila · Kuerban, Nijiati · Tuersun

Department of Stomatology, Second Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830063, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2024-02-04 Accepted:2024-04-09 Online:2025-08-08 Published:2024-12-05
Contact: Nijiati · Tuersun, Master, Chief physician, Associate professor, Department of Stomatology, Second Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830063, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Zilalai · Julaiti, Master candidate, Department of Stomatology, Second Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830063, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region, No. 2021D01C362

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

三维有限元法：是一种重要的结构分析方法，它通过将结构离散化为有限个单元，并在每个单元上建立适当的数学模型，可以求解结构的力学响应和变形情况。
下颌骨不同骨质：通常颌骨骨质因牙槽骨吸收、萎缩程度、局部和全身因素不同存在个体差异。临床上根据密质骨与松质骨的含量比例及松质骨疏密程度，将牙槽骨质量分为4种类型：Ⅰ类，多数为皮质骨，指牙槽突保留完好；Ⅱ类，宽厚的皮质骨包绕致密的松质骨；Ⅲ类，薄的皮质骨包绕致密的松质骨；Ⅳ类，薄的皮质骨包绕疏松的松质骨。

背景：有研究利用三维有限元方法分析了种植体在不同皮质骨厚度中的应力情况，得出皮质骨厚度影响种植体-骨界面位移值、等效应力值及种植体各部件等效应力值的结果。目前超短种植体在不同下颌骨骨质中的临床应用还存在不确定性。

目的：利用三维有限元法分析超短种植体在下颌骨不同骨质中的应力分布及骨组织的应力分布情况。
方法：选取1名下颌第1磨牙缺失患者的CT影像资料，利用Mimics软件创建下颌骨第1磨牙区域的模型，根据超短种植体奥齿泰系统中
5 mm×5 mm TSⅢ型号绘制出所需要的植体及上部修复体模型，使用Geomagic Studio的偏置命令获取下颌4类不同骨质的模型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类)，将所有模型整合并交叉组合，给予不同方向载荷，分析各类模型受力后的范氏等效应力分布。

结果与结论：①垂直载荷时：皮质骨最大应力在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类骨质中相对于Ⅳ类骨更趋向于稳定，力也从分散于种植体周围到Ⅳ类骨时逐渐集中至种植体颈部与皮质骨连接处；Ⅰ类骨中最大等效应力峰值在中央螺丝区域，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类骨中最大应力峰值则统一在种植体颈部与基台连接处。②侧向载荷时：皮质骨最大应力随着骨质条件的减弱呈逐渐增大的趋势；Ⅰ-Ⅳ类骨质中，最大应力峰值都集中在种植体与基台连接处，Ⅰ-Ⅲ类骨中种植体本身所受应力随着骨质的减弱表现出逐渐增大的趋势，到Ⅳ类骨时应力有所减小，此规律同样适用于修复体基台以及松质骨所受应力。③各类骨质中侧向载荷时所受到的最大应力值比垂直向载荷更大。

https://orcid.org/0009-0009-1754-7663 (孜拉来·居来提)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

关键词: 超短种植体, 三维有限元, 不同骨质, 应力分布, 骨组织

Abstract: BACKGROUND: Three-dimensional finite element method was used to analyze the stress of implants in different cortical bone thicknesses, and the results showed that cortical bone thickness affected the displacement value of the implant-bone interface, the equivalent stress value, and the equivalent stress value of each component of the implant. There are still uncertainties in the clinical application of ultrashort implants in different mandibular bones.
OBJECTIVE: To analyze the stress distribution of ultrashort implant in different bone and bone tissue of mandible by three-dimensional finite element method.
METHODS: Cone-beam CT images of a patient with missing mandibular first molar were selected. Mimics software was used to create the model of the first molar region of the mandible. The required implant and upper prosthesis models were drawn according to the model of TS IIIφ5 mm×5 mm in the Orthodontic system. Geomagic Studio bias command was used to obtain the models of four different types of mandibular bone (classes I, II, III, and IV). All the models were integrated and cross-combined to give different directions of loading so as to analyze the Fann equivalent stress distribution of each model after being stressed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Under vertical loading, the maximum stress of cortical bone in classes I, II, and III bone tended to be more stable than that in class IV bone, and the force gradually concentrated from around implant to the junction between implant neck and cortical bone when it was distributed in class IV bone. The peak value of equivalent stress in class I bone was in the screw region. In classes II, III, and IV bone, the maximum stress peak was at the junction between the implant neck and the abutment. (2) Under lateral loading, the maximum stress of cortical bone increased gradually with the weakening of bone condition. The maximum stress peaks in I-IV bone were concentrated at the junction of implant and abutment. In classes I-III bone, the stress of implant itself increased gradually with the weakening of bone, while in class IV bone, the stress decreased. This rule was also applicable to the stress of prosthesis abutment and cancellous bone. (3) The maximum stress of all kinds of bone under oblique load was larger than that under vertical load.

Key words: ultrashort implant, three-dimensional finite element, different bones, stress distribution, bone tissue

中图分类号:

孜拉来·居来提, 马吾兰江·阿不都仁木, 艾克丽亚·艾尼瓦尔, 热依拉·库尔班, 尼加提·吐尔逊. 不同骨质条件下超短种植体应用于下颌后牙区的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(22): 4679-4686.

Zilalai · Julaiti, Mawulanjiang · Abudurenmu, Aikeliya · Ainiwaer, Reyila · Kuerban, Nijiati · Tuersun. Finite element analysis of ultrashort implants applied to the mandibular posterior tooth area under different bone conditions[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2025, 29(22): 4679-4686.

图/表（结果） 9

2.1 各组模型的具体单元数和节点数表4。

2.2 不同骨质种植修复体整体应力分布情况
2.2.1 垂直载荷皮质骨最大应力位于种植体颈部处，且在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类骨质中相对于Ⅳ类骨更趋向于稳定，力也从分散于种植体周围到Ⅳ类骨时逐渐集中至种植体颈部与皮质骨连接处，见图3A-D；Ⅰ类骨中最大应力在中央螺丝区域，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类骨中最大应力则统一在种植体与基台连接处，Ⅰ-Ⅳ类骨中皮质骨受力均比松质骨大，见表5。种植体在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类骨中呈现出应力逐渐增大的趋势，但到Ⅳ类骨时应力有所减小。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类骨质的高应力部分都集中在种植体颈部与基台连接处，但明显可以观察到在Ⅰ类和Ⅱ类骨质中，种植体颈部的应力沿植体长轴分散分布，而Ⅲ、Ⅳ类骨质的应力集中在种植体颈部与基台连接处，见图4。

2.2.2 侧向载荷与垂直载荷比较不难看出，侧向载荷时各类骨的最大应力峰值都明显大于垂直向载荷，且皮质骨最大应力随着骨质条件的减弱呈逐渐增大的趋势，到Ⅳ类骨时应力峰值达到最高，见图5；皮质骨应力分布在与种植体连接处，Ⅰ-Ⅲ类骨中皮质骨所受应力均匀分散在种植体周围，而在Ⅳ类骨则集中在皮质骨与种植体连接区域。皮质骨受力均比松质骨大，见表6。

Ⅰ-Ⅳ类骨中整体等效应力都集中于种植体与基台连接处，其中，Ⅰ-Ⅲ类骨中种植体颈部所受应力是逐渐增大的，而到Ⅳ类骨时种植体所受应力值有所减小，但应力相对于Ⅰ、Ⅱ类骨来说更加集中于种植体的颈部，见图6。结合图6，表6发现Ⅲ、Ⅳ类骨的等效应力峰值在种植体颈部。

2.3 同一种骨质不同方向对种植体周围骨组织的应力分布与应力值 Ⅰ类骨在垂直向载荷时应力主要沿着种植体长轴方向向骨组织分散，应力主要集中区域占超短种植体长度的1/2，而在侧向受力时应力主要在种植体颈部颊舌侧于皮质骨连接处且应力值较垂直载荷明显增大。但种植体在不同方向中受到的应力集中区域是无明显差异的，见图4，6。
Ⅱ类骨中，当受到与牙体长轴一致的垂直向力时应力集中分布在种植体颈部颊侧与皮质骨连接处，受侧向载荷力时跟Ⅰ类骨相一致，还是集中在种植体颈部颊舌侧与皮质骨连接处。种植体的等效应力峰值则集中在植体与基台相连处，当Ⅲ类骨受不同方向载荷时，种植体周围骨质在垂直向载荷力下应力主要沿种植体长轴方向分散，分布在种植体近中颊侧与皮质骨和松质骨相连处，而侧向载荷时应力主要集中区域与Ⅱ类骨一致，而种植体在不同方向上的应力分布区域无明显差异，都在超短种植体颈部与基台相连处。Ⅳ类骨在不同载荷方向所受到的应力分布区域几乎相一致，都在皮质骨与种植体颈部相连处，种植体所受应力也表现出一致的结果，即分布区域无明显差别。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ这4种骨质中，各结构的等效应力峰值均为侧向载荷应力值均大于垂直向载荷应力值，见图7。

2.4 不同骨质中种植修复体各部件所受最大Von Mises应力值见表5，表6。可以看出，牙冠在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类骨中，加载的方向无论是垂直向或者侧向力，牙冠所受的应力在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类骨较平稳，在Ⅳ类骨时应力值最高，高应力区集中在基台与牙冠底部连接处，且当牙冠侧向受力时的应力比垂直向受力时的应力更大，见图8；修复基台在受垂直向载荷力时应力从Ⅰ-Ⅲ类骨逐渐增大，受侧向力时也同样是Ⅰ-Ⅲ类骨的应力逐渐增大，反之到Ⅳ类骨时修复体基台应力有所减小，高应力区集中在基台与种植体连接处。中央螺丝及树脂粘接材料在两种不同加载方向中及不同骨质类型下所受应力没有表现出一个明显的规律。

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引言

种植修复被认为是目前较为理想的牙列缺损及牙列缺失修复方式之一，它具备舒适、稳定、美观性高、咀嚼效率好等众多优点。然而种植修复的前提条件是需要缺牙区具有一定的骨量，但由于受解剖条件的限制，如上下颌后牙区的骨量不足导致种植手术难度加大。过往萎缩后牙区植入常规种植体常常需要结合骨增量手术，可能涉及骨移植、引导骨再生、牵张成骨、窦底抬高和下颌神经移位等，而许多患者不能或不愿意接受这种手术方法，因为它费用高且需要多次手术，或者由于一般健康状况不佳，下牙槽神经移位手术也会增加感觉异常的风险。有研究表明，超短种植体的应用可简化甚至替代骨增量手术，用短种植体作为此类手术选择的替代方案，以在吸收的颌骨中进行修复，并且这种方法可以成为许多此类情况的解决方案[1]。但是由于超短种植体的冠根比(C/I)较大、骨结合面积较小、边缘骨吸收占自身长度比例较大等固有特点，其长期临床效果存在一定争议[2]。短植入物的优点是可以限制所需的外科手术次数并最大限度地减少所涉及的外科创伤，患者受益于较少的并发症及术后不适，治疗过程更简单、修复周期缩短，可减轻患者身心和经济负担。颌骨骨质是种植体的承载基础，类似于建筑物的地基。对于骨质来说，良好的颌骨骨质可以为种植体提供足够的支撑和稳定性，有助于种植体在植入后牢固地结合于骨组织中。并且颌骨骨质的质量直接影响着种植体的成功率。如果颌骨骨质较差或骨量不足，可能会导致种植体无法有效融合，从而影响植入效果和口腔中的长期稳定性[3]。所以对于种植体在骨内形成骨结合来讲，足够的骨量(高度和宽度)是必须的，但是足够的骨密度和骨质量也是必要的。
有限元分析在口腔种植领域扮演着重要的角色，它是一种计算工程学方法，通过将复杂结构分割成有限数量的单元，利用数值计算方法，模拟力学行为。目前有关有限元的研究表明，种植体周围的应力分布对种植体的成活和长期稳定性具有重要影响。合理设计种植体形态和植入方式，可以有效减小种植体周围的应力峰值，降低种植体松动或失败的风险。在前期也有研究者利用三维有限元方法分析了种植体在不同皮质骨厚度中的应力情况，得出皮质骨厚度影响种植体-骨界面位移值、等效应力值及种植体各部件等效应力值的结果[4]。现今超短种植体的研究范围正在逐渐扩大，但是在不同骨质中超短种植体的临床应用还没有一个明确的说法。
此试验将结合国内及国外的研究，通过三维有限元方法研究在垂直向及侧向力的静态载荷下超短种植体在下颌后牙区不同骨质中应力大小及分布情况，为临床超短种植体在不同类型骨质中的应用及最佳修复方式提供参考。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

材料方法

1.1 设计 3D模型建立与三维有限元分析。
1.2 时间及地点试验于2022年10月至2024年1月在新疆医科大学第二附属医院口腔科内完成。
1.3 对象新疆医科大学第二附属医院口腔科选择1名27岁男性下颌第1磨牙缺失患者的CT影像资料作为建模素材，该患者无骨增量手术，颌部无创伤、肿瘤史，无病理性炎症，患区颌骨无X射线伪影，排除糖尿病、高血压、心脏病等基础疾病及双膦酸盐用药史，拔牙后有5个月愈合期。种植体选用奥齿泰系统中5 mm×5 mm TSⅢ超短种植体1枚，植体螺纹深度0.25 mm，螺距0.6 mm，见表1。

患者均为自愿参加，对试验知情同意，并签署了“知情同意书”。该项试验获得新疆医科大学第二附属医院伦理委员会审批(伦理批件号：20160302-01)。
1.4 方法
1.4.1 获取影像学资料通过德国西门子Definition Flash螺旋CT三维影像系统获取患者影像学资料并以标准DICOM格式保存导出。

1.4.2 建立下颌骨的三维模型将获取的DICOM格式的文件导入Mimics Research 21.0三维重建软件中，根据灰度分割，可以提取出人体中包括正常颌骨、牙等硬组织，此时是个初步的模型，极其粗糙，需要再对模型进一步修正，去掉不相连的噪点，空洞部分填补然后将提取的实体存为STL格式文件。利用工业软件Geomagics studio的“网格医生”检查模型存在的问题并自动修改部分问题，再将导出的数据手动进行三角面片细分、降噪、光顺化处理，并通过精修曲面等构建顺滑的NURBS曲面，使用Geomagic Studio的偏置命令，将下颌骨模型向内分别偏置2.5，2，1.5，1 mm获得不同厚度皮质骨模型[5]，使用布尔运算获得松质骨模型并将模型命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种皮质骨厚度与颌骨骨质类型关系，见表2。再用网格医生检查模型不存在任何问题，并且模型符合实际，以利于后续的处理以及有限元模型的建立及分析，最终形成下颌骨三维实体模型将其保存为STP格式的文档。

1.4.3 种植修复体三维模型的建立将上一步的STP文件导入Solid works 2022软件中，分别建立牙冠(参考三维模型研究对象下颌第1磨牙形态)[7]、种植体(参考奥齿泰产品参数)、使用卡尺工具测绘修复基台、固位螺丝和粘接剂等部分，确定种植修复体各部件的尺寸信息。在Solidworks软件中通过草图绘制命令绘制出种植体各部件平面草图，然后再通过特征命令，旋转凸台/基体、拉伸切除、扫描切除等命令构建种植修复体各部件的零件几何体。通过工具栏中曲面命令中的等距曲面和放样曲面菜单命令在冠部修复体和修复基台之间构建黏结剂零件几何体，厚度为30 µm。在新建的装配体操作栏中，插入各部件的参考几何体生成布局，使用添加几何关系命令约束坐标系原点，使其与CT影像资料重合。在此基础上确定牙冠与颌骨的坐标原点，在装配操作界面中调整种植体在颌骨中的位置。在零件操作界面中，使用联合、相交、相减等菜单命令进行布尔运算去除各个零部件之间的干涉。种植修复体各零部件组装完成后，再通过菜单栏中的评估命令进行模型检查，排除错误及干涉。将已经建立好的4个几何模型分别导入ANSYS软件中，见图1，定义模型属性创建静态结构独立系统设计工程数据、导入几何结构、建立坐标系、网格划分、设定载荷及方向，最后对结果进行分析。

1.4.4 载荷值及边界条件设立模型中各组成材料被视为各向同性和线性弹性材料，并通过定义弹性模量进行模拟，如表3所示。试验假设种植体与骨组织完全结合，不存在摩擦移动；种植体与修复部件之间也是无摩擦的紧密连接；颌骨边界被设置为约束条件。根据成年人日常进食咬合力范围为30-300 N，设定载荷值为200 N。垂直向载荷作用于牙合面中央窝，垂直于牙体长轴；侧向载荷作用点位于牙合面窝沟与颊侧牙合1/2面上，与种植体呈45°角[8-9]，见图2。

1.5 主要观察指标超短种植体在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类骨质垂直及45˚侧向加载下的种植体、皮质骨、松质骨的等效应力以及修复部件的等效应力。

讨论

在牙体缺损修复治疗中，随着口腔科学的发展，种植修复成为了首要修复方式，缺失牙的种植修复与传统的固定修复方式相比较无论在咀嚼效能，或者患者使用体验感、功能和美观性来说都是固定修复中最舒适有效的修复方案[12]。其中短种植体和超短种植体因理论上解决了骨高度不足以及减少了手术创伤，简化了手术流程，对患者的手术负担也相应减少等优势，近年来成为了种植修复研究的热点。欧洲种植牙专医师协会曾在2016年的会议上将长度≤8 mm的植体认定为短种植体，≤6 mm认定为超短种植体，此定义在临床研究中得到了人们的广泛认可[13-14]。有关短种植体的研究中RAMEH等[15]学者对2020年2月20日以前，关于短种植体的临床研究进行系统评价，结果表明：在51颗短种植体中有22颗失败，在472颗常规长度种植体中有10颗失败，短种植体与常规种植体的边缘骨水平变化差异无统计学意义。JOJI等[16]收集了375枚Bicon短种植体，平均28个月随访时间中其存留率高达97%。国外还有一项做了5年的回顾性研究，其目的是评估333个短种植体和超短种植体的种植体存活率、边缘骨丢失和种植体周围并发症，这些种植体植入牙周健康的患者和有牙周炎病史的患者中，结果表明在严格的维护计划下，后颌单冠可以成功修复短和超短种植体[17]。在各项研究报告结果中显示超短种植体在颌骨萎缩或因解剖限制无法植入常规种植体时是个可替代的方案。
种植修复中缺牙区骨质是决定治疗计划、植体的选择、手术方案和后期愈合时间的重要决定性因素。对于颌骨来说，颌骨结构是随着年龄的增长而改变的。随着年龄的增大，牙槽骨会呈现增龄性改变，而临床上牙槽骨高度不足也是非常常见的。牙齿缺失后下颌骨的结构会经历一个持续的生理性吸收过程，导致牙槽骨萎缩、骨小梁扩张、骨密度降低[18]，这就导致有一些患者将无法种植常规种植体，此时这部分患者会同时存在骨密度降低以及骨高度不足等问题，此类患者是否能利用超短种植体从而避免一些植骨或者神经移位等复杂的外科手术，并且避免这些手术后的并发症，以往大多数临床医生会以自身临床经验和有限的循证医学证据为导向去选择种植体的长度，生物力学方面的研究甚少。
三维有限元分析法是一种计算机模拟方法，广泛用于工业和生物力学领域，它可以模拟和计算应力、应变和位移，以评估生物力学结构的实际条件并优化设计以减少应力。在口腔植入物等临床应用中，该方法也非常有效，能够帮助分析种植体、骨组织和内部结构的受力情况。通过使用三维有限元分析法，可以观察在临床上难以测量的应力分布，并评估实际存在的生物力学行为，为临床提供了重要的参考意义，同时也为生物力学研究提供了更全面的视角[19-20]。在生物力学研究范围中，不同骨质中超短种植体应力分析的研究文献较少，有研究者利用三维有限元法在Ⅳ类骨中使用长度5 mm的种植体，加载垂直向和侧向的力，发现在5 mm恒定长度下，宽直径的超短种植体同样可以有较好的成功率[21]。因此，此次研究选择了不同的皮质骨厚度以及不同的松质骨密度分别组合命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ种不同类型的骨质，选择长度为5 mm的超短种植体，建立几何模型，分配材料属性，包括弹性模量、约束边界条件，加载垂直向以及侧向200 N的力，最后进行数值求解，比较分析超短种植体在下颌后牙区不同骨质中种植体、骨组织、冠以及修复部件应力大小，为其临床适用性提供一定的生物力学依据。
此次试验结果表明侧向载荷时种植体及骨的应力都大于垂直向载荷的应力，且皮质骨所承受的应力明显大于松质骨，这在Ⅳ类骨中表现得更为明显。在以往对载荷方向的研究中也发现，与侧向加载相比，在轴向加载下，种植修复体系统和骨组织的等效应力峰值更小，应力集中的面积也更小[22]。这与丁熙等[23]学者的研究发现一致，侧向加载时所产生的应力比轴向加载时显著增大。有研究者发现这可能与种植体的外形设计有关，圆柱形或圆锥形设计有利于种植体的植入但是其承受侧向力的能力相对较弱。因此，临床上常采用降低牙尖斜度及减小种植体上部修复体牙合面面积以减小种植体所受的侧向力[24]。目前关于颌骨生理限度范围内的冯·米塞斯应力尚无统一标准，文献中报道的数值范围在60-100 MPa之间[25-26]。此次试验中皮质骨无论在垂直向或者侧向加载时Ⅳ类骨质中所受到的应力都显著增大，应力值为垂直载荷时45.66 MPa、侧向载荷时为91.2 MPa，都比上述生理限度范围值小但应力比其他骨质类型更为集中。试验结果还提示在Ⅰ-Ⅲ类骨质中，种植体和松质骨的最大应力值随着皮质骨厚度和松质骨密度的增大而碱小，这与王媛等[27]在All-on-Four设计方案中发现随着皮质骨厚度的增加，种植体、皮质骨的等效应力值呈降低趋势一致。但是在Ⅳ类骨中种植体和松质骨的应力却表现为相反的结果，这可能是由于皮质骨的弹性模量较松质骨高，在外力作用下会发生“应力屏蔽”效应，使得应力主要集中在种植体颈部的皮质骨区域有关[28]。
弹性模量是材料的刚度指标，描述了材料在受力时的变形程度，颌骨弹性模量与植体或修复体的弹性模量相近，有利于减小压力传递时的应力集中，高的弹性模量可以抵挡更多的变形，降低植体周围骨质吸收的风险[29]。所以根据试验结果可推断在Ⅳ类骨中种植体周围皮质骨会有较大的骨吸收风险，而在考虑到种植体所受应力时试验结果显示Ⅲ类骨中种植体颈部与基台连接处存在应力峰值。在垂直加载条件下Ⅰ类骨最大应力出现在中央螺丝区域，而其他类型骨质在垂直及侧向加载下最大应力都同样出现在种植体与基台连接处。除了种植体周围的皮质骨吸收是种植体失败的主要因素以外，皮质骨和种植体内的应力集中也是导致骨吸收的重要原因[30]。在此次试验结果下，Ⅰ-Ⅳ类骨质中Ⅳ类骨因其在皮质骨的应力最大且种植体在种植体颈部与基台连接处应力更为集中，可以推论在Ⅳ类骨质中行超短种植体植入术还应谨慎考虑。课题组前期研究当下颌磨牙区牙槽骨严重吸收时，种植体的直径、长度以及牙冠对植体周围骨组织的影响，结果提示下颌牙槽骨严重吸收时短种植体的修复是可行的[31]。但是在此次试验结果中，与Ⅰ、Ⅱ类骨比较Ⅲ、Ⅳ类骨等效应力大且应力在种植体与基台连接处更为集中，对于应力集中风险来讲，当人在正常咀嚼过程中，牙周韧带会使天然牙有一定的生理动度，将天然牙所受的力分布到整个牙根，从而防止应力在顶部的皮质骨区聚集[32]。但是种植体没有这种生理动度，植体所受的力主要是皮质骨接受，因此种植体周围皮质骨的应力会增大从而导致此区域的骨吸收。
为了降低骨吸收和保证种植的成功率，在初期种植体设计时应减少颈部皮质骨的吸收、机械超载等危险因素。有研究表明常规种植体比短种植体更易出现生物学并发症，短种植体较易出现机械并发症，而对于机械并发症来说，包括基台的折断、螺丝的松动、牙冠的崩瓷等，这些则可能与种植体的冠根比(C/I)和种植体的修复设计有很大的关系[33-34]。因此，对于超短种植体的机械并发症，应合理设计种植体的冠根比和上部修复结构，以避免受到过大的侧向力。
目前的研究是完全机械模式的，所有结构假定为线弹性、均匀、各向同性的，模拟所有结构的材料性能是不同的，材料之间的所有界面都是键合的。但是考虑到这是一个力学研究，它忽略了肌肉和其他口腔结构的生物力学方面所产生的各种动态的力，这就导致了在咀嚼等动态功能过程中产生的力的缺失，会使试验结果产生一定的偏差，但对此次研究所讨论的中心问题而言其结果是合理的。因此在后期，希望可以考虑到口腔内的所有环境包括唾液、细菌等微生物的影响来减小偏差，获得更接近口腔内部真实环境的结果。
综上所述，种植体长度及颌骨骨质是影响牙种植体负载的主要因素。此次有限元分析结果表明：在考虑颌骨骨质时，Ⅳ类骨与其他骨质相比，在超短种植体修复时有较高的周围骨吸收风险；考虑种植体应力峰值时，Ⅲ类骨在超短种植体修复时对植体的长期稳定性也有所影响。虽然超短种植体自身有很多优势，但在考虑患者颌骨条件时还应合理选择种植体长度。Ⅲ、Ⅳ类骨质条件下还应考虑其直径、适宜的冠根比、合理的修复方式及降低咬合力等多方面的问题，以提高种植体的初期稳定性和后期成功率。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

不同骨质条件下超短种植体应用于下颌后牙区的有限元分析

Finite element analysis of ultrashort implants applied to the mandibular posterior tooth area under different bone conditions

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