2.1  网格划分结果  实验共建立三维有限元分析模型4个，各模型具体的单元和节点数目见表3。

2.2  各模型骨组织应力比较结果  4种模型的骨组织应力分布情况及最大应力值详见图2和表4。

迷你种植体模型的骨组织应力值较常规种植体模型大，其分布较常规种植体模型更广；当种植体数目增加时，骨组织最大应力值减小，应力分布更均匀。常规种植体模型的骨组织应力分布主要集中于种植体颈部周围的牙槽骨组织；迷你种植体模型的骨组织应力主要集中在种植体颈部和体部螺纹周围的骨组织。所有模型的骨组织最大应力值均远小于骨组织的抗压强度100 MPa。所有模型中，4枚常规种植体模型的骨组织最大应力值最小，为2.71 MPa；4枚迷你种植体模型的骨组织最大应力值最大，为7.93 MPa。

2.3  各模型种植体位移比较结果  表4记录的是各个模型的种植体最大位移值，所有模型的种植体位移分布情况和最大位移值均类似，且最大位移值均小于10 μm。所有模型种植体最大位移值的比较结果显示：4枚常规种植体模型的种植体最大位移值最小，仅为1.37 μm；2枚常规种植体模型的种植体最大位移值最大，为1.57 μm；二者相差仅仅0.2 μm。随着种植体数量和种植体直径的增加，种植体的位移分布更加均匀，种植体的最大位移值略有减小。

2.4  各模型种植体应力比较结果  各模型的种植体应力分布见图3，最大应力值见表4。常规种植体模型的种植体应力主要集中种植体颈部，其次是种植体尖端。迷你种植体模型的种植体应力分布较常规种植体模型更广，最大应力值也更大，位于牙弓前段的种植体承受了更大的应力。所有模型中，4枚常规种植体模型的种植体最大应力值最小，仅为12.90 MPa；4枚迷你种植体模型的种植体最大应力值最大，为22.17 MPa。相同直径种植体模型中，随着种植体数量增加，种植体的最大应力值减小。

随着社会老龄化进程不断加剧和生活水平的逐步提高，老年缺牙患者数量不断增加。据报道在中国65-74岁年龄段中，牙列缺失(全口无牙)患者达到了6.8%^[1]。牙列缺失严重影响患者的咀嚼、美观、语音等功能，给患者带来生理性和心理性的双重伤害。由于失牙后牙槽骨的不断吸收，特别是下颌，传统的全口活动义齿固位和稳定性能常常不足，导致义齿脱落、患者咀嚼效率低下、妨碍口腔组织健康等不良反应^[2]。种植修复的引入较为有效解决了义齿的固位和稳定性问题。在下颌骨颏孔间区域植入2-4枚种植体行种植体覆盖义齿，已被广泛应用于下颌牙列缺失的修复，且取得了满意的治疗效果^[3]。但对于下颌骨吸收严重的患者，传统尺寸种植体植入会受到限制，如果配合附加手术，如牙槽嵴增高术、骨劈开、植骨、下牙槽神经移位术等，无疑会增加手术时间、风险和治疗费用，因此，植入小直径的种植体如迷你种植体是一种较好的选择。但是，迷你种植体的应用需要严密设计，因为相对于常规种植体而言其初期稳定性较低，折断的可能性相对较大^[4]。

为增加种植体支持式覆盖义齿的固位及支持，保证义齿的美观和舒适性，通常在种植体上部设计附着体与覆盖义齿相连。附着体由阴性和阳性两部分主要连接结构组成，它的阳性部分可与基牙或种植体连接，其阴性部分则与义齿结合，两个部分连接后可为修复义齿提供良好的固位、稳定作用。其中，球帽附着体是常用于覆盖义齿的一种附着体^[5]。

实验选取拟行种植体支持式下颌覆盖义齿患者的影像学资料，建立4种不同数目和直径的(常规和迷你)种植体联合球帽附着体支持的下颌覆盖义齿模型，对比分析其生物力学特征，揭示不同种植修复方式对种植体以及周围组织的影响，为种植体支持式覆盖全口义齿的应用奠定坚实的理论基础，以指导临床选择最佳修复治疗方案。

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

1.1  设计  数字模拟对比观察实验。

1.2  时间及地点  实验于2018年9月至2019年2月在西南医科大学口腔医学研究室完成。

1.3  材料  种植体(tioLogic©，Dentaurum GmbH &Co.KG，Ispringen，Germany)材料参数介绍，见表1。三维有限元分析软件族群：Mimics Research 19.0，3-Matic Research 11.0 (Materialise NV，Leuven，Belgium)，MSC.Marc/Mentat 2016 (MSC. Software，Santa Ana，CA)。

选择身体健康的全口无牙拟行种植体支持式覆盖义齿患者1名。受试者对实验知情同意。纳入标准：全口无牙，下颌牙槽骨的前牙和前磨牙区最小高度大于15 mm，最小宽度大于6 mm，牙龈健康，下颌骨骨质为二类或者三类。排除标准：口腔健康情况不良，严重的系统性疾病，夜磨牙和紧咬牙患者。取模，采用X射线阻射的材料(丙烯酸树脂与硫酸钡按照3∶1的比例混合)为患者制作临时义齿，患者佩戴该义齿行锥形束CT检查，获取影像学资料。

1.4  方法

1.4.1  模型的建立  将前述患者的锥形束CT影像学数据导入分析软件Mimic Research 19.0中，获取整个下颌骨的数据，并利用不同灰度值范围，分别建立3个mask：骨皮质、骨松质和义齿^[6]。将3个mask用3D-construction命令进行三维重建后导入3-Matic中行网格划分^[6]。然后将厂家提供的种植体和球帽附着体的CAD数据导入3-Matic中，并对称地插入到前磨牙和前牙区合适位置并进行装配，见图1。接着建立黏膜实体，充填于义齿与下颌骨之间，约2 mm厚。将模型转化为实体三维模型(四点的四面体)，分别建立模拟4种不同修复方式的模型(图1)：①2枚3.7 mm×   13 mm种植体(2枚常规种植体)植入双侧尖牙区，联合球帽附着体支持下颌全口覆盖义齿；②4枚3.7 mm×13 mm种植体(4枚常规种植体)植入双侧尖牙区和前磨牙区，联合球帽附着体支持下颌全口覆盖义齿；③2枚2.1 mm×13 mm和2枚2.1 mm×15 mm种植体(4枚迷你种植体)植入双侧前牙区和前磨牙区，联合球帽附着体支持下颌全口覆盖义齿；④2枚2.1 mm×13 mm种植体(5枚迷你种植体)植入双侧双尖牙区和3枚2.1 mm×15 mm种植体(迷你种植体)植入前牙区，联合球帽附着体支持下颌全口覆盖义齿。

最后，将实体三维模型导入Marc/Mentat 2016，进行材料物理性质(杨氏模量、泊松比等)、边界条件、加载位置、加载力大小和方向及分析条件和结果的设定。

1.4.2  实验假设及材料物理性质  参照其他相关研究以节省计算时间和模拟分析临床情况为目的，假设所有材料是线弹性材料，具有连续、均质、各向同性的特性。各材料的物理参数见表2^[5-9]。

接触面假设：假设种植体与骨已经形成骨整合，且结合率为100%。义齿和黏膜之间，附着体与3个部件之间为接触关系。其余各部分之间无相对滑动。

载荷及边界条件：为了限制模型在三维空间的位移和旋转，在其底部和近远中骨皮质的多个节点施加约束。一般情况下正常咀嚼力为3-30 kg(30-300 N)，因此每个模型均在双侧后牙区各施加150 N的垂直向载荷(共300 N)，模拟正中咬合时的情况。

1.5  主要观察指标  分析并比较不同模型的骨组织应力、种植体位移与种植体应力。

       迷你种植体通常是指直径在1.8-2.9 mm的小直径种植体^[10]。它从1990年开始被引入口腔治疗，最开始迷你种植体主要用于正畸治疗和临时修复体，结果发现这些种植体与骨形成了良好的骨整合，很难将其移除^[11]。临床数据显示，采用4枚或5枚迷你种植体支持的覆盖义齿可以取得与传统种植体支持式义齿类似的成功率(1年成功率94.7%)^[12]。而且，迷你种植体支持式义齿还有以下优点：费用相对较低；可以适用于牙槽骨，特别是颊舌侧牙槽骨吸收严重的病例；迷你种植体多为一段式设计，植入手术简单，通常采用不翻瓣手术，可以减轻患者术后反应，如疼痛、肿胀等，减少患者的就诊次数和时间。2012年FDA认可了迷你种植体可以作为临时和永久的修复治疗方式^[13]。但迷你种植体减小的直径有可能导致局部应力集中，引起种植体折断，因而生物力学分析在迷你种植体设计和应用中尤为重要。

种植体及其周围骨组织的应力应变等生物力学因素，是影响种植体周围骨改建过程和种植修复治疗疗效的重要因素之一。三维有限元法是利用计算机软件和三维数据分析模型的应力应变等性能的数字模拟方法。它从20世纪70年代开始应用于口腔医学研究，现已经成为一种比较成熟而且先进的计算数字模拟分析方法，同时已被广泛应用于种植体修复治疗的设计中，通过分析牙种植体、周围骨组织、黏膜、修复体等在各种力学状态下的生物力学性能，以指导临床设计优化^[14]。

FATALLA等^[15]用三维有限元方法比较采用不同附着体牙支持式、迷你种植体支持式、牙联合迷你种植体支持式下颌覆盖义齿的力学性能，结果提示3枚迷你种植体联合弹性树脂附着体支持的覆盖义齿其周围骨组织应力更小。CHANG等^[16]发现与常规种植体相比，迷你种植联合球帽附着体支持的覆盖义齿在骨组织不佳的情况下增大了周围骨组织的应变，部分区域甚至超过了生理耐受应变极限，因而增加了骨损伤的可能。总的来说，对于迷你种植体支持的覆盖义齿，当前缺乏较长期的临床观察数据，而且这种义齿的生物力学相关研究为数不多。因此，实验采用三维有限元分析方法建立模型并在后牙区加载，模拟正中咬合时的受力情况，对比分析常规种植体和迷你种植体支持的下颌全口覆盖义齿修复方式中种植体和相应口腔组织的应力分布规律，探讨获得最佳力学性能和种植体稳定性的方法，为迷你种植体支持式覆盖义齿的临床应用奠定坚实的理论基础，以指导临床。

实验结果显示：所有模型中，4枚常规种植体模型的骨组织最大应力值最小，仅为2.71 MPa；4枚迷你种植体模型的骨组织最大应力值最大，为7.93 MPa。所有模型的骨组织最大应力值均远小于骨组织的抗压强度100 MPa，均大于种植体周围骨沉积所需的最小应力是1.3-1.7 MPa^[17]。这提示4种种植体支持式的下颌全口覆盖义齿对骨组织不会造成损伤，同时咬合力刺激下骨组织的应力可以达到骨组织维持种植体-骨界面健康所需的最小应力，不会造成骨的失用性萎缩。4个模型的种植体最大位移值相似，且均远小于10 µm，这是理论上允许的种植体动度阈值^[18]。这说明采用4种修复方式时种植体都能获得良好的稳定性。实验结果显示，所有模型中，4枚迷你种植体模型的种植体最大应力值最大，为22.17 MPa，这远小于纯钛材料的强度极限  800 MPa，同时提示迷你种植体没有折断的风险。迷你种植体模型中位于牙弓前段的种植体承受了更大的应力，这可能是实验模拟正中咬合在后牙区加载，使前牙区种植体受到较大的非轴向力。4枚迷你种植体模型的各生物力学参数虽然略大于4枚常规种植体模型，但其数值在可接受的范围内。相同直径种植体模型中，随着种植体数量增加，骨组织的应力、种植体的位移和应力分布更加均匀，且最大值减小。这说明种植体数量的增加更有利于咬合力的传导和应力分散。

实验结果表明，迷你种植体(4枚或5枚)联合球帽附着体共同支持下颌全口覆盖义齿是一种可行的修复方式。种植体数量的增加可以减小骨组织的最大应力值、种植体的最大位移值和最大应力值。

实验也有一些不足：为了比较不同种植修复方式对种植体及其周围组织的影响，因此实验选取同一名患者的下颌骨影像学资料，用三维有限元方法模拟不同的修复方式进行比较分析，以去除其他干扰因素；研究结果主要关注应力、应变、位移的分布情况及其最大值的比较，因此没有进行统计学分析，这也是三维有限元研究的常见不足之处。

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

文题释义：
迷你种植体：通常是指直径在1.8-2.9 mm的小直径种植体。它从1990年开始被引入口腔治疗，最开始迷你种植体主要用于正畸治疗和临时修复体，结果发现这些种植体与骨形成了良好的骨整合，很难将其移除。2012年FDA认可了迷你种植体可以作为临时和永久的修复治疗方式。
三维有限元法：是一种利用计算机软件和三维数据对真实物理系统进行模拟，建立三维模型进行数值计算的方法。三维有限元法计算精度高，并且能仿真模拟各种复杂形状和物理性能，因而逐渐成为应用广泛的力学和工程分析手段。当前，三维有限元法在口腔医学研究特别是种植修复治疗中的应用已越来越多。

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

下颌骨吸收严重的患者行种植体覆盖义齿时，传统尺寸种植体植入受限，因此植入迷你种植体是一种较好的选择。迷你种植体通常是指直径在1.8-2.9 mm的小直径种植体，2012年FDA认可了迷你种植体可以作为临时和永久的修复治疗方式。实验选取拟行种植体支持式下颌覆盖义齿患者的影像学资料，建立4种不同数目和直径的(常规和迷你)种植体联合球帽附着体支持的下颌覆盖义齿模型，对比分析其生物力学特征，揭示不同种植修复方式对种植体以及周围组织的影响，以指导临床选择最佳修复治疗方案。

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