【口腔修复生物力学】
拼译：biomechauics in prosthetic dentistzy
口腔修复学是研究牙颌面缺损、畸形的病因、诊治、预防的临床医学科学和技术。通过制作的人工器官－修复体，恢复牙颌面部的完整性和生理功能，以及正常的外貌。生物力学是一门新兴的非常活跃的学科。随着科学技术的迅速发展，各学科的相互渗透，生物力学逐渐渗透入医学、口腔修复学各领域，促进了该学科的飞跃发展，使其理论水平和诊治水平得以提高。
人工牙(修复体)是人类最早应用的人工器官。目前人工牙仍是应用最普遍且必不可少的人工器官。人工修复体用来修复牙牙合面缺损、畸形和恢复其生理功能。颜面和口腔因功能的特殊性，均处于运动状态，修复体是怎样受力，如何传递
力，对牙颌面组织有无损害，抑或对组织产生生理刺激；及应怎样设计修复体，才能发挥最好的功能而又起到保护组织的作用，则必须通过受载时各支持组织的应力分析，尚可了解其秘密。应力分析分为实验应力分析(电测法、光测法、脆性涂层法、模拟法等)和理论应力分析(有限元法)。实验应力分析是用物理模型或实物对构件或构物进行应力分析，它是基础理论与工程技术相结合的学科。光测法包括光弹法、全息干涉法、散斑法、云纹法等。理论应力分析是用材料力学、弹性理论给出的基本方程，用数学寻求近似计算法，借助电子计算机求出精确的数值解。1816年，布儒斯特(S．D．Brewster)发现透明介质在应力作用下具有暂时双折射现象。1852年，麦克斯韦(Maxwell，J．C)奠定了光弹性力学的基础。1958年，中国开始自制成套大型偏振光仪，此后光弹应力分析的应用逐渐普及。1948年，嘉宝(D．Gabor)首次提出全息术原理。1965年，泡韦(R．L．Powell)发明漫反射物体位移场的全息干涉术。此后激光全息干涉术逐渐推广应用。1956年，特纳(M．J．Turner)将矩阵分析用于飞机结构的研究。1960年，克拉夫(R．W．Cluugh)将有限元法用于求解弹性力学的平面问题，正式命名为“有限单元法”。该法可用于三维结构优化设计，材料线性及非线性分析以及固体力学、流体力学、热传导等研究，形成了使用方便有效的方法。电测法从1943年制出金属丝绕式电阻应变片以来，逐渐推广。此法可测模型和实物的表面应变，适用于动静态测量。也可制成各种传感器，测量力、压强、位移、加速度、扭矩等。应力分析在口腔修复的应用从1893年布莱克(G．V．Black)研制出
力计用于测量人牙咬合力开始。1949年诺南(M．A．Noonan)对牙的结构作光弹应力分析，提出了在模型上测量应力应变的有效方法。1973年，瑟复(R．W．Thresher)运用二维有限元法对正常牙和修复牙的应力进行分析。1983年，中国开始这方面的研究，朱希涛、周书敏应用激光全息光弹性法对完全固定桥基牙及其支持组织进行应力分析。1984年，魏治统、杜传诗、赵云凤用光弹性法对多种固定桥基牙牙周组织受力情况进行实验研究。1984年，汪文骏等作了游离端活动义齿电测应力分析。1985年，吴瑞琪、赵云凤、叶德临用激光散斑法、电测法测定中国人牙本质弹性模量。1989年，赵云风、陈新民用激光全息干涉法、电测法、理论分析法对下颌骨皮质量、松质骨、牙槽骨、牙周膜进行力学性质研究。当前国内外口腔修复生物力学的研究主要采用光弹法、有限元法、激光全息干涉法、电测法。经过几十年的开创和难苦工作，现已取得重大进展。牙体组织结构力学性质 中国人牙釉质的弹性模量为2．3717×104MPa，泊松比为0．246。牙冠根的牙本质的泊松比为－0．025～－0．26，差异很大。牙本质的力学性质见表。表1 牙本质的力学性质
面正中时，修复体
面中部的压应力最大，向远、近中逐渐减小。1975年，费希尔(D．W．FisherW)对各类嵌体的光弹实验发现，覆盖牙
面的高嵌体应力损害最小，有利于保护基牙组织。全冠的表面应力研究资料指出，制备体的牙尖作成圆形时，其内部产生小的压应力，不会引起戴修复体的牙疼痛。金瓷冠、全瓷冠的光弹分析发现，前者比后者坚固，金瓷在舌侧的连接区应尽可能地避开着力点，否则易引起瓷裂。1984年日本花村典之对桩冠进行光弹分析，发现桩冠的颈部和根尖区应力集中。1983年彼得的有限元分析发现，桩的直径大和桩长时，有利于减小应力。固定桥 1971年，法拉(T．W．Farah)用光弹法分析固定桥表面应力时发现，当桥体
面受载时，连接体处应力集中(拉应力和剪应力)，单端桥连接体处的应力大于双端桥。国内外学者们研究指出：固定桥修复减小了直接受载基牙牙周膜、牙槽骨的应力，应力分布较均匀，且基牙牙周膜应力值增大，说明桥体受的力由基牙承担。1991年，唐亮等用三维有限元分析固定桥应力，结果显示：固定桥受水平向加载时，牙周膜的应力为垂直向加载的4倍，应力集中在牙颈部。磨牙牙周膜应力为双尖牙的1／2～1／3，应力分布均匀，故磨牙为理想的基牙。加载部位、方向、载荷大小对固定桥牙周膜应力分布的影响，有限元分析证实，加载方向不仅改变应力值的大小，而且改变应力分布规律。固定桥桥体受载时，垂直载荷时，桥体下粘膜为压应力；水平载荷时，为拉、压应力。其应力水平约为同等载荷下牙周膜应力最大值的1．7%～17%，说明固定桥受载时主要通过基牙传递
力。从基牙的应力分布看，固定连接体的桥比活动连接体的桥应力值低。可摘局部义齿 1977年，汤普森(W．D．Thompson)对远中游离端义齿设计4种直接固位体，近中
支托远中
支托和各种不同卡环，用光弹法作应力分析。结果指出：近中
支托、颊侧Ⅰ杆卡、弯制卡环、舌侧铸造臂固位体可更好地分散应力，为理想设计；远中
支托可使基牙牙冠向远中移位，牙根向近中移位，牙槽骨受水平压力。采用间接固位体时，主要基牙上的应力明显减小，条纹值由2．35减至0．37。1985年，汪文骏等应用电测法分析的结果与上述者近似，并建议近缺隙区基牙可设计近中牙合支托，用R．PP．I(或R．P．A)卡环或回力卡环，并应减小侧向力对基牙和粘膜的损害。1992年，王雅北用有限元法对
支托凹底面斜度进行研究，发现下颌第2双尖牙的
支托凹斜度在10度左右，下颌第2磨牙20度左右为最佳斜度。全口义齿 1988年周敬行用三维有限元对上颌全口义齿基托折裂原因进行分析，发现拉应力集中在前牙区，压应力集中在腭顶部。1989年，张少锋对上颌全口义齿及其支持组织进行三维有限元分析，发现义齿所受
力主要以压应力形式传递到颌骨，最大压应力集中在牙槽嵴。1990年黄琼等用三维光弹法分析全口义齿受力情况。当前口腔修复的生物力学研究，已从牙颌组织和修复材料的结构及其力学性质研究进入修复体、矫治器的设计优化、功能恢复、修复体支持组织应力分布的研究；从固体力学、弹性力学到流体力学、血液流变学的研究；实验应力模型由材料模拟进入动物实体模型。由于口腔组织结构的非均质性，各向异性和粘弹性，几何形态的不规则性，受力的复杂性，目前多采用三维有限元和三维实验应力分析进行研究。随着科技的发展，今后应深入研究生物体受力后的组织化学、生物化学的改变，以及力的大小、性质与上述二者之间的相互关系，并将采用某些手段在活体上或在口腔内直接测定牙齿修复体的受力状况。【参考文献】：1 Thresher R W．J．Biomechanics，1973，6：443～4492 Farah，J W．J．Dent Res．，1975，54(2)：255～2613 Peters，M C R．J．Dent Res．，1983，62(6)：760～7634 Caputo，A A．Biomechanics in Chinical Dentistry，Chicage：Quintessence Publishing Co，1987，123～149，151～1835 赵云凤，国外医学(口腔分册)，1989，1：24～286 陈新民，国外医学(口腔分册)，1989，1：20～24(华西医大口腔医学研究所赵云凤撰)