应用电子散斑干涉术对下颌单侧游离缺失修复体受载的实验研究
作者：李映欣 邓燕 董本涵 高鹏飞 邱大明
单位：110002 沈阳，中国医科大学附属口腔医院(李映欣、邓燕)；沈阳航空发动机研究所(董本涵、高鹏飞、邱大明)
关键词：单端固定桥；义齿，局部，活动；牙应力分析
中华口腔医学杂志980206 【摘要】 目的 对下颌单侧游离缺失后三种不同修复体的运动及其受力状态进行试验性研究。方法 首次采用电子散斑干涉术(electronic speckle pattern interferometry)对单端固定桥、铸造三臂卡环及RPI卡环的可摘局部义齿进行垂直加载测试，观察显示的实时散斑干涉条纹图并测量相应各截面牙槽骨的离面位移(out of plane displacement)。结果 表明三种修复体修复后均有利于应力的传递，相应截面牙槽骨的离面位移减少。其中单端固定桥修复后相应牙槽骨的离面位移量最小，RPI卡环较三臂卡环可摘局部义齿修复后相应牙槽骨的离面位移量稍大。结论 电子散斑干涉术特别适用于测量小而不规则牙槽骨表面的变形情况。合理选择适应证，单端固定桥是一种良好的修复方式。
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Electronic speckle pattern interferometric analysis on force distribution of different mandibular unilateral free-end dentures Li Yingxin* , Deng Yan, Dong Benhan, et al.*Stomatological Hospital of China Medical University, Shenyang 110002
【Abstract】 Objective To study the force distribution of three kinds of mandibular unilateral free-end partial denture under vertical loading on the artificial tooth.Methods A fresh mandible with right 2nd and 3rd molars missing was restored with cantilever fixed partial denture (CFD), casting three arm clasp removable partial denture (CCD) and RPI removable partial denture (RPID) respectively. The force distribution on the surface of supporting bone was studied by using electronic speckle pattern interferometry (ESPI). The ESIP was displayed real-time and recorded. The fringes determining was prossed by microcomputer image processing. The corresponding out of plane displacement of the supporting bone was measured and analyzed.Results Showed all of the three kinds of dentures contribute to transmit stress to supporting bone. The corresponding out of plane displacement of supporting bone decreased, the degree of decrease was CFD
【Key words】 Cantilever fixed partial denture Removable partial denture Dental stress analysis
口腔修复临床上经常可见到下颌单侧游离缺失第二、三磨牙的病例。对这类病例，通常采用单端固定桥、铸造三臂卡环或RPI卡环的可摘局部义齿三种方式进行修复治疗。但该三种修复方法采用的支持方式有所不同，当受到外力作用时，其基牙、牙槽骨及义齿本身都会产生相应的应力和位移形变(包括面内和离面位移)。这些因素都会影响义齿的功能和基牙牙周组织的健康。我们首次采用一种光学新技术——电子散斑干涉术(electronic speckle pattern interferometry)[1]，实时测量了三种不同修复体修复后，在外力作用下相应各截面牙槽骨的离面位移；比较了三种修复方式。从而为评价其修复效果提供了生物力学的观察指标。
材料和方法
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1.选择一具新鲜的成人尸体。下颌右侧游离缺失第二、三磨牙，上、下牙列覆、覆盖关系正常。保持牙周软硬组织的完整性，缺牙区粘膜用厚约2.5mm 的硅橡胶垫模拟。
2.分别以
为基牙，进行牙体制备，制作单端固定桥、铸造三臂卡环及RPI卡环的可摘局部义齿，仅修复缺失的
。要求二种可摘局部义齿的基托伸展范围、密合程度保持一致。
3.加载：加载装置采用特定的加载架，将上、下颌骨固定在特制的基座上。加载杆的尖端置于下颌牙齿面的中央窝或特制上颌加载面的选定凹内。加载方式：①点加载：分别于修复前、后在
、
及义齿面中央窝内垂直向加载。初载为5kg，载荷为3kg。②均匀加载：分别于修复前、后在上、下牙尖交错咬合状态下进行垂直向加载，加载点通过
近中舌尖连线的中点。初载为5kg，载荷为5kg。
, 百拇医药
4.测量：利用电子散斑干涉仪，实时测量各种加载状态下相应截面牙槽骨的离面位移。采用摄像机记录不同载荷下的散斑干涉图——等离面位移线。本实验的光路图见图1。
图1 实验装置光路图
结果
本实验利用电子散斑干涉仪测量了不同修复体修复后，在外力作用下相应各截面牙槽骨的离面位移。干涉条纹的分布主要反映垂直于基牙表面的位移分量，即沿“Z”方向的位移分量。图2为电子散斑干涉仪测量的干涉条纹图，相应各截面牙槽骨的离面位移值见附表。
附表 牙槽骨的离面位移(μm) 加载状态
分析截面
修复方式
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修复前
三臂卡
RPI卡
单端固定桥
均匀
0.90
0.72
0.72
0.54
加载
0.78
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0.60
0.66
0.48
5 kg
0.36
0.48
0.51
0.39
6 中央窝
0.30
0.48
, 百拇医药
0.45
0.39
点加载3 kg
1.39
0.60
0.54
0.48
人工牙7
-
0.54
0.54
, 百拇医药
0.51
中央窝
-
0.72
0.66
0.63
点加载3kg
-
0.66
0.66
0.39
, 百拇医药
注：-为缺失牙，未测量
a 初载为5kg，均匀加载5kg状态下，单端固定桥的电子散斑干涉条纹图 b 初载为5kg，均匀加载5kg状态下，三臂卡可摘局部义齿的干涉条纹图 c 初载为5kg，中央窝点加载3kg状态下，RPI卡环可摘局部义齿的干涉条纹图图2 三种不同义齿受力时的电子散斑干涉条纹图
讨论
自60年代中期以来，生物力学的各种实验分析方法逐渐应用于口腔修复体的研究中[2]。以往的实验研究中，学者们大多单纯测量邻近缺隙基牙的位移大小或仅仅观察这些基牙表面的受力情况，没有考虑到牙槽骨表面的位移变形，因而得到的结果不同[3，4]。电子散斑干涉术克服了全息干涉术费时、操作复杂及干涉条纹处理困难等缺点[5]，不仅保持全息干涉术非接触、全场测量的高精度和高灵敏度；还具有电子技术快速处理数据的优点，特别适用于固体表面的变形(面内和离面位移)测量。可以实时显示干涉条纹，重复性好，可信度高，操作方便灵活。由于具备这些特点，电子散斑干涉术特别适用于测量小而形状不规则的人牙及牙槽骨在离面位移。本实验在离体的人上 、下颌骨测试标本上，进行不同修复体受载后相应牙槽骨离面位移的测量。以此为依据，为评价修复体提供了生物力学的参考指标，从而补充了以往研究的不足。
, 百拇医药
当牙齿缺失后，咀嚼过程中缺牙区邻近的牙齿受力显著增大，存在明显的应力集中区，经长时期的作用后，易造成邻牙负担过重、倾斜移位等。当戴入修复体后，邻牙的受力被分散传递，相应牙槽骨的离面位移减小且没有明显的应力集中区，由基牙及缺牙处牙周支持组织共同承担咬合力，有利于余留牙的健康。因此，缺牙后应及时进行修复治疗。
同等加载条件下，单端固定桥较可摘局部义齿修复后，相应牙槽骨的离面位移分布平缓、均匀，离面位移减小。这是因为固定义齿将各基牙连为一体，在外力作用下，各基牙共同运动，各牙槽骨同时承担外力所致。另外，El-Ebrashi等[6]在研究中发现，固定桥的连接体部有应力集中现象，认为应力在传递到支持组织之前已有一部分被分解，这将有利于保护牙周组织的健康，但对于修复体本身的功能和使用却是不利的。上述结果提示，临床应注意桥体与固位体连接体部的外形要圆缓、平滑，减少应力集中。本实验中单端固定桥修复后，相应牙槽骨位移的减少可能与部分应力被分解有关。结果表明，只要合理选择适应证，单端固定桥是一种较好的修复方式。
, 百拇医药
比较同等加载条件下，二种可摘局部义齿修复后相应牙槽骨的变形，发现RPI 卡环较三臂卡环修复后相应牙槽骨的变形略大。可能因为RPI卡环使基牙受力为轴向力，根尖处所受应力稍大；而三臂卡环使基牙受力为非轴向力。另外，在可摘局部义齿人工牙的中央窝进行点加载时，因塑料的弹性模量很小，干涉条纹致密得难以辨认；但相应牙槽骨处的位移很小，说明基托有一定的缓冲作用。同时提示医生应注意义齿
面，随时注意调，使其不出现早接触点 。否则会造成义齿本身及牙周组织的损害。
在同等加载的条件下，双尖牙较磨牙处牙槽骨的离面位移大，是因为双尖牙较磨牙根端处产生的应力值大的缘故。许多学者在自己的研究中曾证实过这一点[7，8]。故临床上应注意选择牙周健康的双尖牙作为基牙，必要时应增加基牙的数目。
, 百拇医药
参考文献
1 Jones R, Wekes C. Holographic and speckle interferometry. New York: Cambridge, 1983. 12-20.
2 Lundgren D, Laurell L. Occlusal force in prosthetically restored dentitions: a methodological study. J Oral Rehabil, 1984, 11:29-37.
3 Craig RG, Farah JW. Stresses from loading distal-extension removalble partial dentures. J Prosthet Dent, 1978, 39:274-280.
4 Glickman I, Roeber FW, Brion M, et al. Photoelastic analysis of internal stresses in the periodontium created by occlusal forces. J Periodont, 1970, 41:30-35.
, 百拇医药
5 Young JM, Altschuler BR. Laser holography in dentistry. J Prosthet Dent, 1977, 38:216-225.
6 El-Ebrashi MK, Craig RG, Peyton FA. Experimental stress analysis of dental restorations. Part Ⅶ, Structural design and stress analysis of fixed partial dentures. J Prosthet Dent, 1970, 23:177-181.
7 Sutherland JK, Holland GA, Sluder TB, et al. A photoelastic analysis of the stress distribution in bone supporting fixed partial dentures of rigid and nonrigid design. J Prosthet Dent, 1980, 44:616-623.
8 朱希涛，白沁，周辛庚，等.完全固定桥与半固定桥受力状况的激光全息分析.中国生物医学工程学报，1985，4：58-62.
(收稿：1996-12-19 修回：1997-10-07), 百拇医药
单位：110002 沈阳，中国医科大学附属口腔医院(李映欣、邓燕)；沈阳航空发动机研究所(董本涵、高鹏飞、邱大明)
关键词：单端固定桥；义齿，局部，活动；牙应力分析
中华口腔医学杂志980206 【摘要】 目的 对下颌单侧游离缺失后三种不同修复体的运动及其受力状态进行试验性研究。方法 首次采用电子散斑干涉术(electronic speckle pattern interferometry)对单端固定桥、铸造三臂卡环及RPI卡环的可摘局部义齿进行垂直加载测试，观察显示的实时散斑干涉条纹图并测量相应各截面牙槽骨的离面位移(out of plane displacement)。结果 表明三种修复体修复后均有利于应力的传递，相应截面牙槽骨的离面位移减少。其中单端固定桥修复后相应牙槽骨的离面位移量最小，RPI卡环较三臂卡环可摘局部义齿修复后相应牙槽骨的离面位移量稍大。结论 电子散斑干涉术特别适用于测量小而不规则牙槽骨表面的变形情况。合理选择适应证，单端固定桥是一种良好的修复方式。
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Electronic speckle pattern interferometric analysis on force distribution of different mandibular unilateral free-end dentures Li Yingxin* , Deng Yan, Dong Benhan, et al.*Stomatological Hospital of China Medical University, Shenyang 110002
【Abstract】 Objective To study the force distribution of three kinds of mandibular unilateral free-end partial denture under vertical loading on the artificial tooth.Methods A fresh mandible with right 2nd and 3rd molars missing was restored with cantilever fixed partial denture (CFD), casting three arm clasp removable partial denture (CCD) and RPI removable partial denture (RPID) respectively. The force distribution on the surface of supporting bone was studied by using electronic speckle pattern interferometry (ESPI). The ESIP was displayed real-time and recorded. The fringes determining was prossed by microcomputer image processing. The corresponding out of plane displacement of the supporting bone was measured and analyzed.Results Showed all of the three kinds of dentures contribute to transmit stress to supporting bone. The corresponding out of plane displacement of supporting bone decreased, the degree of decrease was CFD
【Key words】 Cantilever fixed partial denture Removable partial denture Dental stress analysis
口腔修复临床上经常可见到下颌单侧游离缺失第二、三磨牙的病例。对这类病例，通常采用单端固定桥、铸造三臂卡环或RPI卡环的可摘局部义齿三种方式进行修复治疗。但该三种修复方法采用的支持方式有所不同，当受到外力作用时，其基牙、牙槽骨及义齿本身都会产生相应的应力和位移形变(包括面内和离面位移)。这些因素都会影响义齿的功能和基牙牙周组织的健康。我们首次采用一种光学新技术——电子散斑干涉术(electronic speckle pattern interferometry)[1]，实时测量了三种不同修复体修复后，在外力作用下相应各截面牙槽骨的离面位移；比较了三种修复方式。从而为评价其修复效果提供了生物力学的观察指标。
材料和方法
, http://www.100md.com
1.选择一具新鲜的成人尸体。下颌右侧游离缺失第二、三磨牙，上、下牙列覆、覆盖关系正常。保持牙周软硬组织的完整性，缺牙区粘膜用厚约2.5mm 的硅橡胶垫模拟。
2.分别以
为基牙，进行牙体制备，制作单端固定桥、铸造三臂卡环及RPI卡环的可摘局部义齿，仅修复缺失的。要求二种可摘局部义齿的基托伸展范围、密合程度保持一致。3.加载：加载装置采用特定的加载架，将上、下颌骨固定在特制的基座上。加载杆的尖端置于下颌牙齿面的中央窝或特制上颌加载面的选定凹内。加载方式：①点加载：分别于修复前、后在
、及义齿面中央窝内垂直向加载。初载为5kg，载荷为3kg。②均匀加载：分别于修复前、后在上、下牙尖交错咬合状态下进行垂直向加载，加载点通过近中舌尖连线的中点。初载为5kg，载荷为5kg。, 百拇医药
4.测量：利用电子散斑干涉仪，实时测量各种加载状态下相应截面牙槽骨的离面位移。采用摄像机记录不同载荷下的散斑干涉图——等离面位移线。本实验的光路图见图1。
图1 实验装置光路图
结果
本实验利用电子散斑干涉仪测量了不同修复体修复后，在外力作用下相应各截面牙槽骨的离面位移。干涉条纹的分布主要反映垂直于基牙表面的位移分量，即沿“Z”方向的位移分量。图2为电子散斑干涉仪测量的干涉条纹图，相应各截面牙槽骨的离面位移值见附表。
附表 牙槽骨的离面位移(μm) 加载状态
分析截面
修复方式
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修复前
三臂卡
RPI卡
单端固定桥
均匀
0.90
0.72
0.72
0.54
加载
0.78
, http://www.100md.com
0.60
0.66
0.48
5 kg
0.36
0.48
0.51
0.39
6 中央窝
0.30
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0.45
0.39
点加载3 kg
1.39
0.60
0.54
0.48
人工牙7
-
0.54
0.54
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0.51
中央窝
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0.72
0.66
0.63
点加载3kg
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0.66
0.66
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注：-为缺失牙，未测量
a 初载为5kg，均匀加载5kg状态下，单端固定桥的电子散斑干涉条纹图 b 初载为5kg，均匀加载5kg状态下，三臂卡可摘局部义齿的干涉条纹图 c 初载为5kg，
中央窝点加载3kg状态下，RPI卡环可摘局部义齿的干涉条纹图图2 三种不同义齿受力时的电子散斑干涉条纹图讨论
自60年代中期以来，生物力学的各种实验分析方法逐渐应用于口腔修复体的研究中[2]。以往的实验研究中，学者们大多单纯测量邻近缺隙基牙的位移大小或仅仅观察这些基牙表面的受力情况，没有考虑到牙槽骨表面的位移变形，因而得到的结果不同[3，4]。电子散斑干涉术克服了全息干涉术费时、操作复杂及干涉条纹处理困难等缺点[5]，不仅保持全息干涉术非接触、全场测量的高精度和高灵敏度；还具有电子技术快速处理数据的优点，特别适用于固体表面的变形(面内和离面位移)测量。可以实时显示干涉条纹，重复性好，可信度高，操作方便灵活。由于具备这些特点，电子散斑干涉术特别适用于测量小而形状不规则的人牙及牙槽骨在离面位移。本实验在离体的人上 、下颌骨测试标本上，进行不同修复体受载后相应牙槽骨离面位移的测量。以此为依据，为评价修复体提供了生物力学的参考指标，从而补充了以往研究的不足。
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当牙齿缺失后，咀嚼过程中缺牙区邻近的牙齿受力显著增大，存在明显的应力集中区，经长时期的作用后，易造成邻牙负担过重、倾斜移位等。当戴入修复体后，邻牙的受力被分散传递，相应牙槽骨的离面位移减小且没有明显的应力集中区，由基牙及缺牙处牙周支持组织共同承担咬合力，有利于余留牙的健康。因此，缺牙后应及时进行修复治疗。
同等加载条件下，单端固定桥较可摘局部义齿修复后，相应牙槽骨的离面位移分布平缓、均匀，离面位移减小。这是因为固定义齿将各基牙连为一体，在外力作用下，各基牙共同运动，各牙槽骨同时承担外力所致。另外，El-Ebrashi等[6]在研究中发现，固定桥的连接体部有应力集中现象，认为应力在传递到支持组织之前已有一部分被分解，这将有利于保护牙周组织的健康，但对于修复体本身的功能和使用却是不利的。上述结果提示，临床应注意桥体与固位体连接体部的外形要圆缓、平滑，减少应力集中。本实验中单端固定桥修复后，相应牙槽骨位移的减少可能与部分应力被分解有关。结果表明，只要合理选择适应证，单端固定桥是一种较好的修复方式。
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比较同等加载条件下，二种可摘局部义齿修复后相应牙槽骨的变形，发现RPI 卡环较三臂卡环修复后相应牙槽骨的变形略大。可能因为RPI卡环使基牙受力为轴向力，根尖处所受应力稍大；而三臂卡环使基牙受力为非轴向力。另外，在可摘局部义齿人工牙的中央窝进行点加载时，因塑料的弹性模量很小，干涉条纹致密得难以辨认；但相应牙槽骨处的位移很小，说明基托有一定的缓冲作用。同时提示医生应注意义齿
面，随时注意调，使其不出现早接触点 。否则会造成义齿本身及牙周组织的损害。在同等加载的条件下，双尖牙较磨牙处牙槽骨的离面位移大，是因为双尖牙较磨牙根端处产生的应力值大的缘故。许多学者在自己的研究中曾证实过这一点[7，8]。故临床上应注意选择牙周健康的双尖牙作为基牙，必要时应增加基牙的数目。
, 百拇医药
参考文献
1 Jones R, Wekes C. Holographic and speckle interferometry. New York: Cambridge, 1983. 12-20.
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3 Craig RG, Farah JW. Stresses from loading distal-extension removalble partial dentures. J Prosthet Dent, 1978, 39:274-280.
4 Glickman I, Roeber FW, Brion M, et al. Photoelastic analysis of internal stresses in the periodontium created by occlusal forces. J Periodont, 1970, 41:30-35.
, 百拇医药
5 Young JM, Altschuler BR. Laser holography in dentistry. J Prosthet Dent, 1977, 38:216-225.
6 El-Ebrashi MK, Craig RG, Peyton FA. Experimental stress analysis of dental restorations. Part Ⅶ, Structural design and stress analysis of fixed partial dentures. J Prosthet Dent, 1970, 23:177-181.
7 Sutherland JK, Holland GA, Sluder TB, et al. A photoelastic analysis of the stress distribution in bone supporting fixed partial dentures of rigid and nonrigid design. J Prosthet Dent, 1980, 44:616-623.
8 朱希涛，白沁，周辛庚，等.完全固定桥与半固定桥受力状况的激光全息分析.中国生物医学工程学报，1985，4：58-62.
(收稿：1996-12-19 修回：1997-10-07), 百拇医药