在垂直和斜向咬合力作用下可摘下下颌全口义齿应力的有限元分析

为什么义齿断裂很重要

依赖下颌全口义齿的人常常面临一个令人恼火且昂贵的问题：义齿会出现裂纹，尤其是在前部，尽管那里据说受力较小。本文利用计算机模拟来研究这一日常之谜。通过对数字化义齿进行“咀嚼”模拟，作者探讨仅凭正常咀嚼力是否足以使制作良好的下颌义齿断裂，还是必须有其他隐藏因素参与。

一个令人困惑的裂纹位置

牙科传统认为最强的咀嚼力作用于后牙，而下颌全口义齿的前牙承受的载荷要小得多。然而调查显示，20–30%的全口义齿最终会断裂，其中许多裂纹起始于前部。先前为解释这一悖论所做的尝试常常将模型推到不现实的极端：使用远超过真实患者能产生的咬合力、添加过大的缺陷，或假定义齿支承在非常尖锐的骨脊上。本研究提出了一个更简单、临床上更有依据的问题：如果下颌义齿在软组织上得到良好支撑且制造无明显缺陷，正常的咀嚼力是否仍能在前部产生足以导致断裂的应力？

构建虚拟下颌义齿

作者使用牙科设计软件构建了一个详细的三维下颌全口义齿模型，然后将其导入工程软件进行有限元分析——该方法将义齿和支承组织划分为许多小单元并计算每个单元在载荷下的变形。义齿基底和人工牙被模拟为典型的丙烯酸塑料，而下方的牙龈组织则被表示为一层略有弹性的软组织，位于更为刚性的骨骼之上。假定义齿贴合良好并牢固粘附于牙龈，模拟理想适配的修复体。测试了两种咀嚼情形：在后磨牙上施加100牛顿的纯垂直力，以及为模拟真实咀嚼的侧向分量而施加45度角、140牛顿的较强斜向力。团队还改变了计算“网格”的细密程度，以确保计算出的应力可靠而非数值伪影。

应力真实的分布位置

模拟结果证实，斜向咀嚼载荷远比纯垂直载荷更为严峻。在垂直力作用下，义齿各处的应力保持很低；而在施加斜向力时，义齿在软组织支撑上发生弯曲和扭转：前区内侧（舌侧）表面处于拉伸状态，外侧（唇侧）表面受压。然而，即便在这种更严苛的情形下，经可靠计算的最高应力仍出现在后磨牙区域，而非前部。在犬牙与切牙之间的关键前区，完好材料的拉应力通常维持在约10兆帕或以下——远低于现代义齿塑料的典型拉伸和弯曲强度（后者高出数倍）。只有在牙齿之间微小、尖锐的沟槽处应力局部上升，但这些数值仍低于通常会导致立即断裂的水平。

疲劳、小沟槽与现实咀嚼

作者将其应力结果与实验室中关于义齿塑料在一次性加载和重复疲劳下的已知数据进行了比较。日常咀嚼使义齿每天承受数千次载荷循环，因此即使是较小的应力也可能在数月内导致裂纹扩展。在模拟中，犬区的应力水平与报告的疲劳强度下限相重合，这表明长期疲劳而非一次性重咬更有可能成为现实威胁。重要的是，分析强调了小的解剖细节——牙颈部附近的狭窄沟槽和尖锐过渡——如何在局部放大拉应力。在义齿的舌侧（外观要求较低处）对这些特征进行圆滑处理，可在不显著改变设计的情况下显著降低应力并提高耐久性。

这对义齿佩戴者意味着什么

总体而言，研究得出结论：对于贴合良好、由现代丙烯酸制成且建立在健康软组织上的下颌义齿，典型的咀嚼力本身不太可能在前部产生足以导致断裂的应力。这一发现表明，许多现实中的断裂可能涉及其他因素的组合：小范围的不适合、咬合接触不均、长期疲劳或未被发现的材料缺陷。对患者而言，信息是定期复诊、精细的义齿制作以及注意看似微小的形状细节，可能与材料强度同样重要。对临床医生和技师而言，这项工作指出了实用策略——如抚平狭窄沟槽和优化牙龈支承——以使日常义齿更不易发生突发且不便的断裂。

引用: Madoune, Y., Żmudzki, J. & Lee, H. Finite element analysis of stress in removable lower complete denture under vertical and oblique occlusal forces. Sci Rep 16, 11997 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37756-9

关键词: 全口义齿, 义齿断裂, 有限元分析, 咀嚼力, 义齿设计