后牙烤瓷修復(fù)冠\\橋疲勞壽命的測定

[摘要]目的：測定后牙烤瓷修復(fù)冠、橋的疲勞壽命。方法：制作后牙烤瓷冠、橋試件各3個，進(jìn)行疲勞壽命測定，分別在實驗進(jìn)行0、16、48、80、160h時，用體視顯微鏡下咬合部位瓷層表面狀態(tài)，至320h后實驗結(jié)束，在掃描電鏡下觀察。結(jié)果：各組烤瓷冠橋體均未出現(xiàn)明顯的瓷崩裂現(xiàn)象，但在咬合部位及其附近均出現(xiàn)的微裂隙長達(dá)30～50μm。結(jié)論：烤瓷修復(fù)體具有相當(dāng)優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)性能，可以作為后牙的永久性修復(fù)體。

[關(guān)鍵詞]后牙；烤瓷；冠；橋；疲勞壽命；疲勞性磨耗

[中圖分類號]R783 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1008-6455（2011）06-0990-03

Measuring the fatigue life of porcelain fused metal crown and bridge of posterior teeth

LI Ming-yong1，MA Xuan-xiang2，LI Yu-long3，LI Zhun1，AI Lin1，ZHOU Zhang-hua1，ZHANG Hai-xia

(1.Department of Stomatology，No.451 Hospital of PLA，Xi'an 710054，Shaanxi，China;2. College of Stomatology， The Fourth Military Medical University;3.College of Aircraft Engineering of Northwestern Polytechnical University)

Abstract:ObjectiveTo measure the fatigue life of porcelain fused metal (PFM) crown and bridgeof posterior teeth. Methods PFM crown and bridge of anterior teeth were made for measurement of its fatigue life.The surface of porcelain on bitting area were observed by stereoscopic zoom microscopes after 0h、16h、48h、80h、160h，and by scaning electric microscopes(SEM) after 320h. Results Each PFM crown and bridge of posterior teeth had no procelain cracks in evidence after experiment，however there were some microscopic wears among 30～50μm appeared on the surface of functional area by SEM after simulating mastication 20 years.Conclusion PFM restorations of posterior teeth have rather fine mechanics characteristic. It may last 20 years even longer by using normal masticatory force.

Key words:posterior teeth;porcelain fused to metal(PFM);crown;bridge;fatigue life;fatigue wear

后牙是食物咀嚼的主要部位，其修復(fù)體應(yīng)有足夠的抗力性能、抗疲勞性能。以往對后牙的美觀要求不太高，因而在后牙固定修復(fù)時，多選用金屬鑄造冠、橋。隨著烤瓷修復(fù)技術(shù)的普遍開展，烤瓷材料的性能不斷加強(qiáng)，后牙烤瓷修復(fù)也成為主流[1]。本實驗的目的是通過對后牙烤瓷冠、橋的疲勞壽命進(jìn)行測定，進(jìn)一步了解烤瓷修復(fù)冠、橋的抗疲勞性能，為解決修復(fù)體使用壽命提供依據(jù)。

1材料和方法

1.1 實驗設(shè)備、材料：口腔疲勞測試試件：選用后牙單冠基牙模型和后牙橋基牙模型；對應(yīng)下頜選用后牙橋基牙模型[2]、口腔修復(fù)體疲勞壽命測試機(jī)[3]、YD-15動態(tài)電阻應(yīng)變儀（華東電子儀器廠）、Micro-measurements Division EP-08-031DE- 120應(yīng)變片（Measurement Group Inc.，U.S.A）4張、Tektronic K420示波器（Tektronic Inc.，U.S.A）、Nikon SMZ800體視顯微鏡（Nikon Inc.，Japan）、Jeol JSM-5800掃描電鏡（Jeol electric Ltd.，Japan）。

1.2 方法

1.2.1后牙橋基牙模型上制作B5-B7金屬鑄造橋1個，基牙單冠厚度0.5～1.0mm，牙合面形態(tài)用標(biāo)準(zhǔn)模型的后牙蠟型翻制；再用后牙單冠基牙模型和后牙橋基牙模型制作相對應(yīng)的D區(qū)第一磨牙烤瓷冠、D區(qū)第一磨牙缺失的三單位D5-7烤瓷橋，單冠和橋固位體金屬基底冠厚0.3～0.5mm，烤瓷層厚度1.0～1.8mm[4]，與臨床實際情況相符；共2組，每組各3個。

1.2.2用薄咬合紙對上、下頜試件上的烤瓷冠、橋和對牙合的金屬橋進(jìn)行調(diào)牙合[5]，使烤瓷冠的頰面溝正對著上頜金屬橋第一磨牙的近中頰尖，并且頰尖的頰斜面、舌斜面、舌尖的頰斜面分別與金屬橋在牙尖交錯牙合上的相應(yīng)主要功能區(qū)有均勻、密切接觸；烤瓷橋的雙側(cè)基牙固位體與對牙合無咬合接觸，而橋體的頰面溝正對著上頜金屬橋第一磨牙的近中頰尖，并且頰尖的頰斜面、舌斜面、舌尖的頰斜面分別與金屬橋在牙尖交錯牙合上的相應(yīng)主要功能區(qū)有均勻、密切接觸。調(diào)牙合后上釉，磷酸鋅水門汀粘固。

1.2.3在上頜后牙試件的底部平面間位置開2個螺絲孔，下頜后牙試件底部平面中間位置開2個螺絲孔。使上下頜后牙試件可以通過螺絲固定在測試機(jī)上。

1.2.4 連接貼好應(yīng)變片的疲勞壽命測試機(jī)、校零的動態(tài)電阻應(yīng)變儀、示波器，并接零，具體方法同測試機(jī)的標(biāo)定方法。

1.2.5 將彈簧放入疲勞壽命測試機(jī)的圓桶中，選擇彈性系數(shù)為1.5×105N/m的彈簧用于測試。

1.2.6 將上下頜試件分別用螺釘固定在橫梁和中心平臺上。反復(fù)調(diào)節(jié)推桿和壓緊螺母的位置以確定下頜試件相對于上頜的上下位置。用塞規(guī)確定上下頜間咬合間隙約為1mm，以使開機(jī)試咬合時，測試輸出電壓差達(dá)到600mV左右，即對應(yīng)咬合力約為98N[6]。

調(diào)節(jié)上頜試件在橫梁上的左右位置、下頜試件在中心平臺上的前后位置，使得上下頜修復(fù)體的咬合達(dá)到牙尖交錯[7]，B6的近頰尖正對著D6的頰面溝，D6的遠(yuǎn)頰尖與B6的中央窩相對。

1.2.7 調(diào)整合適后開始測試，調(diào)節(jié)調(diào)速儀上的指針，使其達(dá)到800r/min。記錄實驗持續(xù)時間、輸出電壓差。若輸出電壓差明顯降低，則重新進(jìn)行上一步驟。

1.2.8 分別在實驗進(jìn)行0、16、48、80、160h時，取下烤瓷試件，在體視顯微鏡下，用10～63倍放大率觀察咬合部位瓷層表面狀態(tài)，至320h后實驗結(jié)束，取下烤瓷試件在掃描電鏡下觀察。

1.2.9 重復(fù)以上步驟，烤瓷冠、橋組分別各測試3個。

2結(jié)果

2.1后牙烤瓷冠、橋測試時，輸出電壓差波動范圍及對應(yīng)“咬合力”值見表1。

2.2 在實驗進(jìn)行320h后，兩組烤瓷冠、橋體均未出現(xiàn)明顯的瓷崩裂現(xiàn)象，橋體連接處瓷層亦無明顯裂紋。在咬合部位及其附近均出現(xiàn)不同程度的磨損。肉眼觀察：未進(jìn)行實驗時的烤瓷冠、橋體表面光滑，無明顯缺陷；當(dāng)開始有咬合接觸后，在咬合接觸部位出現(xiàn)表面粗糙，釉質(zhì)層剝脫，咬合部位出現(xiàn)缺損，形狀與對合咬合相吻合；隨時間的增加，磨損情況逐漸明顯：D6頰尖、舌尖均呈片狀缺損，以近中頰尖為明顯。

未進(jìn)行實驗時的烤瓷冠橋、體表面光滑，在鏡下反光，可見有少量微小氣泡散布在表層下；實驗進(jìn)行中的烤瓷冠、橋體，咬合接觸部位可見表面粗糙、高低不平，呈不規(guī)則的波浪形，局部有凹陷（為缺損處）；隨著實驗時間的增加，粗糙范圍加大，程度逐漸加重（如圖1）。

掃描電鏡下可見非咬合區(qū)表面光滑，有少量細(xì)小突起或凹陷，而咬合功能區(qū)表面粗糙，晶粒高低錯綜排列（如圖2）。晶粒間有一定數(shù)量的微裂隙。裂隙呈線條狀，方向不規(guī)則，未發(fā)現(xiàn)放射狀裂隙。功能區(qū)中央部位裂隙較多（如圖3），而接近非咬合區(qū)則裂隙數(shù)量減少。與前牙疲勞實驗相比，總體數(shù)量稍多，寬度無明顯區(qū)別，但長度較長，在30～50μm，甚至有大塊晶粒周邊3/4為裂隙所包繞（如圖4）。

3討論

3.1 模擬后牙咬合力和頻率的相似性：后牙作為咀嚼食物的最主要的部位，在咀嚼周期中承擔(dān)著咀嚼肌的大部分的肌力，受力最大，其耐疲勞性非常重要，以第一磨牙尤為突出[8]。因而本實驗選擇了第一磨牙修復(fù)體作為實驗的對象。

根據(jù)王蕙蕓教授統(tǒng)計[7]，正常成人每天咀嚼2 400次，即上下頜牙齒咬合接觸2 400次。本實驗中調(diào)速電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速為900r/min（15Hz），因而在實驗進(jìn)行16、48、80、160、320h時，上下頜試件咬合接觸了8.64×105、2.59×106、4.32×106、8.64×106、1.73×107次，相當(dāng)于進(jìn)行了1、3、5、10、20年的咬合，并且達(dá)到一般疲勞實驗所需要的足夠大的有限循環(huán)數(shù)Nc（107次）[9]。

本研究輸出電壓差在570～660mV，對應(yīng)咬合力則為92～107N。而咬合力約為98N時，可以粉碎芝麻糖（8.16kg）、胡蘿卜（7.46kg）、黃瓜（6.79kg）、饅頭（8.80kg）、干糧（8.30kg）等絕大多數(shù)常見蔬菜、水果、主食[10]。因而在本實驗中將其確定為后牙行使功能時的咬合力。

3.2微裂隙與疲勞的負(fù)荷強(qiáng)度效應(yīng)：通過肉眼及低倍顯微鏡未發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋，因而本實驗對疲勞實驗完成后的修復(fù)體進(jìn)行了掃描電鏡檢查。結(jié)果表明，在后牙烤瓷冠、橋體功能區(qū)表面出現(xiàn)了微裂隙。

根據(jù)力學(xué)原理，機(jī)械疲勞最容易發(fā)生在應(yīng)力集中的部位及其附近區(qū)域，而通常應(yīng)力集中升高區(qū)是承受外力的部位、結(jié)構(gòu)邊緣、局部凸出或凹陷部位以及幾何外形發(fā)生突變的部位[11]。具體到牙齒，后牙的尖、窩既是承受咬合力的部位，又是局部凸出或凹陷部位以及幾何外形發(fā)生突變的部位，所以疲勞最容易從牙尖、窩開始。

構(gòu)件表面加工質(zhì)量對疲勞性能的影響很大，因為表面的缺陷可以導(dǎo)致應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中促使疲勞裂紋形成，從而使疲勞極限下降。可以說，表面光潔度越高，疲勞極限越大。在應(yīng)力相同的情況下，表面光潔度越高，微裂隙數(shù)量減少，引起疲勞的可能性也隨之下降。由本實驗結(jié)果可以看出，在無咬合力的作用時，烤瓷修復(fù)體表面光潔，體視鏡下可以看到勻質(zhì)的釉質(zhì)瓷。實驗開始后，修復(fù)體表面粗糙，光潔度下降，隨著實驗時間的延長，粗糙程度加大。提示在進(jìn)行烤瓷修復(fù)時，修復(fù)體拋光和上釉是非常關(guān)鍵的一步，可以提供烤瓷修復(fù)體的抗疲勞性能。

3.3 后牙烤瓷修復(fù)體的疲勞分析：根據(jù)疲勞學(xué)原理[9]，疲勞源總是位于應(yīng)力集中的部位，裂紋是在循環(huán)加載作用下，晶粒間產(chǎn)生滑行帶的“擠入”或“擠出”，從而形成的表面粗糙不平整的缺陷。本實驗對后牙的冠和橋進(jìn)行了模擬長達(dá)20年的疲勞測試。結(jié)果顯示，在正常咬合力的作用下，肉眼觀咬合部位出現(xiàn)疲勞性磨耗，而均未出現(xiàn)明顯的可以引起疲勞破壞和崩裂的裂紋，但與非咬合區(qū)相比，咬合功能區(qū)表面可見明顯的、粗糙的晶粒，而裂隙則不規(guī)則散布其中，而在掃描顯微鏡下可見長達(dá)30～50μm的微裂隙。表明在正常咬合力的循環(huán)加載作用下，后牙烤瓷修復(fù)體表面出現(xiàn)了疲勞現(xiàn)象的初期表征，但仍不足以造成瓷結(jié)構(gòu)分子間分離、斷裂，乃至烤瓷修復(fù)體發(fā)生瓷崩現(xiàn)象，因而在后牙的咬合力下，尚不能產(chǎn)生烤瓷修復(fù)體的疲勞破壞。

從前后牙的掃描電鏡結(jié)果對比可知：前后牙功能區(qū)表面均出現(xiàn)微裂隙，但長度及形態(tài)不同，后牙微裂隙在長度上明顯超過前牙微裂隙，且有包繞晶粒的形態(tài)出現(xiàn)。由于實驗中作用在后牙上的咬合力遠(yuǎn)大于作用在前牙上的，而疲勞破壞是在微裂隙的基礎(chǔ)上逐漸擴(kuò)大而形成的。表明隨著負(fù)荷強(qiáng)度的增大，裂隙有逐漸擴(kuò)大的趨勢，提示在咬合力超過一定范圍后，會出現(xiàn)大的裂紋以至引起疲勞破壞。也表明在臨床上非常有必要對患者進(jìn)行醫(yī)囑，即戴入烤瓷修復(fù)體后，切勿使用過大的咬合力，少進(jìn)食過硬的食物。

4結(jié)論

本實驗應(yīng)用口腔修復(fù)體疲勞壽命測試機(jī)對后牙烤瓷修復(fù)體進(jìn)行了疲勞壽命測試。結(jié)果表明，經(jīng)受相當(dāng)于20年的正常咬合力的作用后，在肉眼及低倍顯微鏡下，冠、橋表面出現(xiàn)疲勞性磨耗，在掃描電鏡下，有長達(dá)30～50μm的微裂隙，未見有明顯的可以引起疲勞破壞和崩裂的裂紋。說明烤瓷修復(fù)體具有相當(dāng)優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)性能，提示可以作為后牙的永久性修復(fù)體。

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[收稿日期]2011-03-20 [修回日期]2011-05-05

編輯/何志斌

注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”