軟彈性咬合板對磨牙癥患者牙周組織應(yīng)力的影響

趙儷月

廣州市第一人民醫(yī)院口腔科(廣州 510180)

磨牙癥是一種公認(rèn)有害的口頜系統(tǒng)非生理性運(yùn)動[1]。磨牙期間會產(chǎn)生過大的異常力，可能導(dǎo)致一系列并發(fā)癥，例如，頜面部疼痛、牙磨損、顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病、修復(fù)治療的失敗等。同時(shí)，過大的力對牙周組織健康也會產(chǎn)生不利影響，尤其是對已患有牙周炎的患者，這種異常力可加速牙周組織的破壞，導(dǎo)致牙齒早失[2]。因此，臨床上亟需一種安全有效的方式來緩解磨牙癥給牙周組織帶來的負(fù)面影響。佩戴軟彈性咬合板是一種具有可逆性的保守治療方法，使用后可減少病人的夜磨牙活動頻率[3]，并且能夠通過改善顳頜關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布來調(diào)節(jié)和恢復(fù)磨牙癥引發(fā)的顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病[4- 5]。目前，關(guān)于軟彈性咬合板對磨牙癥患者的牙周組織應(yīng)力分布的影響還尚未清楚，因此，本研究從保護(hù)牙周組織的角度出發(fā)，使用三維有限元方法，分析不同厚度的軟彈性咬合板對磨牙癥患者的牙周組織應(yīng)力分布、應(yīng)力大小有何影響。

1 資料與方法

1.1 研究資料

1.1.1 研究對象 選擇1名26歲女性作為志愿者。納入標(biāo)準(zhǔn)：個(gè)別正常、無牙體牙髓疾病及牙周疾病等口腔病變，牙列完整。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及軟件

①錐形束CT機(jī)(韓國怡友)。

②仿真用計(jì)算機(jī)硬件配置及操作系統(tǒng)：Intel(R) Core(TM) i7-7700K 4.20GHz，32G內(nèi)存；Windows 7 Professional(64bit)。

③仿真用軟件： Mimics 20.0(比利時(shí)Materialise)；Geomagic 12(美國Geomagic)；Ansys Workbench 18.0(美國Ansys)。

1.2 影像資料采集

使用錐形束CT機(jī)獲得志愿者的上、下頜骨及牙列等CT數(shù)據(jù)，層厚0.1 mm，以Dicom的格式保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 三維模型的建立

1.3.1 CT文件的處理 利用CT掃描獲得的上下頜骨及牙列組織等圖像以Dicom格式輸入三維重建軟件Mimics中，對其進(jìn)行Mask蒙皮處理之后，分別得到上下頜骨、牙列等組織三維輪廓模型，并以STL格式文件導(dǎo)出。

1.3.2 三維實(shí)體重建 將得到的STL文件讀入Geomagic，進(jìn)行逆向工程重建的工作。對三維模型進(jìn)行光滑打磨、曲面片構(gòu)造、格柵、實(shí)體化等一系列圖像處理，生成三維圖形IGES文件格式。

1.3.3 工況建模 本實(shí)驗(yàn)需要建立不戴軟彈性咬合板、戴薄軟彈性咬合板(1 mm)、戴厚軟彈性咬合板(2 mm)3種模型，經(jīng)上面得到的IGES格式文件導(dǎo)入到Ansys Workbench軟件中進(jìn)行布爾運(yùn)算、曲面加厚，特征縮放等操作，獲得需要的牙體、牙周組織模型及含軟彈性咬合板的三維模型，其中設(shè)置牙周膜厚度0.25 mm，高于牙槽嵴頂1 mm。

1.4 有限元分析

1.4.1 網(wǎng)格劃分 將裝配好的實(shí)體模型導(dǎo)入Ansys Workbench，進(jìn)行布爾運(yùn)算，賦好材料參數(shù)，設(shè)置好接觸，然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，除軟彈性咬合板采用殼單元(其厚度分別設(shè)置為1 mm和2 mm)外，其他組織均實(shí)體單元Solid 187劃分網(wǎng)格單元大小0.5 mm。因?yàn)檐洀椥砸Ш习宀捎脷卧獎澐志W(wǎng)格，所以單元節(jié)點(diǎn)并不改變，只是改變殼單元實(shí)常數(shù)厚度。

1.4.2 計(jì)算設(shè)置

①材料參數(shù) 計(jì)算用到的各部件材料參數(shù)見表1[6- 7]。

表1 三維有限元模型各部分力學(xué)參數(shù)

②接觸設(shè)置 由于各部件之間不會發(fā)生分離，因此接觸均設(shè)置為綁定。

③施加載荷與約束 選擇右側(cè)半口上下頜所有牙齒及牙周組織作為研究對象，載荷按照3種方向加載，分別為：與牙體長軸平行(0°)、與牙體長軸成45°(45°)、與牙體長軸垂直(90°)。計(jì)算在有、無軟彈性咬合板的情況下牙周膜及牙槽骨最大等效應(yīng)力。力的作用點(diǎn)定于面或切端與牙體長軸相交處。約束上下頜骨。每顆牙齒加載咬合力的大小為成人最大咬合力。見表2。

表2 對右側(cè)上下頜各牙加載咬合力的大小(kg)[7- 8]

2 結(jié)果

2.1 不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜、牙槽骨應(yīng)力分布的影響

按照上述加載方法施加載荷后，未佩戴軟彈性咬合板時(shí)，牙周膜和牙槽骨的應(yīng)力均集中于牙頸部頰、舌側(cè)區(qū)域。加載咬合力的角度越大，應(yīng)力集中越明顯、應(yīng)力集中的范圍明顯增加。使用1 mm軟彈性咬合板后，牙周膜及牙槽骨的應(yīng)力集中位置不變，但范圍縮小，應(yīng)力分布趨于均勻。這種作用在使用了2 mm咬合板后更加顯著。見圖1、圖2。

圖1 各角度咬合力加載情況下不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜應(yīng)力分布的影響 注：A: 咬合力加載角度為0°;B: 咬合力加載角度為45°;C: 咬合力加載角度為90°每行從左至右依次是不戴軟彈性咬合板、戴1 mm軟彈性咬合板、戴2 mm軟彈性咬合板。

圖2 各角度咬合力加載情況下不同厚度軟彈性咬合板對牙槽骨應(yīng)力分布的影響注：A、B：咬合力加載角度為0°；C、D：咬合力加載角度為45°；E、F：咬合力加載角度為90°，A、C、E：上頜牙槽骨 B、D、F：下頜牙槽骨，圖片從左至右依次是不戴軟彈性咬合板、戴1 mm軟彈性咬合板、戴2 mm軟彈性咬合板。

2.2 不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜、牙槽骨最大應(yīng)力的影響

隨著咬合力加載角度的增加，牙周膜、牙槽骨所受到的應(yīng)力隨之增大，使用軟彈性咬合板可以降低該應(yīng)力。在任何咬合力加載角度下，2mm軟彈性咬合板對牙周膜及牙槽骨的應(yīng)力的緩沖能力均高于1 mm軟彈性咬合板。見圖3、圖4。

圖3 各咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜的最大應(yīng)力的影響(MPa)注：A:咬合力加載角度為0°，B：咬合力加載角度為45°，C：咬合力加載角度為90°，橫坐標(biāo)牙位順序按照切牙、尖牙、前磨牙、磨牙排列。

圖4 各咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對上下頜牙槽骨的最大應(yīng)力的影響(MPa)

未佩戴軟彈性咬合板、佩戴1 mm軟彈性咬合板、佩戴2 mm軟彈性咬合板時(shí)，所有受試牙牙周膜平均最大應(yīng)力值分別是12.72 MPa、10.64 MPa和9.33 MPa。

未佩戴軟彈性咬合板時(shí)，牙槽骨平均最大應(yīng)力值是519.97 MPa，當(dāng)佩戴1 mm軟彈性咬合板時(shí)，牙槽骨平均最大應(yīng)力值是444.28 MPa，佩戴2 mm軟彈性咬合板時(shí)，牙槽骨平均最大應(yīng)力值是390.87 MPa。

2.3 不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜應(yīng)力的緩沖效率

在以0°加載咬合力時(shí)，佩戴1 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應(yīng)力的緩沖效率平均為0.11(11%)，下頜為0.16(16%)。佩戴2 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應(yīng)力的緩沖效率平均為0.22(22%)，下頜為0.26(26%)。見圖5A。

在以45°加載咬合力時(shí)，佩戴1 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應(yīng)力的緩沖效率平均為0.16(16%)，下頜為0.17(17%)。佩戴2 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應(yīng)力的緩沖效率平均為0.26(26%)，下頜為0.27(27%)。見圖5B。

在以90°加載咬合力時(shí)，佩戴1 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應(yīng)力的緩沖效率平均為0.15(15%)，下頜為0.18(18%)。佩戴2 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應(yīng)力的緩沖效率平均為0.25(25%)，下頜為0.29(29%)。見圖5C。

圖5 不同咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜的應(yīng)力緩沖效率注：A:咬合力加載角度為0°B：咬合力加載角度為45°C：咬合力加載角度為90°。

因此，2 mm軟彈性咬合板對牙周膜應(yīng)力的緩沖效率優(yōu)于1 mm軟彈性咬合板，該緩沖作用對下頜牙周膜的影響大于上頜牙周膜，但緩沖效率的高低與咬合力的加載角度及牙位之間無明顯關(guān)聯(lián)。

2.4 不同厚度軟彈性咬合板對牙槽骨應(yīng)力的緩沖效率

1 mm軟彈性咬合板對上、下頜牙槽骨的應(yīng)力緩沖效率平均分別是14%和16%，2 mm軟彈性咬合板對上、下頜牙槽骨的應(yīng)力緩沖效率平均分別是24%、26%。

2 mm軟彈性咬合板對牙槽骨應(yīng)力的緩沖效率優(yōu)于1 mm軟彈性咬合板，該緩沖作用對下頜牙槽骨的影響大于上頜牙槽骨，緩沖效率的高低與咬合力的加載角度之間無明顯關(guān)聯(lián)。見圖6。

圖6 各咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對上下頜牙槽骨應(yīng)力緩沖效率

3 討 論

磨牙癥是咀嚼系統(tǒng)的一種功能異常運(yùn)動，患者在磨牙過程中上下頜接觸時(shí)間長、咬合力量大，且存在牙周組織耐受較差的側(cè)向力，致使牙周組織遭到破壞，進(jìn)而引起一系列的牙周疾病[1]，比如降低了牙周組織觸覺敏感性，緊咬牙導(dǎo)致牙齒移位的幾率增大。臨床附著喪失也與該疾病密切相關(guān)。此外，牙周炎患者如果同時(shí)患有磨牙癥，對其牙周治療的遠(yuǎn)期效果較差[9-10]。因此，磨牙癥對牙周健康的影響需引起廣泛關(guān)注。

軟彈性咬合板作為一種傳統(tǒng)的診斷治療工具，在咬合相關(guān)疾病的治療中有廣泛的用途。臨床上，軟彈性咬合板在磨牙癥的治療中也起到重要作用。關(guān)于軟彈性咬合板對磨牙癥的治療效果的研究并不少見，但其是否對磨牙癥患者的牙周組織有保護(hù)作用的研究還未見到。有限元分析在口腔醫(yī)學(xué)研究中應(yīng)用廣泛，由于其具有無創(chuàng)的特點(diǎn)，在評估咬合力對口腔各結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力以及位移方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。因此，本研究利用三維有限元方法，模擬并分析了在加載成人的最大咬合力情況下，牙周膜及牙槽骨所承受的咬合應(yīng)力如何，并對比在使用了軟彈性咬合板后，該應(yīng)力的大小及分布有何變化。為了更貼近真實(shí)情況下的磨牙動作，將咬合力的加載方向分解為延牙長軸(0°)，與牙長軸呈45°(45°)，以及與牙長軸垂直(90°)。目前臨床上常用的軟彈性咬合板厚度分為1 mm及2 mm，故本實(shí)驗(yàn)采用了這兩種厚度的軟彈性咬合板，加以比較。

模擬結(jié)果表明，在加載不同方向的咬合力后，最大的牙周膜應(yīng)力分布于牙槽窩頂部頰側(cè)以及舌側(cè)區(qū)域，牙槽骨最大應(yīng)力位于牙頸部周圍的頰舌側(cè)皮質(zhì)骨區(qū)域，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果是相似的[7，11]。使用軟彈性咬合板可緩沖牙周膜及牙槽骨的應(yīng)力，同時(shí)改善應(yīng)力集中情況。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，2 mm軟彈性咬合板的緩沖作用均優(yōu)于1 mm軟彈性咬合板。該緩沖作用的強(qiáng)弱與牙位及力的加載方向無明顯關(guān)聯(lián)，說明軟彈性咬合夾板在任何角度的咬合力下，對整個(gè)牙列的牙周組織的保護(hù)作用是一致的。但相同厚度軟彈性咬合板對下頜牙列的緩沖效果強(qiáng)于上頜牙列，這可能是由于：上下頜牙根、牙槽骨的解剖結(jié)構(gòu)差異影響了應(yīng)力大小及分布。

綜上所述，軟彈性咬合板可改善牙周組織的應(yīng)力分布、緩沖磨牙癥帶來的異常咬合力，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)牙周組織的目的。同時(shí)，為了提高治療效率，應(yīng)當(dāng)選擇厚度至少2 mm的軟彈性咬合板。該研究結(jié)果還提示，軟彈性咬合板不僅能夠應(yīng)用于磨牙癥患者，也可以為存在咬合創(chuàng)傷的牙周炎患者提供保護(hù)作用。但需要指出的是，在設(shè)計(jì)以磨牙癥為代表的咬合病治療方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)患者的實(shí)際情況綜合分析，采用多種方法聯(lián)合治療，并不能局限于某一種治療方法，方能獲得滿意療效[12]。本實(shí)驗(yàn)作為力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，無法完全體現(xiàn)患者在真實(shí)情況下復(fù)雜的磨牙動態(tài)過程，因此其結(jié)果在今后還需進(jìn)行臨床試驗(yàn)的驗(yàn)證，但該研究仍可為軟彈性咬合板在臨床上的使用提供一定實(shí)驗(yàn)依據(jù)。