靜態(tài)載荷下不同材料修復(fù)下頜第二前磨牙非齲性頸部缺損的有限元分析

王 靜，殷金萍，孫亞麗，林華潔

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院口腔內(nèi)科 鄭州 450052

對(duì)于牙體非齲性頸部缺損，臨床上常規(guī)采用直接樹(shù)脂充填修復(fù)。近年來(lái)，隨著材料學(xué)的發(fā)展，間接修復(fù)方式的應(yīng)用越來(lái)越普遍。陶瓷材料彈性模量較高，可減少剩余牙齒結(jié)構(gòu)上應(yīng)力的傳遞，減少牙齒斷裂的機(jī)會(huì)，因此被認(rèn)為是一種理想的修復(fù)材料[1]。二硅酸鋰增強(qiáng)型玻璃基陶瓷(IPS e.max)由二硅酸鋰晶體構(gòu)成，具有高強(qiáng)度、高抗斷裂韌性以及化學(xué)穩(wěn)定性。樹(shù)脂基納米陶瓷，其代表產(chǎn)品即優(yōu)韌瓷(Lava Ultimate)，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%納米陶瓷填料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%樹(shù)脂聚合體基質(zhì)構(gòu)成，具有高韌性等完美性能。而近幾年新出的氧化鋯增強(qiáng)型硅酸鋰玻璃烤瓷(Celtra Duo)，其晶體結(jié)構(gòu)是二硅酸鋰瓷塊的1/8～1/4，具有良好的強(qiáng)度和美學(xué)效果。目前，對(duì)于直、間接修復(fù)頸部缺損的力學(xué)研究較為少見(jiàn)，且大多集中在樹(shù)脂、金合金嵌體等。本研究通過(guò)有限元建立右下頜第二前磨牙頸部缺損模型，利用IPS e.max、Celtra Duo、Filtek Z350樹(shù)脂塊、Lava Ultimate和Filtek Supreme XT等5種材料修復(fù)缺損，觀察牙齒應(yīng)力變化，為臨床修復(fù)材料的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣本準(zhǔn)備選擇牙齒各項(xiàng)數(shù)據(jù)均在正常范圍以?xún)?nèi)的志愿者1名。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理號(hào)：2020-KY-0201-001)。

1.2 下頜第二前磨牙頸部缺損模型的構(gòu)建及修復(fù)通過(guò)CBCT機(jī)獲取志愿者右下頜第二前磨牙影像數(shù)據(jù)，用Mimics 17.0和Geomagic Studio 2013軟件建立并精修該牙三維實(shí)體模型，用Unigraphics NX 10.0在模型頸部切出碟狀部分，得到深度1 mm[2]、軸向高度7.5 mm[3]、洞緣角度120°的缺損模型(對(duì)照)。應(yīng)用IPS e.max(A組)、Celtra Duo(B組)、Filtek Z350樹(shù)脂塊(C組)、Lava Ultimate(D組)和Filtek Supreme XT(E組)5種材料修復(fù)缺損。最后將對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組共6個(gè)模型分別導(dǎo)入ANSYS Workbench 2020 R1中進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分并進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。缺損模型共獲節(jié)點(diǎn)總數(shù)60 321，單元格數(shù)40 185個(gè)。實(shí)驗(yàn)組模型節(jié)點(diǎn)數(shù)503 948個(gè)，單元格數(shù)371 229個(gè)。

表1 實(shí)驗(yàn)相關(guān)力學(xué)參數(shù)[8-10]

2 結(jié)果

有限元模型見(jiàn)圖1。應(yīng)力加載后，剩余牙體組織的Von Mises應(yīng)力分布見(jiàn)圖2；不同修復(fù)材料的Von Mises應(yīng)力分布見(jiàn)圖3。修復(fù)缺損后，各組剩余牙體組織Von Mises應(yīng)力峰值及最大主應(yīng)力見(jiàn)表2，材料應(yīng)力值見(jiàn)表3，頰尖位移值見(jiàn)表4。結(jié)果顯示：對(duì)照組剩余牙體組織應(yīng)力值最高，各實(shí)驗(yàn)組應(yīng)力值降低，且缺損內(nèi)部的應(yīng)力分布更為均勻。對(duì)于材料本身的應(yīng)力值而言，A組材料應(yīng)力值最高。

A:牙體模型輪廓；B:牙體各部分組織結(jié)構(gòu)；C:牙體模型網(wǎng)格劃分；D:修復(fù)后模型網(wǎng)格；E:垂直加載；F:頰向舌45°加載；G:舌向頰45°加載；H:位移限制(藍(lán)色區(qū)域上方位移量為0)

圖2 垂直加載(上)、頰向舌45°加載(中)、舌向頰45°加載(下)時(shí)各組剩余牙體組織Von Mises應(yīng)力云圖

圖3 垂直加載(上)、頰向舌45°加載(中)、舌向頰45°加載(下)時(shí)各實(shí)驗(yàn)組修復(fù)材料的Von Mises應(yīng)力云圖

表2 不同材料修復(fù)頸部缺損洞型后各組剩余牙體組織應(yīng)力值 MPa

表3 不同材料修復(fù)頸部缺損洞型后各實(shí)驗(yàn)組材料應(yīng)力值 MPa

表4 不同材料修復(fù)頸部缺損洞型后各組頰尖位移值 μm

3 討論

3.2 不同材料修復(fù)牙頸部缺損后的力學(xué)分析結(jié)果從不同修復(fù)材料應(yīng)力云圖發(fā)現(xiàn)齦壁是頸部缺損修復(fù)應(yīng)力集中區(qū)，說(shuō)明此處牙體組織易發(fā)生破裂，進(jìn)而導(dǎo)致微滲漏的產(chǎn)生。因此減小齦壁部位的應(yīng)力值，有利于提高修復(fù)的遠(yuǎn)期效果。Filtek Z350樹(shù)脂塊、Lava Ultimate和Filtek Supreme XT修復(fù)頸部缺損后，剩余牙體組織及材料本身的Von Mises應(yīng)力峰值和最大主應(yīng)力均低于其他組，說(shuō)明與牙體組織彈性模量相接近或更低的材料在受力時(shí)能獲得更類(lèi)似于健全牙齒的應(yīng)變規(guī)律，不會(huì)產(chǎn)生較大的變形，減少牙體及材料本身折裂的風(fēng)險(xiǎn)。但有研究[14]認(rèn)為彈性模量更高的材料在受力時(shí)自身可承擔(dān)較大應(yīng)力，因此向周?chē)M織傳遞的應(yīng)力小，起到對(duì)牙體的保護(hù)作用。故選擇修復(fù)材料時(shí)，彈性模量可提供一定的參考，但并不是唯一的評(píng)估指標(biāo)。

3.3 牙頸部缺損修復(fù)的注意事項(xiàng)目前，對(duì)于非齲性頸部缺損的修復(fù)，多采用直接樹(shù)脂充填，其具有微創(chuàng)、簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。本研究發(fā)現(xiàn)，彈性模量最低的Filtek Supreme XT的頰尖位移值最大，說(shuō)明直接修復(fù)后材料與牙體的粘結(jié)更易受到力的作用，材料較易脫落。還有研究[15]發(fā)現(xiàn)復(fù)合樹(shù)脂修復(fù)可使其與牙齒交界面的剪切應(yīng)力增加4～6倍，若應(yīng)力超過(guò)牙齒與復(fù)合樹(shù)脂結(jié)合強(qiáng)度將導(dǎo)致充填物脫落而修復(fù)失敗。此外，樹(shù)脂質(zhì)量、洞緣角度和洞型等也會(huì)影響復(fù)合樹(shù)脂修復(fù)的成功率。因此在修復(fù)過(guò)程中應(yīng)充分考慮這些因素，如增加洞緣斜面的角度、使應(yīng)力集中區(qū)遠(yuǎn)離窩洞邊緣等，以延長(zhǎng)修復(fù)體使用壽命。

臨床上，間接修復(fù)頸部缺損的病例日益增多，李勁等[16]通過(guò)追蹤觀察發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂嵌體遠(yuǎn)期修復(fù)效果優(yōu)于直接樹(shù)脂充填，可降低菌斑集聚、增強(qiáng)粘結(jié)效果等。間接修復(fù)還可獲得精確的邊緣修整外形來(lái)維持牙周組織健康，尤其適用于缺損面積較大、材料容易脫落以及后牙難以隔濕干燥的區(qū)域[17]。同時(shí)，間接修復(fù)具有不受操作空間限制、粘結(jié)操作簡(jiǎn)便、齦溝液污染少等優(yōu)勢(shì)，因此可獲得較直接修復(fù)更強(qiáng)的粘結(jié)力。有學(xué)者[2]根據(jù)病變深度及軸向高度比值界定頸部碟形病變?yōu)?.13～0.44。因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺損深度1 mm、病變軸向高度7.5 mm的碟形缺損，可避免銳利尖端造成頸部應(yīng)力過(guò)度集中，充分考慮了臨床間接修復(fù)頸部缺損的洞型預(yù)備要求，更具臨床意義。