三維有限元下后牙牙體缺損修復(fù)的研究現(xiàn)狀

張孟婷 高嵐

1 對(duì)死髓牙的三維有限元分析

根管治療使牙本質(zhì)應(yīng)力集中程度高于活髓牙,但適當(dāng)?shù)男迯?fù)可以減少牙體內(nèi)應(yīng)力[6]。Reeh等[7]研究發(fā)現(xiàn)RCT后牙體組織會(huì)下降5%的相對(duì)強(qiáng)度,這是因?yàn)榻㈤_髓通路所導(dǎo)致,1個(gè)邊緣嵴的缺失會(huì)導(dǎo)致牙齒硬度損失46%,而MOD預(yù)備導(dǎo)致牙尖相對(duì)硬度平均損失63%。Ibrahim等[8]認(rèn)為牙髓治療后剩余牙體組織表面積與牙斷裂強(qiáng)度呈正相關(guān),剩余牙體組織影響牙抗折性。如何根據(jù)缺損來選擇合適的修復(fù)方式目前并沒有確切的定論。

2 與牙體缺損相關(guān)的各類“冠類”修復(fù)體的有限元分析

2.1 全冠、半冠修復(fù)體 有三維有限元分析顯示在不同牙體缺損中,全冠修復(fù)體所受到的應(yīng)力由肩臺(tái)部位的牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)共同承擔(dān),牙體組織全部被修復(fù)體包繞,可以將牙體組織的拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力,使應(yīng)力均勻向下傳遞[9],同時(shí)全冠對(duì)側(cè)向力的耐受程度好[10],對(duì)剩余牙體組織有“護(hù)盾”的作用,同時(shí)此觀點(diǎn)與王慧媛等[11]觀點(diǎn)一致。但還有研究顯示全冠修復(fù)需要進(jìn)行牙體結(jié)構(gòu)67.5%～75.6%的牙體預(yù)備[12],磨除量極大,約為嵌體預(yù)備的14倍。這樣會(huì)使剩余牙體組織剩余量大幅度減少,尤其是牙釉質(zhì)的減少,從以往的研究表明在牙體組織內(nèi),牙釉質(zhì)起主要支持作用,若其磨除量大,支持作用減弱,會(huì)降低牙體組織的抗折強(qiáng)度[13],因此盡可能保留較多的牙釉質(zhì)對(duì)于降低牙體組織的劈裂具有重要意義。

2.2 嵌體類修復(fù)體 隨著粘接技術(shù)的發(fā)展,使用冠內(nèi)修復(fù)體修復(fù)后牙已成為可能,其優(yōu)點(diǎn)不用大量制備,最大程度保存牙體組織,且在牙根處干擾程度小[12,14]。嵌體類修復(fù)體主要包括嵌體、高嵌體、髓腔固位冠等。大量三維有限元分析顯示:對(duì)于邊緣嵴完整,較淺的洞型,嵌體修復(fù)可以降低牙體應(yīng)力,但是對(duì)于MOD洞型大面積牙體缺損在軸髓線角、牙頸部等薄弱部位均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中[15]。魏寧等[16]研究認(rèn)為對(duì)于大面積牙體組織的喪失,覆蓋全部牙尖的高嵌體可以降低牙體組織應(yīng)力,有利于牙齒保護(hù)。Mei等[17]在對(duì)嵌體和高嵌體寬度的三維有限元分析中得出窩洞寬度從2.0 mm 增加到4.0 mm時(shí),尤其是斜向加載時(shí),嵌體對(duì)牙本質(zhì)產(chǎn)生的應(yīng)力高于高嵌體對(duì)牙本質(zhì)的應(yīng)力,尤其是當(dāng)寬度到4.0 mm時(shí),表現(xiàn)最為明顯,說明當(dāng)窩洞寬度達(dá)到4.0 mm時(shí),應(yīng)使用覆蓋牙尖的高嵌體修復(fù)來降低咬合力,降低牙尖骨折的風(fēng)險(xiǎn)。

髓腔固位冠又稱作嵌體冠,其優(yōu)勢(shì)便是可以利用髓腔固位更大程度的保存牙體組織,有三維有限元研究表明在不同缺損類型中此種修復(fù)體均可降低應(yīng)力、分散應(yīng)力[18]。其不僅為牙髓治療后牙齒的封閉和修復(fù)提供了支持,同時(shí)也為鈣化、短根管或根管破裂的牙齒提供了一種臨床選擇[19]。有限元分析表明:嵌體冠較樁核冠會(huì)降低牙體組織應(yīng)力,并使應(yīng)力分布更加均勻分散[20],嵌入2 mm或4 mm深度更有利于降低牙齒骨折機(jī)率[21]。同時(shí),髓腔固位冠除了要保證進(jìn)入髓腔內(nèi)的深度外,還應(yīng)注意要保證髓室壁的厚度,有研究表明隨著髓室厚度的增加會(huì)降低髓室側(cè)壁的應(yīng)力值,因此,我們?cè)诒ＷC修復(fù)體進(jìn)入髓腔內(nèi)的深度的同時(shí),還要注意盡可能的保證髓腔側(cè)壁的厚度[22]。

3 與修復(fù)體相關(guān)的其他因素

3.1 不同修復(fù)體材料的特點(diǎn)及三維有限元分析 牙體缺損的修復(fù)除了修復(fù)方式選擇合理之外,修復(fù)材料也很關(guān)鍵。修復(fù)材料多種,如金屬材料、復(fù)合樹脂、陶瓷材料等。尤其是隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展,對(duì)材料可以直接進(jìn)行切割成型降低了成本節(jié)約了時(shí)間,同時(shí)切割的修復(fù)體表面顆粒更加致密、均勻。江帆等[27]研究表明有CAD/CAM切割制作的高嵌體邊緣密合性、咬合接觸、修復(fù)體固位均高于傳統(tǒng)制作方法。

最早應(yīng)用于口腔領(lǐng)域的金屬冠雖然耐磨、強(qiáng)度高,但是很多非金屬材料在口腔內(nèi)長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)析出有害物質(zhì),且顏色不美觀,一般僅用于后牙[28]。后期又相繼出現(xiàn)復(fù)合樹脂及全瓷材料。在靜態(tài)加載條件下評(píng)估材料的性能,將彈性模量、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性,作為材料的一般表征[29]。

修復(fù)材料的彈性模量與牙體組織的應(yīng)力分布有極大的關(guān)系,如對(duì)于齲壞范圍廣泛剩余牙壁少,牙體組織薄弱的情況,為了降低牙體組織的高應(yīng)力集中,盡可能選擇與牙本質(zhì)彈性模量接近的復(fù)合樹脂,減少牙折可能[35]。但也應(yīng)注意復(fù)合樹脂彈性模量低,其耐磨性差,長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)樹脂老化、變色及微滲漏等情況。有研究實(shí)驗(yàn)對(duì)于大面積缺損的患牙使用復(fù)合樹脂、金合金、玻璃陶瓷、氧化鋯高嵌體材料修復(fù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),玻璃陶瓷對(duì)剩余牙體組織發(fā)揮的應(yīng)力最小,應(yīng)力分布最合理[36]。因此在大面積牙體缺損修復(fù)中我們應(yīng)盡可能選擇彈性模量較氧化鋯低的玻璃陶瓷高嵌體修復(fù)。

3.2 不同修復(fù)體粘接系統(tǒng)的特點(diǎn)及三維有限元分析 粘接劑層就類似于一個(gè)“連接體”,將修復(fù)體與牙體組織相連,起到粘接固位作用,其種類繁多,如玻璃離子、聚羧酸鋅、磷酸鋅水門汀,及近年來逐漸發(fā)展的樹脂水門汀,有研究證實(shí)樹脂水門汀的強(qiáng)度、抗微滲漏等性能強(qiáng)于其他粘接劑,已成為全瓷冠粘接的主流[39]。有研究顯示:修復(fù)體和牙體組織間的樹脂粘接劑層可充當(dāng)緩沖層,對(duì)牙體組織受到的咀嚼應(yīng)力發(fā)揮吸能作用[40],減少牙體組織的受力。Hayashi等[41]認(rèn)為粘接劑層長(zhǎng)期受力會(huì)出現(xiàn)磨損,最終會(huì)導(dǎo)致粘接失敗,修復(fù)體脫落。因此粘接劑在牙體缺損修復(fù)中扮演者極為重要的角色。有文獻(xiàn)顯示低彈性模量的粘接劑其在粘接界面產(chǎn)生的剪切力小,可以降低粘接層的應(yīng)力分布,從而降低冠脫落率[42],這與閆嘉群等[43]觀點(diǎn)一致。但是當(dāng)粘接劑層厚度不變時(shí),粘接劑彈性模量越高,對(duì)修復(fù)體飾瓷層應(yīng)力越大,易造成全瓷冠崩瓷[44]。這就說明在選擇粘接劑時(shí),我們要綜合考慮選擇最為恰當(dāng)?shù)牡恼辰觿?/p>

粘接劑具有流動(dòng)性,其固化會(huì)收縮,粘接層越厚固化收縮越多,越容易在粘接界面形成應(yīng)力集中,致使冠脫落。因此粘接劑的厚度對(duì)牙體缺損的修復(fù)也很重要。有關(guān)水門汀厚度對(duì)牙冠粘接層應(yīng)力影響的有限元分析實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)無論是磷酸鋅、聚羧酸鋅、還是樹脂水門汀,粘接厚度在50 μm時(shí),其粘接層的應(yīng)力值均最低,能降低粘接層的破壞,過薄或過厚應(yīng)力值均會(huì)增加[42]。還有實(shí)驗(yàn)研究表明粘接層在100 μm時(shí)對(duì)瓷貼面的等效應(yīng)力值最小[44]。我們應(yīng)該結(jié)合修復(fù)材料、患者咀嚼習(xí)慣等選擇合適的粘接劑及粘接厚度。

3.3 牙體缺損修復(fù)墊底系統(tǒng)的選擇 牙體修復(fù)治療會(huì)導(dǎo)致牙體組織理化性能的平衡性遭到破壞,正常牙應(yīng)力傳遞具有連續(xù)性,而制作修復(fù)體后,應(yīng)力連續(xù)性遭到破壞,在修復(fù)體與粘接劑層、粘接劑層和基牙、墊底層和基牙之間屬性不同,應(yīng)力不能連續(xù)傳遞。因此每個(gè)界面對(duì)牙體組織的影響都不可忽略。有文獻(xiàn)報(bào)道有大面積牙體缺損時(shí),利用髓腔固位的高嵌體,髓腔如果不進(jìn)行墊底充填,修復(fù)體應(yīng)力直接傳遞到髓底,牙體組織長(zhǎng)期受力會(huì)造成根分叉處折裂[45],因此如何選擇合適墊底材料和墊底厚度對(duì)牙體組織應(yīng)力分布有重要影響。

除了墊底材料影響牙體組織修復(fù),墊底厚度與修復(fù)也極為相關(guān)。在選用同種墊底材料時(shí),墊底厚度越厚對(duì)剩余牙體組織的應(yīng)力也就越大[46],同時(shí)也會(huì)加大粘接劑層的應(yīng)力集中,長(zhǎng)期以往會(huì)使粘接劑層出現(xiàn)微滲漏,最終會(huì)造成修復(fù)體松動(dòng)脫落[47]。有研究表明陶瓷修復(fù)體越厚時(shí)會(huì)使牙體內(nèi)部應(yīng)力分布更加均勻,即使是對(duì)于髓腔不墊底的情況也適用[48]。但是其墊底厚度的具體數(shù)值眾多學(xué)者有不同的爭(zhēng)論,有的學(xué)者考慮當(dāng)使用玻璃離子作為墊底材料時(shí),墊底厚度對(duì)于基牙冠部、粘接劑層、髓室底應(yīng)力的綜合影響,尤其是對(duì)于粘接劑層的影響,由于粘接劑層較薄,墊底厚度增加會(huì)使粘接層應(yīng)力相對(duì)增大,受力時(shí)傳遞到粘接劑層容易造成其破裂,因此選擇1 mm的墊底厚度最為合適[45]。也有學(xué)者在研究玻璃離子、流動(dòng)樹脂、復(fù)合樹脂三種不同墊底材料的不同墊底厚度對(duì)全瓷嵌體應(yīng)力分布影響中發(fā)現(xiàn)無論哪種墊底材料,當(dāng)墊底厚度為 0.5 mm時(shí),牙釉質(zhì)最大拉應(yīng)力峰值最小,牙本質(zhì)峰值最低,當(dāng)墊底厚度達(dá)到1 mm時(shí),牙本質(zhì)峰值最小,牙釉質(zhì)增大,當(dāng)厚度增大到1.5 mm時(shí),牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)峰值均較大[49]。

因此選擇何種墊底材料及墊底厚度還是要根據(jù)剩余牙體組織的多少綜合考慮。

4 三維有限元的應(yīng)用現(xiàn)狀及不足

三維有限元法是一種利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行力學(xué)分析的方法,用來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谳d荷作用下的變形,其最初應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域。后來又逐漸應(yīng)用于機(jī)電工程、建筑工程、物流運(yùn)輸及生物醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域。其主要核心為“先離散,后整合”思想,即將研究目標(biāo)的連續(xù)求解區(qū)域離散為一組或多組有限且具有相互作用的單元,這些單元之間可以相互連結(jié)且自身又有不同的形狀,可以通過分析求解這些小的單元體,合并計(jì)算研究對(duì)象的整個(gè)求解區(qū)。三維有限元法在20世紀(jì)70年代初,有學(xué)者提出,首次應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,與實(shí)驗(yàn)力學(xué)分析相比,有效的避免了操作者、模擬操作步驟及操作器械所產(chǎn)生的誤差,并且應(yīng)用FEM時(shí),確定一種模型后,可以在數(shù)據(jù)庫(kù)里反復(fù)的更改材料屬性而不破壞研究模型,最大程度的保留了模型的真實(shí)性,操作更加便捷并可進(jìn)行精準(zhǔn)的受力分析,降低了經(jīng)濟(jì)成本[50]。

三維有限元分析法是目前分析口腔內(nèi)不同結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布最為簡(jiǎn)便、實(shí)用的方法之一,其優(yōu)勢(shì)是可以將牙體組織和修復(fù)體中的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)榱χ捣治?。三維模型不僅可以模擬牙齒與修復(fù)體之間完美結(jié)合的界面,還可以模擬口腔中種植修復(fù)、固定修復(fù)、可摘活動(dòng)修復(fù)等各種修復(fù)方式的受力分析,三維有限元在口腔修復(fù)領(lǐng)域的力學(xué)研究已經(jīng)非常成熟。目前絕大多數(shù)模型的建立大都依靠CBCT掃描圖像,并將圖像轉(zhuǎn)化為不同文件格式導(dǎo)入不同建模軟件中形成模型并進(jìn)行受力分析。此種方法比起傳統(tǒng)的磨片法、切片法,可以在不破壞模型本身的前提下,多視角的觀察模型不同部位受力情況,且只要設(shè)置好材料屬性,便可以反復(fù)計(jì)算求解。

因此如何進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)、載荷選擇、牙體組織性質(zhì)及更加真實(shí)的模擬口腔狀態(tài)、是我們接下來需進(jìn)一步研究的目標(biāo)。