于敬偉，謝偉麗，施夢(mèng)汝，陳 錢(qián),王 玥，焦海斌，徐 琳

楔狀缺損是牙齒唇、頰側(cè)頸部硬組織發(fā)生緩慢消耗所致的缺損，導(dǎo)致楔狀缺損的病因主要有應(yīng)力集中、橫刷牙、酸蝕等[1]。近年來(lái)臨床上應(yīng)用嵌體修復(fù)牙體缺損的病例逐漸增多，但用嵌體修復(fù)楔狀缺損的狀況較少。臨床上常用的嵌體有樹(shù)脂嵌體、瓷嵌體、金合金嵌體等，其中瓷嵌體具有較好的生物相容性和美觀性、耐腐蝕性和耐磨損性[2]，嵌體整個(gè)制作過(guò)程是在口外完成，較傳統(tǒng)的充填方法能更好地恢復(fù)牙齒原來(lái)的解剖外形，密合程度也會(huì)更好，咀嚼效率自然會(huì)有所提高[3]，但對(duì)于楔狀缺損的病例臨床通常采用樹(shù)脂或玻璃離子進(jìn)行充填，臨床效果往往不是很理想，經(jīng)常有微滲漏、繼發(fā)齲、充填物脫落等。從生物力學(xué)角度分析充填修復(fù)楔狀缺損的文章也有許多，但嵌體修復(fù)后的應(yīng)力情況尚未見(jiàn)報(bào)道。因此有必要研究不同材料嵌體修復(fù)楔狀缺損前后應(yīng)力分布情況，為臨床嵌體修復(fù)楔狀缺損提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和軟件

電子計(jì)算機(jī)(聯(lián)想酷睿i5，2.8 G CPU，8 G內(nèi)存，Windows 7操作系統(tǒng))；CBCT機(jī)(德國(guó)卡瓦Kavo 3D Exam錐形束CT機(jī))。

Mimics 17.0(Materialise公司，比利時(shí))醫(yī)學(xué)三維重建軟件、Geomagic Studio 13.0(Geomagic公司，美國(guó))逆向工程軟件、SolidWorks 2016三維機(jī)械制圖專用軟件(SolidWorks公司，美國(guó))、Abaqus 6.14有限元分析軟件(達(dá)索Simulia公司，法國(guó))。

1.2 樣本的選擇

本實(shí)驗(yàn)選擇牙列完整、咬合關(guān)系正常、牙周狀況良好以及無(wú)牙槽骨吸收、牙齒無(wú)明顯磨耗成年志愿者，進(jìn)行CBCT掃描，建立下頜第一前磨牙的三維形態(tài)數(shù)據(jù)。

1.3 牙齒模型的建立

1.3.1 計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型的建立 采用Kavo 3D Exam 錐形束CT機(jī)對(duì)受試者進(jìn)行掃描，掃描層厚0.25 mm，以標(biāo)準(zhǔn)DICOM 3.0格式存儲(chǔ)，然后將文件導(dǎo)入Mimics 17.0 軟件中，根據(jù)不同的灰度值區(qū)分牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙髓腔等不同組織[4]。再對(duì)蒙罩進(jìn)行處理計(jì)算形成初步的三維實(shí)體模型。如圖1所示。

圖1 下頜第一前磨牙的三維實(shí)體模型

然后以.stl格式輸出，由于Mimics軟件輸出的三維模型有許多不足，因此導(dǎo)入到Geomagic中，進(jìn)行模型的細(xì)化和精修，最終以SolidWorks軟件能識(shí)別的IGES(The Initial Graphics Exchange Specification)格式輸出，形成更光滑的三維實(shí)體模型。如圖2所示。

1.3.2 三維有限元模型生成 臨床上根據(jù)楔狀缺損破壞形式,可將楔狀缺損的損害形態(tài)分為С型、)型、>型和不規(guī)則型。依據(jù)缺損深度可分為淺、中、深型[5]。計(jì)算機(jī)中我們可以模擬>型楔狀缺損，但在實(shí)際臨床操作中我們需要預(yù)備出瓷嵌體修復(fù)的空間，可以預(yù)備瓷嵌體的最小厚度為0.3 mm[6-7]，但為了得到的應(yīng)力值數(shù)據(jù)更加典型和準(zhǔn)確，計(jì)算機(jī)上運(yùn)用SolidWorks軟件生成的三維有限元模型及楔狀缺損模型仍為>型，因采用瓷嵌體進(jìn)行修復(fù)，為了避免其他材料的蓋髓和根充，因此將深度設(shè)為1 mm[8]，夾角30°的下頜第一前磨牙的楔狀缺損三維模型，并在模型中建立出80 μm厚的粘結(jié)層[9]。如圖3所示。

圖2 光滑處理的下頜第一前磨牙的三維實(shí)體模型

圖3 下頜第一前磨牙的楔狀缺損模型

1.4 邊界加載和載荷方式

保證牙槽骨無(wú)水平以及垂直方向的位移。模擬臨床正常咬合情況，模型加載部位在牙齒的頰尖頂偏頰面，載荷方向?yàn)榕c牙長(zhǎng)軸成30°角，加載方式為靜態(tài)加載，載荷的大小為100 N[10-11],載荷部位的面積為0.8 mm2[12]。正常第一前磨牙咬合壓強(qiáng)為32.6 MPa[13]，材料力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1[14]。

1.5 應(yīng)力分析及結(jié)果輸出

將牙齒三維實(shí)體模型以IGES格式導(dǎo)入Abaqus有限元分析軟件，對(duì)剩余牙體組織、嵌體等模型進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分，并完成剩余牙體組織和嵌體修復(fù)的最大主應(yīng)力的計(jì)算。

表1 牙體組織和修復(fù)材料的彈性模量和泊松比

陶瓷:VitaCerecMKⅡ；粘結(jié)劑樹(shù)脂:Vivadent VariolinkⅡ

2 結(jié) 果

2.1 節(jié)點(diǎn)劃分

楔狀缺損部分及嵌體劃分得到4 553個(gè)節(jié)點(diǎn)，12 520個(gè)單元,對(duì)照組劃分得到30 998個(gè)節(jié)點(diǎn)，19 927個(gè)單元，再重新進(jìn)行嵌體修復(fù)后的楔狀缺損模型的網(wǎng)格劃分，其中模型A得到30 998個(gè)節(jié)點(diǎn)，19 927個(gè)單元，模型B得到37 058個(gè)節(jié)點(diǎn)，112 692個(gè)單元，模型C得到30 997個(gè)節(jié)點(diǎn)，19 923個(gè)單元。

2.2 最大主應(yīng)力值的計(jì)算

對(duì)照組模型最大主應(yīng)力值為88.90 MPa,修復(fù)后模型A最大主應(yīng)力值為59.27 MPa，模型B最大主應(yīng)力值為48.95 MPa，模型C最大主應(yīng)力值為19.34 MPa，發(fā)現(xiàn)嵌體修復(fù)后最大主應(yīng)力值均明顯降低，其中模型B和模型C相對(duì)理想,但B美觀性優(yōu)于C，所以瓷嵌體(模型B)的修復(fù)效果更加理想。如圖4所示。

A：對(duì)照組；B：模型A；C：模型B；D：模型C；E：楔狀缺損充填體模型

圖430°楔狀缺損時(shí)缺損模型、不同材料嵌體充填后應(yīng)力分布圖

Fig.4Defect model at30° wedge deficiency, stress distribution after filling of different materials

3 討 論

本實(shí)驗(yàn)分別采用樹(shù)脂、金合金、陶瓷三種材料對(duì)楔狀缺損洞型進(jìn)行嵌體修復(fù)，結(jié)合應(yīng)力云圖可以看出，三組材料嵌體修復(fù)后應(yīng)力分布趨勢(shì)相似，應(yīng)力主要集中在楔狀缺損牙頸部。三組材料中復(fù)合樹(shù)脂嵌體修復(fù)的應(yīng)力水平低于陶瓷和金合金嵌體修復(fù)的應(yīng)力水平，主要是復(fù)合樹(shù)脂的彈性模量與牙本質(zhì)最接近，加載時(shí)二者變形程度相近，不會(huì)產(chǎn)生較大的變形差異。故復(fù)合樹(shù)脂嵌體修復(fù)后的應(yīng)力水平低于陶瓷和金合金嵌體修復(fù)[15]。曾有學(xué)者在臨床中將樹(shù)脂嵌體與樹(shù)脂充填進(jìn)行對(duì)比，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析得出結(jié)論嵌體修復(fù)楔狀缺損較充填法效果更好，成功率高[16]。也有學(xué)者統(tǒng)計(jì)2005—2008年全瓷嵌體修復(fù)牙體缺損的保存率為92%～97%，證明用嵌體修復(fù)牙體缺損的效果比較理想[17]。還有學(xué)者通過(guò)近3年的實(shí)驗(yàn)，對(duì)59例后牙牙體缺損的患者應(yīng)用全瓷嵌體進(jìn)行修復(fù)的臨床結(jié)果表明：修復(fù)體形態(tài)合格率均為100%；修復(fù)體顏色的合格率均為98.3%，修復(fù)體邊緣適合性合格率即刻、半年、一年、兩年分別為100%、98.3%、96.6%、96.6%；修復(fù)體周?chē)x合格率均為100%；修復(fù)體磨損折裂的合格率即刻、半年、一年、兩年分別為100%、98.3%、94.9%、91.5%。經(jīng)卡方檢驗(yàn)P>0.05，說(shuō)明全瓷嵌體的邊緣適合性、形態(tài)、顏色、周?chē)x和磨損與折裂等性能方面，在戴用半年、1年和2年后與戴后即刻比較均無(wú)顯著性改變。僅有5例嵌體發(fā)生折裂及2例修復(fù)體與基牙出現(xiàn)間隙[18]。從以上結(jié)論可以得出瓷嵌體修復(fù)的成功率較高。

通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)建立有限元模型，運(yùn)用有限元方法研究應(yīng)力分布，可以在同一模型上任意更換不同材料的修復(fù)體，具有無(wú)創(chuàng)傷、可重復(fù)、觀察指標(biāo)明確等優(yōu)勢(shì)。導(dǎo)致楔狀缺損的原因主要是應(yīng)力[19]，而分析應(yīng)力的最好方法就是通過(guò)有限元。比如Holberg等[20]通過(guò)有限元法研究了嵌體的不同厚度對(duì)其應(yīng)力分布影響。Senqul等[21]研究了不同材料修復(fù)的經(jīng)典Ⅱ類洞型修復(fù)牙應(yīng)力分布的差異。有限元分析是應(yīng)力分析的重要手段，在口腔以及其他醫(yī)學(xué)方面都有著廣泛的應(yīng)用[22]。

總之，三維有限元分析結(jié)果顯示，楔狀缺損牙經(jīng)嵌體修復(fù)后可顯著緩解缺損處牙體組織所承受的應(yīng)力，有助于降低患牙頸部折裂的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)患牙的保存具有積極意義。但該實(shí)驗(yàn)為簡(jiǎn)化的模擬研究，其目的是為臨床提供生物學(xué)基礎(chǔ)和參考數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)中采用靜力加載，只是在體外一定程度上模擬牙的受力情況，難以模擬口腔中存在的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過(guò)程[23]，而且材料的疲勞問(wèn)題以及口腔內(nèi)的溫度環(huán)境變化也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生一定影響,嵌體對(duì)楔狀缺損前磨牙保存治療的實(shí)際效果還需與體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，必要時(shí)結(jié)合臨床觀察綜合考慮。