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(dòng)[1]。磨牙期間會(huì)產(chǎn)生過(guò)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(guò)大的力對(duì)牙周組織健康也會(huì)產(chǎn)生不利影響，尤其是對(duì)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(lái)緩解磨牙癥給牙周組織帶來(lái)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(dòng)頻率[3]，并且能夠通過(guò)改善顳頜關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布來(lái)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(duì)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(duì)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(duì)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(wú)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(guó)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(guó)Geomagic)；Ansys Workbench 18.0(美國(guó)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(duì)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(duì)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(jiǎng)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(jiàn)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(huì)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(duì)象，載荷按照3種方向加載，分別為：與牙體長(zhǎng)軸平行(0°)、與牙體長(zhǎng)軸成45°(45°)、與牙體長(zhǎng)軸垂直(90°)。計(jì)算在有、無(wú)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(zhǎng)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(jiàn)表2。

表2 對(duì)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(duì)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(jiàn)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jiàn)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jiàn)圖5A。

在以45°加載咬合力時(shí)，佩戴1 mm軟彈性咬合板對(duì)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(duì)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(jiàn)圖5B。

在以90°加載咬合力時(shí)，佩戴1 mm軟彈性咬合板對(duì)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(duì)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(jiàn)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(duì)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(duì)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(duì)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(wú)明顯關(guān)聯(lián)。

2.4 不同厚度軟彈性咬合板對(duì)牙槽骨應(yīng)力的緩沖效率

1 mm軟彈性咬合板對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(wú)明顯關(guān)聯(lián)。見(jiàn)圖6。

圖6 各咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對(duì)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(dòng)，患者在磨牙過(guò)程中上下頜接觸時(shí)間長(zhǎng)、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(jué)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(duì)其牙周治療的遠(yuǎn)期效果較差[9-10]。因此，磨牙癥對(duì)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(duì)磨牙癥的治療效果的研究并不少見(jiàn)，但其是否對(duì)磨牙癥患者的牙周組織有保護(hù)作用的研究還未見(jiàn)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(wú)創(chuàng)的特點(diǎn)，在評(píng)估咬合力對(duì)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(shì)。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(duì)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(dòng)作，將咬合力的加載方向分解為延牙長(zhǎng)軸(0°)，與牙長(zhǎng)軸呈45°(45°)，以及與牙長(zhǎng)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?chē)念a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(guò)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(wú)明顯關(guān)聯(lián)，說(shuō)明軟彈性咬合夾板在任何角度的咬合力下，對(duì)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(duì)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(lái)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(wú)法完全體現(xiàn)患者在真實(shí)情況下復(fù)雜的磨牙動(dòng)態(tài)過(guò)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)。