那穎旭 段春紅

三維有限元分析法是生物力學研究中的重要手段之一，目前已廣泛應用于口腔領域，該方法因具有強大的建模功能和接口工具，可逼真地建立三維口腔組織結構的模型，并對每種組織的屬性賦值，進而研究在不同修復材料、不同加載條件下牙體及牙周組織的應力分布特點，為臨床治療提供生物力學參考[1,2]。

牙周夾板是固定松動牙齒的有效方法，它可將松動牙齒與穩(wěn)固健康的鄰牙連接成一個單位，實現力的重新分配，減輕對牙周組織的損傷[3]。三維有限元法可將牙體、牙周組織及牙周夾板等進行三維重建，并模擬牙周炎的臨床現象及牙周夾板的固定方法，探究牙周組織的生物力學特性，是分析牙周夾板治療效果較為可靠的體外研究方法。現就三維有限元法在不同類型、不同材料以及不同牙周狀態(tài)下牙周夾板中的應用及研究進展進行綜述。

1.三維有限元法在暫時性牙周夾板研究中的應用

暫時性牙周夾板是用不同類型的材料將患牙與健康鄰牙固定的一種方法，根據材料可分為不銹鋼絲夾板、纖維加強復合樹脂夾板，樹脂類夾板及可摘式夾板[4]。

1.1 三維有限元法在不銹鋼絲夾板中的應用不銹鋼絲是較早應用于臨床的夾板材料，多與樹脂聯(lián)合應用，是一種有效的固定材料。Geramy.A[5]對不銹鋼絲+復合樹脂固定前牙三維有限元分析顯示，牙槽骨的狀態(tài)和咬合力的大小是影響牙周夾板療效的重要因素。對于前牙的垂直吸收和多個牙牙槽骨水平吸收的情況，夾板的使用意義不大；而對于較少的牙槽骨吸收，咬合力大小成為了影響夾板療效的主要因素，較小的咬合力是金屬夾板的優(yōu)勢體現。提示使用夾板時，必須評估患者的牙周狀況，對于骨缺損較大者，夾板的使用會影響其余患牙，應慎用金屬絲+復合樹脂夾板；對于有牙合創(chuàng)傷的患者，應該及早給予調牙合，必要時行正畸治療，使患牙的咬合力降到最低。

1.2 三維有限元法在纖維加強復合樹脂夾板中的應用 纖維材料因其超高的彈性，可更好地與牙面貼合，增加患者的舒適度等優(yōu)點被廣泛應用于臨床[6]。Amid R[7]對用纖維加強復合樹脂夾板固定的下前牙模型進行有限元分析，結果顯示纖維夾板的使用降低了中切牙的應力，增加了尖牙的應力，可有效的分散牙合力，這是彈力纖維的優(yōu)勢；但該固定方法也存在限制條件，使用彈性纖維必須保證尖牙有足夠的骨支撐，可最大限度的降低牙周膜及牙槽骨的應力，延長牙齒的使用壽命；該實驗還證實牙周膜雖然結構小，但它的低彈性模量會吸收部分應力。因此在有限元建模時必須體現牙周膜的結構，方可更好的模擬臨床操作，確保實驗數據的準確性[8]。

不同材料的夾板，因其力學性能不同其適應癥也不盡相同。學者們[9,10]對不同程度牙槽骨吸收的下前牙，分別使用不銹鋼絲、強力纖維和復合樹脂三種材料固定，三維有限元分析結果顯示：三種夾板均能降低牙周膜的應力并轉移載荷，牙槽骨吸收小于40%時，不銹鋼絲夾板因剛度顯著高于其余兩種夾板，可吸收更多的應力使牙齒的受力降低，應力分布也優(yōu)于其他兩種材料；當牙槽骨吸收超過40%時，使用不銹鋼絲夾板后，尖牙所承受的負荷過大，可造成尖牙的繼發(fā)性損傷，應用彈性模量低的纖維夾板或復合樹脂是較好的選擇。

暫時性牙周夾板的療效不僅受材料的影響，也與存留牙槽骨高度、骨缺損的類型及牙齒松動度密切相關。多項有限元研究表明，牙周膜等效應力隨牙槽骨破壞程度的增加而增大[11,12]。鄭立娟等[13]探討了不同牙周狀況下，纖維加強復合樹脂夾板固定下前牙前后的應力分布特點，結果顯示，牙槽骨吸收根長的1/2 是應力變化節(jié)點，吸收超過根長1/2患牙應力值急劇增大；使用牙周夾板后，可有效的分散力。此外，牙槽骨的吸收方式也會影響牙周夾板的力學特性，陳倩柔[14]的研究結果表明牙槽骨垂直吸收時，不銹鋼絲易產生彈性形變，在軸向外力下鋼絲會吸收部分應力，使牙周組織的應力減??；但加載45°側向力時，不銹鋼絲的彈性不足以抵抗牙齒的唇舌向動度，百強纖維更有優(yōu)勢。根據上述研究，臨床上在進行牙周固定時，應根據患牙的牙周狀況決定使用夾板的種類及時機，以免造成不必要的損傷，對于牙槽骨吸收≥根長的1/2、牙周組織緩沖能力顯著降低者，應及時固定以分散咬合力；對于牙槽骨水平吸收者，可采用低彈性模量的固定材料；對于垂直吸收者，側向力對牙周組織的影響更大，高彈性的固定材料則是最佳選擇。

1.3 三維有限元法在樹脂類夾板中的應用 近年來,Super-bond C&B 粘接劑制作的牙周夾板因操作簡便、美觀舒適，能與牙釉質形成良好的機械結合，具備良好的剛性和密合性,也廣泛應用于臨床[15]。丁成水[16]比較了百強纖維和Super-bond C&B 兩種材料固定不同松動度下前牙的應力分布特點后發(fā)現，隨著松動度的增加，松動牙所受的最大應力呈線性增加，兩種夾板固定下的每個牙齒的位移云圖效果相似，但Super-bond C&B 夾板固定下的位移云圖顏色過度更自然，受力更分散，故Super-bond C&B 夾板更占優(yōu)勢。李丹等[17]的臨床研究卻發(fā)現，和彈性纖維相比，Super-bond C&B更易發(fā)生斷裂，原因可能為粘接劑與牙面之間的應力集中和對側向力的抵抗較差，由此看來，控制和分散咬合力仍為保證夾板存留率的重要因素。

everStick 是一種新型的高強度、高硬度及耐腐蝕復合樹脂纖維材料，因其結構輕薄、外形美觀、操作簡便等優(yōu)點已被廣泛應用于牙周夾板，種植牙的過渡性義齒以及小間隙的修復等。陳敏[18]對everStick PERIO 牙周夾板的有限元研究顯示，牙周炎患牙受力后唇側頸部存在明顯的應力集中區(qū)，使用夾板后應力從牙頸部轉移到根尖區(qū)并逐漸降低，應力分布更均勻，減輕了患牙的負擔，是一種較好的夾板材料，這與多數臨床研究結果[19,20]相一致。everStick 芬力粘接橋是基于馬里蘭橋的新一代微創(chuàng)粘接橋，常用于因牙周炎造成牙齒缺失的修復，同時具有牙周夾板的作用。有學者[21,22]通過比較纖維增強復合樹脂、金屬材料作為粘接橋的生物力學特點，表明纖維增強復合樹脂制作的粘接橋更能減少應力集中，防止橋體斷裂。但目前尚無對everStick C&B 作為牙周夾板的三維有限元研究，仍需對其力學性能進行進一步探討。

2.三維有限元法在永久性牙周夾板研究中的應用

永久性牙周夾板是修復缺失牙并固定松動牙的方法，主要分為固定式夾板、可摘式夾板和套筒冠式夾板三種，種植體參與的牙周夾板也得到了廣泛應用。隨著三維有限元模型構建技術的提升，已實現了永久性夾板的整體模型構建、力學分析、性能比較及定律驗證，可以更好的指導臨床工作[23,24]。

2.1 三維有限元法在固定式夾板中的應用 固定式夾板是一種常用的牙周夾板，具有體積小、固位好及可改善患牙松動度等優(yōu)點。有研究[25]顯示牙周受損的基牙即使在較小的咬合力下，也會使牙周負荷增加；而固定夾板可以降低基牙的應力,加之牙周膜的緩沖作用，可建立穩(wěn)定的咬合。張理紅[26]的結果顯示牙槽骨吸收1/3 的上頜前牙隨著聯(lián)冠跨度的增加，牙體及牙槽骨的應力峰值降低，應力分布也更均勻。Li[27]的有限元分析結果提示，對于單側末端游離缺失的患者，當基牙的牙周組織吸收超過根長的1/3 時，選擇三個基牙比兩個基牙更能減輕側向力對其的影響，但由于增加基牙的數量可使整個固定橋的支點前移，過大的負荷會使基牙受到不可逆的損害，因此中重度牙周炎的患牙應慎選做基牙。

牙槽骨的破壞程度和牙齒松動度也是固定式夾板設計中需要考慮的因素，劉建平[28]研究了基牙三側骨缺損對固定夾板的影響，結果顯示三側骨缺損的患牙較單側、雙側缺損應力更為集中，且缺損程度越大，患牙所受的應力越大，提示我們在對伴有骨缺損基牙的固定義齒設計時，要考慮牙槽骨吸收的程度。張光建[29]對基牙Ⅰ°、Ⅱ°松動時固定義齒作為牙周夾板的有限元分析顯示，多根基牙較單根基牙對牙周組織的損害小，因此臨床上在設計固定義齒夾板時，應在牙周儲備力不足的單根基牙側，適當增加基牙以維持牙周狀況的穩(wěn)定。

2.2 三維有限元法在可摘式夾板中的應用 可摘式夾板便于摘戴清潔，有利于菌斑控制和牙周維護，也是修復牙列缺損固定松動牙的簡便方法。Geramy.A[30]對基牙牙周受損的可摘式夾板進行生物力學分析顯示，可摘式夾板可以將應力分散到根尖區(qū)，防止牙槽骨應力的增加；隨著基牙牙槽骨的吸收，其臨床冠根比可接受的最大范圍為1.65～2，冠根比例越大對基牙的損傷越大。Sasaki H[31]對僅剩前牙區(qū)的雙側末端游離缺失的模型進行有限元分析后認為，牙槽骨吸收大于3mm 時，對于咬合力較大者，選擇6 個前牙做夾板與選擇2 個、4 個相比，更能減少基牙的扭轉力及側向力，有利于基牙牙周狀況的維護。因此，可摘式夾板雖然也具備分散咬合力，基牙受限小，適應癥相對廣泛的優(yōu)點，但對于重度牙周炎的患者，仍需通過增加基牙，增加牙周夾板的弧度，加大旋轉軸距基牙的距離，以對抗各向咬合力。

2.3 三維有限元法在套筒冠式夾板中的應用圓錐型套筒冠義齒修復牙列缺損時，可通過外冠將牙合力傳遞給基牙，使基牙能夠對抗側向力，并對牙周組織產生生理性刺激，也具有牙周夾板的作用[32]。曲瑋瑋[33]對中度牙周炎患者用套筒冠式牙周夾板修復的三維有限元研究認為，這類夾板可減小中度牙周炎患牙的咬合創(chuàng)傷，有利于牙周炎的長期維護。李風蘭[34]比較了金屬烤瓷聯(lián)冠和套筒冠兩種方法修復因牙周炎造成扇形移位的上前牙的修復效果，發(fā)現二者產生相似的應力效果，而套筒冠式夾板不僅具有分散咬合力的作用，而且對于牙槽骨吸收較多者，能更好的保護基牙，因此對于牙槽骨吸收嚴重、松動度大的患牙，套筒冠更有優(yōu)勢。

李德利[35]比較了牙列缺損狀態(tài)下，使用固定、可摘及套筒冠三種牙周夾板的生物力學特征后發(fā)現：固定夾板修復時，基牙應力增加，尤以近缺隙側的基牙明顯；可摘式夾板修復時，應力則沿大連接體傳向尖牙，使尖牙應力顯著增大，且隨著牙槽骨的吸收，尖牙的應力可能超過自身負荷。故從生物力學的角度而言，在設計固定式夾板時，對于牙槽骨吸收明顯的病例需增加基牙，以保護余留牙的健康，在設計可摘式夾板時則必須考慮尖牙的情況，必要時增加小連接體的數量，以分散咬合力；牙周條件相同的情況下，應優(yōu)先考慮使用固定夾板或套筒冠夾板，但不能將生物力學理論作為臨床選擇的唯一依據，還需結合患者自身口腔狀況、費用及預后等方面。

2.4 三維有限元法在種植體參與的牙周夾板中的應用 種植體的廣泛應用為缺失牙的修復提供了更多選擇，種植體參與的牙周夾板也成為慢性牙周炎松牙固定的一種方式，然而，對于種植體是否可以做為松牙固定的基牙是有爭議的。有學者指出[36]，種植體與天然牙的生物力學特征不同，天然牙具有生理動度，而種植體的動度較小，受力時可能會形成杠桿作用或產生扭矩，因此利用植體和天然牙聯(lián)合修復作為夾板的條件是受限的。

近年來，隨著種植技術的進步種植體的適應癥逐步擴大，越來越多的學者提倡種植體-天然牙聯(lián)合修復的方式，認為這種設計方式不僅可以固定松動牙，增加牙列整體的負重能力，而且具有避免懸臂、減少治療費用等優(yōu)點，為更多患者的治療提供可能。Toniollo MB[37]對種植牙與天然牙聯(lián)合夾板的有限元分析認為，夾板的使用降低了骨應力，比單一植體具有更好的穩(wěn)定性，為牙齒缺失并伴有牙周炎的種植夾板提供了理論基礎。Lin CL[38]對比分析了不同牙周狀況、夾板牙數量及載荷類型下種植體-天然牙固定義齒的生物力學規(guī)律認為：影響修復體應力分布的主要因素是載荷條件，過大的咬合力和側向力均會導致種植失??；冠根比為1∶1的患牙仍是連接種植體的有效基牙，但對于冠根比過度失調的患牙是否可以作為基牙還有待考量。因此，合理的修復設計是影響夾板成功與否的關鍵，基牙的牙周狀況、過大的載荷均會影響夾板的使用壽命，在臨床工作中，可通過縮短橋體的跨度，減少咬合接觸面積及降低牙尖斜度等方法，減少咬合力的影響，將失敗風險降到最低。

3.小結

無論是暫時性夾板還是永久性夾板，牙周狀況和咬合力是影響其固定效果的主要因素，在臨床工作中，我們應全面評估患牙的條件，設計個性化的治療方案，盡量引導外力沿天然牙或種植體長軸傳導，同時，需加強對患者的口腔衛(wèi)生宣教，提高其口腔保健意識，避免咀嚼堅硬食物加重咬合創(chuàng)傷。

綜上所述，三維有限元分析法是研究牙周夾板生物力學的重要手段，可幫助我們了解牙周組織的應力分布特點，檢驗材料的機械性能，比較不同設計方案的優(yōu)劣，模擬分析牙周夾板的固定效果。隨著計算機技術、材料力學及臨床治療學的發(fā)展，三維有限元分析法也將不斷改進，可望為牙周夾板的應用提供更加科學準確的生物力學數據，更好地指導臨床工作。