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        粘接固定義齒的三維有限元研究進(jìn)展

        2021-12-23 21:13:58段春紅
        關(guān)鍵詞:粘接劑基牙固位

        唐 萌 段春紅

        隨著材料學(xué)、粘接技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,口腔修復(fù)技術(shù)飛速發(fā)展,微創(chuàng)修復(fù)理念也逐漸被重視,粘接固定義齒(Resin-Bond Fixed Partail Denture,RBFPD)作為一種微創(chuàng)、美觀且簡便舒適的個(gè)別牙缺失的固定修復(fù)方式,越來越被醫(yī)患所認(rèn)可。三維有限元分析法是一種可靠的生物力學(xué)研究方法,目前已廣泛應(yīng)用于口腔力學(xué)的研究中[1],其在RBFPD中的應(yīng)用,可以幫助我們了解修復(fù)體及基牙的應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn),分析不同制作材料、固位體、粘接劑和基牙等對(duì)修復(fù)效果的影響,現(xiàn)就RBFPD的三維有限元研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

        1.RBFPD制作材料的三維有限元研究

        RBFPD可由金屬、陶瓷或復(fù)合樹脂等材料制成,有限元結(jié)果顯示,不同制作材料的RBFPD由于力學(xué)性能不同,修復(fù)體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變情況也不同,修復(fù)效果也存在差異。

        Tribst J[2]等對(duì)氧化鋯、金屬、二硅酸鋰玻璃陶瓷以及復(fù)合樹脂四種材料RBFPD的有限元分析表明:四種材料制成的RBFPD高應(yīng)力區(qū)均位于連接體處;修復(fù)體彈性模量與粘接劑所受應(yīng)力成反比,柔韌的復(fù)合樹脂受力后位移量大,有利于應(yīng)力的傳導(dǎo),而堅(jiān)硬的氧化鋯則表現(xiàn)出高應(yīng)力集中現(xiàn)象。隨著材料學(xué)的發(fā)展,近年來纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂材料因美觀、微創(chuàng)及動(dòng)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)逐漸被醫(yī)患認(rèn)可[3],Ilgi B[4]等通過體外斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)及有限元分析,比較了以上頜側(cè)切牙及尖牙為基牙的三單元鈷鉻合金和纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂兩種RBFPD,結(jié)果顯示:兩者的應(yīng)力集中區(qū)也位于連接體處;鈷鉻合金雖然體外斷裂強(qiáng)度大于纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂(637.47±151.91N;224.86±80.97 N),但其橋體腭側(cè)切緣施力點(diǎn)應(yīng)力集中,且發(fā)生了基牙折裂,而纖維增強(qiáng)材料彈性模量小,應(yīng)力小且分布均勻,未出現(xiàn)基牙折裂。Keulemans F[5]等通過研究everStick直接纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、間接纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、金合金、二硅酸鋰玻璃陶瓷和氧化鋯五種材料RBFPD的生物力學(xué)行為,也發(fā)現(xiàn)了連接體處的應(yīng)力集中,但有纖維增強(qiáng)者能顯著分散應(yīng)力,且兩種增強(qiáng)纖維相比,everStick材料的應(yīng)力最小,表現(xiàn)最佳。此外,幾項(xiàng)有關(guān)everStick的材料學(xué)研究[6-8]也發(fā)現(xiàn)了它的力學(xué)性能優(yōu)勢,即具有牢固的化學(xué)結(jié)合,抗撓曲強(qiáng)度高,材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微裂機(jī)制可以模擬牙周膜實(shí)現(xiàn)應(yīng)力中斷,具有明顯的牙周保護(hù)作用。

        根據(jù)以上研究結(jié)果,RBFPD的應(yīng)力集中區(qū)多位于連接體處,因此,為防止這一區(qū)域發(fā)生斷裂,設(shè)計(jì)中可適當(dāng)增加該區(qū)的強(qiáng)度;全瓷及金屬等材料雖然堅(jiān)固耐磨,但應(yīng)力易集中,可能發(fā)生基牙的折裂;纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂能夠有效分散應(yīng)力,防止修復(fù)體折裂并保護(hù)基牙,尤以everStick材料表現(xiàn)最佳。

        2.RBFPD固位體的三維有限元研究

        固位體是橋體與基牙的連接部分,其設(shè)計(jì)應(yīng)可防止修復(fù)體的扭轉(zhuǎn)和翹動(dòng)。固位體的數(shù)目、形狀及面積決定RBFPD的固位效果,三維有限元法可成功建立RBFPD各種復(fù)雜固位體的模型,提高生物力學(xué)分析的準(zhǔn)確性[9]。

        2.1 固位體的數(shù)目Ayana U[10]等通過對(duì)22缺失的三單元和分別以21、23為基牙的兩單元懸臂氧化鋯RBFPD的有限元分析發(fā)現(xiàn):固位體的數(shù)目不同,固位力不同,三單元修復(fù)體的最大主應(yīng)變及粘接層的剪切應(yīng)力均小于兩單元,且牙周保護(hù)作用更好;此外,固位體的面積也會(huì)影響固位力,在兩單元懸臂RBFPD中,由于21的粘接面積(103mm2)大于23(75mm2),所以以21為基牙的RBFPD粘接層應(yīng)力小于以23為基牙者。然而,Toman M[11]采用最大Von Mises應(yīng)力值指標(biāo),比較了上頜前牙三單元和兩單元懸臂RBFPD的應(yīng)力特點(diǎn),卻得出相反的結(jié)論:盡管兩種RBFPD的最大Von Mises應(yīng)力值近似(1.13MPa和1.23MPa),但兩單元RBFPD能夠顯著分散固位體與橋體之間的應(yīng)力,降低二者之間的剪切力和扭力,使應(yīng)力分布更均勻。上述兩項(xiàng)研究結(jié)論不同的原因可能是采用了不同的力學(xué)指標(biāo),Von Mises應(yīng)力反映RBFPD內(nèi)部不同點(diǎn)的綜合應(yīng)力值及應(yīng)力分布情況,而最大主應(yīng)力只反映某個(gè)單元中的最大應(yīng)力。此外,多項(xiàng)臨床研究也表明[12-14],兩單元懸臂RBFPD的成功率高于三單元,可能由于在咀嚼運(yùn)動(dòng)中,三單元RBFPD為兩個(gè)基牙,其不同的生理動(dòng)度,可使連接體處扭力及剪切力增大,發(fā)生斷裂。

        2.2 固位體的形狀 固位形不僅能夠有效減小基牙和修復(fù)體的應(yīng)力,降低義齒的脫落率,而且能夠減小牙周組織的應(yīng)力[15]。Lin Jie[16]等對(duì)三單元后牙鈷鉻合金RBFPD三種不同形狀(C形,D形和O形)及厚度(0.4mm、0.8mm和1.2mm)固位形的有限元分析顯示:基牙和橋體的Von Mises應(yīng)力隨著固位體厚度的增加而減小,但較厚度而言,固位體的形狀對(duì)應(yīng)力的影響更大;與C形相比,D形和O形能有效分散修復(fù)體的應(yīng)力并增加其固有頻率和剛度。陳枝沛[17]等則通過抗脫位力實(shí)驗(yàn)和有限元分析,比較了四組不同固位形(舌側(cè)翼板、D形、應(yīng)力中斷和支托固位)的RBFPD后得出:D形及支托固位形能夠有效分散垂直向和側(cè)向力并將其傳至基牙,且抗脫位力強(qiáng);而舌側(cè)翼板固位形基牙與修復(fù)體的Von Mises應(yīng)力大且分布不均勻,抗脫位力差;應(yīng)力中斷型雖然Von Mises應(yīng)力最小且分布最均勻,但抗脫位力不足。根據(jù)上述結(jié)論,D形、O形及支托固位形因分散力及抗脫位效果好,適用于基牙健康且需要提高固位力的后牙RBFPD;應(yīng)力中斷形雖然可顯著減輕基牙的負(fù)荷,但抗脫位力不足,可在基牙牙周情況較差時(shí)酌情使用。

        此外,在固位力不足的情況下,也可適當(dāng)增加輔助固位形[18-19]。Han J Y[20]等在RBFPD雙翼板固位的基礎(chǔ)上對(duì)釘和溝槽兩種輔助固位形進(jìn)行有限元分析,結(jié)果表明:水平咬合力對(duì)修復(fù)體粘接層的破壞遠(yuǎn)大于垂直咬合力,而輔助固位形則能夠有效降低水平載荷下粘接層的應(yīng)力,提高RBFPD的承載能力。

        總之,有限元研究結(jié)果顯示,固位體的形狀、數(shù)目和面積與修復(fù)效果密切相關(guān),在臨床工作中,固位體的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮美觀、固位、缺牙數(shù)目及基牙牙周狀況等。前牙修復(fù)應(yīng)以美觀微創(chuàng)的翼板式固位為主,但以側(cè)切牙為基牙者,因釉質(zhì)面積小,應(yīng)適當(dāng)增加輔助固位形;對(duì)于后牙,應(yīng)盡量選擇固位效果好的卡抱式及雙端固位體,如遇側(cè)向力較大者,可適當(dāng)增加輔助固位形;此外,固位體的形狀和數(shù)目決定固位面積,在增加面積的同時(shí)需綜合考慮固位體的類型,與單端固位體相比,雙端固位體雖然增加了面積,但同時(shí)也可能出現(xiàn)扭力增大的不利因素。

        3.RBFPD粘接劑的三維有限元研究

        粘接劑是連接修復(fù)體與基牙間的薄層材料,是決定二者穩(wěn)固結(jié)合、提高RBFPD生存率的關(guān)鍵[21],三維有限元法能夠設(shè)計(jì)不同厚度的粘接層并分析其應(yīng)力變化情況。

        孫陽[22]利用有限元比較了Super-Bond C&B(SB)、Panavia Fluoro(PV)和RelyX Ultimate三種不同楊氏模量的粘接劑后發(fā)現(xiàn):當(dāng)加載角度相同時(shí),Von Mises值與粘接劑的楊氏模量呈正相關(guān),RBFPD各部位的Von Mises應(yīng)力在SB時(shí)表現(xiàn)最小,RelyX Ultimate時(shí)最大。他認(rèn)為,這是由于RelyX Ultimate的楊氏模量大,與牙釉質(zhì)及玻璃纖維接近而不利于應(yīng)力的傳遞,導(dǎo)致粘接層內(nèi)部應(yīng)力增加。關(guān)于粘接劑與修復(fù)材料之間楊氏模量差異對(duì)RBFPD應(yīng)力分布的影響,Daiichiro Y[23]等分析了SB和PV兩種粘接劑與纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂RBFPD最大主應(yīng)力之間的關(guān)系后顯示:由于PV為復(fù)合樹脂基,與修復(fù)材料楊氏模量接近,而SB為PMMA基樹脂,彈性模量低,因此SB有利于將應(yīng)力分散至修復(fù)體和基牙,減小粘接層的應(yīng)力,而PV則不利于粘接層應(yīng)力的分散。另有研究[24]比較了7組不同大小彈性模量樹脂粘接劑對(duì)二硅酸鋰玻璃陶瓷RBFPD的應(yīng)力影響后也得出相同的結(jié)論:即粘接層的應(yīng)力大小與粘接材料的彈性模量成正相關(guān)。

        關(guān)于樹脂粘接劑對(duì)長石陶瓷修復(fù)體應(yīng)力分布的影響,Spazzin A O等[25]利用力學(xué)實(shí)驗(yàn)測試了不同彈性模量的樹脂粘接劑對(duì)長石陶瓷強(qiáng)化及失效模式的影響,同時(shí)進(jìn)行了有限元分析,結(jié)果顯示:樹脂類粘接劑可填充長石質(zhì)陶瓷因酸蝕產(chǎn)生的細(xì)微孔隙,使其與陶瓷接觸更緊密,對(duì)長石陶瓷的強(qiáng)化及粘接結(jié)構(gòu)均有著積極的影響,有限元結(jié)果也表明:高彈性模量的粘接劑,雖然會(huì)增加粘接層內(nèi)的應(yīng)力,但可降低到達(dá)長石質(zhì)陶瓷的應(yīng)力,有利于陶瓷的強(qiáng)化。

        此外,粘接材料的厚度也會(huì)對(duì)粘接效果產(chǎn)生一定影響,但厚度在100μm-200μm時(shí),粘接劑的斷裂強(qiáng)度無明顯差異[26],且在部分有限元研究中,由于粘接劑的彈性模量和牙本質(zhì)近似且粘接層過薄使建模時(shí)工作量加倍,所以將二者合并建模,從而忽略了粘接劑對(duì)應(yīng)力的影響。

        多項(xiàng)臨床研究證實(shí)[27-29],脫落是RBFPD修復(fù)失敗的主要方式之一,其原因與粘接劑的選擇有關(guān),有限元研究也表明,粘接劑的彈性模量與粘接層、修復(fù)體以及基牙的應(yīng)力分布密切相關(guān),粘接劑的彈性模量越大,粘接層內(nèi)部的應(yīng)力越大,傳遞給修復(fù)體的應(yīng)力越小,越易發(fā)生修復(fù)體的脫落;反之,粘接劑的彈性模量越小,傳遞給修復(fù)體的應(yīng)力越大,越易發(fā)生修復(fù)體的折裂。因此,臨床在選擇粘接劑時(shí),需兼顧其理化性能,并參考修復(fù)材料的彈性模量,預(yù)防修復(fù)體的脫落和折裂。

        4.三維有限元法在RBFPD研究中的應(yīng)用展望

        三維有限元分析法是研究RBFPD生物力學(xué)行為的可靠方法,它可以幫助我們了解修復(fù)體及基牙的應(yīng)力分布特點(diǎn),模擬分析RBFPD的修復(fù)效果,但該方法也存在一些局限性:(1)有限元模型大多趨于理想化,載荷多為集中、靜態(tài),而RBFPD行使功能時(shí)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)咬合過程;(2)RBFPD各基牙動(dòng)度并不完全相同,且口腔環(huán)境對(duì)粘接劑也有影響,有限元模型無法完全模擬;(3)研究軟件復(fù)雜多樣,專業(yè)性強(qiáng),不易掌握,牙體組織力學(xué)性能的測定方法尚存在爭議[30],因此,三維有限元的研究結(jié)果尚不能完全等同于RBFPD修復(fù)的實(shí)際情況,進(jìn)一步的研究則應(yīng)關(guān)注動(dòng)態(tài)載荷的施加、口腔環(huán)境對(duì)粘接劑的影響以及牙周組織的生物力學(xué)行為等。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展,有限元分析也將得以改進(jìn),可望為臨床工作提供更加科學(xué)精準(zhǔn)的生物力學(xué)數(shù)據(jù)。

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