魏子清，唐林俊，沈 杰，劉宇昆，趙楚翹，劉志輝

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)院，吉林 長(zhǎng)春130021)

高嵌體過(guò)去一直被應(yīng)用于活髓牙，但近年來(lái)大量臨床實(shí)踐證明利用髓腔固位的高嵌體修復(fù)根管治療后大面積牙體缺損的死髓牙也能夠取得較為理想的修復(fù)效果。而且相對(duì)于常用于修復(fù)大面積牙體缺損死髓牙的樁核冠，髓腔固位高嵌體的預(yù)備量明顯減低，從而保留更多的根部健康牙體組織，進(jìn)而改善剩余牙體組織的抗力；另一方面，髓腔固位高嵌體不需要樁道預(yù)備，避免了可能出現(xiàn)的樁斷裂以及根折裂的風(fēng)險(xiǎn)。并且髓腔固位高嵌體設(shè)計(jì)為牙尖覆蓋式，這種預(yù)備方式能夠保護(hù)薄弱牙尖，使牙體的應(yīng)力分布更為合理，能更有效地避免牙體剩余組織折裂。但是，對(duì)于依靠粘接固位的陶瓷髓腔固位高嵌體來(lái)說(shuō)，粘接劑以及陶瓷材料的選用不當(dāng)都可能增加牙體折裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本研究通過(guò)有限元法分析髓腔固位高嵌體修復(fù)下頜第一磨牙大面積牙體缺損時(shí)，不同陶瓷材料及粘接劑對(duì)剩余牙本質(zhì)應(yīng)力大小及分布的影響。

1 材料與方法

1.1 材料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為1例具備完整下頜第一磨牙形態(tài)、對(duì)本次實(shí)驗(yàn)知情且同意參與的健康成人，來(lái)自吉林大學(xué)口腔醫(yī)院；錐形束CT(Carestream，USA),醫(yī)學(xué)影像控制軟件Mimics 10.01 (Materialise，Belgium)，圖像處理軟件Geomagic studio 12.0(Raindrop Geomagic，USA)，三維建模軟件 CATIA V5R21 (Dassault，F(xiàn)RA)，有限元計(jì)算軟件Abaqus 6.14(Dassault，F(xiàn)RA)，有限元網(wǎng)格劃分軟件HyperMesh 13.0(Altair，USA)。

1.2 髓腔固位高嵌體模型設(shè)計(jì)

首先設(shè)計(jì)包含牙釉質(zhì)、厚度達(dá)0.2 mm的牙周膜、牙髓與牙本質(zhì)在內(nèi)的完整牙與牙周組織,以及分布于釉牙骨質(zhì)界下方1.5 mm處牙槽骨簡(jiǎn)化模型(包裹著牙根)。再參照臨床主要缺損形式，完成根管治療后近中和遠(yuǎn)中二壁缺損模型的構(gòu)建。因預(yù)針對(duì)大面積缺損，故而設(shè)計(jì)為極限性缺損，即缺損壁皆缺損至釉牙骨質(zhì)界以上2.0 mm處，基本抵齦緣部位。在設(shè)計(jì)修復(fù)體時(shí)，需滿足以下要求：髓腔固位冠厚度應(yīng)在1.5 mm(含)以上,覆蓋住牙尖，預(yù)備體軸壁打開(kāi)角度為5°，余留壁都應(yīng)具備1.0 mm(含)以上的厚度，墊底材料應(yīng)具備0.5 mm左右的厚度。上述模型應(yīng)點(diǎn)線角圓鈍，粘接劑需達(dá)到0.1 mm的層厚要求。

1.3 構(gòu)建三維有限元模型

由CBCT對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象牙列實(shí)施掃描，設(shè)定180 μm掃描層厚，得到CT影像共計(jì)553張。通過(guò)計(jì)算機(jī)檢測(cè)此實(shí)驗(yàn)對(duì)象左下頜第一磨牙，可見(jiàn)根長(zhǎng)、冠長(zhǎng)分別為12.4 mm、6.9 mm,此結(jié)果與王惠蕓[1]的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相符。把計(jì)算機(jī)檢測(cè)結(jié)果定義為.DICOM后綴的掃描文件，得到實(shí)驗(yàn)牙的三維圖像。運(yùn)用Mimics的閾值化處理功能提取出完整牙體、牙本質(zhì)與牙髓、牙髓這三個(gè)單元，并進(jìn)行光滑、修整處理，得到STL格式的表面網(wǎng)格數(shù)據(jù)。將STL格式文件導(dǎo)入Geomagic 中，對(duì)所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)細(xì)化精修，進(jìn)行曲面分析，完成NURBS曲面的制作，由此可得到以上所打造的三個(gè)單元的表面特征，定義為.IGES文件，并利用CATIA的偏移曲面以及布爾運(yùn)算等功能，形成牙與牙周組織模型，并基于研究所需完成相應(yīng)修復(fù)模型的構(gòu)建。把上述模型均導(dǎo)至有限元網(wǎng)格劃分專屬軟件Hyper Mesh內(nèi)，由于牙齒具備復(fù)雜的解剖形態(tài)，選擇4節(jié)點(diǎn)4面體單元組建自由網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分后模型的結(jié)點(diǎn)數(shù)為141568，單元數(shù)為 561570。

1.4 實(shí)驗(yàn)假設(shè)、參數(shù)設(shè)定以及邊界條件

將模型所涉及材料以及組織假設(shè)為線性彈性物質(zhì)，且這些物件具備各向同性、均質(zhì)性以及連續(xù)性，在受力狀態(tài)時(shí)變形不明顯；針對(duì)各模型間的接觸關(guān)系，均定義為“綁定”，若對(duì)其施加作用力，模型各截面間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，各單元間穩(wěn)定性充分；將牙槽骨底面設(shè)定為“完全約束”。對(duì)于建立的髓腔固位高嵌體模型，通過(guò)改變模型的生物力學(xué)參數(shù)(彈性模量和泊松比)，得到髓腔固位高嵌體搭配6種不同的陶瓷材料的模型，通過(guò)同樣的方式使6種模型與3種不同粘接劑材料配合粘接，從而形成18種不同的搭配。6種陶瓷材料分別為：Lava Ultimate，IPS e.max CAD，Empress II，Vita blosa Mark II，Cercon base Zirconia，In-Ceram Alumina。三種粘接劑分別為：Relyx Unicem，Panavia F，Relyx luting cement。表1[2-12]所示為所涉及實(shí)驗(yàn)材料的力學(xué)參數(shù)。

表1 材料力學(xué)參數(shù)

1.5 載荷條件

借鑒Dejak[2]等研究者所應(yīng)用的加載手段，對(duì)臨床常規(guī)咬合狀況加以模擬，將靜態(tài)荷載作用于下頜第一磨牙。載荷1對(duì)正中咬合加以模擬，選擇均布載荷，設(shè)定200N總載荷值，對(duì)中央窩、近遠(yuǎn)中頰尖頂和近遠(yuǎn)中邊緣嵴施以加載,設(shè)定為垂直加載。載荷2對(duì)側(cè)方運(yùn)動(dòng)加以模擬，總載荷同載荷1，對(duì)近遠(yuǎn)中頰尖的頰斜面施以加載，設(shè)定為斜向加載，與牙體長(zhǎng)軸間夾角呈45°。

1.6 應(yīng)力分析與結(jié)果輸出

通過(guò)軟件Abaqus對(duì)牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力峰值進(jìn)行求解，同時(shí)對(duì)應(yīng)力分布狀況展開(kāi)探究。

2 結(jié)果

2.1 不同材料髓腔固位高嵌體修復(fù)下頜第一磨牙后牙本質(zhì)應(yīng)力峰值比較

本實(shí)驗(yàn)選取的觀察指標(biāo)為von Mises 應(yīng)力，此應(yīng)力反映材料內(nèi)部一點(diǎn)不同方向的綜合受力情況。不同加載條件下，不同材料髓腔固位高嵌體修復(fù)下頜第一磨牙大面積牙體缺損后剩余牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力峰值見(jiàn)表2。垂直載荷下，隨著陶瓷材料及粘接劑彈性模量遞增，牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力峰值變化見(jiàn)圖1。斜向載荷下，隨著陶瓷材料及粘接劑彈性模量遞增，牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力峰值變化見(jiàn)圖2。

2.2 不同材料髓腔固位高嵌體修復(fù)下頜第一磨牙后牙本質(zhì)應(yīng)力分布趨勢(shì)

本實(shí)驗(yàn)的18種搭配模型皆符合垂直載荷下，牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力峰值均位于髓室底頰側(cè)。斜向載荷下，牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力峰值均位于髓室底舌側(cè)。且應(yīng)用不同的陶瓷材料和粘接劑，在相同載荷下牙本質(zhì)的應(yīng)力分布趨勢(shì)近似。當(dāng)粘接劑相同時(shí)，換用六種不同陶瓷材料剩余牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力分布的情況見(jiàn)圖3(圖3中A,B,C,D,E,F分別指Relyx Unicem搭配Lava Ultimate，IPS e.max CAD，Empress II，Vita blosa Mark II，Cercon base Zirconia，In-Ceram Alumina的模型。1代表垂直載荷，2代表斜向載荷)。當(dāng)陶瓷材料相同時(shí)，換用三種不同粘接劑剩余牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力分布的情況見(jiàn)圖4(圖4中a,b,c分別為L(zhǎng)ava Ultimate搭配Relyx Unicem，Panavia F，Relyx luting cement的模型。1代表垂直載荷，2代表斜向載荷)。

表2 下頜第一磨牙不同材料髓腔固位冠修復(fù)后von Mises 應(yīng)力峰值(MPa)

圖1 垂直載荷下，下頜第一磨牙不同材料髓腔固位高嵌體修復(fù)后牙本質(zhì)von Mises 應(yīng)力峰值(MPa)

圖2 斜向載荷下，下頜第一磨牙不同材料髓腔固位高嵌體修復(fù)后牙本質(zhì)von Mises 應(yīng)力峰值(MPa)

A1&A2：Restored with Relyx Unicem and Relyx Unicem with load1 and load2 B1&B2：Restored with IPS e.max CAD and Relyx Unicem with load1 and load2 C1&C2：Restored with Empress II and Relyx Unicem with load1 and load2 D1&D2：Restored with Vita blosa Mark II and Relyx Unicem with load1 and load2 E1&E2：Restored with Cercon base Zirconia and Relyx Unicem with load1 and load2 F1&F2：Restored with In-Ceram Alumina and Relyx Unicem with load1 and load2

a1&a2：Restored with Relyx Unicem and Relyx Unicem with load1 and load2 b1&b2：Restored with Relyx Unicem and Panavia F with load1 and load2 c1&c2：Restored with Relyx Unicem and Relyx luting cement with load1 and load2

圖4 垂直和斜向載荷下，下頜第一磨牙應(yīng)用不同粘接劑的髓腔固位高嵌體修復(fù)后牙本質(zhì)von Mises應(yīng)力分布

3 討論

本實(shí)驗(yàn)選取的六種陶瓷材料的材質(zhì)各不相同，性質(zhì)差異較大，并且所選的代表產(chǎn)品也是國(guó)內(nèi)外在臨床及科研上被廣泛關(guān)注以及認(rèn)可的材料。而其中更是包括像Lava Ultimate這種在科研研究領(lǐng)域有較大實(shí)驗(yàn)空缺的前沿材料。并且粘接劑的選擇也同樣保證了材質(zhì)上的不同以及產(chǎn)品的常用性和新穎性。產(chǎn)品名稱及對(duì)應(yīng)的材料種類信息如下：Lava Ultimate(納米樹(shù)脂陶瓷)，IPS e.max CAD(二硅酸鋰玻璃陶瓷)，Empress II(白榴石陶瓷)，Vita blosa Mark II(單層色長(zhǎng)石類陶瓷塊陶瓷)，Cercon base Zirconia(氧化鋯陶瓷)，In-Ceram Alumina(氧化鋁陶瓷)。 Relyx Unicem(通用自粘接樹(shù)脂粘接劑)，Panavia F (含氟復(fù)合樹(shù)脂粘接劑)，Relyx luting cement(玻璃離子水門汀)。

本實(shí)驗(yàn)中，18組不同材料修復(fù)模型中von Mises應(yīng)力峰值的最大值為29.07 MPa，而正常載荷條件下，牙本質(zhì)的抗拉強(qiáng)度為 33-40 MPa，抗壓強(qiáng)度250-480 MPa[13,14]。故對(duì)于下頜第一磨牙大面積缺損，本實(shí)驗(yàn)所選用的6種陶瓷材料及3種粘接劑皆可作為髓腔固位冠修復(fù)的修復(fù)材料。并且垂直載荷產(chǎn)生的牙本質(zhì)應(yīng)力小于斜向載荷的牙本質(zhì)應(yīng)力，這與臨床經(jīng)驗(yàn)以及其他研究結(jié)果相符。

目前一部分有限元研究認(rèn)為修復(fù)材料的彈性模量影響剩余牙體組織折裂風(fēng)險(xiǎn)，并有如下兩個(gè)主要觀點(diǎn)：①修復(fù)材料彈性模量越接近牙本質(zhì)，牙本質(zhì)所受應(yīng)力越小，牙體組織折裂風(fēng)險(xiǎn)越低[15]。②修復(fù)材料彈性模量越大，牙本質(zhì)所受應(yīng)力越小，牙體組織折裂風(fēng)險(xiǎn)越低[16]。但Habekost[17]和Shor[18]等的實(shí)驗(yàn)顯示高彈性模量的陶瓷嵌體和低彈性模量的樹(shù)脂嵌體在抵抗折裂的性能上兩者并無(wú)差異。由此可見(jiàn)，材料的彈性模量與牙本質(zhì)彈性模量在何種關(guān)系時(shí)最有利于剩余牙體組織的保護(hù)是尚有爭(zhēng)議的，這也是本實(shí)驗(yàn)期望解決的問(wèn)題。而本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在不同加載條件下，陶瓷材料彈性模量的高低雖然對(duì)牙體組織所受應(yīng)力大小有影響，但彈性模量和牙體的應(yīng)力值并不呈線性關(guān)聯(lián)。并且結(jié)果提示，當(dāng)應(yīng)用彈性模量接近牙本質(zhì)的Lava Ultimate時(shí)，牙本質(zhì)所受應(yīng)力最小。其原因可能為L(zhǎng)ava Ultimate具有類似于天然牙本質(zhì)的彈性模量，產(chǎn)生的變形差異較小，應(yīng)力分布更為合理，利于應(yīng)力緩解，大大減少了牙齒折裂的可能。

粘接劑雖然厚度較小，約20-200 μm，卻是傳導(dǎo)與分散殆力的重要媒介，其彈性模量對(duì)于全瓷冠的應(yīng)力分布有著極為重要的影響[19]。而本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，搭配六種不同陶瓷時(shí)，粘接劑皆符合彈性模量越小，牙本質(zhì)所受應(yīng)力越小。并且應(yīng)用彈性模量最小的Relyx Unicem粘接劑時(shí)牙本質(zhì)所受的力明顯小于應(yīng)用另外兩組粘接劑的情況。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)所選用的六種陶瓷材料及3種粘接劑皆可作為下頜第一磨牙大面積缺損髓腔固位冠修復(fù)的修復(fù)材料，并且建議臨床醫(yī)生應(yīng)用Lava Ultimate和Relyx Unicem這一組陶瓷材料和粘接劑搭配，使得理論上牙本質(zhì)所受應(yīng)力最小，牙體組織折裂風(fēng)險(xiǎn)最低。