呂越，陳曉敏

[摘要]目的：建立下頜第一恒磨牙聚合瓷嵌體修復后的三維有限元模型，分析不同墊底材料的厚度及彈性模量對基牙牙體組織應力分布的影響。方法：應用錐形束CT數(shù)據(jù)，建立下頜第一恒磨牙三維有限元模型。采用臨床常用的6種彈性模量不同材料：光固化玻璃離子、流體樹脂、高強度玻璃離子、后牙大塊樹脂、化學固化玻璃離子和后牙樹脂，分別設定0.5 mm、1 mm、1.5 mm的厚度墊底，施加垂直向150 N、垂直向300 N、斜向150 N的靜止載荷模擬不同生理咬合狀態(tài)。計算并分析各組在不同載荷下基牙牙體組織各部分的應力分布情況，比較應力集中部位、等效應力及最大主應力的差異。結果：聚合瓷嵌體修復后的牙體組織內應力主要分布于牙釉質的頸部邊緣處、牙本質的齦壁處及墊底層內。隨著墊底材料彈性模量逐漸接近牙本質，牙釉質中的應力呈下降趨勢，墊底層的應力呈增高趨勢，牙本質中的應力變化趨勢不明顯。隨墊底材料厚度增加，牙釉質頸部邊緣處的應力升高，墊底層內的應力降低，牙本質中的應力變化趨勢不明顯。結論：選擇彈性模量接近牙本質的材料進行適宜厚度地墊底，有利于應力在剩余牙體組織中的穩(wěn)定傳導，提高聚合瓷嵌體修復的遠期成功率。

[關鍵詞]有限元分析；高嵌體；應力分布；彈性模量；墊底材料；聚合瓷

[中圖分類號]R783.1? ? [文獻標志碼]A? ? [文章編號]1008-6455（2023）04-0061-05

Analysis in the Tooth Tissue Repaired of Polymerized Porcelain Onlay with Different Base Materials

LYU Yue，CHEN Xiaomin

（Department of Stomatology，Suzhou Kowloon Hospital，Shanghai Jiao Tong University School of Medicine，Suzhou 215080，Jiangsu，China）

Abstract： Objective? To investigate the biomechanical effect changes with different type and thickness of base materials after polymerized porcelain onlay restoration for mandibular first molar by finite element stress analysis. Methods? The model of the mandibular first molar restored with polymerized porcelain onlay was constructed based on CT data. Six types of different elastic modulus of base materials was adopted： light cure glass ionomer， flowable composite resin， high strength glass ionomer， posterior bulk resin， chemical glass ionomer and posterior resin， setting the thickness as 0.5 mm， 1.0 mm and 1.5 mm. The model was applied with static load of 150 N in vertical direction， 300 N in vertical direction and 150 N in oblique direction， respectively， stimulating different occlusal states. The stresses changes on different parts of tooth tissue were calculated and analyzed by three-dimensional finite element analysis. Results? The stress distribution in tooth tissue mainly focused on the neckline edge of enamel， the area towards gingival of dentin and the base layer. As the modulus of base material approaching to dentin， the stress distribution showed a downward trend in enamel， an upward trend in base layer and no significant change in dentin. As the thickness of base material increased， the stress distribution showed a downward trend in both enamel and base layer， no significant change has been detected in dentin. Conclusion? Choice suitable thickness base material which was modulus similar to dentin in favour of stress stable conduction in the remaining dental tissue， and improved the long-term success rate of polymerized porcelain restoration.

Key words： finite element analysis; onlay; stress distribution; lastic modulus; base material; polymerized porcelain

后牙因咬硬物或局部齲壞造成的牙體單尖缺損并不少見，該類缺損牙備牙后的洞型常常接近髓腔，墊底材料不僅能保護牙髓組織健康，同時承擔牙體組織、修復體之間力的傳導作用，保證牙體組織在應力下的抗折性能。此外，活髓牙此類缺損的修復難度不僅在于需要避免墊底材料對牙髓組織產生刺激，同時，直接充填技術在臨床操作時難以恢復良好的牙體外形，且充填體后期存在二次折裂的風險。應用嵌體修復此類缺損的優(yōu)勢明顯[1]，聚合瓷作為新型的瓷化樹脂材料，制作的嵌體可達到良好的臨床效果，不僅具備良好的機械性能，而且彈性模量遠低于傳統(tǒng)的鑄瓷材料[2]，同時價格更為低廉。臨床在充填修復時常用的墊底材料包括氧化鋅丁香油水門汀、硅酸鈣、玻璃離子、各類樹脂材料等；而嵌體修復由于粘接技術的要求，多使用玻璃離子及樹脂材料。研究同時應用墊底材料及聚合瓷修復此類缺損的報道較為少見。本研究通過建立下頜第一恒磨牙聚合瓷高嵌體修復后的三維有限元模型，選取臨床常用的不同種類及厚度的墊底材料進行模擬，觀察牙體組織中的應力變化，為聚合瓷嵌體修復活髓牙牙體缺損理論研究和臨床工作提供參考。

1? 材料和方法

1.1 樣本來源：選擇一名全口牙列完整、咬合關系正常、牙齒形態(tài)標準且牙周情況良好的青年志愿者。通過曲面體層片觀察，全口牙槽骨未見明顯的水平性及垂直性吸收，右側下頜后牙牙根形態(tài)無明顯異常。

1.2 CT掃描：使用藻酸鹽印模材料制取志愿者全口標準模，制作咬合板。志愿者佩戴自制的咬合板仰臥于CT床上，由下頜骨頦下往上逐層掃描至下頜髁狀突。掃描厚度0.33 mm，獲得軸位斷層圖像。

1.3 建立模型：將數(shù)據(jù)導入至Mimics 17.0軟件中，逐層剝離，提取牙釉質、牙本質、牙髓組織，獲取右下頜第一磨牙的模型。將提取的各個部分數(shù)據(jù)導入至Geomagic Wrap 2017中進行精修繪制，繼而將模型導入CATIA進行洞型設計后，導入Ansys 20.0軟件中劃分網(wǎng)格，建立右下頜第一磨牙的有限元模型。

1.4 實驗分組和模型參數(shù)選擇：采用不同彈性模量的墊底材料，從低到高分別為：光固化玻璃離子（3M Vitrebond，美國），流體樹脂（3M Filtek Flowable Restoration，美國），高強度玻璃離子（松風FX-II，日本），后牙大塊樹脂（DMG后牙樹脂，德國），化學固化玻璃離子（Fuji IX，日本）及后牙復合樹脂（3M Filtek P60，美國）。定義模型中牙體組織及墊底材料的屬性，彈性模量及泊松比具體參數(shù)見表1。

1.5 實驗條件：模型中的材料均假設為連續(xù)、均勻和各向同性的線性彈性材料，假設各部分結構在加載條件下不發(fā)生相對滑動。

1.5.1 邊界條件：將牙槽骨周圍定為固定約束。

1.5.2 載荷條件：正常咀嚼食物時咬合力為3～30 kg，據(jù)此擬定載荷取平均值150 N和最大值300 N。①當廣泛牙合接觸時，加載點位于牙尖交錯位時的牙合接觸面，將150 N和300 N載荷加載在中央窩和功能尖近頰牙合邊緣嵴處，與牙長軸平行；②當側方牙合接觸時，將150 N載荷加載于功能尖近頰牙合邊緣嵴處，與牙長軸斜向呈30°[8]。

1.5.3 研究部位：選取牙釉質中央窩、牙釉質軸壁、牙釉質頸部邊緣、牙本質軸壁、牙本質齦壁及墊底層等不同方向的牙體組織進行研究。

1.6 統(tǒng)計學分析：運用ANSYS 20.0軟件進行計算加載負荷時的選取的各部位的應力分布、等效應力、拉應力即最大主應力（σ1）。根據(jù)不同方向載荷下獲得的牙體組織應力值，分析不同墊底材料彈性模量、厚度及不同方向載荷對牙體組織應力的影響。

2? 結果

2.1 不同的墊底材料在牙體組織內的應力分布規(guī)律：各類墊底材料對牙體組織造成的應力集中部位無差別。牙釉質中應力主要集中于牙頸部邊緣。牙本質部位中應力主要集中于齦壁。墊底層中的應力顯著高于牙本質及牙釉質。見圖1。

2.2 采用不同墊底材料時牙體應力峰值的變化：本研究采用的不同的墊底材料，彈性模量逐漸趨近于直至略高于牙本質。取墊底厚度為1 mm的各組進行第一主應力及等效應力分析，結果表明，在同樣的方向和大小載荷下，隨墊底材料的彈性模量升高：①在牙釉質中，應力在軸壁及牙頸部邊緣處無明顯差異（見圖2B～C），但在中央窩呈現(xiàn)降低趨勢（見表2，圖2A）；②在牙本質中，應力在軸壁及牙頸部邊緣處無明顯差異（見圖2D～E）；③在墊底層中，應力逐漸呈增高趨勢（見表3，圖2F）。

2.3 墊底層厚度變化時牙體應力峰值的大小變化：取牙體各組織中的應力分布最大處分析，即牙釉質的頸部邊緣處、牙本質齦壁和墊底層，在同樣的方向和大小載荷下，隨墊底材料厚度的增加，可得：①在牙釉質的頸部邊緣處，應力逐漸升高，尤其在墊底層厚度從1.0 mm變?yōu)?.5 mm時變化明顯，第一主應力在斜向載荷150 N下明顯升高（見圖3A），等效應力在垂直向300 N載荷下明顯升高（見圖3B）；②在牙本質齦壁處，應力逐漸降低，尤其在墊底層厚度從1.0 mm變?yōu)?.5 mm時變化為明顯，第一主應力在斜向載荷150 N下明顯降低（見圖4A），等效應力在垂直向300 N載荷下明顯降低（見圖4B）；③在墊底層內，第一主應力及等效應力均有所降低（見圖5）。

3? 討論

近年，在微創(chuàng)治療理念指導下，伴隨口腔修復新材料的發(fā)展及鑄造工藝的進步，嵌體修復的使用率越來越高[9]。較傳統(tǒng)充填術而言，嵌體的優(yōu)勢包括外形佳、聚合收縮少、微滲漏較低[10]和抗疲勞破壞性強[11]等。其中，鑄瓷嵌體具有不影響磁共振成像、色澤及美學效果接近天然牙、粘接效率高等優(yōu)點，在臨床已替代大部分傳統(tǒng)貴金屬嵌體而廣泛應用。而聚合瓷作為一種新興的嵌體修復的新材料，兼具瓷和樹脂材料的優(yōu)點，表現(xiàn)出良好的美觀效應、耐磨性及較低的邊緣微滲漏效應[12]。

臨床上涉及牙尖的牙體缺損面積大，受力過大時易發(fā)生牙體二次折裂[13]。應用于活髓牙的墊底材料需滿足對牙髓組織刺激性小，同時不影響粘接效率兩個基本條件。在嵌體修復中，還需考慮適宜的力學性能[14-15]。Farah提出[16]墊底材料對應力分布影響主要取決于彈性模量，相鄰材料之間的彈性模量差別會產生應力分布不均，而對充填或修復治療的遠期效果產生影響。依據(jù)以上特征，本實驗選取了嵌體修復時臨床中常用的玻璃離子及樹脂類墊底材料進行研究。同時由于新技術的發(fā)展，即便是同類墊底材料的彈性模量仍具有不小的差別，本實驗選取了彈性模量區(qū)間跨度較大的幾種常用玻璃離子及樹脂，獲得了相對豐富的數(shù)據(jù)。

本實驗中各類墊底材料對牙體組織造成的應力集中部位無差別，與湯英娜[17]等的研究結果一致。由于牙體各部分組織內的應力均主要集中于在近齦處，提示臨床上尤其需要注意牙體頸部要保留足夠的牙體組織。墊底層中最大主應力低時，對應的牙釉質、牙本質中的最大主應力相應升高。即彈性模量的墊底材受力時會傳導更多的應力至剩余牙體組織，提示較高彈性模量的墊底材料有利于緩解牙體的應力集中，與姜又升[5]等的研究結果一致。低彈性模量材料產生的等效應力較低，提示其在同樣載荷下產生的微小形變更大，更容易因疲勞造成粘接失效，最終導致修復失敗。同時，本實驗的應力變化趨勢提示，當彈性模量達到一定程度時，不同材料間的應力差距已不明顯，如高強度玻璃離子及后牙樹脂之間應力差距極??；其中，化學固化玻璃離子的技術敏感性稍高也需考慮其中，不同的粉液配比可能導致這種材料彈性模量的不穩(wěn)定[18]。

各類材料在厚度變化時應力的變化趨勢基本一致，其中低彈性模量的墊底材料變化更為顯著，高彈性模量造成的應力變化趨勢更加平緩。所有材料中，光固化玻璃離子的厚度改變造成的牙體組織應力變化最為顯著，提示其作為此類缺損嵌體修復的墊底材料需謹慎的考量。同一類型的墊底材料，墊底層由0.5 mm增厚至1.0 mm時，各向載荷下，牙釉質、牙本質內的應力改變不明顯，墊底層內有所下降。墊底層由1.0 mm增厚至1.5 mm時，牙釉質頸部邊緣處的應力會顯著升高，牙本質內的應力顯著降低，墊底層內的壓力逐漸降低。王艷艷[19]及Bottacchiari[20]在研究全瓷高嵌體時認為在頰側剩余的牙體組織越少，應力越集中，這與本實驗對于聚合瓷嵌體的研究結果一致。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因，可能是由于進行墊底操作時，必須留存足夠的牙釉質面積進行后續(xù)粘接操作，由牙釉質外側傳導的應力不能獲得緩沖所致。馮娟[21]也認為沒有墊底材料時，冠部的主應力會直接從牙釉質垂直傳遞到髓腔，應力集中于齦階邊緣。當有墊底材料時，應力傳遞在墊底層產生中斷后再傳至牙體組織。提示臨床中若缺損較大或墊底層較加時，缺損區(qū)牙頸部釉質的強度必須足夠。同時，墊底厚度增加時，牙體組織長期承受過大的應力還可能損傷牙體組織導致折裂以及引起牙髓炎癥，不利于遠期效果的維持。閆瑛[22]的研究認為墊底厚度應維持在0.5～1.0 mm，與本實驗的觀點近似。

綜上所述，單尖缺損的聚合瓷嵌體修復應考慮墊底材料的彈性模量和厚度，彈性模量高的化學固化玻璃離子及后牙樹脂類對牙體組織的應力作用小，遠期效果更為樂觀，且墊底的厚度不應超過1 mm，避免牙體組織的應力過大，才能獲得更好的臨床預后。

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[收稿日期]2021-11-15

本文引文格式：呂越，陳曉敏.不同墊底材料用于聚合瓷嵌體修復后牙體組織應力變化的研究[J].中國美容醫(yī)學，2023，32（4）：61-66.