孫 陽 孫志濤 朱佳妮 王衛(wèi)衛(wèi) 柏 娜 劉 杰

纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂粘接固定義齒（fiber-reinforced composite resin-bonded fixed partial denture，F(xiàn)RC-RBFPD），是利用纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂作為修復(fù)體加強(qiáng)支架，使用復(fù)合樹脂制作修復(fù)體外形的一種固定修復(fù)體，屬于微創(chuàng)修復(fù)技術(shù)[1]。具有不磨牙，無金屬，美觀，操作簡(jiǎn)單，便于在口內(nèi)修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，作為一種修復(fù)方式已得到廣泛應(yīng)用。但在臨床工作中，F(xiàn)RC-RBFPD修復(fù)失敗也有發(fā)生，修復(fù)體脫落是FRC-RBFPD失敗的主要原因。樹脂粘接劑的粘接力隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，最終修復(fù)體脫落其原因可能是由于持續(xù)的粘接層的應(yīng)力導(dǎo)致[2]。在粘接層的厚度只有50～140um厚情況下，臨床很難測(cè)量計(jì)算其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力的大小[3]。因此，本文應(yīng)用有限元分析的方法，從生物力學(xué)角度分析不同粘接劑對(duì)FRC-RBFPD粘接層的應(yīng)力分布情況的影響，以期為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

資料和方法

1.建模樣本：選取一例24歲的女性患者作為數(shù)據(jù)采集的對(duì)象，該患者牙列完整，牙齒排列正常，咬合關(guān)系正常，牙周組織健康，牙冠解剖形態(tài)正常。患者簽署知情同意書。

2.儀器和軟件：掃描設(shè)備：錐形束CT（cone beam computed tomography,CBCT；New Tom VG，意大利）；計(jì)算機(jī)配置：PC Intel（R） Core（TM）i7-4790 CPU@3.60GHz，內(nèi)存 8G，硬盤 1TB；操作系統(tǒng)：Windows 7專業(yè)版；應(yīng)用軟件：Mimics10.01醫(yī)學(xué)圖像處理軟件（Materialise公司，比利時(shí)）、Geomagic Studio9逆向工程軟件（Raindrop公司，美國）、CATIA V5R20三 維 設(shè) 計(jì) 軟 件（Dassault Systemes公司，法國）、Abaqus6.13有限元建模與分析軟件（Simulia公司，法國）。

3.三維模型的建立：CBCT掃描獲取該患者上下頜的CT圖像，獲得CT掃描圖形的DICOM數(shù)據(jù)，直接導(dǎo)入Mimics軟件中進(jìn)行建模。本研究建立左下頜中切牙缺失，左下側(cè)切牙和右下中切牙為基牙，纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂粘接義齒修復(fù)左下中切牙的三維有限元模型。在Mimics軟件中，根據(jù)骨組織與牙體組織灰度值的差異，提取左下側(cè)切牙和右下中切牙的三維結(jié)構(gòu)信息，在Geomagic Studio軟件中，對(duì)左下側(cè)切牙和右下中切牙三維結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)化處理，精確擬合曲面。在CATIA軟件Prat模塊中，將左下側(cè)切牙和右下中切牙牙根部的三維模型向外加厚曲面生成均一厚度為0.2mm的牙周膜模型?；谘例X的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立左下頜中切牙的纖維增強(qiáng)修復(fù)體和粘接層的幾何模型，粘接層厚為100μm，建立粘接層與修復(fù)體和牙齒的接觸面、牙齒和牙周膜的接觸面，保證公用面一致。最后，在CATIA軟件Product模塊中，將建立好的牙齒、牙周膜和修復(fù)體模型進(jìn)行定位裝配。

4.三維有限元網(wǎng)格劃分：將構(gòu)建好的三維模型導(dǎo)入有限元分析軟件abaqus6.13中，建立所有對(duì)象網(wǎng)格，其中牙齒、牙周膜、粘接層，修復(fù)體和纖維加強(qiáng)涉及到應(yīng)力集中的部分進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，本模型單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)見表1。

5.材料力學(xué)參數(shù)：本模型假設(shè)所有材料為均質(zhì)、各向同性的線彈性材料，材料變形為小變形。受力時(shí)模型各界面均不產(chǎn)生相互滑動(dòng)。各種結(jié)構(gòu)材料的彈性模量和泊松比來自近5年國內(nèi)外文獻(xiàn)及廠商提供，見表2。

表1 FRC-RBFPD各部分的單元類型、單元個(gè)數(shù)及節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)

表2 模型中各部分材料力學(xué)參數(shù)

6.參數(shù)設(shè)定：①定義材料間的接觸關(guān)系：定義牙齒與牙周膜、粘結(jié)層和牙齒、粘結(jié)層和修復(fù)體、牙齒和牙周膜、修復(fù)體和纖維加強(qiáng)之間相互作用為綁定（Tie）約束，牙齒與牙齒之間相互獨(dú)立，且彼此之間為緊密接觸關(guān)系。如圖1所示。②加載量：參照成人下頜中切牙承受的生理牙合力，載荷大小設(shè)定為154N。③加載方向：垂直向和斜向加載，垂直向加載與牙體長(zhǎng)軸平行，斜向加載力由唇側(cè)偏向舌側(cè)與牙體長(zhǎng)軸呈45°角；外力作用于牙齒切端的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。如圖2、圖3所示。④1.6.4邊界條件：將牙周膜外側(cè)所有點(diǎn)都加以固定約束。

7.應(yīng)力計(jì)算與分析：采用ABAQUS/Standard求解所定義的數(shù)值模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力分析，以彩色云紋圖顯示分析結(jié)果。

圖1 粘結(jié)層和修復(fù)體之間的Tie約束

圖2 90°咬合力位置和方向

圖3 45°咬合力位置和方向

結(jié) 果

本研究應(yīng)用CBCT獲得下頜牙齒原始數(shù)據(jù)，利用Mimics、Geomagic Studio軟件和CATIA等軟件生成下頜牙齒、牙周膜、粘接層、修復(fù)體和纖維加強(qiáng)帶三維有限元模型。不同粘接系統(tǒng)在45°、90°載荷條件下，粘接層產(chǎn)生Von Mises應(yīng)力值見表3。

斜向載荷下，粘接層Von Mises應(yīng)力主要集中在基牙靠近缺牙區(qū)軸壁切端1/2處，RelyX Ultimate粘接系統(tǒng)Von Mises最大，最大應(yīng)力值為31.3Mpa（圖4）。垂直載荷下，粘接層Von Mises應(yīng)力主要集中在基牙靠近缺牙區(qū)軸壁，RelyX Ultimate粘接系統(tǒng)Von Mises最大，最大應(yīng)力值為51.85Mpa（圖5）。同樣粘接系統(tǒng)下，斜向載荷的Von Mises應(yīng)力值均小于垂直載荷下Von Mises應(yīng)力值。相同加載角度下，隨著粘接系統(tǒng)楊氏模量值增高，Von Mises應(yīng)力值增高，Super-Bond C&B粘接系統(tǒng)在斜向載荷和垂直載荷情況下，Von Mises應(yīng)力值均最小。

表3 不同加載力角度及不同粘接系統(tǒng)下粘接層Von Mises應(yīng)力值（MPa）

圖4 斜向載荷（45°）下，使用Super-Bond C&B（A）、Panavia Fluoro Cement（B）、RelyX Ultimate（C）粘接系統(tǒng)整體及粘接層受力云圖

討 論

下頜前牙缺失后，尤其是下頜中切牙和側(cè)切牙個(gè)別缺失時(shí)，常因近遠(yuǎn)中距離不足無法行種植義齒修復(fù)[7]。采用傳統(tǒng)固定修復(fù)方法，需要大量磨除基牙的牙體組織，以獲得固位體所需的空間和就位道。而選擇可摘義齒修復(fù)，美觀性和舒適性不佳。FRC-RBFPD是一種微創(chuàng)、無金屬的固定修復(fù)方法，向患者提供了一種新的固定修復(fù)方式。肖遵勝[8]等通過4年臨床觀察顯示，對(duì)于1～3顆前牙缺失合并鄰近基牙牙周支持受損的患者，玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂粘接義齒是一種可行的固定修復(fù)方式。下頜前牙應(yīng)用FRC-RBFPD時(shí)，無需行牙體預(yù)備，臨床使用廣泛。因此本研究建立左下頜中切牙缺失，左下側(cè)切牙和右下中切牙為基牙，纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂粘接義齒修復(fù)左下中切牙的三維有限元模型。應(yīng)用此有限元模型，從生物力學(xué)角度分析不同粘接劑對(duì)FRC-RBFPD粘接界面的應(yīng)力分布情況。

修復(fù)體脫落是纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂粘接固定義齒失敗的主要原因，可能是由于樹脂粘接劑粘接力不足，或者是粘接義齒適應(yīng)癥選擇不恰當(dāng)。樹脂粘接劑的粘接力隨著時(shí)間的延長(zhǎng)也在降低，最終導(dǎo)致修復(fù)體脫落可能是由于持續(xù)的應(yīng)力導(dǎo)致[2]。影響粘接層應(yīng)力的因素有粘接層厚度，粘接劑固有機(jī)械性能等因素。有報(bào)道研究，粘接層的厚度在100～200μm之間時(shí)，Super-Bond C&B、Panavia Fluoro Cement之間的斷裂韌度不存在明顯的差異[9]。Kashani等[10]研究得出的結(jié)論：臨床可接受的全冠邊緣粘接劑厚度應(yīng)在100μm以內(nèi)。在本研究中，粘接層厚度設(shè)置為100μm，排除粘接層厚度因素對(duì)FRC-RBFPD粘接層的應(yīng)力分布情況的影響。

Super-Bond C&B、Panavia Fluoro Cement、RelyX Ultimate為臨床中常用的粘接系統(tǒng)，均具有較好粘接性能。樹脂粘接劑通常通過剪切強(qiáng)度來評(píng)價(jià)其粘接性能。應(yīng)于康[11]等研究比較Super-Bond C&B、Panavia Fluoro Cement兩種樹脂粘結(jié)劑對(duì)不同修復(fù)材料的剪切強(qiáng)度，得出結(jié)果Super-bond的粘接性能高于Panavia-F。RelyX Unitimate對(duì)粘接效果的評(píng)價(jià)并不一致。本研究通過從生物力學(xué)角度分析3種粘接系統(tǒng)對(duì)粘接層應(yīng)力產(chǎn)生的影響，RelyX Unicem與牙釉質(zhì)及玻璃纖維的楊氏模量值差異較小，對(duì)應(yīng)力傳導(dǎo)的改變就很小，粘接層表現(xiàn)為高的應(yīng)力值。相對(duì)而言，Super-bond超級(jí)粘接劑更有利于分散修復(fù)體與基牙粘接界面上應(yīng)力，有利于粘接修復(fù)體長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。

不同的加載方式會(huì)對(duì)應(yīng)不同應(yīng)力分布狀態(tài)，本研究采用的是兩種不同加載方式對(duì)基牙粘接層進(jìn)行受力分析：在垂直加載情況，模擬口內(nèi)對(duì)刃合時(shí)咬合關(guān)系，3種粘接系統(tǒng)的應(yīng)力集中區(qū)分布規(guī)律相似，應(yīng)力集中區(qū)主要位于固位體的近連接體處和連接區(qū)。在斜向加載情況，模擬口內(nèi)正中合咬合關(guān)系，應(yīng)力集中區(qū)主要位于固位體近連接體區(qū)和連接區(qū)的上段。垂直加載Von Mises應(yīng)力值均大于斜向加載。因此前牙FRC-RBFPD修復(fù)，對(duì)于連接處高應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)采取增大修復(fù)體與基牙連接區(qū)粘接面積等方法，減小連接區(qū)應(yīng)力；在正中合位時(shí)，保持輕接觸的咬合關(guān)系，前伸對(duì)刃牙合時(shí)，無牙合干擾。粘接修復(fù)完成后，嚴(yán)格檢查正中合、前伸和側(cè)方運(yùn)動(dòng)咬合接觸情況，去除早接觸點(diǎn)。加強(qiáng)患者口腔衛(wèi)生指導(dǎo)，避免修復(fù)體受到應(yīng)力破壞而脫落。

1 Emine Sirin Karaarslan，Ertan Ertas，Semih Ozsevik.Conservative approach for restoring posterior missing tooth with fiber reinforcement materials:four clinical reports.Eur J Dent，2011，5（4）:465-471.

2 Nayar S，Ganesh R，Santhosh S.Fiber reinforced composites in prosthodontics – asystematic review.J Pharm Bioallied Sci，2015，7（Suppl 1）:S220-S222.

3 Juliana Cabrini，Laiza Maria Grassi，Salvador.Diametral tensile strength and film thickness of an experimental dental luting agent derived from castor oil.J Appl Oral Sci，2012，20（1）:16-20.

4 Filip Keulemans，Akikazu Shinya，Lippo V，et al.Three-dimensional finite element analysis of anterior two-unit cantilever resin-bonded fixed dental prostheses.Scientific World Journal，Published online 2015 Mar 24.doi:10.1155/2015/864389

5 Yokoyama D，Shinya A，Lassila LVJ，et al.Framework design ofan anteriorfiber-reinforced hybrid composite fixed partial denture:a 3Dfinite element study.Int J Prosthodont，2009，22（1）:405-412.

6 Yokoyama D,Shinya A,Gomi H，et al.Effects of mechanical propertiesofadhesive resin cementson stressdistribution in fiber-reinforced composite adhesive fixed partial dentures.Dental Materials Journal，2012，31（2）:189-196.

7 孔娜娜，苗芬，袁華，等.基于CBCT的下頜前牙區(qū)頜骨形態(tài)學(xué)研究.口腔生物醫(yī)學(xué)，2013，4（4）:181-185.

8 肖遵勝，姜婷，方曉倩，等.玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合樹脂牙周夾板粘接修復(fù)前牙缺失的四年臨床觀察.中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，2016，51（2）:76-80.

9 Ai H，Nagai M.Effect of the adhesive layer thickness on thefracture toughness of dental adhesive resins.Dent Mater J，2000，19:153-163.

10 Kashani HG， SC Khera， IA Gulker.The effects of bevel angulation on marginal integrit.J Am Dent Assoc，1981，103（6）：882-885.

11 應(yīng)于康，張建中，吳偉力，等.兩種樹脂粘結(jié)劑對(duì)不同材料粘結(jié)性能的比較.口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志，2007，8（2）:127-129.