郭冬梅，謝莉莉，全 濤

（海南省人民醫(yī)院，海口 510102）

0 引言

下頜第二前磨牙有著較為復雜且特殊的解剖結構，所承擔的咬合力較大，易出現(xiàn)嚴重磨損、缺損、碎裂等，感染等病變的發(fā)生率較高[1-3]。其中，非齲性頸部缺損（non-carious cervical lesions，NCCLs）是指因磨損、腐蝕等造成的釉牙骨質界處牙體硬組織喪失，在下頜第二前磨牙有較高的發(fā)病率[4-5]。目前，臨床對于下頜第二前磨牙NCCLs 通常采用嵌體修復治療法，但口腔科用于NCCLs 修復的嵌體材料較多，如鑄瓷、復合樹脂、玻璃離子等，不同材料各有優(yōu)缺點，哪種材料的生物力學性能最佳，目前臨床尚無統(tǒng)一定論[6]。因此，本研究通過建立右下頜第二前磨牙NCCLs 三維有限元模型，比較不同嵌體材料修復NCCLs 的生物力學性能，以期能為下頜第二前磨牙的有效修復提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 樣本來源

選取2021年4 月在醫(yī)院口腔科因治療需要拔除的牙合關系正常、磨損少、無齲壞裂紋的右下頜第二前磨牙，牙齒大小符合國人牙齒標準范圍。樣本牙去除表面軟組織、牙石等，將牙根包埋于硅橡膠印模材料，使牙長軸與硅橡膠板垂直，確保底部平整。

1.2 儀器與軟件

儀器：錐形束CT（cone beam CT，CBCT）口腔掃描儀（德國，QUART DVT_AP 型）。軟件：Mimics 三維重建軟件（比利時）、Geomagic Studio 2020 逆向處理軟件（美國）、ANSYS Workbench 2020 R2 有限元分析軟件（美國）、Unigraphics NX 三維重建軟件（美國）等。

1.3 離體牙掃描及三維建模

應用CBCT 口腔掃描儀平行于樣本牙長軸對牙齒進行斷層掃描。設置掃描參數(shù)：電壓為120 kV，分辨力為0.125 立體像素，掃描時間為26 s。應用Mimics 19.0 三維重建軟件讀取CBCT 掃描數(shù)據(jù)，生成實驗所需三維數(shù)據(jù)，并導出為STL 格式文件。將STL 格式文件導入Geomagic Studio 2020 逆向處理軟件，進行圖像預處理后建立右下頜第二前磨牙三維模型，以IGES 格式保存。再以Unigraphics NX 三維重建軟件處理模型，由牙頸部切出楔狀洞型，設置窩洞高、深、寬分別為5.0、1.0、2.5 mm，缺損底部平緩，洞緣角為120°的鈍角，獲得的NCCLs 模型如圖1 所示。

圖1 右下頜第二前磨牙NCCLS 模型

1.4 不同嵌體材料及建模

將三維實體模型導入有限元分析軟件，自動劃分網(wǎng)格后生成10 節(jié)點的等參四面體單元，共生成單元格數(shù)362337 個，節(jié)點數(shù)505855 個。從釉牙骨質界以下均勻地沿牙根輪廓線外展2 mm，開始建立牙周膜與牙槽骨的三維實體模型。黏結劑厚50 μm，選擇4 種嵌體修復材料，分別為復合樹脂（生產(chǎn)企業(yè)：美國3M 公司，商品名：FiltekTMZ350 納米復合樹脂）、玻璃離子（生產(chǎn)企業(yè)：日本富士公司，商品名：GC FujiⅡLC 樹脂改性光固化玻璃）、鑄瓷（生產(chǎn)企業(yè)：瑞士義獲嘉·偉瓦登特公司，商品名：義獲嘉IPS-E.Max鑄瓷）和優(yōu)韌瓷（生產(chǎn)企業(yè)：美國3M 公司，商品名：LavaTMUltimate 優(yōu)韌瓷）。

1.5 模型材料力學參數(shù)值

假設模型各部件均為均質、連續(xù)、各向同性線性的彈性材料。各材料力學參數(shù)值見表1。

表1 材料力學參數(shù)值[7-8]

1.6 載荷加載

1.6.1 靜態(tài)載荷

（1）垂直加載：將力加載于樣本牙頰尖頂處，與牙體長軸面平行。（2）側向加載：包括由舌側斜向于頰側以及由頰側斜向于舌側，與牙體長軸呈45°。2種加載方式如圖2 所示，加載力均為100 N。模型約束：固定牙齒于牙槽骨內(nèi)，對牙根進行X、Y、Z 3 個方向的移動約束，以保證離體牙模型受力時各界面不會移位。

圖2 三維模型加載力方向（單位：mm）

1.6.2 動態(tài)載荷

通過動態(tài)載荷加載模擬口腔咀嚼狀態(tài)下的應力情況，參照相關文獻[9]，設定0.88 s 為1 個動態(tài)載荷周期，并將這一周期分為5 個咀嚼階段：0～0.13 s 為第1 階段，加載力為0 N；0.14～0.15 s 為第2 階段，垂直加載200 N；0.16～0.25 s 為第3 階段，頰向舌側斜向45°加載200 N；0.26～0.30 s 為第4 階段，舌向頰側斜向45°加載200 N；0.31～0.88 s 為第5 階段，加載力為0 N。同時，動態(tài)加載時溫度設置為37 ℃，以達到模擬仿真的效果；取1 個動態(tài)載荷周期的平均值，作為不同嵌體材料動態(tài)加載的觀察指標。

2 結果

2.1 修復后嵌體靜態(tài)加載最大應力峰值

NCCLs 模型的應力集中在缺損的尖端；4 種嵌體材料修復后，缺損內(nèi)部無明顯應力集中，而缺損尖端應力值降低，不同嵌體材料的應力分布趨勢基本相同。不同方向加載的最大應力峰值比較可見，4種嵌體材料均是舌向頰側斜向45°加載時的應力峰值最高；不同嵌體材料的最大應力峰值比較可見，鑄瓷材料垂直加載、舌向頰側斜向45°加載與頰向舌側斜向45°加載的應力峰值均為最高。各嵌體材料應力峰值由小到大排列依次為：優(yōu)韌瓷＜復合樹脂＜玻璃離子＜鑄瓷，見表2。

表2 修復后嵌體靜態(tài)加載最大應力峰值 單位：MPa

2.2 動態(tài)加載模擬口腔咀嚼時牙本質應力峰值

通過對動態(tài)加載分析可見，鑄瓷的Von Mises 應力峰值與主應力峰值最大，其次為玻璃離子、復合樹脂，應力峰值最小的為優(yōu)韌瓷，詳見表3。

表3 動態(tài)加載模擬口腔咀嚼時牙本質應力峰值 單位：MPa

2.3 嵌體與牙體交界處應力分布

選擇NCCLs 洞型應力集中區(qū)域內(nèi)的4 個節(jié)點（嵌體材料與牙體組織交界處的左、右兩端，以及缺損底端、缺損頂端）進行不同嵌體材料的Von Mises應力值測量。結果發(fā)現(xiàn)，不論是垂直加載（如圖3 所示），還是舌向頰側斜向45°加載、頰向舌側斜向45°加載，均顯示嵌體與牙體各交界點的應力值降低，其中鑄瓷頂端與底端的應力值較大，左、右兩端的應力值較小，而復合樹脂、玻璃離子、優(yōu)韌瓷頂端與底端應力值較小，左、右兩端應力值較大。各嵌體材料檢測點應力值由小至大排列依次為：優(yōu)韌瓷＜復合樹脂＜玻璃離子＜鑄瓷。

圖3 垂直加載下嵌體與牙體交界處的應力分布

2.4 嵌體材料修復NCCLs 前后各模型頰尖位移值

在垂直與側向加載方式下，相較于修復前的缺損模型，不同嵌體材料修復后的各模型頰尖位移值均有減小，減小幅度最大的均為頰向舌側斜向45°加載。在同一加載條件下，各嵌體材料修復后的頰尖位移值均相同，見表4，如圖4 所示。

圖4 嵌體材料修復NCCLs 前后各模型頰尖位移值

表4 嵌體材料修復NCCLs 前后各模型頰尖位移值 單位：mm

3 討論

NCCLs 作為牙科常見的牙體硬組織非齲性疾病，好發(fā)于下頜第二前磨牙，目前主要采用嵌體材料修復治療。嵌體修復具有操作簡單、對齦溝液污染少、修復黏結度強等優(yōu)點[10-11]。同時，在NCCLs 治療中，還需充分考慮到嵌體材料修復的穩(wěn)固性、美觀性等特點。為進一步探索不同嵌體修復材料的力學性能，本研究建立了下頜第二前磨牙的三維模型?；谠撗浪袚闹匾捉雷饔茫芯磕M了人體進食咀嚼時上下頜咬合所接觸到的范圍，選擇下頜第二前磨牙頰尖斜面進行NCCLs 設計。楔形缺損在臨床較為常見，其形態(tài)圓緩，窩洞底部已制備成較平整的腎形或半圓形，避免嵌體尖端導致牙頸部應力的過于集中，修復后對牙合力的矯正預后效果更佳。同時選擇復合樹脂、玻璃離子、鑄瓷與優(yōu)韌瓷4 種嵌體材料用于NCCLs 修復模型中，以找出最佳的嵌體修復材料。

FiltekTMZ350 納米復合樹脂是一種高分子充填材料，聚合收縮能力小，對牙體組織的牽拉力小，可獲得較好的修復形態(tài)及鄰接關系；GC Fuji ⅡLC 樹脂改性光固化玻璃在傳統(tǒng)玻璃離子基礎上加入了樹脂成分，更具耐磨性；義獲嘉IPS-E.Max 鑄瓷的強度高，生物相容性好，美學效果佳；LavaTMUltimate優(yōu)韌瓷作為首款納米復合陶瓷，嵌體外觀自然，韌性更佳。本研究三維有限元分析可見，4 種嵌體材料在修復下頜第二前磨牙NCCLs 后表現(xiàn)出相似的應力分布趨勢，缺損內(nèi)部無明顯的應力集中，缺損尖端的應力值也顯著減小，這提示嵌體修復對分散NCCLs 應力、降低幾何形變具有重要意義，與相關報道相符[12]。

使用不同嵌體材料修復后，各加載條件下均顯示鑄瓷與牙體交界處各檢測點的應力值最大，且頂端與底端應力值大于左、右兩端，其他各嵌體材料均為頂端與底端應力值較小，左、右兩端應力值較大，且優(yōu)韌瓷各檢測點的應力值最小。同時，研究還采用動態(tài)加載模擬口腔咀嚼運動，這能更加真實、客觀地評價下頜第二前磨牙的嵌體的修復效果，計算結果也顯示鑄瓷的Von Mises 應力峰值與主應力峰值最大，玻璃離子次之。鑄瓷與玻璃離子的彈性模量相比復合樹脂和優(yōu)韌瓷更高，提示高彈性模量的嵌體材料所承受的應力可能也會增高。而復合樹脂與優(yōu)韌瓷在相同加載條件下的應力值較低，其彈性模量也更低，提示低彈性模量的嵌體材料更有利于將所承載的應力均勻地傳遞至牙體組織，從而減少折裂等問題[13-14]。因此臨床在嵌體材料的選擇中，應將彈性模量數(shù)據(jù)作為參考指標之一。

NCCLs 修復后，嵌體材料與牙體交界處組織的應力越低，表示牙齒修復效果越好。本研究比較不同嵌體材料與牙體交界處應力分布情況后發(fā)現(xiàn)優(yōu)韌瓷的應力最小，提示優(yōu)韌瓷可能更適宜用于下頜第二前磨牙的NCCLs 修復。而嵌體與牙體間密合度高，能減少修復材料移位脫落的可能性。本研究結果顯示，在同一加載條件下，各嵌體材料修復的頰尖位移值均相同，提示不同的嵌體材料均可與牙體獲得較好的密合度，對位移、脫落無影響。但需注意的是，人的口腔環(huán)境十分復雜，本研究也僅是簡單的三維模型分析，在實際的缺損修復中，口腔環(huán)境中的細胞、唾液、缺損洞型等問題均可能影響嵌體修復的效果及美觀性[11]。因此，后期還應開展大樣本、多中心的臨床體內(nèi)實驗研究，以進一步明確不同嵌體材料的應用價值。

綜上，采用不同嵌體材料修復右下頜第二前磨牙楔形NCCLs 所表現(xiàn)出的應力分布及應力峰值近似，均可取得較為理想的修復效果。但從應力分布、韌性等方面綜合考慮，以LavaTMUltimate 優(yōu)韌瓷作為嵌體材料修復NCCLs 可能會獲得更好的效果。