靜態載荷下不同材料修復下頜第二前磨牙非齲性頸部缺損的有限元分析

王 靜，殷金萍，孫亞麗，林華潔

鄭州大學第一附屬醫院口腔內科 鄭州 450052

對于牙體非齲性頸部缺損，臨床上常規采用直接樹脂充填修復。近年來，隨著材料學的發展，間接修復方式的應用越來越普遍。陶瓷材料彈性模量較高，可減少剩余牙齒結構上應力的傳遞，減少牙齒斷裂的機會，因此被認為是一種理想的修復材料[1]。二硅酸鋰增強型玻璃基陶瓷(IPS e.max)由二硅酸鋰晶體構成，具有高強度、高抗斷裂韌性以及化學穩定性。樹脂基納米陶瓷，其代表產品即優韌瓷(Lava Ultimate)，由質量分數80%納米陶瓷填料和質量分數20%樹脂聚合體基質構成，具有高韌性等完美性能。而近幾年新出的氧化鋯增強型硅酸鋰玻璃烤瓷(Celtra Duo)，其晶體結構是二硅酸鋰瓷塊的1/8～1/4，具有良好的強度和美學效果。目前，對于直、間接修復頸部缺損的力學研究較為少見，且大多集中在樹脂、金合金嵌體等。本研究通過有限元建立右下頜第二前磨牙頸部缺損模型，利用IPS e.max、Celtra Duo、Filtek Z350樹脂塊、Lava Ultimate和Filtek Supreme XT等5種材料修復缺損，觀察牙齒應力變化，為臨床修復材料的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣本準備選擇牙齒各項數據均在正常范圍以內的志愿者1名。本實驗通過鄭州大學第一附屬醫院倫理委員會批準(倫理號：2020-KY-0201-001)。

1.2 下頜第二前磨牙頸部缺損模型的構建及修復通過CBCT機獲取志愿者右下頜第二前磨牙影像數據，用Mimics 17.0和Geomagic Studio 2013軟件建立并精修該牙三維實體模型，用Unigraphics NX 10.0在模型頸部切出碟狀部分，得到深度1 mm[2]、軸向高度7.5 mm[3]、洞緣角度120°的缺損模型(對照)。應用IPS e.max(A組)、Celtra Duo(B組)、Filtek Z350樹脂塊(C組)、Lava Ultimate(D組)和Filtek Supreme XT(E組)5種材料修復缺損。最后將對照組和實驗組共6個模型分別導入ANSYS Workbench 2020 R1中進行自動網格劃分并進行力學計算。缺損模型共獲節點總數60 321，單元格數40 185個。實驗組模型節點數503 948個，單元格數371 229個。

表1 實驗相關力學參數[8-10]

2 結果

有限元模型見圖1。應力加載后，剩余牙體組織的Von Mises應力分布見圖2；不同修復材料的Von Mises應力分布見圖3。修復缺損后，各組剩余牙體組織Von Mises應力峰值及最大主應力見表2，材料應力值見表3，頰尖位移值見表4。結果顯示：對照組剩余牙體組織應力值最高，各實驗組應力值降低，且缺損內部的應力分布更為均勻。對于材料本身的應力值而言，A組材料應力值最高。

A:牙體模型輪廓；B:牙體各部分組織結構；C:牙體模型網格劃分；D:修復后模型網格；E:垂直加載；F:頰向舌45°加載；G:舌向頰45°加載；H:位移限制(藍色區域上方位移量為0)

圖2 垂直加載(上)、頰向舌45°加載(中)、舌向頰45°加載(下)時各組剩余牙體組織Von Mises應力云圖

圖3 垂直加載(上)、頰向舌45°加載(中)、舌向頰45°加載(下)時各實驗組修復材料的Von Mises應力云圖

表2 不同材料修復頸部缺損洞型后各組剩余牙體組織應力值 MPa

表3 不同材料修復頸部缺損洞型后各實驗組材料應力值 MPa

表4 不同材料修復頸部缺損洞型后各組頰尖位移值 μm

3 討論

3.2 不同材料修復牙頸部缺損后的力學分析結果從不同修復材料應力云圖發現齦壁是頸部缺損修復應力集中區，說明此處牙體組織易發生破裂，進而導致微滲漏的產生。因此減小齦壁部位的應力值，有利于提高修復的遠期效果。Filtek Z350樹脂塊、Lava Ultimate和Filtek Supreme XT修復頸部缺損后，剩余牙體組織及材料本身的Von Mises應力峰值和最大主應力均低于其他組，說明與牙體組織彈性模量相接近或更低的材料在受力時能獲得更類似于健全牙齒的應變規律，不會產生較大的變形，減少牙體及材料本身折裂的風險。但有研究[14]認為彈性模量更高的材料在受力時自身可承擔較大應力，因此向周圍組織傳遞的應力小，起到對牙體的保護作用。故選擇修復材料時，彈性模量可提供一定的參考，但并不是唯一的評估指標。

3.3 牙頸部缺損修復的注意事項目前，對于非齲性頸部缺損的修復，多采用直接樹脂充填，其具有微創、簡便、價格低廉等優勢。本研究發現，彈性模量最低的Filtek Supreme XT的頰尖位移值最大，說明直接修復后材料與牙體的粘結更易受到力的作用，材料較易脫落。還有研究[15]發現復合樹脂修復可使其與牙齒交界面的剪切應力增加4～6倍，若應力超過牙齒與復合樹脂結合強度將導致充填物脫落而修復失敗。此外，樹脂質量、洞緣角度和洞型等也會影響復合樹脂修復的成功率。因此在修復過程中應充分考慮這些因素，如增加洞緣斜面的角度、使應力集中區遠離窩洞邊緣等，以延長修復體使用壽命。

臨床上，間接修復頸部缺損的病例日益增多，李勁等[16]通過追蹤觀察發現樹脂嵌體遠期修復效果優于直接樹脂充填，可降低菌斑集聚、增強粘結效果等。間接修復還可獲得精確的邊緣修整外形來維持牙周組織健康，尤其適用于缺損面積較大、材料容易脫落以及后牙難以隔濕干燥的區域[17]。同時，間接修復具有不受操作空間限制、粘結操作簡便、齦溝液污染少等優勢，因此可獲得較直接修復更強的粘結力。有學者[2]根據病變深度及軸向高度比值界定頸部碟形病變為0.13～0.44。因此本實驗設計缺損深度1 mm、病變軸向高度7.5 mm的碟形缺損，可避免銳利尖端造成頸部應力過度集中，充分考慮了臨床間接修復頸部缺損的洞型預備要求，更具臨床意義。