不同材料修复下颌第一前磨牙楔状缺损的三维有限元分析

摘    要：

目的 采用三维有限元模型，观察不同材料修复下颌第一前磨牙楔状缺损后的应力情况。方法 将锥形束CT(CBCT)获取的数据建立下颌第一前磨牙楔状缺损的三维有限元模型，分别采用Vita Enamic树脂(A组)、Lava Ultimate树脂(B组)、IPS e.max CAD树脂(C组)、Z350树脂(D组)修复，同时将未做任何修复治疗的楔状缺损模型作为对照组。对各组模型进行垂直和侧向45°负荷，分析各组修复体的应力分布情况。结果 与对照组相比，无论是V形或U形楔状缺损，A、B、C、D组模型在承受垂直和侧向45°负荷时Von Mises应力峰值均明显降低，其中B组最小、降幅最大，C组最大、降幅最小；且各组模型承受侧向45°负荷时的Von Mises应力峰值均明显高于垂直负荷。结论 楔状缺损患牙侧向负荷应力大于垂直负荷应力。Vita Enamic树脂、Lava Ultimate树脂均属于树脂基陶瓷，其弹性模量与牙本质相似，能够较好地分散楔状缺损患牙的应力。

关键词：三维有限元分析;楔状缺损;前磨牙;瓷嵌体;修复;

楔状缺损是主要发生在牙齿唇、颊侧颈部的一种非龋坏性硬组织疾病[1]。楔状缺损的存在会导致剩余牙体组织的应力分布产生变化。及时修复楔状缺损有利于保护剩余牙体组织[2]。目前修复楔状缺损的方法主要有直接充填和瓷嵌体修复。树脂拥有较好的美学性能和抛光性能，在直接充填中使用最为广泛；但同时存在着微渗漏，变色等风险。陶瓷具有良好的美学、抛光性能，生物相容性好[3]。本研究通过建立三维有限元模型，分析不同材料修复下颌第一前磨牙楔状缺损后的应力分布，从而为临床选择修复楔状缺损材料提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

锥形束计算机断层扫描(CBCT)仪器(德国KAVO公司，型号：KAVO 3D exam),笔记本电脑(联想控股有限公司，型号：联想小新Air 14)。

1.2 样本选择

纳入标准：1)形态健康完整的下颌第一前磨牙；2)咬合关系正常，牙周组织健康；3)根尖发育完全，无龋坏、无隐裂等；4)患者知情同意。排除标准：牙根未发育完全等异常者。

1.3 建立三维有限元模型

对下颌第一前磨牙行CBCT检测，将获得的断面图像导入mimics15.0医学图像处理软件，形成初步的三维模型。将根部表层向外部空间增加0.2 mm用来模拟牙周膜。使用Geomagic Studio15软件修整模型，采用Hypermesh有限元网格建模软件，对模型进行自动网格划分，建立完整的下颌第一前磨牙三维有限元模型。在模型的颊侧颈部釉牙骨质界处分别建立V、U形楔状缺损模型。设定牙颈部缺损大小(未穿髓):深、宽、高分别为2、5、3 mm。在此模型上分别采用Vita Enamic、Lava Ultimate、IPS e.max CAD、Z350树脂进行修复。在模型中建立出0.1 mm厚度的黏结层[4]。

1.4 实验分组

将未做任何修复治疗的楔状缺损模型设为对照组，将不同材料修复的楔状缺损模型分为4个组：Vita Enamic树脂组(A组)、Lava Ultimate树脂组(B组)、IPS e.max CAD树脂组(C组)、Z350树脂组(D组)。

1.5 实验假设、边界条件、参数设定

1)实验假设：实验中各结构均假设为连续、均匀及各向同性线弹性材料，修复材料与牙体组织紧密接触[5]。2)边界约束条件：对牙根底部进行约束，限定水平、垂直方向均无任何位移，各结构之间设为固定接触[6]。3)参数设定：实验材料力学参数见表1。

1.6 载荷条件

实验中均静态恒定负荷，方向分别为垂直负荷和侧向负荷，力的大小为100 N,作用部位面积为0.8 mm2[7]。1)垂直负荷：受力部位于颊尖，与牙体长轴一致。模拟牙齿受到垂直向牙合力的受力状态。2)侧向负荷：受力部位于颊尖最高点略偏颊侧，与牙体长轴成45°夹角。模拟牙齿受到侧向运动时的受力状态。见图1。

1.7 Von Mises应力分析

利用Abaqus软件对楔状缺损部分、剩余牙体组织、Vita Enamic、Lava Ultimate、IPS e.max CAD、Z350树脂模型进行自动网格划分，得到三维有限元网络模型，计算对照组楔状缺损处牙本质及A、B、C、D组修复后修复材料的Von Mises应力分布。在三维有限元分析法中，Von Mises应力是指拉应力、压应力以及剪切应力等综合受力情况，反映受力部位的总应力[8]。V形楔状缺损模型的节点数为65 773,单元数为368 465;U形楔状缺损模型的节点数为65 315,单元数为368 235。

2 结果

2.1 V形楔状缺损模型Von Mises应力分析

与对照组相比，A、B、C、D组V形楔状缺损模型在承受垂直和侧向负荷时Von Mises应力峰值均明显降低，其中B组最小、降幅最大，C组最大、降幅最小；且各组模型承受侧向负荷时的Von Mises应力峰值均明显高于垂直负荷。见表2、图2—3。

2.2 U形楔状缺损模型Von Mises应力分析

与对照组相比，A、B、C、D组U形楔状缺损模型在承受垂直和侧向负荷时Von Mises应力峰值均明显降低，其中B组最小、降幅最大，C组最大、降幅最小；且各组模型承受侧向负荷时的Von Mises应力峰值均明显高于垂直负荷。见表3、图4—5。

3 讨论

本研究结果显示，侧向负荷对牙体组织产生的应力明显大于垂直负荷，这与马宏伟等[9]研究结果一致。结合各组模型的应力情况，可以发现在V、U形楔状缺损中，无论受到垂直负荷还是侧向负荷，其Von Mises应力峰值均表现为：对照组>C组>A组>D组>B组。其中A、B、D组的效果要优于C组，B组最佳，D组的治疗效果接近B组，C组最差。A、B组的弹性模量与牙本质接近，能够有效降低牙体组织应力，都属于树脂基陶瓷。树脂基陶瓷材料具有良好的抛光性能及生物相容性。因此从应力分布、机械性能及生物相容性方面考虑，修复下颌第一前磨牙楔状缺损时，树脂基陶瓷是一种较好的选择。树脂基陶瓷作为一种新型的材料，是通过CAD/CAM切削而成。CAD/CAM切削使得瓷块更加均匀，裂隙减少。树脂基陶瓷比玻璃陶瓷的成本更低，抗疲劳性更好，同时美学性能较好，对天然牙损耗低，具有瓷和树脂的性能[10]。刘丽杨等[11]对树脂陶瓷复合材料的力学实验测试表明，树脂复合材料的挠曲强度和类似于牙本质的弹性模量和较低的硬度使之成为修复材料的一种选择。LU等[12]用CAC/CAM切削的Vita Enamic瓷块对根管治疗后的后牙进行嵌体修复，3年后的成功率为97.0%。洪煜锐等[13]研究显示，经过24个月的随访发现树脂复合陶瓷高嵌体无破损，成功率为100%,而氧化锆增强锂基陶瓷出现6例破损，成功率90.77%。短期的观察表明树脂复合陶瓷的抗折性能优于氧化锆增强锂基陶瓷，能较好地修复牙髓治疗后的牙齿。袁珊珊等[14]采用CAD/CAM制作的树脂-陶瓷复合材料嵌体修复根管治疗后的下颌第一磨牙，在修复后1年Lava Ultimate组和Vita Enamic组均未出现继发龋和边缘不密合的情况。

嵌体修复后的并发症主要有修复体折裂、脱落、继发龋、术后等问题[15]。目前的文献大多都表明树脂基陶瓷的边缘密合，短期的随访还未发现继发龋的情况。但是由于临床观察时间较短，其远期效果还需要更长时间的随访来验证。另外本研究不足之处在于三维有限元的模型是静态负荷加载，而口腔内是一个动态的复杂的咬合过程。此外，有限元分析的结果会受到各种因素的影响，比如材料非线性各向异性的特征，应力分析的软件等[16]。因此，采用树脂基陶瓷嵌体修复楔状缺损的实际效果还需结合大量的临床试验进行进一步研究。

参考文献：[1]黄耀文,宋莉,戴芳等.不同材料修复下颌第一前磨牙楔状缺损的三维有限元分析[J].南昌大学学报(医学版),2023,63(03):74-78.DOI:10.13764/j.cnki.ncdm.2023.03.016.

免责说明：文章仅供交流学习，版权归原作者所有。如有涉及版权，请联系删除！