复合树脂、陶瓷嵌体对MOD缺损牙体组织修复体界面应力及其分布的影响

刘小舟，贾兴亚，张忠提

(中国医科大学附属口腔医院，沈阳110002)

1 材料与方法

1.1 模型样本选择 中国医科大学附属口腔医院口腔颌面外科提供的一颗下颌第一磨牙，来源于1例因牙周病拔除下颌第一磨牙的42岁成年女性患者，形态完整、无龋、无充填体。本研究通过医院伦理委员会审核，患者知情同意。

1.2 数据获取及三维有限元模型建立 将该颗下颌第一磨牙进行锥形束CT(Kavo公司，德国)扫描，提取DICOM文件导入MIMICS软件(Materialise公司，比利时)，在MIMICS软件中得到牙体组织的三维图像。根据临床上MOD缺损形态，设计两种MOD缺损模式，即MOD缺损(以最低点为准合面深度为1.5 mm，模型A)、MOD缺损+箱装洞形(以最低点为准合面深度为1.5 mm，箱状洞形龈壁1 mm，模型B)，根据牙体组织形态切割下来的部分即为缺损修复部分(修复体)。将MIMICS软件中得到牙体组织的三维图像导入Hyperworks软件(Altair Engineering Inc公司，美国)， 按照上述设计的两种洞型进行切割，并划分网格。模型A、B单元数分别为147 505和150 593，结点数分别为30 715和31 670，单元类型均为C3D4。

1.3 复合树脂、陶瓷嵌体修复 采用复合树脂、陶瓷嵌体修复模型A、B缺损牙体。假设粘接剂层薄至忽略不计，复合树脂、陶瓷嵌体与牙体组织之间是相互接触并紧密连接的，各材料均为均质、连续且各项同性的线弹性材料。有限元模型各牙体组织及修复材料的弹性模量及泊松比见表1。

表1 有限元模型各牙体组织及修复材料的弹性模量及泊松比

1.4 应力及其分布情况分析 采用直径为10 mm的半球对模型A、B施加静态载荷，载荷大小为400 N，垂直于半球球心。采用有限元分析软件ABAQUS(SIMULIA公司，美国)在计算机上进行线性静态应力分析，设定牙体组织模型底面所有节点限制全部约束，X、Y、Z轴3个方向上的动度为0。分析模型A、B修复体界面应力(以坐标轴为参考，与受力方向相切的两个方向上的力为剪切应力1、2，垂直方向的力为拉伸应力)及其分布情况。

2 结果

2.1 模型A、B应力 同种模型状态下，复合树脂嵌体修复MOD缺损牙体组织修复体界面剪切应力1、2和拉伸应力均小于陶瓷嵌体。同种材料修复状态下，模型B牙体组织修复体界面剪切应力1、2均大于模型A，拉伸应力稍小于模型A。见表2。

表2 模型A、B的剪切应力1、剪切应力2及拉伸应力(MPa)

2.2 模型A、B应力分布情况 在力的载荷下，复合树脂、陶瓷嵌体修复的模型A、B牙体组织修复体界面剪切应力1、2和拉伸应力的分布趋势相似，均集中在牙体组织载荷附近的外边缘，牙体组织修复体界面剪切应力1、2和拉伸应力均从邻近加载区域的应力集中处向缺损底部逐渐减小。

3 讨论

龋坏或磨损等原因造成的牙体缺损形式复杂，影响修复体设计形态的因素很多。对缺损的牙体组织进行合理修复设计及材料选择，在保存较多的剩余健康牙体组织的基础上使修复后的牙体在受力时获得分布更为合理的生物力学是临床研究的重点。已有学者采用有限元法评价材料修复MOD缺损后牙体组织的受力情况，但观察的指标均为Von Mises应力[5～11]和(或)最大主应力[12]，其中Von Mises应力是整体模型的一种结果，并不能说明具体情况。为了与临床实际情况更接近，本研究简化了粘接剂层，并采用与Dejak等[2]相似的方法，在建模软件中建立牙体组织和修复体的接触单元，计算两者界面的剪切应力和拉伸应力，其中剪切应力为垂直于接触面的应力，因此计算出两个方向的剪切应力1和剪切应力2。

对于MOD缺损状态，已有研究表明修复用嵌体较直接树脂充填可获得更大抗力，应力分布更接近天然牙[1,2,5,10,13,14]。本研究结果显示，同种材料修复状态下，模型B牙体组织修复体界面剪切应力1、2均大于模型A，拉伸应力稍小于模型A；说明模型B受力时更容易发生破坏，抗力较差。本研究陶瓷嵌体修复模型B后的剪切应力最大，达106 MPa；说明MOD嵌体箱装洞形的设计增大了修复体和牙体组织粘接界面的剪切应力，使牙体组织在受力情况下的抗折力降低，更容易发生破坏。这与Tekce等[15]的研究结论相似。杨欣谕等[11]研究表明，髓壁高度减小以及龈壁宽度增加会导致应力值随之增大，即修复体体积增大时牙体组织受到一定载荷时的应力值也会随之增加。分析原因，可能是由于牙体预备导致健康牙体组织减少，修复体体积增大，最终引起牙体本身的抗力降低。因而在牙体预备的过程中，应尽可能保留剩余的健康牙体组织，以增加其抗力。本研究结果显示，同种模型状态下，复合树脂嵌体修复MOD缺损牙体组织修复体界面剪切应力1、2和拉伸应力均小于陶瓷嵌体。可能与复合树脂嵌体的弹性模量与牙本质相近，因而在牙体组织内应力分散得更好有关。与Ausiello等[16]的研究结论一致。

研究证实，采用计算机辅助设计/计算机辅助制作(CAD/CAM)复合树脂嵌体和陶瓷嵌体分别修复MOD缺损时，在一定载荷下复合树脂嵌体修复牙体的抗折力较大[4]； CAD/CAM复合的树脂材料微拉伸强度大于陶瓷材料[17]。本研究结果显示，在力的载荷下，复合树脂、陶瓷嵌体修复的模型A、B牙体组织修复体界面剪切应力1、2和拉伸应力的分布趋势相似，均集中在牙体组织载荷附近的外边缘，牙体组织修复体界面剪切应力1、2和拉伸应力均从应力集中处向缺损底部逐渐减小。说明在作用力相同的情况下，复合树脂和陶瓷修复牙体缺损后受力模式相似，修复后出现的问题也可能相同，如继发龋、修复体折断等。本研究假设粘接剂层无限薄，忽略粘接剂层内受到的应力，将粘接剂与牙体组织和粘接剂与修复材料之间的应力统一为本实验的牙体组织和修复体之间界面受到的应力。此外，牙体组织在口腔内受到的咀嚼力非常复杂，本实验仅研究了静态载荷下的剪切和拉伸应力分布，其他载荷未做考虑，因而仍需进一步实验验证。

综上所述，复合树脂、陶瓷嵌体对MOD缺损牙体组织修复体界面应力分布的影响相似，复合树脂嵌体修复MOD缺损牙体组织修复体界面剪切应力和拉伸应力均小于陶瓷嵌体。建议在修复MOD这类较大缺损时，尽可能保留较多的剩余健康牙体组织，并选择弹性模量与牙本质相近的复合树脂材料进行修复，以避免过大的应力集中，减小牙体组织和(或)修复体折断概率，从而降低修复失败率。