材料类型对上颌前磨牙MOD嵌体三维模型应力分布的影响

陈度 丁虹 汤旭娜 陈强 孟翔峰

1.210008，南京大学医学院附属口腔医院·南京市口腔医院修复科，2.牙体牙髓病科；3.东南大学生物科学与医学工程学院生物力学实验室

经过预备后牙齿的抗折裂性能比完整的牙体组织降低了59% ～76%［1］，且MOD嵌体的楔效应会增加修复失败的风险［2］。影响应力分布的因素包括嵌体洞型、材料性能以及患者咬合力等［3］。本研究使用三维有限元方法分析不同类型材料修复上颌前磨牙MOD嵌体在不同加载区域下的应力传导及分布变化，为临床上嵌体材料的合理选择提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料选择及软硬件环境

嵌体材料：二硅酸锂玻璃陶瓷（IPSe.max®CAD，义获嘉伟瓦登特，列支敦士登）；白榴石加强长石质玻璃陶瓷（Vita®Mark II，维他公司，德国）；切削型复合树脂（LavaTMUltimate，3M公司，美国）；充填型光固化复合树脂（FiltekTMZ250，3M公司，美国）。

软硬件：NEWTOM VG CBCT（NEWTOM公司，意大利）；Mimics 17.0（Materialise公司，比利时）；Geomagic studio 13.0（Raindrop公司，美国）；Solid-Works2014、Abaqus6.13（Dassault公司，法国）；SPSS 22.0（IBM公司，美国）。

1.2 建立模型

选择形态正常、无龋坏及裂纹的上颌前磨牙，将其CBCT数据导入Mimics中进行三维重建。MOD嵌体洞型要求：面洞深2.5 mm，轴壁高1.5 mm，龈壁宽1 mm，面洞宽为牙尖距离的1/2，龈壁的颊腭距离为牙尖距离的3/4，侧壁外展约6°。使用Solidworks及Geomagic studio绘制MOD洞型嵌体修复的三维模型。复合树脂水门汀粘固剂厚度为0.1 mm。釉牙骨质界最低点下方1 mm根方的牙根均匀向外扩展0.25 mm得到牙周膜，并建立牙槽骨模型。

1.3 网格划分

将模型各部件独立导入Abaqus中，分别进行网格划分后组装（表1）。

图1 上颌前磨牙及其MOD嵌体模型及加载区示意图

1.4 边界条件与实验假设

假设模型材料均为连续、均质、各向同性的线弹性材料。在Abaqus中依次设置腭尖（加载区1），腭尖-嵌体结合部（加载区2），嵌体（加载区3）3个区域垂直于接触面的静力加载，大小为50 N。

红色区域为嵌体的应力集中区，红色节点数量（N值）反映了应力集中的程度，箭头表示最大Von-mises值（V值）。

1.5 统计方法

利用SPSS软件对各加载区的最大Von-mises值与其对应的材料弹性模量，以及红色区域节点数量的平均数与材料泊松比进行Pearson相关分析，P＜0.05具有统计学意义。

表1 有限元模型相关材料力学参数

2 结 果

对任一材料而言，嵌体应力集中区域随加载区域变化而改变。当加载力位于腭尖（加载区1）时，嵌体应力集中于腭侧与釉牙本质界相对应的位置。而当加载力位于腭尖-嵌体结合部（加载区2）以及嵌体（加载区3）上时，应力集中于嵌体咬合面（图2）。

图2 咬合面观下的4种材料嵌体在不同加载区域下的应力分布图

各加载区最大Von-mises值与相对应嵌体材料的弹性模量成正相关（P＜0.05）。红色区域节点数量的平均数与相对应嵌体材料的泊松比成负相关（P＜0.05）。

表2 3个加载区域下的4种类型嵌体的最大Von-mises值（V值）和云纹图中红色节点数量（N值）

3 讨 论

无论何种嵌体材料，当作用力加载在腭尖时，嵌体咬合面应力均匀且较小，而在嵌体与釉牙本质界对应的位置上出现应力最大值，提示牙体组织在该区域出现折裂的可能性较大。相比于陶瓷材料，切削型复合树脂嵌体的应力集中区更接近冠方，提示切削型复合树脂嵌体所产生的牙体折裂更接近冠方，二次修复的可能性更高。当加载力作用于腭尖-嵌体结合部时，4种类型材料在该区域的红色节点数量（N值）最高，提示该处是应力集中度最高的区域，因此嵌体边缘设计要避开咬合接触区域。

有研究显示全瓷嵌体能够将更多的应力聚集于嵌体本身，而复合树脂嵌体将更多的应力传递到牙体组织上，增加剩余牙体折裂的风险，即弹性模量大的嵌体对剩余健康牙体组织保护能力更强［8］。在本研究中，加载力作用于嵌体上时，4种材料嵌体所产生的最大应力与各组材料的弹性模量呈正相关，这提示陶瓷嵌体能够更多地聚集应力以保护牙体，但自身的脆性特点也不容忽视。因为有学者发现前磨牙MOD陶瓷嵌体比复合树脂嵌体更易折裂［9］。本研究同时发现，嵌体材料的弹性模量越大，嵌体与牙体结合处的最大Von-mises值越大。切削型复合树脂嵌体由于其弹性模量适中，泊松比大，其应力集中和分布更合理，从理论上可以更好地在保护剩余牙体组织的同时，兼顾对嵌体本身的保护以及防止粘接界面的破坏。