粘接固定义齿的三维有限元研究进展

唐 萌 段春红

随着材料学、粘接技术和计算机技术的进步，口腔修复技术飞速发展，微创修复理念也逐渐被重视，粘接固定义齿（Resin-Bond Fixed Partail Denture，RBFPD）作为一种微创、美观且简便舒适的个别牙缺失的固定修复方式，越来越被医患所认可。三维有限元分析法是一种可靠的生物力学研究方法，目前已广泛应用于口腔力学的研究中［1］，其在RBFPD中的应用，可以帮助我们了解修复体及基牙的应力应变特点，分析不同制作材料、固位体、粘接剂和基牙等对修复效果的影响，现就RBFPD的三维有限元研究进展进行综述。

1.RBFPD制作材料的三维有限元研究

RBFPD可由金属、陶瓷或复合树脂等材料制成，有限元结果显示，不同制作材料的RBFPD由于力学性能不同，修复体内部的应力应变情况也不同，修复效果也存在差异。

Tribst J［2］等对氧化锆、金属、二硅酸锂玻璃陶瓷以及复合树脂四种材料RBFPD的有限元分析表明：四种材料制成的RBFPD高应力区均位于连接体处；修复体弹性模量与粘接剂所受应力成反比，柔韧的复合树脂受力后位移量大，有利于应力的传导，而坚硬的氧化锆则表现出高应力集中现象。随着材料学的发展，近年来纤维增强复合树脂材料因美观、微创及动态等优点逐渐被医患认可［3］，Ilgi B［4］等通过体外断裂强度试验及有限元分析，比较了以上颌侧切牙及尖牙为基牙的三单元钴铬合金和纤维增强复合树脂两种RBFPD，结果显示：两者的应力集中区也位于连接体处；钴铬合金虽然体外断裂强度大于纤维增强复合树脂（637.47±151.91N；224.86±80.97 N），但其桥体腭侧切缘施力点应力集中，且发生了基牙折裂，而纤维增强材料弹性模量小，应力小且分布均匀，未出现基牙折裂。Keulemans F［5］等通过研究everStick直接纤维增强复合材料、间接纤维增强复合材料、金合金、二硅酸锂玻璃陶瓷和氧化锆五种材料RBFPD的生物力学行为，也发现了连接体处的应力集中，但有纤维增强者能显著分散应力，且两种增强纤维相比，everStick材料的应力最小，表现最佳。此外，几项有关everStick的材料学研究［6-8］也发现了它的力学性能优势，即具有牢固的化学结合，抗挠曲强度高，材料内部结构的微裂机制可以模拟牙周膜实现应力中断，具有明显的牙周保护作用。

根据以上研究结果，RBFPD的应力集中区多位于连接体处，因此，为防止这一区域发生断裂，设计中可适当增加该区的强度；全瓷及金属等材料虽然坚固耐磨，但应力易集中，可能发生基牙的折裂；纤维增强复合树脂能够有效分散应力，防止修复体折裂并保护基牙，尤以everStick材料表现最佳。

2.RBFPD固位体的三维有限元研究

固位体是桥体与基牙的连接部分，其设计应可防止修复体的扭转和翘动。固位体的数目、形状及面积决定RBFPD的固位效果，三维有限元法可成功建立RBFPD各种复杂固位体的模型，提高生物力学分析的准确性［9］。

2.1 固位体的数目Ayana U［10］等通过对22缺失的三单元和分别以21、23为基牙的两单元悬臂氧化锆RBFPD的有限元分析发现：固位体的数目不同，固位力不同，三单元修复体的最大主应变及粘接层的剪切应力均小于两单元，且牙周保护作用更好；此外，固位体的面积也会影响固位力，在两单元悬臂RBFPD中，由于21的粘接面积（103mm2）大于23(75mm2)，所以以21为基牙的RBFPD粘接层应力小于以23为基牙者。然而，Toman M［11］采用最大Von Mises应力值指标，比较了上颌前牙三单元和两单元悬臂RBFPD的应力特点，却得出相反的结论：尽管两种RBFPD的最大Von Mises应力值近似（1.13MPa和1.23MPa），但两单元RBFPD能够显著分散固位体与桥体之间的应力，降低二者之间的剪切力和扭力，使应力分布更均匀。上述两项研究结论不同的原因可能是采用了不同的力学指标，Von Mises应力反映RBFPD内部不同点的综合应力值及应力分布情况，而最大主应力只反映某个单元中的最大应力。此外，多项临床研究也表明［12-14］，两单元悬臂RBFPD的成功率高于三单元，可能由于在咀嚼运动中，三单元RBFPD为两个基牙，其不同的生理动度，可使连接体处扭力及剪切力增大，发生断裂。

2.2 固位体的形状 固位形不仅能够有效减小基牙和修复体的应力，降低义齿的脱落率，而且能够减小牙周组织的应力［15］。Lin Jie［16］等对三单元后牙钴铬合金RBFPD三种不同形状（C形，D形和O形）及厚度（0.4mm、0.8mm和1.2mm）固位形的有限元分析显示：基牙和桥体的Von Mises应力随着固位体厚度的增加而减小，但较厚度而言，固位体的形状对应力的影响更大；与C形相比，D形和O形能有效分散修复体的应力并增加其固有频率和刚度。陈枝沛［17］等则通过抗脱位力实验和有限元分析，比较了四组不同固位形（舌侧翼板、D形、应力中断和支托固位）的RBFPD后得出：D形及支托固位形能够有效分散垂直向和侧向力并将其传至基牙，且抗脱位力强；而舌侧翼板固位形基牙与修复体的Von Mises应力大且分布不均匀，抗脱位力差；应力中断型虽然Von Mises应力最小且分布最均匀，但抗脱位力不足。根据上述结论，D形、O形及支托固位形因分散力及抗脱位效果好，适用于基牙健康且需要提高固位力的后牙RBFPD；应力中断形虽然可显著减轻基牙的负荷，但抗脱位力不足，可在基牙牙周情况较差时酌情使用。

此外，在固位力不足的情况下，也可适当增加辅助固位形［18-19］。Han J Y［20］等在RBFPD双翼板固位的基础上对钉和沟槽两种辅助固位形进行有限元分析，结果表明：水平咬合力对修复体粘接层的破坏远大于垂直咬合力，而辅助固位形则能够有效降低水平载荷下粘接层的应力，提高RBFPD的承载能力。

总之，有限元研究结果显示，固位体的形状、数目和面积与修复效果密切相关，在临床工作中，固位体的设计应综合考虑美观、固位、缺牙数目及基牙牙周状况等。前牙修复应以美观微创的翼板式固位为主，但以侧切牙为基牙者，因釉质面积小，应适当增加辅助固位形；对于后牙，应尽量选择固位效果好的卡抱式及双端固位体，如遇侧向力较大者，可适当增加辅助固位形；此外，固位体的形状和数目决定固位面积，在增加面积的同时需综合考虑固位体的类型，与单端固位体相比，双端固位体虽然增加了面积，但同时也可能出现扭力增大的不利因素。

3.RBFPD粘接剂的三维有限元研究

粘接剂是连接修复体与基牙间的薄层材料，是决定二者稳固结合、提高RBFPD生存率的关键［21］，三维有限元法能够设计不同厚度的粘接层并分析其应力变化情况。

孙阳［22］利用有限元比较了Super-Bond C&B(SB)、Panavia Fluoro(PV）和RelyX Ultimate三种不同杨氏模量的粘接剂后发现：当加载角度相同时，Von Mises值与粘接剂的杨氏模量呈正相关，RBFPD各部位的Von Mises应力在SB时表现最小，RelyX Ultimate时最大。他认为，这是由于RelyX Ultimate的杨氏模量大，与牙釉质及玻璃纤维接近而不利于应力的传递，导致粘接层内部应力增加。关于粘接剂与修复材料之间杨氏模量差异对RBFPD应力分布的影响，Daiichiro Y［23］等分析了SB和PV两种粘接剂与纤维增强复合树脂RBFPD最大主应力之间的关系后显示：由于PV为复合树脂基，与修复材料杨氏模量接近，而SB为PMMA基树脂，弹性模量低，因此SB有利于将应力分散至修复体和基牙，减小粘接层的应力，而PV则不利于粘接层应力的分散。另有研究［24］比较了7组不同大小弹性模量树脂粘接剂对二硅酸锂玻璃陶瓷RBFPD的应力影响后也得出相同的结论：即粘接层的应力大小与粘接材料的弹性模量成正相关。

关于树脂粘接剂对长石陶瓷修复体应力分布的影响，Spazzin A O等［25］利用力学实验测试了不同弹性模量的树脂粘接剂对长石陶瓷强化及失效模式的影响，同时进行了有限元分析，结果显示：树脂类粘接剂可填充长石质陶瓷因酸蚀产生的细微孔隙，使其与陶瓷接触更紧密，对长石陶瓷的强化及粘接结构均有着积极的影响，有限元结果也表明：高弹性模量的粘接剂，虽然会增加粘接层内的应力，但可降低到达长石质陶瓷的应力，有利于陶瓷的强化。

此外，粘接材料的厚度也会对粘接效果产生一定影响，但厚度在100μm-200μm时，粘接剂的断裂强度无明显差异［26］，且在部分有限元研究中，由于粘接剂的弹性模量和牙本质近似且粘接层过薄使建模时工作量加倍，所以将二者合并建模，从而忽略了粘接剂对应力的影响。

多项临床研究证实［27-29］，脱落是RBFPD修复失败的主要方式之一，其原因与粘接剂的选择有关，有限元研究也表明，粘接剂的弹性模量与粘接层、修复体以及基牙的应力分布密切相关，粘接剂的弹性模量越大，粘接层内部的应力越大，传递给修复体的应力越小，越易发生修复体的脱落；反之，粘接剂的弹性模量越小，传递给修复体的应力越大，越易发生修复体的折裂。因此，临床在选择粘接剂时，需兼顾其理化性能，并参考修复材料的弹性模量，预防修复体的脱落和折裂。

4.三维有限元法在RBFPD研究中的应用展望

三维有限元分析法是研究RBFPD生物力学行为的可靠方法，它可以帮助我们了解修复体及基牙的应力分布特点，模拟分析RBFPD的修复效果，但该方法也存在一些局限性：（1）有限元模型大多趋于理想化，载荷多为集中、静态，而RBFPD行使功能时是一个复杂的动态咬合过程；（2）RBFPD各基牙动度并不完全相同，且口腔环境对粘接剂也有影响，有限元模型无法完全模拟；（3）研究软件复杂多样，专业性强，不易掌握，牙体组织力学性能的测定方法尚存在争议［30］，因此，三维有限元的研究结果尚不能完全等同于RBFPD修复的实际情况，进一步的研究则应关注动态载荷的施加、口腔环境对粘接剂的影响以及牙周组织的生物力学行为等。相信随着计算机技术和口腔医学的发展，有限元分析也将得以改进，可望为临床工作提供更加科学精准的生物力学数据。