材料類型對上頜前磨牙MOD嵌體三維模型應力分布的影響

陳度 丁虹 湯旭娜 陳強 孟翔峰

1.210008，南京大學醫學院附屬口腔醫院·南京市口腔醫院修復科，2.牙體牙髓病科；3.東南大學生物科學與醫學工程學院生物力學實驗室

經過預備后牙齒的抗折裂性能比完整的牙體組織降低了59% ～76%［1］，且MOD嵌體的楔效應會增加修復失敗的風險［2］。影響應力分布的因素包括嵌體洞型、材料性能以及患者咬合力等［3］。本研究使用三維有限元方法分析不同類型材料修復上頜前磨牙MOD嵌體在不同加載區域下的應力傳導及分布變化，為臨床上嵌體材料的合理選擇提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料選擇及軟硬件環境

嵌體材料：二硅酸鋰玻璃陶瓷（IPSe.max?CAD，義獲嘉偉瓦登特，列支敦士登）；白榴石加強長石質玻璃陶瓷（Vita?Mark II，維他公司，德國）；切削型復合樹脂（LavaTMUltimate，3M公司，美國）；充填型光固化復合樹脂（FiltekTMZ250，3M公司，美國）。

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

1.2 建立模型

選擇形態正常、無齲壞及裂紋的上頜前磨牙，將其CBCT數據導入Mimics中進行三維重建。MOD嵌體洞型要求：面洞深2.5 mm，軸壁高1.5 mm，齦壁寬1 mm，面洞寬為牙尖距離的1/2，齦壁的頰腭距離為牙尖距離的3/4，側壁外展約6°。使用Solidworks及Geomagic studio繪制MOD洞型嵌體修復的三維模型。復合樹脂水門汀粘固劑厚度為0.1 mm。釉牙骨質界最低點下方1 mm根方的牙根均勻向外擴展0.25 mm得到牙周膜，并建立牙槽骨模型。

1.3 網格劃分

將模型各部件獨立導入Abaqus中，分別進行網格劃分后組裝（表1）。

圖1 上頜前磨牙及其MOD嵌體模型及加載區示意圖

1.4 邊界條件與實驗假設

假設模型材料均為連續、均質、各向同性的線彈性材料。在Abaqus中依次設置腭尖（加載區1），腭尖-嵌體結合部（加載區2），嵌體（加載區3）3個區域垂直于接觸面的靜力加載，大小為50 N。

紅色區域為嵌體的應力集中區，紅色節點數量（N值）反映了應力集中的程度，箭頭表示最大Von-mises值（V值）。

1.5 統計方法

利用SPSS軟件對各加載區的最大Von-mises值與其對應的材料彈性模量，以及紅色區域節點數量的平均數與材料泊松比進行Pearson相關分析，P＜0.05具有統計學意義。

表1 有限元模型相關材料力學參數

2 結 果

對任一材料而言，嵌體應力集中區域隨加載區域變化而改變。當加載力位于腭尖（加載區1）時，嵌體應力集中于腭側與釉牙本質界相對應的位置。而當加載力位于腭尖-嵌體結合部（加載區2）以及嵌體（加載區3）上時，應力集中于嵌體咬合面（圖2）。

圖2 咬合面觀下的4種材料嵌體在不同加載區域下的應力分布圖

各加載區最大Von-mises值與相對應嵌體材料的彈性模量成正相關（P＜0.05）。紅色區域節點數量的平均數與相對應嵌體材料的泊松比成負相關（P＜0.05）。

表2 3個加載區域下的4種類型嵌體的最大Von-mises值（V值）和云紋圖中紅色節點數量（N值）

3 討 論

無論何種嵌體材料，當作用力加載在腭尖時，嵌體咬合面應力均勻且較小，而在嵌體與釉牙本質界對應的位置上出現應力最大值，提示牙體組織在該區域出現折裂的可能性較大。相比于陶瓷材料，切削型復合樹脂嵌體的應力集中區更接近冠方，提示切削型復合樹脂嵌體所產生的牙體折裂更接近冠方，二次修復的可能性更高。當加載力作用于腭尖-嵌體結合部時，4種類型材料在該區域的紅色節點數量（N值）最高，提示該處是應力集中度最高的區域，因此嵌體邊緣設計要避開咬合接觸區域。

有研究顯示全瓷嵌體能夠將更多的應力聚集于嵌體本身，而復合樹脂嵌體將更多的應力傳遞到牙體組織上，增加剩余牙體折裂的風險，即彈性模量大的嵌體對剩余健康牙體組織保護能力更強［8］。在本研究中，加載力作用于嵌體上時，4種材料嵌體所產生的最大應力與各組材料的彈性模量呈正相關，這提示陶瓷嵌體能夠更多地聚集應力以保護牙體，但自身的脆性特點也不容忽視。因為有學者發現前磨牙MOD陶瓷嵌體比復合樹脂嵌體更易折裂［9］。本研究同時發現，嵌體材料的彈性模量越大，嵌體與牙體結合處的最大Von-mises值越大。切削型復合樹脂嵌體由于其彈性模量適中，泊松比大，其應力集中和分布更合理，從理論上可以更好地在保護剩余牙體組織的同時，兼顧對嵌體本身的保護以及防止粘接界面的破壞。