軟彈性咬合板對磨牙癥患者牙周組織應力的影響

趙儷月

廣州市第一人民醫院口腔科(廣州 510180)

磨牙癥是一種公認有害的口頜系統非生理性運動[1]。磨牙期間會產生過大的異常力，可能導致一系列并發癥，例如，頜面部疼痛、牙磨損、顳下頜關節紊亂病、修復治療的失敗等。同時，過大的力對牙周組織健康也會產生不利影響，尤其是對已患有牙周炎的患者，這種異常力可加速牙周組織的破壞，導致牙齒早失[2]。因此，臨床上亟需一種安全有效的方式來緩解磨牙癥給牙周組織帶來的負面影響。佩戴軟彈性咬合板是一種具有可逆性的保守治療方法，使用后可減少病人的夜磨牙活動頻率[3]，并且能夠通過改善顳頜關節的應力分布來調節和恢復磨牙癥引發的顳下頜關節紊亂病[4- 5]。目前，關于軟彈性咬合板對磨牙癥患者的牙周組織應力分布的影響還尚未清楚，因此，本研究從保護牙周組織的角度出發，使用三維有限元方法，分析不同厚度的軟彈性咬合板對磨牙癥患者的牙周組織應力分布、應力大小有何影響。

1 資料與方法

1.1 研究資料

1.1.1 研究對象 選擇1名26歲女性作為志愿者。納入標準：個別正常、無牙體牙髓疾病及牙周疾病等口腔病變，牙列完整。

1.1.2 實驗設備及軟件

①錐形束CT機(韓國怡友)。

②仿真用計算機硬件配置及操作系統：Intel(R) Core(TM) i7-7700K 4.20GHz，32G內存；Windows 7 Professional(64bit)。

③仿真用軟件： Mimics 20.0(比利時Materialise)；Geomagic 12(美國Geomagic)；Ansys Workbench 18.0(美國Ansys)。

1.2 影像資料采集

使用錐形束CT機獲得志愿者的上、下頜骨及牙列等CT數據，層厚0.1 mm，以Dicom的格式保存備用。

1.3 三維模型的建立

1.3.1 CT文件的處理 利用CT掃描獲得的上下頜骨及牙列組織等圖像以Dicom格式輸入三維重建軟件Mimics中，對其進行Mask蒙皮處理之后，分別得到上下頜骨、牙列等組織三維輪廓模型，并以STL格式文件導出。

1.3.2 三維實體重建 將得到的STL文件讀入Geomagic，進行逆向工程重建的工作。對三維模型進行光滑打磨、曲面片構造、格柵、實體化等一系列圖像處理，生成三維圖形IGES文件格式。

1.3.3 工況建模 本實驗需要建立不戴軟彈性咬合板、戴薄軟彈性咬合板(1 mm)、戴厚軟彈性咬合板(2 mm)3種模型，經上面得到的IGES格式文件導入到Ansys Workbench軟件中進行布爾運算、曲面加厚，特征縮放等操作，獲得需要的牙體、牙周組織模型及含軟彈性咬合板的三維模型，其中設置牙周膜厚度0.25 mm，高于牙槽嵴頂1 mm。

1.4 有限元分析

1.4.1 網格劃分 將裝配好的實體模型導入Ansys Workbench，進行布爾運算，賦好材料參數，設置好接觸，然后進行網格劃分，除軟彈性咬合板采用殼單元(其厚度分別設置為1 mm和2 mm)外，其他組織均實體單元Solid 187劃分網格單元大小0.5 mm。因為軟彈性咬合板采用殼單元劃分網格，所以單元節點并不改變，只是改變殼單元實常數厚度。

1.4.2 計算設置

①材料參數 計算用到的各部件材料參數見表1[6- 7]。

表1 三維有限元模型各部分力學參數

②接觸設置 由于各部件之間不會發生分離，因此接觸均設置為綁定。

③施加載荷與約束 選擇右側半口上下頜所有牙齒及牙周組織作為研究對象，載荷按照3種方向加載，分別為：與牙體長軸平行(0°)、與牙體長軸成45°(45°)、與牙體長軸垂直(90°)。計算在有、無軟彈性咬合板的情況下牙周膜及牙槽骨最大等效應力。力的作用點定于面或切端與牙體長軸相交處。約束上下頜骨。每顆牙齒加載咬合力的大小為成人最大咬合力。見表2。

表2 對右側上下頜各牙加載咬合力的大小(kg)[7- 8]

2 結果

2.1 不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜、牙槽骨應力分布的影響

按照上述加載方法施加載荷后，未佩戴軟彈性咬合板時，牙周膜和牙槽骨的應力均集中于牙頸部頰、舌側區域。加載咬合力的角度越大，應力集中越明顯、應力集中的范圍明顯增加。使用1 mm軟彈性咬合板后，牙周膜及牙槽骨的應力集中位置不變，但范圍縮小，應力分布趨于均勻。這種作用在使用了2 mm咬合板后更加顯著。見圖1、圖2。

圖1 各角度咬合力加載情況下不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜應力分布的影響 注：A: 咬合力加載角度為0°;B: 咬合力加載角度為45°;C: 咬合力加載角度為90°每行從左至右依次是不戴軟彈性咬合板、戴1 mm軟彈性咬合板、戴2 mm軟彈性咬合板。

圖2 各角度咬合力加載情況下不同厚度軟彈性咬合板對牙槽骨應力分布的影響注：A、B：咬合力加載角度為0°；C、D：咬合力加載角度為45°；E、F：咬合力加載角度為90°，A、C、E：上頜牙槽骨 B、D、F：下頜牙槽骨，圖片從左至右依次是不戴軟彈性咬合板、戴1 mm軟彈性咬合板、戴2 mm軟彈性咬合板。

2.2 不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜、牙槽骨最大應力的影響

隨著咬合力加載角度的增加，牙周膜、牙槽骨所受到的應力隨之增大，使用軟彈性咬合板可以降低該應力。在任何咬合力加載角度下，2mm軟彈性咬合板對牙周膜及牙槽骨的應力的緩沖能力均高于1 mm軟彈性咬合板。見圖3、圖4。

圖3 各咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜的最大應力的影響(MPa)注：A:咬合力加載角度為0°，B：咬合力加載角度為45°，C：咬合力加載角度為90°，橫坐標牙位順序按照切牙、尖牙、前磨牙、磨牙排列。

圖4 各咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對上下頜牙槽骨的最大應力的影響(MPa)

未佩戴軟彈性咬合板、佩戴1 mm軟彈性咬合板、佩戴2 mm軟彈性咬合板時，所有受試牙牙周膜平均最大應力值分別是12.72 MPa、10.64 MPa和9.33 MPa。

未佩戴軟彈性咬合板時，牙槽骨平均最大應力值是519.97 MPa，當佩戴1 mm軟彈性咬合板時，牙槽骨平均最大應力值是444.28 MPa，佩戴2 mm軟彈性咬合板時，牙槽骨平均最大應力值是390.87 MPa。

2.3 不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜應力的緩沖效率

在以0°加載咬合力時，佩戴1 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應力的緩沖效率平均為0.11(11%)，下頜為0.16(16%)。佩戴2 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應力的緩沖效率平均為0.22(22%)，下頜為0.26(26%)。見圖5A。

在以45°加載咬合力時，佩戴1 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應力的緩沖效率平均為0.16(16%)，下頜為0.17(17%)。佩戴2 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應力的緩沖效率平均為0.26(26%)，下頜為0.27(27%)。見圖5B。

在以90°加載咬合力時，佩戴1 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應力的緩沖效率平均為0.15(15%)，下頜為0.18(18%)。佩戴2 mm軟彈性咬合板對上頜牙周膜應力的緩沖效率平均為0.25(25%)，下頜為0.29(29%)。見圖5C。

圖5 不同咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對牙周膜的應力緩沖效率注：A:咬合力加載角度為0°B：咬合力加載角度為45°C：咬合力加載角度為90°。

因此，2 mm軟彈性咬合板對牙周膜應力的緩沖效率優于1 mm軟彈性咬合板，該緩沖作用對下頜牙周膜的影響大于上頜牙周膜，但緩沖效率的高低與咬合力的加載角度及牙位之間無明顯關聯。

2.4 不同厚度軟彈性咬合板對牙槽骨應力的緩沖效率

1 mm軟彈性咬合板對上、下頜牙槽骨的應力緩沖效率平均分別是14%和16%，2 mm軟彈性咬合板對上、下頜牙槽骨的應力緩沖效率平均分別是24%、26%。

2 mm軟彈性咬合板對牙槽骨應力的緩沖效率優于1 mm軟彈性咬合板，該緩沖作用對下頜牙槽骨的影響大于上頜牙槽骨，緩沖效率的高低與咬合力的加載角度之間無明顯關聯。見圖6。

圖6 各咬合力加載角度下不同厚度軟彈性咬合板對上下頜牙槽骨應力緩沖效率

3 討 論

磨牙癥是咀嚼系統的一種功能異常運動，患者在磨牙過程中上下頜接觸時間長、咬合力量大，且存在牙周組織耐受較差的側向力，致使牙周組織遭到破壞，進而引起一系列的牙周疾病[1]，比如降低了牙周組織觸覺敏感性，緊咬牙導致牙齒移位的幾率增大。臨床附著喪失也與該疾病密切相關。此外，牙周炎患者如果同時患有磨牙癥，對其牙周治療的遠期效果較差[9-10]。因此，磨牙癥對牙周健康的影響需引起廣泛關注。

軟彈性咬合板作為一種傳統的診斷治療工具，在咬合相關疾病的治療中有廣泛的用途。臨床上，軟彈性咬合板在磨牙癥的治療中也起到重要作用。關于軟彈性咬合板對磨牙癥的治療效果的研究并不少見，但其是否對磨牙癥患者的牙周組織有保護作用的研究還未見到。有限元分析在口腔醫學研究中應用廣泛，由于其具有無創的特點，在評估咬合力對口腔各結構產生的應變、應力以及位移方面具有獨特的優勢。因此，本研究利用三維有限元方法，模擬并分析了在加載成人的最大咬合力情況下，牙周膜及牙槽骨所承受的咬合應力如何，并對比在使用了軟彈性咬合板后，該應力的大小及分布有何變化。為了更貼近真實情況下的磨牙動作，將咬合力的加載方向分解為延牙長軸(0°)，與牙長軸呈45°(45°)，以及與牙長軸垂直(90°)。目前臨床上常用的軟彈性咬合板厚度分為1 mm及2 mm，故本實驗采用了這兩種厚度的軟彈性咬合板，加以比較。

模擬結果表明，在加載不同方向的咬合力后，最大的牙周膜應力分布于牙槽窩頂部頰側以及舌側區域，牙槽骨最大應力位于牙頸部周圍的頰舌側皮質骨區域，這與其他學者的研究結果是相似的[7，11]。使用軟彈性咬合板可緩沖牙周膜及牙槽骨的應力，同時改善應力集中情況。通過數據分析發現，2 mm軟彈性咬合板的緩沖作用均優于1 mm軟彈性咬合板。該緩沖作用的強弱與牙位及力的加載方向無明顯關聯，說明軟彈性咬合夾板在任何角度的咬合力下，對整個牙列的牙周組織的保護作用是一致的。但相同厚度軟彈性咬合板對下頜牙列的緩沖效果強于上頜牙列，這可能是由于：上下頜牙根、牙槽骨的解剖結構差異影響了應力大小及分布。

綜上所述，軟彈性咬合板可改善牙周組織的應力分布、緩沖磨牙癥帶來的異常咬合力，進而達到保護牙周組織的目的。同時，為了提高治療效率，應當選擇厚度至少2 mm的軟彈性咬合板。該研究結果還提示，軟彈性咬合板不僅能夠應用于磨牙癥患者，也可以為存在咬合創傷的牙周炎患者提供保護作用。但需要指出的是，在設計以磨牙癥為代表的咬合病治療方案時，應當根據患者的實際情況綜合分析，采用多種方法聯合治療，并不能局限于某一種治療方法，方能獲得滿意療效[12]。本實驗作為力學仿真實驗，無法完全體現患者在真實情況下復雜的磨牙動態過程，因此其結果在今后還需進行臨床試驗的驗證，但該研究仍可為軟彈性咬合板在臨床上的使用提供一定實驗依據。