粘接固定義齒的三維有限元研究進展

唐 萌 段春紅

隨著材料學、粘接技術和計算機技術的進步，口腔修復技術飛速發展，微創修復理念也逐漸被重視，粘接固定義齒（Resin-Bond Fixed Partail Denture，RBFPD）作為一種微創、美觀且簡便舒適的個別牙缺失的固定修復方式，越來越被醫患所認可。三維有限元分析法是一種可靠的生物力學研究方法，目前已廣泛應用于口腔力學的研究中［1］，其在RBFPD中的應用，可以幫助我們了解修復體及基牙的應力應變特點，分析不同制作材料、固位體、粘接劑和基牙等對修復效果的影響，現就RBFPD的三維有限元研究進展進行綜述。

1.RBFPD制作材料的三維有限元研究

RBFPD可由金屬、陶瓷或復合樹脂等材料制成，有限元結果顯示，不同制作材料的RBFPD由于力學性能不同，修復體內部的應力應變情況也不同，修復效果也存在差異。

Tribst J［2］等對氧化鋯、金屬、二硅酸鋰玻璃陶瓷以及復合樹脂四種材料RBFPD的有限元分析表明：四種材料制成的RBFPD高應力區均位于連接體處；修復體彈性模量與粘接劑所受應力成反比，柔韌的復合樹脂受力后位移量大，有利于應力的傳導，而堅硬的氧化鋯則表現出高應力集中現象。隨著材料學的發展，近年來纖維增強復合樹脂材料因美觀、微創及動態等優點逐漸被醫患認可［3］，Ilgi B［4］等通過體外斷裂強度試驗及有限元分析，比較了以上頜側切牙及尖牙為基牙的三單元鈷鉻合金和纖維增強復合樹脂兩種RBFPD，結果顯示：兩者的應力集中區也位于連接體處；鈷鉻合金雖然體外斷裂強度大于纖維增強復合樹脂（637.47±151.91N；224.86±80.97 N），但其橋體腭側切緣施力點應力集中，且發生了基牙折裂，而纖維增強材料彈性模量小，應力小且分布均勻，未出現基牙折裂。Keulemans F［5］等通過研究everStick直接纖維增強復合材料、間接纖維增強復合材料、金合金、二硅酸鋰玻璃陶瓷和氧化鋯五種材料RBFPD的生物力學行為，也發現了連接體處的應力集中，但有纖維增強者能顯著分散應力，且兩種增強纖維相比，everStick材料的應力最小，表現最佳。此外，幾項有關everStick的材料學研究［6-8］也發現了它的力學性能優勢，即具有牢固的化學結合，抗撓曲強度高，材料內部結構的微裂機制可以模擬牙周膜實現應力中斷，具有明顯的牙周保護作用。

根據以上研究結果，RBFPD的應力集中區多位于連接體處，因此，為防止這一區域發生斷裂，設計中可適當增加該區的強度；全瓷及金屬等材料雖然堅固耐磨，但應力易集中，可能發生基牙的折裂；纖維增強復合樹脂能夠有效分散應力，防止修復體折裂并保護基牙，尤以everStick材料表現最佳。

2.RBFPD固位體的三維有限元研究

固位體是橋體與基牙的連接部分，其設計應可防止修復體的扭轉和翹動。固位體的數目、形狀及面積決定RBFPD的固位效果，三維有限元法可成功建立RBFPD各種復雜固位體的模型，提高生物力學分析的準確性［9］。

2.1 固位體的數目Ayana U［10］等通過對22缺失的三單元和分別以21、23為基牙的兩單元懸臂氧化鋯RBFPD的有限元分析發現：固位體的數目不同，固位力不同，三單元修復體的最大主應變及粘接層的剪切應力均小于兩單元，且牙周保護作用更好；此外，固位體的面積也會影響固位力，在兩單元懸臂RBFPD中，由于21的粘接面積（103mm2）大于23(75mm2)，所以以21為基牙的RBFPD粘接層應力小于以23為基牙者。然而，Toman M［11］采用最大Von Mises應力值指標，比較了上頜前牙三單元和兩單元懸臂RBFPD的應力特點，卻得出相反的結論：盡管兩種RBFPD的最大Von Mises應力值近似（1.13MPa和1.23MPa），但兩單元RBFPD能夠顯著分散固位體與橋體之間的應力，降低二者之間的剪切力和扭力，使應力分布更均勻。上述兩項研究結論不同的原因可能是采用了不同的力學指標，Von Mises應力反映RBFPD內部不同點的綜合應力值及應力分布情況，而最大主應力只反映某個單元中的最大應力。此外，多項臨床研究也表明［12-14］，兩單元懸臂RBFPD的成功率高于三單元，可能由于在咀嚼運動中，三單元RBFPD為兩個基牙，其不同的生理動度，可使連接體處扭力及剪切力增大，發生斷裂。

2.2 固位體的形狀 固位形不僅能夠有效減小基牙和修復體的應力，降低義齒的脫落率，而且能夠減小牙周組織的應力［15］。Lin Jie［16］等對三單元后牙鈷鉻合金RBFPD三種不同形狀（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顯示：基牙和橋體的Von Mises應力隨著固位體厚度的增加而減小，但較厚度而言，固位體的形狀對應力的影響更大；與C形相比，D形和O形能有效分散修復體的應力并增加其固有頻率和剛度。陳枝沛［17］等則通過抗脫位力實驗和有限元分析，比較了四組不同固位形（舌側翼板、D形、應力中斷和支托固位）的RBFPD后得出：D形及支托固位形能夠有效分散垂直向和側向力并將其傳至基牙，且抗脫位力強；而舌側翼板固位形基牙與修復體的Von Mises應力大且分布不均勻，抗脫位力差；應力中斷型雖然Von Mises應力最小且分布最均勻，但抗脫位力不足。根據上述結論，D形、O形及支托固位形因分散力及抗脫位效果好，適用于基牙健康且需要提高固位力的后牙RBFPD；應力中斷形雖然可顯著減輕基牙的負荷，但抗脫位力不足，可在基牙牙周情況較差時酌情使用。

此外，在固位力不足的情況下，也可適當增加輔助固位形［18-19］。Han J Y［20］等在RBFPD雙翼板固位的基礎上對釘和溝槽兩種輔助固位形進行有限元分析，結果表明：水平咬合力對修復體粘接層的破壞遠大于垂直咬合力，而輔助固位形則能夠有效降低水平載荷下粘接層的應力，提高RBFPD的承載能力。

總之，有限元研究結果顯示，固位體的形狀、數目和面積與修復效果密切相關，在臨床工作中，固位體的設計應綜合考慮美觀、固位、缺牙數目及基牙牙周狀況等。前牙修復應以美觀微創的翼板式固位為主，但以側切牙為基牙者，因釉質面積小，應適當增加輔助固位形；對于后牙，應盡量選擇固位效果好的卡抱式及雙端固位體，如遇側向力較大者，可適當增加輔助固位形；此外，固位體的形狀和數目決定固位面積，在增加面積的同時需綜合考慮固位體的類型，與單端固位體相比，雙端固位體雖然增加了面積，但同時也可能出現扭力增大的不利因素。

3.RBFPD粘接劑的三維有限元研究

粘接劑是連接修復體與基牙間的薄層材料，是決定二者穩固結合、提高RBFPD生存率的關鍵［21］，三維有限元法能夠設計不同厚度的粘接層并分析其應力變化情況。

孫陽［22］利用有限元比較了Super-Bond C&B(SB)、Panavia Fluoro(PV）和RelyX Ultimate三種不同楊氏模量的粘接劑后發現：當加載角度相同時，Von Mises值與粘接劑的楊氏模量呈正相關，RBFPD各部位的Von Mises應力在SB時表現最小，RelyX Ultimate時最大。他認為，這是由于RelyX Ultimate的楊氏模量大，與牙釉質及玻璃纖維接近而不利于應力的傳遞，導致粘接層內部應力增加。關于粘接劑與修復材料之間楊氏模量差異對RBFPD應力分布的影響，Daiichiro Y［23］等分析了SB和PV兩種粘接劑與纖維增強復合樹脂RBFPD最大主應力之間的關系后顯示：由于PV為復合樹脂基，與修復材料楊氏模量接近，而SB為PMMA基樹脂，彈性模量低，因此SB有利于將應力分散至修復體和基牙，減小粘接層的應力，而PV則不利于粘接層應力的分散。另有研究［24］比較了7組不同大小彈性模量樹脂粘接劑對二硅酸鋰玻璃陶瓷RBFPD的應力影響后也得出相同的結論：即粘接層的應力大小與粘接材料的彈性模量成正相關。

關于樹脂粘接劑對長石陶瓷修復體應力分布的影響，Spazzin A O等［25］利用力學實驗測試了不同彈性模量的樹脂粘接劑對長石陶瓷強化及失效模式的影響，同時進行了有限元分析，結果顯示：樹脂類粘接劑可填充長石質陶瓷因酸蝕產生的細微孔隙，使其與陶瓷接觸更緊密，對長石陶瓷的強化及粘接結構均有著積極的影響，有限元結果也表明：高彈性模量的粘接劑，雖然會增加粘接層內的應力，但可降低到達長石質陶瓷的應力，有利于陶瓷的強化。

此外，粘接材料的厚度也會對粘接效果產生一定影響，但厚度在100μm-200μm時，粘接劑的斷裂強度無明顯差異［26］，且在部分有限元研究中，由于粘接劑的彈性模量和牙本質近似且粘接層過薄使建模時工作量加倍，所以將二者合并建模，從而忽略了粘接劑對應力的影響。

多項臨床研究證實［27-29］，脫落是RBFPD修復失敗的主要方式之一，其原因與粘接劑的選擇有關，有限元研究也表明，粘接劑的彈性模量與粘接層、修復體以及基牙的應力分布密切相關，粘接劑的彈性模量越大，粘接層內部的應力越大，傳遞給修復體的應力越小，越易發生修復體的脫落；反之，粘接劑的彈性模量越小，傳遞給修復體的應力越大，越易發生修復體的折裂。因此，臨床在選擇粘接劑時，需兼顧其理化性能，并參考修復材料的彈性模量，預防修復體的脫落和折裂。

4.三維有限元法在RBFPD研究中的應用展望

三維有限元分析法是研究RBFPD生物力學行為的可靠方法，它可以幫助我們了解修復體及基牙的應力分布特點，模擬分析RBFPD的修復效果，但該方法也存在一些局限性：（1）有限元模型大多趨于理想化，載荷多為集中、靜態，而RBFPD行使功能時是一個復雜的動態咬合過程；（2）RBFPD各基牙動度并不完全相同，且口腔環境對粘接劑也有影響，有限元模型無法完全模擬；（3）研究軟件復雜多樣，專業性強，不易掌握，牙體組織力學性能的測定方法尚存在爭議［30］，因此，三維有限元的研究結果尚不能完全等同于RBFPD修復的實際情況，進一步的研究則應關注動態載荷的施加、口腔環境對粘接劑的影響以及牙周組織的生物力學行為等。相信隨著計算機技術和口腔醫學的發展，有限元分析也將得以改進，可望為臨床工作提供更加科學精準的生物力學數據。