單翼馬里蘭橋修復上頜中切牙缺失1例的有限元分析

初曉陽，辛國鋒，付建宏，于開濤

樹脂黏結固定義齒(resin-bonded fixed dental prostheses，RBFDPs)問世，多用于骨量不足缺失前牙經濟的修復方法[1]。RBFDPs是一種微創治療，多用于青少年牙齒缺失中，修復體容易替換和調改[2]。馬里蘭橋(Maryland bridge)是RBFDPs的一種，是單個前牙缺失的修復方式之一[3]。部分上頜中切牙長期缺失的患者局部骨量不足，植骨費用較高、創傷大，治療周期較長，不能接受種植修復，要求固定修復的同時盡量減少對鄰近牙齒的損傷，可以考慮采用馬里蘭橋進行修復。由于前牙在行使咀嚼功能時會受到側向扭轉力，傳統馬里蘭橋會受到不同方向的扭轉力，橋體折斷可能性大。本研究選擇單翼馬里蘭橋修復對單側上頜中切牙缺失進行修復，對橋體受力進行有限元分析(finite element analysis，FEA)，為單翼馬里蘭橋修復的臨床應用提供參考。

1 對象與方法

1.1 對象 2022-01就診于解放軍總醫院第五醫學中心口腔科1例左上中切牙缺失患者，女，20歲，多年來佩戴彈性義齒?？趦惹闆r：左上中切牙缺失，曾因正畸治療拔除上下雙側第一前磨牙，上、下前牙覆蓋較大，無前伸、側方咬合干擾(圖1)。錐形束CT(CBCT)示21牙缺失區域唇、腭側骨板厚度為2 mm，骨量不足(圖2)。修復方案：數字化設計單翼馬里蘭橋(圖3)。

圖1 患者初始口內照片

圖2 錐形束CT檢查示21缺牙區骨量

圖3 數字化設計單翼馬里蘭橋

1.2 上頜中切牙單翼馬里蘭橋三維有限元分析

1.2.1 三維有限元模型的建立 利用上述患者CBCT數據建立三維有限元模型。首先，將DICOM格式CT圖像輸入Mimics10.01軟件，生成msc數據文件，通過修改MASK，初步建立上頜中切牙缺失模型。Geomagicstudio8逆向工程軟件(Raindrop公司，美國)以配準法建立單翼馬里蘭橋實體模型。Mimics軟件STL+功能將建立好的上頜中切牙缺失模型、單翼馬里蘭橋實體模型生成STL網格文件，導入ANSYS軟件，網格劃分、計算修改后生成三維有限元模型，共形成754 793個節點，489 614個實體塊單元。

1.2.2 模型加載力學分析 模型中各種組織材料均假設為連續均質的各向同性線彈性材料，受力時模型各界面均不產生相互滑動。氧化鋯陶瓷、牙本質、頜骨的彈性模量分別為3.2×105MPa,1.86×104MPa及1.37×104MPa,泊松比分別為0.28 μ、0.31 μ、0.3 μ[4]。有限元分析模擬臨床正常咬合情況，加載部位在上頜中切牙舌側切1/3與中1/3交界處，加載面為長軸平行于近遠中向的橢圓形，方向與牙長軸相交呈45°，載荷量分別為100 N、150 N、200 N。觀察不同載荷力量下上前牙單翼馬里蘭橋的應力分布。

2 結 果

2.1 三維有限元模型 根據上述建立方法，成功建立上頜中切牙單翼馬里蘭橋三維有限元模型(圖4A)。

2.2 模型加載力學分析 在與牙長軸相交呈45°分別加載100、150、200N力量情況(圖4B)，模擬正常咬合情況下上頜中切牙單翼馬里蘭橋的應力分布(圖4C～E)。上頜中切牙單翼馬里蘭橋不同載荷下的應力分布趨勢相似，應力集中于橋體與天然牙切端交界處及加載點。隨著載荷增加，各部位的等效應力相應增加，加載點及切端交界處尤為明顯。載荷為100N時，馬里蘭橋橋體最大應力為67.68 MPa，載荷為150 N時，馬里蘭橋橋體最大應力為101.53 MPa，載荷為200 N時，馬里蘭橋橋體最大應力為135.37 MPa。

圖4 上頜中切牙單翼馬里蘭橋三維有限元分析

3 討 論

3.1 馬里蘭橋的應用 馬里蘭橋，主要以黏接方式保留固定局部義齒，用于前牙缺失的修復。使用全冠修復時，備牙時會去除大量牙體組織，可能會損傷鄰近牙齒牙髓，增加對健康牙齒的損傷及患者的不適。馬里蘭大學的教員提出馬里蘭橋修復單個前牙缺失[5]，在將備牙量降到最低的前提下，恢復美觀要求。根據文獻[6]報道，RBFDPs治療成功率為59%～100%。在一項系統回顧研究中，RBFDPs在中期觀察中顯示可接受的口內成功率為87.7%[7]。導致RBFDPs失敗的原因主要有：修復體脫落[8]、基牙繼發齲齒[9]和固位體斷裂[10]，其中修復體脫落是最常見的[8]。因此，RBFDPs的成功率取決于基牙預備設計、修復材料的機械性能和黏接質量[11]。前牙RBFDPs設計基牙有一顆(懸臂)、兩顆(雙端固定)或多顆[12]。兩端固位RBFDPs比懸臂式RBFDPs有更高的折斷率，懸臂設計相比兩端固位RBFDPs有更好的性能，口內存留成功率分別為94.4%和67.3%，懸臂設計可以更好地抵抗由于咬合力引起的修復體脫落[13]。不同研究中懸臂設計RBFDPs的成功率都較高，Saker等[14]報道5年成功率為90%，Sailer等[15]報道6年成功率為100%，Sasse等[16]報道5年成功率為100%。隨著黏結劑強度、修復材料強度的進步及患者對微創及舒適快捷口腔治療的要求，懸臂RBFDPs也是前牙缺失的一種治療選擇。

針對本例患者，我們選擇了單翼馬里蘭橋進行上頜中切牙修復，屬于懸臂RBFDPs設計，患者骨量條件差，需行植骨后再進行種植修復，而單翼馬里蘭橋充分減少牙體預備量，減少該患者創傷和經濟負擔，縮短修復周期，在最短時間內取得良好而穩定的最終美學修復效果。

3.2 單翼馬里蘭橋適應證 單翼馬里蘭橋合適的基牙必須具備以下條件：(1)牙體、牙周健康的鄰牙，舌側有足夠的釉質黏接面積；(2)頜間距離滿足固位翼的空間(前牙有足夠量的覆、覆蓋距離)；(3)有合適的軟組織確保橋體恢復正常的牙齒切端到牙齦的長度。

隨著黏結技術的不斷進步，單翼全瓷黏接橋更具優勢。單翼黏接橋減少了因基牙間的不同動度造成的黏接劑層的應力集中，脫膠率較雙端黏接橋低。雙端黏接馬里蘭橋在口內會受到多重方向應力的長期作用，如果兩側基牙受力不平衡，更容易產生剪切力及扭矩，使較薄弱的一側翼板發生脫落，最終導致修復失敗。如果單側翼板脫落，修復體仍可存留于患者口內，脫落側基牙發生繼發齲的風險將大大增加。

3.3 單翼馬里蘭橋有限元分析 有限元分析可以將復雜的口腔系統轉化為簡單的數據模型，將口腔結構模型離散為有限單元，獨立分析每個單元的力學屬性和特征，然后再進行整合，估算出整體模型的力學屬性，快速有效地解決口腔系統復雜的生物力學問題[17]，是全瓷冠橋、瓷貼面等應力分析常用的方法[18]。在口腔修復研究中，有限元分析用來評估黏結修復體和機械應力模式[19]，以及修復體脫落原因，以研究應力在不同的牙齒重建系統中的分布，或驗證固定修復體的抗斷裂能力[20]，還可以評估不同修復材料的生物力學行為和應力分布[21]，同時模擬口腔的臨床狀況，如牙齒結構的改變、牙尖的傾斜以及根管治療和未治療牙齒之間的抗壓強度的比較[22]。Yokoyama等[23]采用有限元法進行研究發現，樹脂黏結劑力學性能差異導致RBFDPs與基牙之間黏結界面的應力分布不同，樹脂黏結劑的性能會影響RBFDPs的安全性和使用年限。Toman等[24]證實，與使用單一固位基牙的RBFDPs相比，使用兩個固位基牙的樹脂黏接固定局部義齒出現并發癥(橋體脫落或斷裂)概率更高，提示使用單一固位基牙可以防止固位體和橋體之間界面的應力集中。該研究所用的模型是側切牙，本研究模型為中切牙，是單翼馬里蘭橋修復前牙缺失相關研究的進一步補充。

本研究設計利用單翼馬里蘭橋對單個上頜中切牙缺失進行修復，發現不同載荷下的橋體的應力分布趨勢相似，應力集中于橋體與天然牙切端交界處及加載點。研究結果提示，使用單翼馬里蘭橋時，應盡量減少橋體與對頜牙的咬合接觸，加強橋體與天然牙切端交界處的橋體強度及黏結強度，以提高馬里蘭橋受力能力及成功率。