上頜中切牙切角缺損修復(fù)中牙本質(zhì)纖維樁形態(tài)對(duì)樹脂修復(fù)應(yīng)力的影響

朱賽玲　　王利民　　王衛(wèi)國

[摘要] 目的 探討不同形態(tài)的牙本質(zhì)樁對(duì)樹脂充填上頜中切牙切角缺損應(yīng)力的影響。 方法 選擇形態(tài)、尺寸正常的上頜中切牙，通過逆向工程技術(shù)建立上頜中切牙鄰面缺損的三維有限元模型， 對(duì)其進(jìn)行樁道輔助設(shè)計(jì)，其中樁道深2 mm，直徑1 mm；運(yùn)用三維有限元法分析柱形樁、錐形樁以及串珠樁對(duì)樹脂充填后牙本質(zhì)樁、樹脂粘接界面以及牙體組織粘接界面最大主應(yīng)力的影響。 結(jié)果 各實(shí)驗(yàn)組最大主應(yīng)力的分布及大小相差較大。串珠組易在串珠之間形成應(yīng)力集中，其在樁自身、與樹脂粘接界面以及與牙體組織粘接界面的最大主應(yīng)力峰值遠(yuǎn)高于另外兩組；錐形樁在樁自身和與樹脂粘接界面的最大主應(yīng)力峰值最小；而柱形樁與牙體組織粘接界面的最大主應(yīng)力峰值最小。 結(jié)論 錐形牙本質(zhì)纖維樁可以有效傳遞和分散應(yīng)力，降低樁及與樹脂粘接界面的最大主應(yīng)力。

[關(guān)鍵詞] 切角缺損；復(fù)合樹脂；牙本質(zhì)樁；有限元；應(yīng)力分析

[中圖分類號(hào)] R783.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-9701（2017）21-0010-04

Effect of the form of dentinal fiber post on resin restoring stress in maxillary central incisal angle defect

ZHU Sailing WANG Limin WANG Weiguo

Department of Stomatology， the 117th Hospital of PLA， Hangzhou 310000， China

[Abstract] Objective To explore the effect of dentinal post of different forms on maxillary central incisal angle defect filled with resin. Methods The maxillary central incisor of normal form and size was selected， and 3-dimensional finite element model of adjacent side defect of maxillary central incisor was constructed by reverse engineering， and post canal（depth of 2 mm， and diameter of 1 mm） auxiliary design was carried out for it， and the effect of cylindrical post， conical post and bead string post on the maximum main stress of dentinal posts， resin adhesion surface and dental tissue adhesion surface after resin filling. Results There was significant difference in distribution and magnitude of maximum main stress among the experiment groups. Stress concentration tends to form between bead strings in bead string group， and the maximum main stress peak value of the post itself， resin adhesion surface and dentinal tissue adhesion surface were far higher for the bead string group than the other 2 groups； the maximum main stress peak value between the conical post itself and resin adhesion surface is the lowest； while the maximum main stress peak value between cylindrical post and dentinal tissue adhesion surface is the lowest. Conclusion Conical dentinal fiber post can effectively transmit and disperse stress， and reduce maximum main stress between the post and resin adhesion surface.

[Key words] Incisal angle defect； Composite resin； Dentinal post； Finite element； Stress analysis

中切牙由于其特殊的解剖位置，在外傷后易造成切角缺損[1]。根據(jù)切角缺損的范圍及大小，中切牙切角缺損應(yīng)采取不同的治療方法，缺損較大、傷及牙髓者需在根管治療后采用貼面或全冠修復(fù)[2]；而切角缺損較小、牙髓活力正常者則可以采用樹脂直接充填修復(fù)[3]。復(fù)合樹脂直接修復(fù)切角缺損具有牙體切削少、美學(xué)效果好、治療時(shí)間短、費(fèi)用低、可再治療等優(yōu)點(diǎn)。然而，中切牙切端在咀嚼切割食物過程中需要承受較大的咬合力，而中切牙切角缺損的粘接面較小，充填體易脫落，易造成修復(fù)失敗。在牙本質(zhì)內(nèi)植入牙本質(zhì)樁配合樹脂充填可以改善樹脂固位形，有效增加樹脂粘接面積，提高樹脂固位力[4]。傳統(tǒng)金屬螺紋釘由于與牙體組織之間無粘接力，易形成微滲透，形成繼發(fā)齲以及牙變色等缺點(diǎn)，已被臨床淘汰[5，6]。玻璃纖維樁與樹脂具有良好的粘接性能以及良好的美學(xué)性能，目前受到材料生產(chǎn)廠商以及醫(yī)務(wù)工作者的重視。臨床結(jié)果也表明使用牙本質(zhì)纖維樁輔助充填可以較直接充填具有更高的成功率[4，7]。目前牙本質(zhì)纖維樁尚屬開發(fā)研究階段，只有少量廠商生產(chǎn)出了可用于牙本質(zhì)的纖維樁，而牙本質(zhì)纖維樁的形態(tài)對(duì)樁自身應(yīng)力以及對(duì)牙體組織的應(yīng)力的影響尚未見報(bào)道，目前尚缺少相應(yīng)的力學(xué)依據(jù)。

本研究從2016年12月開始設(shè)計(jì)，擬采用逆向工程技術(shù)和三維有限元法，建立上頜中切牙切角缺損后牙本質(zhì)纖維樁輔助樹脂充填不同類型牙本質(zhì)樁的三維有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行正中咬合加載，以期得出牙本質(zhì)樁、粘接界面以及牙體組織的應(yīng)力分布情況，為牙本質(zhì)樁輔助樹脂直接修復(fù)前牙切角缺損的合理應(yīng)用提供力學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1樣本選擇

選擇由于牙周病拔除的新鮮上頜中切牙，其外形正常，表面無齲壞、無缺損，無充填體和修復(fù)體，尺寸大小接近正常人均值。去除牙體表面的牙周膜、牙石等附著物后，貯存于4℃、1%的氯胺T溶液中備用。

1.2 有限元模型建立

1.2.1 牙齒掃描及重建三維數(shù)字模型 采用micro CT（Siemens Inveon Multimodality system，Germany）對(duì)牙齒進(jìn)行掃描，從牙尖掃描至牙根，掃描電壓80 kV，掃描電流500 mA，掃描層厚30 μm，掃描結(jié)束后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Dicom格式并存儲(chǔ)。使用mimics 12.0軟件（Materialise，Belgium）讀取CT文件，通過閾值調(diào)整處理，區(qū)分出牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙髓腔，計(jì)算生成上頜中切牙的牙體組織點(diǎn)云模型后導(dǎo)入Geomagic studio 11（Raindrop Geomagic， USA）。使用Geomagic軟件對(duì)生成的模型進(jìn)行表面去噪，對(duì)缺損處以及根尖孔進(jìn)行充填，并將其轉(zhuǎn)化為NURBS曲面，最后通過Unigraphics NX 8（UG Siemens， Germany）軟件中曲面縫合功能將曲面實(shí)體化，生成上頜中切牙三維實(shí)體模型[8]。

1.2.2 不同形態(tài)牙本質(zhì)樁的上頜中切牙切角缺損的三維數(shù)字模型的建立 在建立的上頜中切牙三維數(shù)字模型基礎(chǔ)上，使用 Unigraphics NX 8軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，建立上頜前牙區(qū)牙槽骨模型，并建立上頜中切牙切角缺損的模型，其中切角缺損寬度3 mm。在距釉牙本質(zhì)界1 mm處，牙本質(zhì)內(nèi)預(yù)備直徑為1 mm、高度為2 mm的樁道。按照纖維樁的形態(tài)分為三組：柱形組、錐形組和串珠組（封三圖1）。其中串珠組中每個(gè)串珠的直徑為1 mm，串珠高度為0.5 mm；柱形組直徑1 mm；錐形組頂部直徑1 mm，拔模角度5度。

1.2.3 建立有限元分析模型 將上述各組三維實(shí)體模型在ANSYS軟件（ANSYS公司，美國）進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元采用10節(jié)點(diǎn)的四面體。將模型中各材料和組織假設(shè)為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的線彈性材料，模型中相關(guān)的材料參數(shù)見表1[9]。

1.3加載條件與邊界條件

有限元模型采用靜態(tài)載荷，加載部位位于舌側(cè)切1/3 和中1/3 交界處，加載方向?yàn)榕c牙體長(zhǎng)軸呈45°斜向加載，模擬正中咬合加載，載荷大小為100 N[10]。將牙槽骨近遠(yuǎn)中和底部設(shè)定為剛性約束。

1.4 主要觀察指標(biāo)

本研究以牙本質(zhì)樁、樹脂與牙本質(zhì)樁粘接界面以及牙本質(zhì)樁與牙體組織粘接界面的最大主應(yīng)力為觀察指標(biāo)，記錄正中咬合加載以下的最大主應(yīng)力分布以及最大主應(yīng)力峰值。

2 結(jié)果

2.1 切牙切角缺損不同牙本質(zhì)樁修復(fù)有限元模型的建立

采用microCT掃描離體牙結(jié)合逆向工程技術(shù)建立正常上頜中切牙的實(shí)體模型，利用CAD軟件Unigraphics NX 8通過布爾運(yùn)算等操作建立中切牙切角缺損不同形態(tài)牙本質(zhì)樁的三維實(shí)體模型（封三圖1），最后將實(shí)體模型導(dǎo)入有限元軟件ANSYS Workbench中劃分網(wǎng)格進(jìn)行三維有限分析。

2.2最大主應(yīng)力分布及大小

中切牙切角缺損后不同形態(tài)牙本質(zhì)樁樹脂充填后牙本質(zhì)樁、樹脂與牙本質(zhì)樁粘接界面以及牙本質(zhì)樁與牙體組織粘接界面的最大主應(yīng)力分布見封三圖2～4，最大主應(yīng)力峰值見表2。其中封三圖2顯示的是三個(gè)實(shí)驗(yàn)組樁自身的最大主應(yīng)力分布情況，其中柱形組的最大應(yīng)力主要集中在樹脂與牙本質(zhì)粘接界面以及樁頂端；錐形組最大主應(yīng)力集中于樁頂端，而在樹脂與牙本質(zhì)粘接界面并沒有應(yīng)力集中；串珠組最大主應(yīng)力集中于樹脂與牙本質(zhì)粘接界面的串珠之間。封三圖3顯示的是三個(gè)實(shí)驗(yàn)組樹脂與纖維樁粘接界面的最大主應(yīng)力分布情況，柱形組最大主應(yīng)力集中于粘接面頂端；錐形組和串珠組集中于牙本質(zhì)粘接界面。封三圖4顯示的是三個(gè)實(shí)驗(yàn)組纖維樁與牙體組織粘接界面的最大主應(yīng)力分布情況，三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的最大主應(yīng)力分布相似，均位于樹脂與牙本質(zhì)粘接面處，但各組最大主應(yīng)力峰值相差較大。表2表明不同形態(tài)的纖維樁最大主應(yīng)力峰值相差較大，串珠組在樁自身、樹脂粘接界面、牙體組織粘接面中的最大主應(yīng)力峰值均高于其他兩組；柱狀組在樁自身和樹脂粘接界面的最大主應(yīng)力峰值大于錐形組，而在牙體組織粘接界面的最大主應(yīng)力峰值小于錐形組。

3 討論

前牙外傷后切角缺損是口腔科常見疾病，以往臨床上多采用金屬螺紋釘加樹脂充填修復(fù)前牙切角缺損，然而金屬螺紋樁與樹脂和牙本質(zhì)都并沒有粘接性，易在樹脂及牙本質(zhì)間形成微滲漏，引起繼發(fā)齲以及牙和修復(fù)體變色[5，6]；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，金屬螺紋樁易致修復(fù)體折斷并脫落，遠(yuǎn)期修復(fù)效果不佳。全瓷貼面是修復(fù)前牙切角缺損另一種較為可靠的方法[11]，其美觀性能較好，但其需要磨除部分牙體組織，費(fèi)用也較高，很多患者不能接受。而復(fù)合樹脂直接修復(fù)切角缺損因其牙體切削少、美學(xué)效果好、不影響齦緣、治療時(shí)間短、費(fèi)用低、可再治療等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到臨床醫(yī)生和患者的歡迎。牙體組織缺損過大時(shí)，在根管內(nèi)植入纖維樁可以有效增加補(bǔ)物的固位和剩余牙體組織的抗力[12]，而對(duì)于前牙切角缺損牙髓仍然健康時(shí)，由于未行根管治療，不能在根管中植入纖維樁，因此國內(nèi)外學(xué)者開始使用牙本質(zhì)樁來增強(qiáng)充填體的固位力[13]，臨床研究表明在牙本質(zhì)內(nèi)植入新型美學(xué)牙本質(zhì)纖維樁可以有效提高前牙切角缺損樹脂充填的成功率[4，7，14]。較傳統(tǒng)的金屬螺紋釘，牙本質(zhì)纖維樁在臨床修復(fù)效果方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。首先，牙本質(zhì)纖維樁顏色與天然牙接近，具有良好的美學(xué)性能；牙本質(zhì)纖維樁內(nèi)具有樹脂基質(zhì)可與樹脂粘接劑形成良好的粘接；另外其彈性模量遠(yuǎn)小于金屬樁且與牙本質(zhì)接近，在受到過載荷時(shí)發(fā)生牙體組織斷裂的可能性較金屬樁小，且即使斷裂也大多為樁自身斷裂，可以為二次修復(fù)帶來可能和便利，從而最大程度上保留患牙。另外，磁共振成像（MRI）檢查手段在臨床應(yīng)用已十分廣泛， 但金屬樁核會(huì)產(chǎn)生偽影，影響了MRI影像學(xué)的診斷，而牙本質(zhì)纖維樁則不會(huì)。本研究利用逆向工程技術(shù)建立了三種不同形態(tài)牙本質(zhì)樁的三維有限元模型，其中牙本質(zhì)樁在牙體組織中的長(zhǎng)度為2 mm，這是由于樁長(zhǎng)度在2 mm以內(nèi)時(shí)，樁的固位應(yīng)力曲線與樁長(zhǎng)成正比；當(dāng)超過2 mm時(shí)，曲線呈平穩(wěn)的水平線，不再增加，所以樁在牙本質(zhì)內(nèi)與修復(fù)體中的長(zhǎng)度以保持在2 mm為適宜[4]。

前牙切角缺損在修復(fù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮牙體組織的固位型和抗力型，其與樁的形態(tài)密切相關(guān)。從固位型考慮，牙本質(zhì)樁需要更粗糙的表面、更大的表面積，但粗糙的表面可能會(huì)帶來應(yīng)力的集中。串珠樁具有凹凸結(jié)構(gòu)，較其余兩組具有更粗糙的表面和更大的表面積，可以在粘接界面上形成更大的摩擦力，固位較其余兩組好，但應(yīng)力分析結(jié)果顯示其在串珠之間形成了應(yīng)力集中，其在樁、樹脂粘接界面以及牙體組織粘接界面上最大主應(yīng)力峰值均較其余兩組顯著增大，牙本質(zhì)樁、樹脂以及牙體組織承受載荷的能力較其余兩組顯著減小，增大了斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。所以在能夠獲得良好固位的情況下，應(yīng)該盡量避免易造成應(yīng)力集中的樁形態(tài)，選擇應(yīng)力分布較好的樁形態(tài)。柱形樁與錐形樁的應(yīng)力分布相似，都主要集中在樁的頂端，但柱形樁在樹脂與牙本質(zhì)粘接界面也存在著應(yīng)力集中；而且柱形樁的最大主應(yīng)力峰值大于錐形樁，這主要是因?yàn)殄F形樁頸部收縮的外形有利于樁在樹脂與牙本質(zhì)粘接界面的應(yīng)力分散。對(duì)于樹脂樁充填物，錐形樁的應(yīng)力峰值較柱形樁小且更均勻，所以從樹脂充填物抗力上來看，錐形纖維樁修復(fù)對(duì)于發(fā)生樹脂斷裂的可能性較柱形樁更小。對(duì)于牙體組織粘接界面，柱形樁與錐形組最大主應(yīng)力分布相似且應(yīng)力峰值結(jié)果也較近，說明柱形樁和錐形樁在牙體組織抗力上相差較小。

樹脂與牙本質(zhì)粘接面中的拉應(yīng)力可以造成粘接界面產(chǎn)生裂紋以及裂紋擴(kuò)大[15]，是造成樹脂脫落的最主要的應(yīng)力，所以本研究選用代表拉應(yīng)力的最大主應(yīng)力為觀測(cè)指標(biāo)。纖維樁的彈性模量都與自然牙本質(zhì)接近[16]，可以形成一個(gè)由牙體組織與纖維樁或樹脂組成的“整體”應(yīng)力結(jié)構(gòu)，受到外力時(shí)應(yīng)力可沿整個(gè)牙根均勻分布。纖維樁材料可吸收和重新分布應(yīng)力，有利于保護(hù)患牙和樹脂充填物，避免樹脂與牙體組織發(fā)生折裂，提高樹脂充填體以及患牙的保存率[17，18]。樹脂與牙本質(zhì)粘接的極限微拉伸強(qiáng)度為25MPa[19]，而由表2可知粘接界面中最大主應(yīng)力的峰值均小于極限拉伸強(qiáng)度，所以粘接界面在承受一次咬合力時(shí)并不會(huì)破壞，但在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間疲勞加載后，樹脂、粘接劑與牙體組織之間會(huì)產(chǎn)生微裂紋[20]，粘接界面的極限強(qiáng)度就會(huì)下降，所以導(dǎo)致粘接失敗。使用錐形纖維樁在增大固位力的基礎(chǔ)上可以降低粘接界面的最大主應(yīng)力，降低裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展的速度，有效增加粘接效果，延長(zhǎng)樹脂充填體的使用壽命。

綜上所述，在中切牙切角缺損的牙本質(zhì)纖維樁輔助樹脂直接充填治療中，采用錐形纖維樁可以改善粘接界面應(yīng)力分布，降低粘接界面的最大主應(yīng)力峰值，提高充填體的穩(wěn)定性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Kaur A，Mohindroo A，Thakur G，et al. Anterior tooth trauma：A most neglected oral health aspect in adolescents[J]. Indian Journal of Oral Sciences，2013，4（1）：31.

[2] 張勇哲，李愛群，寇波，等. 應(yīng)用IPS e.max Press鑄瓷全冠美容修復(fù)前牙的臨床研究[J]. 中國現(xiàn)代醫(yī)生，2011， 49（18）：81-83.

[3] 許海平，邢路，蘇勤. 不同Ⅳ類洞型設(shè)計(jì)樹脂直接修復(fù)的三維有限元分析[J]. 國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2011，38（2）：150-153.

[4] 戴榮烽，王勤波. 玻璃纖維樁增強(qiáng)樹脂修復(fù)前牙切角缺損的臨床探討[J]. 臨床口腔醫(yī)學(xué)雜志，2014，30（4）：239-241.

[5] 李焱，唐繼偉，施春梅. 兩種方法修復(fù)大面積切角缺損的臨床觀察[J]. 中國美容醫(yī)學(xué)雜志，2010，19（7）：1039-1040.

[6] 景雙林，黃麗娟，唐哲，等. 氧化鋯陶瓷固位釘用于修復(fù)前牙切角缺損的臨床觀察[J]. 口腔醫(yī)學(xué)，2012，32（12）：731-733.

[7] 胡旭治，陸素文. 納米樹脂聯(lián)合石英纖維樁修復(fù)上前牙切角缺損的臨床應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代實(shí)用醫(yī)學(xué)，2015， 27（7）：923-924.

[8] 吳張，辛海濤，馬軒祥，等. 齦下殘根樁核冠修復(fù)的三維有限元模型建立[J].牙體牙髓牙周病學(xué)雜志，2011，（2）：86-89.

[9] Shetty PP，Meshramkar R，Patil KN，et al. A finite element analysis for a comparative evaluation of stress with two commonly used esthetic posts[J]. European Journal of Dentistry， 2013，7（4）：419-422.

[10] 張旭映，孫競(jìng)，盧軍. 不同材料不同形態(tài)樁核修復(fù)上頜中切牙牙本質(zhì)應(yīng)力的有限元分析[J]. 華西口腔醫(yī)學(xué)雜志，2012，30（2）：128-132.

[11] Rashid F. Porcelain laminate veneer-A conservative treatment in restoration of anterior teeth defect[J]. Bangladesh Journal of Dental Research & Education，2014，4（2）：53-55.

[12] Sarkis-Onofre R，F(xiàn)ergusson D，Cenci MS，et al. Performance of post-retained single crowns：A systematic review of related risk factors[J]. Journal of Endodontics，2017， 43（2）：175-183.

[13] 李晨霜，鄒敏. 前牙切角缺損修復(fù)技術(shù)進(jìn)展[J].中國美容醫(yī)學(xué)，2011，20（3）：516-518.

[14] Roberts HW，Hermesch CB，Charlton DG. The use of resin composite pins to improve retention of Class IV resin composite restorations[J].Operative Dentistry，2000， 25（4）：270-273.

[15] 孫秋榕，麥穗. 樹脂-牙本質(zhì)粘接界面的滲透性與粘接耐久性研究進(jìn)展[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2016，43（3）：338-342.

[16] 李齊齊，耿建平. 4種牙科玻璃纖維樁撓曲強(qiáng)度與彈性模量的對(duì)比分析[J].口腔醫(yī)學(xué)，2013，33（10）：668-671.

[17] 陳紅莉，史洋，魚潔. 樁材料對(duì)中等缺損的上中切牙影響的應(yīng)力分析[J].中國實(shí)用醫(yī)刊， 2013，40（20）：1-4.

[18] 巫穎泓. 玻璃纖維樁和鑄造金屬樁在牙體缺損修復(fù)中的療效比較[J].右江民族醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，32（6）：911-912.

[19] 方明，劉瑞瑞，李芳，等. 葡萄籽提取物對(duì)脫礦牙本質(zhì)極限拉伸強(qiáng)度及樹脂-牙本質(zhì)粘接強(qiáng)度的影響[J]. 實(shí)用口腔醫(yī)學(xué)雜志，2012，28（6）：703-708.

[20] 亓莉莉，聶二民，陳霞云，等. 石英纖維樁復(fù)合樹脂核全冠修復(fù)無髓牙的疲勞抗性[J]. 中國組織工程研究，2010， 14（12）：2167-2170.

（收稿日期：2017-05-07）