開髓洞型對全冠修復(fù)后隱裂牙抗力影響的三維有限元研究

季夢真 漆美瑤 杜珂芯 全淑琪 張煜強(qiáng) 鄭慶華

1.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院 成都610041；2.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科 成都610041

牙隱裂（cracked tooth）臨床較為高發(fā)，是繼齲病和牙周病之后導(dǎo)致牙齒缺失的第3 位因素[1]。根管治療是牙隱裂常用和有效的治療方法。目前研究表明因牙隱裂導(dǎo)致不可復(fù)性牙髓炎患牙的根管治療成功率遠(yuǎn)低于因齲壞導(dǎo)致不可復(fù)性牙髓炎者。裂紋擴(kuò)展不可預(yù)測是導(dǎo)致牙隱裂的遠(yuǎn)期預(yù)后不確定的主要原因[2]。

牙體組織存留率對于患牙的抗力至關(guān)重要。傳統(tǒng)的開髓方法是將髓室頂整個移除，充分暴露所有根管口[3]。然而，有些研究者[4?6]認(rèn)為，由于去除過多牙本質(zhì)，傳統(tǒng)開髓會導(dǎo)致牙體組織強(qiáng)度降低。為盡可能地保存更多牙本質(zhì)，Clark等[4]提出在傳統(tǒng)開髓方法的基礎(chǔ)上，保留部分髓室頂及牙頸部和舌面嵴的牙本質(zhì)，即微創(chuàng)開髓洞型（mini?mally invasive endodontics）。目前，國內(nèi)外研究報道對于微創(chuàng)開髓洞型是否比傳統(tǒng)開髓洞型更能保持牙齒抗力尚無定論[7?11]。此外，相關(guān)研究多針對完整牙齒，開髓洞型的改良是否有助于隱裂牙抗力的提升，尚未見研究報道。

本研究擬采用三維有限元分析，比較傳統(tǒng)開髓洞型和微創(chuàng)開髓洞型2 種開髓方式對已行根管治療和烤瓷冠修復(fù)的隱裂牙受力后應(yīng)力分布的影響，隱裂紋深度亦納入考量，以期得出具有臨床意義的結(jié)論。

1 材料和方法

1.1 Micro CT掃描

選取至四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院因牙周病拔除的結(jié)構(gòu)完整的上頜右側(cè)第一磨牙1 顆。測得牙齒長度20.7 mm，牙冠長7.2 mm。使用Micro CT 系統(tǒng)（SCANCO Medical AG公司，瑞士）間距30 μm進(jìn)行掃描，在顯示屏幕上對每層圖像進(jìn)行檢查、調(diào)整，使圖像上各組織的分辨率達(dá)到最佳狀態(tài)，導(dǎo)出DICOM格式。

1.2 實驗設(shè)計和分組

本實驗設(shè)計3 種不同裂紋深度的牙隱裂模型，每種深度的牙隱裂模型分別建立3 種亞模型，包括未修復(fù)模型、傳統(tǒng)開髓根管治療并烤瓷全冠修復(fù)模型（A1、B1、C1）和微創(chuàng)開髓根管治療后烤瓷全冠修復(fù)模型（A2、B2、C2），并對以上3 組共9 個模型分別進(jìn)行垂直載荷分析和斜向載荷分析。

模型的分組處理方式如下。

A 組模型：隱裂深度3.4 mm。模型A：隱裂未修復(fù)；模型A1：傳統(tǒng)開髓+烤瓷冠修復(fù)；模型A2：微創(chuàng)開髓+烤瓷冠修復(fù)。

B 組模型：隱裂深度5.1 mm。模型B：隱裂未修復(fù)；模型B1：傳統(tǒng)開髓+烤瓷冠修復(fù)；模型B2：微創(chuàng)開髓+烤瓷冠修復(fù)。

C 組模型：隱裂深度7.2 mm。模型C：隱裂未修復(fù)；模型C1：傳統(tǒng)開髓+烤瓷冠修復(fù)；模型C2：微創(chuàng)開髓+烤瓷冠修復(fù)。

1.3 有限元模型建立

假定所有材料和組織均為連續(xù)、均質(zhì)、各向同性線彈性材料，模型各部分連接緊密，表面均無瑕疵。由于本文重點考慮加載對基牙、金屬基底冠、瓷層及樹脂充填體的影響，同時由于在咬合面上加載對牙槽骨的影響較小，因此將牙槽骨模型簡化為1 個長方體。本實驗邊界約束條件為牙槽骨的近遠(yuǎn)中和底部完全固定。材料參數(shù)[12?15]詳見表1。

表1 材料參數(shù)Tab 1 Mechanical properties of the investigated materials

1.3.1 牙隱裂模型的建立 未修復(fù)模型包括牙本質(zhì)、釉質(zhì)、牙周膜和牙槽骨，隱裂紋寬0.02 mm[16]，裂紋沿上頜第一磨牙中央溝近遠(yuǎn)中向擴(kuò)展，并跨過近遠(yuǎn)中邊緣嵴，沿牙長軸向下取3 個不同的深度：3.4 mm 組，即解剖牙冠長的2/3（模型A）；5.1 mm 組，與釉牙骨質(zhì)界平齊（模型B）；7.2 mm組，與髓室底平齊（模型C）。

1.3.2 修復(fù)模型的建立 修復(fù)模型包括牙本質(zhì)、牙周膜、牙槽骨、樹脂充填體、牙膠尖、金鈀合金基底冠及瓷層（圖1）。分別對3 個深度的隱裂患牙用傳統(tǒng)和微創(chuàng)2 種開髓方法進(jìn)行根管治療，并進(jìn)行烤瓷全冠修復(fù)。

圖1 根管治療及修復(fù)后模型的示意圖Fig 1 Model of cracked tooth after root canal treatment and full?crown restoration

具體分述如下。

1）傳統(tǒng)開髓模型。去除全部髓室頂，沿軸向建立到3 個根管的直線入路，按根管治療的方法分別預(yù)備3 個根管，并用牙膠尖充填根管，用樹脂材料充填髓室[17]。

2）微創(chuàng)開髓模型。去除部分髓室頂，斜向建立直線入路，盡量多保留頸周牙本質(zhì)[7]。根管預(yù)備、充填方法與傳統(tǒng)開髓方法相同。

3）烤瓷修復(fù)模型。咬合面降低2 mm，頰面、腭面及鄰面去掉1.5 mm，點線角圓鈍，肩臺邊緣在釉牙骨質(zhì)界上1 mm處，寬1 mm[18]。

1.4 建模技術(shù)路線

牙齒的建模采用下列的技術(shù)路線（圖2）。

首先，將DICOM 數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIMICS 軟件，通過對圖像進(jìn)行預(yù)處理，提高其分辨率和平滑度。根據(jù)不同密度的組織在圖像上的灰度值不同，應(yīng)用“Thresholding”命令，設(shè)置相應(yīng)灰度閾值區(qū)間，從而提取各組織影像數(shù)據(jù)。然后，利用軟件的自提取功能和擦除充填功能，逐層提高組織影像質(zhì)量。分別得到釉質(zhì)、整顆牙的粗糙模型，保存為“.STL”文件格式。接下來利用MIMICS 提取出釉質(zhì)和整顆牙的模型，導(dǎo)出STL 文件，在GEOMAGICS 中修補、降噪及曲面化，導(dǎo)出STP格式，在Pro/E 5.0 中組裝模型；在Pro/E 5.0 中曲面建模，最后整體導(dǎo)出“*.IGS”格式，在ANSYS中進(jìn)行有限元計算。

圖2 建模技術(shù)路線Fig 2 Working flow of 3D infinite model analysis

1.5 載荷方式

將9 個模型各部分組裝完成，對整體進(jìn)行模擬載荷分析。

1）垂直載荷：咬合力平均分配在頰尖舌斜面和舌尖頰斜面上，垂直向下，取最大的正常力727 N[19]。以A 組模型為例，當(dāng)對修復(fù)后模型整體垂直加載時，各部分應(yīng)力分布如圖3所示。

2）斜向載荷：咬合力平均分布在近中舌尖頰斜面上，與牙長軸成60°斜向加載[20]，大小同樣為727 N。以A 組模型為例，當(dāng)對修復(fù)后模型整體斜向加載時，各部分應(yīng)力分布如圖4所示。

2 結(jié)果

2.1 全冠修復(fù)前后垂直應(yīng)力加載結(jié)果

A、B、C 組模型中基牙的垂直應(yīng)力狀況如表2所示，對整體加載后應(yīng)力分布如圖5～7所示。

總結(jié)垂直加載結(jié)果如下：修復(fù)前模型中，應(yīng)力均集中于隱裂紋底部，且隨著隱裂深度的加深，最大應(yīng)力的數(shù)值也不斷增大。經(jīng)全冠修復(fù)后，無論使用哪種開髓方式修復(fù)、修復(fù)前隱裂程度如何，基牙應(yīng)力均集中于肩臺附近，最大應(yīng)力數(shù)值均降至約30 MPa（如表2）。

圖3 整體垂直加載下A組修復(fù)后模型各部分應(yīng)力分布的情況Fig 3 The distribution of stress on each part of Group A under vertical loading

圖4 整體斜向加載下A組修復(fù)后模型各部分應(yīng)力分布的情況Fig 4 The distribution of stress on each part of Group A under oblique loading

表2 垂直加載下各組模型的應(yīng)力分布與數(shù)值Tab 2 The distribution and numerical value of tooth stress in all tested groups under vertical stress

圖5 對A、B、C組修復(fù)前隱裂模型整體進(jìn)行垂直加載的釉質(zhì)與其余牙體組織的應(yīng)力分布圖Fig 5 Distribution of stress on enamel and other dental tissue of model A,B and C before treatment under vertical loading

圖6 對全冠修復(fù)后模型整體垂直加載的基牙垂直應(yīng)力分布圖Fig 6 Distribution of stress on abutment of all tested groups after restoration under vertical loading

2.2 全冠修復(fù)前后斜向應(yīng)力加載結(jié)果

A、B、C 組模型的斜向應(yīng)力狀況詳見表3，對整體加載后應(yīng)力分布圖詳見圖8～10。

總結(jié)斜向加載結(jié)果如下：修復(fù)前模型中，應(yīng)力均集中于隱裂紋底部，且隨著隱裂深度的加深，最大應(yīng)力的數(shù)值也不斷增大。經(jīng)全冠修復(fù)后，在A 組和B 組模型中，基牙最大應(yīng)力值均下降到約66 MPa，同樣是由肩臺承受主要應(yīng)力。而在C 組模型中，修復(fù)前牙本質(zhì)局部應(yīng)力集中已十分明顯，修復(fù)后依然存在隱裂紋底部局部應(yīng)力集中的情況，雖然最大應(yīng)力數(shù)值有大幅下降，但并未完全解決局部應(yīng)力集中的問題，預(yù)后可能較差。

2 種開髓方式對應(yīng)力的分布與大小無明顯影響（表3）。

圖7 修復(fù)前后垂直加載下基牙最大應(yīng)力值對比圖Fig 7 The maximum value of stress on the abutment before and after restoration under vertical stress

表3 斜向加載下各組模型的應(yīng)力分布與數(shù)值Tab 3 The distribution and numerical value of tooth stress in all tested groups under oblique stress

圖8 修復(fù)前對A、B、C組隱裂模型整體進(jìn)行斜向加載的釉質(zhì)與其他牙體組織的應(yīng)力分布圖Fig 8 The distribution of stress on enamel and other dental tissue of model A,B and C before treatment under oblique loading

圖9 修復(fù)后模型整體斜向加載的基牙斜向應(yīng)力分布圖Fig 9 Distribution of stress on abutment of all tested groups after restoration under oblique loading

圖10 斜向加載下修復(fù)前后牙體組織應(yīng)力最大值對比圖Fig 10 The maximum value of stress on the abutment before and after restoration under oblique stress

3 討論

微創(chuàng)開髓的目的是為了保留“頸周牙本質(zhì)”，即頸嵴上方4 mm 到下方6 mm 的部分，這部分是牙齒將咬合力傳導(dǎo)到牙根的關(guān)鍵部位，以減少根管治療后牙折的風(fēng)險，但由于微創(chuàng)開髓中沒有直線入路，器械斜向進(jìn)入根管，根據(jù)Kosti等[21]的研究，當(dāng)根管角度增加到30°時，器械分離的發(fā)生率增加了35%。加之開髓洞口較小，視野狹窄，相對于傳統(tǒng)開髓方法而言其根管治療失敗的概率也有所提高。因此，比較微創(chuàng)開髓與傳統(tǒng)根管治療后的牙體載荷情況有利于幫助臨床醫(yī)生判斷是否有必要使用微創(chuàng)開髓的方式。

本研究的結(jié)果表明：在垂直加載和斜向加載2種加載條件下，隱裂牙在2 種開髓形式的治療及全冠修復(fù)后的受力情況均沒有明顯差異。在2 種加載方式下，咬合力均通過金屬基底冠傳導(dǎo)到基牙肩臺上，使肩臺區(qū)承受了大部分應(yīng)力。由于2種開髓方式的主要差異在靠近髓室及根管口的牙本質(zhì)附近，而這部分牙本質(zhì)承受應(yīng)力較少，故對全冠修復(fù)后的模型而言差別不大。

而現(xiàn)階段在臨床實踐中對于隱裂牙的開髓及充填治療后一般都建議患者進(jìn)行冠修復(fù)治療，因此本實驗比較不同開髓方式的隱裂牙修復(fù)后的抗折性較以往實驗方式具有更強(qiáng)的臨床價值。

對于上頜和下頜磨牙修復(fù)與否在抗折性上是否有差異也存在爭議[7]。因此，也不能完全忽視微創(chuàng)開髓的方法對牙體力學(xué)性能的影響，關(guān)于微創(chuàng)開髓后牙體力學(xué)其他方面的研究還有待深入。

通過每組模型的縱向比較，可以看到在3 個隱裂未修復(fù)的模型上，冠修復(fù)前的應(yīng)力明顯集中于隱裂紋底部，隨著裂紋的加深應(yīng)力峰值也變大；而冠修復(fù)后，在2 種加載條件下，基牙應(yīng)力多分布于牙體肩臺及附近，且峰值明顯減小。但是，隱裂深度達(dá)到髓室底深度的C 組模型在斜向加載條件下仍存在應(yīng)力集中于隱裂紋底部的問題，其最大應(yīng)力數(shù)值雖比修復(fù)前下降了約90%，但仍有很大修復(fù)失敗的可能。結(jié)果表明：隱裂牙進(jìn)行冠修復(fù)后改變了咬合時牙體受力情況，使咬合力通過肩臺傳遞到牙周組織，大幅緩解了局部應(yīng)力集中過大，有利于增強(qiáng)隱裂牙的抗折性。這對于隱裂牙根管治療后修復(fù)方案的選擇有重要的參考意義。進(jìn)一步印證了根管治療后冠修復(fù)是治療牙隱裂的有效措施[18,22]。

本實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在全冠修復(fù)后，微創(chuàng)開髓與傳統(tǒng)開髓的牙體力學(xué)表現(xiàn)并沒有明顯差異，在實際的口內(nèi)操作中，實驗者認(rèn)為對于后續(xù)需要冠修復(fù)的患牙而言，由于微創(chuàng)開髓提高患牙力學(xué)性能的效果不顯著，且技術(shù)敏感性高，傳統(tǒng)的開髓方式或許更為適合。

另外，對于隱裂深度超過釉牙骨質(zhì)界的患牙，使用根管治療后冠修復(fù)的方法可能無法完全緩解其局部應(yīng)力集中的問題，存在修復(fù)失敗的可能。

本實驗中選取上頜第一磨牙進(jìn)行建模研究，對隱裂牙充填治療后采用金鈀合金烤瓷進(jìn)行冠修復(fù)，在目前的臨床操作中烤瓷冠修復(fù)由于其較低的價格仍具有較廣泛的使用，但全瓷冠修復(fù)是未來患者進(jìn)行牙體缺損修復(fù)的趨勢。尤其是在前牙區(qū)，由于烤瓷冠美觀性較差，患者常傾向于選擇美觀性更好的全瓷冠，而為保證美觀性，前牙區(qū)的全瓷冠備牙方法與烤瓷冠略有不同。因此對于不同牙位的隱裂牙，不同開髓方式對全瓷冠修復(fù)后牙體組織的受力情況及抗折性影響仍待進(jìn)一步的研究。另外，本實驗考慮隱裂較為嚴(yán)重的情況，將裂紋設(shè)計為貫穿近遠(yuǎn)中邊緣嵴的形態(tài)。而實際上，在臨床上常見的牙隱裂往往僅涉及一側(cè)邊緣嵴，這種情況也需要下一步研究。

除剩余牙本質(zhì)外，可能影響基牙受力的因素也包括基牙的聚合度。Tiu等[22]在新西蘭各個城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)口腔診所搜集到262 顆擬進(jìn)行全冠修復(fù)的牙齒樣本，對其臨床備牙形態(tài)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上頜第一磨牙基牙的聚合度普遍在30°～40°，遠(yuǎn)大于教科書推薦的2°～5°。然而，Maghami等[23]通過對上頜前磨牙的3D 有限元分析研究發(fā)現(xiàn)，聚合度對基牙受力情況影響不大；劉斐等[24]的實驗結(jié)果也顯示，隨著基牙軸面聚合度增加，基牙承受的應(yīng)力有輕微的增加，而基牙應(yīng)力分布無明顯改變。

本實驗在虛擬理想條件下進(jìn)行，僅考慮在本實驗條件下修復(fù)治療對患牙力學(xué)方面的影響。在實際操作中，患牙局部狀況、患者全身狀況、修復(fù)材料、醫(yī)生操作等因素均會影響修復(fù)治療效果，在臨床上應(yīng)綜合考慮各種因素，選擇合適的治療方式。

4 結(jié)論

本實驗通過有限元分析，采用2 種不同開髓方式治療，結(jié)合烤瓷熔附金屬全冠修復(fù)對隱裂牙抗力情況的影響進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1）傳統(tǒng)開髓洞型與微創(chuàng)開髓洞型對于全冠修復(fù)后隱裂牙的抗折性影響沒有明顯差異；2）充填治療后全冠修復(fù)可明顯緩解隱裂牙局部應(yīng)力集中的問題；3）對于隱裂深度達(dá)到釉牙骨質(zhì)界根方的患牙，根管治療后全冠修復(fù)的方法可能無法完全解決局部應(yīng)力集中的問題，存在修復(fù)失敗的可能性。在實際臨床操作中可選用傳統(tǒng)開髓方式結(jié)合全冠修復(fù)治療隱裂牙，以提高牙體組織的抗折裂性能。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。