單翼馬里蘭橋修復(fù)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(jié)固定義齒(resin-bonded fixed dental prostheses，RBFDPs)問世，多用于骨量不足缺失前牙經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方法[1]。RBFDPs是一種微創(chuàng)治療，多用于青少年牙齒缺失中，修復(fù)體容易替換和調(diào)改[2]。馬里蘭橋(Maryland bridge)是RBFDPs的一種，是單個前牙缺失的修復(fù)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(chuàng)傷大，治療周期較長，不能接受種植修復(fù)，要求固定修復(fù)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(jìn)行修復(fù)。由于前牙在行使咀嚼功能時會受到側(cè)向扭轉(zhuǎn)力，傳統(tǒng)馬里蘭橋會受到不同方向的扭轉(zhuǎn)力，橋體折斷可能性大。本研究選擇單翼馬里蘭橋修復(fù)對單側(cè)上頜中切牙缺失進(jìn)行修復(fù)，對橋體受力進(jìn)行有限元分析(finite element analysis，F(xiàn)EA)，為單翼馬里蘭橋修復(fù)的臨床應(yīng)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(yī)院第五醫(yī)學(xué)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?nèi)情況：左上中切牙缺失，曾因正畸治療拔除上下雙側(cè)第一前磨牙，上、下前牙覆蓋較大，無前伸、側(cè)方咬合干擾(圖1)。錐形束CT(CBCT)示21牙缺失區(qū)域唇、腭側(cè)骨板厚度為2 mm，骨量不足(圖2)。修復(fù)方案：數(shù)字化設(shè)計單翼馬里蘭橋(圖3)。

圖1 患者初始口內(nèi)照片

圖2 錐形束CT檢查示21缺牙區(qū)骨量

圖3 數(shù)字化設(shè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(zhǔn)法建立單翼馬里蘭橋?qū)嶓w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?qū)嶓w模型生成STL網(wǎng)格文件，導(dǎo)入ANSYS軟件，網(wǎng)格劃分、計算修改后生成三維有限元模型，共形成754 793個節(jié)點，489 614個實體塊單元。

1.2.2 模型加載力學(xué)分析 模型中各種組織材料均假設(shè)為連續(xù)均質(zhì)的各向同性線彈性材料，受力時模型各界面均不產(chǎn)生相互滑動。氧化鋯陶瓷、牙本質(zhì)、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(cè)切1/3與中1/3交界處，加載面為長軸平行于近遠(yuǎn)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(yīng)力分布。

2 結(jié) 果

2.1 三維有限元模型 根據(jù)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(xué)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(yīng)力分布(圖4C～E)。上頜中切牙單翼馬里蘭橋不同載荷下的應(yīng)力分布趨勢相似，應(yīng)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(yīng)力相應(yīng)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(yīng)力為67.68 MPa，載荷為150 N時，馬里蘭橋橋體最大應(yīng)力為101.53 MPa，載荷為200 N時，馬里蘭橋橋體最大應(yīng)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(yīng)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(fù)。使用全冠修復(fù)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(xué)的教員提出馬里蘭橋修復(fù)單個前牙缺失[5]，在將備牙量降到最低的前提下，恢復(fù)美觀要求。根據(jù)文獻(xiàn)[6]報道，RBFDPs治療成功率為59%～100%。在一項系統(tǒng)回顧研究中，RBFDPs在中期觀察中顯示可接受的口內(nèi)成功率為87.7%[7]。導(dǎo)致RBFDPs失敗的原因主要有：修復(fù)體脫落[8]、基牙繼發(fā)齲齒[9]和固位體斷裂[10]，其中修復(fù)體脫落是最常見的[8]。因此，RBFDPs的成功率取決于基牙預(yù)備設(shè)計、修復(fù)材料的機(jī)械性能和黏接質(zhì)量[11]。前牙RBFDPs設(shè)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(shè)計相比兩端固位RBFDPs有更好的性能，口內(nèi)存留成功率分別為94.4%和67.3%，懸臂設(shè)計可以更好地抵抗由于咬合力引起的修復(fù)體脫落[13]。不同研究中懸臂設(shè)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(jié)劑強(qiáng)度、修復(fù)材料強(qiáng)度的進(jìn)步及患者對微創(chuàng)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(jìn)行上頜中切牙修復(fù)，屬于懸臂RBFDPs設(shè)計，患者骨量條件差，需行植骨后再進(jìn)行種植修復(fù)，而單翼馬里蘭橋充分減少牙體預(yù)備量，減少該患者創(chuàng)傷和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，縮短修復(fù)周期，在最短時間內(nèi)取得良好而穩(wěn)定的最終美學(xué)修復(fù)效果。

3.2 單翼馬里蘭橋適應(yīng)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(cè)有足夠的釉質(zhì)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(fù)正常的牙齒切端到牙齦的長度。

隨著黏結(jié)技術(shù)的不斷進(jìn)步，單翼全瓷黏接橋更具優(yōu)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(yīng)力集中，脫膠率較雙端黏接橋低。雙端黏接馬里蘭橋在口內(nèi)會受到多重方向應(yīng)力的長期作用，如果兩側(cè)基牙受力不平衡，更容易產(chǎn)生剪切力及扭矩，使較薄弱的一側(cè)翼板發(fā)生脫落，最終導(dǎo)致修復(fù)失敗。如果單側(cè)翼板脫落，修復(fù)體仍可存留于患者口內(nèi)，脫落側(cè)基牙發(fā)生繼發(fā)齲的風(fēng)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(fù)雜的口腔系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為簡單的數(shù)據(jù)模型，將口腔結(jié)構(gòu)模型離散為有限單元，獨立分析每個單元的力學(xué)屬性和特征，然后再進(jìn)行整合，估算出整體模型的力學(xué)屬性，快速有效地解決口腔系統(tǒng)復(fù)雜的生物力學(xué)問題[17]，是全瓷冠橋、瓷貼面等應(yīng)力分析常用的方法[18]。在口腔修復(fù)研究中，有限元分析用來評估黏結(jié)修復(fù)體和機(jī)械應(yīng)力模式[19]，以及修復(fù)體脫落原因，以研究應(yīng)力在不同的牙齒重建系統(tǒng)中的分布，或驗證固定修復(fù)體的抗斷裂能力[20]，還可以評估不同修復(fù)材料的生物力學(xué)行為和應(yīng)力分布[21]，同時模擬口腔的臨床狀況，如牙齒結(jié)構(gòu)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(qiáng)度的比較[22]。Yokoyama等[23]采用有限元法進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，樹脂黏結(jié)劑力學(xué)性能差異導(dǎo)致RBFDPs與基牙之間黏結(jié)界面的應(yīng)力分布不同，樹脂黏結(jié)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(xiàn)并發(fā)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(yīng)力集中。該研究所用的模型是側(cè)切牙，本研究模型為中切牙，是單翼馬里蘭橋修復(fù)前牙缺失相關(guān)研究的進(jìn)一步補充。

本研究設(shè)計利用單翼馬里蘭橋?qū)蝹€上頜中切牙缺失進(jìn)行修復(fù)，發(fā)現(xiàn)不同載荷下的橋體的應(yīng)力分布趨勢相似，應(yīng)力集中于橋體與天然牙切端交界處及加載點。研究結(jié)果提示，使用單翼馬里蘭橋時，應(yīng)盡量減少橋體與對頜牙的咬合接觸，加強(qiáng)橋體與天然牙切端交界處的橋體強(qiáng)度及黏結(jié)強(qiáng)度，以提高馬里蘭橋受力能力及成功率。