牙科树脂修复对洞型制备的需求探讨

霍丽 李恺 张燕

[摘要]目的：探讨牙科树脂修复对洞型制备的需求。方法：通过对一种新的实验模型进行循环载荷加载，观察树脂-牙本质粘接界面的断裂特性，对在临床树脂充填修复中对洞型预备的要求提出理论指导。结果：树脂-牙本质粘接界面在不同受力方式下的破坏方式不同。结论：树脂充填修复时可以将窝洞洞壁适当外敞，通过改变咬合接触点位置从而优化粘接界面的受力方式达到保护牙体组织的目的。

[關键词]树脂修复；树脂-牙本质盘；疲劳试验；树脂-牙本质粘接界面；咬合接触点

[中图分类号]R783.4 [文献标志码]B [文章编号]1008-6455（2018）05-0098-03

Requirement of Dental Resin Restoration for Cavity Preparation

HUO Li1， LI Kai1， ZHANG Yan2

（1.Department of Stomatology， No.451 Hospital of the PLA， Xian 710054， Shaanxi， China； 2. Department of Stomatology， Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College， Nanchong 637000， Sichuan，China）

Abstract： Objective To study the requirement of dental resin restoration for cavity preparation. Methods Establish a new experimental model of cyclic loading， the fracture characteristics of the resin dentin bonding interface were observed， and the theoretical guidance for the requirement of the cavity preparation in the clinical resin restoration was put forward. Results The composite-dentin bonding interface has different failure modes under different stress modes. Conclusion The walls of the cavity can be properly opened. By changing the position of the occlusal contact point， the stress mode of the adhesive interface can be optimized to protect the tooth tissue.

Key words： resin restoration； composite-dentin disc； fatigue test； composite-dentin bonding surface； occlusal contact point.

牙科树脂因其良好的美学特性而广泛应用于牙体缺损的直接充填修复。根据牙体缺损部位预备后窝洞的位置和尺寸进行分类，可以参考G.V.Black龋病治疗的分类方法所涉及的解剖区域和相关的治疗类型分为五类。这一分类原则主要考虑充填材料的固位性能，适用于银汞等依靠机械固位的修复材料。而树脂充填修复体的固位力主要是粘接力，因此，这样的洞型制备原则已不适合树脂充填修复的临床工作需求。怎样才能使制备出的洞型既能最大限度地达到牙体保存的目的，又能满足患者长期使用的要求，已成为临床工作中亟待解决的问题。因此，本研究旨在通过对实验室研究结果的分析，对临床树脂充填洞型制备提供参考。

1 材料和仪器

1.1 实验材料：牛中切牙（Long Prairie Packing CO，美国）；Z100TM复合树脂（3M，美国）；AdperTM Single Bond Plus 粘接剂（3M，美国）；Scotchbond Etchant 酸蚀剂（3M，美国）。

1.2 实验设备及软件：戴尔台式机（Dell，美国）；Abaqus 6.11（SIMULIA，美国）；Elipar? S10 LED光固化灯（3M，美国）；IsometTM慢速切割机（Buehler，美国）；858 Mini Bionix II万能试验机（MTS，美国）；M205体视显微镜（Leica，德国）；TM-3000扫描电镜（日立，日本）。

2 方法

2.1 树脂-牙本质盘的预备：选取新鲜拔除的牛切牙，去除附着的软组织并用水冲洗干净，置于1%的百里酚溶液中保存于4℃环境2周。截取上三分之二段牙根并保证每段牙根的外径大于5mm，内径（根管直径）小于2mm。在铣床上进一步将牙根制备成为外径为5mm内径为2mm的试件。

常规清水冲洗牙根，吹干。将35%磷酸置于根管内，酸蚀20s后清水冲洗5s，并用棉球擦干多余水渍。然后将粘接剂（AdperTM Single Bond Plus， 3M ESPE）均匀涂布至根管内侧面，15s后气枪吹薄，光固化5s。将Z100树脂分步充填至根管内。每充填2mm厚度用LED光固化灯光固化1次。光固化灯光照强度为1200mW/cm2（EliparTM S10， 3M ESPE），光照时间为40s。

将充填完成后的牙根置于慢速切割机上，切割成为厚度为2mm的树脂-牙本质盘。切片完成后的树脂-牙本质盘置于4℃环境中的1%的百里酚溶液中保存待用。

2.2 疲劳实验：将MTS万能试验机工作模式设置为循环加载，加载频率为1Hz。载荷加载大小为200N，方向竖直向下。将试件竖直放置于工作台上加载头正下方处。将加载头缓慢下降至与试件接近但未接触试件的位置。运行加载程序，至试件断裂时结束加载。

2.3 体式显微镜观察试样的裂纹形态：启动光源及控制电脑，进入软件。将断裂失效后的树脂-牙本质盘试样放置于体式显微镜载物盘中物镜正下方。调节物镜至与试样距离最小处，逐渐上升物镜至控制电脑显示试样清晰为止。

2.4 扫描电镜观察断面形貌：将体视显微镜观测后的试样沿裂纹生长方向加力，使牙本质环完全断裂，如图2红色虚线所示。取出与树脂分离部分的牙本质环部分与树脂-牙本质部分，将断面向上，置于扫描电镜下观察断面形貌。

2.5 有限元分析（FEA）试样应力：结合实验试件的尺寸，在Abaqus有限元软件中分别绘制直径2mm，厚2mm的树脂；外径5mm，内径2mm，厚2mm的牙本质环；长6mm，宽2mm，高2mm的压头和工作台，模型各组件材料参数见表1。由于牙本质与树脂之间由粘接剂粘接，因此，牙本质与树脂之间的接触关系设置为绑定接触（Tie），牙本质与压头及工作台的接触关系设置为面接触，摩擦系数为0.3。模型采用C3D10网格进行划分。树脂，牙本质环，压头及工作台的单元数分别为1368，4726，7840，7840。边界条件设置为限制工作台下表面的各向位移及旋转。载荷加载大小为200N，方向竖直向下。

3 结果

3.1 树脂-牙本质盘粘接界面的力学分析：由数值模拟实验结果可以得到，在对试样施加垂直向载荷时，试件在垂直向受到的应力最大（图1A）。从树脂-牙本质粘接界面的解除应力分析结果（图1B）可以看出，在本实验所用模型中，树脂-牙本质盘粘接界面在受到垂直向载荷时，垂直向所受到的应力为最大压应力，即图1B中红色区域所示部分。水平向所受到的应力为最大拉应力，即图1B中蓝色区域所示部分。而从垂直向向水平向过渡的部分为从最大压应力减小到压应力为零再到最大拉应力的区域。

3.2 体视显微镜下树脂-牙本质盘的断裂形貌：疲劳实验后，断裂的树脂-牙本质盘试件在体视显微镜下的裂纹分布状态（图2）与图1A所示的牙本质高应力区一致。图2所示树脂-牙本质粘接界面脱粘接现象可以认为是粘接界面在不同的拉压应力作用下（图1B）产生的界面失效。

3.3 试件断面形貌分析：由扫描电镜下试件的断裂形貌结果（见图3）可以看到，在疲劳寿命实验中，近断裂端的界面断裂模式为粘接剂-牙本质之间的断裂失效，远离牙本质断裂端的界面断裂模式为树脂-粘接剂之间的断裂失效。

4 讨论

树脂修复体的疲劳寿命研究一直是临床科研人员的研究热点。由于实验室研究具有实验样本可控性好，实验结果可重复性高的优点，成为了研究树脂修复体疲劳寿命的重要方法。通过数值模拟实验结果（图1）与体视显微镜对试件裂纹进行观察的结果（图2）进行对比，可以发现数值模拟实验中试件在垂直向的最大应力分布与在裂纹观察结果中的裂纹分布一致。结果说明数值模拟实验结果可靠。数值模拟实验与疲劳寿命实验的结合，可以推断出模型中应力平衡区，即图1绿色区域，在疲劳试验中实际上是受到弱剪切力的作用。数值模拟实验与扫描电镜观察结果的对比，可以得到不同应力分布区域，粘接界面的断裂方式。

微渗漏与继发龋作为影响树脂充填体生存寿命的主要原因，其产生原因与两者之间的内在联系备受关注[4]。有研究表明，树脂固化时不可避免地发生体积收缩，微渗漏的产生，与继发龋的出现之间存在一定的联系[5-8]。同时，继发龋的产生也可以按照产生的部位分为外层病损与洞壁病损两种。两者可同时发生，也可能单独出现。外层病损主要与口腔微生物环境和树脂-牙釉质粘接界面有关。而对于单独出现的洞壁病损，本实验将从口腔生物力学的角度阐释其产生的原因。在本实验疲劳寿命实验条件下，试件在弱剪切力的作用下，牙本质-粘接剂界面粘接强度大于粘接剂-树脂界面；在较大的拉压应力作用下，粘接剂-树脂界面粘接强度均大于牙本质-粘接剂界面粘接强度。修复体在临床使用中，受到咬合力的循环加载，充填体与牙本质粘接的侧壁会受到剪切力作用从而导致界面破坏。其意义在于，樹脂-牙本质界面的破坏，对树脂-牙这一复杂的粘接界面的完整性产生了破坏。首先，其上部的树脂-牙釉质界面失去了下部结构的支撑，对釉质粘接界面在继续承受咬合力的作用下的使用寿命产生了较大的影响；其次，树脂-牙本质粘接界面之间的拉压应力引发的界面破坏会直接导致粘接界面的破坏及牙本质壁的暴露。如果在充填操作中，洞壁消毒不彻底，导致致龋菌的残留，或者微渗漏导致与口腔微生物环境的接触，都会导致洞壁这一结构产生继发龋。因此，在某些情况下，看似完整的釉质下面，牙本质已产生了潜行性的病变[9]。

对这一问题的解决方法可以通过口腔生物力学与材料学来进一步阐释。从材料学角度来看，树脂与银汞是两类完全不同的材料。对于银汞充填体，其固位力主要是机械固位，对洞型预备的要求较高。而树脂充填体，与牙体组织之间的固位力主要是通过粘接固位。同时，对牙体组织表面的酸蚀以及粘接剂的使用，都是为了强化粘接固位的效果。因此，树脂充填体固位型要求并不高。有鉴于此，临床医生可在窝洞制备的过程中，适当增加洞壁的外展角度，使得在咀嚼过程中咬合接触点落在充填体上。这样制备洞型有如下几点考虑：首先，将咬合接触点落在充填体上，避免了接触点落在剩余牙体组织上对粘接界面产生的拉应力作用，即使在不可避免的咬合力的循环加载下出现了界面的断裂，也能将粘接剂-牙本质之间断裂导致的牙本质的暴露转变为粘接剂-树脂之间的断裂导致最终的粘接剂界面的暴露，其继发龋产生的概率由于粘接剂的存在，也会得到极大的降低；其次，树脂的耐磨性相对牙体组织较差，在一定时间的磨耗后，充填体的受力减小，有利于粘接界面受力的减小。此外，牙体组织与树脂的接触，也有利于对颌牙体组织的保存。

本研究的实验结果结合生物力学以及生物材料学相关学科，对牙科树脂充填修复的临床操作有一定指导作用，其临床效果还需后续大量临床病例的验证。

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[收稿日期]2018-03-04 [修回日期]2018-05-10

編辑/李阳利