软弹性咬合板对磨牙症患者牙周组织应力的影响

赵俪月

广州市第一人民医院口腔科(广州 510180)

磨牙症是一种公认有害的口颌系统非生理性运动[1]。磨牙期间会产生过大的异常力，可能导致一系列并发症，例如，颌面部疼痛、牙磨损、颞下颌关节紊乱病、修复治疗的失败等。同时，过大的力对牙周组织健康也会产生不利影响，尤其是对已患有牙周炎的患者，这种异常力可加速牙周组织的破坏，导致牙齿早失[2]。因此，临床上亟需一种安全有效的方式来缓解磨牙症给牙周组织带来的负面影响。佩戴软弹性咬合板是一种具有可逆性的保守治疗方法，使用后可减少病人的夜磨牙活动频率[3]，并且能够通过改善颞颌关节的应力分布来调节和恢复磨牙症引发的颞下颌关节紊乱病[4- 5]。目前，关于软弹性咬合板对磨牙症患者的牙周组织应力分布的影响还尚未清楚，因此，本研究从保护牙周组织的角度出发，使用三维有限元方法，分析不同厚度的软弹性咬合板对磨牙症患者的牙周组织应力分布、应力大小有何影响。

1 资料与方法

1.1 研究资料

1.1.1 研究对象 选择1名26岁女性作为志愿者。纳入标准：个别正常、无牙体牙髓疾病及牙周疾病等口腔病变，牙列完整。

1.1.2 实验设备及软件

①锥形束CT机(韩国怡友)。

②仿真用计算机硬件配置及操作系统：Intel(R) Core(TM) i7-7700K 4.20GHz，32G内存；Windows 7 Professional(64bit)。

③仿真用软件： Mimics 20.0(比利时Materialise)；Geomagic 12(美国Geomagic)；Ansys Workbench 18.0(美国Ansys)。

1.2 影像资料采集

使用锥形束CT机获得志愿者的上、下颌骨及牙列等CT数据，层厚0.1 mm，以Dicom的格式保存备用。

1.3 三维模型的建立

1.3.1 CT文件的处理 利用CT扫描获得的上下颌骨及牙列组织等图像以Dicom格式输入三维重建软件Mimics中，对其进行Mask蒙皮处理之后，分别得到上下颌骨、牙列等组织三维轮廓模型，并以STL格式文件导出。

1.3.2 三维实体重建 将得到的STL文件读入Geomagic，进行逆向工程重建的工作。对三维模型进行光滑打磨、曲面片构造、格栅、实体化等一系列图像处理，生成三维图形IGES文件格式。

1.3.3 工况建模 本实验需要建立不戴软弹性咬合板、戴薄软弹性咬合板(1 mm)、戴厚软弹性咬合板(2 mm)3种模型，经上面得到的IGES格式文件导入到Ansys Workbench软件中进行布尔运算、曲面加厚，特征缩放等操作，获得需要的牙体、牙周组织模型及含软弹性咬合板的三维模型，其中设置牙周膜厚度0.25 mm，高于牙槽嵴顶1 mm。

1.4 有限元分析

1.4.1 网格划分 将装配好的实体模型导入Ansys Workbench，进行布尔运算，赋好材料参数，设置好接触，然后进行网格划分，除软弹性咬合板采用壳单元(其厚度分别设置为1 mm和2 mm)外，其他组织均实体单元Solid 187划分网格单元大小0.5 mm。因为软弹性咬合板采用壳单元划分网格，所以单元节点并不改变，只是改变壳单元实常数厚度。

1.4.2 计算设置

①材料参数 计算用到的各部件材料参数见表1[6- 7]。

表1 三维有限元模型各部分力学参数

②接触设置 由于各部件之间不会发生分离，因此接触均设置为绑定。

③施加载荷与约束 选择右侧半口上下颌所有牙齿及牙周组织作为研究对象，载荷按照3种方向加载，分别为：与牙体长轴平行(0°)、与牙体长轴成45°(45°)、与牙体长轴垂直(90°)。计算在有、无软弹性咬合板的情况下牙周膜及牙槽骨最大等效应力。力的作用点定于面或切端与牙体长轴相交处。约束上下颌骨。每颗牙齿加载咬合力的大小为成人最大咬合力。见表2。

表2 对右侧上下颌各牙加载咬合力的大小(kg)[7- 8]

2 结果

2.1 不同厚度软弹性咬合板对牙周膜、牙槽骨应力分布的影响

按照上述加载方法施加载荷后，未佩戴软弹性咬合板时，牙周膜和牙槽骨的应力均集中于牙颈部颊、舌侧区域。加载咬合力的角度越大，应力集中越明显、应力集中的范围明显增加。使用1 mm软弹性咬合板后，牙周膜及牙槽骨的应力集中位置不变，但范围缩小，应力分布趋于均匀。这种作用在使用了2 mm咬合板后更加显著。见图1、图2。

图1 各角度咬合力加载情况下不同厚度软弹性咬合板对牙周膜应力分布的影响 注：A: 咬合力加载角度为0°;B: 咬合力加载角度为45°;C: 咬合力加载角度为90°每行从左至右依次是不戴软弹性咬合板、戴1 mm软弹性咬合板、戴2 mm软弹性咬合板。

图2 各角度咬合力加载情况下不同厚度软弹性咬合板对牙槽骨应力分布的影响注：A、B：咬合力加载角度为0°；C、D：咬合力加载角度为45°；E、F：咬合力加载角度为90°，A、C、E：上颌牙槽骨 B、D、F：下颌牙槽骨，图片从左至右依次是不戴软弹性咬合板、戴1 mm软弹性咬合板、戴2 mm软弹性咬合板。

2.2 不同厚度软弹性咬合板对牙周膜、牙槽骨最大应力的影响

随着咬合力加载角度的增加，牙周膜、牙槽骨所受到的应力随之增大，使用软弹性咬合板可以降低该应力。在任何咬合力加载角度下，2mm软弹性咬合板对牙周膜及牙槽骨的应力的缓冲能力均高于1 mm软弹性咬合板。见图3、图4。

图3 各咬合力加载角度下不同厚度软弹性咬合板对牙周膜的最大应力的影响(MPa)注：A:咬合力加载角度为0°，B：咬合力加载角度为45°，C：咬合力加载角度为90°，横坐标牙位顺序按照切牙、尖牙、前磨牙、磨牙排列。

图4 各咬合力加载角度下不同厚度软弹性咬合板对上下颌牙槽骨的最大应力的影响(MPa)

未佩戴软弹性咬合板、佩戴1 mm软弹性咬合板、佩戴2 mm软弹性咬合板时，所有受试牙牙周膜平均最大应力值分别是12.72 MPa、10.64 MPa和9.33 MPa。

未佩戴软弹性咬合板时，牙槽骨平均最大应力值是519.97 MPa，当佩戴1 mm软弹性咬合板时，牙槽骨平均最大应力值是444.28 MPa，佩戴2 mm软弹性咬合板时，牙槽骨平均最大应力值是390.87 MPa。

2.3 不同厚度软弹性咬合板对牙周膜应力的缓冲效率

在以0°加载咬合力时，佩戴1 mm软弹性咬合板对上颌牙周膜应力的缓冲效率平均为0.11(11%)，下颌为0.16(16%)。佩戴2 mm软弹性咬合板对上颌牙周膜应力的缓冲效率平均为0.22(22%)，下颌为0.26(26%)。见图5A。

在以45°加载咬合力时，佩戴1 mm软弹性咬合板对上颌牙周膜应力的缓冲效率平均为0.16(16%)，下颌为0.17(17%)。佩戴2 mm软弹性咬合板对上颌牙周膜应力的缓冲效率平均为0.26(26%)，下颌为0.27(27%)。见图5B。

在以90°加载咬合力时，佩戴1 mm软弹性咬合板对上颌牙周膜应力的缓冲效率平均为0.15(15%)，下颌为0.18(18%)。佩戴2 mm软弹性咬合板对上颌牙周膜应力的缓冲效率平均为0.25(25%)，下颌为0.29(29%)。见图5C。

图5 不同咬合力加载角度下不同厚度软弹性咬合板对牙周膜的应力缓冲效率注：A:咬合力加载角度为0°B：咬合力加载角度为45°C：咬合力加载角度为90°。

因此，2 mm软弹性咬合板对牙周膜应力的缓冲效率优于1 mm软弹性咬合板，该缓冲作用对下颌牙周膜的影响大于上颌牙周膜，但缓冲效率的高低与咬合力的加载角度及牙位之间无明显关联。

2.4 不同厚度软弹性咬合板对牙槽骨应力的缓冲效率

1 mm软弹性咬合板对上、下颌牙槽骨的应力缓冲效率平均分别是14%和16%，2 mm软弹性咬合板对上、下颌牙槽骨的应力缓冲效率平均分别是24%、26%。

2 mm软弹性咬合板对牙槽骨应力的缓冲效率优于1 mm软弹性咬合板，该缓冲作用对下颌牙槽骨的影响大于上颌牙槽骨，缓冲效率的高低与咬合力的加载角度之间无明显关联。见图6。

图6 各咬合力加载角度下不同厚度软弹性咬合板对上下颌牙槽骨应力缓冲效率

3 讨 论

磨牙症是咀嚼系统的一种功能异常运动，患者在磨牙过程中上下颌接触时间长、咬合力量大，且存在牙周组织耐受较差的侧向力，致使牙周组织遭到破坏，进而引起一系列的牙周疾病[1]，比如降低了牙周组织触觉敏感性，紧咬牙导致牙齿移位的几率增大。临床附着丧失也与该疾病密切相关。此外，牙周炎患者如果同时患有磨牙症，对其牙周治疗的远期效果较差[9-10]。因此，磨牙症对牙周健康的影响需引起广泛关注。

软弹性咬合板作为一种传统的诊断治疗工具，在咬合相关疾病的治疗中有广泛的用途。临床上，软弹性咬合板在磨牙症的治疗中也起到重要作用。关于软弹性咬合板对磨牙症的治疗效果的研究并不少见，但其是否对磨牙症患者的牙周组织有保护作用的研究还未见到。有限元分析在口腔医学研究中应用广泛，由于其具有无创的特点，在评估咬合力对口腔各结构产生的应变、应力以及位移方面具有独特的优势。因此，本研究利用三维有限元方法，模拟并分析了在加载成人的最大咬合力情况下，牙周膜及牙槽骨所承受的咬合应力如何，并对比在使用了软弹性咬合板后，该应力的大小及分布有何变化。为了更贴近真实情况下的磨牙动作，将咬合力的加载方向分解为延牙长轴(0°)，与牙长轴呈45°(45°)，以及与牙长轴垂直(90°)。目前临床上常用的软弹性咬合板厚度分为1 mm及2 mm，故本实验采用了这两种厚度的软弹性咬合板，加以比较。

模拟结果表明，在加载不同方向的咬合力后，最大的牙周膜应力分布于牙槽窝顶部颊侧以及舌侧区域，牙槽骨最大应力位于牙颈部周围的颊舌侧皮质骨区域，这与其他学者的研究结果是相似的[7，11]。使用软弹性咬合板可缓冲牙周膜及牙槽骨的应力，同时改善应力集中情况。通过数据分析发现，2 mm软弹性咬合板的缓冲作用均优于1 mm软弹性咬合板。该缓冲作用的强弱与牙位及力的加载方向无明显关联，说明软弹性咬合夹板在任何角度的咬合力下，对整个牙列的牙周组织的保护作用是一致的。但相同厚度软弹性咬合板对下颌牙列的缓冲效果强于上颌牙列，这可能是由于：上下颌牙根、牙槽骨的解剖结构差异影响了应力大小及分布。

综上所述，软弹性咬合板可改善牙周组织的应力分布、缓冲磨牙症带来的异常咬合力，进而达到保护牙周组织的目的。同时，为了提高治疗效率，应当选择厚度至少2 mm的软弹性咬合板。该研究结果还提示，软弹性咬合板不仅能够应用于磨牙症患者，也可以为存在咬合创伤的牙周炎患者提供保护作用。但需要指出的是，在设计以磨牙症为代表的咬合病治疗方案时，应当根据患者的实际情况综合分析，采用多种方法联合治疗，并不能局限于某一种治疗方法，方能获得满意疗效[12]。本实验作为力学仿真实验，无法完全体现患者在真实情况下复杂的磨牙动态过程，因此其结果在今后还需进行临床试验的验证，但该研究仍可为软弹性咬合板在临床上的使用提供一定实验依据。