有限元应力分析不同垫底材料在邻牙面缺损磨牙的髓腔固位冠修复效果

汤英娜，张修银，王忠华

(1.湖州市第一人民医院 口腔科，浙江 湖州 313000；2.上海第九人民医院 口腔修复科，上海 200011)

髓腔固位冠是根管治疗牙体修复的一种方式，在磨牙缺损中应用广泛。部分磨牙缺损尤其是低牙龈距、牙冠过短的患者，牙力大、牙齿磨损重、修复体固位力不足，为尽量保存牙体组织，可接受髓腔固位冠修复[1]。临床发现，不同的垫底材料存在明显的生物力学性质差异，对髓腔固位冠的修复效果有一定影响，如牙体断裂、修复体边缘密合度差、修复体松动甚至脱落等[2]。本研究分析临床常见的光固化玻璃离子、流动树脂、化学固化玻璃离子3种垫底材料，采用有限元应力分析方法探讨不同垫底材料在邻牙面缺损磨牙的髓腔固位冠修复后的生物力学影响，为临床提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2018年1月—2019年4月湖州市第一人民医院口腔科进行髓腔固位冠修复的邻牙面缺损磨牙患者102例(102颗磨牙)，均使用聚合瓷修复体。纳入标准：①年龄≥18岁；②下颌第一磨牙缺损，存在牙邻面或牙面的缺损或龋坏；③患者在完善根管治疗后自愿进行髓腔固位冠修复；④满足髓腔固位冠修复的适应证[3]，包括：磨牙的牙龈距正常，磨牙重度磨损，磨牙咬合紧，低牙龈距磨牙。排除标准：①严重牙周病；②磨牙在基牙预备后存留剩余牙体组织厚度<2.0 mm，无法行髓腔固位冠修复；③磨牙髓腔空间不足，无法提供足够固位力；④固定桥基牙；⑤根管治疗不完善、仍有龋坏症状。本研究经医院伦理委员会批准，患者签署知情同意书。102例患者中男58例、女44例，年龄19～63岁、平均(39.24±8.11)岁，根据修复中所使用的垫底材料：光固化玻璃离子41例、流动树脂33例、化学固化玻璃离子28例。

1.2 有限元应力分析试验

1.2.1 髓腔固位冠建模 选择1名患者的下颌第一磨牙，制备光固化玻璃离子、流动树脂、化学固化玻璃离子3种垫底材料的髓腔固位冠修复体各10颗，进行有限元应力分析试验。下颌第一磨牙(离体牙，牙冠牙根完整)，通过柯达9500型口腔专用锥体束CT机(瑞典波通仪器公司)扫描。将离体牙固定于圆柱形塑料试管内，探头360度扫描一周，获得断层图像DICOM格式数据，将数据导入MIMICS 10.0软件内(比利时Meterialise医疗软件公司)。进行牙体形态的三维重建，根据牙体组织的牙釉质层、牙冠与牙本质层、牙髓腔不同密度区域显示的不同的灰度值，重建相应区域的三维形态，生成3D模型。将上述数据文件导入Geomagic Studio 12软件(Geomagic公司)，进行牙体模型的绘制与精修。

1.2.2 材料参数 建立下颌第一磨牙髓腔固位冠模型，垫底厚度为0.5 mm。牙体弹性模量参数：牙釉质8.41×104MPa，泊松比0.33；牙本质1.86×104MPa，泊松比0.31；松质骨0.25×103MPa，泊松比0.30；皮质骨1.34×104MPa，泊松比0.30；牙周膜0.69×102MPa，泊松比0.45。光固化玻璃离子0.36×104MPa，泊松比0.35；流动树脂0.73×104MPa，泊松比0.39；化学固化玻璃离子1.72×104MPa，泊松比0.30。垫底材料、修复体材料及制备均由美国3M公司提供。

1.2.3 有限元分析 采用有限元Ansys Workbench 18.0软件(美国ANSYS公司)对上述制备好的不同材料的牙体髓腔固位冠进行网格划分，设定各部位的材料类型和性质，输入相应的弹性模量和泊松比，划分网格，设定加载条件，选择分析指标，输出结果并进行分析。建立适合生物力学研究的三维有限元分析模型。在填充体、牙釉质、牙本质、垫底层4个部位施加牙齿中央窝面的加载负荷力为300 N。

1.3 临床口腔修复治疗 102例患者共计102颗磨牙，行髓腔固位冠修复。患牙完成根管治疗后，分别采用光固化玻璃离子、流动树脂、化学固化玻璃离子进行垫底填充。去净垫底材料，确保髓室固位。按照口腔修复流程，印模制取硅橡胶，制备聚合瓷髓腔固位冠修复体。修复体试戴，检查修复体边缘密合度、咬合关系等，符合要求后打磨抛光，固化永久黏结。

1.4 观察指标

1.4.1 有限元应力分析试验结果 比较光固化玻璃离子、流动树脂、化学固化玻璃离子在填充体、牙釉质、牙本质、垫底层的最大主应力。

1.4.2 临床效果 修复后1个月，评价不同垫底材料髓腔固位冠修复的效果。优：牙体修复边缘密合度好，修复体无松动脱落，美观性好；中等：牙体修复边缘密合度较好，修复体稳定性尚可；差：牙体修复边缘密合度较差，牙龈充血红肿，修复体松动或牙根断裂。优+中等为合格。

1.4.3 边缘密合度 修复后6、12个月，检查患者患牙髓腔固位冠修复体的边缘密合度等情况。

2 结果

2.1 有限元应力分析试验结果 3种垫底材料在填充体的最大主应力差异无统计学意义(P>0.05)；在牙釉质的最大主应力：光固化玻璃离子>流动树脂>化学固化玻璃离子，在牙本质的最大主应力：光固化玻璃离子>流动树脂>化学固化玻璃离子，在垫底层的最大主应力：光固化玻璃离子<流动树脂<化学固化玻璃离子，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表1。

表1 不同垫底材料髓腔固位冠修复有限元应力分析试验结果比较

2.2 不同垫底材料髓腔固位冠修复的临床效果评价 垫底材料化学固化玻璃离子的髓腔固位冠修复合格率(96.43%)略高于光固化玻璃离子(90.24%)和流动树脂(90.91%)，但差异均无统计学意义(χ2=0.986，P=0.611)。

2.3 随访结果 随访12个月，3组患者均未见髓腔固位冠修复体脱落、断裂等情况。3种材料髓腔固位冠修复6、12个月后的边缘密合度差异均无统计学意义(P>0.05)，见表2。

表2 不同材料髓腔固位冠修复的边缘密合度比较[n(%)]

3 讨论

既往研究表示[4]，髓腔固位冠可以有效降低牙体组织应力，降低冠折的可能性，但对修复体及垫底材料的强度要求较高。本研究分析光固化玻璃离子、流动树脂、化学固化玻璃离子3种垫底材料，采用有限元应力分析方法探讨不同垫底材料在邻牙面缺损磨牙的髓腔固位冠修复后的生物力学影响，结果显示，3种垫底材料在填充体的最大主应力无明显差异；在牙釉质、牙本质的最大主应力上，光固化玻璃离子>流动树脂>化学固化玻璃离子，而在垫底层的最大主应力上，光固化玻璃离子<流动树脂<化学固化玻璃离子。这与闫瑛等[5]研究报道相符。分析原因：化学固化玻璃离子在3种垫底材料中的弹性模量最大，使用该材料垫底时，对牙体组织即牙釉质和牙本质的应力最小，对垫底层的应力最大。垫底材料的弹性模量与牙本质所承受应力值呈负相关，垫底材料的弹性模量越接近牙本质的弹性模量，牙本质所承受应力值越小，应力分布越均匀[6]。垫底材料的弹性模量越大，在同等咬合力作用下，垫底层首先承压，分解了一部分应力，传导至下方牙釉质和牙本质的应力就减小。化学固化玻璃离子的弹性模量与牙本质的弹性模量最为接近，承受的应力和变形时相一致，应力越能够分散，从而避免了应力过于集中导致牙体组织受损、出现裂痕、折断[7-8]。

国外多项研究表示[9-10]，光固化玻璃离子、流动树脂、化学固化玻璃离子均具有良好的边缘密合度、修复体渗漏小、良好的抗折性能。本研究发现，3种垫底材料的髓腔固位冠修复的合格率，修复6、12个月后的边缘密合度虽然在统计学上的比较无显著性差异，但可以发现化学固化玻璃离子的修复效果略好。张洁[11]研究分析两种材料修复老年人根面龋的疗效，也发现化学固化玻璃离子的修复效果较好，固化玻璃离子对牙髓刺激性很小，若牙本质厚度大于0.1 mm时几乎无刺激作用。这可能与垫底材料的生物力学性能有一定关联。有研究[12-13]表示，弹性模量高的化学固化玻璃离子对牙体组织的应力作用小，更能保护牙体组织，对修复体长期稳固性效果有积极作用。