单翼马里兰桥修复上颌中切牙缺失1例的有限元分析

初晓阳，辛国锋，付建宏，于开涛

树脂黏结固定义齿(resin-bonded fixed dental prostheses，RBFDPs)问世，多用于骨量不足缺失前牙经济的修复方法[1]。RBFDPs是一种微创治疗，多用于青少年牙齿缺失中，修复体容易替换和调改[2]。马里兰桥(Maryland bridge)是RBFDPs的一种，是单个前牙缺失的修复方式之一[3]。部分上颌中切牙长期缺失的患者局部骨量不足，植骨费用较高、创伤大，治疗周期较长，不能接受种植修复，要求固定修复的同时尽量减少对邻近牙齿的损伤，可以考虑采用马里兰桥进行修复。由于前牙在行使咀嚼功能时会受到侧向扭转力，传统马里兰桥会受到不同方向的扭转力，桥体折断可能性大。本研究选择单翼马里兰桥修复对单侧上颌中切牙缺失进行修复，对桥体受力进行有限元分析(finite element analysis，FEA)，为单翼马里兰桥修复的临床应用提供参考。

1 对象与方法

1.1 对象 2022-01就诊于解放军总医院第五医学中心口腔科1例左上中切牙缺失患者，女，20岁，多年来佩戴弹性义齿。口内情况：左上中切牙缺失，曾因正畸治疗拔除上下双侧第一前磨牙，上、下前牙覆盖较大，无前伸、侧方咬合干扰(图1)。锥形束CT(CBCT)示21牙缺失区域唇、腭侧骨板厚度为2 mm，骨量不足(图2)。修复方案：数字化设计单翼马里兰桥(图3)。

图1 患者初始口内照片

图2 锥形束CT检查示21缺牙区骨量

图3 数字化设计单翼马里兰桥

1.2 上颌中切牙单翼马里兰桥三维有限元分析

1.2.1 三维有限元模型的建立 利用上述患者CBCT数据建立三维有限元模型。首先，将DICOM格式CT图像输入Mimics10.01软件，生成msc数据文件，通过修改MASK，初步建立上颌中切牙缺失模型。Geomagicstudio8逆向工程软件(Raindrop公司，美国)以配准法建立单翼马里兰桥实体模型。Mimics软件STL+功能将建立好的上颌中切牙缺失模型、单翼马里兰桥实体模型生成STL网格文件，导入ANSYS软件，网格划分、计算修改后生成三维有限元模型，共形成754 793个节点，489 614个实体块单元。

1.2.2 模型加载力学分析 模型中各种组织材料均假设为连续均质的各向同性线弹性材料，受力时模型各界面均不产生相互滑动。氧化锆陶瓷、牙本质、颌骨的弹性模量分别为3.2×105MPa,1.86×104MPa及1.37×104MPa,泊松比分别为0.28 μ、0.31 μ、0.3 μ[4]。有限元分析模拟临床正常咬合情况，加载部位在上颌中切牙舌侧切1/3与中1/3交界处，加载面为长轴平行于近远中向的椭圆形，方向与牙长轴相交呈45°，载荷量分别为100 N、150 N、200 N。观察不同载荷力量下上前牙单翼马里兰桥的应力分布。

2 结 果

2.1 三维有限元模型 根据上述建立方法，成功建立上颌中切牙单翼马里兰桥三维有限元模型(图4A)。

2.2 模型加载力学分析 在与牙长轴相交呈45°分别加载100、150、200N力量情况(图4B)，模拟正常咬合情况下上颌中切牙单翼马里兰桥的应力分布(图4C～E)。上颌中切牙单翼马里兰桥不同载荷下的应力分布趋势相似，应力集中于桥体与天然牙切端交界处及加载点。随着载荷增加，各部位的等效应力相应增加，加载点及切端交界处尤为明显。载荷为100N时，马里兰桥桥体最大应力为67.68 MPa，载荷为150 N时，马里兰桥桥体最大应力为101.53 MPa，载荷为200 N时，马里兰桥桥体最大应力为135.37 MPa。

图4 上颌中切牙单翼马里兰桥三维有限元分析

3 讨 论

3.1 马里兰桥的应用 马里兰桥，主要以黏接方式保留固定局部义齿，用于前牙缺失的修复。使用全冠修复时，备牙时会去除大量牙体组织，可能会损伤邻近牙齿牙髓，增加对健康牙齿的损伤及患者的不适。马里兰大学的教员提出马里兰桥修复单个前牙缺失[5]，在将备牙量降到最低的前提下，恢复美观要求。根据文献[6]报道，RBFDPs治疗成功率为59%～100%。在一项系统回顾研究中，RBFDPs在中期观察中显示可接受的口内成功率为87.7%[7]。导致RBFDPs失败的原因主要有：修复体脱落[8]、基牙继发龋齿[9]和固位体断裂[10]，其中修复体脱落是最常见的[8]。因此，RBFDPs的成功率取决于基牙预备设计、修复材料的机械性能和黏接质量[11]。前牙RBFDPs设计基牙有一颗(悬臂)、两颗(双端固定)或多颗[12]。两端固位RBFDPs比悬臂式RBFDPs有更高的折断率，悬臂设计相比两端固位RBFDPs有更好的性能，口内存留成功率分别为94.4%和67.3%，悬臂设计可以更好地抵抗由于咬合力引起的修复体脱落[13]。不同研究中悬臂设计RBFDPs的成功率都较高，Saker等[14]报道5年成功率为90%，Sailer等[15]报道6年成功率为100%，Sasse等[16]报道5年成功率为100%。随着黏结剂强度、修复材料强度的进步及患者对微创及舒适快捷口腔治疗的要求，悬臂RBFDPs也是前牙缺失的一种治疗选择。

针对本例患者，我们选择了单翼马里兰桥进行上颌中切牙修复，属于悬臂RBFDPs设计，患者骨量条件差，需行植骨后再进行种植修复，而单翼马里兰桥充分减少牙体预备量，减少该患者创伤和经济负担，缩短修复周期，在最短时间内取得良好而稳定的最终美学修复效果。

3.2 单翼马里兰桥适应证 单翼马里兰桥合适的基牙必须具备以下条件：(1)牙体、牙周健康的邻牙，舌侧有足够的釉质黏接面积；(2)颌间距离满足固位翼的空间(前牙有足够量的覆、覆盖距离)；(3)有合适的软组织确保桥体恢复正常的牙齿切端到牙龈的长度。

随着黏结技术的不断进步，单翼全瓷黏接桥更具优势。单翼黏接桥减少了因基牙间的不同动度造成的黏接剂层的应力集中，脱胶率较双端黏接桥低。双端黏接马里兰桥在口内会受到多重方向应力的长期作用，如果两侧基牙受力不平衡，更容易产生剪切力及扭矩，使较薄弱的一侧翼板发生脱落，最终导致修复失败。如果单侧翼板脱落，修复体仍可存留于患者口内，脱落侧基牙发生继发龋的风险将大大增加。

3.3 单翼马里兰桥有限元分析 有限元分析可以将复杂的口腔系统转化为简单的数据模型，将口腔结构模型离散为有限单元，独立分析每个单元的力学属性和特征，然后再进行整合，估算出整体模型的力学属性，快速有效地解决口腔系统复杂的生物力学问题[17]，是全瓷冠桥、瓷贴面等应力分析常用的方法[18]。在口腔修复研究中，有限元分析用来评估黏结修复体和机械应力模式[19]，以及修复体脱落原因，以研究应力在不同的牙齿重建系统中的分布，或验证固定修复体的抗断裂能力[20]，还可以评估不同修复材料的生物力学行为和应力分布[21]，同时模拟口腔的临床状况，如牙齿结构的改变、牙尖的倾斜以及根管治疗和未治疗牙齿之间的抗压强度的比较[22]。Yokoyama等[23]采用有限元法进行研究发现，树脂黏结剂力学性能差异导致RBFDPs与基牙之间黏结界面的应力分布不同，树脂黏结剂的性能会影响RBFDPs的安全性和使用年限。Toman等[24]证实，与使用单一固位基牙的RBFDPs相比，使用两个固位基牙的树脂黏接固定局部义齿出现并发症(桥体脱落或断裂)概率更高，提示使用单一固位基牙可以防止固位体和桥体之间界面的应力集中。该研究所用的模型是侧切牙，本研究模型为中切牙，是单翼马里兰桥修复前牙缺失相关研究的进一步补充。

本研究设计利用单翼马里兰桥对单个上颌中切牙缺失进行修复，发现不同载荷下的桥体的应力分布趋势相似，应力集中于桥体与天然牙切端交界处及加载点。研究结果提示，使用单翼马里兰桥时，应尽量减少桥体与对颌牙的咬合接触，加强桥体与天然牙切端交界处的桥体强度及黏结强度，以提高马里兰桥受力能力及成功率。