朱赛玲　　王利民　　王卫国

[摘要] 目的 探讨不同形态的牙本质桩对树脂充填上颌中切牙切角缺损应力的影响。 方法 选择形态、尺寸正常的上颌中切牙，通过逆向工程技术建立上颌中切牙邻面缺损的三维有限元模型， 对其进行桩道辅助设计，其中桩道深2 mm，直径1 mm；运用三维有限元法分析柱形桩、锥形桩以及串珠桩对树脂充填后牙本质桩、树脂粘接界面以及牙体组织粘接界面最大主应力的影响。 结果 各实验组最大主应力的分布及大小相差较大。串珠组易在串珠之间形成应力集中，其在桩自身、与树脂粘接界面以及与牙体组织粘接界面的最大主应力峰值远高于另外两组；锥形桩在桩自身和与树脂粘接界面的最大主应力峰值最小；而柱形桩与牙体组织粘接界面的最大主应力峰值最小。 结论 锥形牙本质纤维桩可以有效传递和分散应力，降低桩及与树脂粘接界面的最大主应力。

[关键词] 切角缺损；复合树脂；牙本质桩；有限元；应力分析

[中图分类号] R783.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2017）21-0010-04

Effect of the form of dentinal fiber post on resin restoring stress in maxillary central incisal angle defect

ZHU Sailing WANG Limin WANG Weiguo

Department of Stomatology， the 117th Hospital of PLA， Hangzhou 310000， China

[Abstract] Objective To explore the effect of dentinal post of different forms on maxillary central incisal angle defect filled with resin. Methods The maxillary central incisor of normal form and size was selected， and 3-dimensional finite element model of adjacent side defect of maxillary central incisor was constructed by reverse engineering， and post canal（depth of 2 mm， and diameter of 1 mm） auxiliary design was carried out for it， and the effect of cylindrical post， conical post and bead string post on the maximum main stress of dentinal posts， resin adhesion surface and dental tissue adhesion surface after resin filling. Results There was significant difference in distribution and magnitude of maximum main stress among the experiment groups. Stress concentration tends to form between bead strings in bead string group， and the maximum main stress peak value of the post itself， resin adhesion surface and dentinal tissue adhesion surface were far higher for the bead string group than the other 2 groups； the maximum main stress peak value between the conical post itself and resin adhesion surface is the lowest； while the maximum main stress peak value between cylindrical post and dentinal tissue adhesion surface is the lowest. Conclusion Conical dentinal fiber post can effectively transmit and disperse stress， and reduce maximum main stress between the post and resin adhesion surface.

[Key words] Incisal angle defect； Composite resin； Dentinal post； Finite element； Stress analysis

中切牙由于其特殊的解剖位置，在外伤后易造成切角缺损[1]。根据切角缺损的范围及大小，中切牙切角缺损应采取不同的治疗方法，缺损较大、伤及牙髓者需在根管治疗后采用贴面或全冠修复[2]；而切角缺损较小、牙髓活力正常者则可以采用树脂直接充填修复[3]。复合树脂直接修复切角缺损具有牙体切削少、美学效果好、治疗时间短、费用低、可再治疗等优点。然而，中切牙切端在咀嚼切割食物过程中需要承受较大的咬合力，而中切牙切角缺损的粘接面较小，充填体易脱落，易造成修复失败。在牙本质内植入牙本质桩配合树脂充填可以改善树脂固位形，有效增加树脂粘接面积，提高树脂固位力[4]。传统金属螺纹钉由于与牙体组织之间无粘接力，易形成微渗透，形成继发龋以及牙变色等缺点，已被临床淘汰[5，6]。玻璃纤维桩与树脂具有良好的粘接性能以及良好的美學性能，目前受到材料生产厂商以及医务工作者的重视。临床结果也表明使用牙本质纤维桩辅助充填可以较直接充填具有更高的成功率[4，7]。目前牙本质纤维桩尚属开发研究阶段，只有少量厂商生产出了可用于牙本质的纤维桩，而牙本质纤维桩的形态对桩自身应力以及对牙体组织的应力的影响尚未见报道，目前尚缺少相应的力学依据。

本研究从2016年12月开始设计，拟采用逆向工程技术和三维有限元法，建立上颌中切牙切角缺损后牙本质纤维桩辅助树脂充填不同类型牙本质桩的三维有限元模型，并对其进行正中咬合加载，以期得出牙本质桩、粘接界面以及牙体组织的应力分布情况，为牙本质桩辅助树脂直接修复前牙切角缺损的合理应用提供力学依据。

1 材料与方法

1.1样本选择

选择由于牙周病拔除的新鲜上颌中切牙，其外形正常，表面无龋坏、无缺损，无充填体和修复体，尺寸大小接近正常人均值。去除牙体表面的牙周膜、牙石等附着物后，贮存于4℃、1%的氯胺T溶液中备用。

1.2 有限元模型建立

1.2.1 牙齒扫描及重建三维数字模型 采用micro CT（Siemens Inveon Multimodality system，Germany）对牙齿进行扫描，从牙尖扫描至牙根，扫描电压80 kV，扫描电流500 mA，扫描层厚30 μm，扫描结束后将数据转化为Dicom格式并存储。使用mimics 12.0软件（Materialise，Belgium）读取CT文件，通过阈值调整处理，区分出牙釉质、牙本质、牙髓腔，计算生成上颌中切牙的牙体组织点云模型后导入Geomagic studio 11（Raindrop Geomagic， USA）。使用Geomagic软件对生成的模型进行表面去噪，对缺损处以及根尖孔进行充填，并将其转化为NURBS曲面，最后通过Unigraphics NX 8（UG Siemens， Germany）软件中曲面缝合功能将曲面实体化，生成上颌中切牙三维实体模型[8]。

1.2.2 不同形态牙本质桩的上颌中切牙切角缺损的三维数字模型的建立 在建立的上颌中切牙三维数字模型基础上，使用 Unigraphics NX 8软件进行计算机辅助设计，建立上颌前牙区牙槽骨模型，并建立上颌中切牙切角缺损的模型，其中切角缺损宽度3 mm。在距釉牙本质界1 mm处，牙本质内预备直径为1 mm、高度为2 mm的桩道。按照纤维桩的形态分为三组：柱形组、锥形组和串珠组（封三图1）。其中串珠组中每个串珠的直径为1 mm，串珠高度为0.5 mm；柱形组直径1 mm；锥形组顶部直径1 mm，拔模角度5度。

1.2.3 建立有限元分析模型 将上述各组三维实体模型在ANSYS软件（ANSYS公司，美国）进行网格划分，单元采用10节点的四面体。将模型中各材料和组织假设为连续、均质和各向同性的线弹性材料，模型中相关的材料参数见表1[9]。

1.3加载条件与边界条件

有限元模型采用静态载荷，加载部位位于舌侧切1/3 和中1/3 交界处，加载方向为与牙体长轴呈45°斜向加载，模拟正中咬合加载，载荷大小为100 N[10]。将牙槽骨近远中和底部设定为刚性约束。

1.4 主要观察指标

本研究以牙本质桩、树脂与牙本质桩粘接界面以及牙本质桩与牙体组织粘接界面的最大主应力为观察指标，记录正中咬合加载以下的最大主应力分布以及最大主应力峰值。

2 结果

2.1 切牙切角缺损不同牙本质桩修复有限元模型的建立

采用microCT扫描离体牙结合逆向工程技术建立正常上颌中切牙的实体模型，利用CAD软件Unigraphics NX 8通过布尔运算等操作建立中切牙切角缺损不同形态牙本质桩的三维实体模型（封三图1），最后将实体模型导入有限元软件ANSYS Workbench中划分网格进行三维有限分析。

2.2最大主应力分布及大小

中切牙切角缺损后不同形态牙本质桩树脂充填后牙本质桩、树脂与牙本质桩粘接界面以及牙本质桩与牙体组织粘接界面的最大主应力分布见封三图2～4，最大主应力峰值见表2。其中封三图2显示的是三个实验组桩自身的最大主应力分布情况，其中柱形组的最大应力主要集中在树脂与牙本质粘接界面以及桩顶端；锥形组最大主应力集中于桩顶端，而在树脂与牙本质粘接界面并没有应力集中；串珠组最大主应力集中于树脂与牙本质粘接界面的串珠之间。封三图3显示的是三个实验组树脂与纤维桩粘接界面的最大主应力分布情况，柱形组最大主应力集中于粘接面顶端；锥形组和串珠组集中于牙本质粘接界面。封三图4显示的是三个实验组纤维桩与牙体组织粘接界面的最大主应力分布情况，三个实验组的最大主应力分布相似，均位于树脂与牙本质粘接面处，但各组最大主应力峰值相差较大。表2表明不同形态的纤维桩最大主应力峰值相差较大，串珠组在桩自身、树脂粘接界面、牙体组织粘接面中的最大主应力峰值均高于其他两组；柱状组在桩自身和树脂粘接界面的最大主应力峰值大于锥形组，而在牙体组织粘接界面的最大主应力峰值小于锥形组。

3 讨论

前牙外伤后切角缺损是口腔科常见疾病，以往临床上多采用金属螺纹钉加树脂充填修复前牙切角缺损，然而金属螺纹桩与树脂和牙本质都并没有粘接性，易在树脂及牙本质间形成微渗漏，引起继发龋以及牙和修复体变色[5，6]；随着时间的延长，金属螺纹桩易致修复体折断并脱落，远期修复效果不佳。全瓷贴面是修复前牙切角缺损另一种较为可靠的方法[11]，其美观性能较好，但其需要磨除部分牙体组织，费用也较高，很多患者不能接受。而复合树脂直接修复切角缺损因其牙体切削少、美学效果好、不影响龈缘、治疗时间短、费用低、可再治疗等优点，越来越受到临床医生和患者的欢迎。牙体组织缺损过大时，在根管内植入纤维桩可以有效增加补物的固位和剩余牙体组织的抗力[12]，而对于前牙切角缺损牙髓仍然健康时，由于未行根管治疗，不能在根管中植入纤维桩，因此国内外学者开始使用牙本质桩来增强充填体的固位力[13]，临床研究表明在牙本质内植入新型美学牙本质纤维桩可以有效提高前牙切角缺损树脂充填的成功率[4，7，14]。较传统的金属螺纹钉，牙本质纤维桩在临床修复效果方面表现出一定的优势。首先，牙本质纤维桩颜色与天然牙接近，具有良好的美学性能；牙本质纤维桩内具有树脂基质可与树脂粘接剂形成良好的粘接；另外其弹性模量远小于金属桩且与牙本质接近，在受到过载荷时发生牙体组织断裂的可能性较金属桩小，且即使断裂也大多为桩自身断裂，可以为二次修复带来可能和便利，从而最大程度上保留患牙。另外，磁共振成像（MRI）检查手段在临床应用已十分广泛， 但金属桩核会产生伪影，影响了MRI影像学的诊断，而牙本质纤维桩则不会。本研究利用逆向工程技术建立了三种不同形态牙本质桩的三维有限元模型，其中牙本质桩在牙体组织中的长度为2 mm，这是由于桩长度在2 mm以内时，桩的固位应力曲线与桩长成正比；当超过2 mm时，曲线呈平稳的水平线，不再增加，所以桩在牙本质内与修复体中的长度以保持在2 mm为适宜[4]。

前牙切角缺损在修复设计时应考虑牙体组织的固位型和抗力型，其与桩的形态密切相关。从固位型考虑，牙本质桩需要更粗糙的表面、更大的表面积，但粗糙的表面可能会带来应力的集中。串珠桩具有凹凸结构，较其余两组具有更粗糙的表面和更大的表面积，可以在粘接界面上形成更大的摩擦力，固位较其余两组好，但应力分析结果显示其在串珠之间形成了应力集中，其在桩、树脂粘接界面以及牙体组织粘接界面上最大主应力峰值均较其余两组显著增大，牙本质桩、树脂以及牙体组织承受载荷的能力较其余两组显著减小，增大了断裂的风险。所以在能够获得良好固位的情况下，应该尽量避免易造成应力集中的桩形态，选择应力分布较好的桩形态。柱形桩与锥形桩的应力分布相似，都主要集中在桩的顶端，但柱形桩在树脂与牙本质粘接界面也存在着应力集中；而且柱形樁的最大主应力峰值大于锥形桩，这主要是因为锥形桩颈部收缩的外形有利于桩在树脂与牙本质粘接界面的应力分散。对于树脂桩充填物，锥形桩的应力峰值较柱形桩小且更均匀，所以从树脂充填物抗力上来看，锥形纤维桩修复对于发生树脂断裂的可能性较柱形桩更小。对于牙体组织粘接界面，柱形桩与锥形组最大主应力分布相似且应力峰值结果也较近，说明柱形桩和锥形桩在牙体组织抗力上相差较小。

树脂与牙本质粘接面中的拉应力可以造成粘接界面产生裂纹以及裂纹扩大[15]，是造成树脂脱落的最主要的应力，所以本研究选用代表拉应力的最大主应力为观测指标。纤维桩的弹性模量都与自然牙本质接近[16]，可以形成一个由牙体组织与纤维桩或树脂组成的“整体”应力结构，受到外力时应力可沿整个牙根均匀分布。纤维桩材料可吸收和重新分布应力，有利于保护患牙和树脂充填物，避免树脂与牙体组织发生折裂，提高树脂充填体以及患牙的保存率[17，18]。树脂与牙本质粘接的极限微拉伸强度为25MPa[19]，而由表2可知粘接界面中最大主应力的峰值均小于极限拉伸强度，所以粘接界面在承受一次咬合力时并不会破坏，但在经过长时间疲劳加载后，树脂、粘接剂与牙体组织之间会产生微裂纹[20]，粘接界面的极限强度就会下降，所以导致粘接失败。使用锥形纤维桩在增大固位力的基础上可以降低粘接界面的最大主应力，降低裂纹产生及扩展的速度，有效增加粘接效果，延长树脂充填体的使用寿命。

综上所述，在中切牙切角缺损的牙本质纤维桩辅助树脂直接充填治疗中，采用锥形纤维桩可以改善粘接界面应力分布，降低粘接界面的最大主应力峰值，提高充填体的稳定性。

[参考文献]

[1] Kaur A，Mohindroo A，Thakur G，et al. Anterior tooth trauma：A most neglected oral health aspect in adolescents[J]. Indian Journal of Oral Sciences，2013，4（1）：31.

[2] 张勇哲，李爱群，寇波，等. 应用IPS e.max Press铸瓷全冠美容修复前牙的临床研究[J]. 中国现代医生，2011， 49（18）：81-83.

[3] 许海平，邢路，苏勤. 不同Ⅳ类洞型设计树脂直接修复的三维有限元分析[J]. 国际口腔医学杂志，2011，38（2）：150-153.

[4] 戴荣烽，王勤波. 玻璃纤维桩增强树脂修复前牙切角缺损的临床探讨[J]. 临床口腔医学杂志，2014，30（4）：239-241.

[5] 李焱，唐继伟，施春梅. 两种方法修复大面积切角缺损的临床观察[J]. 中国美容医学杂志，2010，19（7）：1039-1040.

[6] 景双林，黄丽娟，唐哲，等. 氧化锆陶瓷固位钉用于修复前牙切角缺损的临床观察[J]. 口腔医学，2012，32（12）：731-733.

[7] 胡旭治，陆素文. 纳米树脂联合石英纤维桩修复上前牙切角缺损的临床应用[J]. 现代实用医学，2015， 27（7）：923-924.

[8] 吴张，辛海涛，马轩祥，等. 龈下残根桩核冠修复的三维有限元模型建立[J].牙体牙髓牙周病学杂志，2011，（2）：86-89.

[9] Shetty PP，Meshramkar R，Patil KN，et al. A finite element analysis for a comparative evaluation of stress with two commonly used esthetic posts[J]. European Journal of Dentistry， 2013，7（4）：419-422.

[10] 张旭映，孙竞，卢军. 不同材料不同形态桩核修复上颌中切牙牙本质应力的有限元分析[J]. 华西口腔医学杂志，2012，30（2）：128-132.

[11] Rashid F. Porcelain laminate veneer-A conservative treatment in restoration of anterior teeth defect[J]. Bangladesh Journal of Dental Research & Education，2014，4（2）：53-55.

[12] Sarkis-Onofre R，Fergusson D，Cenci MS，et al. Performance of post-retained single crowns：A systematic review of related risk factors[J]. Journal of Endodontics，2017， 43（2）：175-183.

[13] 李晨霜，邹敏. 前牙切角缺损修复技术进展[J].中国美容医学，2011，20（3）：516-518.

[14] Roberts HW，Hermesch CB，Charlton DG. The use of resin composite pins to improve retention of Class IV resin composite restorations[J].Operative Dentistry，2000， 25（4）：270-273.

[15] 孙秋榕，麦穗. 树脂-牙本质粘接界面的渗透性与粘接耐久性研究进展[J].国际口腔医学杂志，2016，43（3）：338-342.

[16] 李齐齐，耿建平. 4种牙科玻璃纤维桩挠曲强度与弹性模量的对比分析[J].口腔医学，2013，33（10）：668-671.

[17] 陈红莉，史洋，鱼洁. 桩材料对中等缺损的上中切牙影响的应力分析[J].中国实用医刊， 2013，40（20）：1-4.

[18] 巫颖泓. 玻璃纤维桩和铸造金属桩在牙体缺损修复中的疗效比较[J].右江民族医学院学报，2010，32（6）：911-912.

[19] 方明，刘瑞瑞，李芳，等. 葡萄籽提取物对脱矿牙本质极限拉伸强度及树脂-牙本质粘接强度的影响[J]. 实用口腔医学杂志，2012，28（6）：703-708.

[20] 亓莉莉，聂二民，陈霞云，等. 石英纤维桩复合树脂核全冠修复无髓牙的疲劳抗性[J]. 中国组织工程研究，2010， 14（12）：2167-2170.

（收稿日期：2017-05-07）