于佳欣，胡伟平

(哈尔滨医科大学附属第二医院口腔修复科，哈尔滨150000)

近年来，随着人们对美观要求的不断提高，口腔修复材料和临床修复技术也得到了飞速发展，秉着微创、循序渐进原则，口腔修复方式已逐渐嵌体化[1-2]。在尽量保留牙体组织的情况下，减少嵌体修复后牙体及嵌体发生折断和脱落的概率逐渐成为临床及相关研究的探讨课题[3]。有限元分析法是将物体受力情况与软件模拟结合起来的方法，且不受所分析结构状态和性质的限制，建立模拟形态后，可通过调节加载用力来模拟物体受力情况，其准确性和观测性优于其他传统应力测量方法。现就嵌体材料、洞型设计、黏合剂等方面对全瓷嵌体修复三维有限元分析的研究现状予以综述，以期为临床更恰当地保留剩余牙体组织、增加患牙使用寿命提供循证医学依据。

1 三维有限元法

三维有限元法是一种用于解决边界值问题的数字技术，可将连续弹性体重以各部分间节点为界分割为多个有限部分，通过调整每部分的参数、受力和边界条件，整合得到整体近似值，适用于对边界、形状不规则对象的分析，如口腔修复学的应力分析，是一种高效的现代分析方法[4]。通过建立嵌体修复牙体的三维有限元模型分析其范式等效应力(Von Mises Stress)值，模型内部的应力分布情况可用应力等值线表示，等值线可准确反映设定条件下整个模型的变化，从而发现模型中最易发生危险的区域，即嵌体或牙体组织的应力集中区，由此判断其有无永久变形或破损。

2 全瓷嵌体应力分布的三维有限元分析

全瓷嵌体应力分布的三维有限元分析是将 Micro-CT 扫描的完整离体牙图像以Dicom格式导出后输入Mimics软件中精修，并在此基础上构建不同尺寸的嵌体模型，随后应用ANSYS软件划分网格建立三维有限元模型，设置边界条件进行模拟实验，分析模型在不同角度受力时的应力分布情况。现对影响全瓷嵌体应力分布的关键因素进行分析。

2.1洞型设计对应力分布影响的三维有限元分析 嵌体修复的成功在很大程度上取决于嵌体的洞型设计，恰当的洞型可以在保证嵌体及牙体抗折力、固位力的前提下合理利用剩余牙体组织，进而延长患牙的使用寿命。在力作用下，嵌体产生其特有的楔效应，并在嵌体试戴和黏接时达到最大，可降低35%的牙体结构强度[3]。窝洞越深，轴壁聚合度越大，楔效应越明显，应力值越高，牙体折裂的可能性越大。

在轴向受力中，压应力占比最大，张应力通常出现在宽而深的窝洞髓壁上是全瓷嵌体修复后牙体的特有应力分布特点。对于一些有少量未破坏边缘嵴的嵌体洞型，全瓷嵌体产生的张应力有所减小，但对MOD嵌体来说，其轴髓线角、鸠尾峡及牙颈部均易产生集中的高应力，造成剩余牙体组织折裂的可能性较大。此外，陶瓷材料脆性较大、无屈服阶段、对压应力的抵抗较拉应力强，故承受相同力时，较树脂材料更易产生应力集中，但达到强度极限时便会引起牙体断裂，因此，全瓷嵌体在承受较大咀嚼压力时有崩裂的风险。梅蕾等[5]对比树脂和陶瓷后牙嵌体模型的研究发现，对模型分别施加垂直及45°方向300 N的载荷后，嵌体修复后牙体组织的应力主要集中在釉牙本质界和颊、舌尖处；当窝洞宽而浅时，使用弹性模量较高的材料(如陶瓷)对薄弱牙尖有保护作用；而窝洞深且洞底较为薄弱时，应使用与牙体弹性模量相近的材料(如树脂)进行修复，可适当改善洞底部的应力集中。Guven等[6]对直角轴髓线角及圆钝轴髓线角有限元模型的分析认为，行全瓷嵌体修复时，轴髓线角圆钝洞型的圆角可增强应力分布，降低牙体的应力值。张珑等[7]运用三维有限元法分析全瓷嵌体修复后的Ⅱ类洞型发现，嵌体与龈壁的接触部分是嵌体应力集中区，而髓壁是牙体的薄弱部位。胡杨等[8]建立不同深度MOD全瓷嵌体三维有限元模型的研究发现，嵌体与牙体交界处存在应力集中，随着窝洞深度的增加，应力分布面积增大，并逐渐由髓室顶向根颈1/3处延伸，由此可见，洞型越深牙体组织折裂的风险越大。

制备全瓷嵌体洞型时，采用扩展或保守的制备方式目前仍存在较大争议。一般认为，为保证牙体对嵌体的足够刚性约束力，嵌体需有至少2 mm的厚度才能满足其临床要求[9]。但随着嵌体厚度的增加，牙体组织的应力水平也增加，牙体发生折裂的可能性也随着升高，故应在保证固位力以及强度的情况下，结合剩余牙体情况确定嵌体厚度，即采用最精练的方式行牙体预备，以增强牙体的抗力性。Ona等[10]运用三维有限元法对采用不同厚度(1、2、3 mm)和宽度(1.5～5.0 mm)MOD全瓷嵌体进行修复的上颌第一前磨牙模型进行分析发现，厚度为1 mm 嵌体的应力值较厚度为2 mm和3 mm嵌体的应力值大，表明适当增加嵌体厚度可改善应力集中；而嵌体宽度则与接触面产生的拉应力、剪切力以及嵌体折裂和脱落的概率成反比。另有研究认为，嵌体宽度对牙本质应力分布的影响不大，主张因势就形的牙体预备[11]。

在临床实践中，不能一味追求嵌体的厚度而忽略牙体组织的具体情况，田力丽等[12]通过三维有限元法建立下颌第一磨牙DO全瓷嵌体模型的研究发现，在髓室壁未破坏情况下，牙体预备应至少保留1 mm 的颊、舌侧壁。侯波[13]对其建立的下颌第一磨牙MOD全瓷嵌体模型的应力分布的分析发现，力量垂直加载时，应力主要集中在洞型底部；而力量舌向45°加载时，颊侧受力变大。日常咀嚼运动中，力并非呈持续轴向，侧向力可持续影响整个牙体结构(包括嵌体强度逐渐降低)，增加了发生牙体损伤和断裂的可能。

目前，尚无无限接近牙本质的应力缓冲能力的材料。残留牙本质对牙齿寿命的影响远远大于修复体的作用，因此，在修复设计中应尽可能保留牙体组织[14]。目前仍无明确的可兼顾固位形与抗力形的全瓷嵌体洞型预备标准，轴壁剩余牙体组织较薄高嵌体轴壁的临界厚度以及牙体组织或嵌体折断时嵌体高度的临界值仍有待进一步探索。

2.2全瓷高嵌体应力分布的三维有限元分析 随着嵌体材料的发展，高嵌体的种类逐渐增多，如只覆盖面不包括轴壁的经典onlay、包括部分轴壁的overlay 以及髓腔固位高嵌体等[15]。与普通嵌体inlay相比，onlay可将整个面包含在内，故可修复需要恢复咬合关系或者面缺损较大的患牙。如余留牙体组织较少的MOD洞型，采用inlay修复后承受咬合力时易对牙体产生较大应力导致折裂，而高嵌体可较好地分解垂直力，削弱楔效应。魏宁等[16]对不同厚度全瓷高嵌体修复的有限元模型施加载荷后发现，高嵌体可显著减少余留牙壁的应力集中，甚至对缺损范围较大(轴壁厚2.5 mm)的模型的Von-Mises应力峰值、最大主应力峰值均呈相对较小的状态。因此，当牙体剩余轴壁厚度较薄时，可适当降低轴壁高度，利用高嵌体修复的方法使其获得更好的抗力；当牙冠缺损面积较大时，可考虑利用髓腔深度增强其固位。

2.3髓腔固位对全瓷嵌体抗力影响的三维有限元分析 在制备嵌体洞型时，当轴壁厚度不足时，常利用髓腔深度增强牙体抗折力，以增强嵌体固位力，但增加髓腔固位需要进一步去除少量牙体组织，以修正倒凹及保持稳定，同时也削弱了部分牙体组织的抗折性，若未精确掌握牙体组织的去除量，则难以兼顾嵌体的固位形与抗力形。Hayes等[17]对髓腔深度分别为2 mm、3 mm和4 mm的全瓷嵌体进行应力分析发现，2 mm组和4 mm组的抗断裂应力最高，其中3 mm组与2 mm组的抗断裂应力相似，2 mm组50%的嵌体发生不可恢复的根折，而4 mm组几乎为冠折。郭靖[18]对不同厚度髓室壁、髓室底全瓷髓腔固位冠的有限元模型施加垂直及斜向载荷的研究发现，随着髓室壁厚度的增加，剩余牙体的轴向及斜向最大应力值均呈减小趋势，而髓室底厚度的变化对牙体抗力的影响不大，因此，适当保留髓室壁牙体组织不仅可以增加修复后牙体的抗力，还可增加全瓷嵌体的黏接面积，有利于修复体的固位及抗力。

2.4垫底材料对全瓷嵌体应力分布影响的三维有限元分析 一定厚度的垫底材料对全瓷嵌体具有应力缓冲作用。冯娟等[19]对不同垫底厚度的全瓷嵌体修复的有限元模型分别采用轴向和斜向45°加载的研究发现，当无垫底材料时，从瓷嵌体直接传递到髓室底边缘的应力值为最大；随着垫底厚度的增加，最大应力区会逐渐向垫底材料与嵌体的临界区靠近，力的传导也随之终止，髓室底的轴向、斜向应力均逐渐减小，黏接层的剪切应力逐渐增加。因此，应用全瓷嵌体修复经根管治疗的后牙时，较薄的垫底厚度有利于提高嵌体及余留牙体组织的抗力。

对于不同种类的垫底材料，张丹等[20]对不同厚度玻璃离子、复合体、树脂垫底的全瓷嵌体修复模型进行三维有限元分析发现，当垫底材料弹性模量较低时，其厚度变化对嵌体应力的影响较大；反之，若垫底材料弹性模量高，则其厚度变化对嵌体应力的影响较小。临床应用全瓷嵌体修复洞底余留牙本质较少的大窝洞时，建议采用弹性模量尽可能低的垫底材料；而对于窝洞较浅的小缺损，与牙本质弹性模量接近的垫底材料更有优势[21]。

2.5黏接层应力分布的三维有限元分析 现代黏接技术的发展被认为是“沉默的革命”[22]。黏接材料黏接力对嵌体机械固位起重要作用，嵌体与牙体组织间黏接层的固位力是修复成功与否的重要原因之一[23]。全瓷嵌体黏接层的作用不可忽视，良好的黏合剂不仅能增强嵌体的固位力，紧密连接嵌体和基牙(牙本质黏接强度为15 000～20 000 kPa，牙釉质黏接强度为20 000～30 000 kPa[24])，还可有效缓冲力，提高修复后牙体、嵌体的承受能力，减小牙尖的挠曲效应，达到改变应力分布、提高修复刚性的目的[25-26]。

树脂黏合剂具有黏接性能和边缘封闭性佳、颜色及透明度的选择范围广、与牙本质匹配性较高、且特有的双固化模式可使医生的操作时间有所延长等优点，已成为黏接透明性较佳的全瓷嵌体的首选[27-28]。程辉等[29]对比10例应用variolinkⅡ黏接的Ⅱ类洞型超瓷嵌体样本的研究发现，超瓷嵌体的收缩量较小，其树脂黏合剂厚度较薄，故光照聚合收缩度也相应减小，因此，超瓷嵌体发生微渗漏的概率和程度较复合树脂嵌体小。

除材料种类外，嵌体的微渗漏还与材料密合度、表面粗糙度、预处理、黏结方法和黏合剂种类等有关。李冰等[30]认为，弹性模量较低的树脂黏合剂具有应力缓冲作用，可对黏接层起到保护作用。胡杨等[8]比较vario-link和3M RelyX Unicem树脂黏合剂的三维有限元模型的研究认为，vario-link和3M RelyX Unicem树脂黏合剂均适用于全瓷嵌体的黏接，其中，vario-link黏合剂的黏接强度更有优势，在黏接界面和牙根处应力分布较大。树脂黏合剂的黏接性能很强，但其弹性模量通常较小，影响应力的传递，其抗破坏强度也低于其他材料，树脂黏合剂的聚合情况可能导致黏接界面应力分布不均，故易在循环咀嚼应力条件下破坏[31-32]。黏合剂的成分、修复体材料和牙体黏接面的情况以及黏接技术均可对黏接强度产生影响，因此，临床黏合剂的选择需结合洞型以及剩余牙体组织条件(如冠根比、牙周状况等)多种条件综合考虑。

目前对全瓷嵌体的应力分析大多忽略了黏接层。王疆[33]应用Micro-CT扫描全瓷嵌体黏接修复的牙体影像发现，黏接层的厚度和密度不均，图像灰度值接近釉质，不易区别，因此认为建立黏接层整体的三维模型尚有难度，对于树脂黏合剂对全瓷嵌体应力分布的影响还有待进一步研究。郑心怡等[34]突破传统建模方式，对包括0.1 mm厚度黏接层在内的MOD全瓷嵌体三维有限元模型进行应力分析发现，拉应力、压应力的峰值为27 730～13 130 kPa，且均位于远中边缘嵴处的黏合剂层。目前，关于黏接层的建模尚有一定难度，但黏合剂及黏接面的研究对全瓷嵌体修复牙体后应力分布的影响不可忽略，若建立包含黏接层在内的精准细致的模型，将为应力分析提供较为满意的研究模型。

3 小 结

目前，三维有限元分析已广泛应用于口腔医学的临床和基础研究，可在很大程度上优化牙体组织应力分析，由于不同个体牙颌组织的生物力学性能存在差异，故其建模呈现多样性。三维有限元分析方法需要建立在理论数据基础上，由于模拟过程中设定的参数与实际情况存在误差，且牙体并非是各向同性的均质性力学体，故不能根据模型完全分析牙体的各部分，若忽略此个体差异将影响实验结果的客观性。为了提高三维有限元分析所得数据的准确度，除细化建模过程外，还应尽量拟合各种材料特性，以保证实验数据的真实性和准确性。