三维有限元法在非龋性颈部缺损治疗研究中的应用进展

    楔状缺损是发生在牙颈部的非龋性牙体缺损，20世纪末国际上将其命名为碎裂、非龋性颈部缺损，我国学者建议用“非龋性颈部缺损”这个名称取代“楔状缺损”。非龋性颈部缺损多是由于不正当的刷牙、硬毛牙刷、高含量磨料的牙膏、酸蚀、磨损、咬合应力等因素形成的，是一种常见的牙体硬组织非龋性疾病。临床发病率高，多见于前磨牙，且随年龄增长而增加。
    NCCL使牙本质小管暴露，导致牙本质过敏，继而造成牙髓炎甚至根尖周疾病，缺损过深、面积过大还会造成牙齿横折。数字化技术近年来在医学领域备受青睐。有限元分析法是通过计算机软件构建研究模型，模拟力学过程并进行力学分析的一种数字化计算方法。1973年，Thresher和Farah等使用有限元法分别对牙齿及牙周膜的应力分布进行分析。通过有限元分析法，可将复杂的口腔系统转化为简单的数据模型，有限元软件还可根据特定的需求设置特定的力学条件，从而快速有效地解决口腔系统复杂的生物力学问题。
    目前已有多位学者应用FEA研究NCCL治疗前后牙齿的应力分布规律，进而为现有的NCCL治疗提供指导与参考。本文将就三维有限元分析法在非龋性颈部缺损治疗研究进展进行综述。
    1.NCCL洞形与深度
    NCCL形态多样，主要分为楔形、碟形和混合形。楔形缺损的特征是内线角锐利，形似字母“V”，而碟形缺损有一个圆形的内线角，形似字母“U”，二者形态结合即混合形。利用FEA研究发现，V形楔状缺损的应力主要集中在缺损的顶点，应力范围较小，而U形缺损的应力集中在一个较宽的区域，随着缺损深度的增加，应力也逐渐增大，V形病变显示出较U形病变存在更高的应力集中，而且随着牙槽骨高度的降低，应力集中程度也在增加。
    Pai等通过FEA建立表面轮廓分别为卵圆形、长方形、梯形以及月牙形NCCL的下颌前磨牙模型，并得出卵圆形缺损经过充填材料修复后应力集中较小的结论。曹婷婷等根据NCCL洞底的形态分别建立锐角、钝角两大组，对比在不同咬合状态以及不同材料修复后牙体与充填体应力分布变化，钝角洞底的NCCL修复材料应力小于锐角洞底的NCCL修复材料，因此建议锐角形洞底可以适当修整为钝角，以减低应力集中。
    Zeola等通过FEA结合体外实验得出随着NCCL深度越大应力集中越明显的结论。Du等通过体外实验亦得出同样结论，并建议深度为1.5mmNCCL应作为决定是否进行保守修复的分界点。因此，大部分研究表明NCCL应力集中程度与缺损形态与深度有关，缺损形态越尖锐、深度越大牙体与材料应力集中越明显。
    2.NCCL咬合负载
    咬合状态对NCCL治疗前后的应力分布均有巨大的影响。马宏伟等对上颌第一前磨牙三维有限元模型给予5种方式咬合载荷，结果发现当咬合方向沿牙长轴方向时充填体受到的最大等效应力最小，随着倾斜角度的增加应力趋于集中，作用于颊尖的侧向力比舌尖的侧向力更易造成充填体应力集中，因此去除颊尖牙合干扰尤为重要。Ichim等对下颌第一前磨牙楔形和圆形病变按0.5mm、1mm、1.5mm深度建模，在颊尖顶以不同角度加载牙齿，发现当与牙长轴成30°及以上角度时，玻璃离子充填体颈部边缘的拉应力超过极限材料强度和粘结强度。
    相反，NCCL的形状和深度对拉应力的发展只有很小的影响，因此认为病变深度和形态不是恢复性治疗决策的主要考虑因素，咬合诊断和随后的牙齿接触重新调整是NCCL治疗的关键部分。Guimares等对上颌第二前磨牙给予3种载荷，发现只有在接触点在腭尖向颊侧倾斜35°的非功能性载荷状态下深型V形缺损尖端才会出现达到30MPa以上的明显应力集中。骨嵴高度降低2～3mm既不影响整体应力分布，也不会明显增加病灶内的应力集中。
    Machado等对上颌第二前磨牙给予两种载荷方式：两牙尖轴向载荷和腭尖与牙长轴向腭侧倾斜45°载荷，结果第2种载荷方式导致缺损顶端明显的应力集中，提示早接触可能是NCCL发展的促进因素，修复NCCL前进行咬合调整是有必要的。大部分学者选择咬合负载为100～150N，而Pai等在另一项研究中在有V类洞的下颌第二前磨牙三维有限元模型颊尖处与牙长轴垂直方向分别施加100、150、200和250MPa的咬合压力负荷，发现随着压力的增加在同种材料充填的情况下空腔区域内观察到应力集中有8%～9%的增加。
    因此，载荷位置、角度以及压力大小对NCCL应力变化影响显著，载荷方向和牙长轴方向间角度与应力集中程度成正比，压力大小与应力集中程度成正比，调牙合在NCCL的治疗中是必须的。
    3.NCCL修复材料与方法
    3.1未累及牙髓的NCCL修复
    针对可充填治疗的NCCL，临床中最常见的是用玻璃离子水门汀和复合树脂直接充填，随着材料学和计算机技术的发展，更多的材料和方法加入进来。Zeola等应用FEA结合体外实验证明不同深度的NCCL用复合树脂修复可改善其周围的结构完整性和生物力学功能，使患牙几乎达到了健康牙齿的负荷水平。Correia等通过建立上颌前磨牙三维有限元模型比较不同树脂及充填方式修复NCCL的效果，设计大块充填技术修复组、分层充填技术修复组，并根据平行分层充填与斜向分层充填又分为5个亚组，结果表明大块充填树脂具有更好的生物力学性能。
    Pai等发现在相同载荷条件下，CentionN、玻璃离子水门汀和银汞合金3种材料分别在修复NCCL后，玻璃离子水门汀在生物力学性能方面比汞合金更出色，而CentionN与玻璃离子水门汀应力值相当，表现良好。于敬伟等建立下颌第一前磨牙楔状缺损三维有限元模型，并分别用树脂嵌体、瓷嵌体、金合金嵌体进行修复，将缺损原始模型作为对照组，给予垂直载荷后发现对照组主要应力集中在缺损处，而嵌体修复后主要应力集中在牙颈部，并发现3种材料嵌体修复后最大主应力值均明显降低，瓷嵌体和合金嵌体的修复效果优于树脂嵌体。
    黄耀文将下颌第一前磨牙楔状缺损用VitaEnamic、LavaUltimate、IPSe．maxCAD、Z350复合树脂4种材料修复，其中前3组分别是树脂基渗透陶瓷、树脂纳米陶瓷、二硅酸锂增强型玻璃基陶瓷，结果4组模型应力值均下降，其中树脂纳米陶瓷最大主应力值降低最多，而二硅酸锂增强型玻璃基陶瓷最大主应力值降低最少，提示树脂纳米陶瓷在修复楔状缺损方面可能具有优势。
    3.2累及牙髓的NCCL的修复
    对于已累及牙髓的NCCL，莫思溯等建立上颌前磨牙穿髓型楔状缺损三维有限元模型，并选择用纤维桩修复，在形态、边界约束及力学方面都与真实情况相似，患牙受到压力时所表现的应力情况基本再现，可作为生物力学研究的基础。沈晴昳等建立上颌前磨牙重度楔状缺损及采用复合树脂纤维桩修复后的三维有限元模型，当给予267N，45°斜向载荷时，重度楔状缺损修复前模型应力集中于缺损尖端，修复后模型的最大主应力分布接近正常牙，牙根颊面的中上部拉应力分布较均匀，重度楔状缺损患牙颈部折裂的发生风险可利用复合树脂纤维桩修复来降低，任雨冰等通过临床实验及4年随访证明了这一结论。
    面对深型楔状缺损且已行根管治疗的下颌第一前磨牙，赵凌等通过软件建立根管治疗后未修复的模型作为对照组，建立根管治疗后4种不同修复方法实验组模型：树脂充填组(A)、树脂充填后桩修复组(B)、树脂充填后冠修复组(C)、树脂充填后桩冠修复组(D)。又将B、D组中的桩以纤维桩、金钯桩、纯钛桩和钴铬桩进行替换和比较。最终给临床的建议是深型楔状缺损患牙根管治疗后应行全冠修复，在根管内可以不放置桩；若放置桩，应选择纤维桩，因其弹性模量与牙本质接近。
    综上，治疗NCCL材料的选择上要分情况，未影响牙髓的NCCL复合树脂和瓷嵌体是好的选择，深型、已穿髓的NCCL根管治疗后可放置纤维桩，全冠修复则不必放置桩，但相关研究较少且需与临床效果相结合，有待进一步研究。
    4.不足与展望
    三维有限元分析法直观、简洁、精确，将复杂的实验简化，排除众多干扰因素，应用于口腔生物力学研究具有明显的优越性且具有一定价值，但对于NCCL咬合负载相关的研究，绝大多数研究者给予静态载荷，这个方法减少了干扰因素、简化了实验，而口腔中咀嚼与咬合是个十分复杂的动态过程，因此实验结果与真实情况可能存在偏差，修复的实际效果需要结合临床综合考虑。
    NCCL修复治疗后的咬合调整是治疗不可或缺的一环。NCCL的形态是三维的，且不同牙齿缺损形态有区别，但目前FEA对NCCL洞形与深度的研究基本以缺损表面轮廓形状或深度单维度进行分类研究。Igarashi等对6541颗拔除的人离体牙进行检查与形态学分类，用表面轮廓(surface contour，SC)和截面轮廓(cross-sectional contour，CC)相结合的方法，将SC缺损分为：水平椭圆形、垂直椭圆形、长条形和不规则形，CC轮廓缺损分为：圆弧形、楔形、平滑和不规则形。
    发现三类缺损占主导地位：①水平椭圆形SC和圆弧形CC；②垂直椭圆形SC和圆弧形CC；③水平椭圆形SC和楔形CC。NCCL多见于唇面和颊面，尤其是上颌尖牙唇面和上颌第一前磨牙颊面呈第①类缺损，这可能主要与摩擦磨损和化学降解有关，而第③类NCCL广泛存在于唇面和颊面，尤其是上颌前磨牙的颊面，可能与摩擦磨损和咬合载荷造成的显微组织损失有关。而第②类NCCL主要与化学降解有关。提示不同部位牙齿NCCL形态不同，FEA建模时应考虑牙位因素以建立更加逼真、更加接近真实情况的模型。随着口腔材料学的发展，NCCL瓷嵌体修复方式也逐渐增加。
    学者们利用全瓷嵌体和贴面式瓷嵌体修复楔状缺损，修复半年、1年后临床效果佳。但暂未见利用FEA研究贴面式瓷嵌体修复NCCL的报道。临床修复前可用FEA对可能出现的风险进行预估，临床上出现修复失败病例也可用FEA进行力学方面原因的探讨。