牙科樹脂修復對洞型制備的需求探討

霍麗 李愷 張燕

[摘要]目的：探討牙科樹脂修復對洞型制備的需求。方法：通過對一種新的實驗模型進行循環載荷加載，觀察樹脂-牙本質粘接界面的斷裂特性，對在臨床樹脂充填修復中對洞型預備的要求提出理論指導。結果：樹脂-牙本質粘接界面在不同受力方式下的破壞方式不同。結論：樹脂充填修復時可以將窩洞洞壁適當外敞，通過改變咬合接觸點位置從而優化粘接界面的受力方式達到保護牙體組織的目的。

[關鍵詞]樹脂修復；樹脂-牙本質盤；疲勞試驗；樹脂-牙本質粘接界面；咬合接觸點

[中圖分類號]R783.4 [文獻標志碼]B [文章編號]1008-6455（2018）05-0098-03

Requirement of Dental Resin Restoration for Cavity Preparation

HUO Li1， LI Kai1， ZHANG Yan2

（1.Department of Stomatology， No.451 Hospital of the PLA， Xian 710054， Shaanxi， China； 2. Department of Stomatology， Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College， Nanchong 637000， Sichuan，China）

Abstract： Objective To study the requirement of dental resin restoration for cavity preparation. Methods Establish a new experimental model of cyclic loading， the fracture characteristics of the resin dentin bonding interface were observed， and the theoretical guidance for the requirement of the cavity preparation in the clinical resin restoration was put forward. Results The composite-dentin bonding interface has different failure modes under different stress modes. Conclusion The walls of the cavity can be properly opened. By changing the position of the occlusal contact point， the stress mode of the adhesive interface can be optimized to protect the tooth tissue.

Key words： resin restoration； composite-dentin disc； fatigue test； composite-dentin bonding surface； occlusal contact point.

牙科樹脂因其良好的美學特性而廣泛應用于牙體缺損的直接充填修復。根據牙體缺損部位預備后窩洞的位置和尺寸進行分類，可以參考G.V.Black齲病治療的分類方法所涉及的解剖區域和相關的治療類型分為五類。這一分類原則主要考慮充填材料的固位性能，適用于銀汞等依靠機械固位的修復材料。而樹脂充填修復體的固位力主要是粘接力，因此，這樣的洞型制備原則已不適合樹脂充填修復的臨床工作需求。怎樣才能使制備出的洞型既能最大限度地達到牙體保存的目的，又能滿足患者長期使用的要求，已成為臨床工作中亟待解決的問題。因此，本研究旨在通過對實驗室研究結果的分析，對臨床樹脂充填洞型制備提供參考。

1 材料和儀器

1.1 實驗材料：牛中切牙（Long Prairie Packing CO，美國）；Z100TM復合樹脂（3M，美國）；AdperTM Single Bond Plus 粘接劑（3M，美國）；Scotchbond Etchant 酸蝕劑（3M，美國）。

1.2 實驗設備及軟件：戴爾臺式機（Dell，美國）；Abaqus 6.11（SIMULIA，美國）；Elipar? S10 LED光固化燈（3M，美國）；IsometTM慢速切割機（Buehler，美國）；858 Mini Bionix II萬能試驗機（MTS，美國）；M205體視顯微鏡（Leica，德國）；TM-3000掃描電鏡（日立，日本）。

2 方法

2.1 樹脂-牙本質盤的預備：選取新鮮拔除的牛切牙，去除附著的軟組織并用水沖洗干凈，置于1%的百里酚溶液中保存于4℃環境2周。截取上三分之二段牙根并保證每段牙根的外徑大于5mm，內徑（根管直徑）小于2mm。在銑床上進一步將牙根制備成為外徑為5mm內徑為2mm的試件。

常規清水沖洗牙根，吹干。將35%磷酸置于根管內，酸蝕20s后清水沖洗5s，并用棉球擦干多余水漬。然后將粘接劑（AdperTM Single Bond Plus， 3M ESPE）均勻涂布至根管內側面，15s后氣槍吹薄，光固化5s。將Z100樹脂分步充填至根管內。每充填2mm厚度用LED光固化燈光固化1次。光固化燈光照強度為1200mW/cm2（EliparTM S10， 3M ESPE），光照時間為40s。

將充填完成后的牙根置于慢速切割機上，切割成為厚度為2mm的樹脂-牙本質盤。切片完成后的樹脂-牙本質盤置于4℃環境中的1%的百里酚溶液中保存待用。

2.2 疲勞實驗：將MTS萬能試驗機工作模式設置為循環加載，加載頻率為1Hz。載荷加載大小為200N，方向豎直向下。將試件豎直放置于工作臺上加載頭正下方處。將加載頭緩慢下降至與試件接近但未接觸試件的位置。運行加載程序，至試件斷裂時結束加載。

2.3 體式顯微鏡觀察試樣的裂紋形態：啟動光源及控制電腦，進入軟件。將斷裂失效后的樹脂-牙本質盤試樣放置于體式顯微鏡載物盤中物鏡正下方。調節物鏡至與試樣距離最小處，逐漸上升物鏡至控制電腦顯示試樣清晰為止。

2.4 掃描電鏡觀察斷面形貌：將體視顯微鏡觀測后的試樣沿裂紋生長方向加力，使牙本質環完全斷裂，如圖2紅色虛線所示。取出與樹脂分離部分的牙本質環部分與樹脂-牙本質部分，將斷面向上，置于掃描電鏡下觀察斷面形貌。

2.5 有限元分析（FEA）試樣應力：結合實驗試件的尺寸，在Abaqus有限元軟件中分別繪制直徑2mm，厚2mm的樹脂；外徑5mm，內徑2mm，厚2mm的牙本質環；長6mm，寬2mm，高2mm的壓頭和工作臺，模型各組件材料參數見表1。由于牙本質與樹脂之間由粘接劑粘接，因此，牙本質與樹脂之間的接觸關系設置為綁定接觸（Tie），牙本質與壓頭及工作臺的接觸關系設置為面接觸，摩擦系數為0.3。模型采用C3D10網格進行劃分。樹脂，牙本質環，壓頭及工作臺的單元數分別為1368，4726，7840，7840。邊界條件設置為限制工作臺下表面的各向位移及旋轉。載荷加載大小為200N，方向豎直向下。

3 結果

3.1 樹脂-牙本質盤粘接界面的力學分析：由數值模擬實驗結果可以得到，在對試樣施加垂直向載荷時，試件在垂直向受到的應力最大（圖1A）。從樹脂-牙本質粘接界面的解除應力分析結果（圖1B）可以看出，在本實驗所用模型中，樹脂-牙本質盤粘接界面在受到垂直向載荷時，垂直向所受到的應力為最大壓應力，即圖1B中紅色區域所示部分。水平向所受到的應力為最大拉應力，即圖1B中藍色區域所示部分。而從垂直向向水平向過渡的部分為從最大壓應力減小到壓應力為零再到最大拉應力的區域。

3.2 體視顯微鏡下樹脂-牙本質盤的斷裂形貌：疲勞實驗后，斷裂的樹脂-牙本質盤試件在體視顯微鏡下的裂紋分布狀態（圖2）與圖1A所示的牙本質高應力區一致。圖2所示樹脂-牙本質粘接界面脫粘接現象可以認為是粘接界面在不同的拉壓應力作用下（圖1B）產生的界面失效。

3.3 試件斷面形貌分析：由掃描電鏡下試件的斷裂形貌結果（見圖3）可以看到，在疲勞壽命實驗中，近斷裂端的界面斷裂模式為粘接劑-牙本質之間的斷裂失效，遠離牙本質斷裂端的界面斷裂模式為樹脂-粘接劑之間的斷裂失效。

4 討論

樹脂修復體的疲勞壽命研究一直是臨床科研人員的研究熱點。由于實驗室研究具有實驗樣本可控性好，實驗結果可重復性高的優點，成為了研究樹脂修復體疲勞壽命的重要方法。通過數值模擬實驗結果（圖1）與體視顯微鏡對試件裂紋進行觀察的結果（圖2）進行對比，可以發現數值模擬實驗中試件在垂直向的最大應力分布與在裂紋觀察結果中的裂紋分布一致。結果說明數值模擬實驗結果可靠。數值模擬實驗與疲勞壽命實驗的結合，可以推斷出模型中應力平衡區，即圖1綠色區域，在疲勞試驗中實際上是受到弱剪切力的作用。數值模擬實驗與掃描電鏡觀察結果的對比，可以得到不同應力分布區域，粘接界面的斷裂方式。

微滲漏與繼發齲作為影響樹脂充填體生存壽命的主要原因，其產生原因與兩者之間的內在聯系備受關注[4]。有研究表明，樹脂固化時不可避免地發生體積收縮，微滲漏的產生，與繼發齲的出現之間存在一定的聯系[5-8]。同時，繼發齲的產生也可以按照產生的部位分為外層病損與洞壁病損兩種。兩者可同時發生，也可能單獨出現。外層病損主要與口腔微生物環境和樹脂-牙釉質粘接界面有關。而對于單獨出現的洞壁病損，本實驗將從口腔生物力學的角度闡釋其產生的原因。在本實驗疲勞壽命實驗條件下，試件在弱剪切力的作用下，牙本質-粘接劑界面粘接強度大于粘接劑-樹脂界面；在較大的拉壓應力作用下，粘接劑-樹脂界面粘接強度均大于牙本質-粘接劑界面粘接強度。修復體在臨床使用中，受到咬合力的循環加載，充填體與牙本質粘接的側壁會受到剪切力作用從而導致界面破壞。其意義在于，樹脂-牙本質界面的破壞，對樹脂-牙這一復雜的粘接界面的完整性產生了破壞。首先，其上部的樹脂-牙釉質界面失去了下部結構的支撐，對釉質粘接界面在繼續承受咬合力的作用下的使用壽命產生了較大的影響；其次，樹脂-牙本質粘接界面之間的拉壓應力引發的界面破壞會直接導致粘接界面的破壞及牙本質壁的暴露。如果在充填操作中，洞壁消毒不徹底，導致致齲菌的殘留，或者微滲漏導致與口腔微生物環境的接觸，都會導致洞壁這一結構產生繼發齲。因此，在某些情況下，看似完整的釉質下面，牙本質已產生了潛行性的病變[9]。

對這一問題的解決方法可以通過口腔生物力學與材料學來進一步闡釋。從材料學角度來看，樹脂與銀汞是兩類完全不同的材料。對于銀汞充填體，其固位力主要是機械固位，對洞型預備的要求較高。而樹脂充填體，與牙體組織之間的固位力主要是通過粘接固位。同時，對牙體組織表面的酸蝕以及粘接劑的使用，都是為了強化粘接固位的效果。因此，樹脂充填體固位型要求并不高。有鑒于此，臨床醫生可在窩洞制備的過程中，適當增加洞壁的外展角度，使得在咀嚼過程中咬合接觸點落在充填體上。這樣制備洞型有如下幾點考慮：首先，將咬合接觸點落在充填體上，避免了接觸點落在剩余牙體組織上對粘接界面產生的拉應力作用，即使在不可避免的咬合力的循環加載下出現了界面的斷裂，也能將粘接劑-牙本質之間斷裂導致的牙本質的暴露轉變為粘接劑-樹脂之間的斷裂導致最終的粘接劑界面的暴露，其繼發齲產生的概率由于粘接劑的存在，也會得到極大的降低；其次，樹脂的耐磨性相對牙體組織較差，在一定時間的磨耗后，充填體的受力減小，有利于粘接界面受力的減小。此外，牙體組織與樹脂的接觸，也有利于對頜牙體組織的保存。

本研究的實驗結果結合生物力學以及生物材料學相關學科，對牙科樹脂充填修復的臨床操作有一定指導作用，其臨床效果還需后續大量臨床病例的驗證。

[參考文獻]

[1]Peyton FA，Mahler DB， Hershenov B. Physical properties of dentin[J]. J Dent Res， 1952， 31（3）：366.

[2]Sideridou I，Tserki V，Papanastasiou G.Study of water sorption， solubility and modulus of elasticity of light-cured dimethacrylate-based dental resins[J]. Biomaterials，2003，24（4）：655-665.

[3]Lanza A，Aversa R，Rengo S，et al.3D FEA of cemented steel， glass and carbon posts in a maxillary incisor[J].Dent Mater，2005，21（8）：709-715.

[4]Opdam NJ， Fh VDS， Bronkhorst E， et al. Longevity of posterior composite restorations： a systematic review and meta-analysis[J].J Dent Res，2014，93（10）：943.

[5]Mj?r IA， Toffenetti F. Secondary caries： a literature review with case reports[J]. Quintessence Int，2000，31（3）：165-179.

[6]Iwami Y，Shimizu A，Hayashi M，et al.Three-dimensional evaluation of gap formation of cervical restorations[J].J Dent，2005，33（4）：325-333.

[7]Piwowarczyk A，Lauer HC，Sorensen JA. Microleakage of various cementing agents for full cast crowns[J].Dent Mater，2005，21（5）：445.

[8]Irie M， Suzuki K， Watts DC.Marginal gap formation of light-activated restorative materials： effects of immediate setting shrinkage and bond strength[J]. Dent Mater，2002， 18（3）：203-210.

[9]Hals E，H?yerAndreassen B，Bie T. Histopathology of Natural Caries around Silver Amalgam Fillings[J]. Caries Res，1974，8（4）：343-358.

[收稿日期]2018-03-04 [修回日期]2018-05-10

編輯/李陽利