摘要 牙齿在咀嚼运动中发挥重大作用，而由于多种原因造成的牙体缺损是口腔医学中的常见病。牙齿受力时，由于牙体缺损形态各异，不同牙体组织的力学参数不同，及治疗时采用不同的修复方式、设计和材料，会对牙体组织的受力产生不同的影响。利用三维有限元分析法，可将复杂的牙体模型转化为若干单元，进而分析牙体缺损及修复后的受力情况。故本文就近年来牙体缺损的三维有限元研究进展及其对临床牙体缺损修复设计的指导意义做一综述。
关键词 三维有限元分析 牙齿 咬合力
Abstract Teeth play an important role in mastication. However, tooth defect is very common in populations due to different reasons. When teeth bear bite force from different directions and with various amount, the force distribution can be influenced by several factors like shape of tooth defect, mechanical parameter, and restorative procedure or design. Three-dimensional finite element analysis simulates and aims to study the stress distribution of a model by turning a complicated geometry into a finite number of simple unit. In this way, we are able to analyze the stress distribution of a defective tooth before or after restoration. This paper seeks to review the recent progress and several possible problems in finite element analysis of tooth defect, so as to make sense in clinical work.
Keywords Finite element analysis Tooth defect Bite force
1.三维有限元分析的概况
三维有限元分析是一种对结构体的受力及变形进行重建、分析的技术。它把一个复杂的几何体简化为一个由基本单元组成的结构体，而这个结构体的性能与原标本完全相同，最终其力学分析结果由建立的数学模型得出1。
自1973年被首次应用于口腔生物力学领域，有限元分析法现已广泛应用于口腔医学研究，其成功应用解决了口腔医学领域内很多数据处理及分析的问题2。
此法最大的优势是，在多数研究中，控制单一变量、限制其他可变因素是十分重要的，但我们很难得到两颗在几何形态和组织结构上完全相同的离体牙，给实验条件控制带来了很大难度。有限元分析法（FEM）便可解决此问题，它以数学模型模拟牙体及加载载荷的过程，从而能够实现不同组间有意义的比较3。
2.三维有限元分析的方法
2.1数据的获取
采集离体牙进行扫描，获得断层图像以供整合。大部分研究者以微计算机断层扫描技术（Micro-CT）获取。此外，也有研究者采用64层螺旋CT4。
2.2牙体三维模型的拟合
基于不同组织的不同放射密度，设定各组织内的像素密度值区间，在扫描过程中，在同一区间的像素则被自动划分为同一组织，由此可以分出牙釉质及牙本质的形态，牙髓形态随之显现5。
2.3受力模型的建立及分析
定义各组织材料的力学特性（弹性模量、泊松比）等其他边界条件后，对模型施以最大咬合力、垂直、斜向、水平咀嚼力的载荷。模拟载荷后，即可根据数值及力的分布图像分析牙体的受力情况。
3.三维有限元分析的研究现状
3.1三维有限元分析应用于修复方式的选择
MOD洞型是研究牙体缺损的常用模型，有两组实验均建立MOD洞型模型，得出了二硅酸锂嵌体修复缺失的牙本质和牙釉质，力学强度优于直接树脂充填6、7，而树脂充填时，整块填充效果优于逐层填充7、8。若此患牙经过根管治疗，则高嵌体修复是较为理想的修复方式，因其提高缺损牙体的抗力，减少牙折的发生9。
当缺损较深累及牙髓时需进行根管治疗，其间对牙本质的去除是造成折裂强度下降的最主要因素。制备开髓口及根管预备已被证实会增加在等同牙合面载荷下牙体所受的压力10；根管预备时，研究者通过三维有限元分析验证了微创(MI)的根管预备法可以保留更多的健康牙体组织，从而减轻牙体修复后牙冠部和牙颈部的受力11，提高牙齿的折裂强度。
根管治疗后，需选择正确的修复方式以保护剩余牙体组织，并且使修复后的牙体具有一定的强度。在牙体大量缺损未波及髓室壁时，充填后全冠修复即可获得较好的修复效果12。而当髓室壁受到破坏、伤及牙髓时，宜治疗后采用桩核冠的方式进行修复。然而，并非所有形式的根管治疗后牙体缺损都必须使用桩核冠修复。例如，根管治疗后的上颌中切牙少量缺损时，可使用全冠修复，此时对于降低牙体受力而言，桩是不必要的13。
3.2三维有限元分析应用于修复材料的选择
近年来，陶瓷材料因其良好的美学特点和日趋改善的力学性能而被选为修复材料。有大量研究通过三维有限元分析的方法，分析陶瓷材料在牙体缺损修复中的特性与优势。在金合金、烤瓷冠、复合树脂、氧化铝基氧化锆、LAVA五种材料处理严重牙体缺损的实验中14，证实了氧化铝基氧化锆和LAVA对于基牙的分力是最小的。同样，关于高嵌体的材料选择15，刘利军等证实了，在氧化锆、聚合瓷、金合金三种材料中，因聚合瓷材料的弹性模量与牙本质相近，其力学性能最优，可以避免应力集中。另外，DEAN E. KOIS等人对于应用于口腔修复的全瓷材料进行分析16，通过长石质的陶瓷材料、白榴石增强热压铸全瓷材料、二硅酸锂增强热压铸全瓷材料（EMX）的比较，证明EMX的折裂强度明显高于其他两种材料，修复体的失效概率较小、但应力的集中比较明显。
在桩核冠修复材料选择的两项研究中，得到了不同的结果。李冰等对普通复合树 脂、石英纤维、铸瓷、金合金和镍铬合金桩核冠的对比研究中，得出了应选用弹性模量较高的桩核材料，以保护 残余牙体组织的结论17。 而在另一较新的研究18中，对比了钴铬合金、氧化锆、纯钛、E.max全瓷材料，发现高弹性模量的材料修复 后改变了牙本质应力分布的情况，易产生桩-牙本质界面的应力集中，从而使牙根易于折裂。
作者：高愉淇