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三維有限元在微創牙髓治療研究中的應用進展

瀏覽:893 發布日期:2019-12-10
來源:臨床口腔醫學雜志
作者:陳昭慧 陳悅 王效英 

    經牙髓治療后的牙齒(endodontically treated teeth,ETT)其抗折能力低于天然牙齒,大量研究證實在根管治療中保護牙齒結構是增強牙齒抗折能力的關鍵。近年來有學者提出微創牙髓治療學(minimally invasive endodontics,MIE)理念,提倡在治療和預防牙髓炎和根尖周炎的同時盡可能的保留牙體硬組織,維持牙齒強度和功能,提高ETT的遠期保存率。

    隨著牙髓生物學理論、牙髓治療器械及材料的不斷進步,使得微創理念指導下減少牙體組織損傷的診療方案得以在臨床實施。微創牙髓治療的目標是在根管治療過程中最大限度的保護牙體結構。在根管治療的每一個步驟包括診斷,制定診療計劃,髓腔通路的設計,根管器械的使用,甚至根尖手術或是冠延長手術,微創策略將有可能取代更多的侵入性治療方法。有限元分析法(finite element analysis,FEA)是一種用于分析任意幾何結構的應力和應變的數值方法。

    近年來FEA已被廣泛應用于口腔醫學中的各大領域。與體內和體外研究方法相比,FEA被認為是一種快速、準確、可靠的替代方法。目前已有眾多學者借助FEA探討微創根管治療后牙齒的生物力學規律,進而指導改進現有的牙髓治療方法。本文就三維有限元在微創牙髓治療研究中的應用進展做一綜述。

    1.FEA在微創開髓研究中的應用

    MIE強調基于生物力學及牙體解剖有目的性地保留部分髓室頂及頸周牙本質的精細開髓。研究顯示除上頜中切牙以外大多數前牙的髓腔直線通路的入口位于切端。前牙傳統的腭側開髓相較于切端開髓去除的頸周牙本質的量更大。劉子嫣等通過建立上頜中切牙的三維有限元模型分析傳統的腭側中央窩開髓和微創開髓(由根管方向的冠延長線確定的開髓點)對上頜中切牙應力分布的影響,發現從兩種開髓方式后牙體在外界載荷作用下產生的應力角度分析,上頜中切牙微創開髓方式不僅降低了應力的峰值,而且緩解了應力集中的現象,減少了高應力區域。

    Chad等建立下頜第一磨牙三維有限元模型對比下頜第一磨牙微創開髓與傳統開髓的應力分布,發現與MIE設計的開髓方式相比,傳統的開髓方式更易發生牙齒折裂。Jiang等建立了上頜第一磨牙三種髓腔通路的有限元分析模型即傳統型開髓(traditional endodontic cavities,TECs)、保守型開髓(conservative endodontic cavities,CECs)及擴展型開髓(extended endodontic cavities,EECs),采用完整的牙齒模型進行比較。每個模型在咬合面承受3種不同的力載荷,計算并比較了應力分布模式和最大范氏等效應力(vonMises應力),發現TECs、CECs、EECs在咬合面應力分布相似。

    隨著開髓孔的增大,對牙本質的應力明顯增大。CECs保留了更多的冠部牙體硬組織,抗折能力可能更強。在所有模型中,隨著髓腔體積的增大,牙齒頸部區域的應力更加集中。因此,CECs最大限度保留了頸周牙本質,減少了牙齒頸部的應力集中。但基于微創開髓能否增強牙齒抗折能力還存在爭議,有學者通過體外牙體抗折性能實驗發現上頜磨牙采用微創開髓并未增加牙齒的抗折性能。

    Silva等將有關CECs對牙齒抗折強度影響的體外研究做一系統綜述,發現總體來說,沒有證據支持CECs在提高牙齒抗折性能方面優于TECs。由此可見,CECs對于提高ETT抗折能力的結論還存在一定爭議。

    2.FEA在微創根管預備研究中的應用

    MIE理念提倡根管擴大和成形過程中盡可能少去除牙體組織并減少沖洗消毒藥物對牙本質的損傷。根管預備不再提倡傳統的直線入口和根管口處敞開,有可能去除較多的頸部牙本質,強調使用小錐度鎳鈦器械圍繞根管壁提刷,盡量保留根管中上段的牙本質結構。Ossareh等通過體外抗折實驗和FEA評價醫源性去除牙本質量對牙根應力分布的影響,進而評估根管治療中牙本質去除量對牙齒抗折性能的影響,發現根管預備后牙齒抗折能力受根管牙本質剩余體積和慣性矩的影響,根管內固定清除少量牙本質不會影響牙根的機械完整性。

    與直線通路相比,小錐度的根管預備能保留更多的頸周牙本質,降低牙頸部應力,保證了頸周牙本質的抗折能力。張燕等建立上頜第二前磨牙(單根管)的三維有限元模型,在此基礎上通過改變根管直徑的大小,分析根管壁應力分布的變化情況。結果顯示根管直徑對根管壁應力變化略有影響,該變化主要集中在牙根上1/3。認為在臨床根管治療操作中,應在徹底去除根管壁感染物質的同時,盡量避免過度切削牙體硬組織,根管直徑擴大不超過原始根管的1/3倍是相對安全的。

    Sabeti等通過體外抗折實驗發現增加根管預備的錐度會降低牙根的抗折強度。然而,Zogheib等通過體外抗折實驗發現將預備根管的錐度降至4%,與6%的根管預備錐度相比,并未顯著提高經牙髓治療后的上頜前磨牙的抗折能力。因此根管預備錐度的大小對牙齒抗折能力的影響仍存在爭議。

    由于MIE理念下的機械預備具有一定局限性,根管沖洗就顯得至關重要,研究顯示高濃度的次氯酸鈉和乙二胺四乙酸(Ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)作用時間過長可導致牙本質的機械性能改變并且降低牙齒的抗折能力,所以必須考慮EDTA長期在根管內存在所帶來的侵蝕效應,尤其是在與次氯酸鈉聯合使用時。超聲蕩洗用于根管清理及沖洗效果顯著,國內外對于超聲蕩洗對根管壁應力分布的研究較少。冷飛等建立上頜第一前磨牙的FEA模型,通過特定的有限元分析軟件模擬超聲蕩洗的振動力學過程,結果顯示在超聲蕩洗過程中,根管壁的最大應力值在牙本質的最大承受范圍之內,不會引起牙本質不可逆的形變。

    根管壁應力主要集中在根管的中1/3段,其應力會隨著錐度的增大而減小。該研究僅考慮了超聲蕩洗過程中的振動作用,忽略了超聲振動產生的超聲空化強度及流體力學對根管壁應力的影響。基于MIE的理念,在小錐度的根管預備前提下,超聲蕩洗對根管壁產生的應力影響仍然值得進一步探討。

    3.FEA在微創根管充填研究中的應用

    至今為止,尚未有一種根管充填方法能完全符合微創牙髓病學的治療理念。Ismail等通過觀察牙根牙本質裂紋發現熱牙膠垂直加壓法和冷牙膠側方加壓法比單尖法和單純根管預備后的牙齒產生了更多的裂紋。單尖法充填后的根管與單純根管預備后的根管相比,產生了相似數量的裂紋。提示單尖法充填可能比較符合MIE的治療理念。

    然而Rippe等通過FEA分析3種不同根管充填方法(冷牙膠側方加壓法、熱牙膠垂直加壓法、單尖法)對根管的應力分布的影響,發現單尖法充填反而在根管壁產生了較大的應力。封閉劑的厚度似乎影響ETT的抗折強度,封閉劑厚度和膨脹系數越大,根管壁的應力集中越大,所以封閉劑厚度較大的單尖法充填方式相比于其他根管充填方式降低了牙齒的抗折能力。由于該研究使用的封閉劑為Sealer26(登士柏公司,巴西),對于其他封閉劑是否也產生相似的作用還有待進一步研究。

    近年來有學者提出生物陶瓷充填體系是現階段MIE根管充填的有效解決方案之一,iRoot SP根管封閉劑(Innovative Bio Ceramix公司,加拿大)能與牙本質形成良好的化學性粘接,不僅能形成生物學意義上的封閉效果還可能增加牙根強度。由此可見對于微創根管充填的方法目前仍存在爭議,值得進一步的研究和探討。

    4.FEA在微創根尖手術研究中的應用

    根尖手術是非手術根管治療失敗后常用的治療方法,隨著牙科顯微鏡及顯微手術器械的發展,微創根尖手術在臨床中的應用越來越廣泛。羊茜等通過有限元方法分析比較不同根尖切除長度對于患牙術后應力分布和位移的影響,發現根尖切除手術對于難治性根尖周炎患牙的生物力學特性有明顯改善,建議臨床手術中根尖切除長度范圍為3~5mm,冠根比不低于0.84。

    Jang等利用三維有限元分析法探討根尖切除術在牙髓顯微外科手術中的生物力學效果,認為對于由正常牙周組織支持的牙齒,3mm以內的根尖切除術在生物力學上是可以接受的。根尖切除術對根尖生物力學的影響較牙周骨缺失的影響小。Monteiro等通過建立上頜中切牙三維有限元模型探討不同傾斜載荷作用下,根尖切除術中切除角度對上頜切牙應力分布的影響,認為根尖切除角度為90°時牙齒及骨組織的應力分布更加均勻。以三維有限元分析方法,從生物力學角度探討微創根尖手術的療效,對提高患牙生存率具有重要意義。

    5.FEA在微創牙髓治療研究中的展望

    生物力學的研究方法可分為實驗力學和理論力學兩類,實驗力學分析法易受實驗材料、樣本數量、實驗儀器和操作手法等因素的影響,誤差較大,并且組織內部的應力信息難以精準的獲得,而應用理論力學分析法對結構的受力進行分析模擬具有無創性、可重復性及簡便性等優點。FEA作為生物力學分析中的一種重要的理論力學分析工具,已被廣泛應用于牙髓病學,用于對牙齒咬合過程中無法直接測量的生物力學特性進行數值評價,在MIE的研究領域將具有較好的應用前景。但FEA也有其局限性,計算機化的體外研究可能無法完全復制臨床條件,其測量結果需輔以臨床評價。

    MIE理念在最大限度的保存天然牙體組織的情況下能否增強牙齒的生物力學性能,在達到牙髓治療目的和去除最少量的牙體組織之間如何達到平衡,仍然需要進一步的探索和研究;FEA可作為一種有效的計算機輔助手段,結合體外實驗和大量臨床實踐和分析,推動微創牙髓治療的發展和創新。

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