牙体组织缺损的修复,最常采用的是充填修复的方法,只有当修复难以获得适当的固位与抗力形,才可采用嵌体或冠进行修复。
充填修复与嵌体修复皆是在缺损牙上制备一定的洞形,应用人工材料恢复缺损牙的解剖形态与生理功能。其不同之处在于充填体是在口内直接制作,而嵌体则是口外制作,应用粘接剂粘固于预备的窝洞内。
无论采用充填修复还是嵌体修复的方法,其修复体在修复缺损牙的同时,均应维持或促进剩余牙体组织的健康。在修复牙承受 “牙合”力载荷时,能均匀地分布,避免应力集中。总之,良好的修复体,不但要有正确的解剖外形,还要能长久保持功能的同时不发生破裂、脱位、患牙也不发生折裂,即修复体、牙预备体及二者联合体都应有合理的抗力形和固位形。
抗力形
抗力形(resistance form)是修复体和余留牙结构获得足够抗力,在承受咬合力时不折裂的形状。
1.修复材料应具备良好的生物力学性能
在保证足够使用强度下要求修复材料的密度小,有利于加工固位和增加自然感。同时要求修复的诸材料之间和牙体材料之间的膨胀系数尽量一致,否则相互结合面容易出现间隙,导致修复治疗的失败。
活髓牙修复时,接近牙髓的部位应选择导热率低的材料,否则会对牙髓造成损害。避免材料的导电性,以免对牙髓产生刺激作用。要求材料具有良好的耐腐蚀、耐老化性能。具有较强的抗拉、抗压、抗冲击强度、耐磨损、耐疲劳、适当的弹性刚性和塑性,尽量与所替代牙体组织力学性能相匹配等良好的力学性能。
2.增加修复体抗力的措施
在牙预备体有足够抗力的前提下尽量保证修复恰当的体积和厚度以承受 “牙合”力。合理控制修复体的外形,其内外表面应避免尖、薄、锐的结构形式——防止应力集中而出现折裂。
根据牙预备体的条件和设计要求,选择理化性能优良的修复材料,充分考虑到不同部位、不同要求;不同材料、不同要求;不同设计、不同要求。保证修复体的质量,避免缺陷。控制“牙合”面形态和方向,避免应力集中。
3.增加牙体预备抗力的措施
修复体的设计应考虑患牙组织结构和缺损情况,避免牙体预备后形成薄壁弱尖;修复尽可能保护薄弱部位,防止“牙合”力作用在牙体薄弱部位及牙体修复体的界面上。
牙体预备时去除易折断的薄壁;降低高尖陡坡,修整尖锐的边缘嵴及轴面角;固位体预备时,不要过宽过深。牙体缺损过大时,应采取辅助增强措施。
4.增加修复体与牙体抗力的措施
修复材料与牙体组织的生物力学性质相匹配。处理牙预备外形-抗力形-固位形三者的关系,达到固位力-抗力-“牙合”力相协调。修复体与牙预备体界面结合良好,不产生破坏性应力集中现象。
固位形
固位形(retention form)就是防止修复体侧向或垂直方向力量作用下移位、脱落的形状。修复体的固位力,主要依靠摩擦力、约束力和粘接力。固位力是指修复体在行使功能时,能抵御各种作用力而不致松动、移位和脱落的能力。要获得这种固位力,需在患牙上制备一定的形状。
1.摩擦力
摩擦力(frictional force)是两个相互接触又相对运动的物体间所产生的作用力。其大小与相对运动物体间的法向压力及接触面积成正比。修复体与预备牙吻合面之间,产生法向压力,两者之间越吻合,接触面积越大,其摩擦力也越大,修复体的固位就越好。因此,为了增强修复体的固位力,修复体与预备牙间应非常密合,并尽可能增加两者的接触面积,如增加窝洞深度、保持窝洞各轴壁平行等。
由于充填修复直接在口内完成,在预备牙上制备一定程度的倒凹,可使修复体获得较强的固位力;为防止侧向移位,可在预备牙的“牙合”面制备鸠尾形,同时还可以应用固位钉增强其固位。
2.约束力
约束是指物体位移受到一定条件限制的现象。约束加给被约束物体的力称为约束力(binding force)或约束反力。约束力是通过约束和被约束物体之间的相互接触而产生的,其特征与接触面的物理性能和约束的结构几何形式有关。为增加充填修复体的固位力,常将患牙窝洞预备成一定的几何形状,限制修复体的移位和脱落。
3.粘接力
粘接力(adhesion)是指粘接剂与被粘接物体界面上的分子间的结合力。粘接的意义是相互接触的物体表面的机械锁合。由于物体表面不是绝对平整,粘接剂在未凝固前,渗入物体表面上微小孔隙或倒凹内,使修复获得一定的粘接力。粘接力的大小受到粘接面积、粘接剂厚度即粘接介质间污染程度的影响。由于目前常用粘接剂的抗压强度高,而抗张强度低,因此,为了保证粘接剂的固位与封闭作用,修复体的设计尽可能减小功能运动中粘接剂层内产生的张应力或剪应力。
牙体组织切割时的应力
为了获得一定的固位形和抗力形,牙体充填修复前必须对缺损牙进行一定程度的切割和预备。对于牙体组织的切割,一方面可由于切割产热,造成牙髓组织损伤。另一方面,切削减少了剩余牙体组织的量,使其承受“牙合”力载荷的能力下降。因此,在充填修复牙体预备前,对于牙体组织的切割应当保守而谨慎。
1.牙科牙钻、砂针的切割力学
牙科的切割工具是牙钻或砂针,是将棱边或刀锋做成某种角度的切割工具。其一般为顺时针旋转,转到接触牙体组织时,棱边或刀锋压入牙体组织,产生压应力和切割作用。棱边或刀锋折裂或剪切牙体表面,过渡到牙体表面平行,且将切出的牙体组织沿锯齿或砂针面推出而形成牙体削屑。此时推出的牙体削屑受到压应力,刀锋或砂针下的组织受到张力,在形成断裂时张力又转变为剪应力。牙钻接触到牙体时,产生的应力足够,且超过牙体组织的弹性限度,产生永久变形,发生断裂,如小于弹性限度,则只发生弹性变形,不产生切割。牙体组织的切割实际上是牙钻、负载、转速、牙体组织相互作用的结果。牙钻刀锋薄、负荷大,由施加于牙体组织局部应力大,辅之以适当转速,可获得较多的牙体组织切割;负载越大,切割牙体组织越多;但负载过大,切割摩擦力增大,热量大量产生,切割牙钻边缘钝化或者破坏,或力矩不足而停滞;负载一定时,切割速率可因转速增加而增加。在临床操作时,应使用刀锋短而锋利的牙钻,高转速100000~400000r/min之间,一定的牙钻加载(60~120g),可获得最佳的切割速率。
2.切割产热
釉质与牙本质的各向异性性质,使其能承受与釉柱、牙本质小管平行的较大载荷,承受垂直于釉柱及牙本质小管载荷的能力较差,这种力学性能方便牙体组织的切割。牙体组织的切割,实际上是一系列局部的釉质与牙本质折裂。高速钻头产生应力-应变-折裂的快速循环,循环内发生的变形可看作釉质、牙本质内能量的储存,此能量的部分以热能形式存在。当釉质、牙本质发热时,其物理、机械性能将发生改变。
当牙体组织内产生应力而折裂时,会因形变折裂而导致在各个切割界面产生摩擦作用产生表面热,此表面热传导至牙体组织中,接近切割表面的热可引起牙本质膨胀,而在其中产生压应力,此压应力须通过一张应力层与之相平衡,这种压力与张应力层的并存,可引起牙体组织深部的折裂。
产生的热可以经由牙钻传导、牙体传导,牙体切割碎屑去除和冷却剂来分散。冷却剂有空气、水、喷水,其中冷却效果好又不影响切割效率者,以水蒸气最有效,其次为喷水,第三为空气。因此,在牙体组织切割手术中,必须用冷却剂冷却,以防止牙髓损害,并去除切割残渣。
3.牙体组织的保存
与完整的活髓牙相比,修复牙总是较脆弱的。应力分析结果提示,剩余牙本质越小,在载荷作用下牙本质的应力值越高,其折裂的可能性越大。因此,在治疗过程中,牙体预备应尽可能保存牙体组织,以增强修复牙抵抗“牙合”力载荷的能力。在进行牙体组织切割手术时,必须考虑剩余釉质是否有适当的牙本质支持,牙体预备后是否仍有适当的牙本质。
充填修复的生物力学设计
充填修复的目的在于恢复缺损牙的解剖形态与生理功能,效果须依赖于正常组织的反应来维持,如果修复后,剩余牙体硬组织应力增加,最终导致牙体折裂,修复失败。修复牙在承受“牙合”力时的应力与充填修复材料的性能、洞形设计和修复体设计有关。
1.充填修复材料的选择
对于直接充填材料,要求具有足够的强度以及耐磨耗性能。为了避免充填材料和牙体之间的微渗漏,也要求材料有良好的尺寸稳定性。目前,口腔最常用的内科充填材料有银汞合金以及复合树脂。
(1)银汞合金:
银汞合金(amalgam)的压缩力学性质与牙相似,弹性模量也较大,但其韧性低,属于脆性材料,在破坏应力作用时,多发生断裂而少变形。
银汞合金固化时,皆有一定程度的膨胀,一般达1%左右,适当的膨胀可增强边缘封闭,而过度的膨胀则易在牙体组织内产生张应力。这种张应力的存在,增加了牙体组织折裂的可能性。因此大面积的牙体缺损在银汞充填修复后,最好用全冠修复,以防止牙体组织的折裂。
许多因素可影响银汞合金的尺寸变化。汞与合金比例,研磨、压紧、合金颗粒大小、污染等。修复体内银汞含量越高,其膨胀越大;研磨时间越长,充填压力越大,合金颗粒越小时,其膨胀越小。如有水气污染,则其膨胀明显增加。
银汞合金的强度受到许多因素的影响。如研磨时间、汞与合金比例、充填压力、气孔等。延长研磨时间、增加合金含量、加大充填压力,均可使银汞合金的强度增加;相反,若银汞合金中含有气孔,则其强度明显降低。
银汞合金充填后,其强度随着时间的延长而增加。充填修复初期强度较差,充填20分钟后抗压强度仅为一周后60%,即使充填6个月后,银汞合金的强度仍有增加。充填后8小时,其强度可达到最高强度的70%~90%,因此在充填8小时以内,不能让充填修复体承受较高的咬合应力。
(2)复合树脂:
复合树脂(composite resins)种类繁多,性能不一,应用广泛。由于复合树脂是牙色材料,因此很受患者欢迎。如何针对特定的牙体缺损选择应用合适的复合树脂是牙科医生需解决的难题。建议以其物理性能为基础,进行生物力学的选择。
复合树脂的物理性能决定其充填修复的精度。充填修复体精度是指它的尺寸精度,几何形态精度和表面光洁度及致密度,直接影响充填修复的固位、稳定、密合和抗力。复合树脂吸水率在0.22%~1.53%之间,体积收缩率在0.5%~1.7%之间,线性收缩率约为0.2%,热膨胀系数在11×10-6~45×10-6℃,优良的复合树脂应有合理的膨胀量和适当的收缩量。能够利用自身的膨胀来补偿固有的收缩,达到膨胀与收缩的动态平衡,获得良好的精度。
目前复合树脂的主要力学性能如抗压强度、抗压强度、弹性模量、硬度、耐磨性、断裂韧性,皆与牙体组织有一定差距,远期临床效果欠佳。因此在临床充填修复时,尽量选择力学性能接近牙体组织者。
化学固化或光固化的复合树脂对牙髓皆有一定的刺激性。共聚合不完全、材料内部存在多余的单体,不仅影响其机械强度,同时也刺激牙髓。需保证牙本质有效厚度大于1.5mm,才可保证牙髓免受刺激。如有效牙本质厚度小于1.5mm,需要氢氧化钙或氧化锌丁香油粘固剂或窝洞衬里剂垫底或衬里,方可避免复合树脂对牙髓的不良作用。
在充填修复操作时,工作时间与固化时间应保证修复体充填、完成的情况下尽可能短,避免外来因素对固化的影响。要求工作时间大于1.5分钟,固化时间小于8分钟,固化后所达到的力学性能,随时间的推移,性能不会降低。
2.洞形设计
牙齿的特殊解剖结构使得牙尖受外力,在附近牙颈部出现应力集中,超过牙体组织抵抗力时,则造成牙尖折裂。牙体充填修复前,必须进行牙体窝洞预备。窝洞的形状取决于牙冠的形态,受到牙结构的限制。窝洞的制备会加剧原有应力集中现象和增加新的应力集中点。考虑到固位与抗力等因素,以往对于洞形的设计,一直要求底平壁直,点线角清晰,并具有一定的窝洞深度,以增强修复体的固位。修复牙应力分析的结果对这种要求提出了疑问。
应力分析结果提示,修复体承受载荷时,尖锐的点线角可在牙本质内产生应力集中,而圆钝的点线角可明显地减轻这种应力集中。
在一个正常的牙中,承受轴向载荷时,其应力主要为压缩应力,而对于窝洞宽而深的修复牙,在其髓壁可产生张应力,这种张应力对剩余牙体组织产生损伤作用,造成牙体折裂。窝洞越深,牙本质中的应力值越高,折裂的可能性越大。由此可见,窝洞深度是影响剩余牙体组织中应力水平的一个重要因素。在进行牙体预备设计时,保护剩余牙体组织是首先应考虑的问题。修复体固位力差,造成的后果是修复体的脱落,而剩余牙体组织因高应力而造成的折裂是无法挽回的。
3.固位钉的使用
牙体缺损修复时,若固位不足,可在牙本质内置入固位钉以增强固位。然而许多应用固位钉的方法可引起牙本质内的应力集中,造成了剩余牙体组织的折裂及修复体的破坏。因此,在选择使用固位钉时,必须同时考虑固位与剩余牙体组织保存这两方面的问题。
临床上常用的固位钉有:
①粘着型固位钉,一般用金属卡环丝制作而成。应用粘接剂将其粘固于预备针道内。
②螺纹型固位钉,固位钉上备有螺纹,制备特殊的针道,将螺纹固位钉拧入牙本质内。
③楔入型固位钉,由于牙本质中含有微量有机成分,具有一定的弹性。因此可将稍粗于针道的固位钉槌击进入针道,以产生较大的摩擦力,获得固位。
影响固位钉固位与应力分布的因素是多样的。固位钉的类型,由于螺纹型固位钉采用螺纹固位,其固位能力最强,楔入型固位钉次之,而粘着型固位钉的固位能力最弱。
不同类型的固位钉,其使用后牙本质内产生的应力不等。粘着型固位钉,由于其针道大于固位钉,主要依靠粘接剂获得固位,因此其戴入时牙本质内基本无应力产生;而楔入型固位钉,在固位钉槌击进入针道时,在牙本质内产生侧向应力;螺纹型固位钉在戴入时,应力集中于螺纹及固位钉的尖端,其应力强度取决于固位钉旋入的力量,如果螺纹型固位钉就位后倒旋1/4转,则可有效地降低牙本质内的应力,防止其折裂。
“牙合”力通过修复体及固位钉传导至剩余牙体组织,因此产生的应力须叠加于固位钉在戴入时所产生的应力,才是牙本质内的实际应力水平。在“牙合”力作用下,粘着型固位钉最有利于应力的传导,其粘接剂层起到应力缓冲器的作用,改变了牙本质内功能应力的分布,使其应力分布均匀。而螺纹型固位钉主要将应力传导至螺纹及固位钉的尖端,产生应力集中,不利于剩余牙体组织的保护。
增大固位钉的直径,增加了粘接面积和因 “牙合”力而导致变形的耐受力,可使其固位力增强,同时在一定程度上也改善了应力分布能力。直径0.55mm的钉其固位力为12.9kg,0.75mm的钉的固位力可达到19.7kg。然而,固位钉直径的增大,使剩余牙本质量减少,从而削弱了其抵抗载荷的能力,因此在针道周围至少应有1.0mm厚的健康牙本质。
固位钉的长度越长,其固位能力增加,在载荷作用下,牙本质内部的应力分布也越均匀。
固位钉数目增多,增加了粘接面积而使固位力增强,二者大体成比例关系。如果固位钉不平行,其固位力进一步增强。但钉的数目过多,牙本质组织减少,牙易发生折裂。
由于固位钉的应用仅能增强修复体的固位力,并不能增加修复牙的强度,相反,固位钉的应用可能会削弱剩余牙体组织承受载荷的能力,因此在应用固位钉固位时,最好结合冠修复体。
嵌体修复的生物力学设计
利用粘接和固位钉修复牙体严重缺损,不能耐受长期咀嚼活动加在修复体上的负荷。可采用嵌体修复方法。
嵌体是一种潜入牙体内部,用以恢复牙体形态和功能的修复体或冠内固位体。与银汞合金充填相比,铸造嵌体的优点是机械性能优良,复合树脂嵌体、瓷嵌体则较为美观。
为了降低剩余牙体组织内的应力,保护剩余牙体组织防止折裂,嵌体洞形制备的要求与充填修复洞形的要求基本相似:点线角圆钝,在可能的情况下,尽量减小窝洞的深度和宽度。
在 “牙合”力作用下,嵌体最重要的特征就是产生楔效应。楔效应的存在,使剩余牙体组织内产生张应力而易于折裂,窝洞越深,轴壁聚合度越大,嵌体的楔效应越明显。对于 面嵌体或邻“牙合”嵌体,由于保存有部分完整的边缘嵴,对这种楔效应有一定的抵抗作用。但在邻“牙合”邻嵌体中,由于楔效应,在剩余牙体组织内产生张应力,易于造成剩余牙体组织的折裂。
应力分析结果发现,当邻“牙合”邻嵌体受正中“牙合”力作用时,颊髓轴线角及舌髓轴线角处产生高应力集中,鸠尾峡处可见应力集中。如果采用高嵌体,则可有效地降低其应力。由于高嵌体覆盖了剩余牙体组织的“牙合”面,因而能有效地分布“牙合”力至剩余牙体组织,避免应力集中而减少其折裂的可能性。