桩核表面制备不同形式固位槽及使用不同黏结剂对固位力的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2319

中国组织工程研究 ›› 2020, Vol. 24 ›› Issue (34): 5508-5513.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2319

• 组织工程口腔材料 tissue-engineered oral materials • 上一篇下一篇

桩核表面制备不同形式固位槽及使用不同黏结剂对固位力的影响

李征¹，王媛²，田梦婷¹，何惠宇¹

¹新疆医科大学第一附属医院口腔修复科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000；²乌鲁木齐市口腔医院口腔修复科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000

收稿日期:2019-11-30 修回日期:2019-12-05 接受日期:2020-01-17 出版日期:2020-11-08 发布日期:2020-09-11
通讯作者: 何惠宇，教授，主任医师，新疆医科大学第一附属医院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000
作者简介:李征，男，1982年生，河北省阜平县人，汉族，2012年新疆医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事口腔内残根残冠的保留与修复、牙周病的修复治疗等方面的研究。
基金资助:
新疆维吾尔自治区自然科学基金(2016D01C314)

Effect of different retentive grooves and adhesives on the retentive force between crown and post and core

Li Zheng¹, Wang Yuan², Tian Mengting¹, He Huiyu¹

¹Department of Prosthodontics, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; ²Department of Prosthodontics, Urumqi Stomatological Hospital, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2019-11-30 Revised:2019-12-05 Accepted:2020-01-17 Online:2020-11-08 Published:2020-09-11
Supported by:
the Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region, No. 2016D01C314

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

有限元分析法：是一种将求解区域看成是由许多小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。其具有能够通过建立形态复杂的几何模型，输出所需模型任意部位的应力分布状态等，对应力的内部状态及其他力学性能的测定具有可信度高、重复性好、软件较成熟及数据处理较便捷等优点，此特点也使其成为分析牙体所受应力的常用手段。

固位力：指修复体在行使功能时能抵御外力而不发生移位或脱落的能力。增加固位力的方式有很多种，其中固位槽亦称固位沟或沟固位形，是常用方式之一。

背景：临床中采用桩核冠修复牙体大面积龋坏及缺损后常出现根折、断桩、桩核脱落等情况，医师主要通过选择黏结力更强的黏结材料或在核表面制作平行于长轴的固位槽来提高固位力，但效果不理想。

目的：研究不同形式固位槽及两种黏结材料对桩核冠修复体冠与核黏结后固位力的影响。

方法：制作模拟下颌前磨牙形态的钴铬合金金属冠及桩核成品件60个，核的轴向内聚角均为8°，随机分为6组，每组10个试件：光滑组桩核表面无辅助固位形式的固位槽；另5组分别在桩核表面预备出平行于桩核长轴方向间距相等的固位槽(平行组)、垂直于桩核长轴方向间距相等的固位槽(垂直组)、与桩核长轴方向呈45°角斜行的固位槽(斜型组)、与桩核长轴方向呈45°角斜行交叉的网状形式固位槽(网格组)、点状形式固位槽(点状组)；6组再分别以玻璃离子水门汀和自固化树脂黏结剂黏结桩核与牙冠。拉力实验检测各组的黏结固位力，有限元分析各组试件相同时间内的位移变化。

结果与结论：①无论是使用玻璃离子水门汀还是自固化树脂黏结剂黏结，网格组的黏结固位力最大，点状组的黏结固位力最小；黏结剂和不同固位槽在增加固位力中不存在交互作用(F=0.26，P=0.91)，不同黏结剂对固位力的影响不显著(F=1.04，P=0.31)，不同辅助固位槽对固位力的影响显著(F=14.74，P < 0.05)；②相同时间施以逐渐增加的相同力时，6组中网格组三维有限元模型位移变化较小；③结果表明，在桩核表面制备固位槽可增强固位力，其中网状形式固位槽对固位力的增加影响最大；选用不同种类的黏结剂对牙冠与桩核之间固位力的增加效果不明显。

ORCID: 0000-0003-4680-5843(李征)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 桩核, 金属全冠">, , 固位槽">, , 黏结剂">, , 黏结力">, , 固位力">, , 模量">, , 三维有限元

Abstract:

BACKGROUND: Post and core crowns are used in the clinic under some conditions, including root fractures, broken posts, and post-core detachment caused by large-scale dental caries and defects. Dentists mainly increase the retentive force by selecting a bonding material with stronger adhesion or by making a retentive groove parallel to the long axis on the surface of the core, but the effect is not obvious.

OBJECTIVE: To investigate the effect of different types of retentive grooves and two different adhesives on the retentive force after the post-core crown restoration.

METHODS: Sixty cobalt-chromium alloy metal crowns and post-core modules simulating the morphology of mandibular premolars were prepared. The axial cohesion angle of the cores was 8°. These crowns and post-core modules were randomly divided into six groups with 10 crowns/pieces per group. In the smooth group, there was no auxiliary retentive groove on the post-core surface. In the horizontal and vertical groups, there were retentive grooves with equal spacing parallel to (horizontal group) or perpendicular to (vertical group) the long axis of the post and core. In the oblique group, the retentive grooves were placed with an oblique angle of 45° with the long axis of the post-core. In the mesh group, the retentive grooves were at an oblique angle of 45° with the long axis of the post and core and crossed. In the point group, the retentive grooves were dot-shaped. In all six groups, glass ionomer cement and self-curing resin adhesive were used to bond post-and-core with crown. The retentive force in each group was tested by the tensile test, and the displacement change of three-dimensional finite element model during the same time was analyzed by the finite element analysis.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Regardless of whether it was bonded with glass ionomer cement or self-curing resin adhesive, the retentive force was highest in the mesh group and lowest in the point group. There was no interaction between adhesives and retentive grooves used to increase retentive force (F=0.26, P=0.91). The effect of different adhesives on retentive force was not significant (F=1.04, P=0.31). The effect of different auxiliary retentive grooves on retentive force was significant (F=14.74, P < 0.05). (2) When the same force was applied at the same time, the displacement of three-dimensional finite element model was smallest in the mesh group. (3) These results suggest that preparation of retentive grooves on the post-core surface can enhance the retentive force. Mesh-shaped retentive grooves provide the greatest retentive force. Different types of adhesives do not provide obviously different effect on the retentive force between the crown and the post and core.

Key words: post and core">, , metal full crown">, , retentive groove">, , adhesive">, , retentive force">, , modulus">, , three-dimensional finite element

中图分类号:

李征, 王媛, 田梦婷, 何惠宇. 桩核表面制备不同形式固位槽及使用不同黏结剂对固位力的影响[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(34): 5508-5513.

Li Zheng, Wang Yuan, Tian Mengting, He Huiyu. Effect of different retentive grooves and adhesives on the retentive force between crown and post and core[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2020, 24(34): 5508-5513.

图/表（结果） 4

2.1 万能力学仪拉力检测结果不同黏结剂情况下(玻璃离子水门汀、自固化树脂黏结剂)各组桩核冠的黏结固位力如表2所示。光滑组桩核表面未制备任何形式固位槽，其固位力过小，与其余各组不具比较意义，故不作结果分析。

但以玻璃离子水门汀黏结时，网状组黏结固位力最大，为6.64 MPa，点状形式固位槽组最小，为3.17 MPa，5组间黏结固位力比较差异有显著性意义(F=10.90，P < 0.05)；当以自固化树脂黏结剂黏结时，网状组黏结固位力最大，点状形式固位槽组最小，5组间黏结固位力比较差异有显著性意义(F=5.67，P < 0.05)。通过表3析因分析得到，黏结剂和不同固位槽在增加黏结强度中不存在交互作用(F=0.26，P=0.91)，使用不同黏结剂对各组固位力的影响不显著(F=1.04，P=0.31)，而制备有不同辅助固位槽的桩核在黏结后对固位力的影响显著(F=14.74，P < 0.05)。

2.2 三维有限元分析结果斜型组、水平组、网格组、点状组、光滑组、垂直组加载3 s的位移分别为2.872×10^-3，3.142×10^-3，1.696×10^-3，2.852×10^-3，3.502×10^-3，2.901×10^-3 mm。网格组模型中桩核与冠在相同单位时间内施加逐渐增加力的情况下相对滑移距离最小，意味着该组模型对应的桩核与冠模型固位能力最强。

滑移距离与时间曲线线形图记录了每个时间节点对应相同载荷桩核与冠模型相对位移的距离，更清晰的反映了各组模型真实的滑移过程，见图8。

应力和位移云图可显示应力和位移大小的运动趋势，红色区域为最大，而后依次减小。在应力不超过强度许可值即许用应力的前提下，施加相同时间和相同的力，网格组核表面颜色改变更为均匀且分布面更多向，其余各固位槽组颜色区域多集中在固位槽底部，较为集中且不均匀，其中光滑组颜色区域则更为零散无序，见图9。由此可推断网格状固位槽桩核表面各应力节点的应力变化更均衡，故在抗水平轴向拉力能力上更稳定。

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引言

临床上牙体的大面积龋坏及缺损，经完善根管治疗后剩余牙体组织不能为冠修复提供足够固位力时，临床经常使用桩核冠进行修复治疗^[1-2]，既保留了患牙又能够很好地恢复缺损牙体组织的形态和功能^[3]。

桩核冠修复体的设计相对复杂，临床应用较多，但也不乏失败病例^[4]。临床上桩核冠修复失败的情况，除了根折、断桩、桩核脱落等以外，还有一种常见的情况即仅冠脱落，而原有桩核与残根黏结稳固。临床医师解决此类问题，常会选用黏结力更强的黏结材料重新黏结，或在核的表面预备平行于牙长轴的数条固位槽(沟)再重新黏结^[5]，以增加冠与核的固位力，但远期效果往往都不理想。临床应用中发现平行于牙长轴的固位槽能增加固位力，也不影响牙冠部分的就位^[6-7]，但在有些情况下提供的固位力有限，如修复高度受限制致桩核的核部较短、核的锥度较大等。作者在实践工作中尝试性地在桩核表面制备其他形式的固位槽，如网状或点状的固位槽，冠与桩核黏结后发现有较好的效果。

基于临床实践实验设计了6组桩核冠模件：一组为无辅助固位形组，其余各组在桩核表面均预备不同形式的固位槽，并对6组模件进行光学扫面，数字建模。模件以不同黏结剂黏结后，进行万能力学仪单向拉力检测，并对模件的数字模型进行三维有限元结构力学分析计算^[8]，分析各组固位力的变化情况，采集数据，分析结果，后期为进一步临床试验提供实验室数据支持，以期最终可为临床工作提供参考。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

材料方法

1.1 设计拉力实验及三维有限元分析。

1.2 时间及地点实验于2017年1月至2019年12月在新疆医科大学第一附属医院医学研究中心完成。

1.3 材料模拟下颌前磨牙形态的铸造钴铬合金金属冠(乌鲁木齐市恒生健齿齿科技术有限公司)及钴铬合金桩核(乌鲁木齐市恒生健齿齿科技术有限公司)介绍见表1；玻璃离子水门汀(3MTMESPE)；自固化黏结树脂(美国3M公司U200树脂水门汀)。

实验用主要仪器设备与软件：高速涡轮手机(日本NSK公司)；金刚砂车针(日本马尼)；万能力学试验机及记录仪(济南方辰仪器设备有限公司)；电动慢速打磨机(佛山市众齿健医疗器械有限公司)；朗呈LD-100扫描仪(广东朗呈医疗器械科技有限公司)；Win7(64-Bit)操作系统，戴尔 Precision T7610，Intel Xeon E5-2630 v2(2.6 GHz/15 M)四核处理器，16 G DDR3内存，NVIDIA Quadro K2000(2 TB)；医学建模软件(Mimics 19.0、3-matic medicla 11，Materialise 比利时)；逆向工程软件(Geomagic Studio 2015，3D Systems，美国)；三维制图专用软件(Maya Autodesk美国、ZBrush Pixologic美国)；有限元分析专用软件(Ansys workbench 18.0，ANSYS，美国)。

1.4 实验方法

1.4.1 制备金属桩核冠模件制作模拟下颌前磨牙形态的钴铬合金金属冠及桩核成品件60个，核的轴向内聚角均为8°，随机分为6组，每组10个桩核及冠，除一组为无辅助固位形组(光滑组)，桩核表面不制备固位槽外，其余各组均用金刚砂车针分别在每组桩核表面制备5种不同形式的固位槽，包括平行于桩核长轴方向间距相等的固位槽(平行组)、垂直于桩核长轴方向间距相等的固位槽(垂直组)、与桩核长轴方向呈45°角斜行的固位槽(斜型组)、网状形式固位槽(网格组)、点状形式固位槽(点状组)，见图1。每条固位槽深度均控制在0.8-1.0 mm。

1.4.2 建立金属桩核冠模件的三维有限元模型用光学扫面议对6组模件分别进行光学扫描，生成数字图像(图2)，图像以“.stl”格式保存至u盘。采用Geomagic、Maya、ZBrush软件，读取扫描的“.stl”图像数据文件，因桩核固位槽为手工制备，需利用实物模型对比扫描模型图形，对模型图形网络的错面及破面进行手动修复。运用Maya绘制牙冠模型与桩核模型进行匹配(图3)，之后运用布尔得出牙冠内部与桩核表面纹理的贴合结构。所得数据以“.stl”文件格式存储。将修复后的三维几何模型数据导入maticmedicla- 11软件内，先将导入的三维几何模型数据进行自适应重划表面，将模型三角形边缘长度设置为0.3 mm，之后在创建体模型数据，将单元类型选为Tet4进行转换，适应有限元的标准几何体单元模型后，导出对应ANSYS标准的CDB数据文件(含表面、体单元)，见图4。

1.4.3 桩核冠黏结及拉力实验将处理好的各组桩核及对应外冠用体积分数75%乙醇消毒，待吹干后，按照使用说明分别用玻璃离子水门汀、自固化树脂黏结剂将桩核与冠黏结至完全密合，静置24 h^[9]，待进一步实验。将上述各组黏结完成的试件固定于万能力学试验机及记录仪上，方向与地面垂直，施力方向为桩核中心长轴方向，以2 mm/min的速度连续加载，直至桩核与冠分离，记录最大脱位力峰值。操作示意图见图5。

1.4.4 有限元检测将建好三维有限元模型导入之Geometry-Import Geometry有限元分析软件中，定义材料属性。钴铬合金、玻璃离子水门汀和自固化黏结树脂结构弹性模量、泊松比参数分别为214 000 MPa，0.33；7 560 MPa，0.35；6 000 MPa，0.25^[10]。

进行网格划分：桩核模型的结构形式比较不规则，因此使用高阶的四面的体网格进行划分。定义网格相关度为60，定义划分质量为Medium，定义划分方法为Hex Dominant Method，定义网格大小为15 mm(图6)，在不影响结构分析结果的前提下最大程度减少了结构计算时间。

约束及载荷施加：桩核部为固定位置，选择相应面元进行固定约束。采取相对滑移参数作为桩核的固位能力的主要评判指标。延模型中心轴向向固定约束端相反方向进行加载3 s(图7)，由0-600 N载荷逐步增加，即载荷随时间线性变化的方式，获得载荷时间曲线。为更好地体现出不同载荷情形下桩核与冠的相对滑移，此次分析采用了载荷子步的技术，分析采用了3个载荷步，每个载荷步分为10个子载荷步。应用三维限元分析软件Ansys11.0中进行运算分析。

1.5 主要观察指标各组的黏结固位力与相同时间内的位移变化。

1.6 统计学分析运用SPSS 24.0软件对数据进行分析，不同数量固位沟和不同固位槽形态的各个实验组组的黏结固位力用x(_)±s表示，对数据进行方差分析，对有差异的因素分别进行Tukey-Kramer多重比较检验；对不同黏结剂处理的各组数据进行析因分析，P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

以往研究表明，模仿口腔内环境从多方向在桩核冠修复体冠方施力至其冠脱位的力中，延其冠中心长轴方向施加的力值一般较大，那就意味着在口腔内该方向上的固位力如果大于脱位的力，其余方向施加到冠上的力使冠从桩核上脱位的可能性较小^[11-13]。基于此，此次实验设定延冠中心长轴方向的力进行实验。

另外研究指出，前磨牙能承受的最大咬力约为360 N，最大脱位力是4 kg/cm²(0.4 MPa)，经复合树脂或玻璃离子水门汀良好黏结的前磨牙桩核冠修复体，在其冠方延长轴方向施力致桩核冠从根管内脱位的力为432 N^[14-17]。此次实验中6组桩核冠模件抗拉的最大固位力，除光滑组外均大于以上数值，即：在口内桩核冠正常使用的情况下，核表面制备5种不同固位形的桩核较无固位形的光滑组固位力显著提高，且理论上发生冠与桩核脱位的可能性较小。但哪种固位槽形式效果更佳，最大能提供多大的固位力，以往研究涉及较少，故此次实验即是对以往研究的补充，也能为后期临床实验和临床实践提供实验室数据支持。

研究表明将核的轴向内聚角统一设置为8°，桩核与冠间的固位力接近于0^[18]。实验将所有桩核制作为内聚角8°的圆锥体，最大程度简化了桩核与冠的结合形式，避免核的表面由于面、角、线过多对冠与核间固位力产生不易判断的影响，桩核冠的固位仅靠黏结力与摩擦力实现，最大限度检验增加不同形式固位槽对增加冠的固位所起的不同作用，从而比较出最有利于增加固位的固位槽形式。同时，5组增加固位形的桩核表面均制备的了环绕圆锥形核一周的固位槽，尽量避免模量不对称可能造成的影响。三维有限元分析得出各组模量变化较为均匀，印证了此类设计的考虑。这也提示是否可以考虑，对于临床中由于固位形不佳导致冠脱落的前磨牙桩核冠修复体，将核按内聚角8°的圆锥体修整，并环绕圆锥形核一周制备固位槽，取得良好固位力的同时尽可能避免桩核模量不对称导致的应力集中。

研究表明，黏结表面积和表面粗糙程度是影响固位力的重要因素之一。据此分析，实验中利用金刚砂车针在核表面预备不同数量相同形式的固位槽后，增加了核的黏结表面积和黏结表面粗糙程度，进而增加了桩核冠的黏结固位力。随着预备固位槽数量的增加，黏结表面积不断增加，固位力也相应有了很大提高。同时实验中也发现由于桩核表面积的限制，能制备的不同数量相同形式固位槽有限，能增加的黏结固位力也受到限制。

实验对5种不同形式固位槽对增加固位力的影响情况进行万能力学仪力学检测和三维有限元力学研究。通过实验数据分析比较，网格形固位槽组的固位力最大(6.64 MPa)，点状固位槽组的固位力最小(3.11 MPa)，但都较核表面未作处理的光滑组固位力增加明显。有限元模型中对桩核与冠在相同的单位时间内施加逐渐增加力的情况下，网格组相对滑移距离最小，固位力最大。分析原因，由于核表面增加了固位槽，增大了核的表面积和粗糙度，从而显著增加了表面黏结面积，提高了黏结力和机械固位力。另外，点状固位槽散在排列于核表面，虽可一定程度增加黏结面粗糙度，但因其形态不利于黏结剂流动，降低了黏结效果，从而使固位力的增加受限。网格形固位槽其表面积相较其余各形式固位槽增加最多，同时有利于黏结剂排溢，故其黏结固位力最大。网状形式固位槽其槽的方向与桩核长轴方向呈45°角斜行交叉，较与桩核长轴方向平行的固位槽机械固位力也有明显增加。

实验对各组不同形式固位槽的桩核冠采用了临床常用的两种不同黏结剂(玻璃离子水门、自固化树脂黏结剂)进行黏结，结果表明各组桩核冠用不同黏结剂黏结后固位力变化趋势相似，析因分析发现不同黏结剂和不同固位槽在增加黏结强度中不存在交互作用(F=0.26，P=0.91)，黏结剂对各组黏结强度无影响(F=1.04，P=0.31)，不同形式的辅助固位槽对黏结强度有影响(F=14.74，P < 0.05)。

实验中也存在一些不足，如：实验为力的单一方向的集中载荷实验，虽有文献支持，但后期还会完善更多复杂因素影响下固位力的检测；由于实验条件的限制，未能将口内恒温恒湿的环境因素进行模拟；对于核的表面不同形式固位槽的制备，虽然均采用统一规格车针进行预备，但人工操作难免误差。故以上问题会在后期实验中进一步完善。

对于固位形较差的桩核与冠的黏结，选用不同黏结剂黏结对其固位力的增加并无明显效果，而在核的表面制备不同形式的固位槽使核的表面积及粗糙度得以增加，能增大黏结面积，进而增强冠与桩核的固位力，可有效防止冠的脱落，其中斜向与桩核长轴方向呈45°角斜行交叉的网状固位槽对黏结固位力的增加最为明显，对临床操作具有指导意义。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

桩核表面制备不同形式固位槽及使用不同黏结剂对固位力的影响

Effect of different retentive grooves and adhesives on the retentive force between crown and post and core

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