牙体预备生物机械原理

第四章牙体预备生物机械原理牙体预备(toothpreparation)泛指为恢复、改善或重建缺损、缺失人牙的解剖外形及生理功能，通过牙科器械对患牙或缺失牙相邻牙牙体进行去龋及外形修整，以满足修复体的固位、支持、外形、美观及功能需要的技术操作。第一节牙体及牙周组织功能结构特点牙体组织由四种组织构成——牙釉质(enamel）、牙本质(denfin)、牙骨质(cementum)和牙髓(pulp)。1．牙釉质覆盖在牙冠表面，厚度不均，由牙尖部向牙颈部逐渐变薄，正常牙冠其牙釉质最厚处可达2-2．5mm，而最薄处似刀刃状。2.牙本质是牙的主体，其脆性小于釉质，其硬度为80KHN。牙本质是一种无血管、矿化的有代谢力的结缔组织。当牙本质受到刺激后，在受损区相对应的牙髓壁上逐渐形成修复性牙本质，修复性牙本质中牙本质小管数目明显减少，甚至无小管可见。3.牙骨质牙骨质位于牙颈部以下的牙根区，是覆盖在牙本质表面的矿化硬组织，其在牙颈部较薄(20～50µm)，在根尖区、磨牙根分叉处较厚(约150-200µm)。4．牙髓牙髓是一种感觉非常敏感的组织，对冷、热、切割、压力和化学物质刺激均可产生敏锐的痛觉反应。但是牙髓组织随着人体年龄的增加，牙髓内细胞成分减少，纤维增多，牙髓活力下降，髓腔、根管可因继发性牙本质形成，渐变狭窄，牙髓感觉功能有所下降。在无痛治疗条件下的牙体预备中，必须结合牙体解剖形态、预备的牙体组织量进行切割．防止损伤牙髓。5.牙周组织牙的周围的组织称为牙周组织，即牙龈、牙周膜、牙槽骨，牙周组织起到承受、传导、缓冲咬合力的作用。牙周膜(periodontalmembrane)是致密性结缔组织，环绕牙根，界于牙根与牙槽骨之间。牙周膜由多种细胞、基质和纤维组成。牙被牙周膜中大量的胶原纤维固定在牙槽窝内，以抵抗和调节牙所承受的咀嚼压力，牙周膜的厚度不因年龄、功能持续状态而发生政变。牙龈(gingiva)是覆盖在牙槽突边缘及牙颈部的口腔黏膜组织，坚韧而微有弹性。牙槽骨(alveolarbone)是颌骨包围和支持牙根的突起部分，牙槽骨是一种矿物化结缔组织,矿物质含量约60％，当牙槽骨功能发生变化后，其结构和成分也将出现适应性变化。第二节牙体及牙周组织的生物力学特点一、牙体组织的生物力学特点临床牙体预备中主要涉及牙体中的牙釉质和牙本质，了解、认识这两种组织基本力学特征对于进一步研究及临床应用有着十分重要的作用。1.牙釉质力学性质牙釉质是属于各向异性非均质生物材料，其力学性质可因牙体不同的部位解剖而呈现不同的特点(表4—1、4-2)。2．牙本质力学性质：牙本质相关的力学参数见表3．牙体组织的剪切力学性质剪切变形是牙体组织重要的力学参数，在发生剪切变形时，在其内部引起的应力的分布规律和大小都十分复杂，有实验表明牛牙釉质的剪切模量明显高于其牙本质的剪切模量。牙本质的断裂是沿一定结晶学平面发生的，牙本质小管间的胶原纤维方向性可能影响其断裂值。牙釉质的自然断裂，一般见于有不符合生理力学的结构，如先天钙化不全或外形解剖异常，在长牙釉质的自然断裂主要是平行于釉质柱的基本方向，垂直断裂仅局限于近釉牙本质界的区域。牙本质的自然断裂多为垂直断裂，但从牙整体的研究报道，牙本质断裂并不受组织结构方向的影响，而是受冲击体的能量形状、冲击方向冲击点，牙支持组织性质、牙的几何形态的限制及牙的显微组织结构。二、牙周组织的生物力学特点介于牙根与牙槽骨之间的牙周膜，不断承受、支持、传递和分散来自牙的咬合力，并以此作为其组织细胞新陈代谢的功能刺激，以达到组织结构的改建。机械应力的作用可致细胞及细胞骨架发生改变，细胞形态的改变可引起细胞功能代谢的变化。机械为局部的一种媒介或信号，对牙周膜的功能代谢有着重要的临床意义。牙槽骨及颌骨的组织结构，如哈弗骨胶原纤维的数量、方向及骨小梁数量、排列方向皆与受力及力学性质有关。人体下颌骨、牙槽骨具有明显的各向异性和非均匀性，骨是多孔结构，断裂力学性呈各向异性。由于骨属裂纹体，致使其在外力作用下可能发生断裂。因此骨的密度和显微结构可明显影响骨的断裂力学性质。有实验表明，骨密度增加5％，其断裂韧性可增加30％。第三节牙体预备及牙体切割器械—、牙体预备的原则为使修复体与天然牙及牙颌系统外形协调，准确、无害而有效地牙体预备是重要环节。因此，牙体预备应在符合修复学原则和生物机械力学原则下进行。1．在尽量保存牙体组织的前提下，按固位、支持、抗力、美观和正常外形设计要求，尽量准确、均匀地磨除牙体组织，开辟出必要的修复间隙；2．牙体预备中注意正确选用器材设备，并采用降温措施保护牙髓；3．去净龋坏的牙体组织及无牙本质支撑的无基釉；4．去除妨碍修复体就位倒凹，消除牙体预备面可能引起代型磨损或应力集中的尖锐棱角；58º≤10º以满足固位和就位的要求。6．牙体预备中注意保护牙周组织及口周组织。二、牙体切割器械的工作原理及其选择金刚石具有很高的硬度和优良的理化性能，将有一定锐角的金刚砂粒，依一定的方向、间距以不锈钢车针中轴为圆心进行粘附或电镀，制成有一定切割硬组织能力的金刚砂车针，这是修复中牙体预备的重要器械。由于牙体外形结构不规则，而且其组织结构及硬度不同，故应在不损伤牙髓的原则下，根据修复设计需要来选择合适的车针及转速进行切割。所选车针应不易变形，具有较高稳定性和抗断裂能力，无尖端崩折或脱砂，旋转中同心度好，切割时应施力适当(30～60g)、循序而有效地切割牙体组织。三、切割器械种类（一）据车针外形结构及金刚砂粒度进行分类1．金刚砂车针外形分类球形(ball)、平头柱形(flatendcylinder)、圆头柱形(roundendcylinder)、尖头圆柱形(pointedcylinder)、轮形(reboundedwheal，wheel)、鱼雷形(torpedo)、梨形(pear，longpear)，倒锥形(invertedcone)、双倒锥形(doubleinvertedcone)、刀边形(knifeedge)、圣诞树形(xmastree)、针形(needle)、火焰形(flame)、橄榄球形(football)、蛋形(eggshape)、火焰头柱形(paralled-flameshapeend)、短头金刚砂针(shortshankdiamondpoints)，平行轮形车针(multi-wheeldiamondpoint)、锥形或平头金刚砂顶车针。2．车针金刚砂粒度按照金刚砂车针使用的金刚砂粒度分为不同粗糙度的车针，并在车针柄上标有不同颜色的色环。粗粒度金刚砂车针(125-150µm)柄上标有黑色色环；标准金刚砂车针(106-125µm)柄上标有蓝色色环；细粒度金刚砂车针(53-63µm)柄上标有红色色环或无色环；极细粒度刚砂车针（20-30µm)柄上标有黄色或白色色环。(二)功能分类1．初磨车针进行较大量的切割时，一般采用金刚砂粒度较粗(150µm)的车针。2．细磨车针小于40µm的车针用于已预备完成牙体表面的微细调磨、抛光。3．短炳金刚砂车针(shortshankdiamondpoints)用于张口度较小，尤其在磨牙区的牙体预备或颊脂垫异常肥厚患者的磨牙区牙体预备。4．长柄金刚砂车针临床牙冠较长的龈1／3区牙体预备。5．肩台车针该类车针设计上仅在其末端顶部有金刚砂，用于修整、预备牙体颈缘肩台。6．细长颈金刚砂车针(slenderinstrumentandlong，narrowneck)保证操作视野暴露更佳，使牙体预备能准确地向深层牙本质过渡，保证牙体受损害最小。(三)按照车针的质材分类根据车针工作端的制作材料不同，可分为金刚砂车针和钨钢车针。金刚砂车针已见前述。合金钢车针杆上字母及颜色标出不同工作头的性质：E：交错板牙（staggedtoothing)，L：刀口左旋(1eft-handtwist)，R：刀口右旋(right-hand-twist)，A：加左右旋——双向刀口，Q：规则板牙(requlartooting)，T：只用于钛金属的车针(fortitaniumonly)，HIP：特殊细钨钢等压热处理(hotisostaticpressing)车针杆上颜色代表含义：蓝色：交叉板牙双向刀口，红色：细牙交错刀口，黄色：细金刚刀口，绿色：横向高效切割刀口，无色：粗刀口车针等。应根据牙体预备的需要合理选用车针和控制牙科手机的旋转方向。如用交错板牙或规则板牙的车针切割牙体，用直形或螺旋形刀口的车针磨光牙体表面等。另外，合金钢车针工作端也有柱状、锥状、球状、橄榄状等许多不同的形状，可根据牙体预备的需要选择使用。四、切割器械的发展及展望近年来出现了铒激光(高能量激光)、红宝石激光(rubin)以及CO2激光等牙体组织修整技术，具有切割效率高，机械振动小，噪音低等优点。但由于牙体外形、结构的不规则性，以及牙体不同部位硬组织层次结构、厚度的不一致性，在进行牙体预备时，缺乏十分重要的手感，难以应用各种高能量激光准确地切割牙体组织，并且其热效应对牙釉质、牙本质可造成明显损伤，形成裂缝，发生炭化，引起结构改变等问题仍然需要研究。因此，目前研究金刚砂的结合工艺，以改善其金刚砂车针稳定性，减少热效应，提高、延长其使用寿命，仍是牙体切割器械的研究方向。五、牙体组织结构性能对切割器械的要求为完善修复，重建或恢复咀嚼咬合及美观功能，需磨除龋坏的牙体组织及切割部分健康的牙体组织。如何有效而恰当地进行牙体预备使组织受损程度最低，是十分重要问题。牙釉质各向异性较为明显，车针沿平行釉柱方向切割效率高。釉柱近牙体表面1／3处较直，内2／3处则弯曲扭转。磨牙牙尖区及前牙切缘处为绞釉柱，此处切割较困难。窝沟区釉柱由釉牙本质界向窝沟底部集中，牙颈部、釉柱排列近水平向，此处较易切割。不同部位牙本质的硬度不尽相同，但其各向异性较弱，垂直于牙本质小管方向加载易于断裂。一般牙本质小管自牙髓表面向釉牙本质界呈放射状排列。同时由于牙本质增龄性变化，其矿化程度增高，切割相对困难。由于高品质涡轮机转速可达310000-440000rpm，高速摩擦易产热，故在牙体预备中除应配置高效喷雾冷却系统外，牙体应采取间断磨法，均匀磨除。第四节、颌位关系异常情况下的牙体预备一、正常缺损牙或缺失牙相邻天然牙及对颌牙的排列位置、牙体或用于固定桥的基牙预备应以恢复原有的咬合接触关系为准。二、异常修复局部的咬合异常有多种情况。1．牙体严重磨耗陡峭边缘嵴等，对颌牙伸长，咬合接触中畸形高尖嵌入严重磨耗的中央窝，形成咬合锁结等*障碍。为彻底消除不良咬合的存在，应从整体咬合状况进行分析，制定修复治疗方案应有助于建立正常咬合关系，而不能仅仅局限于患者的主诉部位。2，近、远中相邻的天然牙向缺牙间隙倾斜，邻牙接触点消失，出现食物嵌塞。牙体预备各轴面应平行，为争获共，过度伸长者应行牙髓治疗后进行冠三、张口受限情况下的牙体预备各类张口受限情况下的牙体预备往往因妨碍手机及车针放置而存在困难。1．张口受限、小口裂可影响牙体的预备操作，牙体预备时应选用短头涡轮手机配以短柄或短头车针，不得已时还可改用直手机，以不同形状的砂石进行各个轴面及*面的预备。严重的关节强直．张口度过小者或无法保证牙体预备的要求时，可考虑在外科手术矫正关节疾病后再行牙体预备。2．颞颌关节习惯性脱臼者，备牙中应辅以助手托住下颌，间歇性预备，患者椅位尽量水平，减小自然重力的影响。