牙体预备生物机械原理

1、 第四章第四章 牙体预备生物机械原理牙体预备生物机械原理 牙体预备牙体预备(tooth preparation)(tooth preparation)泛指为恢复、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、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。外形、美观及功能需要的技术操作。第一节第一节 牙体及牙周组织功能结构特点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体组织由四

2、种组织构成牙釉质牙釉质(enamel(enamel）、牙本质、牙本质(denfin)(denfin)、牙骨质、牙骨质(cementum)(cementum)和牙髓和牙髓(pulp)(pulp)。1 1牙釉质牙釉质 覆盖在牙冠表面，厚度不均，由牙尖覆盖在牙冠表面，厚度不均，由牙尖 部向牙颈部逐渐变薄，正常牙冠其牙部向牙颈部逐渐变薄，正常牙冠其牙 釉质最厚处可达釉质最厚处可达2-22-25mm5mm，而最薄处，而最薄处 似刀刃状。似刀刃状。 2.2.牙本质牙本质 是牙的主体，其脆性小于釉质，其硬度是牙的主体，其脆性小于釉质，其硬度 为为80KHN80KHN。牙本质是一种无血管、矿化的。牙本质是一种

3、无血管、矿化的 有代谢力的结缔组织。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。牙本质小管数目明显减少，甚至无小管可见。 3. 3. 牙骨质牙骨质 牙骨质位于牙颈部以下的牙根区，是覆盖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，其在牙颈部在牙本质表面的矿化硬组织，其在牙颈部 较薄较薄(20(2050m)50m)，在根尖区、磨牙根分叉，在根尖区、磨牙根分叉 处较厚处较厚( (约约150-200m)1

4、50-200m)。 4 4牙髓牙髓 牙髓是一种感觉非常敏感的组织，对冷、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，牙髓感觉功发性牙本质形成，渐变狭窄，牙髓感觉功 能有所下降。能有所下降。 在无痛治疗条件下的牙体预备中，必须结合牙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

5、备的牙体组织量进行切割防止损体解剖形态、预备的牙体组织量进行切割防止损伤牙髓。伤牙髓。 5.5.牙周组织牙周组织 牙的周围的组织称为牙周组织，即牙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。承受、传导、缓冲咬合力的作用。 牙周膜牙周膜(periodontal membrane)(periodontal membrane)是致密性结缔是致密性结缔组织，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。牙被牙周膜中大量由多种细胞、基质和纤维组成。牙被牙周

6、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。状态而发生政变。 牙龈牙龈(gingiva)(gingiva)是覆盖在牙槽突边缘及牙颈部的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。口腔黏膜组织，坚韧而微有弹性。 牙槽骨牙槽骨(alveolar bone)(alveolar bone)是颌骨包围和支持牙根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的突起部分，牙槽骨是一种矿物化结缔组织, ,矿物质矿物质含量约含量约6

7、060，当牙槽骨功能发生变化后，其结构和成，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。分也将出现适应性变化。 第二节第二节 牙体及牙周组织的生物力学特点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。于进一步研究及临床应用有着十分重要的作用。 1.1.牙釉质力学性质牙釉质力学性质 牙釉质是属于各向异性非均牙釉质是属于各向异性非均质生物材料，其力学

8、性质可因牙体不同的部位质生物材料，其力学性质可因牙体不同的部位解剖而呈现不同的特点解剖而呈现不同的特点( (表表4 41 1、4-2)4-2)。 2 2牙本质力学性质：牙本质力学性质：牙本质相关的力学参数见表牙本质相关的力学参数见表 3 3牙体组织的剪切力学性质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。的剪切模量明显高于其牙本质的剪切模量。 牙本

9、质的断裂是沿一定结晶学平面发生的，牙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。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，在长学的结构，如先天钙化不全或外形解剖异常，在长期的咀嚼期的咀嚼力作用下发生的断裂。力作用下发生的断裂。 牙釉质的自然断裂主要是平行于釉质柱的基本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。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，但从牙整体牙

10、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，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。组织结构。二、牙周组织的生物力学特点二、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、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，以达到组织结其组织细胞新陈代谢

11、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。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

12、性，骨是多孔结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，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，骨密度增加质。有实验表明，骨密度增加5 5，其断裂韧，其断裂韧性可增加性可增加3030。 第三节第三节 牙体预备及牙体切割器械牙体预备及牙体切割器械、牙体预备的原则、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，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

13、环节。因准确、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。力学原则下进行。1 1在尽量保存牙体组织的前提下，按固位、支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，开辟出必要的修复确、均匀地磨除牙体组织，开辟出必要的修复 间隙；间隙；2 2牙体预备中注意正确选用器材设备，并采用降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；温措施保护牙髓；3 3去净龋坏的牙体组织及无牙本质支撑的无基釉；去净龋坏

14、的牙体组织及无牙本质支撑的无基釉； 4 4去除妨碍修复体就位倒凹，消除牙体预备面可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；能引起代型磨损或应力集中的尖锐棱角；5 5完成的牙体预备其轴壁完成的牙体预备其轴壁向聚合度一般不超过向聚合度一般不超过 88，洞壁，洞壁向外展向外展1010以满足固位和就位的以满足固位和就位的 要求。要求。6 6牙体预备中注意保护牙周组织及口周组织。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，金刚石具有很高的硬度和优良的理化性能，将有

15、一定锐角的金刚砂粒，依一定的方向、间距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，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，具有较高稳定行切割。所选车针应不易变形，具有较

16、高稳定性和抗断裂能力，无尖端崩折或脱砂，旋转中性和抗断裂能力，无尖端崩折或脱砂，旋转中同心度好，切割时应施力适当同心度好，切割时应施力适当(30(3060g)60g)、循、循序而有效地切割牙体组织。序而有效地切割牙体组织。 三、切割器械种类三、切割器械种类（一）据车针外形结构及金刚砂粒度进行分类（一）据车针外形结构及金刚砂粒度进行分类1 1金刚砂车针外形分类金刚砂车针外形分类 球形球形(ball)(ball)、平头柱形、平头柱形(flat end cylinder)(flat end cylinder)、圆头柱形圆头柱形(round end cylinder)(round end cylind

17、er)、尖头圆柱形、尖头圆柱形(pointed(pointed cylinder)cylinder)、轮形、轮形(rebounded wheal(rebounded wheal，wheel)wheel)、鱼雷形、鱼雷形(torpedo)(torpedo)、梨形、梨形(pear(pear，long long pear)pear)，倒锥形，倒锥形(inverted cone)(inverted cone)、 双倒锥形双倒锥形(double inverted cone)(double inverted cone)、刀边形、刀边形(knife edge)(knife edge)、圣诞树形、圣诞树形(x

18、mas tree)(xmas tree)、针形、针形(needle)(needle)、火焰形、火焰形(flame)(flame)、橄榄球形、橄榄球形(football)(football)、蛋形、蛋形(egg shape)(egg shape)、火焰头柱形、火焰头柱形(paralled-flame shape end)(paralled-flame shape end)、短头金刚砂针、短头金刚砂针(short shank diamond points)(short shank diamond points)，平行轮形车，平行轮形车针针(multi-wheel diamond point)(mu

19、lti-wheel diamond point)、锥形或平、锥形或平头金刚砂顶车针。头金刚砂顶车针。 2 2车针金刚砂粒度车针金刚砂粒度 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粗糙度的车针，并在车针柄上标有不同颜色的色环。环。 粗粒度金刚砂车针粗粒度金刚砂车针(125-150m)(125-150m)柄上标有黑柄上标有黑色色环；标准金刚砂车针色色环；标准金刚砂车针(106-125m)(106-125m)柄上标有柄上标有蓝色色环；细粒度金刚砂车针蓝色色环；细粒度金刚砂车针(53-63m)(53-63m)柄上标柄上标有红

20、色色环或无色环；极细粒度刚砂车针（有红色色环或无色环；极细粒度刚砂车针（20-20-30m)30m)柄上标有黄色或白色色环。柄上标有黄色或白色色环。 ( (二二) )功能分类功能分类 1 1初磨车针初磨车针 进行较大量的切割时，一般进行较大量的切割时，一般采用金刚砂粒度较粗采用金刚砂粒度较粗(150m)(150m)的车针。的车针。 2 2细磨车针细磨车针 小于小于40m40m的车针用于已预备的车针用于已预备完成牙体表面的微细调磨、抛光。完成牙体表面的微细调磨、抛光。 3 3短炳金刚砂车针短炳金刚砂车针(short shank diamond (short shank diamond point

21、s) points) 用于张口度较小，尤其在磨牙区的用于张口度较小，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牙体预备或颊脂垫异常肥厚患者的磨牙区牙体预备。预备。 4 4长柄金刚砂车针长柄金刚砂车针 临床牙冠较长的龈临床牙冠较长的龈1 13 3区牙区牙体预备。体预备。5 5肩台车针肩台车针 该类车针设计上仅在其末端顶部有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。金刚砂，用于修整、预备牙体颈缘肩台。6 6细长颈金刚砂车针细长颈金刚砂车针(slender instrument and (slender instrument and longlong，narrow

22、 neck) narrow neck) 保证操作视野暴露更佳，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。体受损害最小。 ( (三三) )按照车针的质材分类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。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合金钢车针杆上字母及颜色标出不同工作头的性质：的性质： E E：交错板牙（：交错板牙（stagged toothing)stagged toothing

23、)，L L：刀口：刀口左旋左旋(1eft-hand twist)(1eft-hand twist)，R R：刀口右旋：刀口右旋(right-(right-hand-twist)hand-twist)， A A：加左右旋：加左右旋双向刀口，双向刀口， Q Q：规则板牙：规则板牙(reqular tooting)(reqular tooting)， T T：只用于钛金属的车针：只用于钛金属的车针(for titanium only)(for titanium only)，HIPHIP：特殊细钨钢等压热处理：特殊细钨钢等压热处理(hot isostatic (hot isostatic pressi

24、ng)pressing)车针杆上颜色代表含义：蓝色：交叉板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：粗刀刚刀口，绿色：横向高效切割刀口，无色：粗刀口车针等。口车针等。 l应根据牙体预备的需要合理选用车针和控制牙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。磨光牙体表面等。l另外，合金钢车针工作端也有柱状、锥状、球另

25、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。备的需要选择使用。 四、切割器械的发展及展望四、切割器械的发展及展望 近年来出现了铒激光近年来出现了铒激光( (高能量激光高能量激光) )、红宝石、红宝石激光激光(rubin)(rubin)以及以及COCO2 2 激光等牙体组织修整技术，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。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

26、性，在进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缝，发生炭化，引起结构改变等问题仍然需要研究。究。 因此，目前研究金刚砂的结合工艺，以因此，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高、延长其使用寿命，仍

27、是牙体切割器械的研究方向。研究方向。 五、牙体组织结构性能对切割器械的要求五、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。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。釉柱近牙体表面柱方向切割效率高。釉柱近牙体表面1 13 3处较处较直，内直，内2 23 3处

28、则弯曲扭转。磨牙牙尖区及前牙处则弯曲扭转。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。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，切割相时由于牙本质增龄性变化，其矿化程度增高，切割相对困难。对困难。 由于高品质涡轮机转速可达由于高品质涡轮机转速可达310000-440000rpm310000-440000rpm，高速摩擦易产热，故在牙体预备中除应配置高效喷雾高速摩擦易产热，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。冷却系统外，牙体应采取间断磨法，均匀磨除。 第四节第四节 、颌位关系异常情况下的牙体预备、颌位关系异常情况下的牙体预备 一、正一、正 常常 缺损牙或缺失牙相邻天然牙及对颌牙的排列位缺损牙或缺失牙相邻天然牙及对颌牙的排列位 置、置、 面形态、面形态、 曲线无异常者