何时进行修复：人类第一前磨牙中关键裂纹尺寸的阈值

《The Journal of Prosthetic Dentistry》：When to restore: Critical crack-size thresholds in human first premolars

牙齿裂纹深度和宽度对前磨牙力学性能的影响及临界尺寸研究。通过实验和有限元分析，发现裂纹深度比宽度更显著影响牙齿强度，当深度达3毫米且宽度1毫米时强度损失67.2%。验证了von Mises应力理论的有效性，并确定裂纹扩展至牙髓腔（D3W1）为关键干预阈值。

　　

索拉蓬·纳·兰庞（Sorapon Na Lampang）、佩查拉特·达马亚纳朗西（Phetcharat Dhammayannarangsi）、通蓬·阿瑞琼（Trongporn Areechon）、托帕德·因德拉约达（Thopad Indrayodha）、塔纳蓬·林库尔（Tanaporn Limkul）、塔诺姆苏克·杰拉纳伊法伊萨恩（Thanomsuk Jearanaiphaisarn）、塔纳蓬·奥萨萨农（Thanaphum Osathanon）、尼科斯·马特奥斯（Nikos Mattheos）、帕克西妮·卡莫尔拉塔纳库尔（Paksinee Kamolratanakul）、松蒂皮·艾曼尼（Sontipee Aimmanee）、保罗·V·阿博特（Paul V. Abbott）、努塔波尔·林杰拉贾鲁斯（Nuttapol Limjeerajarus）、查利达·纳卡莱卡·林杰拉贾鲁斯（Chalida Nakalekha Limjeerajarus）

泰国曼谷朱拉隆功大学牙科学院研究生院牙科生物材料科学系研究生

摘要

问题陈述

尽管裂纹牙齿是一个常见的临床问题，但对于适当的治疗策略（特别是对于没有临床症状的早期裂纹）仍缺乏共识。目前的指南没有明确指出牙齿结构完整性显著受损的关键裂纹尺寸（深度和宽度），这导致临床决策在监测和修复干预之间存在不确定性。

目的

本研究的目的是探讨裂纹深度和宽度对人类第一前磨牙极限强度和应力分布的影响，以指导临床治疗决策。

材料与方法

选取了40颗健康的人类第一前磨牙，分为5组：对照组（无裂纹）和4组具有不同深度（D：2至4毫米）和宽度（W：0.5至1毫米）的实验性裂纹的牙齿。通过压缩试验评估极限强度、断裂起源和裂纹扩展方向。使用单因素方差分析（ONE-WAY ANOVA）和多元线性回归（multiple linear regression，α=0.05）进行统计分析。基于主应力理论和能量失效理论，采用有限元分析（FEA）模拟应力分布。计算结果通过实验结果进行了验证。对于较小的裂纹（D：1至3毫米；W：0.1至0.5毫米），也通过FEA进行了建模，以确定亚临床临界阈值。

结果

裂纹深度对牙齿极限强度的降低具有主导作用（β=-0.803，P<0.001），而在裂纹深度达到4毫米时，宽度的影响变得不显著（β=-0.059，P=0.480）。裂纹牙齿的断裂通常发生在裂纹尖端（91%的案例），而健康牙齿的断裂则发生在腭侧尖。冯·米塞斯应力准则（von Mises stress criterion）能够准确预测裂纹牙齿的行为，而主应力理论则不能。确定了临界裂纹尺寸阈值：在D1W0.5和D2W0.1的情况下，强度降低了15%；在D3W1的情况下，当裂纹延伸到牙髓腔时，强度降低了67%。

结论

裂纹尺寸的增加会显著削弱牙齿的强度，其中深度是主导因素。建议使用冯·米塞斯应力理论来分析裂纹牙齿。确定的临界裂纹尺寸为修复干预提供了可行的阈值。

部分内容摘录

材料与方法

本研究采用了实验方法和有限元分析（FEA）（图1）。实验部分评估了具有可控裂纹尺寸的第一前磨牙的极限强度和断裂特性，而FEA模拟则将分析扩展到了实验难以实现的更小裂纹尺寸。

出于正畸原因提取的健康第一前磨牙（年龄20至40岁），在获得伦理批准（HREC-DCU 2022–036和2025–094）后进行实验。

结果

使用直径6毫米的钢球压头进行压缩试验（图3A）发现，随着裂纹尺寸的增加，牙齿强度显著下降（P<0.001）。平均强度范围从817.1 MPa（健康牙齿）降至293.7 MPa（D4/W1，图3B）。回归分析表明，裂纹深度的影响大于宽度（β=-0.803，P<0.001）。在裂纹深度为4毫米时，宽度的影响不再显著（β=-0.059，P=0.480）。为了验证回归结果的稳健性，还对裂纹样本进行了双因素方差分析（two-way ANOVA）。

讨论

数据支持研究假设，即裂纹深度对第一前磨牙的极限强度影响大于宽度。通过结合实验和数值方法，本研究探讨了裂纹尺寸对第一前磨牙断裂强度和特性的影响，为确定需要干预的临界裂纹尺寸提供了框架。

使用液氮创建的典型实验裂纹在方向和尺寸上缺乏精确性。

结论

根据这项体外研究和FEA的结果，得出以下结论：

• 裂纹深度和宽度显著影响牙齿强度，随着裂纹的扩大，承载能力下降。裂纹深度的影响比宽度更为显著；一旦牙髓受累，宽度的影响可以忽略不计。
• 冯·米塞斯失效理论能更好地解释裂纹深入牙本质时的失效行为。
• 确定了两个临界阈值：牙髓受累时强度损失67.2%；以及更小尺寸的裂纹。

伦理批准声明和参与同意

作者确认所有研究均遵循朱拉隆功大学牙科学院人类研究伦理委员会批准的相关指南/规定（批准编号HREC-DCU 2022–036和HREC-DCU 2025–094）进行。

数据可用性声明

如需，可从通讯作者处获取支持本研究结果的数据。

出版同意

不适用。

参与同意

已获得所有参与者的知情同意。

患者同意

已获得患者的知情同意。

关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

（我们确认在科学写作中未使用生成式AI。）

致谢

作者感谢朱拉隆功大学牙科学院口腔病理学系的助理教授索拉努恩·昌塔兰苏（Assist Prof Soranun Chantarangsu）在统计分析方面提供的宝贵指导和支持。