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人上颌中切牙位于牙弓的最前部,在切割食物、发音和面部美观等方面发挥着重要作用,系统研究其牙冠内部三维精细结构和牙周膜受力状态下改变,对于指导临床牙体预备和修复体设计具有重要的指导意义。以往文献报道主要集中于对人牙外形的测量研究,例如利用手工测量方法对牙冠的长度、宽度、冠根比等指标进行了报道,也有应用牙齿磨片等破坏性测量方法对牙冠内部结构形态进行相关研究的。然而受传统测量方法的限制,上述研究仅能反映某个牙冠断面的牙体组织信息,不能任意测量牙冠内部各位置牙体组织的三维信息,也无法从总体上了解牙冠牙釉质、牙本质、髓室以及牙周膜的体积和面积等重要信息。微计算机断层扫描技术(Micro CT)作为目前最先进的计算机断层扫描技术,可以在不破坏任何标本的情况下获取其准确的三维影像,并且其完善成熟的配套软件可用于牙齿的后续三维重建与测量。国外文献已有报道将Micro CT用于测量小鼠磨牙牙周膜在不同力学载荷下的变化。扫描电子显微镜(SEM)是目前观察牙周膜微观结构的最佳手段,可以观察到纳米级结构影像。目前关于上颌中切牙牙冠内部和牙周膜三维结构的研究较少,而关于上颌中切牙牙周膜在不同力学加载下的三维结构变化也未见有文献报道。因此,本实验将从人上颌中切牙牙冠与牙周膜两个方面分别进行初步研究。研究目的和方法本研究包括两部分实验内容。第一部分实验的研究目的是对人上颌中切牙牙冠内部三维形态结构进行测量研究,揭示其形态学特点和参数。研究方法是选取30个上颌中切牙标本,应用Micro CT对其进行三维扫描,重建获得牙釉质帽、牙本质核和髓室三个子模型,然后测量牙冠牙釉质帽和牙本质核的形态学参数、髓室各髓角至牙冠切端和相应邻面的距离等指标。第二部分实验的研究目的是探索颌骨在体上颌中切牙牙周膜在不同力学加载下的形态变化规律。研究方法是设计改进已有的一种牙周膜力学模拟加载装置,减小其重量和体积,使其能够满足Micro CT、SEM扫描测量的特殊要求;然后选取15副形态完整的上下颌骨标本,按照不加载力、50%最大咬合力和100%最大咬合力三种状态对上颌中切牙进行力学加载,同时在力学状态下分别进行Micro CT、SEM中观察,通过逆向工程软件对上颌中切牙牙周膜和牙槽骨进行三维重建、测量以及拟合,探索揭示人上颌中切牙牙周膜的形态变化规律。研究结果1.首次成功重建出包括牙釉质帽、牙本质核和髓室三个子模型在内的人上颌中切牙的三维精细模型,其内部结构形态测量参数为:1)唇侧牙釉质帽的厚度由颈缘至切端是(0.47±0.12~1.08±0.19)mm;舌侧釉质厚度差异无统计学意义(P﹥0.05);近中远中邻面釉质厚度:近中邻面(0.71±0.11)mm、远中邻面(0.88±0.12)mm,差异有统计学意义(P<0.05),Pearson相关分析结果显示:近中邻面和远中邻面釉质厚度之间存在统计学相关(P﹤0.05)。2)将上颌中切牙牙冠均匀3等分,等分为9个区域,分别命名为A、B、C、D、E、F、G、H、I。唇舌侧牙本质核厚度均以中颈1/3(F点)处最大,由小到大的顺序依次为D点<G点<A点<B点<E点<H点<C点<I点<F点(图4)。3)髓室各髓角至牙冠切端和相应邻面的测量指标如下:近中、远中髓角到牙冠切端的距离分别为(4.24±1.04)mm、(4.71±0.98)mm;近中、远中髓角到相应邻面的距离分别为(2.09±0.26)mm、(2.53±0.30)mm。统计学方法分析得出,各组间差异均有统计学意义(P<0.05)。Pearson相关分析结果显示:髓室各髓角至牙冠切端和相应邻面测量指标之间的差异均有显著统计学相关(P<0.05)。2.成功对牙周膜力学模拟加载装置进行了改进,力学加载范围设定为0-1000N,精度0.1N。该装置在赋予样本力学加载的同时,可以将压力持续稳定地施加于牙齿等被测物体上,同时可以放置于Micro CT和扫描电子显微镜等精密仪器中进行扫描,并且可以任意调节力学加载的数值。3.重建出人上颌中切牙牙周膜的三维精细模型,测量了15副30颗人上颌中切牙牙周膜的面积和体积,将牙周膜面积分为“一袖两面”。测量结果:牙周膜整体面积为(342.91±4.18)mm2,根侧牙周膜面积为(151.68±3.27)mm2,牙槽骨侧牙周膜面积为(183.38±4.24)mm2,牙槽嵴顶袖口处牙周膜面积为(7.85±1.36)mm2;牙周膜的体积为(27.11±2.47)mm3。统计学方法分析牙周膜三部分面积之间的差异有统计学意义(P<0.05)。Pearson相关分析结果显示:牙周膜的面积和体积之间存在统计学相关(P<0.05)。4.获得了50%最大咬合力和100%最大咬合力状态下人上颌中切牙牙周膜的面积和体积,对加力前后的牙周膜和牙槽骨三维模型进行了拟合,使用扫描电子显微镜从微观上观察了加力前后牙周韧带的分布规律。结论本研究成功建立了人上颌中切牙牙釉质帽、牙本质核和髓室的三维精细模型,揭示了牙釉质帽、牙本质核和髓室的内部结构参数,为牙齿形态学研究提供了科学有效的手段。另外,本研究还重建获得人上颌中切牙的牙周膜三维模型,对其在不同力学加载下的体积和面积进行了测量,初步探索了上颌中切牙牙周膜的变化规律,同时从微观角度观察了受力状态下牙周韧带的分布规律,为以后深入揭示其内在规律提供了良好的生物模型。