Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn分裂预成根管桩对牙根应力分布的有限元分析及其优化设计

发布时间：2020-03-21 00:51

【摘要】：桩核材料以及设计形式影响牙髓治疗后桩核修复系统的抗折性能。直到现在,究竟哪种材料和技术最适合用于桩核修复,文献中尚无统一的定论。根管桩材料主要包括金属桩、纤维桩和瓷桩。一般情况下,金属桩和瓷桩的强度要高于纤维桩,但纤维桩对比与金属桩和瓷桩有着更好的柔韧性,而不易引起根折。在强度和柔韧性之间怎样舍取尚没有明确的报道。 不同桩材料可影响修复后牙本质的应力分布形式和大小,对修复体的固位和抗力性有重要影响。传统上,铸造桩核系统由于其较好的机械强度而成为首选。然而,由于金属的弹性模量远高于牙本质,过多的应力可能会集中于桩的末端,最终导致牙根的破坏性垂直断裂。当该情况发生时,临床上很难再次修复,多数牙根都得拔除。因此,许多研究表明弹性模量接近于牙本质的根管桩材料更加可取。 钛铌锆锡(TNZS)合金,一种低弹性模量的钛合金,拥有较低的弹性模量(45GPa)和较高的抗拉强度(850MPa)。该合金弥补了金属桩弹性模量高及纤维桩强度低的缺点。预成根管桩的设计形态参照美国EDS公司的Flexi-Flange系统并加以改进,根管桩主体结构为末端锥形桩,最大特点为桩体的下半部分有一裂隙,有文献表明该系统根管桩固位良好,对牙根牙本质的应力分布较对称,抗疲劳特性高于其他的预成桩系统。 本研究采用三维有限元分析方法,探讨低弹性模量钛合金作为预成根管桩材料结合分裂形态设计能否避免残根的应力集中,降低根折的发生,提高临床上桩核冠修复的远期成功率,并为进一步实验力学分析及根管桩形态的优化设计打下基础。本研究总共包括三个部分。 1.参数化的可自适应改变的桩核冠三维有限元模型的建立 采用逆向工程技术及Pro/E软件相结合的方法建立了上颌中切牙桩核冠的三维有限元模型;该模型建立过程中采用了参数化设计,模型可以根据参数变化进行自适应改变;该方法提高了建模的准确性、灵活性和速度,也为根管桩形态的优化设计提供了分析平台。 2.不同弹性模量材料及不同形态根管桩对牙根及桩/牙本质界面应力分布的影响 本实验比较不同弹性模量的金属(不锈钢、纯钛、金合金、TNZS)作为预成根管桩材料修复后牙本质的应力分布形式和大小,同时考察分裂形态桩相比于无分裂形态桩能否降低牙根牙本质的应力分布形式和大小,为进一步的桩材料选择和桩形态的优化设计提供参考。结果显示:①在毗邻牙槽骨嵴顶的牙根颈部区域,随着桩材料弹性模量的降低,Von Mises应力峰值逐渐升高。②在桩/牙本质界面,随着桩材料弹性模量的降低,Von Mises应力峰值逐渐降低。③在桩材料和加载形式一致的情况下,在桩/牙本质界面,分裂桩的应力峰值要小于无分裂桩。④TNZS合金桩相比于其他桩材料在桩/牙本质界面的应力分布较均匀一致,应力峰值较小。⑤TNZS分裂桩在桩/牙本质界面的应力峰值最小,可以有效地预防牙根折裂的发生。 3.优化TNZS分裂桩的裂隙高度及宽度 在第二部分研究的基础上,将TNZS分裂桩的裂隙高度及宽度同时设为优化目标,进行优化设计,优选出TNZS分裂桩最佳的裂隙高度及宽度。设定裂隙高度(变量H)在2.5mm-6.5mm,宽度(变量D)在0.1mm-0.5mm之间变化。结果显示:①裂隙高度和宽度对桩自身的Von Mises应力峰值影响最大,其次是粘固剂的最大剪切力,再次是桩/牙本质界面的Von Mises应力峰值,最后是牙根颈部区域的Von Mises应力峰值。四个部位的应力峰值变化更易受到斜向加载力的影响。②对于牙根颈部区域的Von Mises应力峰值,垂直加载下裂隙高度比宽度对其影响大,斜向加载下正相反;对于桩/牙本质界面的Von Mises应力峰值,在两种应力加载下,裂隙宽度比高度对其影响大;对于桩的Von Mises应力峰值,在两种应力加载下,裂隙高度比宽度对其影响大。③裂隙高度要比宽度对于桩的固位起着更重要的作用。④裂隙高度在2.50mm-4.65mm范围,裂隙宽度在0.25mm-0.32mm范围,对于牙根及桩的Von Mises应力值最小。
【图文】：

第四军医大学硕士学位论文提高扫描精度，选取1：2等比例放大的上颌中切牙教学模型（见采用3DSS_STD_Ⅱ三维光学扫描仪对该模型进行分区域扫描，共面、近中面、舌面、远中面、切缘五个不同位置的三维点云图。ic Studio 10.0逆向工程软件拼合不同位置的三维点云获得牙体表面，然后进行实体化，按等比例缩小一倍，，存为*.igs格式。见图1

取包括唇面、近中面、舌面、远中面、切缘五个不同位置的三维点云图。Geomagic Studio 10.0逆向工程软件拼合不同位置的三维点云获得牙体表面点云图像，然后进行实体化，按等比例缩小一倍，存为*.igs格式。见图1-2。图1-1 1：2等比例放大上颌中切牙 图1-2 实体化的牙模型教学模型图1.3 桩核冠各部分形态设计根据口腔修复学要求，本实验的设计如下：根长为13.5mm，冠长为12.0mm，粘固剂厚度为0.25mm，全瓷冠切端厚2.0mm，颈部肩台为90°，宽度1mm，轴面聚合度2°-5°
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R783

【参考文献】

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本文编号：2592466