有限元分析法研究开髓方式对前磨牙及磨牙抗折能力的影响

发布时间：2020-04-03 11:17

【摘要】：研究背景根管治疗的目的是清除根管系统内残余的牙髓、细菌微生物及其它代谢产物~([1])。通常认为,根管治疗后的牙齿牙体组织缺乏有效的营养供应导致牙本质及牙釉质生物力学的改变。此外,由于牙齿的结构形态,如牙尖、边缘嵴及髓室顶等物理结构的破坏也减弱了它的强度~([2,3,4])。有研究表明根管治疗后牙齿硬度只下降了原先的9%~([5]),造成其抗折能力下降的主要原因是结构完整性的破坏。开髓作为根管治疗的基础步骤,目的是有效地清理根管。传统的根管治疗要求开髓洞型尽可能扩展以满足预备器械的直线通路~([6])。有学者指出,传统的开髓洞型是根管治疗后牙体破坏的主要原因之一~([7])。过大的开髓洞型使得根管治疗后牙齿折断风险大大增加~([8])。因此,寻找一种合适的开髓方式,减少开髓洞型的预备量从而改善根管治疗后牙齿的抗折强度是有必要的。近年来,微创牙科(Minimally Invasive Dentistry,MID)~([9])的概念被提出,它包含口腔医学的所有领域,而共同的特点则是对原有组织的保留,特别是通过预防性的保留措施防止某些不可逆疾病的发生。微创牙髓治疗(Minimally Invasive Endodontics,MIE)~([10])作为MID的一个分支是在牙髓治疗过程中极大限度地保留健康的牙体组织,强调在阻断已有病变发生及发展的基础上,更好地保持牙体结构的完整性从而提高患牙的远期疗效。MIE理念建议对传统开髓洞型设计进行改良,通过精准的开髓及髓腔修整,尽可能保护对咬合功能发挥起到重要作用的舌隆突、斜嵴及髓室顶,增强患牙的抗折力~([11])。在锥形束计算机断层扫描(Cone Beam Computer Tomography,CBCT)和牙科手术显微镜(Dental Operating Microscopy,DOM)的协助下一些学者已在临床上对更加微创和精准的开髓方式进行尝试~([12,13])。微创的开髓方式可以通过CBCT对患牙进行扫描来确定根管的数量及位置。根据CBCT的数据可制作个性化3D导板,在导板的精确定位和显微镜的辅助指导下锁定根管在咬合面的具体位置,在尽可能保护牙体组织,保留不必要磨除的原则下进行开髓。有别于传统开髓,这种微创的开髓方式不仅能够精确定位根管的具体位置,避免因牙体结构异常或髓腔钙化等情况导致侧穿,还能减少对髓室顶及颈部牙本质的切削。完成根管治疗后,由于牙体结构破坏小,可以尝试通过直接的树脂充填修复来代替全冠或者嵌体等间接修复方式。然而,如何设计微创开髓洞型可以更好地利用牙体结构的完整性来增加术后患牙的抗折能力,目前还尚未明确。有限元分析法是研究具有复杂结构物体的有效手段~([14,15])。它的优势在于可将具有不规则外型结构的物体分割成许多可以单独负载的简单小单元,从而评估整个不规则结构的受力情况。它与计算机结合,能够提高复杂数据处理的精确度。对于具有小而复杂外形的牙齿,有限元分析法能够直观地展示其在不同应力作用下各个部分的应力分布情况,计算结果与实际有高度的一致性。因此本研究拟采用有限元分析法研究开髓洞型对牙齿抗折强度的影响。研究目的本研究对前磨牙及磨牙设计不同开髓洞型,采用三维有限元分析法,通过施加不同负载,计算各状态下的应力分布情况,分析不同开髓方式对牙体受力的影响。实验方法1、收集临床上因正畸或牙周炎拔除的无龋坏、无缺损、牙合面形态清晰的人上颌第一前磨牙、上颌第一磨牙及下颌第一磨牙。使用Micro-CT对样本进行扫描。将Micro-CT获得的图像以DICOM格式导入工程软件Mimics 16.0中,按照牙釉质、牙本质的灰度值设置各自的阈值范围,以Mark的形式将牙釉质和牙本质进行分离。通过Boolean运算得到牙髓初级模型。运用Calculate 3D命令生成牙釉质、牙本质、髓腔的面片式3D模型。在Geomagic Studio 2013软件中以STL格式分别导入Mimics 16.0生成牙釉质、牙本质及牙髓。对模型进行清除噪音、修整交错面、光滑尖锐边角处理,然后生成实体模型。将生成的牙釉质、牙本质及牙髓以装配体的形式导入Solid Works 2014软件中组合生成完整的牙体。使用设计命令分别生成厚度为0.25mm的牙周膜及厚度均大于1.5mm的皮质骨、松质骨。最后分别生成上颌第一前磨牙、上颌第一磨牙及下颌第一磨牙的有限元模型。2、上颌第一前磨牙模型开髓洞型设计:(1)分别以颊、腭侧两根管口在牙合面的投影为位置设计的不同直径的两孔微创开髓洞型(1.0mm-2,1.3mm-2,1.5mm-2);(2)分别以两根管根分叉水平在根管内中点和两根管口中点连线向上延伸至牙合面的交点为位置设计的开髓孔远离中央窝的一孔微创开髓洞型(1.5mm-1-DC);(3)依据(2)的设计方式,将牙合面开髓孔转移至中央窝预备的一孔微创开髓洞型(1.5mm-1-CE)。(4)从牙合面至髓腔形成直线入路的传统开髓洞型TEC(Traditional Endodontic Cavity,TEC)。根管充填热牙胶,髓腔用流动树脂封闭,开髓孔用通用树脂封闭。应力加载设计:(1)中央窝轴向负载100N;(2)颊尖腭斜面单点斜向负载100N;(3)颊尖腭斜面及腭尖颊斜面两点斜向负载100N。计算分析各负载下模型各部位的受力情况。3、上颌第一磨牙模型开髓洞型设计:(1)以颊侧两根管及腭侧根管根分叉水平在根管内中点和两根管口中点连线向上延伸至牙合面的交点为位置设计的微创开髓洞型MEC(Minimally Invasive Endodontic Cavity,MEC);(2)从牙合面至髓腔形成直线入路的传统开髓洞型TEC;(3)保留2mm厚度的洞壁牙体组织为基础预备的扩大开髓洞型EEC(Extend Endodontic Cavity,EEC)。应力加载设计:(1)中央窝轴向负载200N;(2)牙合面多点轴向负载800N;(3)腭尖腭斜面斜向负载225N。计算分析各负载下模型各部位的受力情况。4、下颌第一磨牙模型开髓洞型设计:(1)以近中两根管及远中根管的根分叉水平在根管内中点和各根管口中点连线向上延伸至牙合面的交点为位置设计的微创一孔开髓洞型MEC1;(2)以根分叉水平在根管内中点和根管最大弯曲处在根管内中点,连线向上延伸至牙合面的交点为位置设计的微创一孔开髓洞型MEC2;(3)以近、远中根管口在牙合面的投影位置设计的微创两孔开髓模型MEC3;(4)从牙合面至髓腔形成直线入路的传统开髓洞型TEC。应力加载设计:(1)牙合面轴向多点负载700N;(2)牙合面斜向多点负载200N。计算分析各负载下模型各部位的受力情况。研究结果1、上颌第一前磨牙有限元分析实验结果显示:(1)牙合面:一孔微创开髓模型在各负载下应力集中区较传统开髓模型小,两孔微创开髓模型最大应力值与传统开髓模型接近。传统开髓模型在各个负载下洞型边缘都存在应力集中区。(2)牙颈部:一孔微创开髓模型在牙颈部受力传统开髓模型两孔微创开髓模型。(3)根尖区:微创开髓模型与传统开髓模型相比根尖区受力没有明显差异,两者在轴向负载时应力值小于完整牙模型,在斜向负载时应力值大于完整牙模型。2、上颌第一磨牙有限元分析实验结果显示:(1)牙合面:在牙合面多点负载时,各模型在近中边缘嵴都出现了应力集中,且随洞型的扩大,应力随之增加。(2)牙颈部:随着开髓洞型的扩大,各模型在牙颈部的受力也逐渐增大。(3)根尖区:各治疗后模型在根尖区的应力没有明显差异,且都高于完整牙模型。3、下颌第一磨牙有限元分析实验结果显示:(1)牙合面:在各负载下,微创开髓模型应力集中区域及最大应力值小于传统开髓模型。在微创开髓组中,一孔微创开髓模型在牙合面的最大应力值小于两孔微创开髓模型。(2)牙颈部:两孔微创开髓模型在牙颈部受力大于一孔微创开髓模型及传统开髓模型,而后两者没有明显差异。(3)根尖区:除一孔微创模型(MEC2)应力相对较小外,其余模型根尖区受力没有明显差异。研究结论1、上颌第一前磨牙,开髓洞型位于颊尖腭斜面的一孔微创开髓模型与传统开髓模型及两孔微创开髓模型相比能够减少应力在牙合面及牙颈部的集中。2、上颌第一磨牙,在牙牙合面,开髓孔越接近边缘嵴,边缘嵴受到的应力越集中。同时,随着开髓洞型的扩大,牙颈部的受力也随之增大。3、下颌第一磨牙,以根分叉水平在根管内中点和根管最大弯曲处在根管内中点连线向上延伸至牙合面的交点为位置设计的微创开髓模型(MEC2),在牙合面及根尖区应力小于其他微创开髓设计及传统开髓洞型。
【图文】：

STL格式,操作界面,软件,牙髓腔

Boolean 运算得到牙髓腔。运用 Calculate 3D 命令生成牙釉质、牙本质、髓腔的面片式三维模型。图1-1 Mimics 16.0操作界面（2）在 Geomagic Studio 2013 软件中以 STL格式分别导入 Mimics 16.0生成的

牙槽骨,专用软件,实体模型,有限元分析

表面有明显缺陷的区域进行去除，检查模型的交错尖锐边，光顺各个模型的表面。编辑构造轮廓线，栏栅，生成实体三维模型，，以 STP 格式保存。质、牙本质、牙髓的实体三维模型导入到三维设计制中，保存为零件格式。在软件中新建装配体，分别以质、牙本质及牙髓，设定各原点统一。使用“组合”而得到完整牙体模型。以等距曲面的方式生成釉牙m[31]的牙周膜。在牙体模型的近远中各建立基准面，截面轮廓，以放样曲面的方式生成牙槽骨模型，使用 1.5mm[32]的皮质骨和松质骨，完成包含牙槽骨模型的的建立。再在牙体模型牙合面使用分割线绘制出将来需2)。
【学位授予单位】：广州医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R781.05

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