嵌体修复下颌第一磨牙的有限元应力分析

发布时间：2020-05-26 06:06

【摘要】： 研究背景随着嵌体材料、加工制作技术的发展,以及牙体缺损修复理念的改变,近年来,嵌体已成为牙体缺损保存修复的首选之一。目前虽然在嵌体洞型预备的标准方面达成了共识,但是在嵌体的临床应用中还存在一些问题,例如：垫底对其修复效果有无影响、不同材料种类的嵌体修复效果之间有无差别、颊-(?)-舌(bucco-occluso-lingual, BOL)嵌体修复后磨牙内部的应力分布情况如何等,均未见相关的研究报道。为了对比评价不同类型、不同材料嵌体的修复效果差异,为临床应用提供参考依据,本研究从生物力学的角度出发,设计并进行了如下实验研究。研究目的将Micro-CT扫描技术和Mimics、UG、Ansys、Midas-FEA等软件相结合,建立下颌第一磨牙三维有限元模型(以下简称模型),在此基础上形成不同类型嵌体修复的模型,通过应力分析得出4组材料近中-(?)(mesio-occlusal, MO)、近中-(?)-远中(mesio-occluso-distal, MOD)、BOL嵌体修复后各模型内部的第一主应力(P1)、第三主应力(P3)和Von-mises应力值及分布云图。再分析其应力分布规律,探讨垫底对MO嵌体的修复效果有无影响,比较不同材料MOD嵌体修复的应力分布差异,分析BOL嵌体修复能否改变模型内部的应力分布状况等,为嵌体的临床应用提供理论依据。材料和方法第一部分 1、三维实体模型的建立：选择一颗形态正常、咬合面无明显磨耗、且具有代表性的离体左侧下颌第一磨牙(以下简称第一磨牙),用环氧树脂包埋固定,Micro-CT扫描后输入Mimics软件进行几何重建,将获得的几何文件导入UG软件生成各部分组织的剖面边界点坐标,再导入Ansys软件中建立关键点,从而建立起包含牙釉质、牙本质、牙髓腔的三维实体模型。 2、模型建立：将文件以IGES格式导入Midas-FEA软件,对各部分几何体进行网格划分,所有部分均自由划分为四面体单元,有限元网格总体尺寸控制在0.2-0.4mm,以满足有限元划分精度要求,通过控制关键部位使相邻面节点耦合。用壳单元模拟牙周膜。 3、模型验证：将模型中各种材料和组织假设为连续、均质、各向同性的线弹性材料,假定牙齿固定于牙槽骨内,各点在x、y、z三个轴的位移等于零。模拟正中(?)运动时的受力情况垂直加载,选择最大(?)力470N作为加载力,载荷为作用在咬合接触面的均布载荷,加载方式为静态加载。第二部分建立MOD嵌体修复模型,分别赋予嵌体IPS EmpressⅡ、In-Ceram Zirconia、金合金、Tescera的材料参数。得到同等载荷条件下的P1、P3和Von-mises应力值及应力云图,并对不同材料之间的应力分布结果进行比较。第三部分进行以下两组模型制备。对照组：根据MO嵌体的洞型标准,制作MO嵌体修复的模型。实验组：在对照组洞型的髓壁和轴壁分别建立0.2mm厚的玻璃离子水门汀垫底层,垫底后洞深2.3mm,其余指标均同对照组一致。两组嵌体分别赋予4组材料参数,垫底材料选择FujiⅨ玻璃离子水门汀。观察4组材料嵌体垫底前后模型各部分的P1、P3和Von-mises应力的峰值及分布情况,探讨垫底对MO嵌体的修复效果有无影响。第四部分建立BOL嵌体修复模型,分别赋予4组嵌体材料参数,得到同等载荷条件下Von-mises应力值及应力云图,以完整牙做对照,分析BOL嵌体修复能否改变模型内部的应力分布,并对各组间的应力分布情况进行比较。结果 1、建立了下颌第一磨牙的三维有限元模型。并由此建立了玻璃离子水门汀垫底、MO嵌体修复的模型以及MOD、BOL嵌体修复模型。 2、MOD嵌体修复后牙体的应力分布：Zirconia、EmpressⅡ、金合金三组间的P1、P3、Von-mises分布相似,P1主要分布在颊舌洞壁、龈壁,P3主要分布在龈壁,Von-mises主要分布在龈壁、颊舌洞壁。Tescera组P1主要集中在龈壁,P3主要集中在颊舌洞壁,Von-mises主要集中在龈壁、颊舌洞壁。 3、MOD嵌体修复后嵌体的应力分布：Zirconia、EmpressⅡ、金合金三组间的P1、P3和Von-mises分布相似,P3和Von-mises最高值出现在轴髓线角处,P1最高值出现在底部中央。Tescera组Von-mises和P1最高值均出现在(?)面洞缘,P3出现在(?)面窝沟。 4、对各组MOD洞型龈壁、髓壁、颊舌洞壁应力集中区域内相同的9个节点进行Von-mises应力值测量对比,做趋势分析发现,Tescera组应力值最高,Zirconia组最低,EmpressⅡ、金合金两组之间相差不大。与4组峰值排列规律一致。 5、垫底后Zirconia、EmpressⅡ、金合金、Tescera 4组材料嵌体模型在牙体产生的P1峰值分别下降了0.24%、1.3%、1.29%、0.53%,P3峰值分别升高了0.32%、0.19%、0.17%、-0.09%,Von-mises峰值分别升高了0.34%、0.20%、0.18%、-0.1%；在嵌体产生的P1峰值分别下降了6.77%、5.64%、2.41%、-3.29%,P3峰值分别下降了20.01%、26.90%、27.94%、32.98%,Von-mises峰值分别下降了20.51%、28.1%、27.23%、34.81%。 6、完整牙静态载荷下的应力分布：Von-mises应力主要集中在牙颈部和(?)面的中央裂沟,应力峰值发生在远中颊侧牙颈部区域。 7、BOL嵌体修复后牙体的应力分布：4组嵌体修复后牙体的Von-mises应力分布趋势相同,在牙冠部均出现在近远中洞壁、龈壁、轴髓线角和洞缘,以Tescera组最为明显,其余三组较为相近。 8、BOL嵌体修复后嵌体的应力分布：Zirconia、EmpressⅡ、金合金三组Von-mises应力分布相似,主要分布在轴髓线角、龈壁、牙合面窝沟和底部,Zirconia组较其他两组明显,EmpressⅡ、金合金两组之间最为相近。Tescera组Von-mises应力主要集中在(?)面洞缘、窝沟、龈壁和底部。结论 1、将Micro-CT扫描技术和Mimics、UG、Ansys、Midas-FEA等软件相结合所建立的第一磨牙模型形态逼真,具有良好的力学和几何学相似性。 2、Zirconia、EmpressⅡ、金合金三组嵌体修复在降低牙体组织的应力方面要优于Tescera组。 3、玻璃离子垫底处理对牙体组织的各组应力峰值和分布趋势均无显著影响；虽总体上降低了各组嵌体的应力峰值,但不改变各组嵌体的应力分布趋势。 4、BOL嵌体修复改变了完整牙体模型内部的应力分布,从而改善了(?)面窝沟处的应力集中现象,用于牙隐裂的治疗可起到积极的作用。
【图文】：

样条曲线,IGES格式,工体,咬合面

图l一2CT于二1描F191一2PlctureofMlcro一CTsean，}同绕咬合面叶’心点(牙体长轴)行360。旋转切片，，采集点坐标，保存为通)}J的IGES格式儿何文件，井针入Al将1，d一剖tl1仁各关键.从依次连接生成光滑的样条曲线，曲而，最后将封闭的边界lbl包旧成几何体，从lTlJ建立起包腔的卜领第一磨牙二维实体模型。分和材料选择IGES格式导入MidaS一FEA软件‘卞，，对各部分川}!工体进行山划分为四面体单元，有限元网格总体尺、J，招‘制在。2分精度要求，通过控{!jlJ关键部位使相邻自节点秘合。习二周度较小，考虑到建模的方便性，用壳单元模拟牙周膜。网

嵌体,洞型,实体模型

经精细建模，得到了不同材料MOD嵌体修复的下领第一磨牙三维实体及有限元模型，共生成215290个单元和41310个节点。2.1三维实体模型如图2一l所示。图2一l实体模型(从左到右:MOD洞型、嵌体、嵌体修复后)Fig.2一 13Dsolidmodel(fromlefttoright:Remainingtooth，Inlay， Thewhole)2.2三维有限元模型如图2一2所示。图2一2有限元模型(从左到右:MOD洞型、嵌体、嵌体修复后)Fig.2一 23DFEmodel(fromlefttoright:Remainingtooth，Inla丛 Thewhole)
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R783

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