纤维桩对上颌中切牙牙根应力分布影响的三维有限元分析

发布时间：2020-08-22 19:27

【摘要】： 研究背景 在冠部牙体组织缺损较多的情况下，桩核技术是一种必不可少的修复手段。传统的观点认为采用桩核修复是基于两方面的原因：一方面是固位作用，可以在桩的基础上完成桩-核-冠的一体化修复；另一方面根管桩可使应力较均匀地分散，防止了无髓牙根的折裂。桩核冠修复的成功受多种因素的影响，包括剩余牙体组织的数量、桩与核的材料、桩的长度、粘接剂的种类、咬(牙合)力的大小和方向等。为了使修复体能够充分的发挥功能，用于制作桩核的材料应具有适当的弹性模量、挠曲强度以及良好的抗腐蚀、抗疲劳性能，此外还要对牙体组织起保护作用。早期使用的金属桩系统具有很多缺点：容易导致根折的发生，易腐蚀，美学性能差等。随着美学修复材料的发展，具有良好生物相容性、抗腐蚀及优良机械物理性能的非金属材料进入了牙科领域，纤维强化树脂桩系统应运而生。现在人们对桩的作用有了进一步的认识，即桩并不具有增强牙根的作用，临床工作者的关注焦点已发生变化，如何使应力更均匀的分布，防止根折的发生，达到最佳的远期修复效果已成为目前最关注的问题。为此，有必要对纤维桩对牙根的力学影响进行研究。 研究目的 本研究利用三维有限元分析法，建立上颌中切牙桩冠修复的三维有限元模型，分析不同材料、直径和深度的桩对桩冠修复体牙根组织应力分布的影响，借以为临床工作提供一些有价值的信息。 材料与方法 第一部分： 1、建模原始数据的获得：选择一颗牙体完好、形态正常的上颌中切牙，尺寸在王惠芸所报道的中国人上颌中切牙的标准值范围内。将该离体牙固定后，采用GE MEDICAL SYSTEMS(Light speed 16排CT)三维螺旋CT从牙根到牙冠进行断层扫描，断面与牙长轴垂直，层间距为0.625mm，共生成39张断面图，按顺序记录并进行数字化图像保存。 2、三维有限元模型的建立：将39张CT图像导入AUTO CAD软件。利用AUTO CAD绘图工具栏的样条曲线工具勾勒出牙断面层的内外轮廓线，即生成由点组成的横断面的封闭曲线。将生成的空间曲线导入ANSYS。利用实体建模功能将导入的各个截面曲线光滑地连结起来，即可建立上颌中切牙的实体模型。再分别建立烤瓷外冠、Ni-Cr合金底层冠、石英纤维桩、复合树脂核、牙周膜、牙胶尖和牙槽骨的模型。 3、实验假设和材料的力学参数、加载条件：实验模型中各种材料假设为连续均质的各向同性材料，材料受力变形为小变形。边界条件类型为全约束，牙槽骨固定。加载方式为静态加载。模拟临床上颌中切牙咬牙合受力情况，加载点位于牙冠舌面中1／3与切1／3交界处，大小为100牛顿(N)，与牙长轴成45°角。 第二部分： 1、采用实验(一)建立的上颌中切牙桩核修复三维有限元模型。分别建立六种桩：铸造Ni-Cr合金桩、铸造钛合金桩、铸造金合金桩、玻璃纤维树脂桩、聚乙烯纤维树脂桩、石英纤维桩修复的上颌中切牙桩冠修复三维有限元模型。 2、定义材料和边界条件同实验(一)。 3、载荷条件同实验(一)。 4、观察指标根颈1／3、根中1／3、根尖1／3牙本质横断面的Von Mises应力和最大主应力，同时观察桩／牙本质界面的应力分布。 第三部分： 1、采用实验(一)建立的上颌中切牙桩核修复三维有限元模型。参照D.T.LIGHT POST半透明双锥度石英纤维桩的外形参数，建立三种不同直径(1.5mm、1.8mm、2.2mm)的石英纤维桩，分别将每种直径的桩放置距根尖3mm、4mm、5mm三种深度。共生成九个石英纤维桩冠修复的三维有限元模型。 2、定义材料和边界条件同实验(一)。 3、载荷条件同实验(一)。 4、观察指标牙本质横断面和桩／牙本质界面的Von Mises应力。 结果 1、建立了上颌中切牙桩冠修复的三维有限元模型。建成后共生成53897个节点，形成42768个20节点的等参四面体单元。 2、六种材料的桩应力分布模式没有明显差别，牙根Von Mises应力均位于根颈1／3唇侧牙根表面，最大主应力峰值位于根颈1／3舌侧牙根表面。Von Mises应力和最大主应力从根颈1／3向根尖1／3均逐渐变小。 3、六种不同材料桩修复后牙根应力：石英纤维桩＞聚乙烯纤维树脂桩＞玻璃纤维树脂桩＞铸造金合金桩＞铸造钛合金桩＞铸造Ni-Cr合金桩，但应力值相差很小。 4、六种不同桩修复后桩／牙本质界面的应力：铸造Ni-Cr合金桩＞铸造钛合金桩＞铸造金合金桩＞玻璃纤维树脂桩＞聚乙烯纤维树脂桩＞石英纤维桩，应力值相差较大。 5、不同直径石英纤维桩牙根应力比较：桩／牙本质界面Von Mises应力：直径1.5mm＜直径1.8mm＜直径2.2mm 6、不同深度石英纤维桩牙根应力比较：桩／牙本质界面Von Mises应力：距根尖3mm＜距根尖4mm＜距根尖5mm 结论 1、将CT扫描技术与有限元方法有机结合起来，应用于建立上颌中切牙桩核修复的三维有限元模型是现实可行的，建立起的模型具有良好的几何相似性。 2、高弹性模量的材料修复后改变牙本质应力分布的情况，易产生桩／牙本质界面的应力集中，从而使牙根易与折裂。 3、弹性模量较低的纤维桩有利于应力更均匀的分布，不会产生桩／牙本质应力集中，有利于保护牙根。 4、在一定范围内，纤维桩直径越小，产生的应力越小。临床上应选用相对细小的桩进行修复。 5、在一定范围内，纤维桩放置越深，产生的应力越小。临床上可以适当的加大放置深度以减小应力。
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：R783
【图文】：

第一部分上领中切牙桩冠修复三维有限元模型的建立图1一1离体牙外形单位:二Tablel一 1.MorphologyofexPerimentaltooth(mm)全长冠长根长冠宽颈宽冠厚颈厚22.9 11.7 11.2 8.5 6.3 7.0 6

照图像的不同灰度，利用绘图工具栏的样条曲线工具仔细勾勒出牙断面层的内外轮廓线，即生成由点组成的各个横断面的封闭曲线，这些封闭曲线在空间上是沿牙长轴分布的。见图1一3。图1一3由 AUTOcAD形成牙齿外轮廓线Figl一 3.ExternaleoniourlinesoftoothusingAtJIDCAD 1.4ANSYS8.0有限元分析软件建模将生成的空间曲线保存为SAT格式的文件，导入ANSYS，见图1一4。利用实体建模功能将导入的各个截面曲线光滑地联结起来(围体)，即可重建上领中切牙的实体模型，见图1一5。选取牙冠，24一39层曲线，每一层面向内缩进1.snnll形成符合牙冠外形的曲线，围体形成与上领中切牙牙冠外形相似的模型，即为烤瓷外冠;之后再向内每层缩进0.SIDlll形成与外冠相似的曲线

六种桩修复后牙根以及桩/牙本质界面 VonMises应力、最大主应力数值分别见表2一3，表2一4。实验结果显示:①六种不同材料的桩修复后牙根 VonMises应力峰值均位于根颈1/3唇侧牙根表面，见图2一1。最大主应力峰值位于根颈1/3舌侧牙根表面，见图2一2。②牙本质 VonMises应力和最大主应力从根颈1/3向根尖1/3逐渐变小。③桩/牙本质界面 VonMises应力高应力区主要为于舌侧。④六种桩修复后牙根 VonMises应力和最大主应力:石英纤维桩>聚乙烯纤维树脂桩>玻璃纤维树脂桩>铸造金合金桩>铸造钦合金桩>铸造Ni一Cr合金桩，应力值相差很小。⑤六种桩修复后桩牙本质界面应力:铸造Ni一Cr合金桩>铸造钦合金桩>玻璃纤维树脂桩>聚乙烯纤维树脂桩>石英纤维桩，应力值相差很大。见图2一3。图2一1牙根von面ses应力图FigZ一1.、bnn云别器S加 essofpoot注:B唇侧G图2一2牙根第一主应力图F妙一lstPr位 eiPalStr℃ssofroot舌侧

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本文编号：2801054