桩核弹性模量对牙根应力影响的光弹分析

发布时间：2020-09-20 20:44

　　根折是桩核冠修复后最为严重的并发症。根折的发生多由于应力集中、应力疲劳或突受暴力而引起。一般认为与牙根条件、基牙预备情况、桩核形式及桩核材料等因素有关。诸多学者认为桩核的弹性模量与根管壁的应力分布有密切的联系。如何选择合适的桩核材料,成为临床工作者关注的问题。本课题组前期用三维有限元法分析了不同材料桩的弹性模量对牙根应力分布的影响,结果显示:随着桩弹性模量的增高,应力有向根管内侧壁根尖部集中的趋势,易导致根尖部的折裂[1]。但该实验方法属计算力学方法,其结果是建立在对数学模型计算分析的基础上,需要其他生物力学分析方法的验证。因此本实验拟采用光弹性实验应力分析法分析桩的弹性模量对根管壁应力分布的影响,以便与有限元法所得结果进行比较和相互印证,为临床桩核材料的选择提供实验参考。实验设计: 根据桩弹性模量的大小,本研究将临床上常用的桩分为三类:①低弹性模量桩:各种纤维树脂桩等(E"f50GPa);②中等弹性模量桩:钛、钛合金、金、金合金桩等(50GPa㩳E"f150GPa);③高弹性模量桩:镍铬合金、钴铬合金桩、各种陶瓷桩(E㧐150GPa)。选择RelyX纤维桩、铸造纯钛桩、铸造镍铬合金桩作为各分类的代表。以光弹性实验应力分析法分析上述三种桩桩核修复后根管壁的应力分布特点,归纳出当桩的弹性模量由低到高变化时,根管壁应力分布变化的趋势。实验分为:①建立以RelyX纤维桩、铸造纯钛桩、铸造镍铬合金桩桩核修复上颌中切牙的光弹模型;②环氧树脂材料应力条纹值f的标定;③不同弹性模量桩对根管壁应力分布影响的光弹性实验分析。实验结果: 1.建立的上颌中切牙残根桩核修复光弹模型(见附图-1 ),其牙体尺寸与天然牙的比例为1:1,模型牙根、牙槽骨、牙周膜弹性模量之比接近于实际各组之间弹性模量之比(1.35:1:0.0003)。从而保证了模型的几何形态和力学性能与与临床实际情况具有良好的相似性,能够应用相似性原理推算真实组织和材料上相应的应力状况。当对模型施加100N、45°的唇向载荷时,应力冻结和切片观测,显示根管壁及根尖周牙槽骨内均有清晰的应力条纹出现,条纹颜色呈规律性变化(见附图-2)。说明了所制备模型的可用性,为后续的应力分析实验奠定了基础。 2.以纯拉伸法进行f值标定,经公式计算,本实验所用环氧树脂材料的应力条纹值f=12.28N/mm级。 3.在100N、45°的唇向加载条件下,应力条纹图显示:①RelyX纤维桩组,应力条纹主要集中于根管颈部的唇舌侧,条纹的颜色也以级数较高的条纹居多,向根尖部逐渐降低;②而铸造纯钛桩组和铸造镍铬合金桩组应力条纹主要集中于根颈部的唇侧,条纹的颜色以根颈部唇侧的级数最高,根尖部次之。 4.在100N、45°的唇向加载条件下,比较各观测位点的应力之大小,结果发现:①各修复组唇侧观测点的应力值大于舌侧相对应观测点的应力值;②各组应力最大的观测点位于根颈部唇侧,应力最小的观测点位于根尖部舌侧;③比较各组同一观测点的应力值,可知铸造镍铬合金桩㧐铸造纯钛桩㧐RelyX纤维桩,即应力值随着桩弹性模量的降低而将降低,而根尖部表现的尤为明显。各观测位点的应力分布及应力值的大小与有限元法所得的结果趋于一致。结论:①所建立的上颌中切牙桩核修复光弹模型良好的模拟了临床上上颌中切牙桩核修复的实际情况;②各修复组观测点同在颈部或根尖部时唇侧的应力值大于舌侧的应力值,符合上颌中切牙桩核修复后牙根折裂多发生于唇侧的临床报道;各修复组颈部观测点的应力值大于根尖部观测点的应力值,符合随着桩弹性模量增高,折裂部位向根尖部迁移的模拟实验结果③随着桩弹性模量的增高,各观测位点的应力值也增加,可用应力由高弹性模量材料向低弹性模量材料传递的力学原理来解释,即可理解为RelyX纤维桩由于其弹性模量低,刚度小在咬合状态下吸收或缓冲了部分能量,所以牙根内的应力值较小,而高弹性模量的镍铬合金桩则与之相反。由于牙根尖部为解剖学上的薄弱位点,残根颈部由于基牙预备而削弱,实验显示这两个部位有应力集中,因此为了避免根折的发生,应选用能缓冲或吸收咬合能量、减小应力向牙根传导的低弹性模量的桩核材料。纤维桩满足了这一力学要求,加之其断裂后可磨除,利于牙根的再利用,以及良好的美学效果、减少患者就诊次数、操作简便性等优点,建议临床上残根的桩核修复应选用弹性模量小的纤维桩。
【学位单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：R783.3
【部分图文】：

人工双折射

这种人工双折射效应与应力之间的定量关系，由 Maxwell.J.C于 1853 年提出的应力-光学定律所确定，并由 Wertheim 的实验所证实。图-3 人工双折射在偏振光场中，各向同性的光弹性模型在载荷作用下会产生人工双折射效应（暂时双折射效应），其主折射率和主应力有关，主折射率又可由相应的光程差来确定，因此可用光程差来确定主应力。一束自然光通过起偏镜后，会产生平面偏振光。它垂直透射一个受载荷的平面模型时沿着模型的一点的两个主应力σ1 和σ2 的方向分解成两束速度不同的平面偏振光,它们通过模型后，产生一个相对光程差Δ。实验表明,模型的主应力σ1 和σ2 与光程差Δ间的关系如下：Δ=ct（σ1-σ2）C 为应力-光学系数、t 为模型的厚度。该方程适用于二维应力状态的光弹分析。对于三维应力来讲，即σ3≠0，只要沿厚度 t 的应力不变，当光波入射

温度曲线,应力冻结,温度曲线

结应力”这两种性质，使用冻结切片法实验来研究三维应力分布。其应力冻结温度曲线如下图：图-3 应力冻结温度曲线3.2 模型的切片与观测A. 模型切片：厚度如上述要求约为 3mm，厚度均匀、表面平滑。切片过程中使用冷却液进行冷却，防止温度应力的产生，从而影响等差条纹的准确性。B. 双正交圆偏振场的布置：以国产 409-Ⅱ光弹仪为例，调试时所有光学元件的中心均在一条水平直线上，加载台面水平，加载平面与一起光轴垂直。首先将光场调整为平面偏振光的暗视场。卸去1/4 波片，把偏振镜和分析镜按刻度调为正交位置，放入对径受压的冻结圆盘，这时从分析镜后应看到圆盘试件的0°等倾线呈正“十”字。偏振镜与分析镜的刻度为 0°和 90°。在该平面偏振视场中加入一 1/4 波片，并将其刻度对0°

示意图,模型组成,上颌中切牙,示意图

似或成比例，实验结果才具有参考价值。本实验从几何形状与弹性模量两方面来控制模型精度，模型分为桩、上颌中切牙残根、牙槽骨、牙周膜、核五个部分。见图-1。图-1 模型组成示意图本实验所制备的上颌中切牙环氧树脂残根均参照与王惠云[86]所测国人上颌中切牙形态数据相接近（冠、根长分别为 11mm、12mm）的成品上颌中切牙研究模型（Nissin Dental Products Inc.，Kyoto，Japan），按 1：1 的比例制备。

【引证文献】