樁冠優(yōu)化設(shè)計(jì)及修復(fù)漏斗狀根管的三維有限元研究.pdf

1、隨著牙髓治療技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)完善根管治療的殘冠殘根可長(zhǎng)期保留，樁核冠是目前臨床修復(fù)殘根殘冠最常用，最有效的的方法。樁冠的修復(fù)效果與破損方式和各組份的力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，因此在樁核冠設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮以下兩方面的因素。其一，有足夠的固位力和強(qiáng)度，防止咀嚼過程中產(chǎn)生樁冠脫位，變形或折斷；其二，根管預(yù)備后，必須保留一定厚度的殘留牙體組織，防止牙齒折裂。樁冠中樁的長(zhǎng)度和直徑是影響樁冠固位和牙根的抗力形的重要因素。在以往的有關(guān)樁直徑和長(zhǎng)度的研究中，多為直

2、徑或長(zhǎng)度的單因素離散組合分析，不能準(zhǔn)確的反映樁直徑和長(zhǎng)度同時(shí)連續(xù)變化對(duì)牙根應(yīng)力的影響。本實(shí)驗(yàn)基于Ansys Workbench中DesignXplorer模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，探討動(dòng)態(tài)連續(xù)的樁直徑和長(zhǎng)度變化對(duì)牙根應(yīng)力的影響，從生物力學(xué)角度，為臨床樁冠修復(fù)提供理論參數(shù)依據(jù)。 有一些殘根，因重度齲齒、過度根管預(yù)備或重復(fù)治療等原因，導(dǎo)致根頸1/3甚至更深部位的根管敞開呈喇叭口狀,隨著漏斗深度增加牙體組織大量缺失，導(dǎo)致根管壁變薄，牙體抗力下

3、降，修復(fù)比較困難，且預(yù)后較差。因此，分析漏斗深度變化及牙體組織厚度對(duì)根牙本質(zhì)應(yīng)力分布的影響，對(duì)于提高修復(fù)此類殘根的成功率有著重要意義。本實(shí)驗(yàn)以上頜中切牙為例，采用三維有限元方法，分析樁核材料及漏斗深度對(duì)樁核冠修復(fù)漏斗狀殘根后的應(yīng)力分布的影響，以期為臨床樁核冠修復(fù)漏斗狀殘根提供一定的理論參考，尋找對(duì)殘留牙體組織較少的失活牙的最佳治療方法。實(shí)驗(yàn)分為以下三部分： 一.上頜中切牙樁核冠三維有限元模型的建立。 實(shí)驗(yàn)通過薄層CT掃描

4、、Matlab軟件邊緣識(shí)別、Pro/E軟件模塊重建、導(dǎo)入Ansys軟件，從而建立上頜中切牙樁核冠的三維有限元模型。與以往的建模方法比較該模塊設(shè)計(jì)使模型更加精準(zhǔn)，使用更靈活，簡(jiǎn)化了有限元前期處理過程，大大降低建模的難度，提高了建模的靈活性，增加了模型的擴(kuò)展形，提高了建模效率。為進(jìn)一步分析動(dòng)態(tài)連續(xù)的樁直徑和長(zhǎng)度變化對(duì)牙根應(yīng)力的影響，樁核材料及漏斗深度對(duì)樁核冠修復(fù)漏斗狀殘根后的應(yīng)力分布的影響奠定了良好的基礎(chǔ)。 二.碳纖維樁、鎳鉻合金樁

5、直徑和長(zhǎng)度的生物力學(xué)優(yōu)化分析。 在第二章建立的上中切牙樁核冠三維有限元模型基礎(chǔ)上，設(shè)定樁直徑（D）和樁長(zhǎng)度（L）兩個(gè)參數(shù)，其參數(shù)變量D 變化范圍為1.0--4.1mm，L 變化范圍為3.0—8.0mm，牙根的平均主應(yīng)力峰值（Max EQV Stress）為分析目標(biāo)，對(duì)不同設(shè)計(jì)進(jìn)行力學(xué)分析。同時(shí)進(jìn)行D，L變量對(duì)Max EQV Stress的敏感度分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示： 1）隨著D和L的增加，鎳鉻合金樁根的平均EQV 峰值下降

6、了50.6％。碳纖維樁根平均EQV 應(yīng)力峰值下降了15.3％。 2）隨著L的增加，鎳鉻合金樁根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值下降了28.9％，碳纖維樁根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值下降13.1％。隨著變量D增加鎳鉻合金樁根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值變化為33.9％。碳纖維樁根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值變化為9.6％。 3）鎳鉻合金樁為5.16mm≤L≤8.00mm，同時(shí)1.62mm≤D≤2.02mm時(shí)，根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值響應(yīng)曲線率位于－

7、1和1之間，碳纖維樁4.75mm≤L≤8.00mm同時(shí)1.68mm≤D≤2.2mm時(shí)，根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值響應(yīng)曲線率位于－1和1之間，EQV應(yīng)力峰值較小，且變化幅度小。 結(jié)果提示： 1）鎳鉻合金樁長(zhǎng)度和直徑的變化與纖維樁相比更易影響牙根應(yīng)力大小。 2）通過敏感圖分析，顯示鎳鉻合金樁直徑對(duì)根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于長(zhǎng)度，而碳纖維樁長(zhǎng)度對(duì)根牙本質(zhì)的EQV應(yīng)力峰值的影響大于直徑。 3）在樁核冠設(shè)

8、計(jì)時(shí)，從生物力學(xué)角度而言鎳鉻合金樁材料長(zhǎng)度應(yīng)在5.16mm－8.00mm,直徑應(yīng)在1.62mm－2.02mm范圍內(nèi)。纖維樁樁材料長(zhǎng)度應(yīng)在4.75mm－8.00mm,直徑應(yīng)在1.68mm－2.20mm范圍內(nèi)。 3. 漏斗狀殘根樁核冠修復(fù)的三維有限元研究。 在第二章建立的上頜中切牙樁核冠三維有限元模型基礎(chǔ)上，利用Pro/E軟件的曲面造型功能和布爾加減運(yùn)算，建立了包含不同形態(tài)樁核、牙根、粘固劑、飾瓷、金屬基底、牙膠尖、松質(zhì)骨和

9、皮質(zhì)骨的各個(gè)三維模型組件。最后將建立的各個(gè)三維實(shí)體模塊導(dǎo)入ProE中進(jìn)行擬和組裝，建立漏斗狀殘根漏斗深度為0、2、4、6mm四種情況下的碳纖維樁系統(tǒng)和鎳鉻合金樁系統(tǒng)樁核冠三維實(shí)體模型。以最大主應(yīng)力，等效應(yīng)力(Von Mises）為分析目標(biāo)，分析樁冠修復(fù)殘根后，不同材料、不同漏斗深度情況下對(duì)根牙本質(zhì)應(yīng)力分布的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示： 1）漏斗狀殘根抗力下降，在樁核冠修復(fù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮降低咬合力。 2）不同樁核系統(tǒng)修復(fù)不

10、同深度漏斗狀殘根后高應(yīng)力區(qū)分布在根中1/3至根尖1/3唇舌側(cè)牙本質(zhì)上，隨著漏斗深度0、2、4、6mm逐漸增大，高應(yīng)力區(qū)范圍也隨之?dāng)U大，從根頸部沿著漏斗薄壁向下擴(kuò)散。鎳鉻合金樁系統(tǒng)修復(fù)后Von Mises高應(yīng)力分布區(qū)較同深度碳纖維組明顯增大，應(yīng)力集中非常明顯。因此在樁核冠設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保存根頰舌向牙體組織，以增加牙根抗力。 3）隨著漏斗深度增加，兩種系統(tǒng)修復(fù)Von Mises及最大主應(yīng)力峰值增大，高應(yīng)力分布區(qū)擴(kuò)大。碳纖維樁系統(tǒng)與鎳鉻

11、合金樁系統(tǒng)比較，隨著漏斗深度增大，其應(yīng)力增加幅度較小，應(yīng)力分布均勻，高應(yīng)力集中區(qū)范圍小，且根尖及漏斗底未出現(xiàn)應(yīng)力集中。因此，在修復(fù)漏斗狀殘根時(shí)，尤其是深漏斗狀殘根時(shí)，鑒于以上分析討論，推薦使用碳纖維樁系統(tǒng)修復(fù)。 4）碳纖維樁系統(tǒng)粘固劑Von Mises應(yīng)力峰值和最大主應(yīng)力峰值隨著漏斗深度的增加而增加，分別增大了0.485MPa（21.2％）和0.733MPa（34.5％）。特別是在從深度為4mm到6mm變化時(shí)，增加幅度較大，分別