樁冠優(yōu)化設計及修復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期保留，樁核冠是目前臨床修復殘根殘冠最常用，最有效的的方法。樁冠的修復效果與破損方式和各組份的力學性質(zhì)密切相關，因此在樁核冠設計時必須考慮以下兩方面的因素。其一，有足夠的固位力和強度，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。在以往的有關樁直徑和長度的研究中，多為直

2、徑或長度的單因素離散組合分析，不能準確的反映樁直徑和長度同時連續(xù)變化對牙根應力的影響。本實驗基于Ansys Workbench中DesignXplorer模塊優(yōu)化設計平臺，探討動態(tài)連續(xù)的樁直徑和長度變化對牙根應力的影響，從生物力學角度，為臨床樁冠修復提供理論參數(shù)依據(jù)。 有一些殘根，因重度齲齒、過度根管預備或重復治療等原因，導致根頸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，導致根管壁變薄，牙體抗力下

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

4、、Matlab軟件邊緣識別、Pro/E軟件模塊重建、導入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計使模型更加精準，使用更靈活，簡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，增加了模型的擴展形，提高了建模效率。為進一步分析動態(tài)連續(xù)的樁直徑和長度變化對牙根應力的影響，樁核材料及漏斗深度對樁核冠修復漏斗狀殘根后的應力分布的影響奠定了良好的基礎。 二.碳纖維樁、鎳鉻合金樁

5、直徑和長度的生物力學優(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上，設定樁直徑（D）和樁長度（L）兩個參數(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，牙根的平均主應力峰值（Max EQV Stress）為分析目標，對不同設計進行力學分析。同時進行D，L變量對Max EQV Stress的敏感度分析。實驗結(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應力峰值下降了28.9％，碳纖維樁根牙本質(zhì)的EQV應力峰值下降13.1％。隨著變量D增加鎳鉻合金樁根牙本質(zhì)的EQV應力峰值變化為33.9％。碳纖維樁根牙本質(zhì)的EQV應力峰值變化為9.6％。 3）鎳鉻合金樁為5.16mm≤L≤8.00mm，同時1.62mm≤D≤2.02mm時，根牙本質(zhì)的EQV應力峰值響應曲線率位于－

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

8、計時，從生物力學角度而言鎳鉻合金樁材料長度應在5.16mm－8.00mm,直徑應在1.62mm－2.02mm范圍內(nèi)。纖維樁樁材料長度應在4.75mm－8.00mm,直徑應在1.68mm－2.20mm范圍內(nèi)。 3. 漏斗狀殘根樁核冠修復的三維有限元研究。 在第二章建立的上頜中切牙樁核冠三維有限元模型基礎上，利用Pro/E軟件的曲面造型功能和布爾加減運算，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)骨的各個三維模型組件。最后將建立的各個三維實體模塊導入ProE中進行擬和組裝，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)樁核冠三維實體模型。以最大主應力，等效應力(Von Mises）為分析目標，分析樁冠修復殘根后，不同材料、不同漏斗深度情況下對根牙本質(zhì)應力分布的影響。 實驗結(jié)果顯示： 1）漏斗狀殘根抗力下降，在樁核冠修復設計時應考慮降低咬合力。 2）不同樁核系統(tǒng)修復不

10、同深度漏斗狀殘根后高應力區(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，高應力區(qū)范圍也隨之擴大，從根頸部沿著漏斗薄壁向下擴散。鎳鉻合金樁系統(tǒng)修復后Von Mises高應力分布區(qū)較同深度碳纖維組明顯增大，應力集中非常明顯。因此在樁核冠設計時應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Von Mises及最大主應力峰值增大，高應力分布區(qū)擴大。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，其應力增加幅度較小，應力分布均勻，高應力集中區(qū)范圍小，且根尖及漏斗底未出現(xiàn)應力集中。因此，在修復漏斗狀殘根時，尤其是深漏斗狀殘根時，鑒于以上分析討論，推薦使用碳纖維樁系統(tǒng)修復。 4）碳纖維樁系統(tǒng)粘固劑Von Mises應力峰值和最大主應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，增加幅度較大，分別