纖維樁對(duì)上頜中切牙牙根應(yīng)力分布影響的三維有限元分析.pdf

1、研究背景 在冠部牙體組織缺損較多的情況下，樁核技術(shù)是一種必不可少的修復(fù)手段。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為采用樁核修復(fù)是基于兩方面的原因：一方面是固位作用，可以在樁的基礎(chǔ)上完成樁一核一冠的一體化修復(fù)；另一方面根管樁可使應(yīng)力較均勻地分散，防止了無髓牙根的折裂。樁核冠修復(fù)的成功受多種因素的影響，包括剩余牙體組織的數(shù)量、樁與核的材料、樁的長度、粘接劑的種類、咬牙合力的大小和方向等。為了使修復(fù)體能夠充分的發(fā)揮功能，用于制作樁核的材料應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ?/p>

2、、撓曲強(qiáng)度以及良好的抗腐蝕、抗疲勞性能，此外還要對(duì)牙體組織起保護(hù)作用。早期使用的金屬樁系統(tǒng)具有很多缺點(diǎn)：容易導(dǎo)致根折的發(fā)生，易腐蝕，美學(xué)性能差等。隨著美學(xué)修復(fù)材料的發(fā)展，具有良好生物相容性、抗腐蝕及優(yōu)良機(jī)械物理性能的非金屬材料進(jìn)入了牙科領(lǐng)域，纖維強(qiáng)化樹脂樁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)在人們對(duì)樁的作用有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，即樁并不具有增強(qiáng)牙根的作用，臨床工作者的關(guān)注焦點(diǎn)已發(fā)生變化，如何使應(yīng)力更均勻的分布，防止根折的發(fā)生，達(dá)到最佳的遠(yuǎn)期修復(fù)效果已成為目前最

3、關(guān)注的問題。為此，有必要對(duì)纖維樁對(duì)牙根的力學(xué)影響進(jìn)行研究。 研究目的 本研究利用三維有限元分析法，建立上頜中切牙樁冠修復(fù)的三維有限元模型，分析不同材料、直徑和深度的樁對(duì)樁冠修復(fù)體牙根組織應(yīng)力分布的影響，借以為臨床工作提供一些有價(jià)值的信息。 材料與方法 第一部分： 1、建模原始數(shù)據(jù)的獲得：選擇一顆牙體完好、形態(tài)正常的上頜中切牙，尺寸在王惠蕓所報(bào)道的中國人上頜中切牙的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。將該離體牙固定后，采

4、用GE MEDICAL SYSTEMS(Light speed 16排CT)三維螺旋CT從牙根到牙冠進(jìn)行斷層掃描，斷面與牙長軸垂直，層間距為0.625mm，共生成39張斷面圖，按順序記錄并進(jìn)行數(shù)字化圖像保存。 2、三維有限元模型的建立：將39張CT圖像導(dǎo)入AUTO CAD軟件。利用AUTO CAD繪圖工具欄的樣條曲線工具勾勒出牙斷面層的內(nèi)外輪廓線，即生成由點(diǎn)組成的橫斷面的封閉曲線。將生成的空間曲線導(dǎo)入ANSYS。利用實(shí)體建模功能

5、將導(dǎo)入的各個(gè)截面曲線光滑地連結(jié)起來，即可建立上頜中切牙的實(shí)體模型。再分別建立烤瓷外冠、Ni-Cr合金底層冠、石英纖維樁、復(fù)合樹脂核、牙周膜、牙膠尖和牙槽骨的模型。 3、實(shí)驗(yàn)假設(shè)和材料的力學(xué)參數(shù)、加載條件：實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭懈鞣N材料假設(shè)為連續(xù)均質(zhì)的各向同性材料，材料受力變形為小變形。邊界條件類型為全約束，牙槽骨固定。加載方式為靜態(tài)加載。模擬臨床上頜中切牙咬駘受力情況，加載點(diǎn)位于牙冠舌面中1/3與切1/3交界處，大小為100牛頓(N)，與牙

6、長軸成45°角。 第二部分： 1、采用實(shí)驗(yàn)(一)建立的上頜中切牙樁核修復(fù)三維有限元模型。分別建立六種樁：鑄造Ni-Cr合金樁、鑄造鈦合金樁、鑄造金合金樁、玻璃纖維樹脂樁、聚乙烯纖維樹脂樁、石英纖維樁修復(fù)的上頜中切牙樁冠修復(fù)三維有限元模型。 2、定義材料和邊界條件同實(shí)驗(yàn)(一)。 3、載荷條件同實(shí)驗(yàn)(一)。 4、觀察指標(biāo)根頸1/3、根中1/3、根尖1/3牙本質(zhì)橫斷面的Von Mises應(yīng)力和最大主應(yīng)力

7、，同時(shí)觀察樁/牙本質(zhì)界面的應(yīng)力分布。 第三部分： 1、采用實(shí)驗(yàn)(一)建立的上頜中切牙樁核修復(fù)三維有限元模型。參照D.T.LIGHTPOST半透明雙錐度石英纖維樁的外形參數(shù)，建立三種不同直徑(1.5mm、1.8mm、2.2mm)的石英纖維樁，分別將每種直徑的樁放置距根尖3mm、4mm、5mm三種深度。共生成九個(gè)石英纖維樁冠修復(fù)的三維有限元模型。 2、定義材料和邊界條件同實(shí)驗(yàn)(一)。 3、載荷條件同實(shí)驗(yàn)(一)

8、。 4、觀察指標(biāo)牙本質(zhì)橫斷面和樁/牙本質(zhì)界面的Vorl Mises應(yīng)力。 結(jié)果 1、建立了上頜中切牙樁冠修復(fù)的三維有限元模型。建成后共生成53897個(gè)節(jié)點(diǎn)，形成42768個(gè)20節(jié)點(diǎn)的等參四面體單元。 2、六種材料的樁應(yīng)力分布模式?jīng)]有明顯差別，牙根Von Mises應(yīng)力均位于根頸1/3唇側(cè)牙根表面，最大主應(yīng)力峰值位于根頸1/3舌側(cè)牙根表面。VonMises應(yīng)力和最大主應(yīng)力從根頸1/3向根尖1/3均逐漸變小。

9、 3、六種不同材料樁修復(fù)后牙根應(yīng)力：石英纖維樁>聚乙烯纖維樹脂樁>玻璃纖維樹脂樁>鑄造金合金樁>鑄造鈦合金樁>鑄造Ni-Cr合金樁，但應(yīng)力值相差很小。 4、六種不同樁修復(fù)后樁/牙本質(zhì)界面的應(yīng)力：鑄造Ni-Cr合金樁>鑄造鈦合金樁>鑄造金合金樁>玻璃纖維樹脂樁>聚乙烯纖維樹脂樁>石英纖維樁，應(yīng)力值相差較大。 5、不同直徑石英纖維樁牙根應(yīng)力比較：樁/牙本質(zhì)界面Vorl Mises應(yīng)力：直徑1.5mm<直徑1.8mm<

10、直徑2.2mm6、不同深度石英纖維樁牙根應(yīng)力比較：樁/牙本質(zhì)界面Von Mises應(yīng)力：距根尖3mm<距根尖4mm<距根尖5mm 結(jié)論 1、將CT掃描技術(shù)與有限元方法有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用于建立上頜中切牙樁核修復(fù)的三維有限元模型是現(xiàn)實(shí)可行的，建立起的模型具有良好的幾何相似性。 2、高彈性模量的材料修復(fù)后改變牙本質(zhì)應(yīng)力分布的情況，易產(chǎn)生樁/牙本質(zhì)界面的應(yīng)力集中，從而使牙根易與折裂。 3、彈性模量較低的纖維樁有利