下颌第一磨牙颊牙合缺损不同修复形式的三维有限元分析

摘要

目的：应用三维有限元方法，建立颊(牙合)缺损根管治疗后不同修复形式的下颌第一磨牙有限元模型，分别在垂直和斜向载荷下，观察分析不同形式修复后下颌第一磨牙牙体组织的应力峰值及应力分布情况，寻求一种应力分布相对合理的修复形式，为临床中下颌第一磨牙颊(牙合)缺损根管治疗后修复形式的选择，提供生物力学方面的实验理论数据。
　　材料与方法：
　　1．选择一牙列完整、咬合关系正常，无牙周疾病，下颌磨牙无明显磨耗的年轻成年女性志愿者，通过CBCT扫描获取实验图像，Mimics软件读取图像并进行初步处理，Geomagic软件精修，造型软件Solidworks装配各模块和有限元软件Ansys Workbench划分网格，材料赋值，边界设定，建立正常下颌第一磨牙的三维有限元模型。
　　2．在正常下颌第一磨牙三维有限元模型的基础上，对牙冠和根管进行形态修整以模拟根管治疗和牙体组织的缺损，设定材料参数，组装各模块并进行网格划分，获得下颌第一磨牙颊(牙合)缺损行根管治疗后模型及分别以IPS e.max CAD瓷材料进行嵌体修复（嵌体Ⅰ）、树脂内部重建后嵌体修复（嵌体Ⅱ）、覆盖颊尖的高嵌体修复（高嵌体Ⅰ）、覆盖整个(牙合)面的高嵌体修复（高嵌体Ⅱ）、全冠修复和玻璃纤维树脂桩核冠修复的三维有限元模型。
　　3．在(牙合)面近远中边缘嵴中央、中央窝、近远中颊尖顶，与牙体长轴成15°加载垂直向载荷,每个加载点力值为40N；在近远中颊尖颊斜面中心点与牙长轴成60°加载斜向载荷，每个加载点力值为100N，模拟牙齿正中和侧方咬合下的受力情况，输出各个模型在两种载荷下的应力分布云图，观察分析剩余牙体组织的等效应力和最大主应力的分布及大小。
　　结果：
　　1．建立了正常下颌第一磨牙的三维有限元基础模型及颊(牙合)面大面积缺损根管治疗后以IPS e.max CAD嵌体、高嵌体、全冠、桩核冠等形式修复的下颌第一磨牙三维有限元模型，包括牙本质、牙胶尖、复合树脂、嵌体、高嵌体、覆盖体、全冠、玻璃纤维桩、粘接层、牙周膜及牙槽骨等结构。
　　2．在垂直载荷下，完整牙体组织牙釉质的等效应力和最大主应力主要集中在咬合力加载区，峰值位于远中颊尖；牙本质的应力主要集中牙颈部和根尖区，峰值位于远中根根尖区的颊侧。斜向载荷下，牙釉质的等效应力和最大主应力主要集中在咬合力加载区，峰值均位于远中颊尖；牙本质的应力主要集中于牙根的舌侧面，峰值均位于近中根根尖区舌侧面。
　　3．不同形式修复后牙体组织在不同载荷下的应力情况：①垂直载荷下，牙釉质的等效应力和最大主应力均集中在咬合力加载区,其等效应力峰值变化为：嵌体Ⅱ>嵌体Ⅰ>高嵌体Ⅰ>高嵌体Ⅱ。嵌体Ⅰ、嵌体Ⅱ、全冠和桩核冠牙本质的等效应力峰值位于远中根根尖区颊侧，而高嵌体Ⅰ和高嵌体Ⅱ牙本质的等效应力峰值位于颊髓线角区，不同形式修复后牙本质的等效应力峰值变化为：高嵌体Ⅱ>高嵌体Ⅰ>全冠>桩核冠>嵌体Ⅰ>嵌体Ⅱ。六种修复形式牙本质的最大主应力峰值均位于远中根根尖区颊侧，且峰值相差不大。②斜向载荷下，不同修复形式下牙釉质的应力峰值位置不同，其等效应力峰值变化为：高嵌体Ⅰ>嵌体Ⅰ>嵌体Ⅱ>高嵌体Ⅱ。而牙本质的等效应力峰值只有高嵌体Ⅱ位于髓室底部，其余五种修复形式的应力峰值均位于近中根根尖区舌侧，且牙本质的等效应力峰值变化为：高嵌体Ⅱ>高嵌体Ⅰ>桩核冠>全冠>嵌体Ⅱ>嵌体Ⅰ。嵌体Ⅰ、高嵌体Ⅰ和高嵌体Ⅱ修复后牙本质的最大主应力峰值位于颊髓线角区，嵌体Ⅱ、全冠和桩核冠的最大主应力峰值位于近中根根尖区舌侧，其应力峰值变化为：高嵌体Ⅰ>高嵌体Ⅱ>嵌体Ⅰ>嵌体Ⅱ>桩核冠>全冠。
　　结论：
　　1.将 CBCT扫描技术和逆向工程软件Mimics、Geomagic、造型软件Solidworks和有限元分析软件Ansys Workbench相结合，能够快捷有效的建立三维有限元模型。所建立的正常下颌第一磨牙模型及颊(牙合)缺损根管治疗后的不同修复形式的模型均具有良好的几何相似性和力学相似性；
　　2.无论从应力峰值大小还是应力分布情况来看，下颌第一磨牙颊(牙合)缺损根管治疗后，以IPS e.max CAD瓷材料进行全冠及玻璃纤维桩核冠修复后，剩余牙体组织上的应力在生物力学上较为合理；
　　3．玻璃纤维桩没有改变修复后牙齿的应力分布及应力峰值；
　　4．在进行根管治疗及窝洞预备时，要尽量保留髓室底部的牙体组织。

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缩略词表

前言

实验一 正常下颌第一磨牙的三维有限元分析

1 实验对象及设备

2 建立三维有限元模型

3 计算分析

4 结果

5 讨论

6 结论

实验二 下颌第一磨牙颊牙合缺损根管治疗后不同修复形式的三维有限元分析

1 实验对象及设备

2 建立三维有限元模型

3 计算分析

4 结果

5 讨论

6 结论

参考文献

附图

综述: 根管治疗后牙体缺损修复方式的选择

个人简历及学术论文研究成果

致谢