参数化人上颌中切牙桩冠修复三维有限元模型中桩核冠直径和长度变量的生物力学优化

摘要

背景：以往有关桩直径和长度的生物力学三维有限元研究中,多为直径或长度的单因素离散组合分析,不能准确反映桩直径和长度同时连续变化对牙根应力的影响。目的：基于AnsysWorkbench中DesignXplorer优化设计平台,探讨动态连续的桩直径和长度变化对牙根应力的影响。方法：建立参数化人上颌中切牙桩冠修复三维有限元模型,AnsysWOrkbench软件设定桩直径和长度的变化,其参数变量直径变化范围为1.0~4.1mm,长度变化范围为3.0~8.0mm,分析双变量直径和长度同时连续变化情况下,牙根牙本质平均主应力分布。同时进行直径和长度变量对的MaxEQVStress敏感度分析。结果与结论：随着长度的增加,镍铬合金桩修复后根牙本质EQV应力峰值下降28.9%;碳纤维桩根牙本质EQV应力峰值下降13.1%。随着直径增加,镍铬合金桩根牙本质EQV应力峰值下降33.9%;碳纤维桩根牙本质EQV应力峰值下降9.6%。镍铬合金桩长度在5.16~8.00mm范围内变化,碳纤维桩长度在4.75~8.00mm范围变化时,镍铬合金桩直径在1.62~2.02mm范围变化时,碳纤维桩变量直径在1.68~2.20mm范围变化时,根牙本质EQV应力峰值响应曲线率位于-1和1之间。提示增加桩的长度、直径有利于改善牙根牙本质应力分布,镍铬合金桩长度和直径的变化与纤维桩相比更易影响牙根应力大小;对于铸造镍铬合金桩而言,桩直径对根牙本质的EQV应力峰值的影响远远大于长度。碳纤维桩系统桩长度对根牙本质的EQV应力峰值的影响大于直径。从生物力学角度而言铸造桩参数优化选择范围：长度为5.16~8.00mm,直径为1.62~2.02mm;纤维桩参数优化选择范围：长度为4.75~8.00mm,直径为1.68~2.20mm。