3种桩材料对于前磨牙应力分布影响的三维有限元分析

魏琦玲 李崴嵬

(河北省唐山工人医院口腔科 河北唐山 063000)

在牙体保存治疗技术不断发展的基础上，残根、残冠的保留取得了很大成功，桩核修复体为残根残冠的修复提供了可能，但是，随着桩核冠修复后失败病例的屡屡出现，桩核材料选择也就成为了修复设计过程中一个重要部分。近年来口腔修复材料飞速发展，很多新型桩核材料已逐渐被运用到桩核冠系统中。本研究通过三维有限元分析的方法分析陶瓷桩核、钴铬合金桩核以及复合树脂桩核在修复前磨牙［1］应力分布的影响，以供临床参考。

1 材料与与法

1．1 模型的建立 选取临床拔除的成人前磨牙(牙根根管为单根管)，螺旋 CT(Siemens sensation 64，siemense，German)对所选择前磨牙进行断层扫描，扫描截面垂直牙体长轴、断层厚度0．625mm，层与层重叠0．3mm，重建二维有效断层图片以DICOM格式存储输出。利用Mimics软件读取CT断层扫描DICOM格式影像数据，根据CT值不同区分不同组织，对具有相似灰度特征的区域进行数据分割拟合、调整三维重建牙冠、牙根及牙髓腔，图形以标准的三维文件格式STL分别输出。将牙冠、牙根及牙髓腔的图形文件读入Geomagic Studio软件。修改牙本质轴面并调整髓腔形貌，根据口腔修复学的要求，设计桩核冠修复体冠颈部，设置铸造钴铬合金桩核，铸造桩核形态与根管形态相适应，使其符合牙体预备后桩核修复的形态，桩长度为桩能够就位的最大长度。桩末端为牙胶尖封闭，桩粘结剂层忽略［2，3］。通过补洞、光滑、转换三角域Bezier曲面为Nurbs曲面用最少的曲面拟合出各部件的表面形貌。最后对模型各部件进行网格划分，见图1。

图1 前磨牙模型网格示意图

1．3 材料性能 此模型中假设所有材料均为均匀各向同性的线弹性体。主要参数见表1。

表1 模型中所用材料的主要力学参数

2 结果

2．1 牙本质内Von mises应力、最大主应力、最小主应力峰值4种不同材料桩修复时，牙本质内Von mises应力、最大主应力、最小主应力峰值结果见表2。

表2 4种不同材料桩修复时牙本质内相应指标比较［n(%)］

2．2 桩修复对应力峰值的影响 根据牙本质内Von mises应力及最大主应力分布规律［5］以及实验的数据可以认为:弹性模量较高的钴铬合金桩核与铸瓷桩核可降低牙本质的Von mises应力、最大主应力、最小主应力的应力峰值。而复合树脂桩修复后的牙本质最大主应力高应力区均位于唇舌侧颈部牙根外部本质内。并且复合树脂桩核并没有有效的降低牙体应力。

3 讨论

牙本质的Von mises应力反映材料内部一点的综合应力，最大主应力反映材料内部一点的最大可能拉应力，最小主应力反映材料内部一点的最大可能压应力。有限元分析法是生物力学领域中评价分析材料力学特性的主要手段之一，近年来随着技术的不断成熟和高精度螺旋CT的出现，有限元分析软件已经发展到能对人体各部位复杂的非均质结构进行真实模拟和精密分析，成为生物力学研究中的一种重要工具。有研究已证实颈部牙体通常承受较大的压应力，往往会有应力集中，而舌侧颈部牙体通常承受拉应力，不会形成应力集中［6］。本实验中使用瓷桩核与金属桩核相比，对剩余牙体组织的应力大小和分布没有明显的影响。本实验结果表明，桩修复后其应力分布规律与桩材料的弹性模量密切相关。使用金属桩核或瓷桩核弹性模量相似的桩核材料，其剩余牙根的最大应力值和应力分布情况近似，在应力最集中的牙颈部区域，应力峰值均显著降低。与金属桩和瓷桩核比较，弹性模量与牙本质相近的复合树脂桩修复后牙本质应力分布规律与桩修复前相似，其应力峰值较桩修复前并无明显变化。笔者认为，复合树脂桩由于材料弹性模量低，故改变应力分布作用不明显，高弹性模量的桩将应力集中在桩周的牙本质界面上，分散了颈部牙体的应力，而弹性模量低的复合树脂桩不会出现类似现象。这就提示在临床工作中，由于在进行牙冠部的牙体预备时需磨除一定量的颈部牙体组织，因此颈部牙体组织是相对薄弱部分，如不注意保护，复合树脂桩核修复后较金属桩核及瓷桩核更容易发生牙体折断，造成修复的失败。

［1］ 冯海兰．口腔修复学［M］．北京:北京大学医学出版社，2005．55-96

［2］ Ko CC，Chu CS，Chung KH，et al．Effects of posts on dentin stress distribution in pulpless teeth［J］．J Prosthet Dent，1992，68(33):421

［3］ 张秋霞，陈红莉．桩核黏接剂厚度对上中切牙应力影响的三维有限元分析［J］．郑州大学学报(医学版)，2008，43(2):367

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［6］ Sorrentino R，Aversa R，Ferroc V．Three-dimensional finite element analysis of strain and stress distributions in endodontically treat ed maxillary central incisors restored with diferent post，core and crown materials［J］．Dent Mater，2007，23(8):983