洞壁倒凹的不同处理对下颌第一磨牙嵌体修复的三维有限元分析.pdf
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1、基金项 目 黑 龙 江 省 高 等 教 育 教 学 改 革 项 目(编 号:S J G Y 2 0 2 0 0 4 5 2)作者简介 康小翠(1 9 9 3),女,山西人,硕士,医师,研究方向:口腔修复三维有限元。*通信作者 郭阳,E-m a i l:g u o y a n g s i n a.c o m洞壁倒凹的不同处理对下颌第一磨牙嵌体修复的三维有限元分析康小翠1 周珊1 李晨1 燕高飞2 张荣1 王梅力1 张文卿1 郭阳1*1.哈尔滨医科大学附属第二医院口腔科 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 0 0;2.山西省太原市恒伦口腔医院 山西 太原 0 3 0 0 0 1 摘要 目的:通过医学三
2、维有限元数字化建模,探讨当龋洞内有不同大小的倒凹时,采用传统外展预备和留有倒凹的微创预备两种预备方式对嵌体修复的力学影响,以期为临床工作提供理论指导。方法:采用C B C T扫描生成下颌第一磨牙根管治疗O缺损且颊侧壁有半球形倒凹的有限元模型,3种倒凹直径(1、2、3 mm),3种倒凹充填材料(流体树脂、玻璃离子、粘接剂)。采用两种不同的嵌体预备方式(A组为留有倒凹的微创预备,B组为传统外展预备)。比较两组中各结构应力大小和分布情况。结果:(1)两种倒凹的处理对牙齿应力水平有一定影响。在倒凹充填材料和倒凹直径均一致的情况下,垂直加载时A、B两组,牙釉质的应力值基本相同,牙本质的应力值A组略大于B
3、组,修复体应力值B组明显大于A组;斜向加载时B组牙釉质、牙本质和修复体的应力值均大于A组。(2)A组中不同材料充填倒凹后,各结构应力值略有差异,就倒凹层的应力及应变峰值分析,流体树脂应力相对较小且均匀。结论:从生物力学角度看,留有倒凹的微创预备方式有利于保护牙釉质和改善修复体应力,尤其是受到侧向力的情况,但是要保证倒凹冠方有足够的牙本质;倒凹充填材料的选择对整体影响较小,综合来说,流体树脂是比较优良的选择。关键词 下颌第一磨牙;倒凹;牙体预备;嵌体 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 17 6 5 1(2 0 2 3)0 90 8 2 70 5d o i 1 0.1 3 7 0 1/j.c
4、n k i.k q y x y j.2 0 2 3.0 9.0 1 2T h r e e-d i m e n s i o n a l F i n i t e E l e m e n t A n a l y s i s o f M a n d i b u l a r F i r s t M o l a r R e s t o r e d b y I n l a y w i t h D i f f e r e n t U n d e r c u t T r e a t-m e n t.KANG X i a o c u i1,ZHO U S h a n1,L I C h e n1,Y AN G a
5、o f e i2,ZHANG R o n g1,WANG M e i l i1,ZHANG W e n q i n g1,G U O Y a n g1*.1.D e p a r t m e n t o f S t o m a t o l o g y,T h e S e c o n d A f f i l i a t e d H o s p i t a l o f H a r b i n M e d i c a l U n i v e r s i t y,H a r b i n 1 5 0 0 0 0,C h i n a;2.T a i y u a n H e n g l u n S t o m
6、 a t o l o g i c a l H o s p i t a l,T a i y u a n 0 3 0 0 0 1,C h i n a.A b s t r a c t O b j e c t i v e:T o d i s c u s s t h e e f f e c t s o f c o n v e n t i o n a l l y d i v e r g e n t p r e p a r a t i o n a n d m i n i m a l l y i n v a s i v e p r e p a-r a t i o n o f u n d e r c u t o
7、 n i n l a y t h r o u g h t h r e e-d i m e n s i o n a l f i n i t e e l e m e n t m e t h o d.M e t h o d s:C B C T s c a n n i n g d a t a w e r e u s e d t o e s t a b l i s h t h e m o d e l o f m a n d i b u l a r f i r s t m o l a r r e s t o r e d b y i n l a y w i t h d i f f e r e n t u n
8、 d e r c u t s d i a m e t e r s(1 mm,2 mm,3 mm).T w o p r e p a r a t i o n m e t h o d s w e r e p e r f o r m e d.G r o u p A w a s m i n i m a l l y i n v a s i v e p r e p a r a t i o n o f u n d e r-c u t.G r o u p B w a s c o n v e n t i o n a l l y d i v e r g e n t p r e p a r a t i o n o f
9、 u n d e r c u t.T h e s i z e a n d d i s t r i b u t i o n o f s t r e s s w e r e s t u d i e d t h r o u g h f i n i t e e l e m e n t m e t h o d s.R e s u l t s:W h e n f i l l i n g m a t e r i a l a n d d i a m e t e r o f t h e c o n c a v e w e r e t h e s a m e,t h e e q u i v a l e n t s
10、 t r e s s o f e n a m e l w a s t h e s a m e i n g r o u p A a n d g r o u p B u n d e r v e r t i c a l l o a d i n g.T h e e q u i v a l e n t s t r e s s o f d e n t i n i n g r o u p A w a s s l i g h t l y l a r g e r t h a n t h a t i n g r o u p B,a n d t h e e q u i v a l e n t s t r e s s
11、 o f p r o s t h e s i s i n g r o u p B w a s s i g n i f i c a n t l y l a r g e r t h a n t h a t i n g r o u p A.U n d e r o b l i q u e l o a d i n g,t h e s t r e s s o f e n a m e l,d e n t i n,a n d r e s t o r a t i o n o f g r o u p B w e r e l a r g e r t h a n t h o s e o f g r o u p A.D
12、 i f f e r e n t u n d e r c u t f i l l i n g m a t e r i a l s h a d l i t t l e e f f e c t o n t h e e q u i v a l e n t s t r e s s v a l u e o f e n a m e l,d e n t i n,a n d r e s t o r a t i o n.T h e s t r e s s o f f l u i d r e s i n w a s r e l a t i v e l y s m a l l a n d u n i f o r m
13、.C o n c l u-s i o n:F r o m t h e v i e w o f b i o m e c h a n i c s,t h e m i n i m a l l y i n v a s i v e p r e p a r a t i o n o f u n d e r c u t i s b e n e f i c i a l t o p r o t e c t t h e e n a m e l a n d i m p r o v e t h e s t r e s s o f p r o s t h e s i s,e s p e c i a l l y i n t
14、 h e c a s e o f l a t e r a l l o a d i n g B u t a t t e n t i o n s h o u l d b e p a i d t o p r o t e c t t h e d e n t i n d u r i n g t o o t h p r e p a r a t i o n a n d r o o t c a n a l t r e a t m e n t.T h e f i l l i n g m a t e r i a l i n t h e u n d e r c u t a r e a h a s l i t t l
15、 e e f f e c t o n t h e w h o l e.I n g e n e r a l,f l u i d r e s i n i s a b e t t e r c h o i c e.K e y w o r d s m a n d i b u l a r f i r s t m o l a r;u n d e r c u t;t o o t h p r e p a r a t i o n;i n l a y 目前全瓷嵌体作为一种微创的修复方式在临床728 口腔医学研究2 0 2 3年9月第3 9卷第9期上被广泛使用,但是嵌体或牙体折裂等问题也时有发生1,应力过度集中是其重
16、要原因2,嵌体洞型的优化设计可显著改善应力分布。随着粘接技术的进步和修复材料性能的提高,采用更微创的牙体预备方式来实现洞型优化成为可能。目前有一些研究者提出了以下问题:“我们是否可以利用牙体微创修复的理念对全瓷嵌体传统预备原则进行改进,从而达到洞型优化的目标呢?”3,4。近年有学者对这个方向进行了相关研究,H o l b e r g等5研究发现:与修复材料相比,嵌体厚度对应力的影响较小,并且建议随着全瓷材料的出现和发展,人们应该对传统的嵌体预备原则做适当的调整和改进。对于嵌体预备方法,Z a r u b a等6研究发现:留有轴壁倒凹的微创预备方法与传统外展预备方法在边缘适应性上没有差异。然而,
17、关于保留倒凹的预备方式对牙体力学性能影响的有限元分析尚未见报道。因此本实验利用医学三维重建及有限元应力分析的方法,比较传统外展预备和留有倒凹的微创预备两种牙体预备方式对全瓷嵌体修复下颌第一磨牙类洞的应力分布影响,以对嵌体修复洞形优化设计提供新思路。1 材料与方法1.1 实验材料的选择 选择一名在哈尔滨医科大学附属第二医院院口腔修复科就诊的志愿者,纳入标准如下:牙列完整、咬合正常、下颌第一磨牙牙体无明显龋坏及松动,通过拍摄X线片确定其大小在正常牙齿的标准范围内且根管影像清晰。本实验在实施前已与志愿者签署知情同意书,并通过伦理审查,伦审查批件号为Y J S KY 2 0 2 2-3 5 3。1.2
18、 实验方法1.2.1 三维实体模型的建立 获取C T扫描数据和建立下颌第一磨牙三维有限元模型:志愿者于口腔影像科进行锥型束C T扫描,拍摄时嘱其坐于C B C T椅位上,颏部略微抬高,头部固定。采用C T扫描 仪 对 牙 齿 整 体 进 行 扫 描,相 关 参 数 为:V=9 0 k V,I=1 2.5 mA,扫描层厚度2.7 mm。扫描完成后,共扫描得到断层图像2 2 5张,将扫描获得的数据转化为D I C OM格式导出,记录在U盘上保存。利用医学影像软件M i m i c s R e s e a r c h 1 9.0、G e o m a g-i c W r a p 2 0 1 7、U n
19、 i g r a p h i c s N X 1 0等逆向工程软件,生成该牙完整三维实体模型(图1)。1.2.2 洞型及嵌体的设计及建模 构建好的三维实体模型经由N X 1 0软件进行计算机辅助设计。完成洞型、倒凹区、牙胶、垫底层和修复体的模拟,利用装配功能生成左侧下颌第一磨牙牙合面类洞嵌体修图1 下颌第一磨牙的三维实体模型F i g.1 3 D s o l i d m o d e l o f t h e m a n d i b u l a r f i r s t m o l a r.图2 模型组成F i g.2 T h e c o m p o s i t i o n s o f t h e
20、m o d e l.复模型(图2),要求如下:以牙合面近远中向和颊舌向中线的交点为基准点,从基准点向近远中向延伸至近、远中壁的厚度为2 mm来设计洞长,洞宽为颊舌径的1/3,轴 壁 外 展 约6,模 拟 机 用 锉 M-TWO(0.0 6锥度,工作尖端直径为 0.2 5 mm)进行根管预备成型,将根管预备至根尖孔0.5 mm,并模拟热牙胶充填至根管口,2 mm厚的G C F u j i 玻璃离子填平根管口。在上述模型基础上,在颊侧壁靠洞底处切出半球形的倒凹。倒凹直径分别为(1、2、3 mm),采用两种不同的嵌体预备方式(图3),A组为留有倒凹的微创预备,B组为传统外展预备,A大组又根据倒凹填充
21、材料分为3小组,分别为玻璃离子(a)、流体树脂(b)、粘接剂(c),共1 2种组合,实验分组见表1。G C F u j i 玻璃离子垫底厚度为1 mm,牙周膜厚度0.2 mm,V a r i o l i n k N树脂粘结剂厚度为0.1 mm。表1 实验分组T a b.1 T h e g r o u p o f t h e e x p e r i m e n t倒凹直径/mmA(留有倒凹的微创预备)玻璃离子 流体树脂 粘接剂 B(传统外展预备)1A 1 aA 1 bA 1 cB 12A 2 aA 2 bA 2 cB 23A 3 aA 3 bA 3 cB 31.3 建立有限元分析模型 本研究使用
22、有限元软828J o u r n a l o f O r a l S c i e n c e R e s e a r c h,S e p.2 0 2 3,V o l.3 9,N o.9 A 1A 3:留有倒凹的微创预备1 mm、2 mm、3 mm模型;B 1B 3:传统外展预备1 mm、2 mm、3 mm模型图3 模型纵剖面示意图F i g.3 T h e d i a g r a m o f l o n g i t u d i n a l p r o f i l e o f m o d e l s.件A b a q u s 6.1 4对A、B 两组模型进行网格划分。A 1、A 2、A 3模 型
23、 网 格 划 分 后,节 点 数 分 别 为3 1 7 1 7 0、3 1 9 1 7 5、3 2 0 7 0 6,单 元 数 分 别 为2 0 2 7 7 5、2 0 4 0 2 2、2 0 5 0 0 3;B 1、B 2、B 3模型网格划分后,节点数分别为3 0 9 0 0 4、3 1 0 8 1 8、2 9 3 6 7 3,单元数分别 为1 9 5 8 0 5、1 9 7 1 7 2、1 8 5 1 0 0。1.4 实验条件和力学参数 设定本实验中所用到的所有组件均为连续、均质、各向同性的线弹性物质,材料属性设定(表2),牙根与固有牙槽骨为固定支持,受力时各界面均无任何方向的滑动。表2
24、材料力学参数5,7,8T a b.2 M e c h a n i c s p a r a m e t e r s o f t h e m a t e r i a l实验材料弹性模量/G P a泊松比牙釉质8 4.10.3 3牙本质1 8.60.3 1牙髓0.0 0 20.4 5牙周膜0.0 6 90.4 5皮质骨1 3.70.3 0松质骨1.3 70.3 0I P S-E m p r e s s 全瓷材料9 60.2 2G C F u j i 玻璃离子1 7.20.3 0V a r i o l i n k N粘结剂1 0.3 10.2 4牙胶尖6.91 0-40.4 5流体树脂7.30.3 9
25、1.5 加载条件和观测指标 采用静态载荷,方向为垂直加载和斜向加载。垂直加载总载荷为2 8 0 N(加载时力均匀施加于咬合各个尖颊斜面、颊尖舌斜面和舌尖颊斜面处);舌向颊斜向4 5 总载荷为1 0 5 N(加载时力均匀施加于咬合面各个颊尖颊斜面处)。本实验的观测指标为等效应力(V o n M i s e s)。2 实验结果2.1 垂直加载时的v o n M i s e s应力分布趋势 垂直加载时最大等效应力有限元分析结果如表3。应力云图见图4、图5、图8,由图可知,牙釉质的V o n M i s e s应力于近中颊尖颊斜面,靠近加载点,牙本质V o n M i s e s应力集中在近远中颈颊轴
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