纤维桩冠修复上前牙桩的力学分析

1、DOC格式论文，方便您的复制修改删减纤维桩冠修复上前牙桩的力学分析（作者：单位：邮编：）作者：张洁，牟永斌，张栋华,李斌,张红【摘要】 目的：采用三维有限元方法研究聚乙烯纤维树脂核桩冠在 修复上颌中切牙时桩的受力情况。方法：螺旋CT机扫描正常人上颌 中切牙,处理数据确定牙外周轮廓，获得边界坐标数据。将数据导入 ANSYS中得到牙体的三维有限元模型。进行模型整体网格划分，在加载区域施加100 MPa外部静荷载，固定桩长,设定桩顶端直径为3.0、 2.0、1.5和1.2 mm分别计算桩唇、腭侧 Von Mises应力并分析其变 化趋势。结果：桩直径为3.0 mm时,距桩尖6.0 mm以上截面处Vo

2、n Mises应力明显大于桩直径为 2.0 mm及以下桩径组。结论：聚乙烯 纤维桩桩冠修复上颌中切牙时，桩径应小于2.0 mm,此时桩各部位受 力较小。【关键词】 三维有限元；聚乙烯纤维树脂桩；Von Mises应力 纤维桩作为一种非金属桩用于残根残冠桩核修复的材料具有适当的 弹性模量、屈服强度及良好的抗腐蚀、抗疲劳性能，此外,其颜色类似 牙体组织,已被广泛应用于口腔修复治疗中。本研究采用三维有限元 方法,设计不同直径桩核模型，分析、比较不同直径、不同位置桩的受 力情况,探讨纤维桩冠修复上前牙后，桩在牙体组织中不同部位的受力及变化趋势，对桩冠修复中桩的优化设计提供理论参考。1资料与方法1.1资

3、料选择一名牙齿正常的志愿者，牙齿尺寸符合牙体解剖资料标准1 ,要求其上颌中切牙的大小及形态正常，完整无缺损，排列在牙弓 的正常位置。采用螺旋 CT机（Somatom Senation 64层螺旋CT机，西 门子公司，德国）扫描，志愿者取仰卧位，尽可能使扫描断面与牙体长 轴垂直，球管电流与电压分别为330 mA/120kV。扫描层间距为0.5 mm, 厚度为0.2 mm。1.2使用CT工作站进行图像处理将CT图像下载到CT工作站中，通过对图像进行调整处理，最终得 到54幅清晰牙体断层图像。刻录光盘并将数据下载到电脑。1.3每层断面牙周轮廓确定和牙周边界坐标提取选择上颌中切牙的第2到53层扫描断面

4、为建模范围，采用数字图 像处理技术完成图像分割和牙周边缘检测 ，确定牙周轮廓，获得牙周 边界坐标数据（图1）。图1上颌中切牙模型1.4三维有限元模型的建立将每层断面的牙周边界坐标以数据格式导入 ANSYS中得到牙体 的三维有限元模型。牙齿模型中，肩台为90 ,宽1.0 mm牙本质肩领 高2.0 mm根端保留4.0 mn牙胶封闭2。桩通过轮廓曲线放样生成，固定桩长为12.0mm桩顶端位于釉牙骨质界处，顶端直径分别为3.0、2.0、1.5 和 1.2 mm,设计锥度 1.5 （图 2）。图2上颌中切牙桩冠修复模型1.5网格划分对整个牙体的实体模型采用 SOLID187单元进行整体网格划分， 在加载

5、区域，为便于施加外部荷载，采用SURF154表面单元进行划分， 模型中节点数为45万个，单元数为30万个。1.6荷载及边界条件根据Robert等3的研究，在正常状态下咀嚼力为1023 kg,故 静载值选用100 N,加载点位于距切端2.0 mn处，作用面积为1.0 mm2, 通过表面单元传递到牙体上，加载方向与牙体长轴方向成 60角，约 束边界距离牙体釉牙骨质界下 2.0 mm区域。1.7桩核材料的选择牙体模型中各种组织材料均假设为均质的各项同性弹性材料，在模型计算中，牙冠部分采用烤瓷材料，桩采用聚乙烯纤维树脂材料。牙 本质与聚乙烯纤维树脂弹性模量相似，烤瓷全冠弹性模量明显高于牙 本质4拟6。

6、2结果与桩尖的距离不同则唇侧、腭侧Von Mises应力不同，距桩尖6 mm 以下的截面Von Mises应力水平较低，且随桩直径大小近似呈直线变 化。距离桩尖8 mm截面处Von Mises应力水平低于6 mm截面处,距 离桩尖10 mm截面处Von Mises应力最大并高于距离桩尖12 mm截面 处水平。直径为3.0 mm桩距桩尖6 mm以上截面处Von Mises应力明 显大于直径为2.0 mm及2.0 mm以下桩径组（图3、4）。3讨论纤维桩由聚合物基质包绕连续的纤维组成，纤维沿桩的长轴呈单 一方向紧密排列。聚合物基质通常为环氧聚合物，其具有高度的转化性和高度交联的结构，通过赋予所有纤

7、维相同的张力，从而使纤维具 有高强度的物理性能7拟8。纤维桩的弹性模量与牙本质相似，其对 根方牙本质的应力分布更均匀，降低了根折的发生率。当桩折断后， 可利用特殊装置成功取出根管内的折断桩9,从而可以二次修复，有 利于保存牙根及牙槽骨的完整性。有限元分析法广泛应用于生物力学领域，是生物力学研究中的一 种重要工具。本研究真实再现了桩核冠修复体的形态结构，分别识别 出修复体各部分的边界，提高了所建模型的生物相似性。残冠残根修 复时,设计一定高度的箍结构可显著增强牙体抗力，改善牙颈部的应力水平,有效减少根折及核桩冠修复失败的几率，并且颈部残留牙本质越多,箍效应越强10。本研究中模型均设计2.0 mm

8、高,全包绕牙 本质肩领,尽可能减少牙颈部应力集中，减少实验误差。高强度纤维桩的弹性模量与牙本质的弹性模量相近 ，具有比金属 桩更好的传递和分散咬合力的功能，有利于防止根折11。体外实验 研究结果表明，铸造金属桩在受超负荷力时比纤维桩更易发生根折，且纤维桩组的折裂方式更有利于牙根的保存12。本研究结果如图3、 4所示，桩的唇、腭侧所受 Von Mises应力形态近似，但唇侧受力明 显大于腭侧。上颌中切牙唇侧牙体组织通常承受压应力，往往会有应 力集中，而腭侧牙体组织通常承受拉应力，不会形成应力集中13。因 此，临床中多见唇侧牙体组织折裂，而腭侧极少。当纤维桩直径为1.2、1.5、2.0 mnfl寸

9、,桩唇、腭侧相同点处各直 径组受Von Mise应力大小相似，而且明显小于桩径3.0 mn组,表明当 纤维桩直径大于2.0 mm时,桩受力从距离桩尖6.0 mm处开始明显增 大。由此我们得出结论：聚乙烯纤维桩桩冠修复时，桩径小于2.0 mm时桩各部位受力较小，有利于保护桩避免折断。而桩径为2.0 mm时,其与根径之比约为1/3,此结论与教科书相符14,为临床工作提供了 理论依据。【参考文献】1王惠芸.我国人牙的测量和统计J.中华口腔科杂 志,1959,7(3):149.2 ABRAMOVITZ L,LEV R,FUSS Z,et al. The unpredictability of seal

10、 after post space preparation : a fluid tran sportstudyJ.Jour nalofEn dodo ntics,2001,27(4):292拟 295.3 ROBERT E,KOVARIK D W D. Fatigue life of three corematerials un der simulated chew ing con diti ons J.Prost HetDen t,1992,68(4) :584 拟590.4 HOLMESD C,DIAZ 拟 ARNOLA M, LEARYJ M. I nfluen ce of post d

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12、nite element analysis of strain and stress distributions inen dod on ticallytreated maxillary cen tral in cisors restoredwith differe nt post,core andcrow n materialsJ.De ntMater,2007,23:983 拟993.7 FREDRIKSSON/I,ASTBACKPAMENIUS/I.A retrospectivestudy of 236 patie ntswith teeth restored by carb onfib

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14、re mode of fiber,ceramic,andconventionalpost systems at various stagesof restorationJ. J Prosthodont, 2001,10(1):26 拟36.10 PEREIRAJ R,de ORNELAS,CONTI P C R,et al.Effect of a crow n ferrule on the fracture resista nee of en dod on tically treated teeth restored with prefabricated postsJ.J Prosthet Den t,2006,95(1):50 拟 54.11 唐高妍,巢永烈,文志红,等.四种桩材料对牙本质应力 分布影响的三维有限元分析J.华西口腔医学杂 志,1998,16(3):259 拟262.12 吴红霞，吴友农，陈晨.三种桩