上颌第一双尖牙纵折粘结冠及桩核冠修复的三维有限元应力分布分析

上颌第一双尖牙纵折粘结冠及桩核

冠修复的三维有限元应力分布分析

【摘要】目的分析上颌第一双尖牙纵

折粘结冠及桩核冠修复后牙体各部位的应

力改变。方法在已建立的ClearfilSEBond

粘接的上颌第一双尖牙折裂牙模型上，分别

模拟金属全冠和铸造桩核冠修复，进行垂直

和腭向30度的加载，采用三维有限元法计

算牙体各部位的应力变化。结果金属全冠

修复后的折裂牙最大应力值出现在金属全

冠上，加了桩核修复后，牙体的应力值有所

增加。结论粘结治疗后的折裂牙应及时进

行全冠修复，牙体破坏严重的在桩核修复的

基础上加以全冠修复，使全冠成为应力的主

要承受件，以利保护治疗后的牙体，延长患

牙的使用寿命，提高纵折牙的治愈率。

【关键词】三维有限元；纵折牙；金属全

冠；桩核

[Abstract]ObjectiveToevaluatethe

changeofthestressdistributionof

differenttreatmentandcomparewith

normalTherightmaxillaryfirst

premolarwasscannedandtheimagewas

threedimensionalfiniteelementmodel

ofthefracturetoothoffirstpremolar

wasbeenestablishedbythespecialgap

ofthemodelwasbeenreplacedby

ClearfilSErestorationofmetalcrown

anddowelcrownwasbeenimitatedonthe

modeloftheClearfilSEBondadhensive

fracturestsessverticalforceand

lateral30cforcewasTheFEMofthe

fracturetoothoffirstpremolarwas

beenlargeststresswasappearedonthe

metalcrownafterstresswasincreased

afterdowelThecrownrestorationis

veryimportanttothefracturetooth

treatment.

[Keywords]threedimensionalfinite

element；verticallyfracturetooth；

metalcrown；dowelcrown

后牙纵折(verticalfracturedposterior

tooth)为后牙冠根完全性纵性折裂，是一种

危害严重的非龈性牙体病，可导致剧烈的疼

痛、牙龈肿胀，严重影响患者的口腔功能。

目前就诊时一般只能拔除。随着粘接材料性

能的不断提高和粘接技术的不断更新，粘结

再植术治疗后牙纵折，即将患牙拔出、行即

刻根管治疗、粘接、再植已成为保存纵折后

牙的新方法，并在临床上已取得较为满意的

疗效。折裂牙经过根管治疗、粘结再植后,

其牙本质生物学特性发生了改变，影响治疗

牙抵抗载荷下变形的能力。因此为了防止治

疗牙的再次折裂，必须对粘结后的纵折牙辅

以相应的修复措施。本实验通过模拟上颌第

一双尖牙纵折粘结全冠以及桩核冠模型，进

行力学分析，为临床选择合适的修复方法提

供理论依据。

1材料与方法

上颌第一双尖牙纵折模型的建立

实验模型的选择根据文献资料，选择一

颗磨耗少、完整的离体上颌第一双尖牙作为

研究对象，其牙冠长、宽、高接近正常上颌

第一双尖牙均值[1],经X线摄片确定为

两个根（颊根管和腭根管）的单根牙。

cT断层扫描摄片采用Lightsped16排

螺旋CT扫描机对实验牙进行扫描。将试验

牙用蜡固定，保持牙体长轴与CT机平台平

行，自冠方向根方3mm层厚螺旋扫描1mm高

分辨，共获取每间隔1mm的断层片17张，

选取15张为建模原始素材。

CT图像处理利用软件PHOTOSHOP中文

版处理每幅图像，画出实验牙在每层上的断

面轮廓图，分别标出牙体、髓腔、根管、折

裂线的外形轮廓，并绘出外形轮廓矢量图,

输入计算机，形成二维有限元网格。

上述各断层面有限元网格的生成，坐标系

的选取为断面的Y,Z轴即为CT片的水平轴

与垂直轴，X轴沿牙长轴方向，自下而上，

坐标的原点取在牙根底部。

有限元建模在上述断层面二维有限元网

格的基础上，采用自编的外形分层有限元模

型生成程序，自下而上，生成同高度的平面

有限元模型，然后应用层生成方法，建立整

体的三维有限元模型。该模型共有2433个

节点，2024个三维块单元c

建立纵折粘结模型折裂缝的定位是根据

原来提取轮廓数据时已经标记好的点来确

定。本研究的重点是折裂牙粘接后的应力分

布情况，故在建模过程中对折裂缝的建模进

行了相应的简化，假设折裂缝光滑、宽度均

匀，根据以往文献［2］中粘接层的厚度确

定缝的厚度为，并以ClearfilSEBond代

替折裂缝。见图2。

模型的修改在已建立的上颌第一双尖牙

ClearfilSEBond粘结的纵折模型基础上,

分别模拟铸造全冠修复、铸造桩核冠修复修

改模型。

全冠修复模型的建立（修改模型一）按照

金属全冠的制备要求将上颌第一双尖牙纵

折粘结模型的牙冠部分均匀的去除hnm,代

之以铸造钻辂合金。见图lo

铸造桩核冠模型的建立（修改模型二）移

去髓腔顶处的硬组织，使之形成开髓状。髓

腔部分以及髓顶部分以铸造钻铭合金代替,

即桩核，也就是将髓腔部分和髓顶部分的材

料性质修改为铸造钻铭合金。保留距根尖

4mm的根管横径不变，以上部分根管腔横径

修改为原模型牙根近远中径的1/3,并代之

以铸造钻铭合金，即铸造桩见图3。最后按

照金属全冠的要求将此模型牙冠部分均匀

的去除1mm,代之以铸造钻铝合金。图1修

复后的三维有限模型图图2金属全冠的三

维有限元模型

图3桩核的三维有限元模型

力学参数见表1。表1牙齿、粘结剂、

修复材料的力学参数[3]

实验假设（1）不考虑铸造桩核在制作、粘

固过程中介入的残余应力。（2）不考虑牙周

组织的缓冲作用。（3）铸造桩核和牙本质之

间的粘固层极薄，难以建立于模型中，而由

于牙本质与粘固剂的机械性能相似。故将粘

固剂假设为牙本质的一部分，即假定桩核与

牙体完全结合，而在模型中忽略不计。（4）

不考虑根尖4nnn的充填物。

加载工况位于上颌第一双尖牙牙冠最顶

端处一小区域（lmmX2mm）内。加力的方向

有两种：一是垂直加载；一是腭向倾斜30°

加载。加载量为lOONo

计算方法采用美国商用有限元分析系统

ALGOR软件计算。

经分析计算，得出牙齿各层的应力分布

情况。其中第1层为牙冠部的牙釉质；第3

层为髓室顶；第4层为髓腔；第5层为髓腔

底；第6〜8层为根管上1/3；第9-11层为

根管中1/3；第12〜14层为根管下1/3。

2结果

垂直加载时的应力变化见表2o由表2可

见两个修改模型在垂直加载时牙齿各部的

最大应力都大大降低，应力变化趋势与对照

模型相似。修改模型一较修改模型二应力更

低。

侧方加载时的应力变化见表3、表4。由

表3可见两个修改模型在侧方加载时牙齿各

部最大应力值和应力变化趋势与垂直加载

时应力变化相似，侧方应力大于垂直应力。

金属全冠和桩核受力后的应力分布情况

见表5。由表5可见修改模型一在垂直和侧

方两种作用力下，金属全冠的最大应力分别

为和；修改模型二在垂直和侧方两种作用力

下，金属全冠的最大应力分别为和。表2垂

直加载时牙体各层最大能量应力（MPa）表3

侧方加载时牙体各层最大能量应力（MPa）

表4最大应力比较（MPa）表5金属全冠最

大应力（MPa）

3讨论

有限元法是一种与现代电脑技术相联系的

理论力学应力分析方法，已广泛应用于口腔

生物力学各个领域的研究。本研究采用CT

扫描技术取得牙齿截面影像，截面形态结构

完整，几何形状准确，且断层间隔距离可以

准确控制，与实物相比近似性好；按照

Silvestri[4]对后牙牙折的分类，将完

全折裂后牙分为完全性斜向折裂（简称斜裂）

和完全性纵向折裂（简称纵裂），资料显示后

牙完全性折裂以纵裂为主，占％。纵折牙是

折裂线通过牙冠长轴贯穿性折裂。本研究建

立的模型将用于研究纵折牙的保存治疗，故

在建模过程中对折裂缝的建模进行了相应

的简化，假设折裂缝光滑、宽度均匀，根据

以往文献中粘接层的厚度确定缝的厚度为

［2］。

金属全冠在临床上多用于大面积的牙体缺

损，隐裂牙和折裂牙的保存治疗。金属全冠

在修复折裂牙方面具有重塑牙冠，恢复功能,

保护邻牙的功能［5］。随着目前修复技术

的发展，通过精细设计及制作铸造全冠可以

完全恢复颌关系及邻接关系。本实验结果可

见用金属全冠修复的折裂粘结牙，无论有桩

或是无桩，牙体的应力都大大降低，也就是

说金属全冠成为应力的主要承受件，大大增

强了牙齿承受咀嚼的力量。在临床上一些病

例粘结再植失败的原因多是因为没有及时

行全冠修复［6,7］0因此，纵折牙在粘

结再植后，必须及时应用全冠修复体保护牙

齿，防止牙齿的再次折裂。

折裂牙经过根管治疗、粘结再植后，与活

髓牙相比，其牙本质结构的改变影响了牙本

质的生物学特性，如强度和刚度，影响治疗

牙抵抗载荷下变形的能力，而使其再次折裂

的可能性增加［8］。传统观念均认为可以

采用桩冠修复将咬合力较均匀的分布于牙

体各处，从而防止根折；Kantor［9］等研

究显示桩可使牙根的抗折能力增加一倍，认

为刚性的桩可通过引导功能性和非功能性

应力至牙根中部而防止牙齿水平折裂。也有

学者［10］用有限元法对铸造桩核系统研

究发现，铸造桩核系统的应力主要集中在桩

核本身，支持组织和牙本质的应力分布较低,

这种应力分布对支持组织和牙本质本身有

利。但近三十年来，有学者［11-14］

对桩修复的一些传统观点提出了疑问，即桩

修复后牙本质的应力是否得到更合理的分

布。由于缺乏设计严密的体内研究结果及许

多体外研究的矛盾结果，尚不能确定桩核系

统对牙本质的影响以及何种桩核设计是最

好的［15］。目前桩核对死髓牙的强度有

何影响大致有三种观点：（1）每个根管治疗

牙皆应置入桩，因为桩可以加强牙齿抵抗力

的能力；（2）反对使用桩，因为根管预备和

桩的戴入进一步削弱了牙齿；（3）桩的戴入

并不能增强牙齿抵抗力的能力，如果不是为

核提供固位，应避免使用桩。许多学者发现

剩余冠部牙体组织的量与牙齿抵抗力的能

力有直接关系。牙体组织去除越多，抵抗力

的能力越下降，折裂的可能性增加。在桩的

戴入和功能过程中，桩可产生高应力而导致

根折［16力在根管内的传导使牙根有

垂直折裂的危险［11］。Sorensen［17］

等研究发现牙齿有无桩其强度差异无显着

性，因此如果牙齿冠部有足够的剩余牙本质

余留，桩核并不能增加其抗折能力。应力分

析结果表明，在载荷作用下，全冠在其边缘

有应力集中，牙根的冠1/3出现高应力，桩

并不能显着降低冠边缘处的应力，也不能使

应力沿牙长轴更均匀地分布［18］,因此

桩是否增强牙齿的强度是值得怀疑的。桩核

制作的目的是替代缺失牙体组织使之足以

为最终的修复体提供适量的抗力性和固位

性。本实验结果显示，有桩修复的治疗牙在

受力时其应力较无桩的高，尤其是在牙根的

冠1/3,说明桩的置入非但没有降低冠边缘

的高应力，而且还有可能使应力进一步增加

的可能，也就是说有可能增加治疗牙根折。

因此在临床上如果治疗牙有足够的牙体组

织余留，一般只需作全冠修复，而不必进行

桩核修复。(本文图片见封三)【参考文献】

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