【摘要】：研究背景 樁核冠是臨床上常見的修復(fù)方式,當(dāng)牙體組織因齲壞、外傷、磨損、過度預(yù)備等原因?qū)е麓竺娣e缺損,無法為全冠提供足夠的固位力時(shí),樁核冠則是一種必要的修復(fù)手段。金屬樁曾經(jīng)是臨床應(yīng)用最為廣泛的樁核系統(tǒng),但隨著人們對(duì)美觀要求的不斷提高,這種樁核系統(tǒng)已不能滿足患者需求。纖維樁作為金屬樁核的替代,較大程度的改善了美觀效果。然而在臨床使用中,纖維樁也存在一些不可避免的缺點(diǎn)：如撓曲強(qiáng)度低,受到較大(?)力時(shí)容易產(chǎn)生樁的折斷,在口內(nèi)環(huán)境中強(qiáng)度降低,樁核直徑小,較難適應(yīng)根管較為粗大的上頜前牙等因素均限制了纖維樁的使用。牙科氧化鋯陶瓷自面世以來,一直受到口腔醫(yī)生和學(xué)者們的廣泛關(guān)注。氧化鋯陶瓷不僅具有優(yōu)越的美觀效果、良好的生物安全性、較低的熱傳導(dǎo)率,而且氧化鋯晶粒相變后的體積膨脹及其產(chǎn)生的應(yīng)力可以對(duì)抗微裂紋尖端的應(yīng)力,產(chǎn)生增韌作用,從而具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。1995年Meyenberg已首次將氧化鋯陶瓷應(yīng)用于樁核材料中,早期應(yīng)用于臨床的多為氧化鋯預(yù)成樁。由于預(yù)成樁的直徑有限,應(yīng)用于根管粗大的上頜尖牙時(shí)較難達(dá)到理想的封閉效果,樁與核之間的結(jié)合問題也會(huì)增加樁核修復(fù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。隨著科技的發(fā)展,采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制作(CAD/CAM)技術(shù)制作的一段式氧化鋯樁核面世,這種樁核系統(tǒng)是通過掃描、切削、燒結(jié)形成強(qiáng)度較高的釔穩(wěn)定四方晶氧化鋯多晶體(Y-TZP),具有更高的機(jī)械性能,與根管的密合性更好,制作更為簡(jiǎn)便,亦可避免樁與核分離所導(dǎo)致的修復(fù)失敗。然而氧化鋯彈性模量與金屬相當(dāng),受到較大應(yīng)力時(shí),有可能導(dǎo)致牙根折斷。上頜尖牙位于牙弓轉(zhuǎn)折處,更容易受到較大的(?)力,對(duì)修復(fù)的要求較高,氧化鋯樁核是否適用于這類牙齒尚需進(jìn)一步的研究。 研究目的 本研究采用三維有限元(以下簡(jiǎn)稱為3D FE)分析的方法,通過建立一段式氧化鋯樁核修復(fù)的上頜尖牙模型,分析不同的樁核材料,不同的牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度以及不同的樁核形態(tài)(長(zhǎng)度和直徑)對(duì)上頜尖牙牙體組織應(yīng)力分布的影響,擬為臨床工作提供參考依據(jù)。 材料與方法 第一部分 1.標(biāo)本原始數(shù)據(jù)獲得：選擇一顆完好無明顯磨損的上領(lǐng)尖牙,測(cè)量尺寸處于中國(guó)人恒牙牙體測(cè)量正常值范圍。將樣本用環(huán)氧樹脂包埋固定后,置于3DXMulti-Image Micro CT檢查床上進(jìn)行掃描,將所獲235張冠根向截面圖直接輸入Mimics中建立上頜尖牙的實(shí)體模型。并將初步模型輸入Freeform軟件中進(jìn)行表面光滑處理。 2.有限元模型建立：將所建實(shí)體模型輸入ANSYS軟件中,沿釉牙骨質(zhì)界上2.0mm分割模型,形成上頜尖牙模型,并根據(jù)臨床備牙標(biāo)準(zhǔn),分別建立全瓷冠、樁核、牙本質(zhì)結(jié)構(gòu)。牙槽骨則簡(jiǎn)化為一立方體,位于釉牙骨質(zhì)界。將各部分結(jié)構(gòu)裝配在一起后,形成一體化模型。采用ANASY中的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分程序,根據(jù)模型的不同部位,合理設(shè)置網(wǎng)格密度,對(duì)各部分分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分。約束牙槽骨底端及近遠(yuǎn)中側(cè)2/3部分牙槽骨的各方向運(yùn)動(dòng)。假設(shè)各粘結(jié)界面為緊密固著,受力時(shí)無相互滑動(dòng)。 3.模型驗(yàn)證：假設(shè)實(shí)驗(yàn)中所涉及的生物材料均為各向同性,均質(zhì),連續(xù)的線彈性材料。模擬臨床中上頜尖牙受力情況,施加300N的最大(?)力于牙尖下3mm舌軸嵴處,方向與牙體長(zhǎng)軸呈45°角,加載方式為靜態(tài)荷載。 第二部分 根據(jù)第一部分所建模型,將牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度為2.0mmm的上頜尖牙模型作為本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)模型。設(shè)計(jì)采用臨床常用的四種樁核材料作為本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象,分別為氧化鋯、金合金、鈷鉻合金和玻璃纖維。觀測(cè)在最大(?)力下各部位的VonMises應(yīng)力峰值及分布,檢測(cè)氧化鋯樁核相較于其他三種樁核系統(tǒng)是否更適用于上頜尖牙。 第三部分 在實(shí)驗(yàn)一所建模型基礎(chǔ)上,依次沿釉牙骨質(zhì)界上0.0mmm、1.0mm、2.0mm、3.0mmm處切割模型,形成四種牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度的上頜尖牙殘根,采用一段式氧化鋯樁核及熱壓鑄玻璃陶瓷全冠修復(fù)。加載條件及邊界約束同實(shí)驗(yàn)一,觀察在不同的牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度下,牙根和樁核部位的Von Mises應(yīng)力峰值及分布,根頸1/3、根中1/3、根尖1/3及樁/牙本質(zhì)界面處Von Mises應(yīng)力,實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄為應(yīng)力分布云紋圖。 第四部分 采用ANSYS軟件的前處理模塊,在實(shí)驗(yàn)一所建模型基礎(chǔ)上,直徑依次遞減0.5mm,長(zhǎng)度依次遞減1.0mm,形成兩種不同直徑以及三種樁核長(zhǎng)度組合的六組有限元模型,樁核材料設(shè)定為氧化鋯,全冠材料為熱壓鑄玻璃陶瓷。檢測(cè)各部位Von Mises應(yīng)力峰值及分布,比較樁核直徑與長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)力分布的影響。 結(jié)果 1.建立了氧化鋯樁核修復(fù)的上頜尖牙精確3D FE模型,包括全瓷冠、樁核、上頜尖牙殘根、牙槽骨等結(jié)構(gòu),共形成40949個(gè)節(jié)點(diǎn),35463個(gè)單元。 2.分別模擬建立了四種牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度的上頜尖牙模型,以及三種樁核長(zhǎng)度和兩種直徑的六組樁核結(jié)構(gòu)的3D FE模型。 3.牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度為2.0mmm時(shí),氧化鋯、鈷鉻合金這兩種樁核材料對(duì)上頜尖牙的應(yīng)力峰值及分布較為接近,均集中于根頸1/3處、牙合面受力區(qū)以及樁與牙本質(zhì)界面。纖維樁與金合金樁核兩組的應(yīng)力分布較接近,主要集中于根頸1/3處和(?)面受力區(qū),樁/牙本質(zhì)界面處應(yīng)力集中較少。鈷鉻合金對(duì)牙本質(zhì)的最大VonMises應(yīng)力最小,為56.7MPa；纖維樁最大,為59.4MPa。 4.在相同的牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度下,隨著樁核材料的不同,Von Mises應(yīng)力峰值的變化范圍：根尖1/3處為31.0MPa～32.1MPa；根中1/3為50.3MPa～52.4MPa,根頸1/3處為56.7MPa～59.4MPa,樁/牙本質(zhì)界面為36.9MPa～149MPa。變化幅度分別為3.4%、4%、4.8%和75%。其中樁/牙本質(zhì)界面處應(yīng)力變化最明顯。 5.四種牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度下,牙本質(zhì)的應(yīng)力分布：1.0mm組、2.0mm組、3.0mm組的Von Mises應(yīng)力分布基本相同,應(yīng)力峰值主要位于舌側(cè)根頸部。3.0mm組對(duì)牙本質(zhì)的最大應(yīng)力值最小,為55.7MPa；牙本質(zhì)肩領(lǐng)為0.0mmm組最大,為59.5MPa,應(yīng)力主要集中于舌側(cè)根中1/3處。 6.四種牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度下,不同牙根截面的應(yīng)力值隨著肩領(lǐng)增加而減小,以根頸1/3處減少最明顯,變化幅度為27%。四組模型均可見樁/牙本質(zhì)界處集中較大應(yīng)力。隨著牙本質(zhì)肩領(lǐng)不同,樁/牙本質(zhì)界面處的Von Mises應(yīng)力峰值分別為：0.0mmm組為174MPa；1.Omm組為154MPa2.0mm組為148MPa;3.0mm組為132MPa,變化幅度為24%。 7.六組不同直徑和長(zhǎng)度的氧化鋯樁核修復(fù)后,以樁長(zhǎng)12.9mm,直徑2.5mm組對(duì)牙體組織的Von Mises應(yīng)力最大,為179MPa,而樁長(zhǎng)10.9mmm,直徑2.0mmm時(shí),Von Mises應(yīng)力最小,為161MPa。 8.在相同直徑下,不同長(zhǎng)度的樁核對(duì)牙體組織的應(yīng)力分布差別不大,均主要集中于根頸1/3處、舌面受力區(qū)和樁/牙本質(zhì)界面。隨著樁核長(zhǎng)度的減少,各部位所受應(yīng)力呈減小趨勢(shì),其中以樁/牙本質(zhì)界面處的應(yīng)力減少最為明顯。 9.在相同長(zhǎng)度下,隨著樁核直徑的增加,各部位所受應(yīng)力呈增加的趨勢(shì),Von Mises應(yīng)力更多集中于根頸1/3。樁/牙本質(zhì)界面處應(yīng)力變化范圍為148MPa-123MPa,變化幅度為16.9%,較其他部位變化大(4.4%,3.7%,1.7%)。 結(jié)論 1.結(jié)合利用Micro-CT掃描技術(shù)、Freeform、Mimics等逆向工程軟件建立了嚴(yán)重破壞的上頜尖牙不同樁核修復(fù)方式的3D FE模型,模型結(jié)構(gòu)層次清晰、單元?jiǎng)澐志?xì)、具有較好的力學(xué)和幾何學(xué)相似性。 2.牙本質(zhì)肩領(lǐng)高度對(duì)牙體組織的受力存在影響,隨著牙本質(zhì)肩領(lǐng)的增加,各部位的Von Mises應(yīng)力呈減少趨勢(shì),樁/牙本質(zhì)界面處的應(yīng)力減少明顯。牙本質(zhì)肩領(lǐng)的保留可增加牙體組織的抗力,減少樁核對(duì)粘結(jié)劑的依賴,延長(zhǎng)修復(fù)體的使用壽命。臨床上進(jìn)行氧化鋯樁核修復(fù)時(shí)應(yīng)盡量保留剩余牙體組織,以提高樁核修復(fù)的成功率。 3.隨著樁核材料彈性模量的降低,牙體組織各部位應(yīng)力減少,尤其是樁/牙本質(zhì)界面處的應(yīng)力減少明顯。一段式氧化鋯樁核對(duì)牙本質(zhì)的應(yīng)力大小及分布與鈷鉻合金相當(dāng),應(yīng)力較多集中于樁/牙本質(zhì)界面,較少集中于牙本質(zhì)；而纖維樁對(duì)牙本質(zhì)的應(yīng)力在四組中最大。提示當(dāng)上頜尖牙根管粗大,超出預(yù)成纖維樁最大直徑時(shí),一段式氧化鋯樁核則是有效的替代。 4.樁核長(zhǎng)度和直徑最小時(shí)對(duì)牙體組織的應(yīng)力值最小,但在相同直徑下,樁長(zhǎng)的減少并未明顯改變整體模型的應(yīng)力分布；而隨著直徑的減少,應(yīng)力分布更為均勻,應(yīng)力值也隨之減小。對(duì)于氧化鋯這種彈性模量較高的樁核材料,可適當(dāng)減少樁核的直徑與長(zhǎng)度,以避免對(duì)牙體組織較大的應(yīng)力。
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：R783

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