上頜中切牙四種不同材料樁核冠的有限元分析

馮廣智，蔡 婧

（北京市海淀醫院口腔科，北京 100080）

上頜中切牙四種不同材料樁核冠的有限元分析

馮廣智，蔡 婧

（北京市海淀醫院口腔科，北京 100080）

目的 應用三維有限元法研究不同材料的樁核冠修復上頜中切牙后剩余牙體組織應力分布的影響。方法 建立上頜中切牙樁核冠修復三維有限元模型，應用ABAQUS 6.13有限元分析軟件分析靜態載荷146N，與牙長軸成45°條件下，四種不同材料的樁核對剩余牙本質應力分布的影響。結果 四種不同材料樁修復后剩余牙本質應力大小：鈷鉻合金＞氧化鋯＞純鈦＞E.max全瓷材料。結論 高彈性模量的材料修復后改變牙本質應力分布的情況，易產生樁-牙本質界面的應力集中，從而使牙根易于折裂。彈性模量較低的E.max全瓷材料有利于應力更均勻的分布，減輕產生樁-牙本質界面的應力集中，有利于保護剩余牙體組織。

有限元分析，應力分布，樁核，牙體缺損

1 目 的

通過建立上頜中切牙的三維有限元分析模型，比較鈷鉻合金、純鈦、氧化鋯、E.max全瓷等四種樁核材料，在樁核冠修復方式下，觀察剩余牙體組織應力分布情況，為臨床修復提供依據。

2 實驗材料及方法

2.1 實驗標本的選擇

在北京市海淀醫院口腔科因牙周病拔除的上頜中切牙中，選擇形態正常基本完整的離體牙一顆，消毒干燥后測量牙全長21.9 mm，冠長10.9 mm，根長11 mm，冠近遠中向8.8 mm，頰舌向7.0 mm。符合王惠蕓[1]研究數據，將其作為實驗標本。

2.2 設備與軟件

PC計算機（interl?Core? i7-6700K CPU@4.00GHz，內存 32G，硬盤3T Windows 7 旗艦版）

Micro CT（Inveon，德國西門子）

ABAQUS 6.13 - 4（DS SIMULIA，FRA）

Mimics17.0 (Materialise，Belgium)

Geomegic Studio 2013（Geomegic，USA）

2.3 樣本掃描

將離體牙固定在掃描模具中，用Micro CT進行橫斷掃描，截面與牙長軸垂直，層間距為0.019 mm，獲得1153張斷層影像，將圖像以DICOM格式導出。

2.4 圖像處理及建立三維數字模型

利用Mimics17.0讀取DICOM格式的掃描文件，通過閾值的不同分別提取牙釉質、牙本質及牙髓，得到STL格式的面網格，然后導入Geomagic Studio2013中在網格醫生功能的指導下進行網格修復，并用其砂紙工具進行光滑處理，使用精確曲面，經過探測曲率，形成輪廓線，構造曲面片及擬合曲面，從而重建三維模型。以IGS格式導入ABAQUS 6.13中，利用其模型編輯功能模擬樁核冠修復，建立包含牙釉質、牙本質、根管、樁核、牙冠、牙槽骨（將牙槽骨簡化為立方體，牙槽嵴頂位于釉牙骨質界下2 mm）的三維實體模型（圖1圖2），進行分析。

圖1

圖2 上頜中切牙樁核冠三維模型

2.5 網格劃分和材料選擇

將以上模型部件文件在ABAQUS 6.13軟件中，對各部分進行網格劃分，設定為四面體單元，尺寸控制在0.4，共劃分節點305691個，單元216882個。各部分材料屬性見表1。

表1 各部分材料屬性（n，%）

2.6 力學性能假設和邊界條件約束

實驗假設：本實驗將模型中各種材料和組織假設為連續、均質、各向同性的線彈性材料。

邊界條件：假定牙齒固定于牙槽骨內，牙槽骨頰舌側為自由邊界，其近遠中以及底部完全固定。牙體組織各部分之間接觸，設置為綁定（TIE）。

2.7 加載條件

上頜中切牙選擇146N的咬合力，在牙冠舌側面，距離切端3 mm處，與牙長軸呈135°的力。

2.8 觀察指標

最大主應力（Max Von Mises，MVMS）：是材料內部某一點不同方向中最大拉應力的反應。

3 結 果

采用鈷鉻合金樁核組剩余牙本質最大主應力（MVMS）為157.141 Mpa；其次是氧化鋯樁核組MVMS為150.844 Mpa；純鈦樁核組MVMS為102.563 Mpa；E.max樁核組MVMS在各組中最小，為100.936 Mpa。

4 應力分布圖

加載條件下，樁冠修復后應力集中的主要區域位于牙冠應力加載區、剩余牙本質頸部及樁核中部，如圖3-圖4所示。

圖3 上頜第一中切牙樁冠模型載荷后應力云圖

圖4 上頜第一中切牙樁冠模型載荷后應力云圖

5 討 論

所有應力集中區域，基本都是位于肩臺、齦階的點線角處以及髓室軸角處，這些均提示我們在臨床牙體預備時注意點線角圓鈍，這能在一定程度上緩解應力集中，降低修復體折裂、變形的風險，從而增加修復體的使用壽命。

6 結 論

高彈性模量的材料修復后改變牙本質應力分布的情況，易產生樁-牙本質界面的應力集中，從而使牙根易于折裂。彈性模量較低的E.max全瓷材料有利于應力更均勻的分布，減少應力集中，有利于保護剩余牙體組織。

[1] 王惠蕓.我國人牙的測量和統計[J].中華口腔科雜志,1959,3:149.

本文編輯：王雨辰

R318.01

B

ISSN.2095-8242.2017.02.1046.02