纖維樁聯(lián)合輔樁修復(fù)前牙薄弱根管的應(yīng)力分析

王 頻，黃 躍，劉 敏△

(瀘州醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院:1.修復(fù)科；2.正畸科，四川瀘州 646000)

論著·基礎(chǔ)研究

纖維樁聯(lián)合輔樁修復(fù)前牙薄弱根管的應(yīng)力分析

王 頻1，黃 躍2，劉 敏1△

(瀘州醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院:1.修復(fù)科；2.正畸科，四川瀘州 646000)

目的 用三維有限元的方法分析纖維樁聯(lián)合輔樁修復(fù)前牙薄弱根管的應(yīng)力。方法本試驗建立了9個上頜中切牙薄弱根管的三維實體模型，分為5組，由2種樁核系統(tǒng)(瓷樁、纖維樁及輔樁)修復(fù)。采用靜態(tài)加載法，在牙冠切1/3和中1/3連接處鏈接5個點成線狀135°以100 N的力加載。記錄并比較牙體、樹脂粘結(jié)劑和樁核的應(yīng)力值。結(jié)果最大的牙體應(yīng)力值111.9 Mpa和最大的樹脂粘結(jié)劑應(yīng)力值54.6 Mpa均出現(xiàn)于單用一根石英纖維樁修復(fù)后的模型，用瓷樁修復(fù)模型的樁核應(yīng)力值最大為48.1 Mpa。纖維樁聯(lián)合一根輔樁修復(fù)模型的各部位應(yīng)力值都明顯下降。石英纖維樁聯(lián)合多根輔樁修復(fù)后各部位應(yīng)力值均無繼續(xù)減小。結(jié)論建議纖維樁聯(lián)合一根輔樁修復(fù)薄弱根管。

樁核；纖維樁；薄弱根管；三維有限元

前牙薄弱根管多數(shù)是因牙體大面積齲壞后長期未修復(fù)或修復(fù)后發(fā)生繼發(fā)齲，去凈腐質(zhì)后形成的。由于薄弱根管內(nèi)的牙體組織喪失過多，剩余牙體組織的抗力性和固位性都有不同程度的下降，增加了修復(fù)的難度。許多學(xué)者做了大量有關(guān)薄弱根管修復(fù)的研究。纖維樁具有出眾的美學(xué)效果、彈性模量接近牙體組織等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于臨床。單獨使用玻璃或石英纖維樁修復(fù)薄弱根管一方面可能會增加剩余牙體組織的應(yīng)力，另一方面樁體積過小可能造成樁核的脫落。有學(xué)者研究了使用纖維樁加輔樁系統(tǒng)修復(fù)薄弱根管可以增加牙體的抗折能力[1]，但輔樁的數(shù)目和位置對修復(fù)后牙體、樹脂、樁核應(yīng)力值變化等方面的詳細(xì)研究較少。本試驗的目的是用三維有限元的方法分析不同數(shù)量、不同位置的輔樁聯(lián)合纖維樁修復(fù)薄弱根管的應(yīng)力分布特點，為臨床使用纖維樁修復(fù)薄弱根管提供參考。假設(shè)纖維樁聯(lián)合輔樁可以減小牙體組織、樹脂粘結(jié)劑、樁核等的應(yīng)力，輔樁的數(shù)量越多，應(yīng)力值越小。

1 材料與方法

1.1 材料 本試驗選擇1名成年健康男性志愿者的中切牙作為建模對象。建模使用的軟件有：Mimics10.1，Geomagic studio，ug7.0，和MSC.Marc/Patren。受力分析的軟件為MSC.Marc/Mentat2005。

1.2 方法

1.2.1 模型建立 Philips MX8000 CT掃描機(jī)對研究對象的頭顱進(jìn)行連續(xù)掃描。掃描間距為1.0 mm，以DICOM格式保存至光盤。將CT圖像導(dǎo)入Mimics10.1軟件，根據(jù)手工修正后的圖像建立上頜中切牙的3D幾何模型，再導(dǎo)入Geomagic studio軟件中進(jìn)行實體化處理。參考wheeler的數(shù)據(jù)形成9個上頜中切牙的模型[2]，牙體全長22.3 mm，根長12.3 mm。在ug7.0軟件里將中切牙實體在釉牙骨質(zhì)界上2 mm左右處截去牙冠，去掉部分牙體內(nèi)壁組織，其厚度控制在1 mm左右，形成薄弱根管的模型。按照RTD公司提供的數(shù)據(jù)，畫出MACRO-LOCKTMPOST ILLUSION纖維樁和FIBERCONETM纖維樁輔樁的模型，在8個模型的根管中插入不同數(shù)量、不同位置的輔樁。建立一個瓷樁修復(fù)的模型作對照，瓷樁周圍有0.2 mm粘結(jié)劑。為了盡量模仿臨床實際情況還建立了樹脂核、鑄造全瓷e-max牙冠長度為10.0 mm、牙槽骨、0.2 mm牙周膜、4.0 mm牙膠封閉等結(jié)構(gòu)。所有模型都形成了2.0 mm左右的牙本質(zhì)肩領(lǐng)，如圖1所示。所有物體的彈性模量和泊松比，見表1。

表1 物體的彈性模量、泊松比和出處

A：由瓷樁修復(fù)中切牙薄弱根管的模型;B：由一根纖維樁修復(fù)中切牙薄弱根管的模型;C:由一根纖維樁聯(lián)合3根輔樁修復(fù)中切牙薄弱根管的模型。

圖1 不同樁核系統(tǒng)修復(fù)中切牙薄弱根管的實驗?zāi)Ｐ?/p>

將9個模型分為5組(圖1)，A組為瓷樁修復(fù)，B組為1根石英纖維樁修復(fù)，C組為1根石英纖維樁加1根輔樁修復(fù)，D組為1根石英纖維樁加2根輔樁修復(fù)，E組為1根石英纖維樁加3根輔樁修復(fù)。將C組、D組中3根不同位置的輔樁確定為輔樁Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中,C組中石英纖維樁分別與輔樁Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ聯(lián)合修復(fù)成為C1、C2、C3組。D組也分為3小組，其中,D1組包括了輔樁Ⅰ和輔樁Ⅱ。D2組包括了輔樁Ⅱ和輔樁Ⅲ，D3組包括了輔樁Ⅰ和輔樁Ⅲ，見圖2。

C1:纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅰ修復(fù)中切牙薄弱根管的模型；D2：纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅱ和Ⅲ修復(fù)中切牙薄弱根管的模型。

圖2 纖維樁聯(lián)合不同位置、不同數(shù)目輔樁修復(fù)中切牙薄弱根管的模型(去除牙冠后)

1.2.2 受力分析 用軟件MSC.Marc/Patren對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。用軟件MSC.Marc/Mentat2005分析受力情況。假設(shè)建立的模型為同向均質(zhì)的物體，所有接觸物體之間為固定連接，采用靜態(tài)加載法，在牙冠切1/3與中1/3處鏈接5個點成線狀135°以100 N的力加載。牙體組織為脆性組織，故選用principal stress major記錄牙體表面的應(yīng)力值，用equivalent von mises記錄樹脂粘結(jié)劑表面，樁核的應(yīng)力值[5]。

2 結(jié) 果

從C、D組中選取牙體應(yīng)力值最小者放入表2中比較，部分結(jié)果云圖見圖3，瓷樁樁核及石英纖維樁加不同數(shù)量輔樁修復(fù)薄弱根管的應(yīng)力值如圖4。C、D組不同位置輔樁修復(fù)后應(yīng)力值見圖5和圖6。

模型B牙體組織應(yīng)力分布圖。

圖3 試驗?zāi)Ｐ筒煌课粦?yīng)力分布云圖

從圖4可以看出B組即1根纖維樁修復(fù)后牙體的應(yīng)力值111.9 Mpa最大，大于瓷樁修復(fù)后的應(yīng)力值。但加入1根輔樁修復(fù)后C組應(yīng)力值明顯下降，下降了70%，略小于金屬樁修復(fù)后的應(yīng)力。此后牙體組織應(yīng)力值的大小沒有隨輔樁數(shù)量的增加而明顯下降，而是維持于40 Mpa左右。樹脂粘結(jié)劑表面的等效應(yīng)力也是B組的值最大，但加入1根輔樁修復(fù)后C組應(yīng)力值也明顯下降，接近瓷樁應(yīng)力值，D組和E組應(yīng)力值又有顯著增加。瓷樁表面A組的等效應(yīng)力值最大，大于所有石英纖維樁核修復(fù)后樁核的等效應(yīng)力值。因此，可以得出石英纖維樁聯(lián)合1根輔樁修復(fù)后3個部位的應(yīng)力值都最小,聯(lián)合2根、3根輔樁修復(fù)后應(yīng)力值無明顯繼續(xù)減少，維持在40 Mpa左右。

A組：瓷樁修復(fù)模型3個部位的應(yīng)力值；B組：1根石英纖維樁修復(fù)模型3個部位的應(yīng)力值；C組：1根石英纖維樁加1根輔樁修復(fù)模型3個部位的應(yīng)力值；D組：1根石英纖維樁加2根輔樁修復(fù)模型3個部位的應(yīng)力值；E組：1根石英纖維樁加3根輔樁修復(fù)模型3個部位的應(yīng)力值。

圖4 3個部位不同樁核材料修復(fù)中切牙薄弱根管的應(yīng)力值比較

從圖5可以看出C1組牙體、樹脂粘結(jié)劑、樁核應(yīng)力值均最大，3個應(yīng)力值都與1根石英纖維樁(B組)修復(fù)后的值相近，說明輔樁Ⅰ無減小應(yīng)力的作用。牙體應(yīng)力值C1組是C2組、C3組的近3倍，而C2組與C3組的值較接近。

C1:纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅰ修復(fù)中切牙薄弱根管模型3個部位的應(yīng)力值；C2:纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅱ修復(fù)中切牙薄弱根管模型3個部位的應(yīng)力值；C3:纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅲ修復(fù)中切牙薄弱根管模型3個部位的應(yīng)力值。

圖5 纖維樁聯(lián)合1根不同位置輔樁修復(fù)中切牙薄弱根管模型的應(yīng)力值比較

從圖6可以看出D1組牙體、樹脂、樁核3個位置應(yīng)力值也最大。D1組比C1組增加了輔樁Ⅱ(圖2)，D1組牙體的應(yīng)力值小于C1組，說明輔樁Ⅱ具有減小應(yīng)力的作用。同時D1組比C2組增加了輔樁Ⅰ(圖2)，但D1組牙體的應(yīng)力值反而大于C2組，這也說明輔樁Ⅰ無減小應(yīng)力的作用。D2組與D3組牙體應(yīng)力值較接近。樹脂粘結(jié)劑和樁核的應(yīng)力值D3組都最小。

D1:纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅰ和Ⅱ修復(fù)中切牙薄弱根管模型3個部位的應(yīng)力值；D2:纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅱ和Ⅲ修復(fù)中切牙薄弱根管模型3個部位的應(yīng)力值；D3:纖維樁聯(lián)合輔樁Ⅰ和Ⅲ修復(fù)中切牙薄弱根管模型3個部位的應(yīng)力值。

圖6 纖維樁聯(lián)合2根不同位置輔樁修復(fù)中切牙薄弱根管模型的應(yīng)力值比較

3 討 論

傳統(tǒng)的金屬樁核修復(fù)薄弱根管被認(rèn)為會增加牙本質(zhì)所受的楔形應(yīng)力，從而增加根折的風(fēng)險[10]。金屬樁與牙體組織彈性模量的不匹配被認(rèn)為是引起不可修復(fù)根折的主要原因[11]。也有學(xué)者研究得出金屬樁、瓷樁等高彈性模量的材料修復(fù)可以提高薄弱根管的抗折能力[12]。有學(xué)者研究了用根管重塑的方法修復(fù)薄弱根管，即先用和牙體組織彈性模量相近的復(fù)合樹脂重塑根管后再用樁核材料修復(fù)，這種方法可以大大提高薄弱根管根-樁核聯(lián)合體的抗折能力[13]。但根管重塑可能導(dǎo)致根尖部樹脂固化不全,繁瑣的操作也限制其臨床的應(yīng)用。有學(xué)者研究用可塑性較強的聚乙烯編織纖維樁修復(fù)薄弱根管，取得了較好療效，這為薄弱根管的修復(fù)提供了另一種思路[14]。

本試驗用纖維樁聯(lián)合不同數(shù)量的輔樁修復(fù)薄弱根管，作者認(rèn)為1根石英纖維樁修復(fù)薄弱根管后牙體的應(yīng)力值比瓷樁修復(fù)后的值大，許多三維有限元的研究都證實了這點(圖3)。分析可能原因為：(1)2種材料的彈性模量不同。彈性模量是選擇樁核材料時需要特別考慮的一個參數(shù)。瓷樁的彈性模量(200 GP)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石英纖維樁的彈性模量(22 GP)。高彈性模量的物體能承受一定的應(yīng)力，而彈性模量小的物體受力后迅速將力傳遞給牙體組織。(2)因為薄弱根管牙冠部牙體組織缺損較大，按照根管形態(tài)制作的瓷樁的體積也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于成品石英纖維樁的體積，體積越大越可以分散應(yīng)力，從而減小最大應(yīng)力值。因此，1根纖維樁修復(fù)薄弱根管可能在牙體產(chǎn)生較大的應(yīng)力值，引起根折。

樁核材料的脫位可能有3種情況：(1)粘結(jié)劑受力過大導(dǎo)致其與根管壁產(chǎn)生分離；(2)樁核材料與粘結(jié)劑分離；(3)牙體折斷后粘結(jié)劑與根管壁分離。本試驗得出樹脂粘結(jié)劑的最大應(yīng)力值是在1根纖維樁修復(fù)后，高彈性模量的瓷樁修復(fù)后樁核的應(yīng)力值最大(圖3)。說明1根石英纖維樁和瓷樁修復(fù)薄弱根管后樁核脫位的可能性較大。

牙本質(zhì)肩領(lǐng)對于纖維樁修復(fù)的患牙非常重要，它是纖維樁遠(yuǎn)期療效的關(guān)鍵[16]。所以,本試驗所有模型都設(shè)計有牙本質(zhì)肩領(lǐng)。

本試驗認(rèn)為，石英纖維樁聯(lián)合輔樁修復(fù)薄弱根管可以增強牙體組織的抗折能力，這與Li等[1]的研究結(jié)果一致。

本試驗中，石英纖維樁聯(lián)合1根輔樁時各部位的應(yīng)力都大大下降了，但隨后聯(lián)合2根、3根輔樁修復(fù)后應(yīng)力值無明顯下降，仍維持在40 Mpa左右，說明在根管增加較多的輔樁不能減少應(yīng)力。石英纖維樁聯(lián)合輔樁修復(fù)薄弱根管可以減小牙體、粘結(jié)劑、樁核應(yīng)力的假設(shè)成立，但模型中3個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力值隨著輔樁數(shù)目的增加而下降的假設(shè)被否定。

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Stress analysis of fiber posts combined with auxiliary posts in restored anterior tooth with flared canals

WangPin1,HuangYue2,LiuMin1△

(1.DepartmentofProsthodontics;2.DepartmentofOrthodontics,AffiliatedHospitalofStomatology,LuzhouMedicalCollege,Luzhou,Sichuan646000,China)

Objective To assess the stresses of fiber posts combined with auxiliary posts in anterior teeth with flared canals by three dimensional finite element method.MethodsNine 3D models of maxillary first incisors with flared canals restored by two post systems(porcelain pile,fiber and auxiliary pile) divided into 5 groups were generated.By static loading method,dental crowns cut 1/3 and middle 1/3 connection link five points into 135 angles by 100 N force loading.The major stress for the dentin and the equivalent Von Mises stress for resin cement and post and core were calculated.ResultsBiggest tooth stress value of 111.9 Mpa and the largest resin adhesive stress value 54.6 Mpa had appeared in the use of a model of the quartz fiber post after repair,ceramics pile repair model of pile nuclear stress value and the maximum was 48.1 Mpa.Combining with one auxiliary post,stress values reduced significantly in dentin,in cement and in post and core.However,as more auxiliary posts were added,the stresses did not decrease sequentially.ConclusionIt is suggested that to restore the tooth with flared canals by quartz fiber post combining with one auxiliary post.

post and core；fiber post；teeth with flared canals；three dimensional finite element

10.3969/j.issn.1671-8348.2015.35.010

王頻(1978-)，講師，碩士，主要從事口腔修復(fù)學(xué)研究?！?/p>

,Tel：18982769877；E-mail：584494011@qq.com。

R783.3

A

1671-8348(2015)35-4929-03

2015-05-24

2015-07-27)