有限元方法分析面裂隙對(duì)后牙應(yīng)力分布影響的研究進(jìn)展

孫麗梅，許立俠，侯文輝 綜述 徐紅梅 審校

綜 述

孫麗梅，許立俠，侯文輝 綜述 徐紅梅 審校

磨牙；有限元；應(yīng)力分析；Micro-CT；裂隙

磨牙在生理過(guò)程中承擔(dān)著主要的咀嚼壓力，對(duì)其表面應(yīng)力分布的研究具有重要意義。運(yùn)用磨牙的磨耗信息可以間接評(píng)價(jià)應(yīng)力在磨牙表面上的分布情況[1]，但往往得到的力學(xué)信息精確性較差且應(yīng)用范圍相對(duì)較小。20世紀(jì)70年代，有限元分析方法開始應(yīng)用于口腔生物力學(xué)研究中。其基本原理是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)分割為若干個(gè)有限大小的單元，以單元的組合體替代原結(jié)構(gòu)，建立有效的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行力學(xué)分析，具有重復(fù)利用率較高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[2-5]。

1 下頜磨牙表面的應(yīng)力分析

2 發(fā)生應(yīng)力疲勞性牙體疾病的磨牙的有限元分析

2.3 牙折裂后牙體應(yīng)力分布的變化 牙體組織是具有各向異性的脆性材料，具有耐壓而不耐拉的性質(zhì)。對(duì)于完整的前磨牙進(jìn)行應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)，最大的壓應(yīng)力出現(xiàn)在接觸點(diǎn)區(qū)域,最大的拉應(yīng)力出現(xiàn)在兩個(gè)牙尖之間深的溝裂處。而當(dāng)牙冠沿溝裂方向發(fā)生折裂時(shí)，繼續(xù)加力發(fā)現(xiàn)裂隙沿著折裂的方向繼續(xù)發(fā)展，并且應(yīng)力沿著裂隙的方向傳導(dǎo)，應(yīng)力集中在牙體的內(nèi)部，應(yīng)力極值出現(xiàn)在裂隙的尖端[18]。

磨牙的限元分析取決于多種因素,如材料屬性、邊界條件,接口定義，材料的密度,彈性模量和泊松比等[19]。然而,許多三維有限元分析研究不重現(xiàn)真實(shí)的解剖設(shè)計(jì)牙齒的元素,或者認(rèn)為牙體內(nèi)部所有組織具有均質(zhì)性、各向同性[20]，在這些情況下,得到的只是一個(gè)近似的模型,而不是真正的結(jié)構(gòu)；另一方面，關(guān)于窩溝形態(tài)的三維結(jié)構(gòu)的詳細(xì)研究因缺乏相應(yīng)的無(wú)創(chuàng)性技術(shù)而受到了限制[21]，并且建立的模型中也不包括溝裂的形態(tài)，這就對(duì)其表面的力學(xué)分析造成了影響。因此，目前建立的磨牙有限元模型中尚無(wú)溝裂形態(tài)的存在，亦尚缺乏溝裂形態(tài)及深度對(duì)磨牙內(nèi)應(yīng)力分布的影響。關(guān)于磨牙窩溝形態(tài)及深度對(duì)牙折裂發(fā)生發(fā)展的影響之間的關(guān)系，還有待于進(jìn)一步研究。

3 裂隙的存在對(duì)牙體應(yīng)力分布的影響及其意義

為了獲得牙體內(nèi)部的信息，采用的建模方法包括磨片切片法、三維測(cè)量法、CT圖像處理法、利用DICOM數(shù)據(jù)直接建模、模塊化有限元模型等[22, 23]。這些方法在一定程度上能夠反映出牙體組織的性質(zhì)，但由于其精度低，牙體組織形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，在反映牙體組織細(xì)微結(jié)構(gòu)方面有待于進(jìn)一步改進(jìn)。Micro-CT又稱μCT或顯微CT，是20世紀(jì)末興起的一種高精度的采樣方法，能夠在不破壞樣品的情況下獲取樣品內(nèi)部詳盡的三維結(jié)構(gòu)信息[24]。其掃描厚度可達(dá)25 μm，分辨率達(dá)到13 μm，接近顯微鏡水平，能夠更精確地反映牙體組織的三維結(jié)構(gòu)[25]。但以此方法建立的模型中均未考慮溝裂結(jié)構(gòu)對(duì)于牙體力學(xué)性質(zhì)的影響。

建立包含溝裂結(jié)構(gòu)的下頜磨牙的有限元模型：一方面能夠更好地研究窩溝形態(tài)及深度對(duì)于應(yīng)力在磨牙表面、根管、髓腔等處分布的影響，為研究與應(yīng)力疲勞相關(guān)的牙體硬組織疾病的發(fā)病機(jī)制，并為該病的預(yù)防及臨床治療提供一定的理論基礎(chǔ)；另一方面，溝裂結(jié)構(gòu)的存在，對(duì)牙體應(yīng)力分布造成一定程度影響，為分析牙面其它形式裂隙時(shí)的力學(xué)信息提供了基礎(chǔ)；另外，溝裂的存在對(duì)于精確分析分析纖維樁、嵌體等修復(fù)后其應(yīng)力集中及力學(xué)傳導(dǎo)等也具有重要意義。

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(2015-03-06收稿 2015-06-05修回)

(責(zé)任編輯 郭 青)

武警總醫(yī)院院內(nèi)資助項(xiàng)目二類(WZ201024)

孫麗梅，碩士研究生，E-mail: slm880803@163.com

100039 北京，武警總醫(yī)院口腔科

徐紅梅,E-mail: h_m_xu@163.com

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