不同角度樁核冠樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布的三維有限元分析

齊　景，郭長軍，陳樹國，孟令強(qiáng)

（1.保定市第一中心醫(yī)院口腔二科河北保定071200；2.河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院修復(fù)科河北石家莊050017）

不同角度樁核冠樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布的三維有限元分析

齊景1，郭長軍2，陳樹國2，孟令強(qiáng)2

（1.保定市第一中心醫(yī)院口腔二科河北保定071200；2.河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院修復(fù)科河北石家莊050017）

目的：研究不同角度樁核冠修復(fù)上頜中切牙后的樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布情況。方法：采用薄層CT技術(shù)、Auto CAD和Anasys Workbench軟件相結(jié)合，建立上頜中切牙不同角度樁核冠的三維有限元模型G+30°、G+ 20°、G+10°、G0°、G-10°、G-20°、G-30°，在斜向100N加載情況下，對不同角度樁核冠修復(fù)上頜中切牙后樁/牙本質(zhì)界面的應(yīng)力分布情況進(jìn)行分析。結(jié)果：牙冠向舌側(cè)改向，隨著改向角度的增大，樁/牙本質(zhì)界面高應(yīng)力區(qū)集中，應(yīng)力值升高；牙冠向唇側(cè)改向，隨著改向角度的增大，界面高應(yīng)力區(qū)彌散，應(yīng)力值降低。結(jié)論：臨床上進(jìn)行樁核改向時，牙冠向唇側(cè)改向比向舌側(cè)改向更為有利。

樁核；角度；三維有限元；應(yīng)力分布

臨床上有些患者上前牙唇向、舌向傾斜，影響美觀，但受年齡、時間及其它條件限制，患者不愿意或不能進(jìn)行正畸治療，則可考慮行根管治療后，截冠，制作成一定角度的樁核，進(jìn)行樁核冠修復(fù)，以改善上前牙的美觀情況［1-3］。本實(shí)驗(yàn)采用薄層CT技術(shù)、Auto CAD軟件相結(jié)合的方法建立了上頜中切牙不同角度樁核冠的三維有限元模型，在此基礎(chǔ)上，分析樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布情況，為臨床上前牙唇向或舌向傾斜患者進(jìn)行樁核冠修復(fù)的治療設(shè)計提供依據(jù)。

1　材料和方法

1.1三維有限元模型的建立

不同角度樁核冠修復(fù)上頜中切牙后三維有限元模型的建立參照齊景等［4］。

1.2模型分組

根據(jù)牙冠向唇、舌側(cè)改變方向，冠長軸與原牙體長軸形成的交角大小將實(shí)驗(yàn)分為7組。G+30°：冠唇側(cè)改向，樁核交角為30°；G+20°：冠唇側(cè)改向，樁核交角為20°；G+10°：冠唇側(cè)改向，樁核交角為10°；G0°：樁核冠與牙長軸方向一致，樁核交角為0°；G-10°：冠舌側(cè)改向，樁核交角為10°；G-20°：冠舌側(cè)改向，樁核交角為20°；G-30°：冠舌側(cè)改向，樁核交角為30°。

表1　材料的力學(xué)參數(shù)

1.3邊界約束條件

邊界條件處理：將上頜中切牙近、遠(yuǎn)中方向的牙槽骨兩個端面和根尖方向的牙槽骨底面進(jìn)行全部約束。唇、舌側(cè)牙槽骨為自由邊界。

1.4實(shí)驗(yàn)條件假設(shè)［5］

假設(shè)所有材料均為連續(xù)、均質(zhì)、各向同性的線彈性體，且符合小變形條件。

1.5加載條件及材料的力學(xué)參數(shù)

加載方式：牙冠舌側(cè)中切1/3交界處與牙冠長軸呈40°［6］切齦向加載。加載量：100N［7］。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)恒定面加載。

1.6方法

采用美國Ansys Workbench有限元分析軟件，研究不同角度樁核冠修復(fù)上頜中切牙后樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布情況，并將牙本質(zhì)肩領(lǐng)界面等分為三層，肩臺至樁尖界面等分為九層，分層統(tǒng)計樁/牙本質(zhì)界面各層面Von mises應(yīng)力均值，具體分析比較界面應(yīng)力分布特點(diǎn)。

表2　樁/牙本質(zhì)界面第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力、等效應(yīng)力應(yīng)力峰值（MPa）

2　結(jié)果

2.1不同角度樁核冠修復(fù)上頜中切牙后樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力峰值變化（見表2）。

牙冠向唇側(cè)改向：應(yīng)力峰值隨著牙冠改向角度的增大而減小。牙冠向舌側(cè)改向：應(yīng)力峰值都隨著牙冠改向角度的增大而增大。

2.2不同角度樁核冠修復(fù)上頜中切牙后樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布變化（見表3）。

2.2.1牙冠向唇側(cè)改向時樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布變化：應(yīng)力峰值均位于樁尖周圍的樁/牙本質(zhì)界面，樁尖舌側(cè)和樁唇側(cè)界面表現(xiàn)為壓應(yīng)力高應(yīng)力區(qū)；樁尖唇側(cè)和樁舌側(cè)界面表現(xiàn)為拉應(yīng)力高應(yīng)力區(qū)。隨著牙冠改向角度的增大，高應(yīng)力區(qū)范圍擴(kuò)散，應(yīng)力值減小。

表3　樁/牙本質(zhì)界面不同層面等效應(yīng)力均值（MPa）

2.2.2牙冠向舌側(cè)改向時樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布變化：樁/牙本質(zhì)界面上，樁尖舌側(cè)和樁唇側(cè)界面表現(xiàn)為壓應(yīng)力高應(yīng)力區(qū)；樁尖唇側(cè)和樁舌側(cè)界面表現(xiàn)為拉應(yīng)力高應(yīng)力區(qū)。隨著牙冠改向角度的增大，高應(yīng)力區(qū)范圍集中，且應(yīng)力值增大。

3　討論

3.1牙冠改向角度對樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力峰值的影響

加載時，應(yīng)力峰值位于樁尖周圍的樁/牙本質(zhì)界面上。當(dāng)牙冠向唇側(cè)改向，應(yīng)力峰值隨著改向角度的增大而減?。划?dāng)牙冠向舌側(cè)改向，應(yīng)力峰值改向角度的增大而增大。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，牙冠向唇、舌側(cè)改向時，施加載荷的方向與牙根長軸所形成角度呈一定規(guī)律，斜向加載情況下，應(yīng)力峰值隨著載荷方向與牙根長軸所成角度的增大而增大。這與張保衛(wèi)等［9］研究結(jié)果一致。

在本實(shí)驗(yàn)研究中，加載時，樁核冠向唇側(cè)改向時應(yīng)力峰值均較向舌側(cè)改向時要小。牙體組織為脆性材料，牙本質(zhì)的抗壓強(qiáng)度是其抗拉強(qiáng)度的6～7倍［10］。拉應(yīng)力的大小對牙本質(zhì)的保護(hù)更有意義。本實(shí)驗(yàn)中，牙冠向舌側(cè)改向時，最大拉應(yīng)力峰值隨牙冠改向角度的增加而增大。當(dāng)樁核冠為正常角度時，牙本質(zhì)內(nèi)最大主應(yīng)力峰值為33.567MPa，向舌側(cè)改向10°、20°、30°時，最大主應(yīng)力峰值分別為42.543MPa、50.843MPa、61.445MPa。應(yīng)力峰值與正常角度時相比分別增高26.74%、51.44%、83.05%，增高幅度非常明顯。所以，當(dāng)臨床采取舌側(cè)改向樁核冠修復(fù)唇向傾斜上前牙時，一定要慎重考慮，控制改向角度不能過大。

3.2樁核冠唇、舌側(cè)改向?qū)?牙本質(zhì)界面應(yīng)力分布的影響

不同角度樁核冠在斜向加載情況下，由于載荷方向與牙根長軸形成的角度不同，則應(yīng)力分布規(guī)律不同。

無論牙冠向唇側(cè)還是舌側(cè)改向，載荷均位于牙根長軸的舌側(cè)，在樁/牙本質(zhì)界面上，樁尖唇、舌側(cè)界面和牙頸部唇、舌側(cè)界面都表現(xiàn)為高應(yīng)力區(qū)。但載荷與牙根長軸形成的角度不同，則應(yīng)力分布不同。當(dāng)牙冠唇側(cè)改向時，隨著牙冠改向角度的增大，載荷與牙根長軸形成的角度減小，高應(yīng)力區(qū)范圍彌散，應(yīng)力值減小，應(yīng)力分布趨向均勻性增加。當(dāng)牙冠舌側(cè)改向時，隨著牙冠改向角度的增大，載荷與牙根長軸形成的角度增大，高應(yīng)力區(qū)范圍集中，應(yīng)力值增大，應(yīng)力分布趨向不均性增加。

牙本質(zhì)肩領(lǐng)處界面應(yīng)力值較低，且應(yīng)力分布均勻，沒有應(yīng)力集中，這是由于本實(shí)驗(yàn)中設(shè)計了牙本質(zhì)肩領(lǐng)，樁核冠修復(fù)后，由于箍效應(yīng)的存在，使得牙本質(zhì)領(lǐng)呈現(xiàn)為低應(yīng)力區(qū)［11］。

綜上所述，牙冠向唇側(cè)改向后，樁/牙本質(zhì)界面應(yīng)力較舌側(cè)改向時降低，高應(yīng)力區(qū)范圍擴(kuò)散，且應(yīng)力值低，提示在臨床上進(jìn)行樁核改向時，樁核冠向唇側(cè)改向比向舌側(cè)改向更為有利。

［1］李丹，龍國平.前牙排列不齊烤瓷改向修復(fù)體［J］.口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志，2003，4（3）:146.

［2］李煥云，熊曦州，李曉紅.改向鑄造樁核烤瓷冠修復(fù)個別前牙錯牙合的美學(xué)探討［J］.中國美容醫(yī)學(xué)，2005，14（3）:338-339.

［3］夏春明，蘭赟，禹杰.上頜前牙帶角度樁冠的三維有限元應(yīng)力分析［J］.實(shí)用口腔醫(yī)學(xué)雜志，2003，19（6）:610-612.

［4］齊景，王新敏，郭長軍.不同角度上頜中切牙樁核冠三維有限元模型的建立［J］.中國美容醫(yī)學(xué)，2015，24（16）:62-65.

［5］余占海，劉斌，周益民［M］.北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2004: 77-78.

［6］皮昕.口腔解剖生理學(xué)［M］.5版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2004:79.

［7］皮昕.口腔解剖生理學(xué)［M］.5版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2004:257.

［8］Ko C，Chu C，Chung K，et al.Effect of posts on dentin stress distribution in pulpless teeth［J］.J Prosthet Dent，1992，68: 421-427.

［9］張保衛(wèi)，潘煒娟，葉少波.不同角度樁核的應(yīng)力分析［J］.上海口腔醫(yī)學(xué)雜志，2000，9（1）:8-10.

［10］趙云鳳.口腔生物力學(xué)［M］.北京:北京醫(yī)科大學(xué)·中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合出版社，1996:43-44.

［11］張新春，米乃元，王焱，等.樁冠修復(fù)中不同形式箍效應(yīng)的三維有限元分析［J］.中山醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2000，21（4）:263-265.

The three dimensional finite element analysis（3D-FEA）of stress distribution on post/ dentin interface of the tooth restored with post-core crown at different angles

QI jing1，GUO Chang-jun2，CHEN Shu-guo2，MENG Ling-qiang2
（1.The Second Department of Stomatology，Baoding First Central Hospital，Baoding 071200，Hebei，China；2.Department of Orosthodontics，College of Stomatology，Hebei Medical University，Shijiazhuang 050017，Hebei，China）

Obiective To investigate stresses distribution on post/dentin interface of upper central incisor restored with post-core crowns at various angles.Methods Using thin-layer CT technique combined with AutoCAD and Ansys Workbench software to construct three dimensional finite element model G+30°，G+20°，G+10°，G0°，G0°-10°，G-20°，G-30°of upper central incisor restored with postcore crowns at various angles.Analyses the stresses distribution on post/dentin interface undering oblique loading of 100N.Results When dental crown long axis inclined to lingual side，the stress concentration values of the interface increased as the angle increased.But the values decreased as the angle increased when the long axis inclined to labial side.Conclusion When the post-core crown with angle was used in clinical，the crown inclined labially to restore linguoclination of upper central incisor are better than the crown inclined lingually to restore the labioclination.

post-core；angle；three dimensional finite element；stress distribution

R783

A

1008-6455（2015）22-0072-03

2015-09-04

2015-10-20

編輯/何志斌

郭長軍，教授，主任醫(yī)師，修復(fù)科主任；E-mail：guochangjun1960@163.com