不同材质桩核改向修复上颌中切牙的三维有限元研究

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目的:通过三维有限元分析的方法观察个性化一体化桩核改向修复不同角度倾斜的上颌中切牙后应力分布特征。方法:创建具有不同倾斜角度的上颌中切牙及改向修复的桩核-冠有限元模型。桩核材质采用铸造金钯合金,玻璃纤维增强树脂与碳纤维增强聚醚醚酮(CFR-PEEK),分析全瓷冠修复后不同模型在正中咬合接触受力下桩核、牙本质的等效应力分布情况。结果:改向角度相同时,金钯桩核应力最高,对应的牙本质应力最低;CFRPEEK 桩核应力最低,牙本质应力最高。同一材质改向修复时,桩核应力与牙本质应力随核向唇侧倾斜角度增大而减小。结论:固定载荷方向下,桩核角度的改变对修复体和牙体抗力影响并不显著;牙本质肩领完整时,建议选择低弹性模量桩核修复。

[关键词] 三维有限元; 一体化桩核; 应力分布; 上颌中切牙

模型建立采用 CBCT 扫描获得右侧上颌中切牙断层图像数据,层厚 0.085mm,共 705 张图像,存为DICOM 格式。将数据导入 Mimics20软件中,定义三个方向:冠状位、矢状位和水平位。根据上颌骨和中切牙各组织相应的灰度值,设定阈值,获取牙槽骨和中切牙组织区域,分别建立蒙版层,对这两部分进行逐层编辑,填充图形空隙,获得完整的牙槽骨和中切牙的的蒙版层。利用 Calculate3D 命令建立上颌右侧中切牙牙体结构和牙槽骨的几何模型,以 STL 格式文件输出。在 Geomagicstudio软件中,将模型尖锐部分和孔隙等进行精细修整,经曲面修复功能调整模型表面的平整度,将曲面模型以iges格式保存。将优化模型的牙根向外偏移0.25mm,经布尔运算转换为牙周膜模型,牙根向外偏置 0.5mm 得到固有牙槽骨,牙槽骨向内偏置1.2mm 为皮质骨,里层为松质骨,分别存为 STP格式。导入 NX1911软件中,将组织结构进行组合装配,建立完整的牙齿和支撑结构后,建模得到一体化桩核与全瓷冠修复后的根管治疗牙,具体设计如下:冠边缘位置位于釉牙骨质界上方2mm,牙本质肩领高约1.5mm,宽约1mm,肩台宽0.8~1.0mm,保留根尖5mm 根充物,桩核粘接剂层为80μm,牙冠粘接剂层50μm。所有桩核大小按照解剖形态全冠制备要求进行设计,牙冠修复采用标准全瓷冠。设定5种角度的修复体模型,如图1所示,模型0:核与牙根长轴呈0°,不需要矫正牙冠方向的对照组;模型J20:核向腭侧倾斜20°,模型J10:核向腭侧倾斜10°,矫正唇向倾斜的中切牙;模型 B10:核向唇侧倾斜10°;模型 B20:核向唇侧倾斜20°,矫正腭向倾斜的中切牙。

网格划分上述建立的 5 个模型在 AnsysWorkbench软件采用四面体十节点对各结构进行三维网格划分,不同模型的结构节点数与单元数不同(表1)。各四面体之间按共节点处理,保证了受力的传递合理性。