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上颌中切牙和下颌磨牙的力学有限元分析

发布于:2024-06-11 19:03
有限元分析

      一个真实、准确的三维几何模型是进行三维有限元分析的基础。Micro-CT由于具有更高的空间分辨率,使研究人员捕捉到样本更加细微的解剖结构,已被广泛应用于牙科领域的研究。Magne等利用Micro-CT扫描建立了上颌中切牙和下颌磨牙的三维有限元模型,并通过实验证明该建模方法快速,模型更精细且有效;DICOM数据直接建模法避免了CT图像处理法在反复操作过程中主客观各种因素可能造成的部分数据和信息丢失,实现了高度自动化的计算机辅助有限元建模。本实验采用Micro-CT扫描离体牙,使用3shapeD700牙齿印模扫描仪对模拟牙槽骨外形的石膏块进行扫描,既满足了离体牙建模的精确性,又简化了牙槽骨建模过程,最终得到了完整的、精度较高的牙齿槽数据,然后通过DICOM格式输入到相关的建模软件中,构建了精度较高的三维有限元模型。
      模型良好的几何相似性将增加力学分析的准确性。牙冠延长术要求在去骨暴露至少3mm完整牙体组织的同时还要尽量保留牙周支持组织,而以往牙冠延长术的有限元分析中,模拟牙槽骨高度的降低是采用在有限元模型上根向删减不同层数已经划分网格的牙槽骨来实现,结果导致术后牙齿一侧的牙槽骨呈平台样降低,所形成的几何形态去除了过多的牙槽骨,且不能很好地模拟冠根折患牙行牙冠延长术后牙槽骨的形态。本实验中牙槽骨的高度降低,在满足牙冠延长术去骨要求的同时又保持与周围的牙槽骨移行,避免了简单的平台样降低,更好地模拟了牙冠延长术后牙槽骨的实际形态。
      此外,本实验针对牙-牙槽骨有限元模型做了适当的简化处理。首先,将模型涉及的材料均假设为连续、均匀、各向同性的线弹性材料,而实际上牙周膜具有黏弹性、蠕变、应力松弛、弹性滞后等目前难以精确描述的复杂现象;既往研究表明,进行适当的材料模型简化是必要的,也是可行的,将牙周膜简化成线弹性材料可以满足分析要求。其次,由于黏结剂很薄而且与修复体相比弹性模量很小,因此本实验亦忽略了黏结剂层。上述简化处理可以大大节约计算成本和时间。
      临床冠根比是牙冠延长术中的重要影响因素,决定着术牙能否保留以及术后远期疗效。既往研究表明,随着牙槽骨高度降低,患牙的牙周膜应力会逐渐增大。本研究结果表明,不同冠延长术模型中的牙周膜应力均大于天然牙模型,随着折裂程度的增加,差值逐渐增大,这与上述研究结果一致。然而冠根比值实际上是体现牙周支持的一种简化方法,牙周膜的面积才真正体现了牙周支持水平,本研究结果表明,随着折裂程度的增大,去骨量逐渐增加,牙周膜面积减少了12%~33%;随着牙周膜面积减少,牙周储备力(通常咀嚼食物时牙齿的牙合力大约只为牙周组织所能支持的咬合能力的一半,而在牙周组织中还有一半的储备力量,被称为牙周储备力或牙周潜力)也相应减少。牙槽骨高度降低对骨组织没有不良影响,但是可能造成牙周膜的机械损伤。因此,本研究结合牙周储备力这一概念将正常的牙周膜应力的两倍定义为牙周膜的极限阈值,当牙周膜应力超过该模型的极限阈值时即认为造成牙周组织损伤。本研究中B2L2c、B2L3c、B3L1c、B3L2c、B3L3模型的牙周膜应力均超过了极限阈值,因此认为B2L2、B2L3、B3L1、B3L2、B3L3冠根折类型的患牙不宜采用牙冠延长术,即唇侧折裂大于冠长3/4,同时舌侧折裂深达骨嵴顶根方1mm以上的上前牙不是牙冠延长术的良好适应征。
      随着牙槽骨高度降低,患牙的抗折强度亦随之降低。虽然牙槽骨高度对应力分布的影响比桩核材料的影响更显著,但是修复材料的弹性模量对应力分布仍具有一定的影响。桩的设计或材料不同均会影响修复体的稳定性,选用合理的桩修复可防止牙体断裂。



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