洞形和修复方式对牙齿应力影响的三维有限元分析

摘要

第一磨牙是口腔内萌出最早，承担主要咀嚼任务的恒磨牙，又是龋病和应力疲劳性牙体疾病最好发的牙位，第一磨牙的保留对维持正常咀嚼功能具有重要意义。目前，对于牙体牙髓的治疗，在髓腔预备洞形大小仍存在许多争议。 本研究采用三维有限元的方法，分析了髓腔预备洞形大小、经不同固位方式修复后对牙齿产生应力的影响，为今后的临床修复提供实验依据。 实验目的和方法： 1．建立下颌第一磨牙的三维有限元模型。通过螺旋CT 扫描的方法，将CT图象输入到PHOTOSHOP 7.0 软件以及自编的Matlab 程序进行降燥、增加清晰度和对比度的处理，以BMP 格式保存，应用Mimics 软件，行成初步的三维图象，经Geomagic Studio 7、Parten、UG 等软件将不同组织位置轮廓线连接成表面。导入MSC.MARC 三维有限元软件分别建立合面大小为2mm 与4mm 的Ⅰ类洞髓腔预备模型和牙冠大面积缺损（牙冠缺损1/2）模型。 2．髓腔预备洞形实验共分4 组包括：完全揭除髓室顶，a 修复体为复合树脂/ b 银汞合金；揭除髓室顶，但保留部分上方的牙体组织，使上方的窝洞侧壁成一定角度的内倾，合面入口直径为2mm，c 修复体为复合树脂/d 银汞合金。各组根管预备均采用35＃K 锉，常规牙胶尖根充，髓室底垫置2mm 厚磷酸锌水门汀基底。 牙冠大面积缺损修复实验共分为4 组，a 不锈钢根管钉固位，复合树脂修复; b 银汞合金钉固位，银汞合金修复；c 纤维根管桩固位，复合树脂修复和d 树脂直接粘结修复。牙冠缺损为1/2，各组根管预备均采用35＃K 锉，常规牙胶尖根充，其余按临床常规进行。 3．根据应力云图和各截面的mises、第一主应力和第三主应力应力曲线分析各种情况下的应力分布和应力集中区域。 实验结果： 1．建立了直观、完整、具有较好的几何相似性及适合生物力学研究的人下颌第一磨牙三维有限元模型。 2. 髓腔预备洞形实验 ① 2 种不同洞形在牙颈部均有较高的应力集中趋势，尤其是远中牙颈部； ② 2mm 洞形组牙冠整体的应力水平高于常规洞形组，分别表现在近、远中牙颈部和髓室底； ③以复合树脂修复时，修复体底部的应力水平在2 组间无明显差异，而以银汞合金修复时，2mm 洞形组修复体底部的应力水平明显高于常规洞形组； ④磷酸锌水门汀基底的应力水平总体上2 组差异不大，只有在靠近修复体的部位，2mm 组较常规洞形组高； ⑤修复材料对髓室底的应力水平有影响，在洞形相同的情况下，银汞合金组髓室底的应力水平高于复合树脂组。 3. 牙冠大面积缺损修复实验 ①就牙冠部的应力水平而言，4 组修复体固位方式下以银汞合金根管钉组最高；其次为纤维根管桩和树脂直接粘结修复组；不锈钢根管钉组的应力最低。 ②就牙根部位而言，由于根管钉主要位于远中根，因此应力集中主要发生在远中根，以不锈钢根管钉组最大，根管上端均有高应力分布；其次为银汞根管钉，由于银汞钉也覆盖了近中根，因此近中根管的根管口截面也有高的应力集中；而纤维根管桩和树脂直接粘结修复组在牙根部未形成高的应力集中。 ③无论是否使用根管桩或钉，只要采用树脂修复缺损，由于粘结层的存在，明显缓解了缺损区与修复体之间的界面应力集中，使局部应力水平有明显的下降；在银汞合金钉组可见冠部修复体与牙体组织界面有很高的界面应力集中。 结论： 1. 本研究将薄层CT 技术与HyperMesh 及MSC.MARC 等软件相结合，建立了下颌第一磨牙正常情况及合面洞形不同和不同修复方式的大面积缺损三维有限元模型共6 个，与以往大多数建模方法相比，提高了模型的精度和几何相似性，增加了模型间的可比性，模型情况更为接近临床，为后期的应力分析研究提供了基础。 2. 常规的髓腔预备在完全去除髓顶及其合向牙体组织、充分暴露根管口后，不仅有利于根管的预备和充填，而且治疗完成后牙齿的应力水平明显低于髓腔暴露不充分的髓腔预备。尽可能少切割牙体组织是保证牙体修复后具有足够强度的关键，临床上应避免对牙体组织的过渡切割，但是本研究也从另一个方面说明，在牙体和牙髓治疗过程中应该去除的部分也是必须去除的，否则对牙体组织的应力分布和强度也会产生不良影响。 3. 对于无髓牙大面积缺损修复时，固位形式的选择应根据患牙的具体情况来决定，采用粘结修复方式是最理想的，如果需要增加固位力，应首选纤维根管桩；金属根管钉应慎用，避免根部过度的应力集中导致根折； 而银汞钉是最不可取的，不仅会影响牙根的强度，而且由于冠部修复体与牙体组织界面的高应力集中，也可能导致修复体边缘裂隙产生，形成微渗漏，产生继发龋。