上頜中切牙切三分之一冠橫折斷冠再接術(shù)后有限元分析.pdf

1、研究背景：
　　兒童處于成長(zhǎng)發(fā)育階段，較易發(fā)生牙外傷，其中上頜恒中切牙牙外傷最常見(jiàn)，牙外傷中冠折較常見(jiàn)。過(guò)去臨床上修復(fù)此類患牙的方法多為復(fù)合樹(shù)脂修復(fù)、貼面修復(fù)和冠修復(fù)，但各有不足之處，如:復(fù)合樹(shù)脂易變色和脫落，年輕恒牙齦緣不穩(wěn)定、髓腔粗大、髓角較高，早期貼面修復(fù)和冠修復(fù)受到質(zhì)疑。近幾年來(lái)，隨著斷冠再接材料和技術(shù)的進(jìn)步，及患兒家長(zhǎng)對(duì)斷冠保留愿望的加強(qiáng)，斷冠再接術(shù)越來(lái)越引起口腔研究人員及臨床醫(yī)師重視。它和傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)相比有很多優(yōu)點(diǎn):斷

2、冠再接術(shù)后能更好的恢復(fù)患牙的外形、鄰面接觸點(diǎn)、色澤、咬合和功能，能最大程度的保存天然牙;并且此技術(shù)臨床操作快速簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)適用;是一種口腔微創(chuàng)的治療手段，符合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展方向。目前對(duì)斷冠再接術(shù)的研究方法多局限為臨床研究和離體牙體外機(jī)械力學(xué)實(shí)驗(yàn)。影響斷冠再接術(shù)成功的因素有很多，其中斷冠再接制備技術(shù)是一個(gè)重要的影響因素。雖然目前對(duì)于斷冠再接制備技術(shù)會(huì)影響斷冠再接術(shù)的效果方面已達(dá)成共識(shí)，但是還有一些關(guān)鍵問(wèn)題需要解決，如:不同斷冠再接制備技術(shù)對(duì)

3、于斷冠再接術(shù)后力學(xué)效果有無(wú)差別，不同角度和長(zhǎng)度的制備斜面對(duì)于斷冠再接術(shù)生物力學(xué)影響如何。因此為臨床選擇合適的斷冠再接制備技術(shù)提供更多理論參考依據(jù)，本研究把斷冠再接術(shù)和廣泛應(yīng)用于口腔生物力學(xué)研究領(lǐng)域的三維有限元技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。
　　研究目的：
　　將Micro-CT掃描技術(shù)和Mimics10.0、Hypermesh10.0、Ansys10.0等相關(guān)三維有限元軟件相結(jié)合，建立了完整的上頜中切牙三維實(shí)體及有限元模型，驗(yàn)證

4、有限元模型的幾何及力學(xué)有效性，并在完整模型的基礎(chǔ)上，建立了臨床上常見(jiàn)的一種冠折模型——切1/3冠橫折三維實(shí)體及有限元模型，而后建立了四種不同斷冠再接制備技術(shù)和四種斷冠再接制備斜面模型，其中斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙分別獨(dú)立建模。通過(guò)三維有限元應(yīng)力分析得出四種斷冠再接制備技術(shù)，四種不同角度和長(zhǎng)度兩兩組合的斷冠再接制備斜面中斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙的第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力和Von-mises應(yīng)力值及應(yīng)力分布云圖，分析斷冠再接術(shù)后斷冠、樹(shù)脂層和遺留牙的

5、應(yīng)力分布規(guī)律。探討不同斷冠再接制備技術(shù)對(duì)斷冠再接術(shù)后效果的影響，不同角度及長(zhǎng)度制備斜面對(duì)斷冠再接術(shù)后受力的影響，為臨床上上頜中切牙切1/3冠橫折選擇合適的斷冠再接制備技術(shù)，及斷冠再接制備斜面提供一定的理論指導(dǎo)和參考依據(jù)。
　　材料與方法：
　　第一章完整及切1/3冠橫折上頜中切牙三維有限元模型的建立
　　1、原始數(shù)據(jù)的采集
　　參考中國(guó)人上頜恒中切牙的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，篩選1顆具有代表性的完整離體左上頜恒中切牙，透明

6、環(huán)氧樹(shù)脂包埋固定后，用Micro-CT掃描樣本，要求掃描斷面與牙體長(zhǎng)軸相垂直，層厚間距為0.125mm，獲得建模相關(guān)數(shù)據(jù)及三個(gè)方向的二維截面圖，按一定順序進(jìn)行重排。
　　2、完整上頜中切牙有限元模型的建立及驗(yàn)證
　　將冠根向二維截面圖輸入Mimics10.0軟件，生成初步的三維實(shí)體模型，包括牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)和牙髓腔。采用Hypermesh10.0軟件進(jìn)行模型的連接、細(xì)化處理及網(wǎng)格劃分，三維有限元網(wǎng)格劃分尺度控制在0.1-0.2

7、mm，再將模型導(dǎo)入Ansys10.0大型通用有限元軟件進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算和分析。建立完整左上頜恒中切牙三維實(shí)體模型及三維有限元模型，同時(shí)模擬臨床建立0.2mm的牙周膜和簡(jiǎn)化為立方體的牙槽骨模型。
　　將三維模型中各種材料和組織假設(shè)為均質(zhì)一致、各向同性的線彈性材料，各點(diǎn)相對(duì)無(wú)移動(dòng)，牙槽骨固定約束。靜態(tài)面加載，加載力模擬正中咬合，力大小為100N，方向?yàn)樯鄠?cè)切1/3與中1/3交界處，與牙體長(zhǎng)軸成45°角，斜向根尖方向，觀察指標(biāo)為Von-mi

8、ses應(yīng)力，驗(yàn)證有限元模型的有效性。
　　3、切1/3冠橫折上頜中切牙三維有限元模型的建立
　　在完整左上頜中切牙的基礎(chǔ)上建立上頜中切牙切1/3冠橫折三維實(shí)體及有限元模型。
　　第二章四種斷冠再接制備技術(shù)建模及應(yīng)力分析
　　1、四種斷冠再接制備技術(shù)的三維有限元模型的建立
　　在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上，建立了四種臨床上較常用或者比較特殊的斷冠再接制備技術(shù)的三維實(shí)體及有限元模型，分別為簡(jiǎn)單再接技術(shù)、Overcontou

9、r技術(shù)、內(nèi)部凹槽技術(shù)及牙本質(zhì)去除技術(shù)。斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙分別建模，樹(shù)脂層與斷冠和遺留牙的接觸面相對(duì)無(wú)移動(dòng)。
　　2、四種不同斷冠再接制備技術(shù)的應(yīng)力分布比較
　　載荷條件如實(shí)驗(yàn)一。觀察指標(biāo):斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙的第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力、Von-mises應(yīng)力分布情況及應(yīng)力峰值，分析其應(yīng)力分布規(guī)律。探討不同斷冠再接制備技術(shù)對(duì)斷冠再接術(shù)后效果的影響。
　　第三章四種不同角度及長(zhǎng)度斷冠再接制備斜面建模及應(yīng)力分析
　　1

10、、四種斷冠再接制備斜面的三維有限元模型的建立
　　在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上，以角度30°、60°及長(zhǎng)度1mm、3mm兩兩分別組合，建立了四種不同角度及長(zhǎng)度制備斜面的三維實(shí)體及有限元模型。斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙分別建模，樹(shù)脂層與斷冠和遺留牙的接觸面相對(duì)無(wú)移動(dòng)。
　　2、四種斷冠再接制備斜面的應(yīng)力分布比較
　　載荷條件如實(shí)驗(yàn)一，觀察指標(biāo)如實(shí)驗(yàn)二。探討斷冠再接制備斜面角度相同時(shí)，長(zhǎng)度對(duì)斷冠再接術(shù)后的影響，長(zhǎng)度相同時(shí)，角度對(duì)斷冠再接術(shù)后

11、的影響。尋求臨床上比較合適的制備斜面標(biāo)準(zhǔn)。
　　結(jié)果：
　　1、建立了完整上頜恒中切牙三維實(shí)體及有限元模型，包括牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙髓、牙周膜和牙槽骨組織模型，模型共生成236406個(gè)節(jié)點(diǎn)和411333個(gè)單元，網(wǎng)格劃分精細(xì)。模擬正中咬合靜態(tài)加載后，Von-mises應(yīng)力主要集中在加載部位和牙頸部，Von-mises應(yīng)力最大值為:69.9MPa。
　　2、建立了上頜恒中切牙切1/3冠橫折，斷冠和遺留牙三維有限元模型，并在此

12、基礎(chǔ)上建立了四種斷冠再接制備技術(shù)，及四種不同角度和長(zhǎng)度的釉質(zhì)斜面技術(shù)的三維有限元模型，其中斷冠、樹(shù)脂層和遺留牙分別獨(dú)立建立。
　　3、斷冠再接術(shù)后遺留牙的受力遠(yuǎn)大于樹(shù)脂層和斷冠的受力，斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙各應(yīng)力峰值均未超過(guò)牙體及樹(shù)脂自身的強(qiáng)度。但和完整牙相比，遺留牙的綜合應(yīng)力Von-mises應(yīng)力峰值均大于完整牙，應(yīng)力部位分布趨勢(shì)一致。
　　4、對(duì)四種斷冠再接制備技術(shù)的三維有限元模型靜態(tài)面加載，斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙各應(yīng)力峰值

13、相差不明顯，應(yīng)力分布趨勢(shì)基本一致，應(yīng)力峰值部位基本一致。其中斷冠第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力和Von-mises應(yīng)力的應(yīng)力峰值部位主要集中在斷冠舌面的遠(yuǎn)中邊緣嵴上，樹(shù)脂層第一主應(yīng)力的應(yīng)力峰值部位主要集中在遠(yuǎn)中鄰面，而第三主應(yīng)力和Von-mises應(yīng)力的應(yīng)力峰值部位主要集中在樹(shù)脂舌面的遠(yuǎn)中邊緣嵴上，遺留牙牙體的第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力和Von-mises應(yīng)力的應(yīng)力峰值部位都主要集中在舌側(cè)牙頸部。
　　5、對(duì)四種不同角度及長(zhǎng)度兩兩分別組合的斷

14、冠再接制備斜面技術(shù)的三維有限元模型靜態(tài)面加載，斜面長(zhǎng)度相同，角度不同時(shí)斷冠、樹(shù)脂層及遺留牙的應(yīng)力峰值大小無(wú)規(guī)律，其中斜面角度為60°，長(zhǎng)度為1mm的斷冠受力最大，其中第一主應(yīng)力為6.338MPa，第三主應(yīng)力為-15.924MPa，Von-mises應(yīng)力為13.197MPa，分布位置，分布趨勢(shì)基本一致。斜面角度相同，長(zhǎng)度不同時(shí)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)斷冠各應(yīng)力峰值越小，樹(shù)脂層和遺留牙各應(yīng)力峰值越大，應(yīng)力位置分布趨勢(shì)無(wú)規(guī)律。
　　結(jié)論：
　　

15、1、本研究成功建立了完整上頜恒中切牙三維有限元模型，該模型形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原離體牙高度一致，結(jié)構(gòu)精細(xì)，有良好的幾何相似性。對(duì)所建模型進(jìn)行了驗(yàn)證，具有良好的力學(xué)相似性，與臨床實(shí)際情況相符，模型真實(shí)有效。
　　2、斷冠再接術(shù)符合牙體及口腔材料的生物力學(xué)要求，是前牙冠折后的一種有效修復(fù)方式。
　　3、從生物力學(xué)角度觀察，不同的斷冠再接制備技術(shù)修復(fù)后，各部位組織應(yīng)力峰值大小和部位無(wú)明顯差異，臨床操作中應(yīng)綜合各斷冠再接制備技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)