基于連續(xù)變化參數(shù)有限元法的全瓷冠生物力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、全瓷冠有著金屬冠和金屬烤瓷冠無法比擬的美學(xué)優(yōu)勢，在近幾十年來越來越受到患者的青睞。雖然全瓷材料發(fā)展十分迅速，全瓷冠的強(qiáng)度也有了明顯的提高，但在臨床中仍不時有全瓷冠失敗的病例報道，包括冠表面飾瓷的破損、剝脫及冠的折裂等。因此，在增強(qiáng)冠材料本身的強(qiáng)度之外，全瓷冠的設(shè)計(jì)在保障全瓷冠的遠(yuǎn)期成功率方面也起著十分重要的作用。冠的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：全瓷冠頸部形態(tài)和結(jié)構(gòu)，冠厚度，粘結(jié)劑厚度，牙尖斜度等。相比于其他因素，冠厚度的設(shè)計(jì)對冠的生物力學(xué)特性影響

2、最為顯著，對于冠厚度的設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)行了大量研究但尚沒有統(tǒng)一的結(jié)論，冠到底該做多厚仍是長期困擾臨床醫(yī)生的問題。
　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^建立下頜第一磨牙全瓷冠參數(shù)化有限元模型，對單層冠的合面厚度和肩臺寬度，雙層冠的飾瓷合面厚度和基底合面厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)連續(xù)變化條件下的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為臨床全瓷冠的制作提供參考。
　　實(shí)驗(yàn)方法：通過3DSS照相掃描儀掃獲得下頜第一磨牙的點(diǎn)云文件，結(jié)合GeomagicStudio軟件對點(diǎn)云減點(diǎn)、去噪、拼接等處理

3、和UnigraphicsNX6軟件的參數(shù)設(shè)定及一系列計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)建立了下頜第一磨牙全瓷冠參數(shù)化實(shí)體模型。通過UnigraphicsNX6與AnsysWorkbench軟件的雙向無縫連接，將模型參數(shù)導(dǎo)入AnsysWorkbench中，建立下頜第一磨牙參數(shù)化有限元模型。
　　設(shè)定單層冠的合面厚度（H）和肩臺寬度(W)為設(shè)計(jì)參數(shù)（DesignParameter，DP）,H的變化范圍是0.2-3mm，W的變法范圍是0.1-1.5mm。設(shè)

4、定全瓷冠的最大主應(yīng)力（MaximumPrincipalStress，MPS）的峰值為目標(biāo)函數(shù)（ObjectiveFunction,OBJ）。對全瓷冠進(jìn)行小面積加載（SmallAreaload,SA）和大面積加載（LargeAreaload，LA）兩種加載方式，觀察DP對OBJ的影響，進(jìn)行單層冠合面厚度和肩臺寬度的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　設(shè)定雙層冠飾瓷合面厚度（V）和基底合面厚度（C）為DP，V變化范圍為0.1-2mm，C的變化范圍為0.1

5、-1mm，飾瓷和基底的MPS峰值設(shè)定為OBJ.對雙層全瓷冠進(jìn)行垂直加載（Verticalload）和斜向加載(Angularload)兩種加載方式，觀察DP對OBJ的影響，進(jìn)行雙層冠飾瓷合面厚度與基底合面厚度的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
　　1.建立了包含合面厚度和肩臺寬度參數(shù)的單層全瓷冠參數(shù)化有限元模型和包含飾瓷合面厚度，基底合面厚度參數(shù)下頜第一磨牙雙層全瓷冠的參數(shù)化有限元模型。
　　2.對于單層全瓷冠，在SA加載時

6、，MPS峰值出現(xiàn)在加載點(diǎn)對應(yīng)的內(nèi)側(cè)面和加載處的外側(cè)；LA加載時，MPS峰值出現(xiàn)在加載點(diǎn)對應(yīng)的內(nèi)側(cè)面。
　　3.全瓷冠合面的厚度從0.2mm變化到3mm和肩臺的寬度從0.1mm變化到1.5mm，在SA加載條件下全瓷冠的MPS峰值減小了35.48％，而在LA加載條件下，全瓷冠的MPS峰值減小了54.78％。
　　4.在SA加載條件下，W對冠的應(yīng)力峰值沒有影響;而在LA加載條件下當(dāng)0.56mm≤W≤1.50mm時，響應(yīng)曲線的斜率在

7、-1～1之間；對于合面厚度，在SA加載條件下，1.35mm≤H≤3mm時，響應(yīng)曲線斜率在-1～1之間；而在LA加載條件下，當(dāng)1.25mm≤H≤2.61mm響應(yīng)曲線斜率在-1～1之間。
　　5.對于雙層全瓷冠，在垂直加載條件下，飾瓷的MPS峰值出現(xiàn)在加載點(diǎn)周圍，而基底的MPS峰值出現(xiàn)在基底材料的底層，在加載處的正下方；在斜向加載條件下，飾瓷MPS峰值出現(xiàn)在合面，在與加載力中水平分力相反的方向，而基底MPS峰值出現(xiàn)在基底材料的底層，在

8、加載處的正下方。
　　6.通過改變飾瓷合面厚度和基底合面厚度，在垂直加載條件下，飾瓷的MPS峰值下降幅度為20.9％,而基底的MPS峰值下降幅度為74.6％；而在斜向加載條件下，飾瓷的MPS峰值下降幅度為了52.2％，基底的MPS峰值下降了79％。斜向加載時的應(yīng)力超過垂直向加載時的應(yīng)力，冠的制作應(yīng)避免較大的牙尖斜度。垂直加載條件下，實(shí)驗(yàn)三的飾瓷的應(yīng)力小于實(shí)驗(yàn)二全瓷冠的應(yīng)力，所以基底的存在可以減小飾瓷所受的應(yīng)力。
　　7．對于

9、雙層全瓷冠，在垂直加載條件下，當(dāng)0.88mm≤V≤1.57mm時，飾瓷MPS應(yīng)力峰值響應(yīng)曲線的斜率在-1～1之間；當(dāng)0.75mm≤V≤2mm時，基底MPS應(yīng)力峰值響應(yīng)曲線斜率在-1～1之間；基底的厚度對飾瓷的應(yīng)力沒有影響;當(dāng)C≥0.52mm時，基底MPS應(yīng)力峰值響應(yīng)曲線斜率在-1～1之間。在斜向加載條件下,隨著飾瓷厚度的增加，飾瓷的應(yīng)力在上升；當(dāng)V≥0.75mm時基底MPS響應(yīng)曲線斜率在-1～1之間；基底的厚度對飾瓷的MPS峰值沒有影響