连接

Size: px

Start display at page:

Download "连接"

壁圳印
7 years ago
Views:

1 200 doi /j.issn J South Med Univ, 206, 36(2): 临床研究郭靖, 王潇宇, 李学盛, 孙海阳 2, 刘琳, 李鸿波解放军总医院口腔修复科, 北京 00853; 2 太原理工大学, 山西太原摘要 : 目的采用三维有限元方法, 研究髓腔固位冠修复下颌第一前磨牙牙体缺损时, 不同边缘设计对牙体组织和修复体所受应力的影响方法建立 4 种边缘设计形式 ( 平面对接式边缘直角肩台 35 肩台凹面形边缘 ) 的下颌第一前磨牙髓腔固位冠修复模型加载点为牙齿长轴与牙合面交点, 方向为与牙齿长轴平行与牙齿长轴成 45, 力量大小为 00N 计算分析 4 种边缘设计形式的髓腔固位冠修复后牙体组织和修复体颈部的应力分布情况及最大 Von Mises 应力值结果 () 沿牙齿长轴方向加载, 应力集中出现在修复体和牙齿颈部的舌侧边缘, 平面对接式边缘和直角肩台的颈部应力分布要比 35 肩台和凹面形边缘的应力分布均匀 ;(2) 施加与牙齿长轴成 45 的载荷, 应力主要集中在颊侧边缘, 平面对接式边缘较其他 3 种边缘形式的应力分布要更为均匀, 牙齿和修复体的最大应力值均明显高于与牙齿长轴平行加载情况下的应力值 ;(3) 无论施加与牙齿长轴平行还是与牙齿长轴成 45 的载荷, 平面对接式边缘的牙齿和修复体颈部的应力值均最小, 修复体颈部的应力值要大于牙齿颈部的应力值 ; (4) 平面对接式边缘牙釉质的应力水平高于牙本质结论从基牙和修复体受力情况来讲, 髓腔固位冠修复采用平面对接式边缘和直角肩台优于其他边缘设计关键词 : 下颌第一前磨牙 ; 髓腔固位冠 ; 肩台 ; 有限元应力分析 Influence of different designs of marginal preparation on stress distribution in the mandibular premolar restored with endocrown GUO Jing, WANG Xiaoyu, LI Xuesheng, SUN Haiyang 2, LIU Lin, LI Hongbo Department of Prosthodontics, General Hospital of PLA, Beijing 00853, China; 2 Taiyuan University of Technology, Taiyuan , China Abstract: Objective To evaluate the effect of different designs of marginal preparation on stress distribution in the mandibular premolar restored with endocrown using three-dimensional finite element method. Methods Four models with different designs of marginal preparation, including the flat margin, 90 shoulder, 35 shoulder and chamfer shoulder, were established to imitate mandibular first premolar restored with endocrown. A load of 00 N was applied to the intersection of the long axis and the occlusal surface, either parallel or with an angle of 45 to the long axis of the tooth. The maximum values of Von Mises stress and the stress distribution around the cervical region of the abutment and the endocrown with different designs of marginal preparation were analyzed. Results The load parallel to the long axis of the tooth caused obvious stress concentration in the lingual portions of both the cervical region of the tooth tissue and the restoration. The stress distribution characteristics on the cervical region of the models with a flat margin and a 90 shoulder were more uniform than those in the models with a 35 shoulder and chamfer shoulder. Loading at 45 to the long axis caused stress concentration mainly on the buccal portion of the cervical region, and the model with a flat margin showed the most favorable stress distribution patterns with a greater maximum Von Mises stress under this circumstance than that with a parallel loading. Irrespective of the loading direction, the stress value was the lowest in the flat margin model, where the stress value in the cervical region of the endocrown was greater than that in the counterpart of the tooth tissue. The stress level on the enamel was higher than that on the dentin nearby in the flat margin model. Conclusion From the stress distribution point of view, endocrowns with flat margin followed by a 90 shoulder are recommended. Key words: mandibular first premolar; endocrown; shoulder design; finite element stress analysis 收稿日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金 (308307); 北京市科技计划项目 (200B078,Z ) Supported by National Natural Science Foundation of China (308307). 作者简介 : 郭靖, 硕士研究生, guoj0327@63.com 通信作者 : 李鸿波, 博士, 副教授, 副主任医师, hongbolii@sina. com 髓腔固位冠是一种固定在后牙髓腔内的修复体, 它由一个环形对接式边缘和嵌入髓室内的中央固位腔构 [] 成, 属于核冠一体结构对于冠部硬组织广泛缺损的牙齿, 在完成根管治疗后采用髓腔固位冠修复的抗折性能 [2-4] 要优于传统桩核冠修复方式, 加上髓腔固位冠基牙预 [5] 备的微创原则符合现代修复学的理念, 使其受到越来越多的关注

2 J South Med Univ, 206, 36(2): 关于髓腔固位冠修复前磨牙牙体缺损的可行性, 已有文献报道 [3-4] 亦有研究表明 [6-7], 经过根管治疗和全冠修复的牙齿应力易集中在牙颈部, 在修复体行使功能的过程中, 不同的边缘设计形式对修复体的预后有着显著的影响因此, 有必要设置牙本质肩领, 它通过增大余留牙体组织分散应力的面积增强根管治疗后牙齿的抗 [8-9] 折性能而目前文献中关于髓腔固位冠的研究均采用平面对接式边缘, 未设计肩台形式, 采用肩台设计是否会改善修复效果尚无相关研究有限元应力分析法是用来模拟和分析修复体设计对基牙和修复体受力影响的常用方法本研究拟建立不同边缘设计形式的下颌第一前磨牙髓腔固位冠修复模型, 通过三维有限元法研究牙体组织和修复体颈部的应力大小和分布情况, 为髓腔固位冠修复的理论研究和临床应用提供参考材料和方法. 样本选择 [0] 参照王惠芸的牙齿测量数据, 选择临床上因正畸原因拔除的成人左侧下颌第前磨牙颗选择标准 : 外形良好, 无龋, 无缺损, 无充填体或修复体, 其大小尺寸接近成人正常下颌第前磨牙的均值 ;X 线片显示单根管, 未作根管治疗 ; 用 l0 倍放大镜观察牙根无隐裂清洁牙齿样本表面, 去除牙体表面的牙周膜牙石等附 [5] 着物后, 贮存于 4,% 的氯胺 T 溶液中备用.2 有限元模型的建立.2. 牙齿扫描及重建三维数字模型采用 RS-9 micro-ct(ge Healthcare, USA) 对样本进行扫描, 保持牙齿长轴与检查床平行与扫描平面垂直扫描层厚为 38 μm [4], 自牙尖扫描至根尖, 获得 25 张下颌第前磨牙的横断面图片 Mimics0.0(Materialise, Belgium) 软件读取数据, 通过阈值分析调整处理, 区分出牙釉质牙本质牙髓腔, 计算生成下颌第前磨牙的牙体组织点云模型利用 Geomagic studio (Raindrop Geomagic, USA) 软件进行曲面修补, 利用软件的锥形拟合功能计算得出牙齿长轴.2.2 不同边缘设计形式的下颌第前磨牙髓腔固位冠修复三维数字模型的建立在建立的下颌第一前磨牙三维数字模型基础上, 使用 PRO/E 200(Home Page, [3-4, ] USA) 软件模拟髓腔固位冠修复的牙体预备 ( 图 ): 于釉牙骨质界上.5 mm 截冠, 髓腔固位形轴壁外展 2~ 5, 深度 5 mm, 根管口以下 mm 的牙胶被流动树脂替代设计一种无冠边缘形式模型 : 平面对接式边缘, 颈缘线位于釉牙骨质界上.5 mm( 图 A) 设计 3 种冠边缘形式模型 : 直角肩台 ( 图 B) 35 肩台 ( 图 C) 凹面形边缘 ( 图 D), 颈缘位于釉牙骨质界处, 肩台宽 mm, 牙本质肩领高度.5 mm.2.3 建立有限元分析模型将模型导入 ANSYS R 5.0(Swanson Analysis, Houston, PA, USA) 软件中建立有限元模型 ( 含牙槽骨 )( 图 2) 将模型划分为四面体网格图髓腔固位冠修复 4 种边缘设计模型 Fig. Models for endocrown restoration and the 4 marginal designs. The left side was the lingual portion and right was the buccal portion of the teeth. A: Flat margin; B: 90 shoulder; C: 35 shoulder;

3 202 J South Med Univ, 206, 36(2): Cortical bone Enamel Periodontal ligament Cement Trabecular bone Dentin All-ceramic crown 表 2 4 种边缘形式模型的节点数与单元数 Tab.2 Number of nodes and elements for the 4 marginal designs Margin design Flat margin 90 shoulder 35 shoulder Nodes Elements Chamfer shoulder 图 2 髓腔固位冠修复含边界条件图 Fig.2 Model for endocrown restoration with boundary conditions..3 实验条件假设和边界条件设定假设所有材料均为连续均质各向同性的线性弹性体 ( 牙骨质和牙本质弹性模量极为接近, 并且牙骨质较薄, 故简化为同一物质 ) [2] 材料受力后的变形为小变形, 受力时模型各界面均不产生相对滑动牙槽骨的颊舌面及底部完全固定,6 个方向位移均为 0 [4] 各部分的弹性模量和泊松比见表 [4, 3-5] 表牙体组织和修复材料的力学参数 Tab. Mechanical parameters of tooth tissue and restoration materials Materials Enamel Dentin Periodontal ligament Cortical bone Trabecular bone Gutta percha All-ceramic crown Cement Flowable resin Young's modulus(gpa) Poisson's ratio (v) Ceramic was Vita Mark II, and adhesive resin was Variolink II..4 加载条件加载位置为牙齿长轴与牙合面交点 ; 加载力值为 00N [4, 9, 6-7] ; 加载方向为与牙齿长轴平行与牙齿长轴成 45 [6-7].5 分析指标计算不同边缘设计形式的牙齿修复体在不同加载条件下颈部的最大 Von Mises 应力值和应力分布情况 2 结果模型的单元数和节点数如表 2 所示采用有限元软件中几何模型的可视化彩色图像功能显示颈部的 Von Mises 应力分布情况, 如图 3~6 所示 2. 平行牙齿长轴加载时的应力分布情况施加与牙齿长轴平行的载荷,4 种边缘形式在牙体组织和修复体颈部的舌侧边缘出现应力集中, 平面对接式边缘和直角肩台的颈部应力分布要比 35 肩台和凹面形边缘的应力分布均匀 ( 图 3,4) 2.2 与牙齿长轴成 45 加载时的应力分布情况施加与牙齿长轴成 45 的载荷, 牙齿和修复体的最大 Von Mises 应力值均明显高于与牙齿长轴平行加载情况下的应力值 4 种边缘形式的牙体组织和修复体的颈部应力主要集中在颊侧边缘, 平面对接式边缘的颈部应力分布较其他 3 种边缘形式要均匀连续 ( 图 5,6) 2.3 加载后的应力值无论施加与牙齿长轴平行还是与牙齿长轴成 45 的载荷, 平面对接式边缘的牙齿和修复体颈部的应力值均最小, 直角肩台的颈部应力水平要低于 35 肩台和凹面形边缘修复体颈部的应力值要大于牙齿颈部的应力值 ( 图 7) 2.4 平面对接式边缘牙釉质的应力情况平面对接式边缘牙釉质的应力水平高于牙本质 ( 图 4A 图 6A) 3 讨论修复体的边缘设计会影响基牙和修复体的边缘强度与咬合力作用下边缘部位的应力分布本研究的结果显示在平行牙齿长轴加载的情况下,4 种边缘形式在牙体组织和修复体颈部的舌侧边缘出现应力集中 ; 施加与牙齿长轴成 45 的载荷,4 种边缘形式的应力主要集中在牙体组织和修复体颈部的颊侧边缘牙颈部的应力集中是牙齿承受咬合力量时的正常反应 [6] 平行牙齿长轴加载时, 舌侧颈部应力集中可能与下颌前磨牙牙冠舌倾有关, 模拟施加的斜向颊侧的载荷可能是导致斜 [8] 向加载情况下颊侧颈部应力集中的原因 Hassan 等通过研究不同边缘形式的高嵌体修复后颈部的应力分布情况发现直角肩台颈部的应力值低于凹面形边缘设计, 本研究的结果与其一致, 这可能与直角肩台修复体颈部的陶瓷厚度高于凹面形边缘有关 35 肩台设计由于采用斜面设计形式使得应力的分布趋于缓和, 但是在牙齿颈部应力集中区域的应力值最高, 这可能会导致该部位的牙体组织发生应力疲劳, 长期作用可能会导致折裂的发生凹面形边缘修复体颈部的应力值最高可

4 J South Med Univ, 206, 36(2): 图 3 平行牙齿长轴加载 4 种边缘形式修复体的 Von Mises 应力分布云图 Fig.3 Von Mises stress distribution nephogram for restoration under the load parallel to the long axis of tooth. The left side was the lingual portion and right was the buccal portion of the teeth. A: Flat margin; B: 90 shoulder; C: 35 shoulder; D: Chamfer shoulder. 图 4 平行牙齿长轴加载 4 种边缘形式牙体组织的 Von Mises 应力分布云图 Fig.4 Von Mises stress distribution nephogram for tooth tissue under the load parallel to the long axis of tooth. The left side was the lingual portion and right was the buccal portion of the teeth. A: Flat margin; B: 90 shoulder; C: 35 shoulder; 图 5 与牙齿长轴成 45 加载 4 种边缘形式修复体的 Von Mises 应力分布云图 Fig.5 Von Mises stress distribution nephogram for restoration under the load at 45 to the long axis of the tooth. The left side was the lingual portion and right was the buccal portion of the teeth. A: Flat margin; B: 90 shoulder; C: 35 shoulder; 图 6 与牙齿长轴成 45 加载 4 种边缘形式牙体组织的 Von Mises 应力分布云图 Fig.6 Von Mises stress distribution nephogram for tooth tissue under the load at 45 to the long axis of the tooth. The left side was the lingual portion and right was the buccal portion of the teeth. A: Flat margin; B: 90 shoulder; C: 35 shoulder; 能与此处陶瓷厚度较薄有关, 咬合力作用下亦有可能导致修复体颈部瓷裂以及崩瓷的发生目前有关髓腔固位冠的研究文献中, 修复体多设计 [2-5] 为平面对接式边缘本研究发现采用平面对接式边缘设计, 牙齿和修复体颈部的最大 Von Mises 应力值要低于 3 种肩台设计形式, 且应力分布要更为均匀连续肩台的设计要磨除更多的健康牙体组织, 而平面对接式边缘最大限度地保存了余留牙体组织, 单一平面的预备避免了多重平面交界部位对应力传递分散的不良影响使得应力分布情况更为有利髓腔固位冠的平面对接式边缘设计保留了釉牙骨质界以上.5 mm 的牙釉质结构, 由于牙釉质与牙本质弹性模量的不同使得这两者的

5 204 J South Med Univ, 206, 36(2): Von Mises stress values(mpa) Flat margin 90 Shoulder 35 Shoulder Chamfer shoulder 图 7 不同边缘形式的牙齿与修复体颈部的 Von Mises 应力峰值比较 Fig.7 Comparison of the maximum Von Mises values on the cervical region of tooth and the restoration in different marginal designs Restoration (axial load) Tooth (axial load) Restoration (load at 45 degrees) Tooth (load at 45 degrees) 应力水平存在差异从图 4A 和图 6A 也可以看出牙釉质的应力水平明显高于牙本质, 这是否会导致牙釉质在咬合力量的长期作用下发生折裂剥脱, 继而引起边缘微渗漏继发龋而最终导致修复的失败, 有待进一步的研究无论是施加与牙齿长轴平行还是与牙齿长轴成 45 的载荷, 修复体颈部的应力值都要高于牙齿颈部的应力值这可能与修复体与牙体组织之间的粘接剂吸收分散了部分应力有关当牙齿 - 修复体复合体承受斜向负载的作用时, 颈部的应力水平要高于承受与牙齿长轴平行的负载时的情况, 咀嚼运动产生的斜向作用力是威胁修复体使用寿命的重要因素, 因此建议临床上进行髓腔固位冠修复时降低牙尖斜度以减少侧向力对基牙牙体组织和修复体的不良影响平面对接式边缘的颈部应力峰值要低于有肩台设计形式者, 而肩台设计形式中直角肩台的应力峰值要小于 35 肩台和凹面形边缘形式本研究结果从应力分析角度说明髓腔固位冠修复平面对接式边缘要优于 3 种肩台设计形式, 但总体来说各最大 Von Mises 应力值之间的差距不大而具体选择何种边缘设计形式还应再综合边缘适合性微渗漏抗折强度研究结果以及长期临床随访观察而得出结论参考文献 : [] Lander E, Dietschi D. Endocrown: a clinical report[j]. Quintessence Int, 2008, 39(2): [2] Biacchi GR, Basting RT. Comparison of fracture strength of endocrowns and glass fiber post-retained conventional crowns[j]. Oper Dent, 202, 37(2): [3] Chang CY, Kuo JS. Fracture resistance and failure modes of CEREC endo-crowns and conventional post and core-supported CEREC crowns[j]. J Dent Sci, 2009, 4(3): 0-7. [4] Lin CL, Chang YH, Chang CY, et al. Finite element and Weibull analyses to estimate failure risks in the ceramic endocrown and classical crown for endodontically treated maxillary premolar[j]. Eur J Oral Sci, 200, 8: [5] HM ED, RN HA, Platt JA. Fracture Resistance and Microleakage of Endocrowns Utilizing Three CAD-CAM Blocks[J]. Oper Dent, 205, 40(2): [6] Kierklo A, Tribillo R, Walendziuk A, et al. The influence of cervical lesion on the stress state and strength of tooth with occlusal restoration: a numerical model study[j]. Rocz A kad Med Bialymst, 2002, 47: [7] 白保晶, 曹文, 张振庭. 存留壁和髓室底厚度对磨牙桩冠修复的应力分析 [J]. 口腔颌面修复学杂志, 200, (2): 8-3. [8] Jelena Juloski, Ivana Radovic, Cecilia Goracci, et al. Vulicevic, Marco Ferrari. Ferrule Effect: A Literature Review[J]. J Endodont, 202, 38, (): -9. [9] Pierrisnard L, Bohin F, Renault P, et al. Coronoradicular reconstruction of pulpless teeth: a mechanical study using finite element analysis[j]. J Prosthet Dent, 2002, 88(4): [0] 王惠芸. 我国人牙的测量和统计 [J]. 中华口腔科杂志, 959, 7(3): [] 李鸿波, 刘洪臣. 老年低牙合龈距磨牙牙体缺损的髓腔固位冠修复 [J]. 中华老年口腔医学杂志, 202, 0(4): [2] 缪羽, 吴凯敏, 于蕴之, 等. 不同边缘设计的聚合瓷高嵌体修复后牙体组织的有限元应力分析 [J]. 现代口腔医学杂志, 20, 25(6): [3]Lin CL, Chang YH, Pa CA. Estimation of the risk of failure for an endodontically treated maxillary premolar with MODP preparation and CAD/CAM ceramic restorations[j]. J Endod, 2009, 35(0): [4]Lin CL, Chang YH, Liu PR. Multi-factorial analysis of a cuspreplacing adhesive premolar restoration: a finite element study[j]. J Dent, 2008, 36: [5] 张丹, 白保晶, 张振庭. 不同垫底材料对全瓷嵌体修复应力分布影响的三维有限元研究 [J]. 北京口腔医学, 20, 9(2): [6]Soares PV, Souza LV, Veríssimo C, et al. Effect of root morphology on biomechanical behaviour of premolars associated with abfraction lesions and different loading types[j]. J Oral Rehabil, 204, 4(2): [7]Palamara JE, Palamara D, Messer HH, et al. Tooth morphology and characteristics of non-carious cervical lesions[j]. J Dent, 2006, 34 (3): [8]Abu Hassan, Abu Hammad, Harrison. Stress distribution associated with loaded ceramic onlay restorations with different designs of marginal preparation.an FEA study[j]. J Oral Rehabil, 2000, 27(4): ( 编辑 : 经媛 )

3 1 100081 2 100083 1977 sina.com 100081 com.cn (2005BAI 16B05)* :R318 :B :1673-8225 (2009)17-03251-05 2009-0

3 1 100081 2 100083 1977 sina.com 100081 com.cn (2005BAI 16B05)* :R318 :B :1673-8225 (2009)17-03251-05 2009-0 13 17 2009 04 23 Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research April 23, 2009 Vol.13, No.17 3 * 1 2 1 1 1 Fiber post-core restoration for three types of incisor crown defects: Finite element