纤维桩在前牙美学修复中的应用及三维有限元应力分析

论文摘要

目的:通过对玻璃纤维桩-树脂核、烤遮色层镍铬合金铸造桩核、二氧化锆瓷桩核配合铸瓷冠修复前牙残根、残冠的临床效果观察,探讨玻璃纤维桩在前牙美学修复中的作用。并且建立上颌中切牙的三维有限元模型,从力学角度探讨不同桩材料修复的效果,以及桩在牙体缺损中的意义,为临床应用提供理论依据。方法:选择38例因外伤或龋齿造成的46颗前牙残根、残冠,均已经过完善的根管治疗,其中18颗患牙采用纤维桩-树脂核,18颗患牙采用烤遮色层镍铬合金铸造桩核,其余10颗患牙采用二氧化锆瓷桩,均采用IPS Empress（e.max）铸瓷冠修复。于修复后6个月、12个月复查,对牙龈颜色、龈缘炎性反应进行观察,在每组中分别选取8例A2色的患牙,使用电子比色仪对修复后的患牙进行比色,对比色结果进行统计学分析。以电子计算机技术建立上颌中切牙三维有限元模型,然后,从釉牙骨质交界冠方2mm处对天然牙模型进行剪切操作,并对牙根部根管进行平滑处理,在此基础上形成桩核模型。所有模型模拟采用三个角度加载:舌侧切中1/3交界处与牙体长轴成45°、舌侧切中1/3交界处与牙体长轴成30°,及在切端沿牙体长轴方向垂直加载,模仿上中切牙在咀嚼过程中的受力情况,载荷量均为100N,计算不同材料（玻璃纤维、镍铬合金、二氧化锆）Von Mises的应力大小及分布特点。结果:6个月复查时纤维桩组及瓷桩组分别有1例龈缘变色情况,铸造桩组有3例出现了龈缘变色;纤维桩组和瓷桩组分别有1例出现牙龈炎症表现,铸造桩组有2例。在12个月复查时,纤维桩组及瓷桩组仍分别有1例龈缘变色,铸造桩组有7例出现了龈缘变色的情况;纤维桩组和瓷桩组分别有1例出现牙龈炎症表现,铸造桩组有2例。纤维桩组与镍铬桩组△E=1.8±0.15＞1.5NBS,镍铬桩组与瓷桩组△E=1.7±0.25＞1.5NBS,可以认为两组色度值有色差,但是因为△E＜2.0NBS为可接受水平,所以,其色差仍然在肉眼不易区分的范围内;纤维桩组与瓷桩组△E=0.2±0.21＜1.5NBS,可以认为其色度值无色差。通过对三维有限元模型进行加载研究,从应力分布图可以看出,中切牙在桩修复后牙本质内的高应力区主要分布于牙颈部及根中、根上1/3唇舌方向的牙本质内,并且愈靠近桩和牙本质交界界面,应力值水平愈高。随着加载角度的增大,应力最大值也随之增大。不同材料桩Von Mises应力分布均符合这一规律。纤维桩修复后在牙颈部应力最大,而在根尖部应力最小。桩修复后切中1/3与牙长轴成30°加载时纤维桩、镍铬桩、瓷桩牙本质Von Mises应力最大值分别为44.135 MPa、35.436 MPa、35.249MPa;最小值分别为0.216 MPa、0.806 MPa、0.917 MPa。桩本身所受最大应力纤维桩比其他两种桩要小,切中1/3与牙长轴成30°加载时纤维桩、镍铬桩、瓷桩Von Mises应力最大值分别为24.746MPa、235.664 MPa、242.497 MPa。结论:1.铸瓷冠具有卓越的通透性和层次感,非常适合用于前牙的美学修复,但同时对桩核的美观性也提出了更高的要求。纤维桩具有与天然牙接近的颜色,采用纤维桩-树脂核作为桩核材料能够完美再现天然牙的美观效果。2.对于传统的金属桩核,即使采用遮色层掩盖掉金属颜色,在色彩方面也无法达到完美效果。3.通过螺旋CT扫描及三维重建,应用ANSYS有限元软件建立的上中切牙三维有限元模型,具有较好的生物相似性和力学相似性,可用于各种工况的有限元分析。4.桩修复后,牙本质内的高应力区大多分布于牙颈部及根上1/3,且越靠近牙根牙本质与桩的界面应力值越高。随着与牙长轴间加载角度的增大,Von Mises应力也呈明显增大的趋势。5.玻璃纤维桩修复的牙根牙本质颈部最大应力在任何加载角度均比镍铬桩和二氧化锆瓷桩高,牙根尖部的最小综合应力较小。除了颈部有应力集中外,该类桩在牙体各部均产生与天然牙相似的应力分布。6.玻璃纤维桩本身所受到的应力远远小于其余两种桩,同时也小于牙本质,这就使得它在受到过大冲击载荷时会先于牙根发生断裂,其折裂模式多为可修复性,有利于剩余牙体的保存。

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