论文摘要
目的:建立下颌第一磨牙缺失的三单位全瓷固定桥修复的三维有限元模型,分析3种全瓷材料采用5种连接体截面积尺寸设计的下颌后牙全瓷桥在最大咬合力作用下的应力状况,探讨不同连接体截面积尺寸设计对下颌后牙全瓷桥疲劳寿命的影响,为临床全瓷固定桥连接体的最小截面积设计提供一定的参考。方法:应用3DSS三维扫描测量技术,结合Geomagic 9.0及MSC.MARC 2003辅助建立不同连接体截面积尺寸的下颌后牙三单位全瓷桥三维有限元模型,采用MSC.MARC 2003软件分析不同连接体截面积尺寸的下颌后牙全瓷桥在最大咬合力作用下的应力分布,进而利用MSC.MARC 2003和MSC.FATIGUE软件分析不同连接体截面积尺寸对下颌后牙全瓷桥疲劳寿命的影响。结果:①建立了连接体截面积分别为2×2、2.5×2.5、3×3、3.5×3.5、4×4mm2的5种下颌后牙三单位全瓷桥三维有限元模型,模型具有良好的几何相似性和力学相似性。②全瓷桥在最大咬合力载荷作用下,Von Mises等效应力的最大值集中在桥体两端的连接体处,且近中连接体处更大,拉应力最大值集中在连接体龈端。③连接体截面积分别为2×2、2.5×2.5、3×3、3.5×3.5、4×4mm2的Emp2-Eris系统全瓷桥在最大咬合力作用时最大主应力峰值分别为86.1、83.18、82.39、81.83、80.97MPa;TZP-CerS系统最大主应力峰值分别为116.29、114.2、111.2、108.0、104.0MPa;Inc-VM7系统最大主应力峰值分别为126.3、122.2、118.8、113.9、111.1MPa。上述应力数值结果显示在相同连接体截面积尺寸下,不同核瓷材料全瓷桥的最大主应力值为Inc-VM7>TZP-CerS>Emp2-Eris,这与核瓷材料的弹性模量InCeram>TZP>Empress2相一致,说明核瓷材料的弹性模量越高相应的全瓷桥最大主应力峰值越大;在相同全瓷材料中,不同连接体截面积尺寸全瓷桥的最大主应力峰值为2×2>2.5×2.5>3×3>3.5×3.5>4×4mm2,说明连接体截面积尺寸越大其全瓷桥最大主应力峰值越小;实验各组最大主应力峰值均未超过相应全瓷材料的许用应力值。④日常咀嚼力静态加载时,应力分布规律同最大咬合力作用时,但相应的应力峰值均小于最大咬合力作用下的应力峰值。⑤连接体截面积分别为2×2、2.5×2.5、3×3、3.5×3.5、4×4mm2的Emp2-Eris系统全瓷桥在日常咀嚼力反复加载时5%失效概率下的疲劳寿命分别为6.72、8.16、9.22、9.40、9.57年,1%失效概率下的分别为5.45、6.98、7.77、7.80、7.81年; TZP-CerS系统全瓷桥5%失效概率下的疲劳寿命分别为26.39、30.32、32.52、34.14、34.95年, 1%失效概率下的分别为21.18、23.50、26.04、28.47、29.17年; Inc-VM7系统全瓷桥5%失效概率下的疲劳寿命分别为25.00、28.01、29.51、30.44、30.90年, 1%失效概率下的分别为19.68、21.64、22.80、23.03、23.26年。上述疲劳分析结果显示各种连接体截面积设计的Emp2-Eris系统全瓷桥疲劳寿命均未超过10年;TZP-CerS系统各连接体截面积尺寸全瓷桥在5%及1%失效概率下的疲劳寿命均超过20年;Inc-VM7系统各连接体截面积尺寸全瓷桥在5%失效概率下的疲劳寿命均超过20年;2×2mm2连接体截面积尺寸Inc-VM7全瓷桥在1%失效概率下的疲劳寿命少于20年,其余各连接体截面积尺寸全瓷桥均超过20年。结论:①本文应用3DSS三维扫描测量技术,结合Geomagic 9.0及MSC.MARC 2003辅助建立下颌后牙三单位全瓷桥三维有限元模型,采用的建模方法简单、方便,并且能够准确、快速地建立牙体及其他相关组织的三维有限元模型,为不同修复体的三维有限元模型的建立提供了一种高效、快捷、简单的方法。②全瓷桥应力集中位于连接体处,说明全瓷桥断裂主要位于连接体处,全瓷桥的连接体部位为制作的关键部位,也是全瓷桥的薄弱部位。③最大咬合力及日常咀嚼力静态加载条件下,不同全瓷材料采用不同连接体设计的全瓷桥最大主应力值与全瓷材料许用应力比较,发现最大主应力值均未超过许用应力,说明单次静态咬合力一般不会导致全瓷桥断裂。④经有限元疲劳分析,综合临床因素及以往文献报道,初步推断Emp2-Eris系统不适于后牙全瓷桥的制作;初步认为Inc-VM7和TZP-CerS系统制作下颌后牙三单位全瓷桥时其连接体截面积尺寸应至少为2.5×2.5mm2,具体值有待进一步研究完善。
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