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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果复合树脂修复类洞型后的三维有限元分析 作者：雷梵 李平 熊涛 杨帆 赵改侠 【摘要】 目的 比较复合树脂修复I类洞型后在不同牙合力情况下，定量 研究 牙合力因素对牙体组织及修复体应力大小和分布的 影响 ， 分析 其可能对牙体组织和修复体造成的损害。 方法 以复合树脂修复后的下颌第一恒磨牙I类洞型为研究对象，采用有限元法，通过螺旋CT扫描技术建立三维有限元模型，在同一模型牙合面分别进行模拟加载，比较不同载荷情况下牙釉质、牙本质、修复体的最大Von Mises应力及
2、最大主应力的分布情况。结果 无论在垂直加载还是在侧向加载情况下，随着牙合力增大，牙釉质、牙本质、修复体的最大Von Mises应力及最大主应力值均增大。牙釉质、修复体的最大应力值明显大于牙本质的最大应力值。垂直加载情况下，牙釉质、修复体的应力较小，以压应力为主且分布均匀，而侧向加载(由舌向颊)情况下，牙釉质、修复体的应力分布不均匀，在牙釉质与修复体舌侧交界处拉应力明显增高。在修复体内，最大应力值位于修复体表面，越往下应力值越小。结论 1.三维有限元分析法是一种简捷有效的生物力学分析方法；2临床上应注意修整窝洞形态及对牙合牙牙尖形态，使作用于患牙上的牙合力较小且方向尽量平行于牙体长轴。提高复合树
3、脂与牙釉质的粘结强度可以大大降低复合树脂修复的失败率。 【关键词】 类洞型 复合树脂 牙合力 三维有限元 Abstract Objective Quantitatively studied the effect of power and distribution of tooth tissue and dental prosthetic restoration stress by jaw force factors in different jaw force after restored by composite resin and analyzed the possible damage
4、of tooth tissue and dental prosthetic restoration caused by them. Methods The first permanent mandible molar that was restored by composite resin chosen to the study and the finite element analysis was used. Establishing three-dimensional finite element model by spiral computed tomography and gave s
5、timulant loading in occlusalf surface at the same model. The maximum Von Mises stress and maximum main stress distribution of adamantine layer, dentin, and dental prosthetic restoration in different load were compared. Results With the jaw force increased, the maximum Von Mises stress and Maximum ma
6、in stress of enamel, dentine and dental prosthetic restoration was increased whatever loaded at vertical or lateral direction. The maximum main stress value of enamel, and dental prosthetic restoration were more than dentine obviously. In the situation of loaded at vertical direction, the stress of
7、enamel, and dental prosthetic restoration was lower, but the stress of enamel, and dental prosthetic restoration distributed uneven in the situation of loaded at lateral direction and tensile stress increased obviously at borderline between enamel and dental prosthetic restoration in tongue side. In
8、 dental prosthetic restoration, the Maximum stress laid the surface of dental prosthetic restoration and decreased at lower place. Conclusion Finite Element Method is a simple and effective biomechanics analysis should be paid more attention on repairing cavity and jaw dental cusp and the jaw force
9、on the bad tooth should lower and parallel long axis of tooth. Improving sticking intension between composite resin and enamel can decrease fail rate of composite resin restoring. Key words Classcavity Composite resin Jaw force Three-dimensional finite element 磨牙担负着咀嚼的主要任务，第一恒磨牙萌出早，沟、裂、点隙又多，容易龋坏，上下颌
10、第一恒磨牙的位置和关系，对建立正常咬合起重要作用，故保留和 治疗 上下颌第一磨牙很有必要。拔牙后也应及时修复，以免邻牙向缺隙处倾倒，影响正常的咬牙合关系。I类洞型是牙体龋坏后制备的常见洞形。复合树脂具有色泽好，无汞害、与牙体组织有粘结性，可以进行保守的牙体预备等优点， 应用 日渐广泛。本研究中选择复合树脂作为修复材料，从生物力学角度出发，采用三维有限元法，定量研究牙合力因素变化对牙体组织及修复体应力大小和分布的影响，分析其可能对牙体组织和修复体造成的损害。所谓有限元法，就是将连续的弹性体分割成有限个单元，以其结合体来代替原弹性体，并逐个研究每个单元的性质，以获得整个弹性体性质。简言之，就是化整
11、为零分析，积零为整研究。 1 材料与方法 三维有限元模型的建立和处理 实验模型的选择：选用成人头颅下颌骨，其左下颌第一恒磨牙牙体完整，磨耗少，牙冠解剖形态正常，牙冠长、宽、高及牙根长度接近正常1，经X线摄片确定为3个根管(近中颊根管、近中舌根管和远中根管)的双根牙(近中根和远中根)。在左下颌第一恒磨牙上制备直径 mm、深 mm的I类洞型，用氧化锌丁香油粘固粉严密充填24小时后进行CT扫描。 CT扫描：采用德国西门子公司Somaton Volume Zoom CT扫描机。应用螺旋CT垂直于下颌第一恒磨牙牙体长轴，从下颌颏部下缘开始，至高于左下颌第一恒磨牙牙冠 mm平面为止进行横断面扫描，层厚 m
12、m，共获得45张断层影像，将所得影像位图以医学图像通讯标准(DICOM)格式直接从CT机中导出。 CT图像的处理：将DICOM格式导出的CT影像位图用Acculite软件读取，经筛选共得CT影像位图20张(其中113张为牙根，1320张为牙冠)，在Acculite软件中调整窗宽、窗位，增强CT图像中牙釉质、牙本质、牙髓腔和修复体的对比，最后将选取的CT影像位图以BMP格式保存。 建立三维实体模型：牙可分为牙釉质、牙本质、牙骨质、牙髓腔和修复体5个部件，由于牙骨质非常薄，且材料性质与牙本质相同，本实验将其与牙本质一起考虑。本实验采用的建模方法是先分别建立牙釉质、牙本质、牙髓腔和修复体4个部件的实
13、体，然后再将各部件实体整合在一起，形成完整的左下颌第一恒磨牙I类洞型三维实体模型。下面以牙釉质为例叙述各部件实体的建立过程。 左下颌第一恒磨牙牙釉质轮廓线的提取：在AutoCADXX软件中，以实际尺寸插入CT断层影像作为 参考 图层，插入坐标为(0，0，0)，插入比例为180，旋转度为0，在新建图层中以样条曲线沿左下颌第一恒磨牙的影像轮廓绘出该层的牙釉质的轮廓线。提取轮廓线时要求各层样条曲线的点分布均匀且位置基本一致。 定义坐标，建立二维模型：利用CT标尺位置和比例的统一性，将所得牙釉质轮廓坐标转化为统一坐标系下的坐标，并将坐标值和CT所在层数转换为统一坐标系下的三维坐标。在AutoCADXX
14、中应用移动命令将所画的只有X、Y二维坐标值的左下颌第一恒磨牙牙釉质的轮廓线转化成有X、Y、Z三维坐标值的轮廓线。Z值的确定按所在层数-起始层数确定。如此即将CT影像转换成具有空间坐标的二维模型。 三维实体建立：用Rhinoceros软件将具有空间坐标的二维模型文件打开，以*.IGES的文件格式保存。将*.IGES格式文件导入中，首先通过各层的边界线(即AutoCADXX中绘制的样条曲线)生成面，然后将相邻的两层通过引导线由蒙皮生成光滑曲面，最后通过面边界定义体，建立起三维模型。用同样的方法建立牙本质、牙髓腔和修复体实体。然后将各部件实体以*.IGES格式导入到同一窗口中，形成完整的左下颌第一恒
15、磨牙I类洞型三维实体模型。 三维实体模型的网格化：将完整的左下颌第一恒磨牙I类洞型三维实体模型以*.IGES格式文件导入以后，软件识别确定对象，经过ANSYS前置处理:单元类型、材料参数、实体对象确定后进行网格化。建立了具有较好的力学相似性和几何学相似性的左下颌第一恒磨牙I类洞型三维有限元模型(如图12)，在所建模型上进行对牙体组织及修复体应力大小和分布影响的实验研究，得到了与国外 文献 相似的结果2。 图1 左下颌第一恒磨牙I类洞型三维实体图(舌侧观) 图2 左下颌第一恒磨牙I类洞型网格化图 研究 内容 及参数 本实验只研究牙冠，根据实验-方法建立左下颌第一恒磨牙I类洞型的牙冠的三维有限元模型。I类洞型宽 mm，深 mm。采用Solid92单元类型划分网格，共产生节点25370个，单元17076个。 实验假设和材料力学参数：a）实验中各种材料均假设为连续均匀的各向同性的线弹性材料。b)假设复合树脂修复后与牙釉质、牙本质完全粘结一起。c)边界约束假设牙齿固定于牙槽骨内，即牙冠底部视为固定面，其在X、Y、Z三个轴的位移等于零。D)实验加载部位为下颌第一恒磨牙牙合面，加载方向为垂直加载或侧向30加载(由舌向颊)，加载方式为静态加载，大小为50 N、100 N、150 N。 各种材料的力学参数和机械性能参数 表1有关材料的力学参数
