冯广智，蔡 婧

（北京市海淀医院口腔科，北京 100080）

上颌中切牙四种不同材料桩核冠的有限元分析

冯广智，蔡 婧

（北京市海淀医院口腔科，北京 100080）

目的 应用三维有限元法研究不同材料的桩核冠修复上颌中切牙后剩余牙体组织应力分布的影响。方法 建立上颌中切牙桩核冠修复三维有限元模型，应用ABAQUS 6.13有限元分析软件分析静态载荷146N，与牙长轴成45°条件下，四种不同材料的桩核对剩余牙本质应力分布的影响。结果 四种不同材料桩修复后剩余牙本质应力大小：钴铬合金＞氧化锆＞纯钛＞E.max全瓷材料。结论 高弹性模量的材料修复后改变牙本质应力分布的情况，易产生桩-牙本质界面的应力集中，从而使牙根易于折裂。弹性模量较低的E.max全瓷材料有利于应力更均匀的分布，减轻产生桩-牙本质界面的应力集中，有利于保护剩余牙体组织。

有限元分析，应力分布，桩核，牙体缺损

1 目 的

通过建立上颌中切牙的三维有限元分析模型，比较钴铬合金、纯钛、氧化锆、E.max全瓷等四种桩核材料，在桩核冠修复方式下，观察剩余牙体组织应力分布情况，为临床修复提供依据。

2 实验材料及方法

2.1 实验标本的选择

在北京市海淀医院口腔科因牙周病拔除的上颌中切牙中，选择形态正常基本完整的离体牙一颗，消毒干燥后测量牙全长21.9 mm，冠长10.9 mm，根长11 mm，冠近远中向8.8 mm，颊舌向7.0 mm。符合王惠芸[1]研究数据，将其作为实验标本。

2.2 设备与软件

PC计算机（interl®Core™ i7-6700K CPU@4.00GHz，内存 32G，硬盘3T Windows 7 旗舰版）

Micro CT（Inveon，德国西门子）

ABAQUS 6.13 - 4（DS SIMULIA，FRA）

Mimics17.0 (Materialise，Belgium)

Geomegic Studio 2013（Geomegic，USA）

2.3 样本扫描

将离体牙固定在扫描模具中，用Micro CT进行横断扫描，截面与牙长轴垂直，层间距为0.019 mm，获得1153张断层影像，将图像以DICOM格式导出。

2.4 图像处理及建立三维数字模型

利用Mimics17.0读取DICOM格式的扫描文件，通过阈值的不同分别提取牙釉质、牙本质及牙髓，得到STL格式的面网格，然后导入Geomagic Studio2013中在网格医生功能的指导下进行网格修复，并用其砂纸工具进行光滑处理，使用精确曲面，经过探测曲率，形成轮廓线，构造曲面片及拟合曲面，从而重建三维模型。以IGS格式导入ABAQUS 6.13中，利用其模型编辑功能模拟桩核冠修复，建立包含牙釉质、牙本质、根管、桩核、牙冠、牙槽骨（将牙槽骨简化为立方体，牙槽嵴顶位于釉牙骨质界下2 mm）的三维实体模型（图1图2），进行分析。

图1

图2 上颌中切牙桩核冠三维模型

2.5 网格划分和材料选择

将以上模型部件文件在ABAQUS 6.13软件中，对各部分进行网格划分，设定为四面体单元，尺寸控制在0.4，共划分节点305691个，单元216882个。各部分材料属性见表1。

表1 各部分材料属性（n，%）

2.6 力学性能假设和边界条件约束

实验假设：本实验将模型中各种材料和组织假设为连续、均质、各向同性的线弹性材料。

边界条件：假定牙齿固定于牙槽骨内，牙槽骨颊舌侧为自由边界，其近远中以及底部完全固定。牙体组织各部分之间接触，设置为绑定（TIE）。

2.7 加载条件

上颌中切牙选择146N的咬合力，在牙冠舌侧面，距离切端3 mm处，与牙长轴呈135°的力。

2.8 观察指标

最大主应力（Max Von Mises，MVMS）：是材料内部某一点不同方向中最大拉应力的反应。

3 结 果

采用钴铬合金桩核组剩余牙本质最大主应力（MVMS）为157.141 Mpa；其次是氧化锆桩核组MVMS为150.844 Mpa；纯钛桩核组MVMS为102.563 Mpa；E.max桩核组MVMS在各组中最小，为100.936 Mpa。

4 应力分布图

加载条件下，桩冠修复后应力集中的主要区域位于牙冠应力加载区、剩余牙本质颈部及桩核中部，如图3-图4所示。

图3 上颌第一中切牙桩冠模型载荷后应力云图

图4 上颌第一中切牙桩冠模型载荷后应力云图

5 讨 论

所有应力集中区域，基本都是位于肩台、龈阶的点线角处以及髓室轴角处，这些均提示我们在临床牙体预备时注意点线角圆钝，这能在一定程度上缓解应力集中，降低修复体折裂、变形的风险，从而增加修复体的使用寿命。

6 结 论

高弹性模量的材料修复后改变牙本质应力分布的情况，易产生桩-牙本质界面的应力集中，从而使牙根易于折裂。弹性模量较低的E.max全瓷材料有利于应力更均匀的分布，减少应力集中，有利于保护剩余牙体组织。

[1] 王惠芸.我国人牙的测量和统计[J].中华口腔科杂志,1959,3:149.

本文编辑：王雨辰

R318.01

B

ISSN.2095-8242.2017.02.1046.02