根切術(shù)后單根牙應(yīng)力分布變化及力方向?qū)ζ溆绊懙挠邢拊芯?/h1>
2016-07-10 07:33:31朱玥妮趙守亮
朱玥妮, 趙守亮，2
(1. 同濟(jì)大學(xué)口腔醫(yī)院牙體牙髓科，上海牙組織修復(fù)與再生工程技術(shù)研究中心，上海 200072； 2. 復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院口腔科，上海 200040)
?
·基礎(chǔ)研究·
朱玥妮1, 趙守亮1，2
(1. 同濟(jì)大學(xué)口腔醫(yī)院牙體牙髓科，上海牙組織修復(fù)與再生工程技術(shù)研究中心，上海 200072； 2. 復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院口腔科，上海 200040)
隨著現(xiàn)代顯微、超聲技術(shù)，充填材料的發(fā)展，相較傳統(tǒng)根切術(shù)，現(xiàn)代根切術(shù)目前在臨床的病例數(shù)和治愈率都得到了一定的提高[1-2]。因其對牙體、牙周硬組織的去除，存在引起牙齒穩(wěn)定性下降的風(fēng)險。本實(shí)驗旨在采用三維有限元的方法，分析根切術(shù)前后及骨愈合后的應(yīng)力分布變化，繼而評估不同咬合形態(tài)造成的不同咬合力方向，可能對此帶來的影響，以期為臨床病例選擇提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 模型建立
在SolidWorks軟件中建立上頜恒中切牙及周圍支持組織的模型。該牙全長23mm，冠長11mm，根長12mm； 牙周膜(位CEJ下 1mm，厚 0.2mm)； 牙槽骨(位CEJ下 1mm)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行RCT術(shù)和根切術(shù)的模擬，使用主挫為Protaper F5，尖端直徑0.5mm，Taper 0.05；垂直牙長軸切除根尖3mm，向內(nèi)平行于根管壁走向預(yù)備3mm洞形充填MTA以模擬根切術(shù)[5]。圖1為根尖牙槽骨缺損完全填補(bǔ)模擬完全愈合后的模型。
圖1 a 中切牙模型 b 建立周圍支持組織后的完整中切牙模型c d RCT和根切術(shù)后模型Fig.1 a A model of a maxillary incisor; b model of intact incisor with support structure; c, d model done RCT and endodontic surgery
將建立完成的術(shù)前(模型A)、術(shù)后(B)及牙槽骨愈合后(C)的模型分別導(dǎo)入Ansys Workbench有限元分析軟件中，賦予材料物理參數(shù)(表1)，進(jìn)行網(wǎng)格單元劃分。實(shí)驗二采用模型B，載荷方向分為0°，45°，90°。
表1 相關(guān)材料物理參數(shù)
1.2 實(shí)驗條件假設(shè)
假設(shè)模型中所有材料為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的線彈性材料。
1.3 邊界條件
牙槽骨底面設(shè)定為剛性約束，完全固定，各方向均受約束；牙槽骨頰舌側(cè)為自由邊界，在三維方向上均不受約束；假設(shè)各邊界之間均不產(chǎn)生相對滑動。
1.4 加載條件
實(shí)驗1，載荷設(shè)定為靜態(tài)面加載，加載位置位于切端，載荷大小為100N。載荷方向均為與牙長軸成45°角。觀察指標(biāo)為Von Mises應(yīng)力，以及應(yīng)力、位移分布云圖。
實(shí)驗 2，加載方向分別為0°，45°，90°，其余同實(shí)驗1。
2 結(jié) 果
2.1 實(shí)驗一
2.1.1 總體應(yīng)力、位移分布趨勢 如圖2，3個模型應(yīng)力分布情況大體一致，應(yīng)力集中區(qū)域均位于唇舌側(cè)牙頸部，向根尖及冠部逐漸降低，位移云圖顯示，最大位移區(qū)域集中位于切端，向根方逐漸降低。根切手術(shù)，包括根切手術(shù)前所需完成的根管治療(模型B)相較完整的牙齒會同時增大整體Von-Mises應(yīng)力水平和最大位移值。另一方面，當(dāng)根方牙槽骨完全愈合，一定程度降低了上述指數(shù)，牙齒的穩(wěn)定程度得到一定改善恢復(fù)，但仍低于未行任何操作的完整牙齒模型。
圖2 完整上頜中切牙(A)、根尖切除術(shù)后即刻(B)及愈合后(C)等效應(yīng)力、位移云圖Fig.2 Distribution of Von Mises stress and deformation generated in Model A (intact incisor); Model B (model done apicoectomy); Model C (complete healed model)*等效應(yīng)力云圖統(tǒng)一采用最大值50Mpa，位移云圖統(tǒng)一采用最大值0.7mm
2.1.2 牙頸部平牙槽嵴頂截面應(yīng)力變化 為定量觀測應(yīng)力變化趨勢，選取了垂直于牙長軸、牙頸部平牙槽嵴頂?shù)钠矫姒吝M(jìn)行觀測，該平面位于牙頸部應(yīng)力集中區(qū)，為多種材料邊界相接觸的區(qū)域，具有較高參考意義。該平面內(nèi)的最大應(yīng)力值分別為34.400MPa、40.713MPa、37.922MPa，吻合整體最大應(yīng)力峰值變化，另一方面也證實(shí)了整體應(yīng)力峰值出現(xiàn)于該平面附近，具有考察意義。模型B該平面內(nèi)應(yīng)力峰值較模型A增高18.35%，模型C該平面內(nèi)應(yīng)力峰值又較模型B降低5.6%。
2.2 實(shí)驗二
2.2.1 總體應(yīng)力、位移分布趨勢 當(dāng)載荷大小及其他條件均不變，只改變方向，與牙體長軸方向成角越大，應(yīng)力、位移分布范圍及最大Von-Mises應(yīng)力和最大位移值越大。除0°外，模型分布特征類似實(shí)驗一，應(yīng)力集中區(qū)域位于牙頸部，最大形變區(qū)域位于載荷所在牙尖處。0°載荷時因產(chǎn)生整體應(yīng)力水平低，Von-Mises應(yīng)力集中區(qū)域位于加載所在的牙尖處。當(dāng)加載方向與牙長軸成90°時，整體最大等效應(yīng)力值為 54.098MPa，最大位移值為 0.632mm；0°角時，分別為 18.009MPa 和 0.067mm。
2.2.2 牙頸部平牙槽嵴頂截面應(yīng)力變化 相同平面α內(nèi)所觀測到的等效應(yīng)力峰值分別為 53.260MPa，40.713MPa和7.237MPa。除0°載荷時觀測結(jié)果與總體最大應(yīng)力峰值相差較大，其余均接近。上述應(yīng)力云圖分布特征，載荷0°時應(yīng)力集中位置位于牙尖而非頸部與上述情況相符。
圖3 加載方向與牙長軸分別成0°，45°，90°時等效應(yīng)力、位移云圖Fig.3 Distribution of Von Mises stress and deformation generated when the load is 0°, 45°, 90° to the long axis of the tooth respectively (All stress nephogram applied a same scale bar, which is 60MPa. And the bar is 0.7mm in the deformation ones)*等效應(yīng)力云圖統(tǒng)一采用最大值60Mpa，位移云圖統(tǒng)一采用最大值0.7mm
3 討 論
在RCT術(shù)難于取得良好效果情況下，現(xiàn)代根切術(shù)作為盡可能保持天然牙的治療手段，重新獲得重視。但是，一些學(xué)者認(rèn)為牙齒的穩(wěn)定性取決于其完整性[3]，任何牙體、牙周硬組織的移除都會削弱其原有的穩(wěn)定性[4]。加之，根切術(shù)目前出現(xiàn)了一定適應(yīng)證的擴(kuò)展，存在增加生物力學(xué)性的風(fēng)險。本研究采用三維有限元的方法模擬了根切術(shù)前后，以及骨組織完全愈合后應(yīng)力變化，以期為臨床醫(yī)生病例的選擇提供幫助。
本課題采用了三維有限元法進(jìn)行研究，該種方法雖然具有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，比如可視化，模型一致性高等，是用于研究口腔力學(xué)的重要方法之一[5-7]，同時具有一定的不足，牙齒作為生物體，組織之間具有相互作用，而非簡單的材料塊，無法用其解釋所有生物現(xiàn)象。
試驗中主要選擇Von-mises應(yīng)力水平和位移值及其云圖分布作為觀測指標(biāo)。等效應(yīng)力被認(rèn)為是對于預(yù)測應(yīng)力集中和斷裂隨之發(fā)生可能性較為可靠的參數(shù)。位移水平則可用來顯示臨床牙體在載荷下的動度。
和預(yù)期一致，根切術(shù)后，患牙除根尖及周圍牙周組織缺失，還存在一定程度手術(shù)繼發(fā)的牙槽骨喪失，牙根在牙槽窩內(nèi)的長度減少，冠根比增大[8]，必然會對牙齒整體強(qiáng)度造成影響。但是，當(dāng)根尖周牙槽骨質(zhì)獲得完全愈合之后，又獲得一定程度的改善，平面α內(nèi)的應(yīng)力水平下降6.85%，與Jang所得結(jié)論一致[9-10]。雖然和完好牙齒模型相比，參數(shù)絕對值仍然較高，但是證實(shí)了，根切術(shù)后的牙槽骨再生不僅關(guān)乎根切手術(shù)的成功與否，同時也對根切術(shù)后牙齒的機(jī)械穩(wěn)定性至關(guān)重要。
本研究假設(shè)了根尖區(qū)骨質(zhì)的完全愈合，而實(shí)際情況下完全愈合很難達(dá)到，經(jīng)過手術(shù)的術(shù)區(qū)骨質(zhì)發(fā)生吸收或牙槽嵴頂高度下降的概率較高，同時這一過程也較為漫長，通常需要3～6個月。在這段愈合期間內(nèi)，患牙受力處于不穩(wěn)定，應(yīng)力易于集中的狀態(tài)，需要給予關(guān)注，盡量避免咬合受力。
在載荷下，牙頸部與牙槽嵴頂?shù)慕佑|區(qū)成為受力的支點(diǎn)，應(yīng)力最大，向根方逐漸降低，這也與預(yù)期及曾經(jīng)的研究報道一致。該位置以本實(shí)驗的加載方向(45°)，唇側(cè)受壓應(yīng)力，腭側(cè)則受拉應(yīng)力。應(yīng)力雖未達(dá)到牙本質(zhì)的屈服強(qiáng)度，這一部分的牙本質(zhì)也會承受較大的疲勞。而當(dāng)牙周膜纖維受到側(cè)方較大壓力時，會發(fā)生透明性變，牙槽骨甚至牙根面會發(fā)生吸收。牙槽骨高度的下降會造成雙倍效應(yīng)的冠根比改變，產(chǎn)生惡性循環(huán)。
相比于完整牙齒，根切術(shù)患牙愈合后整體等效應(yīng)力水平仍高于前者10.3%，在隨后的修復(fù)過程中，需注意若是作為橋基牙甚至僅是單冠修復(fù)，修復(fù)治療方案都應(yīng)避免加劇應(yīng)力集中的設(shè)計方式，避免出現(xiàn)牙合創(chuàng)傷性牙齒松動的情況。對于合并牙周炎患者，更加需要謹(jǐn)慎操作。甚者，當(dāng)患牙齦上牙體組織缺損過多，斷面位于齦下，需行冠延長術(shù)者，在術(shù)前就需要謹(jǐn)慎評估根切術(shù)后的患牙再行冠延長是否符合力學(xué)要求，因為為了維持生物學(xué)寬度，在冠延長術(shù)后還會發(fā)生反應(yīng)性牙槽高度降低的情況。
實(shí)驗第二部分使用模型B，觀測不同角度加載條件下，應(yīng)力分布的情況。和預(yù)期一致，垂直于牙長軸的載荷，產(chǎn)生的等效應(yīng)力分布水平最大，平行時則最小。當(dāng)咬合力恒定，水平向分力最大即與牙體長軸垂直時，會給牙齒帶來最大的實(shí)際載荷。上下前牙在咬合時成90°角是極端的情況，但在切割大塊食物時上頜切牙可能受到該角度的力量；某些雙牙列前突的患者上下前牙咬合角度可能接近90°。存在牙周疾病情況下，下頜前牙推上頜前牙向前上，直至扇形打開，尤其并存唇舌肌肉力量不協(xié)調(diào)，后牙垂直距離喪失者，將進(jìn)一步加重這一情況。這樣的情況會形成惡性循環(huán)，牙周情況不佳造成前牙漂移，繼而受力角度變大，往往并存牙合創(chuàng)傷，又協(xié)同加重牙周組織的吸收，無法確定始動因素。在此類情況下無論手術(shù)還是術(shù)后修復(fù)設(shè)計都需要醫(yī)生多加注意。
從生物力學(xué)角度，根尖切除術(shù)影響牙齒的穩(wěn)定性。然而，在根尖骨組織完全愈合后,穩(wěn)定性又得到一定的改善。所以根尖周的骨組織再生是根切術(shù)成功的關(guān)鍵，也是術(shù)后修復(fù)后期穩(wěn)定性的保證。咬合形態(tài)引起的側(cè)方力較大的病例，建議在術(shù)前對進(jìn)行全面的評估，避免其可能會導(dǎo)致的不良后果。
[1] Setzer FC, Shah SB, Kohli MR, et al. Outcome of endodontic surgery： a meta-analysis of the literature—part 1： Comparison of traditional root-end surgery and endodontic microsurgery[J]. J Endod, 2010,36(11)： 1757-1765.
[2] Setzer FC, Kohli MR, Shah SB, et al. Outcome of endodontic surgery： a meta-analysis of the literature—Part 2： Comparison of endodontic microsurgical techniques with and without the use of higher magnification[J]. J Endod, 2012,38(1)： 1-10.
[3] Kantardzic I, Vasiljevic D, Blazic L, et al. Influence of cavity design preparation on stress values in maxillary premolar： a finite element analysis[J]. Croatian medical journal,2012,53(6)： 568-576.
[4] Lang H, Korkmaz Y, Schneider K, et al. Impact of endodontic treatments on the rigidity of the root[J]. Journal of dental research,2006，85(4)： 364-368.
[5] 孫茂軍,陳鳳山.不同支抗形式受力后上頜第一磨牙牙周膜應(yīng)力分布的三維有限元分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報 ： 醫(yī)學(xué)版, 2012,33(6)： 95-99.
[6] Wimmer T, Erdelt KJ, Raith S, et al. Effects of differing thickness and mechanical properties of cement on the stress levels and distributions in a three-unit zirconia fixed prosthesis by FEA[J]. Journal of Prosthodonties-Implant Esthetic And Reconstructive Dentistry, 2014,23(5): 358.
[7] Benazzi S, Nguyen HN, Kullmer O, et al. Unravelling the functional biomechanics of dental features and tooth wear[J]. PloS one， 2013,8(7)： e69990.
[8] Von AT, Jensen SS, Bornstein MM. Changes of root length and root-to-crown ratio after apical surgery： an analysis by using cone-beam computed tomography[J]. J of Endod, 2015,41(9)： 1424-1429.
[9] Jang Y, Hong HT, Chun HJ, et al. Influence of apical root resection on the biomechanical response of a single-rooted tooth-part 2： apical root resection combined with periodontal bone loss[J]. J Endod, 2015,41(3)： 412-416.
[10] Jang Y, Hong HT, Roh BD, et al. Influence of apical root resection on the biomechanical response of a single-rooted tooth： a 3-dimensional finite element analysis[J]. J Endod, 2014,40(9)： 1489-1493.
Stress distribution of single-root tooth after apicoectomy and its influencing factors
ZHUYue-ni1，ZHAOShou-liang1，2
(1. Dept. of Conservative Dentistry, Stomatology Hospital, Tongji University, Shanghai Engineering Research Center of Tooth Restoration and Regeneration, Shanghai 200072, China; 2. Dept. of Stomatology, Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 200040, China)
Objective To determine the stress distribution of single-root tooth after apicoectomy and its influencing factors with three-dimensional finite element method (fem). Methods A 3D-model of maxillary incisor was established before simulation of the apicoectomy according to the standard requirements. The distribution and maximum of Von-mises stress and displacement were recorded and analyzed with the finite element software (Ansys Workbench). Results The root-end resection immediately increased von-mises stress and maximum displacement compared to the intact teeth, while bone tissue completely healing around the apical root improved the above parameters. Stress concentration area and overall displacement value grew with the increase of angle between loading direction and axis of the tooth under the same conditions. Conclusion The study shows that root-end resection compromises the stability of the teeth; however, after complete healing the stability would obtain a certain of improvement.
root-end resection; three-dimensional finite element analysis; occlusal force; stress analysis
10.16118/j.1008-0392.2016.03.008
2015-09-24
朱玥妮(1989—)，女，碩士研究生.E-mail: Yueni.June@live.com
趙守亮.E-mail: slzhao@#edu.cn
R 781.33
A
1008-0392(2016)03-0040-06
猜你喜歡
記一次有趣的實(shí)驗小獼猴智力畫刊(2022年9期)2022-11-04 02:31:42 鈾對大型溞的急性毒性效應(yīng)核科學(xué)與工程(2021年4期)2022-01-12 06:30:26 懶馬效應(yīng)今日農(nóng)業(yè)(2020年19期)2020-12-14 14:16:52 做個怪怪長實(shí)驗小哥白尼(趣味科學(xué))(2019年6期)2019-10-10 01:01:50 應(yīng)變效應(yīng)及其應(yīng)用中學(xué)物理·高中(2016年12期)2017-04-22 11:53:03 NO與NO2相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗的改進(jìn)發(fā)明與創(chuàng)新(2016年38期)2016-08-22 03:02:52 實(shí)踐十號上的19項實(shí)驗太空探索(2016年5期)2016-07-12 15:17:55 磨削淬硬殘余應(yīng)力的有限元分析機(jī)械工程師(2015年10期)2015-02-02 01:14:03 基于SolidWorks的吸嘴支撐臂有限元分析機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新(2014年4期)2014-03-11 16:42:24 箱形孔軋制的有限元模擬上海金屬(2013年4期)2013-12-20 07:57:18
朱玥妮, 趙守亮，2
(1. 同濟(jì)大學(xué)口腔醫(yī)院牙體牙髓科，上海牙組織修復(fù)與再生工程技術(shù)研究中心，上海 200072； 2. 復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院口腔科，上海 200040)
?
·基礎(chǔ)研究·
朱玥妮1, 趙守亮1，2
(1. 同濟(jì)大學(xué)口腔醫(yī)院牙體牙髓科，上海牙組織修復(fù)與再生工程技術(shù)研究中心，上海 200072； 2. 復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院口腔科，上海 200040)
隨著現(xiàn)代顯微、超聲技術(shù)，充填材料的發(fā)展，相較傳統(tǒng)根切術(shù)，現(xiàn)代根切術(shù)目前在臨床的病例數(shù)和治愈率都得到了一定的提高[1-2]。因其對牙體、牙周硬組織的去除，存在引起牙齒穩(wěn)定性下降的風(fēng)險。本實(shí)驗旨在采用三維有限元的方法，分析根切術(shù)前后及骨愈合后的應(yīng)力分布變化，繼而評估不同咬合形態(tài)造成的不同咬合力方向，可能對此帶來的影響，以期為臨床病例選擇提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 模型建立
在SolidWorks軟件中建立上頜恒中切牙及周圍支持組織的模型。該牙全長23mm，冠長11mm，根長12mm； 牙周膜(位CEJ下 1mm，厚 0.2mm)； 牙槽骨(位CEJ下 1mm)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行RCT術(shù)和根切術(shù)的模擬，使用主挫為Protaper F5，尖端直徑0.5mm，Taper 0.05；垂直牙長軸切除根尖3mm，向內(nèi)平行于根管壁走向預(yù)備3mm洞形充填MTA以模擬根切術(shù)[5]。圖1為根尖牙槽骨缺損完全填補(bǔ)模擬完全愈合后的模型。
圖1 a 中切牙模型 b 建立周圍支持組織后的完整中切牙模型c d RCT和根切術(shù)后模型Fig.1 a A model of a maxillary incisor; b model of intact incisor with support structure; c, d model done RCT and endodontic surgery
將建立完成的術(shù)前(模型A)、術(shù)后(B)及牙槽骨愈合后(C)的模型分別導(dǎo)入Ansys Workbench有限元分析軟件中，賦予材料物理參數(shù)(表1)，進(jìn)行網(wǎng)格單元劃分。實(shí)驗二采用模型B，載荷方向分為0°，45°，90°。
表1 相關(guān)材料物理參數(shù)
1.2 實(shí)驗條件假設(shè)
假設(shè)模型中所有材料為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的線彈性材料。
1.3 邊界條件
牙槽骨底面設(shè)定為剛性約束，完全固定，各方向均受約束；牙槽骨頰舌側(cè)為自由邊界，在三維方向上均不受約束；假設(shè)各邊界之間均不產(chǎn)生相對滑動。
1.4 加載條件
實(shí)驗1，載荷設(shè)定為靜態(tài)面加載，加載位置位于切端，載荷大小為100N。載荷方向均為與牙長軸成45°角。觀察指標(biāo)為Von Mises應(yīng)力，以及應(yīng)力、位移分布云圖。
實(shí)驗 2，加載方向分別為0°，45°，90°，其余同實(shí)驗1。
2 結(jié) 果
2.1 實(shí)驗一
2.1.1 總體應(yīng)力、位移分布趨勢 如圖2，3個模型應(yīng)力分布情況大體一致，應(yīng)力集中區(qū)域均位于唇舌側(cè)牙頸部，向根尖及冠部逐漸降低，位移云圖顯示，最大位移區(qū)域集中位于切端，向根方逐漸降低。根切手術(shù)，包括根切手術(shù)前所需完成的根管治療(模型B)相較完整的牙齒會同時增大整體Von-Mises應(yīng)力水平和最大位移值。另一方面，當(dāng)根方牙槽骨完全愈合，一定程度降低了上述指數(shù)，牙齒的穩(wěn)定程度得到一定改善恢復(fù)，但仍低于未行任何操作的完整牙齒模型。
圖2 完整上頜中切牙(A)、根尖切除術(shù)后即刻(B)及愈合后(C)等效應(yīng)力、位移云圖Fig.2 Distribution of Von Mises stress and deformation generated in Model A (intact incisor); Model B (model done apicoectomy); Model C (complete healed model)*等效應(yīng)力云圖統(tǒng)一采用最大值50Mpa，位移云圖統(tǒng)一采用最大值0.7mm
2.1.2 牙頸部平牙槽嵴頂截面應(yīng)力變化 為定量觀測應(yīng)力變化趨勢，選取了垂直于牙長軸、牙頸部平牙槽嵴頂?shù)钠矫姒吝M(jìn)行觀測，該平面位于牙頸部應(yīng)力集中區(qū)，為多種材料邊界相接觸的區(qū)域，具有較高參考意義。該平面內(nèi)的最大應(yīng)力值分別為34.400MPa、40.713MPa、37.922MPa，吻合整體最大應(yīng)力峰值變化，另一方面也證實(shí)了整體應(yīng)力峰值出現(xiàn)于該平面附近，具有考察意義。模型B該平面內(nèi)應(yīng)力峰值較模型A增高18.35%，模型C該平面內(nèi)應(yīng)力峰值又較模型B降低5.6%。
2.2 實(shí)驗二
2.2.1 總體應(yīng)力、位移分布趨勢 當(dāng)載荷大小及其他條件均不變，只改變方向，與牙體長軸方向成角越大，應(yīng)力、位移分布范圍及最大Von-Mises應(yīng)力和最大位移值越大。除0°外，模型分布特征類似實(shí)驗一，應(yīng)力集中區(qū)域位于牙頸部，最大形變區(qū)域位于載荷所在牙尖處。0°載荷時因產(chǎn)生整體應(yīng)力水平低，Von-Mises應(yīng)力集中區(qū)域位于加載所在的牙尖處。當(dāng)加載方向與牙長軸成90°時，整體最大等效應(yīng)力值為 54.098MPa，最大位移值為 0.632mm；0°角時，分別為 18.009MPa 和 0.067mm。
2.2.2 牙頸部平牙槽嵴頂截面應(yīng)力變化 相同平面α內(nèi)所觀測到的等效應(yīng)力峰值分別為 53.260MPa，40.713MPa和7.237MPa。除0°載荷時觀測結(jié)果與總體最大應(yīng)力峰值相差較大，其余均接近。上述應(yīng)力云圖分布特征，載荷0°時應(yīng)力集中位置位于牙尖而非頸部與上述情況相符。
圖3 加載方向與牙長軸分別成0°，45°，90°時等效應(yīng)力、位移云圖Fig.3 Distribution of Von Mises stress and deformation generated when the load is 0°, 45°, 90° to the long axis of the tooth respectively (All stress nephogram applied a same scale bar, which is 60MPa. And the bar is 0.7mm in the deformation ones)*等效應(yīng)力云圖統(tǒng)一采用最大值60Mpa，位移云圖統(tǒng)一采用最大值0.7mm
3 討 論
在RCT術(shù)難于取得良好效果情況下，現(xiàn)代根切術(shù)作為盡可能保持天然牙的治療手段，重新獲得重視。但是，一些學(xué)者認(rèn)為牙齒的穩(wěn)定性取決于其完整性[3]，任何牙體、牙周硬組織的移除都會削弱其原有的穩(wěn)定性[4]。加之，根切術(shù)目前出現(xiàn)了一定適應(yīng)證的擴(kuò)展，存在增加生物力學(xué)性的風(fēng)險。本研究采用三維有限元的方法模擬了根切術(shù)前后，以及骨組織完全愈合后應(yīng)力變化，以期為臨床醫(yī)生病例的選擇提供幫助。
本課題采用了三維有限元法進(jìn)行研究，該種方法雖然具有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，比如可視化，模型一致性高等，是用于研究口腔力學(xué)的重要方法之一[5-7]，同時具有一定的不足，牙齒作為生物體，組織之間具有相互作用，而非簡單的材料塊，無法用其解釋所有生物現(xiàn)象。
試驗中主要選擇Von-mises應(yīng)力水平和位移值及其云圖分布作為觀測指標(biāo)。等效應(yīng)力被認(rèn)為是對于預(yù)測應(yīng)力集中和斷裂隨之發(fā)生可能性較為可靠的參數(shù)。位移水平則可用來顯示臨床牙體在載荷下的動度。
和預(yù)期一致，根切術(shù)后，患牙除根尖及周圍牙周組織缺失，還存在一定程度手術(shù)繼發(fā)的牙槽骨喪失，牙根在牙槽窩內(nèi)的長度減少，冠根比增大[8]，必然會對牙齒整體強(qiáng)度造成影響。但是，當(dāng)根尖周牙槽骨質(zhì)獲得完全愈合之后，又獲得一定程度的改善，平面α內(nèi)的應(yīng)力水平下降6.85%，與Jang所得結(jié)論一致[9-10]。雖然和完好牙齒模型相比，參數(shù)絕對值仍然較高，但是證實(shí)了，根切術(shù)后的牙槽骨再生不僅關(guān)乎根切手術(shù)的成功與否，同時也對根切術(shù)后牙齒的機(jī)械穩(wěn)定性至關(guān)重要。
本研究假設(shè)了根尖區(qū)骨質(zhì)的完全愈合，而實(shí)際情況下完全愈合很難達(dá)到，經(jīng)過手術(shù)的術(shù)區(qū)骨質(zhì)發(fā)生吸收或牙槽嵴頂高度下降的概率較高，同時這一過程也較為漫長，通常需要3～6個月。在這段愈合期間內(nèi)，患牙受力處于不穩(wěn)定，應(yīng)力易于集中的狀態(tài)，需要給予關(guān)注，盡量避免咬合受力。
在載荷下，牙頸部與牙槽嵴頂?shù)慕佑|區(qū)成為受力的支點(diǎn)，應(yīng)力最大，向根方逐漸降低，這也與預(yù)期及曾經(jīng)的研究報道一致。該位置以本實(shí)驗的加載方向(45°)，唇側(cè)受壓應(yīng)力，腭側(cè)則受拉應(yīng)力。應(yīng)力雖未達(dá)到牙本質(zhì)的屈服強(qiáng)度，這一部分的牙本質(zhì)也會承受較大的疲勞。而當(dāng)牙周膜纖維受到側(cè)方較大壓力時，會發(fā)生透明性變，牙槽骨甚至牙根面會發(fā)生吸收。牙槽骨高度的下降會造成雙倍效應(yīng)的冠根比改變，產(chǎn)生惡性循環(huán)。
相比于完整牙齒，根切術(shù)患牙愈合后整體等效應(yīng)力水平仍高于前者10.3%，在隨后的修復(fù)過程中，需注意若是作為橋基牙甚至僅是單冠修復(fù)，修復(fù)治療方案都應(yīng)避免加劇應(yīng)力集中的設(shè)計方式，避免出現(xiàn)牙合創(chuàng)傷性牙齒松動的情況。對于合并牙周炎患者，更加需要謹(jǐn)慎操作。甚者，當(dāng)患牙齦上牙體組織缺損過多，斷面位于齦下，需行冠延長術(shù)者，在術(shù)前就需要謹(jǐn)慎評估根切術(shù)后的患牙再行冠延長是否符合力學(xué)要求，因為為了維持生物學(xué)寬度，在冠延長術(shù)后還會發(fā)生反應(yīng)性牙槽高度降低的情況。
實(shí)驗第二部分使用模型B，觀測不同角度加載條件下，應(yīng)力分布的情況。和預(yù)期一致，垂直于牙長軸的載荷，產(chǎn)生的等效應(yīng)力分布水平最大，平行時則最小。當(dāng)咬合力恒定，水平向分力最大即與牙體長軸垂直時，會給牙齒帶來最大的實(shí)際載荷。上下前牙在咬合時成90°角是極端的情況，但在切割大塊食物時上頜切牙可能受到該角度的力量；某些雙牙列前突的患者上下前牙咬合角度可能接近90°。存在牙周疾病情況下，下頜前牙推上頜前牙向前上，直至扇形打開，尤其并存唇舌肌肉力量不協(xié)調(diào)，后牙垂直距離喪失者，將進(jìn)一步加重這一情況。這樣的情況會形成惡性循環(huán)，牙周情況不佳造成前牙漂移，繼而受力角度變大，往往并存牙合創(chuàng)傷，又協(xié)同加重牙周組織的吸收，無法確定始動因素。在此類情況下無論手術(shù)還是術(shù)后修復(fù)設(shè)計都需要醫(yī)生多加注意。
從生物力學(xué)角度，根尖切除術(shù)影響牙齒的穩(wěn)定性。然而，在根尖骨組織完全愈合后,穩(wěn)定性又得到一定的改善。所以根尖周的骨組織再生是根切術(shù)成功的關(guān)鍵，也是術(shù)后修復(fù)后期穩(wěn)定性的保證。咬合形態(tài)引起的側(cè)方力較大的病例，建議在術(shù)前對進(jìn)行全面的評估，避免其可能會導(dǎo)致的不良后果。
[1] Setzer FC, Shah SB, Kohli MR, et al. Outcome of endodontic surgery： a meta-analysis of the literature—part 1： Comparison of traditional root-end surgery and endodontic microsurgery[J]. J Endod, 2010,36(11)： 1757-1765.
[2] Setzer FC, Kohli MR, Shah SB, et al. Outcome of endodontic surgery： a meta-analysis of the literature—Part 2： Comparison of endodontic microsurgical techniques with and without the use of higher magnification[J]. J Endod, 2012,38(1)： 1-10.
[3] Kantardzic I, Vasiljevic D, Blazic L, et al. Influence of cavity design preparation on stress values in maxillary premolar： a finite element analysis[J]. Croatian medical journal,2012,53(6)： 568-576.
[4] Lang H, Korkmaz Y, Schneider K, et al. Impact of endodontic treatments on the rigidity of the root[J]. Journal of dental research,2006，85(4)： 364-368.
[5] 孫茂軍,陳鳳山.不同支抗形式受力后上頜第一磨牙牙周膜應(yīng)力分布的三維有限元分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報 ： 醫(yī)學(xué)版, 2012,33(6)： 95-99.
[6] Wimmer T, Erdelt KJ, Raith S, et al. Effects of differing thickness and mechanical properties of cement on the stress levels and distributions in a three-unit zirconia fixed prosthesis by FEA[J]. Journal of Prosthodonties-Implant Esthetic And Reconstructive Dentistry, 2014,23(5): 358.
[7] Benazzi S, Nguyen HN, Kullmer O, et al. Unravelling the functional biomechanics of dental features and tooth wear[J]. PloS one， 2013,8(7)： e69990.
[8] Von AT, Jensen SS, Bornstein MM. Changes of root length and root-to-crown ratio after apical surgery： an analysis by using cone-beam computed tomography[J]. J of Endod, 2015,41(9)： 1424-1429.
[9] Jang Y, Hong HT, Chun HJ, et al. Influence of apical root resection on the biomechanical response of a single-rooted tooth-part 2： apical root resection combined with periodontal bone loss[J]. J Endod, 2015,41(3)： 412-416.
[10] Jang Y, Hong HT, Roh BD, et al. Influence of apical root resection on the biomechanical response of a single-rooted tooth： a 3-dimensional finite element analysis[J]. J Endod, 2014,40(9)： 1489-1493.
Stress distribution of single-root tooth after apicoectomy and its influencing factors
ZHUYue-ni1，ZHAOShou-liang1，2
(1. Dept. of Conservative Dentistry, Stomatology Hospital, Tongji University, Shanghai Engineering Research Center of Tooth Restoration and Regeneration, Shanghai 200072, China; 2. Dept. of Stomatology, Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 200040, China)
Objective To determine the stress distribution of single-root tooth after apicoectomy and its influencing factors with three-dimensional finite element method (fem). Methods A 3D-model of maxillary incisor was established before simulation of the apicoectomy according to the standard requirements. The distribution and maximum of Von-mises stress and displacement were recorded and analyzed with the finite element software (Ansys Workbench). Results The root-end resection immediately increased von-mises stress and maximum displacement compared to the intact teeth, while bone tissue completely healing around the apical root improved the above parameters. Stress concentration area and overall displacement value grew with the increase of angle between loading direction and axis of the tooth under the same conditions. Conclusion The study shows that root-end resection compromises the stability of the teeth; however, after complete healing the stability would obtain a certain of improvement.
root-end resection; three-dimensional finite element analysis; occlusal force; stress analysis
10.16118/j.1008-0392.2016.03.008
2015-09-24
朱玥妮(1989—)，女，碩士研究生.E-mail: Yueni.June@live.com
趙守亮.E-mail: slzhao@#edu.cn
R 781.33
A
1008-0392(2016)03-0040-06
猜你喜歡
小獼猴智力畫刊(2022年9期)2022-11-04 02:31:42
核科學(xué)與工程(2021年4期)2022-01-12 06:30:26
今日農(nóng)業(yè)(2020年19期)2020-12-14 14:16:52
小哥白尼(趣味科學(xué))(2019年6期)2019-10-10 01:01:50
中學(xué)物理·高中(2016年12期)2017-04-22 11:53:03
發(fā)明與創(chuàng)新(2016年38期)2016-08-22 03:02:52
太空探索(2016年5期)2016-07-12 15:17:55
機(jī)械工程師(2015年10期)2015-02-02 01:14:03
機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新(2014年4期)2014-03-11 16:42:24
上海金屬(2013年4期)2013-12-20 07:57:18
