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目的:本实验通过三维有限元方法分析不同修复材料不同长度和直径变化的桩核修复上颌中切牙大面积缺损,在承受载荷状态下,对剩余牙体组织及桩与牙本质界面应力分布的影响,为临床修复大面积牙体缺损提供最优桩长度、直径及材料的设计方案提供理论力学基础,以期降低患牙桩核修复后根折、桩折断等治疗失败的风险。材料方法:拍摄CBCT获取上颌中切牙DICOM格式实验图像,利用Mimics、Geomagic、Abaqus软件建立建立上颌中切牙桩核冠修复三维有限元模型。1.上颌中切牙Mimics三维几何模型的生成(1)将DICOM格式实验图像导入Mimics软件。(2)设定阈值区间,根据CT扫描图像的阈值大小来区分不同牙组织。(3)区域增长,分别选取大致的牙釉质/牙本质/牙髓组织范围。(4)分离提取较为精细的上颌中切牙模型。(5)对上颌中切牙模型进行优化处理。2.Geomagic重构上颌中切牙模型,使用网格医生功能进行网格修复。3.桩核冠修复模型在Abaqus的建立(1)使用Abaqus中模型编辑功能,分别生成牙冠/牙根/肩台/牙周膜/牙槽骨/桩核等部件,并把模型所有部件完成组装;(2)选择C3D4单元类型进行划分网格;(3)设置实验力学假设;(4)设置边界条件约束;(5)实验力学加载;(6)在Step模块,设定分析步;(7)提交作业,进行分析计算。在此模型的基础上,研究不同材料修复后剩余牙本质、桩核以及桩与牙本质界面的Von Mises应力峰值大小及应力分布规律。结果:1.成功建立大面积缺损根管治疗后以桩核冠形式修复的上颌中切牙三维有限元模型,包括全冠、牙本质、肩台、桩核、牙周膜及牙槽骨等结构。2.三种桩核材料修复上颌中切牙牙根的应力峰值从大到小:石英纤维桩>纯钛桩>铸造钴铬合金桩;桩的应力峰值从大到小:铸造钴铬合金桩>纯钛桩>石英纤维桩。3.石英纤维桩修复后桩与牙本质界面应力分布最为均匀,纯钛桩其次,而钴铬合金修复后桩与牙本质界面区应力最为集中。4.铸造钴铬合金桩:桩直径1.25mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:28.73Mpa～29.4Mpa;桩直径1.5mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:28.63Mpa～29.64Mpa;桩直径1.75mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:26.8Mpa～28.88Mpa;桩直径2mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:26.44Mpa～28.86Mpa;桩直径2.25mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:24.83Mpa～28.6Mpa;桩直径2.5mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:24.81Mpa～29.44Mpa;桩直径2.75mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:26.99Mpa～36.4Mpa。由以上数据可得:在桩直径为2.5mm约为根径宽度的2/5,桩长9mm约为根长的3/5的范围内应力最小,应力分布较均匀。5.石英纤维桩:桩直径1.25mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:29.68Mpa～29.9Mpa;桩直径1.5mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:30.2Mpa～30.48Mpa;桩直径1.75mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:29.0Mpa～33.98Mpa;桩直径2mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:29.69Mpa～30.25Mpa;桩直径2.25mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:27.8Mpa～29.23Mpa;桩直径2.5mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:29.95Mpa～31.31Mpa;桩直径2.75mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:29.7Mpa～30.32Mpa。由以上数据可得:石英纤维桩在桩直径2.25mm,约为牙根直径1/3;桩长度为9-10mm,约根长的3/5-2/3范围内牙根应力峰值最小。6.纯钛桩:桩直径1.25mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:28.98Mpa～29.6Mpa;桩直径1.5mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:29.9Mpa～30.03Mpa;桩直径1.75mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:27.5Mpa～33.27Mpa;桩直径2mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:27.53Mpa～29.69Mpa;桩直径2.25mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:26.2Mpa～28.82Mpa;桩直径2.5mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:26.55Mpa～29.43Mpa;桩直径2.75mm,桩长5-11mm范围内牙根Von Mises应力峰值:26.4Mpa～29.42Mpa。由以上数据可得:纯钛桩在桩直径2.25mm,约为牙根直径1/3;桩长度为9-11mm,至少约为根长的3/5。结论:1.本实验采用三维有限元的方法,建立上颌中切牙桩核冠修复模型,添加载荷并进行以上实验分析,可以为患者设计个性化方案提供理论依据和指导,提高桩核冠修复的成功率。2.随着桩核材料弹性模量的增加,剩余牙本质应力峰值逐渐减小,铸造钴铬合金桩<纯钛桩<石英纤维桩。3.随着桩核材料弹性模量的增加,桩核上各项应力峰值逐渐增大,铸造钴铬合金桩>纯钛桩>石英纤维桩。4.钴铬合金、纤维桩及纯钛桩修复大面积缺损的上颌中切牙,其牙冠应力集中区切1/3与中1/3处;而在牙根外表面,应力主要集中在牙根唇侧根中1/3处。在牙体预备的过程中建议多保留唇侧牙根中1/3处的牙体组织。5.当牙颈部剩余牙体组织充足,能够获得足够的牙本质肩领,建议选择与牙本质弹性模量近似的纤维桩修复。石英纤维桩最佳修复范围:桩直径为根径宽度的1/3,桩长为根长的3/5-2/3。