基台边缘-牙冠的平台转移结构中粘接剂流动的三维有限元分析.pdf

论著基台边缘牙冠的平台转移结构中粘接剂流动的三维有限元分析欧蒙恩丁 云唐卫峰周永胜(.北京大学口腔医学院口腔医院第三门诊部国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心口腔数字医学北京市重点实验室北京.北京大学口腔医学院口腔医院修复科北京)摘 要 目的:利用三维有限元分析方法分析基台边缘牙冠的平台转移结构中粘接剂溢出的情况旨在验证基台边缘牙冠的平台转移结构在种植修复粘接固位中是否具有减小粘接剂流入深度的作用 方法:利用.软件建立两个模型一个是传统边缘及牙冠(模型一常规组)另一个是具有基台边缘牙冠平台转移结构的边缘及牙冠(模型二平台转移组)两个模型中基台的周围均包绕着牙龈组织边缘均位于龈下.利用.软件对两个模型进行双向流固耦合计算 在两个模型中相同量的粘接剂充填于牙冠内侧壁及基台之间的间隙内牙冠在基台上方约.时开始进行模拟粘接的过程 牙冠匀速下落用时为.观察.、.、.、.时粘接剂溢出的情况并测量.时粘接剂没过边缘的深度 结果:在、.、.时两组模型中的粘接剂均在基台边缘以上 在.时模型一中牙龈被粘接剂挤压发生形变与基台之间的间隙增加粘接剂开始流入该间隙内模型二中由于牙冠颈部缩窄粘接剂只受到来自牙龈和基台边缘向上的反作用力而向上溢出 在.时模型一中粘接剂由于受重力和压力的作用继续流入深处没过基台边缘深度为模型二中粘接剂延续.时的状态继续向外溢出没过基台边缘深度为 结论:在牙龈贴着基台的情况下基台边缘牙冠的平台转移结构在种植修复粘接固位中能有效减小粘接剂的流入深度关键词 基台边缘牙冠平台转移牙种植牙修复体固位三维有限元分析中图分类号.文献标志码 文章编号():./.(.)基金项目:北京大学口腔医院临床新技术新疗法项目()和国家重大疾病多学科合作诊疗能力建设项目()()().网络出版时间:网络出版地址:/./.:.:.()().:.北京大学学报(医学版)().:.随着生活水平的提高以及种植修复技术的成熟越来越多的患者在牙齿缺失时选择种植修复但是种植修复并不是一劳永逸的 临床上种植体周围炎时有发生已经成为影响种植长期成功率的重要影响因素 的研究显示种植体周围有炎症的患者中 有残留粘接剂去除残留粘接剂后的患者炎症消除 为避免粘接剂残留学者们建议首选螺丝固位作为种植冠的固位方式但是在前牙区由于骨三维位置的关系常会出现螺丝孔开口在切端甚至唇侧的情况这对于美观要求高的患者而言是无法接受的因此粘接固位还无法完全摒弃如何避免粘接剂残留是一个值得思考的问题目前避免粘接剂残留的方法有以下几种:选择合适的粘接剂类型、调整修复基台边缘位置及形态、控制放入牙冠内粘接剂的量及位置、制作排溢孔、使用去粘接剂的代型、使用屏障材料减少颈缘粘接剂的残留 上述这些方法都能达到减少残留粘接剂的目的然而没有一种方法是完美的且这些方法对于牙冠的长期粘接强度和种植体周围组织健康的影响尚有待研究 为了解决这个问题曾有学者提出应用反转式边缘()的解决方案并开办了制作带反转式边缘的金属基台加工厂为美国和加拿大的患者提供治疗服务反转式边缘以及颈部缩窄的牙冠形成了一条粘接剂排溢通道从而防止粘接剂向牙龈深部流入减少粘接剂残留(图)本研究据此设计了临床上能制作出来的具备较宽边缘的基台以及颈部缩窄的牙冠类似种植体与基台之间的平台转移结构我们称之为牙冠参与的平台转移结构 为了探讨该结构对粘接剂溢出的影响和作用本研究应用三维有限元分析 方法建立常规基台及牙冠模型以及牙冠参与的平台转移结构模型并利用计算机流体力学方法分析比较两个模型中粘接剂溢出的情况 材料与方法.模型一(常规组)三维有限元模型的建立.基台三维有限元模型的建立基台上方平台外径 基台轴面高度 边缘宽度 基台锥度 边缘与水平面夹角(图 紫色部分)使用 .、建模软件 制作完成并以 格式保存 鉴于本实验的研究目的未对基台螺丝通道及下方连接部件进行建模图 反转式边缘示意图 .牙冠三维有限元模型的简化及建立由于本研究主要观察牙冠内部粘接剂的流动特征为了减少不必要的运算避免复杂的牙 合面形态对网格质量产生影响需对牙冠外部结构进行适当简化牙冠内部形态及尺寸在基台的基础上预留 的粘接剂间隙并将牙冠组织面简化为规则的几何外形厚度为 简化后的具体尺寸如模式图(图 绿色部分)所示 使用 .、建模软件 制作完成并以 格式保存.牙龈三维有限元模型的简化及建立牙龈包绕着基台的穿龈部分以及牙冠边缘以上.宽的部分(图 蓝色部分)使用 .、建模软件 制作完成并以 格式保存 鉴于本实验的研究目的未对牙龈内部的牙槽骨进行建模.模型二(平台转移组)三维有限元模型的建立.基台三维有限元模型的建立基台上方平台外径 基台轴面高度 边缘宽度 欧蒙恩等 基台边缘牙冠的平台转移结构中粘接剂流动的三维有限元分析基台锥度 边缘与水平面夹角(图 紫色部分)使用 .、建模软件 制作完成并以 格式保存 鉴于本实验的研究目的未对基台螺丝通道及下方连接部件进行建模 ()().图 模型的基台牙冠牙龈结构示意图(紫色部分:基台绿色部分:牙冠蓝色部分:牙龈)(:).牙龈三维有限元模型的简化及建立牙龈形态及尺寸同模型一(图 蓝色部分)使用.、建模软件 制作完成并以 格式保存 鉴于本实验的研究目的未对牙龈内部的牙槽骨进行建模.牙冠三维有限元模型的简化及建立在基台及牙龈的基础上牙冠内部预留 的粘接剂间隙并将牙冠组织面简化为规则的几何外形厚度为 牙冠边缘以上.高的颈部部分内侧面与基台之间 间隙不变外侧面向内缩窄.简化后的具体尺寸如模式图(图 绿色部分)所 示 使 用 .、建 模 软 件 制作完成并以 格式保存.牙冠基台牙龈粘接剂实验模型的建立由于要检验的是基台边缘对粘接剂排溢的影响因此牙冠在基台上方约.时(图)开始进行下落运算 粘接剂充填于牙冠内侧壁及基台之间的间隙内牙冠匀速下落用时为.故牙冠下落速度为 /()().图 牙冠基台牙龈粘接剂实验模型示意图 .粘接剂流体网格划分及参数设置提取上述两组模型图 并以 格式导入.()软件中进行网格化将基台、牙龈、牙冠、粘接剂周围的流场进行统一网格划分(图)将网格文件导入.()中利用 功能对粘接剂区域进行重新赋值 粘接剂为(.)根据产品手册其密度为./粘度为 流场其余区域均为理想气体重力加速度 取值为./在 .中进行边界命名将牙冠内外表面及基台的所有表面均设置为边界 ()().图 牙冠基台牙龈粘接剂实验模型网格图 .牙龈结构网格划分及参数设置提取上述两组模型图以 格式导入 .软件中进行网格化 将网格文件导入.()中对牙龈结构区域进行参数设置 牙龈为具有较好弹性的软组织参考了硅橡胶材料进行参数北京大学学报(医学版)().设置密度为./弹性模量为.泊松比()为.双向流固耦合计算将 .中的粘接剂数据以及 .中的牙龈结构数据引入 ()中进行双向流固耦合计算 牙冠在基台上方约.时(图)开始进行下落运算 总运动时长为.依次在、.、.、.、.设置观察点 实验中基台、牙龈、牙冠、粘接剂均属于轴对称模型即沿中轴线的任一剖面均相同 结果两个模型的模拟结果如图 所示 两组模型中在 、.、.时粘接剂均在基台边缘以上 在.时模型一中粘接剂对牙龈产生压力牙龈被挤压发生形变基台的穿龈部分与牙龈之间的间隙增大粘接剂开始流入该间隙内模型二中由于牙冠颈部缩窄粘接剂有外溢通道对牙龈的压力不足以使牙龈发生形变粘接剂的重力和向下的压力被平台所抵消只受到来自牙龈和平台向上的反作用力而向上溢出 在.时模型一中由于更多的粘接剂从牙冠中溢出粘接剂对牙龈产生更大的压力牙龈形变增加基台的穿龈部分与牙龈之间的间隙继续增加粘接剂由于重力和压力继续流入该间隙内没过基台边缘深度为 模型二中粘接剂延续.时的状态继续向外溢出没过基台边缘深度为 图 牙冠下落不同时间点粘接剂流动的流体体积法云图 ()讨论反转式边缘的外侧是一个向上卷起的薄边由于本课题组利用目前的技术无法制作出来即使制作出来这个薄弱的边缘在使用过程中也会成为一个不稳定因素因此我们在反转式边缘的启发下进行了改良提出基台边缘牙冠的平台转移设计基台边缘不设计外侧向上卷起的薄边只设计成基台边缘宽于牙冠外缘 希望在前牙区种植固定义齿修复中需要进行粘接固位时能使用这种设计从而减少粘接剂残留减少种植体周围炎症的发生 为了检验此设计的有效性在临床使用前本研究使用了三维有限元分析的方法进行研究验证三维有限元分析是通过计算机对复杂力学问题进行模拟和分析的一种方法 随着计算机技术的不断进步三维有限元分析的计算速度和精度不断提升 在医学领域已有学者利用三维有限元分析方法对心血管系统展开研究使以往难以观测的指标可以被快速而准确地测出 因此使用该方法进行粘接剂流体力学分析是比较可靠且简便快速的方法基台边缘牙冠的平台转移设计包括两部分即基台和牙冠 但事实上粘接剂排溢的通道涉及三个部分即牙龈、基台和牙冠 传统设计制作出来的基台和牙冠基台边缘和冠边缘是等宽而外侧面是平缓移行的且基台穿龈部分以及牙冠的龈下部分与牙龈都是紧密贴合的 在进行粘结时粘接剂排溢出来时的压力会把牙龈推开从而形成一个楔形间隙使一部分粘接剂由于重力向下一部分粘接剂受到内部的压力向上、向外溢出(图 模型一.)本研究通过减小牙冠颈部直径增加基台的穿龈部分直径形成一个平台平台的下方基台的穿龈部分对牙龈具有挤压作用从而达到近似封闭的状态平台的上方外侧是牙龈内侧是缩窄的牙冠外侧壁形成一条粘接剂外溢的无阻碍通道 三维欧蒙恩等 基台边缘牙冠的平台转移结构中粘接剂流动的三维有限元分析有限元分析模拟粘接过程粘接剂溢出牙冠时进入这个无阻碍通道内向下的重力和压力被平台及缩紧的牙龈袖口所抵消粘接剂由于受到向上的反作用力而往外溢出(图 模型二.)从实验结果可以看出与传统设计相比基台边缘牙冠的平台转移设计模型中粘接剂从基台边缘处往外溢出几乎没有粘接剂流入基台边缘深处达到了本研究的设计目的种植固定义齿粘接固位时医生最常用的方法是使用去粘接剂的代型 使用修复基台替代物于口外去除多余粘接剂后再在口内粘接牙冠但是该方法在控制粘接剂的量时很难精确过少容易引起牙冠边缘间隙影响粘接强度或者过多引起粘接剂进入边缘深处并且还需要专门制作去粘接剂的代型增加了临床操作时间 相比而言基台边缘牙冠的平台转移设计不需要精确控制粘接剂的使用量临床操作更简便且节省时间此外基台边缘和牙冠形成一个夹角区域宽度.这个平台能成为器械清洁粘接剂的终点线能有针对性地在这个位置以上进行清洁与传统设计相比清洁粘接剂的区域更明晰可进一步减少粘接剂残留本研究的三维有限元分析结果显示基台边缘牙冠的平台转移结构在种植固定义齿粘接固位中能有效防止粘接剂残留 但是需要指出的是三维有限元分析具有局限性不能完全模拟口腔内的复杂情况尤其是基台周围的牙龈组织 今后本课题组会进行临床试验以进一步验证上述结果 另外这种结构的远期使用效果尚不明确 有研究表明牙龈成纤维细胞在不同材料表面的附着力从大到小依次为:喷砂处理的钛表面 抛光钛表面 喷砂处理氧化锆表面 抛光氧化锆表面 本研究设计的牙冠参与的平台转移结构中平台是钛基台边缘或者氧化锆基台边缘的一部分这部分一般是粗糙面我们推测牙龈成纤维细胞更容易附着在此平台上包绕在缩窄的牙冠颈部周围形成一个更宽、更具抵抗力的“袖口”外界微生物不易突破加强了软组织封闭减少了牙龈退缩和种植体周围炎症这种结构的近远期临床效果也将是本课题组接下来需要研究的内容参考文献 .:.():.():.:.():.():./.():.():.():.:.():.:.():.:.():.:.():.():.():.():.(收稿)(本文编辑:任英慧)北京大学学报(医学版)().