不同高度牙周支持组织的下颌前磨

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不同高度牙周支持组织的下颌前磨

发表时间：2006-8-14 13:11:00

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 不同高度牙周支持组织的下颌前磨牙三维有限元应力分析* 
 
徐 娟 刘洪臣 王延荣 蒋向华 
 
【摘要】目的:观察不同牙周支持高度的牙齿受力时，牙体内部尤其是牙根的受力的状况。方法:以电子计算机技术建立了包括牙齿、牙周膜、硬骨板、松质骨和皮质骨的下颌前磨牙三维有限元模型。分别删去2层、4层、6层牙周支持组织（分别占牙周支持高度的20%、40%、60%）产生代表4种不同牙周支持高度的三维有限元模型。分别计算出不同载荷下不同牙槽骨高度下牙体组织的最大主应力、最小主应力和Vos Mises应力。结果：随着牙槽骨的降低，牙体组织内的最大等效应力和最大压应力都逐渐增大，最大拉应力变化不明显。最大应力部位由牙颈部逐渐移至牙根中部。结论：健康的下颌前磨牙较牙槽骨有吸收的下颌前磨牙更易患楔状缺损。而牙槽骨吸收的下颌前磨牙较正常下颌前磨牙易根折。 
 
 
 
关键词：三维有限元；应力 
 
[中国图书分类号] R782 [文献标识码] A [文章编号] 1672-2973（2003）01- 
 
 
 
Three-dimensional finite element analysis the stress in the normal mandibular premolar under various degree of periodontal support 
 
XU Juan, LIU Hong-chen, WANG Yan-rong, JIANG Xiang-hua. (PLA Postgraduate Medical School, Beijing 100853) 
 
【Abstract】Objective：To determine the locations of stress concentrations within a maxillary premolar under various degree of periodontal support. Methods：The three-dimensional finite element model ，consisting of tooth， periodontal ligament， alveolar bone， was developed. Four levels of periodontal support reduction (o%，20%，40%，60%) were simulated by varying the socket depth. RESULTS: The stresses are increased and the location of the stress concentration shifted apically as periodontal support diminished. Periodontal support reduction shifted the location of highest stress away from the cervical region to the root. Conclusion： non-carious cervical lesion is less likely to occur on periodontal support diminished teeth compared to stable teeth， but the vertical root fracture is more. 
 
key words：three-dimensional finite element；stress；tooth 
 
 
 
人类的牙齿和其支持组织的结构是复杂的。各种不同高度牙周支持组织的牙齿受载后，牙体内部的应力分布情况尚不十分清楚。本研究采用三维有限元分析方法，观察不同牙周支持高度的牙齿受力时，牙体内部尤其是牙根的受力的状况。 
 
1.材料和方法 
 
1.1原始三维有限元模型的建立、材料力学参数、实验假设及约束条件见参考文献（1）。 
 
在原有三维有限元模型的基础上，分别删去0层、2层、4层、6层牙周支持组织（分别占牙周支持高度的20%、40%、60%）产生代表4种不同牙周支持高度的三维有限元模型1、2、3和4（图2） 
 
1.2加载方式 加载部位分别为颊尖的中心（A点）颊尖的舌斜面（B点）、中央窝（C点）。加载方向为垂直向，加载量为100N（图1）。 
 
1.3有限元计算和观测指标 采用美国IMAG公司的ANSYS分析软件，用电子计算机进行有限元计算。并对计算结果进行分析、归纳和整理，同时拍摄直观的应力分布图进行对比，分别观察12种不同工况下，牙体组织的压应力、拉应力和Von Mises应力的分布情况，研究其应力分布规律。 
 
从本人过去的研究中[1]，我们知道垂直载荷下牙齿的最大应力位于颊舌侧牙颈部；因此为了比较不同牙槽骨高度对牙齿最大主应力分布的影响，我们分别在牙齿颊舌侧的中点每隔一层选取具有代表性的一个节点，并计算各点的应力值，分析比较自牙冠至牙根颊舌侧的应力分布变化。 
 
2.结果 
 
2.1 A点载荷下不同牙槽高度牙体组织应力 模型1-4的最大拉、压应力及最大等效应力逐渐增大。模型1-4 的最大等效应力部位从牙颈部逐渐移至牙根中部（图3）。牙齿颊侧主要受拉应力作用，舌侧受压应力作用。模型1-4 牙冠处的拉、压应力无明显变化，从牙颈部开始拉、压应力明显增大，应力峰值也由牙颈部逐渐下移至牙根中部；模型1、2最大拉、压应力位于牙颈部，模型3、4最大拉、压应力移至牙根中部。 
 
2.2 B点载荷下不同牙槽高度牙体组织应力 模型1-4最大等效应力和最大压应力逐渐增大，最大拉应力变化不明显。模型1-4 的最大等效应力部位从牙颈部逐渐移至牙根中部（图4）。牙齿颊、舌侧均主要受压应力作用，模型1-4 牙冠处的拉、压应力无明显变化，从牙颈部开始压应力明显增大；模型1、2最大压应力位于牙颈部，模型3、4最大压应力移至牙根中部。 
 
2.3 C点垂直载荷下不同牙槽高度牙体组织应力 模型1-4最大等效应力和最大压应力逐渐增大，最大拉应力变化不明显。模型1-4 的最大等效应力部位从牙颈部逐渐移至牙根中部（图5）。牙齿颊侧主要受拉应力作用，舌侧受压应力作用，模型1-4 牙冠处的拉、压应力无明显变化，从牙颈部开始拉、压应力明显增大；模型1、2最大拉、压应力位于颊、舌侧牙颈部，模型3、4最大拉、压应力移至牙根中部。 
 
3.讨论 
 
模型与实物的几何相似性是获得的结果具有真实性和可靠性的重要条件。本研究建立标准形态的中国人下前磨牙三维有限元模型，模型包括牙齿、牙周膜、硬骨板、松质骨和皮质骨。有限元模型是否包括牙周膜与牙槽骨，对准确分析牙齿内部应力非常重要[2]。 
 
 牙齿内部的应力分布状况与牙周支持组织的高度有密切关系。咬合力在牙齿上产生应力并沿着牙体传向牙周膜，再由牙周膜传导到牙槽骨、颌骨。健康的牙周支持组织能有效的缓冲咬合力，并将其传递到颌骨中。咬合创伤或过大的侧向力均可使牙槽骨加重破坏吸收，使其高度下降，牙周膜高度会随之降低，对咬合力的缓冲及对牙齿的支持作用降低。当承受外力时，牙周膜和牙齿尤其牙根的内应力增加[3]。 
 
 在本研究结果中，垂直载荷下，牙槽骨高度降低时，牙齿的最大等效应力、最大拉应力及最大牙应力值增大；牙齿不同部位应力增加的幅度不同，随着牙槽骨的降低，牙冠处的拉、压应力无明显变化，从牙颈部开始拉、压应力明显增大。模型1、2在 A、C点加载时，最大拉、压应力位于牙颈部；随着牙槽骨高度的降低，模型3、4在 A、C点加载时，最大拉、压应力下移至牙根中部。从结果中可以看出，当牙槽骨降低4mm以上时，最大拉、压应力离开牙颈部移至牙根中部。由于牙颈部应力集中是楔状缺损的一个重要发病原因，因此提示在其他条件相同的情况下，有牙槽骨吸收的牙齿较健康的牙齿，由于最大等效应力及最大拉、压应力离开牙颈部，较不易引起牙颈部应力疲劳，患楔状缺损的可能性减小。 
 
随牙槽骨高度的降低，牙体组织的应力非等比的增加。牙槽骨高度降低2mm时(牙槽骨吸收在根长的20%)，应力增加平缓；当牙槽骨高度降低4mm以上时(牙槽骨的吸收超过根长的20%以后)，应力增加明显。此结果提示当牙槽骨吸收超过根长的20%时，牙周支持组织对牙齿的支持能力明显减弱。 
 
在本研究结果中，随着牙槽骨的降低，冠根比例失调，当承受正常外力时，牙齿实际上受到扭力的作用，使牙根内应力值增加。这些应力值较大的部位在反复的力的作用下有可能发生损伤或病变。当过大、重复的咬合力施加于牙槽骨吸收的牙上时引起牙根处应力集中且重复作用时，而较易引起牙根纵裂。曾艳[4]在研究牙根纵裂患者的牙情况中发现：其所有牙根纵裂的患者均为牙周病患者，患牙的根裂程度与全口牙周炎程度无关，但患根牙周组织破坏明显较同名无根裂者严重，且87.9%的患根周围有牙槽骨吸收。推测异常咬合力引起牙槽骨吸收，从而导致牙根处应力加大，增加根纵裂的可能性。因此临床上牙根纵裂多与牙槽骨吸收伴随。 
 
4.结论 
 
4.1随着牙槽骨的降低，牙体组织内的最大等效应力和最大拉、压应力都逐渐增大。最大应力部位由牙颈部逐渐移至牙根中部。 
 
4.2 随着牙槽骨的降低，牙冠部应力分布无明显变化，而牙根部的应力分布开始增大。尤其是当牙槽骨降低4mm以上时，牙根部的应力分布明显增大，且应力分布不均更为明显。报道牙根纵裂多与牙槽骨吸收伴随，推测异常HE力引起牙槽骨吸收，从而导致牙根处应力加大。 
 
4.3 临床意义：本研究提示牙槽骨吸收的牙齿较健康牙周组织的牙齿更不易患楔状缺损，但却增加了患创伤性根折的危险。 
 
参考文献：略 </td>
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