纤维桩联合辅桩修复前牙薄弱根管的应力分析

王 频，黄 跃，刘 敏△

(泸州医学院附属口腔医院:1.修复科；2.正畸科，四川泸州 646000)

论著·基础研究

纤维桩联合辅桩修复前牙薄弱根管的应力分析

王 频1，黄 跃2，刘 敏1△

(泸州医学院附属口腔医院:1.修复科；2.正畸科，四川泸州 646000)

目的 用三维有限元的方法分析纤维桩联合辅桩修复前牙薄弱根管的应力。方法本试验建立了9个上颌中切牙薄弱根管的三维实体模型，分为5组，由2种桩核系统(瓷桩、纤维桩及辅桩)修复。采用静态加载法，在牙冠切1/3和中1/3连接处链接5个点成线状135°以100 N的力加载。记录并比较牙体、树脂粘结剂和桩核的应力值。结果最大的牙体应力值111.9 Mpa和最大的树脂粘结剂应力值54.6 Mpa均出现于单用一根石英纤维桩修复后的模型，用瓷桩修复模型的桩核应力值最大为48.1 Mpa。纤维桩联合一根辅桩修复模型的各部位应力值都明显下降。石英纤维桩联合多根辅桩修复后各部位应力值均无继续减小。结论建议纤维桩联合一根辅桩修复薄弱根管。

桩核；纤维桩；薄弱根管；三维有限元

前牙薄弱根管多数是因牙体大面积龋坏后长期未修复或修复后发生继发龋，去净腐质后形成的。由于薄弱根管内的牙体组织丧失过多，剩余牙体组织的抗力性和固位性都有不同程度的下降，增加了修复的难度。许多学者做了大量有关薄弱根管修复的研究。纤维桩具有出众的美学效果、弹性模量接近牙体组织等优点而被广泛应用于临床。单独使用玻璃或石英纤维桩修复薄弱根管一方面可能会增加剩余牙体组织的应力，另一方面桩体积过小可能造成桩核的脱落。有学者研究了使用纤维桩加辅桩系统修复薄弱根管可以增加牙体的抗折能力[1]，但辅桩的数目和位置对修复后牙体、树脂、桩核应力值变化等方面的详细研究较少。本试验的目的是用三维有限元的方法分析不同数量、不同位置的辅桩联合纤维桩修复薄弱根管的应力分布特点，为临床使用纤维桩修复薄弱根管提供参考。假设纤维桩联合辅桩可以减小牙体组织、树脂粘结剂、桩核等的应力，辅桩的数量越多，应力值越小。

1 材料与方法

1.1 材料 本试验选择1名成年健康男性志愿者的中切牙作为建模对象。建模使用的软件有：Mimics10.1，Geomagic studio，ug7.0，和MSC.Marc/Patren。受力分析的软件为MSC.Marc/Mentat2005。

1.2 方法

1.2.1 模型建立 Philips MX8000 CT扫描机对研究对象的头颅进行连续扫描。扫描间距为1.0 mm，以DICOM格式保存至光盘。将CT图像导入Mimics10.1软件，根据手工修正后的图像建立上颌中切牙的3D几何模型，再导入Geomagic studio软件中进行实体化处理。参考wheeler的数据形成9个上颌中切牙的模型[2]，牙体全长22.3 mm，根长12.3 mm。在ug7.0软件里将中切牙实体在釉牙骨质界上2 mm左右处截去牙冠，去掉部分牙体内壁组织，其厚度控制在1 mm左右，形成薄弱根管的模型。按照RTD公司提供的数据，画出MACRO-LOCKTMPOST ILLUSION纤维桩和FIBERCONETM纤维桩辅桩的模型，在8个模型的根管中插入不同数量、不同位置的辅桩。建立一个瓷桩修复的模型作对照，瓷桩周围有0.2 mm粘结剂。为了尽量模仿临床实际情况还建立了树脂核、铸造全瓷e-max牙冠长度为10.0 mm、牙槽骨、0.2 mm牙周膜、4.0 mm牙胶封闭等结构。所有模型都形成了2.0 mm左右的牙本质肩领，如图1所示。所有物体的弹性模量和泊松比，见表1。

表1 物体的弹性模量、泊松比和出处

A：由瓷桩修复中切牙薄弱根管的模型;B：由一根纤维桩修复中切牙薄弱根管的模型;C:由一根纤维桩联合3根辅桩修复中切牙薄弱根管的模型。

图1 不同桩核系统修复中切牙薄弱根管的实验模型

将9个模型分为5组(图1)，A组为瓷桩修复，B组为1根石英纤维桩修复，C组为1根石英纤维桩加1根辅桩修复，D组为1根石英纤维桩加2根辅桩修复，E组为1根石英纤维桩加3根辅桩修复。将C组、D组中3根不同位置的辅桩确定为辅桩Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中,C组中石英纤维桩分别与辅桩Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ联合修复成为C1、C2、C3组。D组也分为3小组，其中,D1组包括了辅桩Ⅰ和辅桩Ⅱ。D2组包括了辅桩Ⅱ和辅桩Ⅲ，D3组包括了辅桩Ⅰ和辅桩Ⅲ，见图2。

C1:纤维桩联合辅桩Ⅰ修复中切牙薄弱根管的模型；D2：纤维桩联合辅桩Ⅱ和Ⅲ修复中切牙薄弱根管的模型。

图2 纤维桩联合不同位置、不同数目辅桩修复中切牙薄弱根管的模型(去除牙冠后)

1.2.2 受力分析 用软件MSC.Marc/Patren对模型进行网格划分。用软件MSC.Marc/Mentat2005分析受力情况。假设建立的模型为同向均质的物体，所有接触物体之间为固定连接，采用静态加载法，在牙冠切1/3与中1/3处链接5个点成线状135°以100 N的力加载。牙体组织为脆性组织，故选用principal stress major记录牙体表面的应力值，用equivalent von mises记录树脂粘结剂表面，桩核的应力值[5]。

2 结 果

从C、D组中选取牙体应力值最小者放入表2中比较，部分结果云图见图3，瓷桩桩核及石英纤维桩加不同数量辅桩修复薄弱根管的应力值如图4。C、D组不同位置辅桩修复后应力值见图5和图6。

模型B牙体组织应力分布图。

图3 试验模型不同部位应力分布云图

从图4可以看出B组即1根纤维桩修复后牙体的应力值111.9 Mpa最大，大于瓷桩修复后的应力值。但加入1根辅桩修复后C组应力值明显下降，下降了70%，略小于金属桩修复后的应力。此后牙体组织应力值的大小没有随辅桩数量的增加而明显下降，而是维持于40 Mpa左右。树脂粘结剂表面的等效应力也是B组的值最大，但加入1根辅桩修复后C组应力值也明显下降，接近瓷桩应力值，D组和E组应力值又有显著增加。瓷桩表面A组的等效应力值最大，大于所有石英纤维桩核修复后桩核的等效应力值。因此，可以得出石英纤维桩联合1根辅桩修复后3个部位的应力值都最小,联合2根、3根辅桩修复后应力值无明显继续减少，维持在40 Mpa左右。

A组：瓷桩修复模型3个部位的应力值；B组：1根石英纤维桩修复模型3个部位的应力值；C组：1根石英纤维桩加1根辅桩修复模型3个部位的应力值；D组：1根石英纤维桩加2根辅桩修复模型3个部位的应力值；E组：1根石英纤维桩加3根辅桩修复模型3个部位的应力值。

图4 3个部位不同桩核材料修复中切牙薄弱根管的应力值比较

从图5可以看出C1组牙体、树脂粘结剂、桩核应力值均最大，3个应力值都与1根石英纤维桩(B组)修复后的值相近，说明辅桩Ⅰ无减小应力的作用。牙体应力值C1组是C2组、C3组的近3倍，而C2组与C3组的值较接近。

C1:纤维桩联合辅桩Ⅰ修复中切牙薄弱根管模型3个部位的应力值；C2:纤维桩联合辅桩Ⅱ修复中切牙薄弱根管模型3个部位的应力值；C3:纤维桩联合辅桩Ⅲ修复中切牙薄弱根管模型3个部位的应力值。

图5 纤维桩联合1根不同位置辅桩修复中切牙薄弱根管模型的应力值比较

从图6可以看出D1组牙体、树脂、桩核3个位置应力值也最大。D1组比C1组增加了辅桩Ⅱ(图2)，D1组牙体的应力值小于C1组，说明辅桩Ⅱ具有减小应力的作用。同时D1组比C2组增加了辅桩Ⅰ(图2)，但D1组牙体的应力值反而大于C2组，这也说明辅桩Ⅰ无减小应力的作用。D2组与D3组牙体应力值较接近。树脂粘结剂和桩核的应力值D3组都最小。

D1:纤维桩联合辅桩Ⅰ和Ⅱ修复中切牙薄弱根管模型3个部位的应力值；D2:纤维桩联合辅桩Ⅱ和Ⅲ修复中切牙薄弱根管模型3个部位的应力值；D3:纤维桩联合辅桩Ⅰ和Ⅲ修复中切牙薄弱根管模型3个部位的应力值。

图6 纤维桩联合2根不同位置辅桩修复中切牙薄弱根管模型的应力值比较

3 讨 论

传统的金属桩核修复薄弱根管被认为会增加牙本质所受的楔形应力，从而增加根折的风险[10]。金属桩与牙体组织弹性模量的不匹配被认为是引起不可修复根折的主要原因[11]。也有学者研究得出金属桩、瓷桩等高弹性模量的材料修复可以提高薄弱根管的抗折能力[12]。有学者研究了用根管重塑的方法修复薄弱根管，即先用和牙体组织弹性模量相近的复合树脂重塑根管后再用桩核材料修复，这种方法可以大大提高薄弱根管根-桩核联合体的抗折能力[13]。但根管重塑可能导致根尖部树脂固化不全,繁琐的操作也限制其临床的应用。有学者研究用可塑性较强的聚乙烯编织纤维桩修复薄弱根管，取得了较好疗效，这为薄弱根管的修复提供了另一种思路[14]。

本试验用纤维桩联合不同数量的辅桩修复薄弱根管，作者认为1根石英纤维桩修复薄弱根管后牙体的应力值比瓷桩修复后的值大，许多三维有限元的研究都证实了这点(图3)。分析可能原因为：(1)2种材料的弹性模量不同。弹性模量是选择桩核材料时需要特别考虑的一个参数。瓷桩的弹性模量(200 GP)远远大于石英纤维桩的弹性模量(22 GP)。高弹性模量的物体能承受一定的应力，而弹性模量小的物体受力后迅速将力传递给牙体组织。(2)因为薄弱根管牙冠部牙体组织缺损较大，按照根管形态制作的瓷桩的体积也远远大于成品石英纤维桩的体积，体积越大越可以分散应力，从而减小最大应力值。因此，1根纤维桩修复薄弱根管可能在牙体产生较大的应力值，引起根折。

桩核材料的脱位可能有3种情况：(1)粘结剂受力过大导致其与根管壁产生分离；(2)桩核材料与粘结剂分离；(3)牙体折断后粘结剂与根管壁分离。本试验得出树脂粘结剂的最大应力值是在1根纤维桩修复后，高弹性模量的瓷桩修复后桩核的应力值最大(图3)。说明1根石英纤维桩和瓷桩修复薄弱根管后桩核脱位的可能性较大。

牙本质肩领对于纤维桩修复的患牙非常重要，它是纤维桩远期疗效的关键[16]。所以,本试验所有模型都设计有牙本质肩领。

本试验认为，石英纤维桩联合辅桩修复薄弱根管可以增强牙体组织的抗折能力，这与Li等[1]的研究结果一致。

本试验中，石英纤维桩联合1根辅桩时各部位的应力都大大下降了，但随后联合2根、3根辅桩修复后应力值无明显下降，仍维持在40 Mpa左右，说明在根管增加较多的辅桩不能减少应力。石英纤维桩联合辅桩修复薄弱根管可以减小牙体、粘结剂、桩核应力的假设成立，但模型中3个结构的应力值随着辅桩数目的增加而下降的假设被否定。

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Stress analysis of fiber posts combined with auxiliary posts in restored anterior tooth with flared canals

WangPin1,HuangYue2,LiuMin1△

(1.DepartmentofProsthodontics;2.DepartmentofOrthodontics,AffiliatedHospitalofStomatology,LuzhouMedicalCollege,Luzhou,Sichuan646000,China)

Objective To assess the stresses of fiber posts combined with auxiliary posts in anterior teeth with flared canals by three dimensional finite element method.MethodsNine 3D models of maxillary first incisors with flared canals restored by two post systems(porcelain pile,fiber and auxiliary pile) divided into 5 groups were generated.By static loading method,dental crowns cut 1/3 and middle 1/3 connection link five points into 135 angles by 100 N force loading.The major stress for the dentin and the equivalent Von Mises stress for resin cement and post and core were calculated.ResultsBiggest tooth stress value of 111.9 Mpa and the largest resin adhesive stress value 54.6 Mpa had appeared in the use of a model of the quartz fiber post after repair,ceramics pile repair model of pile nuclear stress value and the maximum was 48.1 Mpa.Combining with one auxiliary post,stress values reduced significantly in dentin,in cement and in post and core.However,as more auxiliary posts were added,the stresses did not decrease sequentially.ConclusionIt is suggested that to restore the tooth with flared canals by quartz fiber post combining with one auxiliary post.

post and core；fiber post；teeth with flared canals；three dimensional finite element

10.3969/j.issn.1671-8348.2015.35.010

王频(1978-)，讲师，硕士，主要从事口腔修复学研究。△

,Tel：18982769877；E-mail：584494011@qq.com。

R783.3

A

1671-8348(2015)35-4929-03

2015-05-24

2015-07-27)