adhezyjnie cementowane wkłady koronowe.pdf

(360 KB) Pobierz
PROTET. STOMATOL., 2008, LVIII, 1, 49-55
Czy adhezyjnie cementowane wkłady koronowe wzmacniają
struktury zębów?
Do bonded inlays reinforce teeth structures?
Beata Dejak
Z Zakładu Protetyki Katedry Protetyki i Zaburzeń Czynnościowych Fizjologii Narządu Żucia
Uniwersytetu Medycznego w Łodzi
Kierownik: prof. dr hab.
M. Romanowicz
HASŁA INDEKSOWE:
ceramiczne wkłady, wytężenie zębów trzonowych, 3D
metoda elementów skończonych, zmodyfikowane kry-
terium zniszczenia von Misesa
Streszczenie
Cel pracy.
Porównanie wytężenia struktur nienaru-
szonych zębów, zębów z wypreparowanymi ubytkami
MOD i zębów odbudowanych wkładami ceramicznymi
MOD wg zmodyfikowanego kryterium zniszczenia von
Misesa.
Metoda.
Badanie przeprowadzono metodą elemen-
tów skończonych. Stworzono 3 trójwymiarowe modele
zębów pierwszych trzonowych żuchwy: A – zęba niena-
ruszonego, B – zęba z wypreparowanym ubytkiem MOD,
C – zęba odbudowanego wkładem ceramicznym MOD.
Każdy model obciążono ciśnieniem działającym na po-
wierzchnię żującą, które odpowiadało sumarycznej sile
200N wywieranej na ząb trzonowy żuchwy podczas fazy
zamykania cyklu żucia. W szkliwie i zębinie badanych
zębów obliczono naprężenia zredukowane i współczyn-
niki według zmodyfikowanego kryterium zniszczenia
von Misesa (mvM). Wyniki obliczeń w każdym modelu
poddano analizie i porównano między sobą.
Wyniki.
W tkankach zęba trzonowego z ubytkiem
MOD (B) wartości naprężeń zredukowanych były 1.9-3
krotnie wyższe w porównaniu z naprężeniami w niena-
ruszonym zębie (A). Współczynnik zmodyfikowanego
kryterium von Misesa w przyszyjkowym szkliwie, w
dystanej części zęba osiągnął 2,6. Według mvM kryte-
rium, szkliwo w tym obszarze jest narażone na znisz-
czenie. Stan naprężeń w zębie opracowanym pod wkład
sprzyjał odłamaniu ściany językowej. W strukturach
zęba odbudowanego ceramicznym wkładem (C), na-
prężenia mvM były mniejsze o 36%-71% niż w zębie
KEY WORDS:
ceramic inlay, strength of molars, 3D finite element
analysis, modified von Mises failure criterion
Summary
Aim of the study
was to compare strength of intact
teeth, teeth with the MOD cavity preparations and teeth
restored with the ceramic MOD inlays according to the
modified von Mises failure criterion.
Material and methods.
The study was performed ap-
plying a 3-dimensional finite element analysis. Three
3-D models of first mandibular molars were created: A
– intact tooth; B – tooth with the MOD cavity prepa-
ration; C – tooth restored with the MOD ceramic inlay.
Each model was subjected to pressure exerted on the
occlusal surface which was equivalent of total force of
200N, acting on the molar during the closing phase of
mastication. The equivalent stresses and index of mo-
dified von Mises (mvM) failure criterion occurring in
enamel and dentine of the teeth were calculated. The
results were analysed in every model and compared to
each other.
Results.
In tissues of the molar with the MOD cavity
preparation (B), the values of the equivalent stresses
were 1.9–3 times higher than those in the intact tooth
(A). The index of the modified von Mises failure crite-
rion in cervical enamel in the distal part of the tooth
reached the value of 2.6. According to mvM criterion,
this area of enamel is prone to failure. The state of
stresses in the unrestored tooth predisposed the lingual
wall to fracture. In the structure of the tooth restored
with the ceramic inlay (C), the equivalent mvM stresses
were 36-71% lower than in the unrestored tooth (B) and
21-85% higher than in the intact tooth (A). The mvM
49
B. Dejak
z ubytkiem (B). Jednocześnie były one wyższe o 21%-
-85% w stosunku do naprężeń w nienaruszonym zębie
(A). Współczynnik mvM w szkliwie zęba z wkładem był
większy od 1.
Wnioski.
Adhezyjnie zacementowane wkłady wzmac-
niają struktury wypreparowanych zębów, ale nie przy-
wracają im pierwotnej odporności na złamania.
index in the enamel of molar with inlay exceeded 1.
Conclusion.
Adhesively bonded ceramic inlays rein-
force the structure of prepared teeth, but they do not
restore their original failure resistance.
Wstęp
Opracowanie ubytku MOD w zębie trzonowym
powoduje zmniejszenie grubości i względny wzrost
wysokości pozostałych ścian zęba. Moment siły żu-
cia działającej na guzki takiego zęba jest większy
niż przy obciążeniu nienaruszonego zęba (1). W
badaniach wytrzymałościowych, zęby z wyprepa-
rowanymi ubytkami MOD były mniej odporne na
złamania w porównaniu z nietkniętymi zębami (2,
3). Wkłady ceramiczne i kompozytowe są adhezyj-
nie cementowane. Cementy kompozytowe charak-
teryzują się najwyższą wytrzymałością połączenia
z tkankami w porównaniu z innymi materiałami łą-
czącymi (4, 5, 6). Silne zespolenie wkładu z tkan-
kami scala i wzmacnia osłabione struktury zębów
(7, 8). Czy adhezyjna odbudowa przywraca zębom
ich pierwotną odporność na złamania?
Cel pracy
Celem pracy było porównanie wytężenia struk-
tur nienaruszonych zębów, zębów opracowanych
pod wkłady i odbudowanych wkładami ceramicz-
nymi wg zmodyfikowanego kryterium zniszczenia
von Misesa.
Metoda
Tworzenie modeli zębów do obliczeń MES
Badanie naprężeń w zębach pierwszych trzo-
nowych żuchwy z wkładami wykonanymi z róż-
nych materiałów przeprowadzono metodą elemen-
tów skończonych (MES) (9). Wykonano skan po-
wierzchni żującej zęba pierwszego trzonowego pra-
wego żuchwy skanerem laserowym Cercon brain
(DeguDent, Hanau, Germany) i przetworzono go
za pomocą oprogramowania Cercon design. Zbiory
50
Full Scan zawierające współrzędne punktów na po-
wierzchni okluzyjnej badanego zęba wprowadzo-
no do programu ANSYS 10 (ANSYS wersja10.;
ANSYS Inc, Canonsburg, Pa). Wybrane punkty po-
wierzchni żującej w płaszczyznach czołowych co
0,1mm, połączono krzywymi. Na podstawie tych
linii utworzono powierzchnię okluzyjną badane-
go zęba.
Na powierzchni bocznej zęba, wzdłuż jego dłu-
giej osi, odmierzono odcinki 1 mm. Tkanki zęba
zeszlifowywano o 1 mm i skanowano poszczegól-
ne przekroje poprzeczne. Na każdym skanie koro-
ny zaznaczono linię szkliwno-zębinową. Punkty
na obwodzie przekrojów poprzecznych zęba i na
granicy szkliwno-zębinowej wprowadzono do pro-
gramu Ansys i połączono krzywymi. Na ich pod-
stawie utworzono powierzchnie przekrojów zęba w
płaszczyznach horyzontalnych. Po złączeniu tych
powierzchni oraz powierzchni okluzyjnej powstała
bryła modelu zęba z wyodrębnionym szkliwem, zę-
biną i komorą zęba. Wokół korzeni zamodelowano
ozębną o grubości 0,2 mm. W ten sposób powstał
komputerowy trójwymiarowy model nietkniętego
zęba trzonowego żuchwy (A) (ryc. 1a).
W preprocesorze programu Ansys stworzono
bryłę wkładu o szerokości 3,5 mm i głębokości 2,5
mm isthmusa, z boksami o wymiarach 1.5 mm i 4,5
mm (10, 11). Nachylenie ścian osiowych wynosi-
ło 10°. Bryłę tą odjęto od modelu A, dzięki temu
powstał model zęba z ubytkiem wypreparowanym
pod wkład (B) (ryc. 1b). Model zęba C z ceramicz-
nym wkładem został utworzony przez dodanie do
modelu A bryły wkładu o właściwościach ceramiki
leucytowej otoczonego warstwą 0,1 mm cementu
kompozytowego (ryc. 1c). Założono, że cement był
idealnie związany z tkankami i uzupełnieniem.
Dane materiałowe
Wprowadzono wartości modułów elastyczno-
PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 1
Wkłady koronowe
Ryc. 1. Komputerowe trójwymiarowe modele badanych zębów; a – model A – nienaruszony ząb pierwszy prawy
trzonowy żuchwy, b – model B – ząb trzonowy żuchwy z ubytkiem MOD, opracowany pod wkład koronowy, c – mo-
del C – ząb trzonowy żuchwy odbudowany ceramicznym wkładem MOD.
T a b e l a I . Dane materiałów użytych w modelach zębów trzonowych żuchwy
Materiał
Szkliwo
Zębina
Ozębna
Ceramika leucytowa
Cement kompozytowy
Moduł elastyczno-
ści (GPa)
72,7
18,6
0,05
65,0
8,3
Współczynnik
Poisson’a
0,33
0,31
0,45
0,19
0,35
Wytrzymałość na
ściskanie (MPa)
11,5
105
-
24,8
45,1
Wytrzymałość na
rozciąganie (MPa)
384
297
-
149
178
ści i współczynników Poissona dla szkliwa (12),
zębiny (13), ozębnej (14), IPS Empress (Ivoclar,
Vivadent AG, Schaan, Lichtenstein) (15), Variolink
II (Ivoclar, Vivadent AG, Schaan, Lichtenstein)
(16). Przyjęto wartości wytrzymałości na rozcią-
ganie i ściskanie dla szkliwa (17, 18), zębiny (18,
19), ceramiki (20) i cementu kompozytowego (21).
Dane zestawiono w tabeli I. Założono, że materia-
ły użyte w modelu były elastyczne, homogenne,
ale miały różną wytrzymałość na ściskanie i roz-
ciąganie.
Podział modeli na elementy skończone
W celu dokonania obliczeń każdy model podzie-
lono na 20-węzłowe bryłowe elementy (Solid 186).
W modelu zęba A użyto 24 298 elementów złączo-
nych w blisko 35 176 węzłach, w modelu B zęba z
ubytkiem 34 785 elementów złączonych w 51 816
PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 1
węzłach, w modelu C zęba z wkładem było 67 680
elementów złączonych w 91 207 węzłach.
Utwierdzenia modeli i obciążenia
Modele utwierdzono w węzłach na zewnętrznej
powierzchni ozębnej korzeni zębów trzonowych
żuchwy. Modele A i C obciążono ciśnieniem o war-
tości 2,82 MPa działającym na ich powierzchnie żu-
jącące. Model zęba opracowanego pod wkład (B)
był poddany ciśnieniu 6,23 MPa działającemu na
zredukowaną powierzchnię okluzyjną. Obciążenie
odpowiadało sile 200 N działającej na ząb trzono-
wy żuchwy podczas miażdżenia pokarmu w fazie
zamykania cyklu żucia (22).
Obliczenia
Tkanki zębów i ceramika są materiałami, któ-
re charakteryzują się inną wytrzymałością na roz-
ciąganie i na ściskanie. Jednym z kryteriów uży-
51
B. Dejak
T a b e l a I I . Maksymalne wartości naprężeń zredukowanych według zmodyfikowanego kryterium zniszczenia
von Misesa (mvM) w materiałach badanych modeli zębów trzonowych żuchwy (MPa)
Symbol
modelu
A
B
C
Model zęba
trzonowego
Zdrowy ząb
Ząb z ubytkiem
MOD
Ząb z ceramicznym
wkładem MOD
Naprężenia mvM
w szkliwie (MPa)
10,223
29,640
18,911
Naprężenia mvM Naprężenia mvM Naprężenia mvM
w zębinie (MPa) w ceramice (MPa) w cemencie (MPa)
4,229
17,507
5,109
-
-
8,833
-
-
2,171
T a b e l a I I I . Współczynniki zmodyfikowanego kryterium zniszczenia von Misesa (mvM) w materiałach
badanych modeli zębów trzonowych żuchwy
Symbol
modelu
A
B
C
Model zęba
trzonowego
Zdrowy ząb
Ząb z ubytkiem
MOD
Ząb z ceramicznym
wkładem MOD
Współczynnik
mvM szkliwie
0,889
2,577
1,644
Współczynnik
mvM w zębinie
0,040
0,166
0,048
Współczynnik
mvM w ceramice
-
-
0,356
Współczynnik
mvM w cemencie
-
-
0,048
wanych do oceny wytężenia takich materiałów w
złożonych stanach naprężeń jest zmodyfikowane
kryterium von Misesa (mvM) (23). Obliczono na-
prężenia zredukowane mvM w szkliwie, zębinie,
ceramice wkładu, cemencie w modelach zębów
trzonowych. Rozkład tych naprężeń przedstawio-
no w postaci map w poszczególnych materiałach
modeli. Maksymalne wartości naprężeń zestawio-
no w tabeli II. Według tego kryterium materiał ule-
gnie zniszczeniu, gdy wartości naprężeń zreduko-
wanych mvM przekroczą wartość wytrzymałości
tego materiału na rozciąganie. Obliczono współ-
czynniki zmodyfikowanego kryterium von Misesa
dla każdego materiału w modelach, które wyrażono
ilorazem największego zredukowanego naprężenia
w danym materiale i wytrzymałości tego materiału
na rozciąganie (tab. III). Współczynnik większy od
1 wskazywał na zniszczenie materiału.
Wyniki
W modelu nietkniętego zęba (A) największe na-
prężenie zredukowane według zmodyfikowanego
52
kryterium von Misesa (mvM) o wartości 10,223
MPa powstało wzdłuż bruzdy centralnej, w szkli-
wie (ryc. 2a) (tab. II). W zębinie maksymalne war-
tości naprężeń 4,229 MPa wystąpiły nad tylno-
-językowym rogiem miazgi (ryc. 2b) (tab. II).
Współczynniki mvM w strukturach nienaruszone-
go zęba nie przekroczyły 1 (tab. III).
W modelu zęba z wypreparowanym ubytkiem
(B) maksymalne naprężenia zredukowane (mvM)
29,640 MPa skoncentrowały się w przydziąsło-
wym pasie szkliwa, po stronie dystalnej zęba (ryc.
3a) (tab. II). W tym rejonie współczynnik mvM
osiągnął wartość 2,6 (tab. III). W zębinie, na dnie
ubytku, wzdłuż krawędzi językowo-komorowej
naprężenia mvM wyniosły 17,507 MPa (ryc. 3b)
(tab. II).
W modelu zęba C naprężenia zredukowane o
wartości 18,911 MPa wystąpiły w przydziąsłowym
szkliwie, otaczającym wkład od strony dystalnej
(rys. 4a) (tab. II). Współczynnik mvM osiągnął w
tym miejscu wartość większą od 1 (tab. III). W zębi-
nie maksymalne naprężenia nie przekroczyły 5,109
MPa (rys. 4b) (tab. II).
PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 1
Wkłady koronowe
Ryc. 2. Rozkład i wartości naprężeń zredukowanych według zmodyfikowanego kryterium von Misesa w modelu
nietkniętego zęba (A) (największe naprężenia oznaczono na czerwono) (MPa); a – w szkliwie, b – w zębinie.
Ryc. 3. Rozkład i wartości naprężeń zredukowanych według zmodyfikowanego kryterium von Misesa w modelu
zęba z ubytkiem MOD (B) (największe naprężenia oznaczono na czerwono) (MPa); a – w szkliwie, b – w zębinie.
Dyskusja
Z przeprowadzonych badań wynika, że w mo-
delu nietkniętego zęba pierwszego trzonowego żu-
chwy (A) naprężenia zredukowane według zmody-
fikowanego kryterium von Mises nie przekroczy-
ły wytrzymałości tkanek na rozciąganie. Zdrowy
ząb nie powinien ulec uszkodzeniu podczas fizjo-
logicznych obciążeń. Tkanki zęba tworzą integral-
ną całość odporną na złamania, dopóki nie zosta-
ną naruszone przez próchnicę i nie zostanie w nich
wypreparowany ubytek (1).
W modelu zęba opracowanego pod wkład MOD
(B) wartości naprężeń mvM wzrosły 1,9-krotnie w
PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 1
szkliwie i ponad 3 krotnie w zębinie w porównaniu
z nienaruszonym zębem (tab. II). Współczynnik
zmodyfikowanego kryterium zniszczenia von
Misesa w cienkim szkliwie, wzdłuż krawędzi ję-
zykowo-dodziąsowej, w dystanej części zęba osią-
gnął 2,6 (tab. III). Według kryterium mvM szkliwo
w tym miejscu jest narażone na zniszczenie. W zę-
binie największe naprężenia powstały u podstawy
ściany językowej wypreparowanego ubytku zęba
(ryc. 3b). Taki stan naprężeń w zębie trzonowym
żuchwy z ubytkiem predysponuje do odłamania
jego ściany językowej. Wyniki przeprowadzonych
badań potwierdzają, że preparacja ubytku MOD w
zębie znacznie osłabia jego strukturę (24). W te-
53

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin