基于連續(xù)變化參數(shù)有限元法的全瓷冠生物力學優(yōu)化設計.pdf

1、全瓷冠有著金屬冠和金屬烤瓷冠無法比擬的美學優(yōu)勢，在近幾十年來越來越受到患者的青睞。雖然全瓷材料發(fā)展十分迅速，全瓷冠的強度也有了明顯的提高，但在臨床中仍不時有全瓷冠失敗的病例報道，包括冠表面飾瓷的破損、剝脫及冠的折裂等。因此，在增強冠材料本身的強度之外，全瓷冠的設計在保障全瓷冠的遠期成功率方面也起著十分重要的作用。冠的設計主要內(nèi)容包括：全瓷冠頸部形態(tài)和結構，冠厚度，粘結劑厚度，牙尖斜度等。相比于其他因素，冠厚度的設計對冠的生物力學特性影響

2、最為顯著，對于冠厚度的設計已經(jīng)進行了大量研究但尚沒有統(tǒng)一的結論，冠到底該做多厚仍是長期困擾臨床醫(yī)生的問題。
　　實驗目的：通過建立下頜第一磨牙全瓷冠參數(shù)化有限元模型，對單層冠的合面厚度和肩臺寬度，雙層冠的飾瓷合面厚度和基底合面厚度進行設計參數(shù)連續(xù)變化條件下的優(yōu)化設計，為臨床全瓷冠的制作提供參考。
　　實驗方法：通過3DSS照相掃描儀掃獲得下頜第一磨牙的點云文件，結合GeomagicStudio軟件對點云減點、去噪、拼接等處理

3、和UnigraphicsNX6軟件的參數(shù)設定及一系列計算機輔助設計建立了下頜第一磨牙全瓷冠參數(shù)化實體模型。通過UnigraphicsNX6與AnsysWorkbench軟件的雙向無縫連接，將模型參數(shù)導入AnsysWorkbench中，建立下頜第一磨牙參數(shù)化有限元模型。
　　設定單層冠的合面厚度（H）和肩臺寬度(W)為設計參數(shù)（DesignParameter，DP）,H的變化范圍是0.2-3mm，W的變法范圍是0.1-1.5mm。設

4、定全瓷冠的最大主應力（MaximumPrincipalStress，MPS）的峰值為目標函數(shù)（ObjectiveFunction,OBJ）。對全瓷冠進行小面積加載（SmallAreaload,SA）和大面積加載（LargeAreaload，LA）兩種加載方式，觀察DP對OBJ的影響，進行單層冠合面厚度和肩臺寬度的優(yōu)化設計。
　　設定雙層冠飾瓷合面厚度（V）和基底合面厚度（C）為DP，V變化范圍為0.1-2mm，C的變化范圍為0.1

5、-1mm，飾瓷和基底的MPS峰值設定為OBJ.對雙層全瓷冠進行垂直加載（Verticalload）和斜向加載(Angularload)兩種加載方式，觀察DP對OBJ的影響，進行雙層冠飾瓷合面厚度與基底合面厚度的優(yōu)化設計。
　　實驗結果：
　　1.建立了包含合面厚度和肩臺寬度參數(shù)的單層全瓷冠參數(shù)化有限元模型和包含飾瓷合面厚度，基底合面厚度參數(shù)下頜第一磨牙雙層全瓷冠的參數(shù)化有限元模型。
　　2.對于單層全瓷冠，在SA加載時

6、，MPS峰值出現(xiàn)在加載點對應的內(nèi)側面和加載處的外側；LA加載時，MPS峰值出現(xiàn)在加載點對應的內(nèi)側面。
　　3.全瓷冠合面的厚度從0.2mm變化到3mm和肩臺的寬度從0.1mm變化到1.5mm，在SA加載條件下全瓷冠的MPS峰值減小了35.48％，而在LA加載條件下，全瓷冠的MPS峰值減小了54.78％。
　　4.在SA加載條件下，W對冠的應力峰值沒有影響;而在LA加載條件下當0.56mm≤W≤1.50mm時，響應曲線的斜率在

7、-1～1之間；對于合面厚度，在SA加載條件下，1.35mm≤H≤3mm時，響應曲線斜率在-1～1之間；而在LA加載條件下，當1.25mm≤H≤2.61mm響應曲線斜率在-1～1之間。
　　5.對于雙層全瓷冠，在垂直加載條件下，飾瓷的MPS峰值出現(xiàn)在加載點周圍，而基底的MPS峰值出現(xiàn)在基底材料的底層，在加載處的正下方；在斜向加載條件下，飾瓷MPS峰值出現(xiàn)在合面，在與加載力中水平分力相反的方向，而基底MPS峰值出現(xiàn)在基底材料的底層，在

8、加載處的正下方。
　　6.通過改變飾瓷合面厚度和基底合面厚度，在垂直加載條件下，飾瓷的MPS峰值下降幅度為20.9％,而基底的MPS峰值下降幅度為74.6％；而在斜向加載條件下，飾瓷的MPS峰值下降幅度為了52.2％，基底的MPS峰值下降了79％。斜向加載時的應力超過垂直向加載時的應力，冠的制作應避免較大的牙尖斜度。垂直加載條件下，實驗三的飾瓷的應力小于實驗二全瓷冠的應力，所以基底的存在可以減小飾瓷所受的應力。
　　7．對于

9、雙層全瓷冠，在垂直加載條件下，當0.88mm≤V≤1.57mm時，飾瓷MPS應力峰值響應曲線的斜率在-1～1之間；當0.75mm≤V≤2mm時，基底MPS應力峰值響應曲線斜率在-1～1之間；基底的厚度對飾瓷的應力沒有影響;當C≥0.52mm時，基底MPS應力峰值響應曲線斜率在-1～1之間。在斜向加載條件下,隨著飾瓷厚度的增加，飾瓷的應力在上升；當V≥0.75mm時基底MPS響應曲線斜率在-1～1之間；基底的厚度對飾瓷的MPS峰值沒有影響