基于下颌第一前磨牙根管预备前后牙本质应力分布差异的CBCT和三维有限元分析

doi:10.13481/j.1671-587X.20240509

摘要/Abstract

摘要：

目的分析下颌第一前磨牙根管直径并利用有限元分析法模拟3种不同预备方式下牙本质的应力分布，为临床下颌第一前磨牙根管预备策略提供依据。方法选择21例锥形束计算机断层扫描（CBCT）图像资料完整的患者，将CBCT原始数据DICOM格式文件导入Mimics 21.0软件，测量距下颌第一磨牙根尖孔3、6、9和12 mm处根管直径并分段计算根管锥度，在此基础上构建牙体组织和牙周组织三维有限元模型，分为对照组、最大直径预备组、均匀预备组和0.06锥度器械预备组。在ANSYS Workbench 17.0有限元分析软件中，对各组颊尖舌斜面分别施加200 N载荷，分析各组下颌第一前磨牙牙本质所受应力。结果距离下颌第一前磨牙根尖孔3~6 mm段、6~9 mm段和9~12 mm段的根管锥度分析，近远中向距根尖孔3~6 mm根管锥度基本相同；颊舌向距根尖孔6~9 mm段根管锥度平均为0.29，大于根尖1/3和根上1/3。在相同的载荷下，各组下颌第一前磨牙牙本质的应力峰值依次增大，分别为4.693 6、16.304 0、14.278 0和18.682 0 MPa。最大直径预备组受力集中于根管壁且应力最大，均匀预备组受力集中于牙根表面且各截面应力均小于最大直径预备组，0.06锥度器械预备组应力集中于根尖1/3牙根表面。结论下颌第一前磨牙根管具有椭圆形变锥度的特殊形态，近远中向和颊舌向根管直径与锥度相差较大，不同预备方式对根管壁的应力不同，均匀预备扩大根管的预备方式最佳。

关键词: 牙根纵裂, 根管直径, 根管预备, 有限元分析, 应力分析

Abstract:

Objective To analyze the root canal diameter of the mandibular first premolar by using finite element analysis to simulate the stress distribution of dentin under three different preparation methods，and to provide the basis for clinical root canal preparation strategies of the mandibular first premolars. Methods Twenty-one patients with complete cone beam computed tomography （CBCT） images were selected. The original DICOM format data from CBCT were imported into Mimics 21.0 software to measure the root canal diameter at 3， 6， 9， and 12 mm from the apex and the root canal taper was segmentally calculated. Based on this， three-dimensional finite element models of the dental and periodontal tissues were constructed. Control group， maximum diameter preparation group， uniform preparation group， and 0.06 taper instrument preparation group were designed. In ANSYS Workbench 17.0 finite element analysis software， a 200 N load was applied to the buccal， lingual， and occlusal surfaces in various groups， and the stresses on dentin in various groups were analyzed. Results The analysis of root canal taper at 3-6 mm， 6-9 mm， and 9-12 mm from the apex of mandibular first premolar teeth showed that the taper was similar in the mesial-distal direction at 3-6 mm from the apex. The average taper in the buccal-lingual direction at 6-9 mm from the apex was 0.29， which was greater than the taper in the apical 1/3 and coronal 1/3. Under the same load， the peak stress values in dentin of mandibular first premolar teech in various groups were increased sequentially： 4.693 6， 16.304 0， 14.278 0， and 18.682 0 MPa. The stress in maximum diameter preparation group concentrated on the canal wall with the highest stress value. The stress in uniform preparation group concentrated on the root surface，and the stress values on each section were lower than those in maximum diameter preparation group. The stress in 0.06 taper instrument preparation group concentrated on the apical 1/3 of the root surface. Conclusion The root canal of the mandibular first premolar has a unique elliptical taper shape， and there are significant differences in diameter and taper between the mesial-distal and buccal-lingual directions. Different preparation methods result in different stress distributions on the canal wall， and the uniform preparation is the best method for enlarging the canal.

Key words: Vertical root fracture, Root canal diameter, Root canal preparation, Finite element analysis, Stress analysis

中图分类号:

姜鑫淼,徐智博,甄雨琦,白玛曲珍,孟秀萍. 基于下颌第一前磨牙根管预备前后牙本质应力分布差异的CBCT和三维有限元分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2024, 50(5): 1259-1265.

Xinmiao JIANG,Zhibo XU,Yuqi ZHEN,Quzhen BAIMA,Xiuping MENG. CBCT and three-dimensional finite element analysis based on differences in dentin stress distribution before and after root canal preparation of mandibular first premolar teeth[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2024, 50(5): 1259-1265.

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参考文献 24

1	周学东. 牙体牙髓病学［M］. 5版. 北京：人民卫生出版社， 2020.
2	YOSHINO K， ITO K， KURODA M， et al. Prevalence of vertical root fracture as the reason for tooth extraction in dental clinics［J］. Clin Oral Investig， 2015， 19（6）： 1405-1409.
3	COHEN S， BERMAN L H， BLANCO L， et al. A demographic analysis of vertical root fractures［J］. J Endod， 2006， 32（12）： 1160-1163.
4	PAN X， TANG R， GAO A T， et al. Cross-sectional study of posterior tooth root fractures in 2015 and 2019 in a Chinese population［J］. Clin Oral Investig， 2022， 26（10）： 6151-6157.
5	LIAO W C， CHEN C H， PAN Y H， et al. Vertical root fracture in non-endodontically and endodontically treated teeth： current understanding and future challenge［J］. J Pers Med， 2021， 11（12）： 1375.
6	MUNARI L S， BOWLES W R， FOK A S L. Relationship between canal enlargement and fracture load of root dentin sections［J］. Dent Mater， 2019， 35（5）： 818-824.
7	INCEYUSUFOGLU S， SARICAM E， OZDOGAN M S. Finite element analysis of stress distribution in root canals when using a variety of post systems instrumented with different rotary systems［J］.Ann Biomed Eng， 2023：1-13.
8	YUSUFOGLU S I， SARICAM E， OZDOGAN M S. Finite element analysis of stress distribution in root canals when using a variety of post systems instrumented with different rotary systems［J］. Ann Biomed Eng， 2023， 51（7）： 1436-1448.
9	CHAN C P， LIN C P， TSENG S C， et al. Vertical root fracture in endodontically versus nonendodontically treated teeth： a survey of 315 cases in Chinese patients［J］. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod， 1999， 87（4）： 504-507.
10	PETERS L B， WESSELINK P R， BUIJS J F， et al. Viable bacteria in root dentinal tubules of teeth with apical periodontitis［J］. J Endod， 2001， 27（2）： 76-81.
11	赵信义，孙皎，包崇云，等. 口腔材料学［M］. 5版. 北京：人民卫生出版社， 2012.
12	HOLMES D C， DIAZ-ARNOLD A M， LEARY J M. Influence of post dimension on stress distribution in dentin［J］. J Prosthet Dent， 1996， 75（2）： 140-147.
13	RUBIN C， KRISHNAMURTHY N， CAPILOUTO E， et al. Stress analysis of the human tooth using a three-dimensional finite element model［J］. J Dent Res， 1983， 62（2）： 82-86.
14	LANZA A， AVERSA R， RENGO S， et al. 3D FEA of cemented steel， glass and carbon posts in a maxillary incisor［J］. Dent Mater， 2005， 21（8）： 709-715.
15	李锐，付昊杰，孙晶晶，等. 处理牙本质基质浸提液对牙髓干细胞成牙分化的影响［J］. 郑州大学学报（医学版），2023， 58（3）： 310-315.
16	RUNDQUIST B D， VERSLUIS A. How does canal taper affect root stresses？［J］. Int Endod J， 2006， 39（3）： 226-237.
17	袁建桥，陈斯，牛龙龙，等. 生理性支抗技术在牙性前突拔牙矫治中的磨牙支抗控制效果［J］. 郑州大学学报（医学版）， 2023， 58（4）： 516-520.
18	SABETI M， KAZEM M， DIANAT O， et al. Impact of access cavity design and root canal taper on fracture resistance of endodontically treated teeth： an ex vivo investigation［J］. J Endod， 2018， 44（9）： 1402-1406.
19	高小洁，徐维宁. 2种不同根管预备技术与牙根纵折的原因分析［J］. 上海口腔医学， 2012， 21（3）： 321-324.
20	王梓，许婉倩，薛明. 根管机械预备与牙本质微裂［J］. 中国实用口腔科杂志， 2021， 14（2）： 138-142.
21	王雯，王鹏来，谢妮娜，等. 不同器械预备根管对隐裂性牙髓炎临床治疗效果的影响［J］. 口腔医学， 2019， 39（5）： 427-431.
22	TAHA N A， OZAWA T， MESSER H H. Comparison of three techniques for preparing oval-shaped root canals［J］. J Endod， 2010， 36（3）： 532-535.
23	VERSLUIS A， MESSER H H， PINTADO M R. Changes in compaction stress distributions in roots resulting from canal preparation［J］. Int Endod J， 2006， 39（12）： 931-939.
24	KIM H C， LEE M H， YUM J， et al. Potential relationship between design of nickel-titanium rotary instruments and vertical root fracture［J］. J Endod， 2010， 36（7）： 1195-1199.

Material/structure	Elastic modulus（P/MPa）	Poisson’s ratio
Enamel	80 000.00	0.30
Dentin	18 600.00	0.27
Endodontium	2.07	0.45
Gutta-percha point	0.69	0.45
Alveolarbone	13 700.00	0.30
Parodontium	68.90	0.45
Compound resin	12 000.00	0.30

Group	Root cannal taper
Group	Mesiodistal	Buccolingual
Distance from anatomical apical foramen(mm)
3-6	0.06±0.04	0.13±0.09^*△
6-9	0.06±0.04	0.29±0.19^*
9-12	0.06±0.04	0.16±0.22^△

[1]	康芙嘉,孙芸芸,张晗,张可鹏,黎涵懿,王宋庆,朱宪春. 不同部位微种植体辅助隐形矫治器远移下颌磨牙的三维有限元分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(4): 1027-1033.
[2]	王志坚, 李彦旭, 韩青, 尚晓峰, 王金成. 髋关节置换术中2种不同髋关节假体的有限元分析:应力集中和位移变化比较[J]. 吉林大学学报(医学版), 2019, 45(02): 347-352.
[3]	柳辛墨, 章亚东, 聂振国, 贾海港, 顾东强, 丁云鹏, 陈磊. 聚己内酯半月板支架应力-应变特性的有限元分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2019, 45(02): 389-394.
[4]	贾一凡, 胡敏. “2×4”矫治系统中前倾弯弓丝弯折位置变化对其力学行为影响的三维有限元分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(06): 1249-1255.
[5]	王宇, 穆尚强, 梅继文, 孙爽. 可膨胀椎间融合器治疗腰椎间盘轻度退变的有限元分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2016, 42(03): 565-569.
[6]	陈庆生, 陈笑风, 单晔杰, 丁熙, 王慧明. 松质骨和皮质骨厚度对种植体周围应力分布的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2016, 42(02): 204-209.
[7]	. 上颌All-on-4修复种植体在不同牙弓形态中应力分布的三维有限元分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2014, 40(06): 1182-1186.
[8]	高翔，柴健，王忠厚，周振平，王晓薇. 自然牙根和种植体联合支持的磁性附着体覆盖义齿应力分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2014, 40(04): 790-794.
[9]	郭婷婷,王成坤. Path File镍钛锉建立根管治疗疏通通道和根管预备的临床效果评价[J]. 吉林大学学报(医学版), 2014, 40(02): 413-417.
[10]	王瑢，赵月萍. 激光在儿童口腔疾病治疗和预防中应用的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2013, 39(5): 1072-1075.
[11]	王成坤 \|焦珊\|郭秦榕. 非国际化标准机用镍钛根管预备器械研究进展[J]. J4, 2012, 38(3): 607-610.
[12]	黄巍\|李青山\|魏晓曦\|李祥伟. 3种不同根管预备系统预备弯曲根管效果比较[J]. J4, 2011, 37(3): 542-544.
[13]	董树君, 周延民, 刘玉艳, 陈英新, 王战鑫, 柳淑杰. 上颌后牙区倾斜种植固定桥的力学分析[J]. J4, 2010, 36(5): 957-961.
[14]	康振中，胡敏，吴洪，刘磊. 多用唇弓作用下左下颌中切牙和第一磨牙牙周组织应力分布的三维有限元分析[J]. J4, 2008, 34(3): 474-476.
[15]	仪虹，施磊，牛玉梅. 根管预备锥度的变化对根管壁应力影响的三维有限元分析[J]. J4, 2007, 33(6): 1107-1109.