Компьютерное моделирование и численный анализ напряженного состояния зуба после реставрации кариозной полости

Abstract

Найбільш ранньою і поширеною формою ураження зубощелепної системи є дефекти зубів різного походження. Руйнування частини навіть одного зуба або помилки при її відновленні можуть стати відправною точкою для цілого ряду морфологічних і функціональних змін щелепно-лицьового апарату людини. Своєчасне відновлення втрачених форми та функцій зуба за допомогою різноманітних методів дозволяє запобігти всі ці негативні наслідки. Важливим завданням при лікуванні дефектів твердих тканин є відновлення біомеханічної цілісності зуби. Оптимальне поєднання трьох конструктивних елементів: твердих тканин зуба, власне відновної конструкції й міцного з’єднання між ними є запорукою надійного та довговічного функціонування відновленого зуба. Метою цієї роботи є розробка та апробація тривимірної твердотільної математичної моделі, що відображає будову природного зуба. Для вивчення напруженого стану геометрично складної багатошарової біомеханічної системи, яка складається з шару емалі, дентину й пломби, в цій роботі було використано тривимірне твердотільне моделювання в SolidWorks та математичний аналіз методом кінцевих елементів ANSYS Workbench. При моделюванні зуб розглядається як пружне тіло, що деформується за статичним навантаженням рівномірно розподілених зусиль. Проведені розрахунки показали, що форма пломби робить істотний вплив на сприйняття зубом механічного впливу на жувальну поверхню після реставрації каріозної порожнини.

The earliest and the most common form of the dental system destruction are the defects in the teeth of different origin. The partial destruction even of a single tooth or mistakes in its reconstruction can be the starting point for a number of morphological and functional changes of the human maxillofacial unit. Timely restoration of a missing tooth form and functions with a variety of techniques allows preventing all these negative effects. An important issue in the treatment of hard tissue defects is to restore the biomechanical integrity of the tooth. The optimal combination of three structural elements - hard tissues of the tooth, properly restoring design and firm connection between them is the key to a reliable and durable function of the restored tooth. The aim of this paper is the development and testing of a 3D finite element model that displays the structure of a natural tooth. The object of the research is geometrically complex multilayer biomechanical system that consists of enamel, dentin and seals. In this study the 3D solid modeling in SolidWorks and fi-nite element structural analysis in ANSYS Workbench were used. The tooth was assumed elastically deformable body under static uniform force loading. The calculations showed that the shape of the seal has a significant impact on the perception of mechanical loading on the tooth chewing surface after the restoration cavity.

Наиболее ранней и распространенной формой поражения зубочелюстной системы являются дефекты зубов различного происхождения. Разрушение части даже одного зуба или ошибки при ее восстановлении могут стать отправной точкой для целого ряда морфологических и функциональных изменений челюстно-лицевого аппарата человека. Своевременное восстановление утраченных формы и функций зуба с помощью разнообразных методов позволяет предотвратить все эти негативные последствия. Важной задачей при лечении дефектов твердых тканей является восстановление биомеханической целостности зуба. Оптимальное сочетание трех конструктивных элементов: твердых тканей зуба, собственно, восстановительной конструкции и прочного соединения между ними является залогом надежного и долговечного функционирования восстановленного зуба. Целью настоящей работы являются разработка и апробация трехмерной твердотельной математической модели, отображающей строение естественного зуба. Для изучения напряженного состояния геометрически сложной многослойной биомеханической системы, которая состоит из слоя эмали, дентина и пломбы, в данной работе были использованы трехмерное твердотельное моделирование в SolidWorks и математический анализ методом конечных элементов ANSYS Workbench. При моделировании зуб рассматривается как упругое деформируемое тело при статическом нагружении равномерно распределенным усилием. Проведенные расчеты показали, что форма пломбы оказывает существенное влияние на восприятие зубом механического воздействия на жевательную поверхность после реставрации кариозной полости.