Моделювання напруженого стану твердих тканин зуба при реставрації каріозних порожнин І класу

Abstract

Для вивчення напруженого стану геометрично складної багатошарової біомеханічної системи, яка складається з емалі, дентину і пломби, в роботі було використано тривимірне твердотільне моделювання в програмному комплексі SolidWorks і математичний аналіз методом кінцевих елементів у програмі ANSYS Workbench. При моделюванні зуб розглядається як пружне деформоване тіло при статичному навантаженні рівномірно розподіленим зусиллям. Встановлено, що власне напруження в твердих тканинах інтактного зуба максимальне (74,2 МПа) у місці прикладання навантаження. Максимальне напруження (119 МПа) в реставрованому з приводу каріозної порожнини I класу зубі відбувається в зоні контакту емалі з реставрацією.

Для изучения напряженного состояния геометрически сложной многослойной биомеханической системы, которая состоит из эмали, дентина и пломбы, в работе было использовано трехмерное твердотельное моделирование в программном комплексе SolidWorks и математический анализ методом конечных элементов в программе ANSYS Workbench. При моделировании зуб рассматривается как упругое деформируемое тело при статическом нагружении равномерно распределенным усилием. Установлено, что собственное напряжение в твердых тканях интактного зуба максимально (74,2 МПа) в области приложения нагрузки. Максимальное напряжение (119 МПа) в реставрированном по поводу кариозной полости I класса зубе возникает в зоне контакта эмали с реставрацией.

A number of problems, worsening restorative material retention in carious cavities and resulting in reduction of restorations working lifespan, occurs while dental preparing and restoration. It concerns technical errors during treatment, methods for carious cavities forming. In enamel and dentine of both intact and restored teeth internal stress arises, which may cause secondary decay. Purpose of research – study of stress in dental hard tissues in computer modeling of restored I class carious cavities, which were prepared with classic method. Methods. Based on mandibular molar radiograph three-dimensional model “enamel-dentine-restoration” was created in SolidWorks program, it was exported in software complex ANSYS Workbench, and finite element model was formed. Von-Mises equivalent stress was calculated on the condition that dental root was rigidly fixed, all the model components were isotropic, vertical uniaxial load on tooth centre was 500 Н. Results. Under vertical load on the model in an intact tooth on a masticatory surface stresses in an enamel correspond topographically to projection of molars fissures. Several stress fields, spreading concentrically from maximum values in the point of load action to minimum values to fissures perimeter, occur there. The first field appears in the point of vertical load action, maximum stress is 74.2 MPa. The second field is located around the first one, its values are lesser – up to 50 MPa. Indices of the third field reduce to 25-30 MPa. In the area of medial and distal edge isolated stress zones are noticed – up to 35 MPa. The fourth stress field has the lowest indices – 10-20 MPa. Enamel stress nature in a restored tooth is equal to the nature in an intact tooth. But the first field starts around the dental filling, maximum stress value in an enamel is 119 MPa, which is 60% higher then in an intact tooth. The second stress field is about 100 MPa (100% higher than then intact tooth). Stress in full enamel thickness, in an sagittal section of an intact tooth in a load point, is equal to 52-55 MPa, and in the area of dentine-enamel junction reaches a maximum (74 MPa). Indices in a dentine decrease to 10 MPa. The same stress force is noticed in precervical area of enamel and dentine. In top filling layers of restored tooth the same stress arises, as in an enamel of an intact tooth (52-55 MPa). However, in the area of direct contact of a filling and enamel a stress is increased to about 120 MPa. In the thickness of mantle dentine, and in precervical area stress force of hard tissues decreases to 10-15 MPa. Conclusions. Stress in hard tissues of intact and restored tooth has different value. In unidirectional vertical stress on restored tooth in molar of lower teeth caries of I class maximum stress arises in enamel on the boundary of direct contact with restoration.