Изучение распределения внутренних напряжений в области включенного дефекта зубного ряда на математической конечно-элементной модели при использовании частичных съемных протезов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Изучение распределения внутренних напряжений в области включенного дефекта зубного ряда на математической конечно-элементной модели при использовании частичных съемных протезов

Лазарев С.А., Башкирский государственный медицинский университет, г.Уфа

Введение

Вопрос влияния различных конструкций съемных протезов на интенсивность атрофических процессов тканей протезного ложа в ближайшие и отдаленные сроки, после проведения ортопедического лечения недостаточно изучен. Данный вопрос является актуальным и требует тщательного изучения и получения более точных данных, которые помогут повысить эффективность ортопедического лечения частичного отсутствия зубов с применением съемных пластиночных протезов.

Для замещения дефектов зубных рядов в ортопедической стоматологии часто применяют различные конструкции пластиночных протезов [6]. Известно, что съемные протезы оказывают воздействие на подлежащие ткани, что сопровождается изменением рельефа протезного ложа [2,3,5,8]. Несоответствие рельефа базиса протеза и протезного ложа часто вызывает неравномерное распределение жевательного давления с возникновением зон перегрузок в подлежащих тканях. В таком случае ортопедическая конструкция может оказывать больше негативного воздействия, которое сопровождается увеличением интенсивности атрофических процессов в участках с повышенным давлением, усугубляя при этом состояние тканей протезного ложа. Такие изменения могут значительно затруднять повторное протезирование пациентов [1,4,6,7].

Цель исследования: изучение распределения внутренних напряжений в костной ткани альвеолярных отростков челюстей при использовании частичного съемного протеза, замещающего дефект, с потерей трех зубов при повышенной и пониженной плотности костной ткани.

Материал и методы

Для изучения распределения внутренних напряжений мы применили математическую модель, в основу создания которой положен метод конечных элементов.

Двухмерная модель представляет собой фрагмент нижней челюсти с дефектом зубного ряда, на котором моделируется частичный съемный протез. При этом изучается дефект потери трех зубов двух премоляров и первого моляра. Модель состоит из треугольных конечных элементов, имеющих три точки взаимодействия между собой.

На модели зубы моделируются только схематично, как изотропный (однородный) материал, согласно принципу Сен-Венана. Учитывая геометрическую форму зуба при моделировании зубного протеза, определяются точки закрепления нагрузки.

Для построения двухмерной модели выполнили следующие этапы:

1. В заданном масштабе вычертили контур модели дефекта зубного ряда, граничащими зубами медиально клыком, а дистально вторым моляром.

2. С помощью специальной программы выполнили автоматизированное разбиение объекта на треугольные конечные элементы.

3. Осуществили задание физико-механических характеристик различных частей конечно-элементной модели в соответствии с особенностями реального объекта.

4. Осуществляли привязку сил, воздействующих на опорные зубы и слизистую оболочку.

5. Выполнили задание нагрузок на модель.

Полученная модель состоит из 932 треугольных конечных элементов, которые имеют три точки взаимодействия между собой, и насчитывают 541 узловую точку (рис. 1).

Распределение внутренних напряжения в модели рассмотрим при различной плотности костной ткани в области опорных зубов и альвеолярного гребня от 80% до 120%. В связи с этим принимаем следующие условия функционирования модели:

- 100% плотность губчатой кости 15·103 кг/см2 , плотность дентина 200·103 кг/см2;

- коэффициент Пуассона 0,30;

- сила жевательной нагрузки определяется как 100 H на каждый сегмент модели, то есть нагрузка, испытываемая протезом при разжевывании пищи средней твердости;

- нагрузка распределяется по 5% на опорные зубы, 90% на альвеолярный гребень.

Рис. 1 - Конечно-элементная модель дефекта зубного ряда

Нагрузка прикладывается к точкам закрепления на зубах и альвеолярном гребне, так как материал, из которого изготовлен протез, является лишь проводящей средой, поэтому физико-механические характеристики материала не оказывают решающего значения на конечный результат исследования модели дефекта зубного ряда. Под точками закрепления понимаются места приложения силы по направлению им величине, через которые осуществляется воздействие на модель, либо места контакта с каким либо объектом. На модели изучается распределение напряжений по оси Х, оси Y, эквивалентные напряжения этих осей, величина деформации, которую может претерпевать модель под действием нагрузки. Для описания и обсуждения результатов мы воспользуемся картиной распределения эквивалентных напряжений, так как она наиболее информативна и является обобщением изучения внутренних напряжений по осям Х и Y, а так же будут построены графики распределения внутренних напряжений, согласно выбранных линий.

Данный объем обсуждения полученных результатов исследования будет использован при всех вариантах изучения функционирования частичного съемного протеза.

При жевании нагрузка получаемая зубным протезом распределяется следующим образом: 90% протезное ложе альвеолярного гребня, по 5% опорные зубы через гнутые кламмера. Точки закрепления нагрузка с кламмеров определяются в области экватора зуба (рис.2)

Для проведения исследования распределения внутренних напряжений использовано 55 точек закрепления на модели.

Для описания и обсуждения результатов мы воспользовались картиной распределения эквивалентных напряжений. В данном исследовании напряжения определялись в условных единицах.

Рис. 2 - Точки закрепления нагрузок при замещении дефекта зубного ряда частичным съемным протезом

Результаты исследования и их обсуждение Изучение действия частичного съемного протеза при 100% плотности костной ткани дало картину рис. 3.

Рис. 3 - Эквивалентное распределение напряжений в модели при 100% плотности костной ткани. Частичный съемный протез

В поверхностных слоях модели в области клыка внутренние напряжения на 21.7±0.1% больше, чем в аналогичной области моляра. В глубоких слоях модели внутренние напряжения в сегменте клыка на 19.7±0.1% меньше, чем в поверхностных слоях. Четкой концентрации внутренних напряжений верхушек корней моляра определить невозможно. В альвеолярном гребне в поверхностных слоях модели внутренние напряжения на 7.6±0.1% больше, чем в глубоких слоях. Напряжения в пришеечной области клыка на 24.7±0.1% и пришеечной области моляра на 38.1±0.1% меньше, чем максимальные внутренние напряжения в поверхностных слоях альвеолярного гребня.

Данное распределение напряжений не является патологическим для опорных зубов, но в альвеолярном гребне способно стимулировать атрофические процессы.

При уменьшении плотности костной ткани до 90% картина соотношения внутренних напряжений отображена на рис. 4.

В поверхностных слоях модели в области клыка внутренние напряжения на 18.6±0.1% больше, чем в аналогичной области моляра. В глубоких слоях модели внутренние напряжения в сегменте клыка на 17.3±0.1% меньше, чем в поверхностных слоях. В альвеолярном гребне соотношения распределения и значения внутренних напряжений не изменяются.

Рис. 4 - Эквивалентное распределение напряжений в модели при 90% плотности костной ткани. Частичный съемный протез

Сравнивая с исходными данными при 100% плотности костной ткани, следует отметить, что внутренние напряжения в сегменте клыка на 2.8±0.5% больше как в глубоких, так и поверхностных слоях модели. В области моляра внутренние напряжения на 4.6±0.1% больше, чем при исходных данных.

При уменьшении плотности костной ткани до 80% картина соотношения внутренних напряжений приведена на рис. 5.

Рис. 5 - Эквивалентное распределение напряжений в модели при 80% плотности костной ткани. Частичный съемный протез

В поверхностных слоях модели в области клыка внутренние напряжения на 16.9±0.1% больше, чем в аналогичной области моляра. В глубоких слоях модели внутренние напряжения в сегменте клыка на 15.7±0.1% меньше, чем в поверхностных слоях. В альвеолярном гребне соотношения распределения и значения внутренних напряжений не изменяются.

Сравнивая с исходными данными при 100% плотности костной ткани следует, отметить, что внутренние напряжения в сегменте клыка на 2.2±0.5% больше как в глубоких, так и поверхностных слоях модели. В области моляра внутренние напряжения на 4.6±0.1% больше, чем при исходных данных, то есть остаются неизменными.

Увеличение плотности костной ткани до 110% при изучении модели частичного съемного протеза дало рис. 6.

Рис. 6 - Эквивалентное распределение напряжений в модели при 110% плотности костной ткани. Частичный съемный протез

В поверхностных слоях модели в области клыка внутренние напряжения на 17.1±0.1% больше, чем в аналогичной области моляра. В глубоких слоях модели внутренние напряжения в сегменте клыка на 10.8±0.1% меньше, чем в поверхностных слоях. В альвеолярном гребне соотношения распределения и значения внутренних напряжений не изменяются.

Сравнивая с исходными данными при 100% плотности костной ткани, следует отметить, что внутренние напряжения в сегменте клыка в глубоких слоях модели на 3.9±0.1% больше чем в модели при плотности костной ткани 120%, в поверхностных слоях модели на 3.9±0.1% меньше исходных данных. В области моляра внутренние напряжения остаются неизменными.

Дальнейшее повышение плотности костной ткани до 120% при изучении модели частичного съемного протеза привело к рис. 7.

Рис. 7 - Эквивалентное распределение напряжений в модели при 120% плотности костной ткани. Частичный съемный протез

В поверхностных слоях модели в области клыка внутренние напряжения на 17.07±0.1% больше, чем в аналогичной области моляра. В глубоких слоях модели внутренние напряжения в сегменте клыка на 10.9±0.1% меньше, чем в поверхностных слоях. В альвеолярном гребне соотношения распределения и значения внутренних напряжений не изменяются.

Сравнивая с исходными данными при 100% плотности костной ткани, следует отметить, что внутренние напряжения в сегменте клыка в глубоких слоях модели на 2.38±0.1% больше чем в модели при плотности костной ткани 120% . Внутренние напряжения в сегменте моляра в глубоких слоях модели на 2.87±0.1% больше чем в модели при плотности костной ткани 120%.

Выводы

костный ткань плотность напряжение

В области клыка и моляра внутренние напряжения в глубоких слоях модели остаются неизменными. В области альвеолярного гребня при всех исследованиях различной плотности костной ткани прогнозируется высокие внутренние напряжения. Данная картина распределения напряжений говорит о том, что наиболее уязвимой частью является альвеолярный гребень в области дефекта зубного ряда, и естественным ответом костной ткани будет атрофия.

Список использованных источников

1. Белоусова М.А. Изменение микроциркуляции слизистой оболочки и коррекция нарушений, возникающих под съемными протезами// Актуальные проблемы стоматологии. - Чита, 1998. - С. 93-94.

2. Бронников В.В. Напряженно-деформированное состояние в системе «протез-протезное ложе» при частичном отсутствии зубов по данным физического моделирования. - Кемерово, 1990. - 224 с.

3. Загорский В.А. Частичные съемные и перекрывающие протезы. -- М.: Медицина, 2007. - 360 с.

4. Каливраджиян Э.С. Функциональное состояние опорных тканей протезного ложа под базисами съемных конструкций зубных протезов// Современная ортопедическая стоматология: -- 2005. № 3. -- С. 6364.

5. Миняева B.А. Проблемы съемного зубочелюстного протезирования. - СПб., 2005. - 190 с.

6. Николас Дж. Частичные съемные: протезы. - М.: «МЕДпресс-информ», 2006. -- 167 с.

7. Садыков М.И. Изменения объема тканей протезного ложа под базисами съемных протезов// Военно-медицинский журнал. 2002. - №5. - С. 83-84.

8. Шилова Г.Б., Панченко А.Е. Состояние слизистой оболочки протезного ложа под съемными протезами// Казанский медицинский журнал. 1983. - Т. 64, № 3. - С. 221-222.

Размещено на Allbest.ru