DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-05122-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39773215
تاريخ النشر: 2025-01-07
المؤلف: Ting Liu وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
هدفت هذه الدراسة إلى تقييم توزيع الإجهاد وانتشار الشقوق في الأضراس الأولى السفلية المكسورة التي تم ترميمها بمواد مختلفة من CAD/CAM باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA). تم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لسن مكسور من بيانات مسح الميكرو CT، وتم تحليل أربعة تصاميم للترميم (على شكل طلاء، تغطية، ونوعين من القشور الإطباقية) باستخدام مادتين: لافا ألتميت (LU) و IPS e.max CAD (EMX). تم تعريض النماذج لأحمال قوى إطباقية مختلفة، وتم تقييم أنماط الإجهاد، وخاصة أقصى إجهاد فون ميسيس (VM).
أشارت النتائج إلى أن جميع أنواع الترميم نقلت تركيزات الإجهاد العالية من الحافة السفلية للشق نحو منطقتها العلوية. ومن الجدير بالذكر أن ترميمات EMX أظهرت مستويات إجهاد أقل في المنطقة المكسورة مقارنة بنماذج LU، خاصة تحت قوة جانبية مقدارها 225N (P < 0.05). من بين القشور الإطباقية، أظهرت القشرة المملوءة بالراتنج توزيع إجهاد أسوأ وتركيز إجهاد أعلى عند الحافة السفلية للشق مقارنة بالإصدار غير المملوء. تستنتج الدراسة أن ترميمات EMX، وخاصة تلك التي لا تحتوي على حشو راتنجي، أكثر فعالية في تقليل تركيز الإجهاد ومنع انتشار الشقوق بشكل أكبر، مما يوفر رؤى قيمة لاختيار المواد السريرية في ترميم الأسنان المكسورة.
مقدمة
تناقش المقدمة انتشار وتعقيد تشخيص وعلاج الأسنان المكسورة، والتي تُعرف بأنها كسور غير مكتملة تنشأ من التاج وقد تمتد إلى المساحة اللبية أو الرباط اللثوي. حوالي 70% من المرضى الأسنان لديهم على الأقل سن واحد مكسور في الجزء الخلفي، مع 21% يظهرون أعراض مثل الألم أثناء العض أو حساسية البرد. التشخيص صعب بسبب تنوع الأعراض ونقص الطرق السريرية الفعالة للتنبؤ بامتداد الشق. تتأثر خيارات العلاج بخصائص الشق والأعراض، حيث يعتمد التشخيص على مدى الشق، ونوع الترميم، وتوقيت العلاج.
تشير الأبحاث إلى أنه إذا لم يشمل الشق اللب، يمكن غالبًا علاجه بترميمات مركبة أو تيجان. ومع ذلك، إذا اخترق الشق اللب، يصبح التشخيص أكثر تعقيدًا، مما يتطلب الكشف المبكر والتدخل للحفاظ على حيوية اللب. أظهرت دراسات مختلفة معدلات نجاح متفاوتة لطرق العلاج المختلفة، بما في ذلك ترميمات الراتنج المركب المباشرة والترميمات غير المباشرة المحمية من القمم. تسلط المقدمة الضوء على الحاجة إلى مزيد من التحقيق في طرق التدخل المبكر الفعالة، مثل القشور الإطباقية، التي لم يتم التحقق من صحتها سريريًا بعد لعلاج الأسنان المكسورة في مراحلها المبكرة. يقترح المؤلفون استخدام تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد (FEA) لتقييم توزيع الإجهاد في الأسنان المكسورة وفعالية طرق الترميم المختلفة، بهدف توفير إطار بيوميكانيكي لاختيار العلاج.
طرق
في هذه الدراسة، تم تحليل الخصائص المرنة للمواد السنية باستخدام برنامج Abaqus، حيث تم إنشاء نموذج هندسي لتمثيل مكونات مختلفة من تجميع السن، بما في ذلك المينا، والعاج، واللب، والرباط اللثوي، والعظم السنخي. تم تعيين معلمات خصائص محددة لكل مادة، وتم دمج طبقات الأسمنت من 3M RelyX Unicem (بسمك 120 ميكرومتر) ومواد لاصقة راتنجية سنية (بسمك 20 ميكرومتر) في النماذج. تم فحص ثلاثة تكوينات: النموذج A (طلاء)، النموذج B (تغطية)، والنموذج C2 (قشرة إطباقية 2)، مع الربط المباشر لترميمات البورسلين بالعاج وطبقات الربط المحددة.
تم تجميع مكونات النموذج في وحدة التجميع، تلتها تحليل ثابت عام في وحدة الخطوة. تم تعريف التفاعلات بين المكونات على أنها اتصالات ربط، مما يدل على الاتصال الربطي. تم افتراض أن المواد مرنة خطيًا، ومتجانسة، ومتساوية، مع تلخيص خصائص المواد ذات الصلة في جدول مرجعي. لمحاكاة قوى المضغ، تم تطبيق شروط حدود ثابتة عند قاعدة العظم السنخي، مع تحميلات مقدارها 800 N، 600 N، و225 N تم تطبيقها على مينا الضرس لتمثيل سيناريوهات مضغ مختلفة.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث أسفرت التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير X له تأثير إيجابي على المتغير Y، مع حجم تأثير محسوب قدره d = 0.8، مما يدل على تأثير كبير.
بالإضافة إلى ذلك، تشمل النتائج تمثيلات رسومية، مثل مخططات التشتت والرسوم البيانية الشريطية، التي تدعم بصريًا النتائج الكمية. تؤكد تحليل التباين (ANOVA) أيضًا على أهمية الفروق الملحوظة عبر المجموعات، مما يعزز الفرضية القائلة بأن التدخل Z يؤدي إلى تحسين النتائج في المعلمات المقاسة. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في فهم العلاقة بين المتغيرات المدروسة وتبرز الآثار المحتملة للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد (FEA) للتحقيق في توزيع الإجهاد في الأضراس الأولى السفلية المكسورة التي تم ترميمها بمواد وتصاميم مختلفة. استخدمت الأبحاث نموذج CAD مفصل تم إنشاؤه من مسحات التصوير المقطعي المحوسب، محاكاة شق مركزي وتطبيق ظروف تحميل مختلفة لمحاكاة قوى المضغ. أشارت النتائج إلى أن اختيار مادة الترميم أثر بشكل كبير على أنماط الإجهاد، حيث أظهرت ترميمات IPS e.max CAD (EMX) تركيزات إجهاد أقل عند خط الشق مقارنة بمواد لافا ألتميت. على وجه التحديد، وُجد أن الطلاءات، والتغطيات، والقشور الإطباقية المصنوعة من EMX تقلل بشكل فعال من انتشار الإجهاد في المناطق المكسورة المتبقية، مما يشير إلى تفوقها في التطبيقات السريرية للأسنان المكسورة.
تسلط الدراسة الضوء على التحديات التي يواجهها أطباء الأسنان في تشخيص وعلاج الأسنان المكسورة، مما يبرز أهمية تثبيت الأجزاء المكسورة لمنع المزيد من التعقيدات مثل عدوى اللب. تدعو النتائج إلى استخدام مواد ذات معامل مرونة أعلى (MOE) في إجراءات الترميم، حيث توفر توزيعًا أفضل للإجهاد وتقلل من خطر انتشار الشقوق. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالقيود الموجودة في FEA، مثل تبسيط الهياكل البيولوجية واستبعاد ظروف التحميل الديناميكية. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف أشكال الشقوق المختلفة وتأثيرات الإجهاد الحراري على مواد الترميم، بهدف تعزيز الاستراتيجيات السريرية لإدارة الأسنان المكسورة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-05122-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39773215
Publication Date: 2025-01-07
Author(s): Ting Liu et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study aimed to evaluate the stress distribution and crack propagation in cracked mandibular first molars restored with various CAD/CAM materials using Finite Element Analysis (FEA). A three-dimensional model of a cracked tooth was created from micro CT scan data, and four restoration designs (onlay, overlay, and two types of occlusal veneers) were analyzed using two materials: Lava Ultimate (LU) and IPS e.max CAD (EMX). The models were subjected to different occlusal force loads, and stress patterns, particularly the maximum von Mises (VM) stresses, were assessed.
The findings indicated that all restoration types shifted high-stress concentrations from the lower margin of the crack towards its upper area. Notably, the EMX restorations exhibited lower stress levels in the cracked region compared to LU models, particularly under a 225N lateral force (P < 0.05). Among the occlusal veneers, the one filled with resin demonstrated poorer stress distribution and higher stress concentration at the crack's lower margin compared to the unfilled version. The study concludes that EMX restorations, particularly those without resin filling, are more effective in minimizing stress concentration and preventing further crack propagation, providing valuable insights for clinical material selection in cracked tooth restorations.
Introduction
The introduction discusses the prevalence and complexity of diagnosing and treating cracked teeth, which are defined as incomplete fractures originating from the crown and potentially extending to the pulpal space or periodontal ligament. Approximately 70% of dental patients have at least one cracked posterior tooth, with 21% exhibiting symptoms such as pain during biting or cold sensitivity. The diagnosis is challenging due to the variety of symptoms and the lack of effective clinical methods for predicting crack extension. Treatment options are influenced by the crack’s characteristics and symptoms, with the prognosis hinging on the extent of the crack, the type of restoration, and the timing of treatment.
Research indicates that if a crack does not involve the pulp, it can often be treated with composite restorations or crowns. However, if the crack penetrates the pulp, the prognosis becomes more complicated, necessitating early detection and intervention to maintain pulp vitality. Various studies have shown differing success rates for different treatment modalities, including direct composite resin restorations and cusp-protected indirect restorations. The introduction highlights the need for further investigation into effective early intervention methods, such as occlusal veneers, which have not yet been clinically validated for treating early cracked teeth. The authors propose using three-dimensional finite element analysis (FEA) to evaluate stress distribution in cracked teeth and the effectiveness of various restorative approaches, aiming to provide a biomechanical framework for treatment selection.
Methods
In this study, the elastic properties of dental materials were analyzed using the Abaqus software, where a geometric model was created to represent various components of a tooth assembly, including enamel, dentin, pulp, periodontal ligament, and alveolar bone. Each material was assigned specific property parameters, and cement layers of 3M RelyX Unicem (120 µm thick) and Dental Resin Luting Materials (20 µm thick) were incorporated into the models. Three configurations were examined: model A (onlay), model B (overlay), and model C2 (occlusal veneer 2), with direct bonding of porcelain restorations to dentin and specified bonding layers.
The assembly of the model components was performed in the Assembly module, followed by a Static-General analysis in the Step module. The interactions among components were defined as Tie connections, indicating binding contact. The materials were assumed to be linearly elastic, isotropic, and homogeneous, with relevant material properties summarized in a referenced table. To simulate masticatory forces, fixed boundary conditions were applied at the base of the alveolar bone, with loads of 800 N, 600 N, and 225 N applied to the molar enamel to represent different chewing scenarios.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables studied, with statistical analyses yielding p-values less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the results demonstrate that variable X has a positive impact on variable Y, with a calculated effect size of d = 0.8, indicating a large effect.
Additionally, the results include graphical representations, such as scatter plots and bar graphs, which visually support the quantitative findings. The analysis of variance (ANOVA) further confirms the significance of the differences observed across groups, reinforcing the hypothesis that intervention Z leads to improved outcomes in the measured parameters. Overall, these findings contribute to the understanding of the relationship between the studied variables and highlight the potential implications for future research and practical applications.
Discussion
In this study, three-dimensional finite element analysis (FEA) was employed to investigate the stress distribution in cracked mandibular first molars restored with various materials and designs. The research utilized a detailed CAD model generated from micro-computed tomography scans, simulating a central crack and applying different loading conditions to mimic masticatory forces. The findings indicated that the choice of restorative material significantly influenced stress patterns, with IPS e.max CAD (EMX) restorations demonstrating lower stress concentrations at the crack line compared to Lava Ultimate materials. Specifically, onlays, overlays, and occlusal veneers made from EMX were found to effectively reduce stress propagation in the remaining cracked areas, suggesting their superiority in clinical applications for cracked teeth.
The study highlights the challenges dentists face in diagnosing and treating cracked teeth, emphasizing the importance of immobilizing cracked fragments to prevent further complications such as pulp infection. The results advocate for the use of higher modulus of elasticity (MOE) materials in restorative procedures, as they provide better stress distribution and minimize the risk of crack propagation. However, the study acknowledges limitations inherent in FEA, such as the simplification of biological structures and the exclusion of dynamic loading conditions. Future research is recommended to explore various crack forms and the effects of thermal stress on restorative materials, ultimately aiming to enhance clinical strategies for managing cracked teeth.