АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Исследования напряжённо-деформированного состояния при действии внешней нагрузки.

С помощью такого современного метода механико-математического моделирования и анализа, как МКЭ были исследованы действующие напряжения и возникающие деформации в участке медиального резца верхней челюсти человека при травмирующей нагрузке. В данном случае, когда необходимо установить и проанализировать причины и механизмы возникновения травматических повреждений зубов и вокруг зубных тканей из позиций анализа их на прочность, использование современных компьютерных технологий является выгодной альтернативой и имеет значительное преимущество над эксперементами на антропоморфных или биоманекенах.

Для исследования использовали современный компьютерный программный комплекс Соsmos, что позволяет создавать элементные модели систем любой геометрической сложности с заданной точностью и анализировать их на прочность, рассчитывать деформации [84,123,124].

МКЭ дает возможность определить напряжения и деформации в каждом элементе рассмотренной структуры под действием статической или динамической нагрузки и в дальнейшем сравнить их с разрушительными напрузками и деформациями, пределами прочности тканей, указанными в научных литературных источниках.

Для решения отмеченного вопроса, на базе известных анатомических данных строения зуба и вокруг зубных тканей данных в работах [101,106,112,115,117] и их биомеханических характеристик [87,116,115] была построена ЭМ ЗЧС в участке медиального резца верхней челюсти человека для определения перемещений и напряжений при действии статических функциональных и динамических ударных нагрузок.

Для построения ЭМ ЗЧС использовали строения стенки лунки медиального резца верхней челюсти в саггитальном разрезе (Рис. 2.2.4.1) и соответствующее ему описание, которого мы пытались придерживаться буквально: "Стенки лунки центрального резца имеют высоту 15мм…" [112].

На поперечных шлифах альвеолярного отростка небная стенка лунки верхнего центрального резца в верхних двух третях ее высоты имеет трехслойное строение. Одним из слоев (внутренним) в этом строении является Lamina dura, вторым (наружным) - внутренняя компактная пластинка альвеолярного отростка, третьим - слой губчатого вещества, заключенный между компактными слоями.

Рнсунок 2.2.4.1. Строение стенки лунки центрального резца верхней челюсти.

На расстоянии 8-10 мм от дна лунки Lamina dura и внутренняя компактная пластина альвеолярного отростка сливаются в единый компактный слой, который и составляет стенку лунки на ее дальнейшем протяжении. Толщина язычной стенки на уровне дна лунки составляет в среднем 6,3 мм, а на месте слияния слоев-3-5мм. У края лунки стенка заканчивается довольно крутым заострением или, точнее, углом, равным 30-35 градусов. Губная стенка имеет трехслойное строение только в пределах дна лунки. На всем другом протяжении - однослойная - компактная. Толщина стенки на уровне дна лунки в среднем равняется 1,5мм. В нижележащих отделах толщина стенки верхнего резца редко превышает 0,7мм". Учитывая, что профиль зуба выполненный в соответствии с данными, поданными в работе [114], то есть достаточно точно, для обеспечения истинного взаимодействия между корнем зуба и пародонтом, его окружающего, толщина всего ЗЧС определялась в соответствии с равенством объемов корня реального зуба и смоделированного, что отобразилось в соответствующем уменьшении площади сечения корня зуба в пришеечной части (Рис. 2.2.4.2).

Рисунок 2.2.4.2. Строение верхнего центрального резца.

Контуры сегмента повторены полностью, чтобы по возможности проследить глубину распространения напряжений и деформаций. С позиции строительной механики зуб является толстостенной оболочкой сложной формы, выполненной из очень жесткого и крепкого материала - эмали и дентина [87,96,99], которая по отношению к окружающим структурным тканям может восприниматься, как абсолютно жесткое тело. Построение канала корня зуба в ЭМ, превращает замкнутую оболочку в раму, жесткость которой будет намного меньше, чем у сплошного тела. Также, с целью некоторого упрощения модели цемент корня зуба включен в конфигурацию корня зуба.

Длина зуба принята 26мм, другие размеры выдержаны пропорционально длине, согласно данным [84]. Угол наклона зуба по отношению к вертикали принят 9° [112].

Особенное внимание при построении модели уделялось размерам периодонтальной щели и механическим свойствам периодонта. Ширина щели выполнена переменчивой в соответствии с данными [101,106]: в пришеечной части - 0,25 мм, в средней трети корня - 0,15 мм, в апикальной части - максимальная ширина - 0,28 мм. Таким образом, обеспечено расширение щели в пришеечной и в вокруг верхушечного участка по отношению со средней третью. При отработке вопроса относительно структуры, функции, механических характеристик периодонта, который является основным амортизатором и перераспределителем механической энергии при жевании, то есть является важным составным элементом смоделированного ЗЧС, мы использовали простую модель периодонта с упругими свойствами по U.Mandel и R.b.ashman [120].

Таким образом, ЭМ ЗЧС (Рис. 2.2.4.3) содержит следующие основные структурные составляющие: зуб с коронкой (эмаль, дентин) и корнем (цемент), периодонт, внутреннюю и внешнюю компактные пластинки, губчатое вещество стенки альвеолы, десны. Все перечисленные структурные составляющие изображены разными цветами.

Рисунок 2.2.4.3. ПКЕМ Зщст в участке центрального резца верхней челюсти.

Каждой структурной составляющей заданы механические характеристики (Табл. 2.2.4.1), согласно данным [87, 116, 125]. Границы прочности приведены в таблице в качестве материала справочника для обеспечения возможности сравнения полученных действующих напряжений с разрушительными.

Приведены механические характеристики тканей пародонта отображают только упругие (линейные) свойства твердых и мягких тканей. В то же время вполне вероятно, что указанные биологические ткани, особенно мягкие, владеют существенной пластичностью, то есть нелинейностью.

Таблица 2.2.4.1

Механические характеристики тканей зубочелюстного сегмента

Примечания:

Е - модуль упругости ткани;

µ - коэффициент Пуасона;

σ - р и σ - с - граница прочности при розтяжении и сжатия.

Современные программы, которые реализуют метод конечного элемента, позволяют учитывать любой тип нелинейности. Поэтому, сложность в построении соответствующей модели ЗЧС, связанная только с отсутствием соответствующих биомеханических достоверных выходных данных в научной литературе. В то же время, при анализе линейной модели, которая по определению с более жесткой, чем реальная, следует учитывать, что полученные с ее помощью перемещения будут меньше, а напряжения большими именно настолько, насколько введеные исходные механические характеристики составных тканей отличаются от реальных.

Так, как ЭМ по сравнению с объемной (трехмерной) принципиально не может быть точнее, при отработке модели особенное внимание уделялось адекватности разработанной модели реальной челюсти не только качественно, но и, по возможности, количественно с обеспечением сравнения полученных числовых результатов с известными в литературе. Отметим, что создана ЭМ фактически является объемной, однако с постоянными по толщине сегмента, вырезанного двумя параллельными плоскостями, всеми параметрами, которая "работает" в условиях плоского напряженного состояния.

Следует подчеркнуть, что в геометрические размеры и механические характеристики всех структурных составляющих построенной ЭМ ЗЧС можно вносить изменения оперативно, в зависимости как от поступления новых научных данных, так и, что очень важно в соответствии с данными конкретного спортсмена.

Дата добавления: 2015-11-26 | Просмотры: 505 | Нарушение авторских прав