專利名稱：一種低彈性模量的鈦合金彈性預(yù)成根管樁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種低彈性模量的鈦合金彈性預(yù)成根管樁。
背景技術(shù)：
近年來，因根管治療技術(shù)的成熟，越來越多的牙髓、根尖周病患牙得以保留，為了 恢復(fù)牙體的生理外形和功能，樁核冠修復(fù)體得到廣泛應(yīng)用。但由于無髓牙牙本質(zhì)濕度減小， 彈性和強度降低，容易引起牙折，常導(dǎo)致修復(fù)失敗1。因此對樁材料和外形的選擇有助于提 高臨床樁核修復(fù)效果。 許多文獻報道了樁核材料以及設(shè)計形式影響牙髓治療后樁核修復(fù)系統(tǒng)的抗折性 能2—4。直到現(xiàn)在，究竟哪種材料和技術(shù)最適合用于樁核修復(fù)，文獻中尚無統(tǒng)一的定論。預(yù) 成根管樁材料主要包括金屬樁、纖維樁和瓷樁。 一般情況下，金屬樁和瓷樁的強度要高于纖 維樁，但纖維樁對比與金屬樁和瓷樁有著更好的柔韌性，而不易引起根折5—8。在強度和柔 韌性之間怎樣舍取尚沒有明確的報道9—W。 不同樁材料可影響修復(fù)后牙本質(zhì)的應(yīng)力分布形式和大小，對修復(fù)體的固位和抗力 性有重要影響。傳統(tǒng)上，鑄造樁核系統(tǒng)由于其較好的機械強度而成為首選。然而，由于金屬 的彈性模量遠高于牙本質(zhì)，過多的應(yīng)力可能會集中于樁的末端，最終導(dǎo)致牙根的破壞性垂 直斷裂11。當(dāng)該情況發(fā)生時，臨床上很難再次修復(fù)，多數(shù)牙根都得拔除。因此，許多研究表 明彈性模量接近于牙本質(zhì)的根管樁材料更加可取12—14。 預(yù)成根管樁主要有三種基本形態(tài)，平行樁，錐形樁和末端錐形樁。平行樁相比于錐 形樁有著更好的固位力15'16，一般情況下，似乎不太易引起根折，并且應(yīng)力沿著樁的長軸均 勻分布17—19。然而，平行樁需要去除更多的牙體組織，因此，不太適合于牙根細小者2°。錐 形樁可以減少牙體組織的去除，然而在根尖部會產(chǎn)生應(yīng)力集中，這種楔效應(yīng)會導(dǎo)致牙根垂 直折裂的風(fēng)險21'22。末端錐形樁綜合了以上兩種形態(tài)的優(yōu)點，樁的體部為平行，末端為錐 形，這種設(shè)計既達到了固位的要求，又保存了牙體組織23。 目前，臨床常用的預(yù)成樁主要有金屬樁(不銹鋼樁及鈦樁等)、瓷樁和纖維樁。纖 維樁由于其彈性模量較接近于牙本質(zhì)而不易引起牙折，深受牙科醫(yī)生們的親睞。但纖維樁 屬復(fù)合樹脂類材料，環(huán)氧樹脂吸水后會降解而變得不穩(wěn)定，最終引起機械強度的下降24，并 且纖維樁用于無髓牙修復(fù)的遠期療效尚不明確25。 因此改良金屬根管樁，避免殘根的應(yīng)力集中，有助于提高金屬樁核修復(fù)效果。
以下是發(fā)明人給出的參考文獻 1. Fernandes AS， Dessai GS. Facrors affect ing the fractureresistance of post core reconstructed teeth :AReview. Int. J. Prosthodont. 2001 ;14 :355—363。
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發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，為了減少根折的發(fā)生，提高樁核冠修復(fù)的 遠期成功率，本發(fā)明的目的在于，提供一種低彈性模量的鈦合金彈性預(yù)成根管樁。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 —種低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁，其特征在于，包括樁頭部和樁體，樁體底部 有錐形末端，樁體上部同心設(shè)置第一凸緣和第二凸緣，第二凸緣和樁頭部連接，所述的第二 凸緣的直徑大于第一凸緣的直徑，第一凸緣的外徑大于樁體的直徑； 在樁體的外徑上有銳角螺紋，銳角螺紋起始于第一凸緣和樁體的交界處，終止于 樁體與錐形末端的交界處；在樁體底部開有分裂槽，在第一凸緣和第二凸緣一側(cè)的徑向設(shè) 有溢出道，該溢出道貫穿于樁體一側(cè)外徑且與分裂槽連通。 本發(fā)明的鈦合金預(yù)成根管樁，其末端錐形形態(tài)在不影響固位力的前提下，能夠最 大限度的保存牙體組織，通過分裂槽將樁體底部分裂為兩個樁體，兩個樁體在就位過程中 合攏，插入時的應(yīng)力被樁體吸收而不影響牙根，完全消除了術(shù)中引起牙根折斷的主要因素。 樁體外徑的銳角螺紋線能嵌入牙本質(zhì)，而不是擠壓，在不增加拉應(yīng)力的情況下使得固位力 最大化。樁體、第一凸緣和第二凸緣構(gòu)成的三級平臺，將功能性應(yīng)力分散到牙根最堅實的部 分上，增加了預(yù)成根管樁的固位力及穩(wěn)定性。 預(yù)成根管樁的材料采用低彈性模量的鈦合金 一 鈦鈮鋯錫(TiNbZrSn合金)具有
5較低的彈性模量(42Gpa左右)，接近牙本質(zhì)的彈性模量(12 18. 6GPa)，但其抗拉強度及硬度都與一般鑄造金屬相似，具有良好的生物力學(xué)相容性，是制作樁核等修復(fù)體的理想材料。 本發(fā)明從預(yù)成根管樁的材料和形態(tài)兩方面進行改進，將新型的材料和設(shè)計引用到樁核等修復(fù)領(lǐng)域，解決了金屬樁易引起根折的難題，為根管樁在臨床的更好應(yīng)用提供理論和實驗基礎(chǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖la是本發(fā)明的低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖lb是鈦合金預(yù)成根管樁的規(guī)格尺寸示意圖。其中，a是樁頭部長度，b是樁體長
度，c是無螺紋處直徑，d是有螺紋處直徑，e是分裂槽長度，f為錐形末端的直徑，g是分裂
槽寬長度。 圖2是圖1的俯視 圖3是圖1的后視圖； 圖4是本發(fā)明的低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁分裂槽長度L及寬度W示意 圖la中的標記分別表示A、樁頭部，B、樁體，C、第一凸緣，D、第二凸緣，H、溢出道，E、分裂槽，G、錐形末端，F(xiàn).銳角螺紋。 表5是分裂槽長度L及寬度W實驗數(shù)據(jù)圖。實驗數(shù)據(jù)圖見圖6.
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
具體實施例方式
參見圖1 圖4，本實施例的低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁，包括樁頭部A和樁體B，其中，樁體B底部有錐形末端G，樁體B上部同心設(shè)置第一凸緣C和第二凸緣D，第二凸緣D和樁頭部A連接，第二凸緣D的直徑大于第一凸緣C的直徑，第一凸緣C的直徑大于樁體B的直徑； 在樁體B的外徑上有銳角螺紋F，銳角螺紋F起始于第一凸緣C和樁體B的交界處，終止于樁體B與錐形末端G的交界處；在樁體B底部開有分裂槽E，在第一凸緣C和第二凸緣D —側(cè)的徑向設(shè)有溢出道H，該溢出道H貫穿樁體B的一側(cè)且與分裂槽E連通。
本實施例采用Ti-24Nb-4Zr-7. 9Sn(wt% )合金，該合金具有較低的彈性模量(42Gpa左右)，接近牙本質(zhì)的彈性模量(12 18. 6GPa)，但其抗拉強度及硬度都與一般鑄造金屬相似，具有良好的生物力學(xué)相容性，是制作樁核等修復(fù)體的理想材料，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。 樁頭部A上部為正方體，正方體上有十字槽R，樁頭部A上分布有兩道正方形的加強塊J。表1給出了幾種低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁規(guī)格尺寸，下面以2號樁外形設(shè)計為例進行有限元分析。 表1 :低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁規(guī)格尺寸(圖lb)
樁的標號0123
顏色標示黃色紅色藍色綠色樁頭部長度(a)3.00mm3.50mm4.00mm4.50mm
樁體長度(b)7.00mm8.50mm10.00mm11.50mm
無螺紋處直徑(c)0.80mml.OO謹1.25mm1.50min
有螺紋處直徑(d)1.20mm1.40mm1.65mm1.90mm
分裂槽長度(e)3.50mm4.25mm5.00mm5.75mm
錐形末端直徑(f)0.30mm0.40mm0.60mm0.70mm
分裂寬度(g)0.15mm0.20mm0.30mm0.35mm 1)應(yīng)力分布實驗 利用三維有限元分析方法比較不同的預(yù)成根管樁材料(不銹鋼、純鈦、 Ti-24Nb-4Zr-7. 9Sn)及設(shè)計結(jié)構(gòu)形式(無分裂設(shè)計、分裂設(shè)計)對牙根牙本質(zhì)應(yīng)力分布的 影響。探討Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金材料(以下簡稱TiNbZrSn)結(jié)合分裂槽設(shè)計的應(yīng)力緩 沖模式能否真正降低牙根牙本質(zhì)的應(yīng)力分布。 表2不同樁材料，無分裂設(shè)計的牙根牙本質(zhì)等效應(yīng)力最大值的比較。
材料彈性模量(GPa)泊松比maximum equivalent stress
垂直加載(106)斜向加載(106)
不銹鋼2100. 305. 7917. 985
純鈦1100. 305.7187,083
TiNbZrSn400. 204.8164. 798 表3不同樁材料，分裂設(shè)計的牙根牙本質(zhì)等效應(yīng)力最大值的比較。
材料彈性模量(GPa)泊松比maximum equivalent stress
垂直加載(106)斜向加載(106)
不銹鋼2100. 305. 1774. 325
純鈦1100. 304,6114. 227
TiNbZrSn400. 204. 4224. 209 根據(jù)以上實驗結(jié)果表明 1.當(dāng)根管樁的形態(tài)一致時，隨著材料的彈性模量降低，無論是在垂直載荷還是斜
7向載荷下，牙根牙本質(zhì)的等效應(yīng)力最大值逐漸減小。 2.當(dāng)根管樁的材料一致時，在兩種載荷條件下，分裂形式的根管樁比無分裂形式 的根管樁對牙根牙本質(zhì)的等效應(yīng)力最大值要小。TiNbZrSn合金結(jié)合分裂的設(shè)計形式表現(xiàn)為 最小的等效應(yīng)力值。說明TiNbZrSn合金能降低牙根牙本質(zhì)的應(yīng)力分布，同樣，分裂設(shè)計形 式也能降低牙根牙本質(zhì)的應(yīng)力分布。
2)分裂長度及寬度優(yōu)化 上述實驗證明了 TiNbZrSn合金結(jié)合分裂的設(shè)計形式能降低牙根牙本質(zhì)的應(yīng)力分 布，進一步利用三維有限元方法分析分裂長度及寬度對牙根牙本質(zhì)及樁本身應(yīng)力分布的影 響，從中選出適合的分裂長度及寬度。在有限元分析軟件Ansys WorkbenchlO. 0中，將分裂 長度及寬度設(shè)為變量，二個變量同時連續(xù)變化，經(jīng)過計算，軟件自動生成其中一變量的二維 線圖。 分裂槽E長度設(shè)定的范圍為3-7mm，分裂槽E寬度為0. 1-0. 5mm，從中隨機抽取九 個統(tǒng)計學(xué)樣本進行分析，見表4。(分裂槽E長度從根管樁末端G起始部位算起，見圖4)
表4 :隨機抽取的九個統(tǒng)計學(xué)樣本
W(mm)牙根maximum equivalent stress樁maxi邁咖equivalent stress垂直加載(10s)斜向加載ao6)垂直加載ao7)斜向加載(io"
3 0.14.2054.2721.036l族
3 0.34.2634.2921.078l扁
3 0.54.3774.333l細1.210
5 0.14.2214.2721.0291.137
5 0.34，4.295l細1.046
5 0.54.3754.3141.0231.163
7 0.14.2564,3011,2461.128
7 0.34.3214.3291.177l細
7 0.54.4034,370L2911.207 表5 :當(dāng)其中一變量位于中間值時，另一變量的應(yīng)力分布變化范圍
8maximum equivalent stress Variable垂直加載斜向加載L(3-7mm)(W=0.3)牙根樁牙根樁
參見圖6a參見圖6b參見圖6c參見圖6d
下降的百分率a: 1.34%b:15.11%c:0.92%d: 7.80%
最佳范圍3. 8mm《L《5. 2咖L《5. 2腿
W (0.1-0.5mm) (L=5mm)
參見圖6e參見圖6f參見圖6g參見圖6h
下降的百分率e:3.520/of: 22.130/og:0.97%h:17.6P/。
最佳范圍0. 28咖《W《0. 49ram0. 26咖《W《0. 39ram 表5給出了 當(dāng)L(3mm 7mm)，W二0.3mm時，表5(a)是牙根下降百分率是1. 34%，表5(b)是樁下降百分率是15. 11X，表5(c)牙根下降百分率是0.92X，表5(d)是樁下降百分率是7. 80% ; 當(dāng)W(O. lmm 0. 5mm) ， (L = 5mm)時，表5(e)是牙根下降百分率是3. 52X，表5(f)
是樁下降百分率是22. 13% ，表5 (g)牙根下降百分率是0. 97% ，表5 (h)是樁下降百分率是
17. 61% ;圖5表示當(dāng)直線與曲線相切時的斜率在-1到1之間變化幅度。 圖5表示當(dāng)直線與曲線相切時，直線的斜率代表曲線的變化幅度，斜率在-l到1
之間變化時，等效應(yīng)力最大值的變化幅度最小，并且該最大值的最低點也在此區(qū)域內(nèi)，因此
參數(shù)的最佳范圍就是該區(qū)域。依據(jù)該原理，從表5的結(jié)果可以得出如下結(jié)論對于TiNbZrSn合金，分裂長度在3. 8mm_5. 2mm范圍，分裂寬度在0. 28mm-0. 39mm
范圍，對于牙根及樁的應(yīng)力值最小。 通過上述實驗1)和2)，得出如下結(jié)論 1. TiNbZrSn合金作為預(yù)成根管樁材料結(jié)合分裂設(shè)計的應(yīng)力緩沖模式可以減小牙根牙本質(zhì)的應(yīng)力分布。 2.對于TiNbZrSn合金，優(yōu)選出的最佳分裂長度為3. 8mm-5.2mm，分裂寬度為0. 28mm-0. 39mm。
權(quán)利要求
一種低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁，其特征在于，包括樁頭部(A)和樁體(B)，樁體(B)底部有錐形末端(G)，樁體(B)上部同心設(shè)置第一凸緣(C)和第二凸緣(D)，第二凸緣(D)和樁頭部(A)連接，所述的第二凸緣(D)的直徑大于第一凸緣(C)的直徑，第一凸緣(C)的直徑大于樁體(B)的直徑；在樁體(B)的外徑上有銳角螺紋(F)，銳角螺紋(F)起始于第一凸緣(C)和樁體(B)的交界處，終止于樁體(B)與錐形末端(G)的交界處；在樁體(B)底部開有分裂槽(E)，在第一凸緣(C)和第二凸緣(D)一側(cè)的徑向設(shè)有溢出道(H)，該溢出道(H)貫穿樁體(B)一側(cè)，且與分裂槽(E)連通。
2. 如權(quán)利要求1所述的低彈性模量鈦合金彈性預(yù)成根管樁，其特征在于，所述的分裂 槽(E)的長度為3. 8mm 5. 2mm，寬度為0. 28mm 0. 39mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的低彈性模量鈦合金彈性預(yù)成根管樁，其特征在于，所述的低彈 性模量的鈦合金預(yù)成根管樁的材料是TiNbZrSn合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低彈性模量的鈦合金預(yù)成根管樁，包括樁頭部和樁體，樁體底部有錐形末端，樁體上部同心設(shè)置兩個凸緣；在樁體的外徑上有銳角螺紋，銳角螺紋起始于第一凸緣和樁體的交界處，終止于樁體與錐形末端的交界處；在樁體底部開有分裂槽，在第一凸緣和第二凸緣一側(cè)的徑向設(shè)有溢出道，該溢出道貫穿于樁體一側(cè)外徑且與分裂槽連通。解決了金屬樁易引起根折的難題，提高臨床上樁核冠修復(fù)的遠期成功率，為預(yù)成金屬樁在臨床的更好應(yīng)用提供理論和實驗基礎(chǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號A61C5/08GK101732096SQ200910219209
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者孔亮, 汪娜, 郝玉琳, 陳永光, 高勃 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)