بررسی توزیع تنش در دندان انسان

اساسا سه راه مختلف وجود دارد که در آن تجزیه و تحلیل تنش می تواند انجام شود: تحلیلی، تجربی و محاسباتی.

بررسی توزیع تنش در دندان انسان به روش تحلیلی نشان دهنده استفاده از فرم بسته معادلات ریاضی برای توصیف توزیع تنش یک ساختار است. به طور کلی، سیستم های بیولوژیکی برای تحلیل رفتار بیش از حد پیچیده هستند. دندان انسان یک مثال خوب از پیچیدگی چند سیستم است: هندسه بسیار پیچیده، دندان ها از ۴ مواد پیچیده (مینای دندان ، عاج، پالپ، و پریودنشیوم) تشکیل شده است ، و توزیع نیروی ناشی از جویدن یا کار دندان، از دندان به دندان و در افراد مختلف، به صورت قابل توجهی متفاوت است. به طور خلاصه، هیچ توصیف تنش تحلیلی برای دندان انسان وجود ندارد.

بررسی توزیع تنش در دندان انسان به روش  تجربی بسیاری در حوزه ی تنش در سیستم های دندان انسان انجام شده است.  به عنوان مثال، تنش فیزیکی را می توان بر روی دندان اندازه گیری کرد که استخراج شده اند  (Palamara و همکاران، ۲۰۰۲). البته، هیچ تعمیمی نمی توان به این نتایج داد زیرا  این نتایج استخراج شده همیشه برای یک آسیب شناسی خاص می باشند. علاوه بر این، اطلاعات استخراج شده از دندان ها ممکن است دقیقا به همان شیوه در داخل بدن رفتار نکنند (با توجه به dessication و دیگر تغییرات بیولوژیکی (وقتی که نگهداری از دندان دیگر ضروری نبوده ) و این واقعیت که دندان دیگرتوسط پریودنشیوم پشتیبانی نمی شود).

نوع های دیگری از روشهای تجربی برای مطالعه توزیع تنش وجود دارد، برای مثال، تجزیه و تحلیل فتوالاستیک (Topbasi و همکاران، ۲۰۰۱؛ Ochiai و همکاران، ۲۰۰۳؛ وانگ و همکاران، ۲۰۰۴). در این روش، شکل دندان از مواد پلاستیکی برش خورده می باشد استفاده می شود که خواص درخشندگی و شفافیت آنها هنگامی که به آن ها نیرو وارد شود، تغییر می کند. بنابراین، اگر یک نور به این مواد که تحت تنش هستند تابانده شود، الگوی خاصی نمایان می شود که نشان دهنده ی توزیع تنش و نقاط تمرکز تنش در این مواد می باشد . این روش برای به دست آوردن اطلاعات بسیار کلی در مورد توزیع تنش مفید است، اما نمی توان آن را جواب و راه حلی برای مواد مختلف و ماهیت ۳ بعدی دندان در نظر گرفت. علاوه بر اینها، آزمایشات تجربی فرآیند گران و وقت گیر است، و هر آزمایش تجربی تنها برای یک شکل دندان خاص جواب به دست می هد و نه یک راه حل کلی برای توصیف توزیع تنش در هر دندان.

بررسی توزیع تنش در دندان انسان با استفاده از روشهای محاسباتی به نظر می رسد طبیعی ترین راه برای نزدیک شدن و حل این مشکل است. این فرایند تجربی می توان در کامپیوتر شبیه سازی و تکرار شده و برای نمونه های مجازی مورد بررسی و مشاهده قرار گیرد. در این حال، تغییر خصوصیات مواد یا اشکال و به دست آوردن نتایج جدید بسیار آسان می باشد . بسیاری از محققان از کامپیوتر برای تجزیه و تحلیل ساختار دندان از جمله دندان انسان استفاده کرده اند. از روش های محاسباتی اولیه مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل تنش، امروزه تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) است.

تکنیک های روش FEA برای مطالعه سیستم های مختلف دندان پزشکی، به عنوان مثال، علت ضایعه گردنی (تاناکا و همکاران، ۲۰۰۳)، توزیع تنش کاهش یافته پس از ترمیم (ورسلویز و همکاران، ۲۰۰۴)، نقش میزان اطمینان سفت شدن پس از ترمیم (لانزا و همکاران ، ۲۰۰۵)، تنش در روپلاک ترمیم ( پیچی که در دندان برای ترمیم به کار می رود) دندان (Asmussen و همکاران ۲۰۰۵٫)، توزیع تنش برای سیستم های کامپوزیتی سفارشی (جنووسی، و همکاران ، ۲۰۰۵)، و میزان کرنش در برآمدگی های لبه ای  (Palamara و همکاران، ۲۰۰۲)، و غیره منطبق شده و مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش یک مدل هندسی توسعه داده شده و سپس یک “مش” با تقسیم هندسه به عناصر مستطیل و یا آجر شکل ایجاد می شود.

در تمام مطالعات FEA چهار مجموعه پارامتر وجود دارد که به وسیله ی آن می توان به طور کامل مدل را تعریف کرد: هندسه، رفتار ماده، بارگذاری و شرایط مرزی (BC’s). هنگامی که مدل به طور کامل تعریف و مش زده شده، تجزیه و تحلیل تنش انجام شده و توزیع تنش به دست می آید(معمولا به صورت گرافیکی).

تعریف هندسه دندان اولین و احتمالا بزرگترین چالش برای آنالیز تنش می باشد. و بار دیگر، پیچیدگی ساختار بیولوژیکی این را دشوار می کند. بسیاری از محققان مدل هایی که تنها می تواند برای حل یک مشکل فردی مورد استفاده قرار گیرد را توسعه داده اند. (Borcic و همکاران، ۲۰۰۵؛ Ausiello و همکاران، ۲۰۰۱؛ Toparli و همکاران، ۲۰۰۳؛ Arola و همکاران، ۲۰۰۱؛ Dejak و همکاران، ۲۰۰۳؛ Toparli و ساساکی، ۲۰۰۳؛ لین و همکاران، ۲۰۰۶؛ Romeed . و همکاران، ۲۰۰۴؛ تام و ابرهارت و همکاران، ۲۰۰۳).

به عنوان مثال، در یک مدل FEA برای دندان آسیاب کوچک فک پایین که تحت چهار نیروی نقطه ای متمرکز قرار دارد به تجزیه و تحلیل کرنش در برآمدگی های به وجود آمده در لبه ها هنگام جویدن پرداخته شده است (Palamara و همکاران، ۲۰۰۲). این مدل تنها نتایج مربوط به  دندان اسیاب کوچک تحت بارهای متمرکز را می دهد. از این کار برای انواع دندان های دیگر (به عنوان مثال، دندان عقل، دندان انسیزور، و غیره) و یا بارگذاری (به عنوان مثال جویدن، فشردن دندانها ، و غیره) نمی توان استفاده نمود. همچنین، در این تحقیق برای ساده کردن روند، مینای دندان، لیگامان پریودنتال، استخوان دندان و بافت دندان را در نظر گرفته نشده اند.

در این مورد نتایج تا زمانی که تنها توزیع تنش در امتداد برآمدگی های به وجود آمده در لبه ها بررسی شود ممکن است بدون تغییر باشند . با این حال، یک مدل کلی تر که می تواند برای  اهداف دیگر مورد استفاده قرار گیرد پیشرفت خوبی خواهد بود.

به تازگی برخی روش ها برای تجزیه و تحلیل بیومکانیکی دندانهای طبیعی و ترمیم شده معرفی شده اند . چانگ و همکاران. (۲۰۰۳)  یک روش انتگرالی برای تولید هر نوع هندسه مدل دندان انسان بر اساس برش از یک نمونه دندان توسعه دادند. به دلیل پیچیدگی شکل و ساختار دندان انسان، این روش شامل مجموعه ای از تکنیک های پیچیده و همچنین ابزارهای خاص می باشد. ماغنی (۲۰۰۶) نیز یک روش سیستماتیک و منظم برای تولید مدل های المان محدود ساختار دندان و ترمیم توسعه داد. این نیز پیچیده و نیازمند دانش تخصصی می باشد.

تکنیک های پیچیده و بسیار تخصصی در این دو مطالعه مانع از تکرار راحت آنها برای هندسه های مختلف، بارها و شرایط مرزی مختلف و غیره  می شود. لین و همکاران. (۱۹۹۹) یک روش برای مش خودکار مدل المان محدود سه بعدی برای دندان آسیاب کوچک  فک بالا توسعه دادند. با این حال، این کارها یک رویکرد یکپارچه برای تمام روندهای CAD و FEA نیست.

برخی تحقیقات یک مدل هندسی المان محدود به صورت مستقیم برای فرم مجزا (در شکل گسسته) ایجاد کردند (Palamara، ۲۰۰۲؛ Toparli و همکاران، ۲۰۰۳؛ Arola و همکاران، ۲۰۰۱؛ Dejak و همکاران، ۲۰۰۳؛ Toparli و ساساکی، ۲۰۰۳؛ لین و همکاران، ۲۰۰۶؛ Romeed و همکاران، ۲۰۰۴؛ تام و ابرهارت و همکاران AL، ۲۰۰۳).

در این راه، هندسه صاف و ظریف و دقیق نیست. این موضوع ممکن است به نتایج غیر قابل اعتماد و یا حتی منجر به نتیجه نگرفتن به دلیل شکست مش شود. به همین دلیل، ساخت هندسه مدل CAD صاف و دقیق و سپس انتقال آن  برای تجزیه و تحلیل المان محدود ترجیح داده می شود (Borcic و همکاران، ۲۰۰۵؛ Ausiello و همکاران، ۲۰۰۱؛ و Magne، ۲۰۰۶؛ چانگ و همکاران، ۲۰۰۳) .

برای سفارش تحلیل المان محدود در دندانپزشکی با شماره ۰۹۱۵۸۸۲۰۱۸۹ تماس بگیرید.