Finite element analysis of maxillary central incisors restored with various post-and-core applicaions

Abstract

The purpose of this study was to investigate the effect of rigidity of post core systems on stress distribution by the theoretical technique, finite element stress-analysis method. Three-dimensional finite element models simulating an endodontically treated maxillary central incisor restored with a zirconia ceramic crown were prepared and 1.5 mm ferrule height was provided. Each model contained cortical bone, trabecular bone, periodontal ligament, 4 mm apical root canal filling, and post-and-core. Six combinations of three parallel type post (zirconia ceramic, glass fiber, and stainless steel) and two core (Paracore and Tetric ceram) materials were evaluated, respectively. A 50 N static occlusal load was applied to the palatal surface of the crown with a 60ºangle to the long axis of the tooth. The differences in stress transfer characteristics of the models were analyzed. von Mises stresses were chosen for presentation of results and maximum displacement and hydrostatic pressure were also calculated. An increase of the elastic modulus of the post material increased the stress, but shifted the maximum stress location from the dentin surface to the post material. Buccal side of cervical region (junction of core and crown) of the glass fiber post restored tooth was subjected to the highest stress concentration. Maximum von Mises stress in the remaining radicular tooth structure for low elastic modulus resin core (29.21 MPa) was slightly higher than that for high elastic modulus resin core (29.14 MPa) in case of glass fiber post. Maximum displacement of glass fiber post restored tooth was higher than that of zirconia ceramic or stainless steel post restored tooth. 근관 치료된 치아의 수복에 있어서 파절은 가장 중요하게 고려되는 점이다. 포스트를 사용해서 수복한다는 것은 치수와 다른 단단한 물질을 근관 내에 삽입한다는 것으로 자연스럽지 못한 구조를 만들어서 고유의 응력분산을 변화시킨다. 오랫동안 수많이 in vitro 연구들이 post-and-core로 수복된 치아의 파절 저항에 대해서 이루어졌지만 어떤 것이 최상의 선택인지에 대해서는 많은 상충되는 관점들이 존재한다. 본 연구의 목적은 유한요소분석법을 사용하여 post-and-core system의 물리적인 성질이 치질의 응력분산에 미치는 영향을 분석하고 어떤 조합이 파절 저항에 도움이 되는지를 알아보는 것이다. 근관 치료된 상악 중절치를 삼차원 유한 요소법으로 Modeling하였다. 1.5 mm의 ferrule 높이를 부여하고 외관은 zirconia ceramic crown으로 지정하였다. 세가지 평행한 형태의 포스트 (zirconia ceramic, glass fiber, and stainless steel)와 두 가지 코어 (Paracore and Tetric ceram) 물질을 6개의 모델로 조합하였다. 각각의 모델은 해면골, 피질골, 치주인대, 그리고 4 mm 근관 충전을 가지도록 설계하였다. 50 N의 정적인 교합력이 치아 장축에서 60도 각도로 치관의 설면에 적용시켰다. 모델들의 응력전달 특징의 차이를 분석하였고, 결과를 나타내는 데는 Maximum von Mises stress 값을 사용하였고 최대 변위량과 정수압도 계산하였다. Glass fiber post로 수복된 경우 높은 탄성계수를 가진 레진 코어 모델 (29.14 MPa)에서 낮은 탄성계수의 코어 모델 (29.21 MPa)보다 더 낮은 응력이 발생하였다. Glass fiber post로 수복된 모델 (0.03497-0.03499 mm)은 다른 포스트로 수복된 모델들 (0.03245-0.03452 mm)보다 더 많은 최대 변위량을 보였다.