ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ МОСТОВИДНЫХ ЗУБНЫХ ПРОТЕЗОВ ИЗ НОВОГО РОССИЙСКОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ ПАЛЛАДИЯ ПАЛЛАДЕНТ УНИ

Полный текст

Введение В рамках реализации стратегии развития отечественного стоматологического материаловедения в об ласти благородных металлов сотрудниками ЦНИИС и ЧЛХ и АО «НПК «Суперметалл» создан новый усовершенствованный сплав на основе палладия для металлокерамических зубных протезов Палладент УНИ [1, 2]. Изучены основные физико-механические, коррозионные и технологические свойства нового сплава [3]. Возросшие эстетические требования приводят к созданию ажурных каркасов металлокерамических зубных протезов. Это может быть причиной поломки каркасов и сколов керамической облицовки. В ряде работ, посвящённым золотым и палладиевым сплавам для профилактики поломок мостовидных протезов из сплавов благородных металлов в клинической практике указано, что необходимо использовать научно обоснованные минимально допустимые размеры соединений опорных коронок и промежуточных фасеток. Известны такие работы по сплавам Суперпал (Палладент), Супер КМ (Плагодент) и Плагодент Плюс (все работы выполнены в России) [4]. Цель настоящей работы - определение минимально допустимых размеров соединений элементов мостовидного протеза из сплава Палладент УНИ в зависимости от протяжённости замещённого дефекта. Материал и методы Объект исследования - новый сплав на основе палладия Палладент УНИ для металлокерамических зубных протезов, состоящий из 50,9% палладия, 23,4% золота, 21,7% меди и 4% олова. Для проведения математического анализа методом конечных элементов нам были необходимы значения модуля Юнга, коэффициента Пуассона и условного предела текучести при изгибе образцов из сплава Палладент УНИ после литья и керамических покрытий. В качестве средних значений модуля Юнга, коэффициента Пуассона и условного предела текучести при изгибе керамических покрытий мы взяли значения, определённые ранее и описанные в работе Па-рунова В.А с соавт. [4], которые составили E=70,58, ц =0,21 и 80 МПа соответственно. Для проведения экспериментов в лаборатории «Стильдент» методом литья по выплавляемым восковым моделям подготовлено 6 образцов из сплава Палладент УНИ в виде плоскопараллельных пластин размером 5х5х0,3 мм для сканирующей микроскопии и 6 образцов цилиндрической формы из того же сплава длиной 22 мм и диаметром 2,5 мм. Изучение модуля Юнга и коэффициента Пуассона сплава Палладент УНИ выполняли при помощи сканирующей импульсной акустической микроскопии (СИАМ) в лаборатории акустической микроскопии института биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН (ИБХФ РАН). Сканирующую микроскопию плоских образцов сплава Палладент УНИ выполняли на аппарате СИАМ-1 (Россия), который сканировал образцы ультракороткими импульсами высокочастотного фокусированного пучка ультразвука. Программное обеспечение микроскопа позволило зафиксировать и разделить эхо-сигналы, отражённые на разной глубине образцов, определить временные задержки продольных, продольно-поперечных и поперечных волн. Из вычисленных средних скоростных характеристик сплава и керамических масс были найдены модули Юнга (E) и коэффициенты Пуассона (ц) для всех 6 образцов. Изучение предела текучести при изгибе сплава Палладент УНИ проводили механическим способом в лаборатории механических испытаний Центра коллективного пользования «Материаловедение и металлургия» НИТУ МИСиС на универсальной испытательной машине Z250 (Германия). В качестве программного обеспечения использовали программу Test Xpert v12.2. Исследование выполняли под постоянной скоростью нагружения (2 мм/мин), сосредоточенной нагрузкой посередине между неподвижными опорами. Расстояние между опорами составляло 14,5 мм. Полученные значения модулей Юнга, коэффициента Пуассона и предела текучести при изгибе статистически обработаны и получены средние значения. Для определения напряженно-деформированного состояния и минимально допустимых размерных параметров металлокерамических мостовидных зубных протезов мы использовали метод математического моделирования конечных элементов. В качестве виртуальной модели применяли модель, описанную в работе В.А. Парунова с соавт. [4] и доработанную в программе Geomagic Design X. Изучено 4 варианта мостовидных протезов различной протяженности: 1) мостовидный протез из трёх единиц с фасеткой вместо премоляра; 2) мостовидный протез из трёх единиц с фасеткой вместо моляра; 3) мостовидный протез из четырёх единиц с фасетками вместо двух премоляров; 4) мостовидный протез из четырёх единиц с фасетками вместо премоляра и моляра. Исследование напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов проводили в программе Ansys R 18.0, в которую загрузили виртуальную модель, и свойства материалов, найденные ранее (модуль Юнга, коэффициент Пуассона и предел текучести при изгибе). Задали граничные условия и нагрузку. Виртуальную модель нагружали вертикально в середине окклюзионной поверхности (90° к окклюзионной поверхности) и под углом 45° к окклюзионной плоскости в области язычных бугров с силой, равной 300 H (ссылки). Подвижность опорных зубов не учитывали. Размеры соединений в мостовидном протезе, при которых возникали напряжения, превышающие условный предел текучести при изгибе сплава Палла-дент УНИ, считали непригодными. Полученные результаты математического моделирования и изучения напряжённо-деформированного состояния позволили создать таблицы минимально-допустимых размерных параметров соединений опорных коронок и фасеток металлокерамических мостовидных протезов из сплава на основе палладия Палладент УНИ. Результаты По результатам импульсной акустической микроскопии образцов из сплава Палладент УНИ определены средние значения модуля Юнга (Е) и коэффициента Пуассона (ц), которые составили 172,25 ±11,20 ГПа и 0,31 ± 0,023 соответственно. По результатам механических испытаний предел текучести при изгибе образцов из сплава Палладент УНИ составил 440±34,38 МПа. Полученные значения упругих свойств сплава Палладент УНИ и керамических покрытий использовали при дальнейших расчётах. В результате математического моделирования мы получили картину распределения напряжений в объёме металлокерамического протеза с возможностью оценки произвольного сечения модели см. рисунок на вклейке). Наиболее деформируемые участки мостовидных зубных протезов находятся в местах соединения опорных коронок и промежуточных частей (фасеток), что было установлено ранее в диссертации А.И. Лебеденко. Применение металлокерамических зубных протезов на каркасах из золотого сплава «Супер КМ» подтверждено в работе В.А. Парунова с соавт. [4]. В отличие от золотых сплавов Плагодент и Плагодент Плюс, когда напряжения при нагрузке в 45° всегда превышали напряжения при нагрузке в 90° для всех вариантов фасеток, у палладиевого сплава Палладент УНИ в случае применения одиночных фасеток (премоляров и моляров) напряжения при нагрузке в 90° превышали напряжения при нагрузке в 45°. Это, по-видимому, связано с тем, что при меньших размерах сечения соединений фасеток и коронок, которые определяются высокими физикомеханическими свойствами палладиевых сплавов, основным видом напряжения при нагрузке становится напряжение сдвига и кручения, а влияние изгиба становится меньше. Поэтому для определения минимальных значений размерных параметров каркасов металлокерамических мостовидных протезов из сплава Палладент УНИ мы использовали значения напряжений, полученные при нагрузке в 90° для одиночных фасеток (премоляр или моляр) и при нагрузке в 45° для двойных фасеток (премоляр/премоляр и премоляр/моляр). Полученные минимально допустимые размеры каркасов металлокерамических протезов из сплава Палладент УНИ мы свели в единую таблицу. Заключение. Проведение физико-механических испытаний и математического моделирования методом конечных элементов позволило определить минимально допустимые параметры размеров соединения опорных коронок и промежуточных частей каркасов из нового отечественного сплава на основе палладия Палладент УНИ для металлокерамических мостовидных зубных протезов и рекомендовать их использование для клинического использования.

Об авторах

Виталий Анатольевич Парунов

ФГБУ «Центральный НИИ стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России

Email: vparunov@mail.ru
канд. мед. наук, старший научный сотрудник лаборатории материаловедения ЦНИИС и ЧЛХ 119991, г. Москва

И. Ю Лебеденко

ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов»

117198, г. Москва

А. А Дружинин

ФГБОУ Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова Минздрава России

127473, г. Москва

А. Ю Яковчук

Е. А Мороков

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

117997, г. Москва

Список литературы

Дополнительные файлы