С.Д. Арутюнов¹, В.А. Ерошин², А.А. Перевезенцева¹, С.В. Апресян¹, А.В. Бойко²

¹ Кафедра стоматологии общей практики и подготовки зубных техников Московского Государственного Медико-Стоматологического Университета, Россия, 127473, Москва, ул. Делегатская, 20\1, e-mail: sd.arutyunov@mail.ru

²Институт механики Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова, Россия, 119192, Москва, Мичуринский проспект, 1, e-mail: mailband@mail.ru

Оценка прочностных характеристик временных несъемных зубных протезов.

Выбор материала для создания различных конструкций временных зубных протезов на сегодняшний день является актуальной проблемой ортопедической стоматологии. Если раньше пациентам приходилось длительное время находиться в состоянии ожидания изготовления протеза с препарированными зубами, то современные повышенные эстетические требования пациентов и желание комфортного существования делают такое «беззубое» ожидание невозможным для пациента. Значительное внимание сейчас уделяется прочностным и эстетическим характеристикам как материалов для временных ортопедических конструкций, так и самих конструкций, а так же поиск критериев, при соблюдении которых будет обеспечена долговременность работы конструкции зубных протезов.

Материалы и методы исследования

Основными задачами нашего исследования являются разработка методики определения величин допустимых жевательных нагрузок, приводящих к разрушению временных зубных протезов, изготовленных из различных провизорных материалов, а также подготовка рекомендаций о величинах допустимых нагрузок, при соблюдении которых может быть обеспечена долговременная работа протеза. Появление новых материалов, как правило, сопровождается яркой рекламой, однако информация об их физических свойствах(модулях Юнга, коэффициентах Пуассона, пределах прочности) крайне ограничена [1]. Необходимо подчеркнуть, что для оценки прочности и долговечности работы конструкции этих сведений недостаточно.

Наряду с определением величин допустимых жевательных нагрузок необходимо также иметь представление о значениях нагрузок, которые возникают при пережевывании пищи. Усилия, возникающие при откусывании (разгрызании) пищи различной твердости приведены в работе [2]. Только совместное использование этих данных позволяет выработать критерии прочности и дать пациентам необходимые рекомендации по составу меню в период использования временных зубных протезов.

При определении прогиба мостовидных протезов и консолей использовалась установка для определения модуля Юнга и методика измерения малых перемещений, разработанная для оценки подвижности дентальных имплантатов [2,3]. Способ измерения основан на регистрации положения центра светового пятна, создаваемого лучом лазерного излучателя, закрепленного на объекте исследования. Измерительный комплекс состоит из исследуемого объекта (имплантата или мостовидного протеза), лазерного излучателя, экрана, видеокамеры и компьютера. Видеопоток, поступающий на компьютер, разбивается на кадры и эта информация обрабатывается специальной программой, созданной на основе использования библиотеки компьютерного зрения Open CV[4]. Цикл обработки включает в себя следующие этапы:

-прием очередного кадра

-выделение в кадре пикселей, цветовые составляющие которых попадают в заданный диапазон

-расчет центра тяжести фигуры, образованной выделенными пикселями

-вывод на экран и сохранение в файле полученных координат светового пятна.

При проведении измерений использовалась web-камера Philips SPC900NS и ноутбук HP c операционной системой Windows XP.

Статические испытания

Статические испытания временных несъемных зубных протезов на прочность при изгибе проводились на установке по определению модуля Юнга. Схема измерения величины прогиба мостовидного протеза приведена на рис 1.

Рис.1 Схема измерения величины прогиба мостовидного протеза

Здесь 1,2-опорные зубы (22 и 26) с закрепленным на них мостовидным протезом протяженностью 5 единиц. Штифт 3, жестко соединенный с рычагом 4, вращающимся вокруг оси, проходящей через точку О, нагружается силой F. При этом точка падения луча лазера 5, закрепленного на рычаге ОА, совершает перемещение ξ на экране 6. Величина угла поворота φ рычага ОА и вертикальное перемещение середины протеза ∆ определяются по формулам: φ=ξ/L, ∆=φ ×ОА, где L-расстояние от центра вращения О до экрана (ξ˂˂L). Подробное описание методики измерения и точности получаемых результатов дано в работе [3].

Всего было исследовано около 50 мостовидных протезов протяженностью 3-5 единиц и более 25 консолей (2 единицы) из материала Синма-М (Стома, Украина.). Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сила F и прогиб ∆ временных мостовидных протезов.

F,Н	50	100	150	200	250	300	350	400	450
∆,мкм	150	300	440	580	730	880	1060	1260	150

Эти опытные данные характеризуют зависимость величины прогиба ∆ мкм середины мостовидного протеза протяженностью 5 единиц с опорами на зубы 22 и 26 от величины действующей силы F(Н). Приведенные в таблице средние значения получены для 15 образцов. Разброс опытных данных составляет ± 12%. Среднее значение предельной нагрузки, при которой происходило разрушение, составляет F_пр =(470±70) Н.

Эксперименты проводились также с мостовидными протезами протяженностью 3-4 единицы. Во всех случаях они выдерживали большие нагрузки. Следовательно, если делать прогноз долговечности конструкции на основе данных для мостовидных протезов протяженностью 5 единиц, то можно утверждать, что мостовидные конструкции меньшей протяженности будут служить дольше.

Отметим, что образцы нагружались сосредоточенными силами, приложенными в середине мостовидной конструкции. При использовании нагрузки, распределенной на 2 единицы, конструкция выдерживала значительно бóльшие (в 1,5-2 раза) нагрузки, т.е. такие же как и мостовидные конструкции протяженностью 3-4 единицы.

Разрушение мостовидных протезов происходило чаще всего в середине конструкции (развивалась трещина, которая шла снизу вверх слева или справа от средней (24 зуб) фасетки). В ряде случаев разрушение происходило в области опорных зубов. Иногда хрупкого разрушения не происходило, но при предельных нагрузках (порядка 300 Н и больше) пластические деформации быстро росли и мостовидная конструкция садилась на основание, на котором крепились опорные зубы (зазор между нижней частью мостовидной конструкции и основанием составлял 2-3мм). При этом остаточная деформация (при снятии нагрузки) составляла 50-100 мкм.

Результаты нагружения консолей из материала Синма-М (Стома, Украина) протяженностью 2 единицы (с опорой на зуб 26) приведены в таблице 2. Следует подчеркнуть, что предел прочности в этом случае сильно зависел от вида цемента: консоли, зафиксированные на временном цементе разрушались (точнее без разрушения сходили с опорных зубов) при нагрузках F_max ≈(100±30) Н. При фиксации на постоянный цемент они выдерживали в 1,5-2 раза бóльшие нагрузки. При этом ни одна из консолей не разрушилась. При дополнительном креплении коронки на опорном зубе с помощью жесткой накладки (типа струбцинки) они выдерживали в 2 раза бóльшую нагрузку, чем при фиксации на временный цемент. Затем при нагрузке 300-350 Н начинались пластические деформации или происходило хрупкое разрушение. При фиксации консоли на опорный зуб 22 они выдерживали в 1,5 раза меньшие нагрузки (в среднем 50-100 Н).

Таблица 2. Сила и прогиб консолей протезов.

F,Н	50	100	150	200	250
∆,мкм Временный цемент	230	470	800	-	-
∆,мкм Постонный цемент или накладка	110	220	340	470	620

Циклические нагрузки (усталостная прочность)

Сопротивление временных конструкций действию нагрузок, систематически изменяющих свою величину или величину и знак, существенно отличается от сопротивления тех же материалов статическому действию нагрузок. Усталостное разрушение временных протезов носит локальный характер и происходит в результате развития содержащихся в них реальных дефектов (неоднородностей, микротрещин и др.).

Как отмечалось выше, в литературе имеются некоторые сведения об усталостной прочности ряда провизорных материалов [1]. Анализ этих результатов показывает, что при циклическом нагружении на изгиб (10 000 циклов) образцов (25х2х2 мм³) из этих материалов с частотой 0.5 Гц допустимые нагрузки составляют 42-49% от предела статической прочности. Естественно предположить, что то же самое справедливо и для временных конструкций. В соответствии с этим в работе [2] был сформулирован следующий критерий усталостной прочности конструкции: жевательные нагрузки не должны превышать 42-49% от предела статической прочности. Как было показано выше для мостовидных протезов из материала Синма-М (Стома, Украина) протяженностью 5 единиц среднее значение предела статической прочности составляет F_пр≈ 470 Н. Следовательно, если жевательные нагрузки не превосходят 200-230 Н, протез должен выдерживать не менее 10000 циклов нагрузки. При этом необходимо учитывать не все жевательные движения, а только те, при которых жевательные усилия лежат в диапазоне 200-230 Н. Аналогичным образом получаем, что для консолей протяженностью 2 единицы с опорой на зуб 26 жевательные усилия не должны превышать 42-49Н, а при опоре на зуб 22 соответственно-27-32Н. В этих условиях согласно предложенному критерию временные зубные протезы должны служить от 6 месяцев до 1 года. Естественно, что справедливость предложенного критерия должна быть подтверждена экспериментально при циклическом нагружении.

В настоящее время нами подготовлена установка для испытания временных протезов на усталостную прочность при изгибе. Через каждые 5 000 циклов (при сохранении целостности конструкции) предполагается строить зависимость прогиба моста (или консоли) от величины приложенной нагрузки и следить за динамикой изменения ее жесткости.

Литература

1. Степанов Е.Н. Сравнительная характеристика современных материалов для временных несъемных конструкций зубных протезов. Дис… канд.мед.наук. Красноярский гос.мед.университет 2009.-115с.

2. Арутюнов С.Д., Ерошин В.А., Перевезенцева А.А., Бойко А.В., Широков И.Ю. Критерии прочности и долговременности временных несъемных зубных протезов//Научно-практический журнал Институт Стоматологии №4 (49), декабрь 2010 год, Раздел "Научные исследования" стр. 84-85

3. Ерошин В.А., Джалалова М.В., Бойко АВ., Арутюнов С.Д. Подвижность дентальных имплантатов: определение коэффициентов продольной жесткости и продольной стабильности//М.: Изд.Инст.механики МГУ, отчет №5030. 2009.-46с.

4. www.sourceforge.net/projects/OpenCVlibrary

5. Определение прочностных характеристик временных несъемных зубных протезов при циклическом нагружении/

Перевезенцева А.А., Апресян С.В.// секция ортопедической стоматологии, посвященная памяти профессоров В.Н. Копейкина и А.И. Дойникова. : тр. ХХХII Итоговая конф. молодых ученых- Москва, 2010. - стр. 316-317.