Напряженно-деформированное состояние в протезной конструкции на дентальном имплантате при цементной фиксации искусственной коронки

В практике дентальной имплантологии широко распространен цементный метод фиксации искусственной коронки к опорному абатменту внутрикостного дентального имплантата. В то же время нередки случаи расцементировки коронок на имплантатах, что приводит к микроподвижности протезной конструкции и расшатыванию имплантата. Недостаточно надежная фиксация протеза к абатменту имплантата способствует возникновению прогрессирующей резорбции периимплантатной костной ткани [1–4, 5, 7, 8, 10].

При этом на современном этапе исследований в области материаловедения и конструирования имеются высокоинформативные методы изучения прочностных параметров, в частности широко используется математическое моделирование напряженно-деформированного состояния конструкций методом конечных элементов [6, 9].

Целью представленного исследования является математический анализ прочности цементного соединения искусственной коронки и дентального имплантата при воздействии вертикальных и наклонных функциональных нагрузок.

Материал и методы исследования

С использованием программного комплекса ANSYS ( ANSYS Inc. , США) проведено математическое моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния в материалах металлокерамической коронки, фиксирующего цемента, титанового дентального имплантата. Расчеты выполнялись в физически и геометрически нелинейной постановке. Трехмерная математическая модель внутрикостного имплантата с цементной фиксацией металлокерамической коронки соответствовала натуральному образцу по конструкции и физико-механическим параметрам материалов (рис. 1, табл. 1). Нагрузка величиной 150 Н прикладывалась к окклюзионной поверхности коронки в двух вариантах (в вертикальном направлении и под углом 45 °). Анализировалось распределение напряжений во всех элементах протезной конструкции и имплантата по величине (МПа), запасу прочности, смещению (мкм), эквивалентной пластической деформации (ε пл , %).

Рис. 1. Модель внутрикостного имплантата с цементной фиксацией металлокерамической коронки: 1 – имплантат; 2 – винт абатмента; 3 – абатмент; 4 – цемент; 5 – металлический каркас коронки; 6 – керамическая облицовка

Таблица 1

Характеристики материалов математической модели

Материал	Модуль упругости E , ГПа	Коэффициент Пуассона	Модуль упрочнения, МПа	Предел текучести, МПа
Керамика	70	0,19	3182	320
Кобальт-хромовый сплав	220	0,30	500	320
Стеклоиономерный цемент	20,9	0,35	10	120
Титан	113,8	0,32	490	880

Результаты исследования

При вертикальной функциональной нагрузке трехмерное математическое моделирование напряженно-деформированного состояния в протезной конструкции и имплантате при цементной фиксации коронок показало достаточный запас прочности в абатменте, его винте, имплантате, керамике и металлокерамическом каркасе коронки и цементе (табл. 2, рис. 2). Минимальный запас прочности (0,99) с возникновением необратимых пластических деформаций и частичным разрушением характерен для слоя цемента у края искусственной коронки. Перемещения конструкционных материалов под нагрузкой не превышали 4 мкм.

Значительное увеличение напряжений и смещений во всех зонах коронки на имплантате зарегистрировано в условиях приложения нагрузки под углом 45 ° к окклюзионной поверхности.

Таблица 2

Параметры напряженно-деформированного состояния металлокерамической коронки и опорного имплантата при цементной фиксации

Область анализа	Эквивалентные напряжения, МПа		Запас прочности		Перемещение, мкм
	в	н	в	н	в	н
Абатмент	71	853	12,4	1,03	2	113
Винт абатмента	1	875	> 10	1,01	0	63
Имплантат	53	882	16,5	1,00	0	4
Керамика	90	60	3,64	5,34	4	154
Каркас коронки	87	181	3,68	1,77	1	125
Цемент	119	179	0,99 ε пл ~ 3 %	0,67 ε пл ~ 7 %	2	114

Примечание: в – вертикальная нагрузка; н – наклонная нагрузка.

а

Рис. 2. Распределение эквивалентных напряжений в металлокерамической коронке и опорном имплантате при цементной фиксации (150 Н): а – вертикальная нагрузка; б – наклонная нагрузка

б

При цементной фиксации коронки и наклонном направлении нагрузки исчерпывается запас прочности стеклоиономерного цемента (0,67), что приводит к его растрескиванию и выкрашиванию. Предельные запасы прочности отмечаются в пришеечной зоне винта абатмента, имплантата (запас прочности соответственно 1,01–1,00). При наклонной нагрузке существенно увеличивается смещение материалов конструкции (от 4 мкм в имплантате до 113 мкм в абатменте и до 154 мкм в коронке).

Выводы

• 1.    Все элементы протезной конструкции и имплантата при цементной фиксации искусственной коронки к имплантату имеют достаточную прочность при вертикальной функциональной нагрузке.

• 2.    Отклонение нагрузки от вертикали вызывает пластические деформации в фиксирующем цементе, а также в пришеечной зоне имплантата и винта абатмента.

• 3.    Выбор цементной фиксации искусственной коронки к имплантату оправдан при установке внутрикостного имплантата в положение, максимально приближенное к вертикальной оси искусственной коронки.