Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти

Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти

Автор: Розов Р.А., Хигучи К.У., Брунски Д., Трезубов В.Н., Смердов А.А., Мишнев М.Л.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 3 (101) т.27, 2023 года.

Бесплатный доступ

Имплантационный протез может иметь всего три опорных имплантата, и утрата одного из них может повлечь за собой потерю всей конструкции. Каркасом конструкции Trefoil является стандартная балка из высокопрочного титана. При циклическом нагружении металлов и металлических конструкций возникает эффект, уменьшающий прочностные характеристики - усталость. Предел усталости - значение напряжений, ниже которых разрушить конструкцию циклической нагрузкой невозможно. Целью работы является выбор тактики ведения пациента с утратой дистального имплантата и ее обоснование на основании результатов трехмерного конечно-элементного анализа влияния утраты одного дентального имплантата на биомеханику имплантационного протеза нижней челюсти с тремя опорами. Моделирование нагружения мостовидного протеза осуществлялось с помощью пакета для конечно-элементного анализа Ansys 19.3. Решалась задача определения напряженно-деформированного состояния протеза и его составных частей - имплантатов и непосредственно каркаса - балки. По полученным значениям напряжений делался вывод о состоянии металлических конструкций при циклическом силовом воздействии. Геометрическая модель представлена нижней челюстью, включающей компактный и губчатый слои, мостовидной конструкцией с двумя имплантатами, ввернутыми в резьбу губчатого слоя, и зубами, закрепленными на имплантационной конструкции. Для ее получения использованы результаты компьютерной конусно-лучевой томограммы реального пациента. Конечно-элементная модель состоит из 383 507 тетраэдральных элементов второго порядка и 619 339 узлов. Составные части соединены между собой контактными элементами типа Bonded , имитирующими жесткое соединение без проскальзывания. В соответствии со значением предела усталости для нагруженной титановой имплантационной конструкции 220 МПа сделан вывод о том, что при нагрузке 100 Н конструкция протяженного протеза, в которой возникают максимальные напряжения 154 МПа в случае нагружения левой части челюсти, может выдержать неограниченное количество циклов нагружения. Определена врачебная тактика при возможном выключении из функции или удалении одного из трех опорноудерживающих имплантатов конструкции Trefoil : необходимо отказаться от демонтажа протеза до момента реимплантации.

Еще

Протезирование с опорой на дентальные имплантаты, ортопедическая стоматология, нижняя челюсть, trefoil, конечно-элементный анализ

Короткий адрес: https://sciup.org/146282779

IDR: 146282779   |   DOI: 10.15593/RZhBiomech/2023.3.02

Список литературы Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти

  • Самуйлов И.В., Давыдов М.В., Рубникович С.П., Барадина И.Н. Алгоритм оценки изменений функционального состояния мышц челюстно-лицевой области у атлетов с индивидуальными окклюзионными релаксирующими шинами или каппами // Российский журнал биомеханики. - 2021. - Т. 25, № 3. - С. 255-272. Б01: 10.15593ЖаБюшеЬ/2021.3.03
  • Джеббар Н., Бачири А., Бутабут Б. Трехмерный конечно-элементный анализ влияния ударной нагрузки от импактора переменной массы на распределение напряжений на поверхности «кость - имплантант» // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 1. -С. 10-21. Б01: 10.15593Ж7ЬБюшеЬ/2023.1.01
  • Жернаков В.С., Мардимасова Т.Н., Акбашев В.Р. Прогнозирование усталостной прочности стержня с выточкой из наноструктурного титанового сплава при симметричном циклическом изгибе // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2016. - Т. 20, № 2(72). -С. 17-22.
  • Иванова В. С. Современные представления о природе усталостного разрушения и новые направления исследований // Усталость металлов и сплавов. - М.: Наука. - 1971. - С. 3-14.
  • Розов Р.А., Трезубов В.Н., Герасимов А.Б., Копылов М.В., Азарин Г.С. Клинический анализ ближайших и отдаленных результатов применения имплантационного протезирования «Трефойл» в России // Стоматология. -2020. - Т. 99, № 5. - С. 50-57.
  • Розов Р.А., Трезубов В.Н., Ураков А.Л., Азарин Г.С., Решетников А.П., Копылов М.В. Критериальная система оценки реальных компетенций врачей-стоматологов, занимающихся дентальной имплантологией. Результаты анализа 43 портфолио молодых врачей-стоматологов // Стоматология. - 2019. - № 3. - С. 4-11.
  • Розов Р.А., Трезубов В.Н., Ткачева О.Н., Кабанов М.Ю., Фролова Е.В., Арутюнов С.Д., Герасимов А.Б. Непосредственное имплантационное протезирование на нижней челюсти протяженной металлополимерной конструкцией со стандартным каркасом и тремя искусственными опорами у пациентов пожилого возраста: результаты 3 летнего перспективного одногруппового когортного исследования // Успехи геронтологии. - 2022. - Т. 35, № 5. - С. 755-765.
  • Розов Р.А., Кабанов М.Ю., Трезубов В.Н. Утрата звеньев жевательного аппарата - инвалидность или инвалидизация? // Успехи геронтологии. - 2021. - Т. 34, № 2. - С. 232-238.
  • Трезубов В.Н., Розов Р.А., Азарин Г.С. Концептуальный подход к классификации протяжённых имплантационных замещающих конструкций, использующихся у пациентов с полной потерей зубов // Стоматология. - 2017. - Т. 96, № 1 (1). - С. 51-55.
  • Федорова Н.В., Ларичкин А.Ю., Шевела А.А. Моделирование нагрузок, создаваемых мостовидным зубным протезом с опорой на имплантаты верхней челюсти // Российский журнал биомеханики. - 2022. -Т. 26, № 2. - С. 56-66. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2022.2.05
  • Чечулин Б.Б. Титановые сплавы в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1977. - Т. 248. - С. 28.
  • Джалалова М.В., Степанов А.Г., Апресян С.В., Оганян А.И. Численное исследование напряженно-деформированного состояния штифтовых культевых конструкций из диоксида циркония, изготовленных с использованием CAD/CAM-технологий // Российский журнал биомеханики. - 2023. - Т. 27, № 1. - С. 22-30. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2023.1.02
  • Шабалин В. И. Экспериментальное исследование формы кривой усталости металлов // Прочность металлов при циклических нагрузках: материалы IV совещания по усталости металлов. - М.: Наука, 1967. — С. 162-169.
  • Розов Р.А., Трезубов В.Н., Гветадзе Р.Ш. Экспериментальное моделирование функциональной нагрузки нижней челюсти при протезировании с опорой на имплантаты в неблагоприятных клинических условиях // Стоматология. - 2022. - Т. 101, № 6. -С. 28-34.
  • Aouini W., Lambert F., Vrielinck L., Vandenberghe B. Patient eligibility for standardized treatment of the edentulous mandible: Aretrospective CBCT-based assessment of mandibular morphology // J. Clin. Med. -2019. Vol. 8, No. 5. - P. 1-9.
  • Borgonovo A.E., Galbiati S.L.M., Re D. Trefoil system for the treatment of mandibular edentulism: a case report with 30 months follow-up // Case Rep. Dent. - 2020. -Vol. 2020. - P. 1-6. DOI: 10.1155/2020/8845649.
  • Brandao T.B., Vechiato-Filho A.J., Vedovato E., Silva L.S., Dos Santos Silva A.R., Brito E Dias R., de Souza Batista V.E. Is the Fixed Mandibular 3-Implant Retained Prosthesis Safe and Predicable for Full-Arch Mandibular Prostheses? A Systematic Review // J. Prosthodont. - 2021. - Vol. 30, No. 2. - P. 119-127. DOI: 10.1111/jopr.13253.
  • Brunski J.B., Puleo D.A., Nanci A. Biomaterials and biomechanics of oral and maxillofacial implants: current status and future developments // Int. J. Oral. Maxillofac Implants. - 2000. - Vol. 15, No. 1. - P. 15-46.
  • Chen C.H., Wang L., Serdar Tulu U. An osteopenic/osteoporotic phenotype delays alveolar bone repair // Bone. - 2018. - Vol. 112. - P. 212-219. DOI: 10.1016/j.bone.2018.04.019
  • Deste G., Durkan R. Effects of all on four implant designs in mandible on implants and the surrounding bone: A 3-D finite element analysis // Niger J. Clin. Pract. - 2020. - Vol. 23. -P. 456-463.
  • Elsayyad A.A., Abbas N.A., AbdelNabi N.M., Osman R.B. Biomechanics of 3-implant-supported and 4-implant-supported mandibular screw-retained prostheses: A 3D finite element analysis study // J. Prosthet Dent. - 2020. -Vol. 124, No. 1. DOI: 10.1016/j.prosdent.2020.01.015.
  • Falcinelli C., Valente F., Vasta M., Traini T. Finite element analysis in implant dentistry: State of the art and future directions // Dent. Mater. - 2023. - Vol. 39, No. 6. -P. 539-556. DOI: 10.1016/j.dental.2023.04.002
  • Freitas J.P., Agostinho Hernandez B., Gonfalves P.J.P., Baptista E.C., Capello Sousa E.A. Novel and simplified optimisation pathway using response surface and design of experiments methodologies for dental implants based on the stress of the cortical bone // Proc. Inst. Mech Eng. H. - 2021. - Vol. 235, No. 11. - P. 1297-1309. DOI: 10.1177/09544119211025375
  • Gurbuz A., Guflu Z.B., Deste Gokay G., Durkan R. Biomechanical comparison of different prosthetic materials and posterior implant angles in all-on-4 treatment concept by three-dimensional finite element analysis // Biomed Tech - 2022. - Vol. 67, No. 4. - P. 307-315. DOI: 10.1515/bmt-2022-0109.
  • Guflu Z.B., Gurbuz A., Deste Gokay G., Durkan R., Oyar P. Mechanical response of different frameworks for maxillary all-on-four implant-supported fixed dental prosthesis: 3D finite element analysis // Biomed Tech. - 2022. - Vol. 67, No. 5. - P. 419-428. DOI: 10.1515/bmt-2022-0176
  • Higuchi K., Rosenberg R., Davo R., Albanese M., Liddelow G. A Prospective Single-Cohort Multicenter Study of an Innovative Prefabricated Three-Implant-Supported Full-Arch Prosthesis for Treatment of Edentulous Mandible: 1-year Report // Int. J. Oral. Maxillofac Implants. - 2020. -Vol. 35, No. 1. - P. 150-159. DOI: 10.11607/jomi.7650
  • Hirani M., Devine M., Obisesan O., Bryant C. The use of three implants to support a fixed prosthesis in the management of the edentulous mandible: a systematic review // Int J Implant Dent. - 2022. - Vol. 17, No. 8. - P. 1-11. DOI: 10.1186/s40729-022-00423-5
  • Hosseini-Faradonbeh S.A., Katoozian H.R. Biomechanical evaluations of the long-term stability of dental implant using finite element modeling method: a systematic review // J Adv Prosthodont. - 2022. - Vol. 14, No. 3. - P. 182-202. DOI: 10.4047/jap.2022.14.3.182
  • Karl M., Carretta R., Higuchi K.W. Passivity of fit of a novel prefabricated implant-supported mandibular full-arch reconstruction: A comparative in vitro study // Int J Prosthodont. - 2018. - Vol. 31. - P. 440-442.
  • Lee H., Jo M., Noh G. Biomechanical effects of dental implant diameter, connection type, and bone density on microgap formation and fatigue failure: A finite element analysis // Comput Methods Programs Biomed. - 2021. -Vol. 200. DOI: 10.1016/j.cmpb.2020.105863
  • Niroomand M.R., Arabbeiki M. Effect of the dimensions of implant body and thread on bone resorption and stability in trapezoidal threaded dental implants: a sensitivity analysis and optimization // Comput Methods Biomech Biomed Engin. - 2020. - Vol. 23, No. 13. - P. 1005-1013. DOI: 10.1080/10255842.2020.1782390
  • Menini M., Pesce P., Bevilacqua M., Pera F., Tealdo T., Barberis F., Effect of framework in an implant-supported full-arch fixed prosthesis: 3D finite element analysis // Int. J. Prosthodont. - 2015. - Vol. 28. -P. 627-630.
  • Merdji A., Taharou B., Hillstrom R., Finite-Element Study of Biomechanical Explanations for Bone Loss around Dental Implants // J. Long Term Eff. Med. Implants. -2020. - Vol. 30, No. 1. - P. 21-30. DOI: 10.1615/JLongTermEffMedImplants.2020035028
  • Mohamed M., Westover L. Evaluating the dynamic behaviour of bone anchored hearing aids using a finite element model and its applications to implant stability assessment // Med. Biol. Eng. Comput. - 2022, Vol. 60, No. 10. - P. 2779-2795. DOI: 10.1007/s11517-022-02607-y
  • Monje A., Ravida A., Wang H.L., Helms J.A., Brunski J.B. Relationship Between Primary/Mechanical and Secondary/Biological Implant Stability // Int. J. Oral. Maxillofac Implants. - 2019. - Vol. 34. - P. 7-23. DOI: 10.11607/jomi.19suppl.g1
  • Murugaian J., Ganesan L., Shankar M.S.S., Annapoorni H. A. comparative evaluation of stress distribution between an All-on-Four implant-supported prosthesis and the Trefoil implant-supported prosthesis: A three-dimensional finite element analysis study // J. Indian Prosthodont Soc. - 2022. - Vol. 22, No. 1. - P. 56-64. DOI: 10.4103/j ips.jips_203_21
  • Oyar P., Durkan R., Deste G. The effect of the design of a mandibular implant-supported zirconia prosthesis on stress distribution // J. Prosthet. Dent. - 2021, - Vol. 125, No. 3. DOI: 10.1016/j.prosdent.2020.05.027
  • Ozan O, Kurtulmus-Yilmaz S. Biomechanical comparison of different implant inclinations and cantilever lengths in all-on-4 treatment concept by three-dimensional finite element analysis // Int. J. Oral Maxillofac Implants. - 2018. -Vol. 33. - P. 64-71.
  • Park S., Park J., Kang I., Lee H., Noh G. Effects of assessing the bone remodeling process in biomechanical finite element stability evaluations of dental implants // Comput. Methods Programs Biomed. - 2022. - Vol. 221. DOI: 10.1016/j.cmpb.2022.106852
  • Pesqueira A.A, Goiato M.C., Filho H.G. Use of stress analysis methods to evaluate the biomechanics of oral rehabilitation with implants // J. Oral. Implantol. -2014. -Vol. 40, No. 2. - P. 217-228. DOI: 10.1563/AAID-JOI-D-11-00066
  • Sánchez-Labrador L., Molinero-Mourelle P., Cortés-Bretón Brinkmann J., Prados-Frutos J.C., Gómez-Polo M., Martínez-González J.M. Clinical Behavior and Complications of Mandibular Full-Arch Fixed Dental Prostheses Supported by Three Dental Implants // A Systematic Review and Meta-Analysis. Biology. - 2021. -Vol. 8. No. 4. DOI: 10.3390/biology10040308
  • Satpathy M., Duan Y., Betts L., Priddy M., Griggs J.A. Effect of Bone Remodeling on Dental Implant Fatigue Limit Predicted Using 3D Finite Element Analysis // J. Dent. Oral Epidemiol. - 2022. - Vol. 2, No. 1. DOI: 10.54289/jdoe2200102
  • Steinemann S.G., Mausli P.A. Titanium alloys for surgical implants - biocompatibility from physicochemical principles. Proc 6th World Conf Titanium. In: Lacombe F: Tricot R, BCranger G, ed. Les Ulis: Les Bditions de physique, - 1988. - P. 535- 540.
  • Steinemann, S. G., Mausli, P. A., Szmukler-Moncler, S., Semlitsch, M., Pohler, O., Hintermann, H. E., & Perren, S. M. Beta-titanium alloy for surgical implants // Beta Titanium. - 1990. - P. 2689-2696.
  • Tian Y., Sadowsky S.J., Brunski J.B., Yuan X., Helms J.A. Effects of masticatory loading on bone remodeling around teeth versus implants: Insights from a preclinical model // Clin. Oral Implants Res. - 2022. - Vol. 33, No. 3. -P. 342-352. DOI: 10.1111/clr.13894
  • Pandey A., Durrani F., Rai S.K., Singh N.K., Singh P., Verma R., Kumar J. Comparison between all-on-four and all-on-six treatment concepts on stress distribution for full-mouth rehabilitation using three-dimensional finite element analysis: A biomechanical study // J. Indian Soc. Periodontal. - 2023. - Vol. 27, No. 2. - P. 180-188. DOI: 10.4103/jisp.jisp_278_22
  • Pirmoradian M., Naeeni H.A., Firouzbakht M., Toghraie D., Khabaz M.K., Darabi R. Finite element analysis and experimental evaluation on stress distribution and sensitivity of dental implants to assess optimum length and thread pitch // Comput. Methods Programs. Biomed. - 2020. - Vol. 187 DOI: 10.1016/j.cmpb.2019.105258
  • Rozov R.A. Immediate implant supported prosthodontic treatment of the edentulous jaw with additional implant stabilization // Stomatologija. - 2021. - Vol. 23, No. 3. -P. 69-74.
  • Rozov R.A. Digital workflow for reconstructing the biomechanics of the masticatory apparatus in implant-supported prosthetics in edentulous patients / R.A. Rozov, V.N. Trezubov, A.L. Urakov // Russian Journal of Biomechanics. - 2022. - Vol. 26, No. 3. - P. 91-99.
  • Sun X., Cheng K., Liu Y., Ke S., Zhang W., Wang L., Yang F. Biomechanical comparison of all-on-4 and all-on-5 implant-supported prostheses with alteration of anterior-posterior spread: a three-dimensional finite element analysis // Front. Bioeng. Biotechnol. - 2023. - Vol. 11. DOI: 10.3389/fbioe.2023.1187504
  • Trefoil Procedure Manual. Nobel Biocare Services AG; 2017.
  • Wagner, L. Fatigue and fracture properties of titanium alloys: fatigue life behavior // ASM International, Member/Customer Service Center. - 1996. - P. 837-845.
  • Wanhill, Russell, and Simon Barter. Fatigue of beta processed and beta heat-treated titanium alloys. Springer Science & Business Media, 2011.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp