Novo sistema de retentor pré-fabricado perfurado e de iluminador em fibra óptica: estudo da resistência mecânica frente a variação dos cimentos resinosos / New system of hollow prefabricated post and optical fiber illuminator: study of the mechanical strength by varying resin cements

O presente estudo teve por objetivo avaliar a resistência à flexão de um pino experimental de fibra de vidro vazado, e a resistência adesiva entre este pino experimental à dentina radicular, associando a utilização de um dispositivo iluminador em fibra óptica, sob o processo de envelhecimento, além de determinar a distribuição de tensão pela Análise de Elementos Finitos (FEA). O pino experimental e o dispositivo iluminador de fibra óptica têm por finalidade aumentar a efetividade de fotoativação dos cimentos resinosos nos terços médios e apicais dos canais radiculares. Para o teste de flexão de 3 pontos, estritamente do pino de fibra de vidro, as amostras foram divididas em 4 grupos (n=10): pino convencional (pc), pino experimental sem preenchimento (pp), com preenchimento de cimento resinoso (ppc) e com preenchimento de fibra óptica (ppf). Para o teste de resistência adesiva Pull-out, 100 raízes de dentes bovinos foram restauradas com retentores intrarradiculares e coroas de resina composta, distribuídos em 10 grupos (n=10), tendo como variáveis: o tipo de pino de fibra de vidro [convencional (C) ou perfurado (P)], o sistema de fotoativação [com ou sem o iluminador de fibra óptica (O)], o tipo de cimento resinoso [fotoativado (F) ou polimerização dual (D)] e o envelhecimento das amostras [com e sem ciclagem mecânica (C)]. O processo de envelhecimento foi realizado através da ciclagem mecânica e as amostras foram submetidas ao teste de resistência adesiva Pull-out. A análise do modo de falha foi realizada em Estereomicroscópio. A Análise em Elementos Finitos avaliou a distribuição de tensão pela análise de von Mises, deformação total e tensão máxima principal no Software Ansys 19.3. A análise estatística foi constituída pelo teste de normalidade Shapiro-Wilk, análise de variância (ANOVA) 1, 2 e 3 fatores e teste Tukey 5%. As médias e desvios padrão de resistência à flexão foram (MPa): pc = 677 ± 81,1; ppc = 419 ± 23,2; ppf = 200 ± 32,5 e pp = 177 ± 32,8. As médias e desvios padrão de resistência adesiva foram (MPa): CD = 12,2 ± 1,21; PD = 11,1 ± 1,32; PF = 10,9 ± 1,29; POD = 13,7 ± 1,16; POF = 11,9 ± 1,48; CDC = 10,1 ± 1,33; PDC = 9,25 ± 1,11; PFC = 8,37 ± 1,25; PODC = 10,8 ± 0,95 e POFC = 9,82 ± 1,02. Os resultados do modo de falha foram: adesiva entre pino e cimento (56%), mista predominantemente adesiva entre cimento e dentina (22%), adesiva entre cimento e dentina (14%) e a mista predominantemente adesiva entre pino e cimento (8%). Concluiu-se que entre os pinos experimentais, o grupo do pino perfurado preenchido com cimento resinoso obteve o maior valor de resistência à flexão, a utilização do dispositivo iluminador aumentou os resultados de resistência adesiva nos grupos dos pinos perfurados e não houve diferença na distribuição de tensões entre os grupos. (AU)

The present study aimed to evaluate the flexural strength of an experimental hollow glass fiber post, and the bond strength between this experimental post and root dentin, associating the use of an optical fiber illuminating device, under the aging process, in addition to determine the stress distribution by Finite Element Analysis (FEA). The experimental post and optical fiber illuminating device are intended to increase the polymerization effectiveness of resin cements in the middle and apical regions of root canals. For the 3-point bending test, strictly of the fiber post, the samples were divided into 4 groups (n=10): conventional post (pc), experimental post without filling (pp), with resin cement filling (ppc) and with optical fiber filling (ppf). For the Pull-out test, 100 roots of bovine teeth were restored with intraradicular retainers and composite resin crowns, distributed into 10 groups (n=10), with the following variables: glass fiber post type [conventional (C) or hollow (P)], the photocuring system [with or without the optical fiber illuminating device (O)], the type of resin cement [light cured (F) or dual cured (D)] and aging of the samples [with and without mechanical cycling (C)]. The aging process was performed by mechanical cycling and the samples were submitted to the Pull-out bond strength test. Failure mode analysis was performed using a stereomicroscope. Finite Element Analysis evaluated the stress distribution by von Mises analysis, total strain and maximum principal stress in Ansys Software 19.3. Statistical analysis consisted of the Shapiro-Wilk normality test, 1-, 2- and 3-way analysis of variance (ANOVA) and Tukey test 5%. The means and standard deviations of flexural strength were (MPa): pc = 677 ± 81.1; ppc = 419 ± 23.2; ppf = 200 ± 32.5 and pp = 177 ± 32.8. The means and standard deviations of bond strength were (MPa): CD = 12.2 ± 1.21; PD = 11.1 ± 1.32; PF = 10.9 ± 1.29; POD = 13.7 ± 1.16; POF = 11.9 ± 1.48; CDC = 10.1 ± 1.33; PDC = 9.25 ± 1.11; PFC = 8.37 ± 1.25; PODC = 10.8 ± 0.95 and POFC = 9.82 ± 1.02. The failure mode results were: adhesive between post and cement (56%), mixed predominantly adhesive between cement and dentin (22%), adhesive between cement and dentin (14%) and mixed predominantly adhesive between post and cement (8 %). It was concluded that among the experimental posts, the hollow post group filled with resin cement obtained the highest flexural strength value, the use of the illuminating device increased the results of bond strength in the hollow post groups and there was no difference in the stress distribution among the groups (AU)

Análise da distribuição das tensões em maxila submetida à expansão cirurgicamente assistida com aparelho ósseo-suportado / Analysis of the distribution of maxillary stresses submitted to surgically assisted maxillary expansion with a bone-supported device

A expansão de maxila cirurgicamente assistida (EMCA) é a modalidade de tratamento que tem como objetivo romper as regiões de reforço maxilar permitindo seu movimento expansivo gradativamente. Tal movimento pode ser realizado às custas de aparelhos dento-suportado, dento-muco-suportado, implanto-suportados ou ósseo-suportado. Os efeitos produzidos pelo tratamento vão desde alterações esqueléticas (aumento da base, cavidade e do espaço aéreo nasais) até inclinações dentárias (principalmente nos dentes de suporte do aparelho expansor), dentre outras. O objetivo desta pesquisa foi avaliar, por meio do Método de Elementos Finitos (MEF), a distribuição das tensões produzidas pela EMCA nas estruturas maxilares utilizando-se aparelho expansor ósseo-suportado. Material e métodos: Foi confeccionado um modelo tridimensional de maxila para simulação da EMCA com osteotomia tipo LeFort I descendente sem degrau, com disjunção pterigomaxilar utilizando um modelo de aparelho ósseo-suportado para o teste com a simulação de abertura de 1mm. Os resultados mostraram maior abertura da maxila na região anterior de incisivos a pré-molar (1 mm) e em menor quantidade (0,6mm) na região de molares. A tensão máxima principal (TMXP) mostrou a concentração de tensões principalmente em toda face palatina da maxila de pré-molar ao túber maxilar. Pela face lateral, ficou mais evidente a TMXP nas região de osso alveolar posterior ao pré-molar, molares e túber, assim como na região de pilar zigomático acima da osteotomia. Pelo plano transversal foi possível observar a transmissão de tensões ao longo das estruturas ósseas mostrando pouca dissipação para as raízes do molar. Enquanto que as forças de compressão (Tensão Mínima Principal), evidenciadas pela tensão mínima principal, se manifestaram nas áreas de pilar zigomático e adjacentes as osteotomias, assim como na áreas de contato do apoio do aparelho com o osso palatino. Tensões de tração e compressão também foram evidenciadas na região de processo pterigoide. A análise de tensão de Von Mises mostrou que a parte que mais sofre estresse é a haste que liga o módulo do aparelho com a plataforma de apoio. Conclusão: Houve maior abertura da maxila na região anterior e as tensões resultantes de forças transmitidas ao osso alveolar dos dentes adjacentes ao aparelho, parecem não ser suficientes para deslocar os dentes.(AU)

Surgically assisted maxillary expansion (SARME) is the modality of treatment that aims to weaken the points of maxillary reinforcement allowing its gradual expansion. Such movement can be performed at the expense of dento-supported, dento-muco-supported, implanto-supported or bony-backed devices. The effects produced by the treatment range from skeletal changes (increase of nasal base, cavity and nasal air space) to dental inclinations (mainly in the supporting teeth of the expander apparatus), among others. The objective of the present research was to evaluate the distribution of stress produced by SARME in the maxillary structures using the bone-supported expander apparatus by the Finite Element Method (FEM). Material and methods: A three-dimensional hemi-maxilla model was simulated for SARME with a non-step descending LeFort I osteotomy with pterygomaxillary disjunction using a bone-supported device model for the 1mm aperture simulation test. The results showed a greater opening of the maxilla in the anterior region of the incisors to the premolar (1 mm) and smaller (0.6 mm) in the molar region. The principal maximal stress (TMXP) showed the concentration of the tension forces mainly in all the palatine face of the pre-molar maxilla to the maxillary tuft. Due to the lateral aspect, the TMXP was more evident in the posterior alveolar bone region, the molars and tuber, as well as in the epilating zygomatic region above the osteotomy. From the transversal plane, it was possible to observe the transmission of stress along the bony structures showing little dissipation for the roots of the molar. Meanwhile, the forces of compression (Principal Minimum Tension) evidenced by the principal minimal stress, were manifested in the areas of the zygomatic pillar adjacent to the osteotomies, as well as in the areas of contact of the support of the apparatus with the palatine bone. Tension and compression forces were also evidenced in the pterygoid process region. Von Mises' stress analysis showed that the most stressed part is the rod connecting the device module to the support platform. Conclusion: There was a greater opening of the maxilla in the anterior region and the resulting forces of tension transmitted to the alveolar bone of the teeth adjacent to the appliance did not seem to be sufficient to displace the teeth.(AU)

Distribuição de tensões em um modelo tridimensional de canino e pré-molares superiores sob diferentes carregamentos oclusais: análise pelo método de elementos finitos / Stress distribution in a three-dimensional model of canine and premolars superiors under different occlusal loads: analysis by finite element method

O objetivo desse estudo foi analisar, por meio do Método de Elementos Finitos, a distribuição de tensões na estrutura dentária, no ligamento periodontal (LP) e no osso alveolar em um modelo tridimensional do canino (23), primeiro (24) e segundo pré-molares superiores (25) submetidos à ação de cargas axiais e oblíquas. Além disso, objetivou-se avaliar a influência do ponto de contato proximal na distribuição das tensões no modelo de três dentes (M1), comparado a um modelo unitário do 24 (M2). As propriedades mecânicas bem como as condições de contorno e carregamento foram determinadas no programa de elementos finitos Ansys®. Cargas axiais e oblíquas foram aplicadas nas seguintes simulações: C1) Carga axial nos contatos A e B no dente 24; C2) Contato excêntrico no dente 24; C3) Carga oblíqua de 45N, com inclinação de 45o no contato A do dente 24; C4) Carga oblíqua de 45N, com inclinação de 45o no contato B do dente 24; C5) Cargas axiais simultâneas, de 70N na ponta de cúspide do dente 23, 90N nos contatos A e B do dente 24 e de 105N nos contaos A e B do dente 25. Para estimar a possibilidade de falha no esmalte, as tensões máximas principais foram analisadas e deformações máximas e mínimas principais foram analisadas no LP e no osso alveolar, sendo que ambos foram comparados a valores encontrados em outros estudos com metodologia similar. Em C1, a distribuição de tensões foi mais favorável para as estruturas dente-LP-osso, com picos de tensões semelhantes em M1 e M2. Em C2, tensões deslocaramse para apical, devido ao contato entre os dentes 24 e 23 em M1; os picos de tensões foram maiores em M1 do que em M2 no esmalte e no osso e o inverso ocorreu na dentina e no LP. Em C3, tensões de tração concentraram-se na região cervical do esmalte e na furca do dente 24; os picos das tensões no esmalte, osso e LP foram menores em M1 comparado a M2, mas na dentina ocorreu o contrário (M1>M2). Em C4, ocorreu o maior pico de tensão de tração no esmalte, tensões de tração concentraram-se na furca do dente 24; esmalte e dentina comportaram-se de forma similar (M1>M2) e osso e LP também (M1˂M2). Em C5, tensões de tração se concentraram no osso alveolar do dente 23. Os contatos proximais em M1 permitiram a distribuição das tensões de forma mais homogênea para o LP e osso que em M2. Exceto em C1, a distribuição de tensões no esmalte cervical, na dentina, no LP e no osso alveolar diferiram em um modelo unitário comparado a um de três dentes, devido à presença dos contatos proximais.

The direction, type and magnitude of loads on the oclusal surface and also the characteristics of the support structures determines the stress distribution. The aim of this study was to analyze, by the finite element method, the stress distribution on the first superior premolar, in a tridimensional (3D) model subjected to various types of loadings considering the enamel anisotropic or isotropic. The geometric modeling was performed based on a computed tomography (CT) scan. The mechanical properties as well as the loading conditions determined by the Abaqus® finite element program. Axial and oblique loads were applied on the occlusal surface of the first superior premolar in the following conditions: I) 30N axial load applied simultaneously on the occlusal contacts A and B and in the mesial marginal ridge, totaling 90N; II) 90N axial load in the mesial longitudinal edge of the lingual cusp, simulating eccentric contact; III) 45N oblique load with a 45o inclination on theocclusal contact A; IV) 45N oblique load with a 45o inclination on the occlusal contact B. To estimate the possibility of failure in the simulated structures, the maximum principal stress were analyzed and compared to known tensile strength values of the tissues studied. The results showed compression stress on the side in which the load was applied and tensile stress on the opposite side. Tensile stress concentrates mainly in the cervical region of the tooth and in the alveolar insertion bone. Anisotropic models revealed areas of tensile stress concentration smaller than the isotropic models. It was concluded that the isotropic 3D models were suitable for analyzing the stress distribution in teeth, because they are less complex models to build and produced similar results compared to the anisotropic models. The cervical enamel seems to be more susceptible to fracture because of the largest stress concentration on this area, associated with its composition and anatomical characteristics

Análise das tensões em próteses implantossuportadas esplintadas, variando o tipo de conexão protética e a inclinação do implante: estudo pelo método dos elementos finitos tridimensionais não linear / Evaluation of the influence of the implant angulation with different types of prosthetic connection on the stress distribution: a threedimensional finite element study

O comportamento biomecânico de um implante dentário osseointegrado desempenha um importante papel na sua longevidade funcional. As limitações anatômicas às vezes tornam necessário o posicionamento de implantes com angulações fora do considerado ideal para as reabilitações protéticas, havendo maior concentração de tensões e reabsorção no osso cortical ao redor do implante. Para solucionar tais situações o profissional deve lançar mão de um cuidadoso planejamento, estudando qual conexão protética melhor se adapta a situação clínica. Portanto, este estudo objetivou avaliar a influência da esplintagem e da inclinação de implantes (0º, 17º e 30º) em reabilitações de maxila posterior, na distribuição de tensões pelo método dos elementos finitos tridimensionais não linear. Para isso, foram confeccionados 12 modelos tridimensionais com o auxílio dos programas de modelagem gráfica SolidWorks 2010 e Rhinoceros 4.0, além do programa InVesalius. Os modelos foram compostos por 3 implantes de hexágono externo (4,1 mm) ou cone morse (4,0 mm) nas regiões: 14 - 10 mm; 15 - 8,5 mm; 16 - 8,5 mm suportando próteses de 3 elementos unitárias ou esplintadas. Após geração das geometrias, os modelos foram importados para o programa de pré e pós-processamento de elementos finitos FEMAP 10.2, onde foram geradas as malhas de elementos finitos, condições de carregamento e contorno. A carga aplicada foi de 400N axialmente e 200N obliquamente, divididas em cada cúspide das superfícies oclusais. Em seguida, a análise foi gerada no programa FEMAP 10.2 e exportada para cálculo no programa de elementos finitos NeiNastran versão 9.2, executada em uma estação de trabalho. Os resultados foram importados novamente ao FEMAP 10.2 para visualização e pós-processamento dos mapas de tensão de von Mises e tensão máxima principal. Os resultados para o tecido ósseo mostraram maiores concentrações de tensões para os implantes inclinados e com coroas unitárias de hexágono externo sob carregamento oblíquo...

The performance of an osseointegrated dental implant plays important rule for functional longevity of the rehabilitation. Sometimes, anatomical limitations imply in the positioning of tilted implants that is not considered ideal for prosthetic rehabilitation, generating higher stress concentration around it and leading to cortical bone resorption. To solve these situations, the professional must plan carefully the restoration and to study the connection type of the implant to better adaption for these situations. In this way, this study aimed to evaluate the influence of splinting prostheses and implant inclination (0º, 17º and 30º) in implant-supported prostheses in the posterior region of the maxilla on stress distribution by non-linear 3D finite element analysis. For this, twelve 3D models was confectioned using modeling software SolidWorks 2010 and Rhinoceros 4.0 and software InVesalius. The models constituted of 3 dental implants of external hexagon or morse taper (4,0 mm) at the regions: 14 - 10mm; 15 - 8,5 mm; 16 - 8,5 mm, supporting three-unit prostheses in single and splinting configurations. After modeling, the models were imported to pre- and post-processing software of finite elements FEMAP 10.2 for finite element mesh generation and configuration of restrictions and loading conditions. Axial load of 400N and oblique of 200N were applied divided on each cusp tip of occlusal surface. Next step, it was the analysis configuration on FEMAP 10.2 that was exported to NeiNastran 9.2 to math processing. After, the files of results were imported to FEMAP 10.2 to results visualization and post-processing analysis by plotting von Mises and maximum principal stress maps. The results of bone tissue showed higher stress concentration to inclined implants of external hexagon supporting single crowns under oblique loading. The models with splinted Morse taper implants showed lower stress areas around them. In the implants, the stress reaches moderate levels...

Análise das tensões em próteses implantossuportadas esplintadas, variando o tipo de conexão protética e a inclinação do implante: estudo pelo método dos elementos finitos tridimensionais não linear / Evaluation of the influence of the implant angulation with different types of prosthetic connection on the stress distribution: a threedimensional finite element study

O comportamento biomecânico de um implante dentário osseointegrado desempenha um importante papel na sua longevidade funcional. As limitações anatômicas às vezes tornam necessário o posicionamento de implantes com angulações fora do considerado ideal para as reabilitações protéticas, havendo maior concentração de tensões e reabsorção no osso cortical ao redor do implante. Para solucionar tais situações o profissional deve lançar mão de um cuidadoso planejamento, estudando qual conexão protética melhor se adapta a situação clínica. Portanto, este estudo objetivou avaliar a influência da esplintagem e da inclinação de implantes (0º, 17º e 30º) em reabilitações de maxila posterior, na distribuição de tensões pelo método dos elementos finitos tridimensionais não linear. Para isso, foram confeccionados 12 modelos tridimensionais com o auxílio dos programas de modelagem gráfica SolidWorks 2010 e Rhinoceros 4.0, além do programa InVesalius. Os modelos foram compostos por 3 implantes de hexágono externo (4,1 mm) ou cone morse (4,0 mm) nas regiões: 14 - 10 mm; 15 - 8,5 mm; 16 - 8,5 mm suportando próteses de 3 elementos unitárias ou esplintadas. Após geração das geometrias, os modelos foram importados para o programa de pré e pós-processamento de elementos finitos FEMAP 10.2, onde foram geradas as malhas de elementos finitos, condições de carregamento e contorno. A carga aplicada foi de 400N axialmente e 200N obliquamente, divididas em cada cúspide das superfícies oclusais. Em seguida, a análise foi gerada no programa FEMAP 10.2 e exportada para cálculo no programa de elementos finitos NeiNastran versão 9.2, executada em uma estação de trabalho. Os resultados foram importados novamente ao FEMAP 10.2 para visualização e pós-processamento dos mapas de tensão de von Mises e tensão máxima principal. Os resultados para o tecido ósseo mostraram maiores concentrações de tensões para os implantes inclinados e com coroas unitárias de hexágono externo sob carregamento oblíquo...

The performance of an osseointegrated dental implant plays important rule for functional longevity of the rehabilitation. Sometimes, anatomical limitations imply in the positioning of tilted implants that is not considered ideal for prosthetic rehabilitation, generating higher stress concentration around it and leading to cortical bone resorption. To solve these situations, the professional must plan carefully the restoration and to study the connection type of the implant to better adaption for these situations. In this way, this study aimed to evaluate the influence of splinting prostheses and implant inclination (0º, 17º and 30º) in implant-supported prostheses in the posterior region of the maxilla on stress distribution by non-linear 3D finite element analysis. For this, twelve 3D models was confectioned using modeling software SolidWorks 2010 and Rhinoceros 4.0 and software InVesalius. The models constituted of 3 dental implants of external hexagon or morse taper (4,0 mm) at the regions: 14 - 10mm; 15 - 8,5 mm; 16 - 8,5 mm, supporting three-unit prostheses in single and splinting configurations. After modeling, the models were imported to pre- and post-processing software of finite elements FEMAP 10.2 for finite element mesh generation and configuration of restrictions and loading conditions. Axial load of 400N and oblique of 200N were applied divided on each cusp tip of occlusal surface. Next step, it was the analysis configuration on FEMAP 10.2 that was exported to NeiNastran 9.2 to math processing. After, the files of results were imported to FEMAP 10.2 to results visualization and post-processing analysis by plotting von Mises and maximum principal stress maps. The results of bone tissue showed higher stress concentration to inclined implants of external hexagon supporting single crowns under oblique loading. The models with splinted Morse taper implants showed lower stress areas around them. In the implants, the stress reaches moderate levels...

Avaliação pelo MEF da distribuição das tensões no implante, componentes protéticos e coroa, em conexões com hexágono externo, interno e Cone Morse / Evaluation using FEM on the stressdistribution on the implant, prostheticcomponents and crown, with Cone Morse, external and internal hexagon connections

Objetivo: comparar a distribuição de tensões em sistemas de implantes com diferentes tipos de conexões (hexágono externo, hexágono interno e Cone Morse), pelo Método de Elementos Finitos Bidimensional. Métodos: uma força de 100N foi aplicada na cúspide vestibular de um segundo pré-molar inferior, no sentido axial, e, posteriormente, com inclinação de 45o em cada sistema. As análises foram realizadas pelos critérios das tensões de von Mises. Resultados: os resultados apontaram que, em todos os três sistemas, a maior concentração de tensões deu-se na região do pescoço do implante em contato com o osso cortical, com exceção do sistema Cone Morse, onde a tensão se concentrou na porção interna do implante em contato com o pilar. Também foi observado que cargas inclinadas sempre geraram valores superiores aos obtidos com as cargas axiais. Conclusão: pode-se concluir, então, que os parafusos dos pilares são a porção mais frágil dos sistemas. Nos implantes, os sistemas com conexão interna têm distribuição mais uniforme das tensões que o de conexão externa.

Objective: The aim of this study was to compare the stress distribution between implant systems with differenttypes of connections, i.e., external hexagon, internal hexagon and morse taper, by applying the Two-DimensionalFinite Element Method. Methods: A 100-N load was applied to the buccal cusp of an inferior second premolar inthe axial direction and thereafter at an inclination of 45o on each system. Analysis was performed by means ofthe von Mises stresses criteria. Results: The results showed that in, all systems, the highest stress concentrationoccurred in the neck of the implant in contact with the cortical bone, except for the morse taper models, where thestress was concentrated in the inner portion of the implant in contact with the abutment. It also became apparentthat oblique forces resulted in higher stress values than those obtained with axial loads. Conclusion: It could beconcluded that abutment screws are the most fragile portion of the systems. Internal connection implant systemsexhibited a more uniform distribution of stresses than external connection implant systems.

Influência do número e inclinação dos implantes para a ancoragem de prótese fixa em maxila atrófica: estudo comparativo com elementos finitos 3D / Tilted and short implants supporting fixed prosthesis in an atrophic maxilla: a 3D-FEA biomechanical evaluation

Proposição. O objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento biomecânico de prótese fixa implanto-suportada com implantes longos angulados e implantes curtos retos posicionados na região mais posterior de maxila moderadamente atrófica. As hipóteses foram de que a presença do implante distal longo inclinado (all-on-four) e do implante distal curto reto (all-on-six) resultariam em maior (hipótese-1) e menor (hipótese-2) tensão no osso maxilar quando comparada a presença dos implantes distais longos verticais (all-on-four). Materiais e Métodos. O modelo 3D foi confeccionado baseado na tomografia de um paciente com maxila atrófica e na micro-tomografia dos implantes Nobel Biocare. As diferentes configurações foram: M4R, quatro implantes verticais anteriores (4X11.5 X 4X13mm); M4I, dois implantes verticais mesiais (4X11.5mm) e dois implantes inclinados distais (45°) (4X13mm); M6R, quatro implantes verticais anteriores (4X11.5 X 4X13mm) + dois implantes curtos verticais posteriores (5X7mm). Foram aplicados carregamentos bilaterais simultâneos (150N) axial (C1) e obliquo (C2) na região de cantilever posterior. Foi adotada a Tensão Principal Máxima (σmax) para avaliação da tensão óssea e a tensão Equivalente de von Mises (σvM) para avaliação dos implantes. Resultados. Independente da direção do carregamento, a σmax foi maior no M4I (C1 0,87 e C2 0,85 GPa), seguido pelo M6R (C1 0,71 e C2 0,53 GPa) e M4R (C1 0,59 e C2 0,44 GPa). Os implantes mais próximos da área de carregamento apresentaram os maiores valores de tensão no planejamento M6R, seguido pelo M4I e M4R. Conclusões. As hipóteses 1 e 2 foram respectivamente aceita e parcialmente negada, uma vez que a presença do implante distal longo inclinado e do implante distal curto reto resultaram em maiores valores de tensão quando comparado ao implante vertical reto. Mesmo assim, como a tensão da maioria dos implantes foi menor no planejamento com 6 implantes, a utilização do implante curto é considerada vantajosa...

Purpose. This study compared the biomechanical behavior of tilted long implant and vertical short implants to support fixed prosthesis in an atrophic maxilla. The hypotheses were that the presence of distal tilted (all-on-four) and distal short implants (all-on-six) would respectively result in higher (Hypotheses 1) and lower (Hypotheses) stresses in the maxillary bone in comparison to the presence of vertical implants (all-on-four). Materials and Methods. The maxilla model was built based on a tomographic image of the patient. Implant models were based on micro-CT imaging of implants. The different configurations considered were: M4S, four vertical anterior implants; M4T, two mesial vertical implants and two distal tilted (45°) implants in the anterior region of the maxilla; and M6S, four vertical anterior implants and two vertical posterior implants. Numerical simulation was carried out under bilateral 150N loads applied in the cantilever region in axial (L1) and oblique (45°) (L2) direction. Maximum principal stress (σmax) and von Mises stress (σvM) were utilized for bone and implant stresses assessments, respectively. Results. Regardless of loading direction, bone σmax was highest for the M4T (L1 0.87 and L2 0.85 GPa), followed by M6S (L1 0.71 and L2 0.53 GPa) and M4S (L1 0.59 and L2 0.44 GPa). Implants in proximity of the loading area presented highest stress values in the M6S configuration, followed by the M4T and then the M4S. Conclusions. The hypotheses of the present study were that the presence of distal tilted (all-on-four) and distal short implants (all-on-six) would respectively result in higher and lower stresses in the maxillary bone in comparison to the presence of vertical implants (all-on-four), were respectively accepted and partially rejected, as the presence of distal tilted and distal short implants resulted in higher stresses compared to vertical implants (all-on-four). Nevertheless, as the stresses at the majority of the implants were…

Fratura precoce da porcelana em restaurações com infra-estrutura de zircônia: influência de gradientes térmicos no desenvolvimento e magnitude de tensões residuais e transitórias / Porcelain fracture in veneered-zirconia restorations: influence of thermal gradients on the development and magnitude of residual and transient stresses

Esse estudo avaliou o desenvolvimento de tensões dentro da porcelana de restaurações metalo-cerâmicas (MC) e de zircônia-porcelana (ZC) como resultado de diferentes taxas de resfriamento a partir de temperaturas acima da transição vítrea (Tg). Restaurações unitárias (coroas) foram fabricadas com 1 ou 2 mm de espessura de porcelana. Termopares foram posicionados nas superfícies de cimentação (T1) e oclusal (T4) e inseridos na interface (T2) e dentro da porcelana (T3). Para o resfriamento rápido, o forno foi aberto imediatamente após o tempo de sinterização e desligado. O resfriamento lento foi obtido pela abertura do forno quando a 50°C abaixo da Tg. Modelos axi-simétricos foram construídos para simulação de tensões térmicas tempo-dependentes usando análise de elementos finitos (AEF). Equações de temperatura em função do tempo obtidas por termopares foram inseridas no modelo como condições das margens. A mudança do coeficiente de expansão térmica, densidade, módulo de cisalhamento, capacidade térmica e da Tg de acordo com a taxa de resfriamento foi considerada para simulação do comportamento da porcelana em temperaturas acima da Tg (visco-elástico). O comportamento dos materiais de infra-estrutura e da porcelana abaixo da Tg foi considerado elástico. A taxa de resfriamento na faixa de temperatura próxima a Tg foi 20°C/min e 900°C/min para resfriamento lento e rápido. Durante o resfriamento lento, os diferentes termopares mostraram temperaturas similares em ambas as coroas. Gradientes de temperatura foram observados no resfriamento rápido da coroa ZC (T1-T4 = 100°C) e, em menor magnitude, para a MC (T1-T4 = 30°C). Os resultados de AEF mostraram diferenças de tensão residual na porcelana sobre zircônia e sobre metal para resfriamento rápido (25 MPa) e lento (15 MPa). Tensões transitórias com magnitude de até 200 MPa foram observadas dentro da porcelana quando resfriada rapidamente, enquanto foram de magnitude insignificante no resfriamento lento. As tensões ...

This study evaluated the development of transient and residual stresses within the porcelain of veneered restorations (zirconia- and metal-based) as a result of different cooling rates from temperatures above the glass transition temperature (Tg). All-ceramic (porcelain on zirconia-based ceramic) and porcelain-fused-to-metal (PFM) molar crowns were fabricated with 1 mm or 2 mm porcelain thickness. Thermocouples were attached to intaglio (T1) and occlusal (T4) surfaces and embedded within the ceramics interface (T2) and inside the porcelain (T3) to acquire temperature readings by time. For fast cooling, the furnace was opened immediately after the holding time and switched off afterward. Slow cooling was determined by opening the furnace when it reached 50 °C bellow the Tg. Axially-symmetric crown-like models were constructed to perform a simulation of time-dependent thermal stresses using finite element analyses (FEA). Time-dependent temperature equations from thermocouples were set as boundary conditions for surfaces of the model. Coefficient of thermal expansion, density, shear modulus, heat capacity and Tg dependency on cooling rate were considered for the porcelain simulation (visco-elastic above Tg). Porcelain below the Tg and the framework materials were considered to behave elastically. The cooling rates at Tg range were 20 °C/min and 900 °C/min for slow and fast cooling. During slow cooling, different thermocouples showed similar temperatures for both zirconia and metal crowns. Remarkable temperature gradients were observed for the fast cooled all-ceramic crown (T1-T4 = 100 °C) and, of lower magnitude, for PFM (T1-T4 = 30 °C). FEA results showed differences between residual stress observed for porcelain on zirconia and on metal for fast (25 MPa) and slow cooled crowns (15 MPa). Significant transient stress waves (up to 200 MPa) were observed within the porcelain during fast cooling through the Tg, while they were insignificant for...

Influência do número e inclinação dos implantes para a ancoragem de prótese fixa em maxila atrófica: estudo comparativo com elementos finitos 3D / Tilted and short implants supporting fixed prosthesis in an atrophic maxilla: a 3D-FEA biomechanical evaluation

Proposição. O objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento biomecânico de prótese fixa implanto-suportada com implantes longos angulados e implantes curtos retos posicionados na região mais posterior de maxila moderadamente atrófica. As hipóteses foram de que a presença do implante distal longo inclinado (all-on-four) e do implante distal curto reto (all-on-six) resultariam em maior (hipótese-1) e menor (hipótese-2) tensão no osso maxilar quando comparada a presença dos implantes distais longos verticais (all-on-four). Materiais e Métodos. O modelo 3D foi confeccionado baseado na tomografia de um paciente com maxila atrófica e na micro-tomografia dos implantes Nobel Biocare. As diferentes configurações foram: M4R, quatro implantes verticais anteriores (4X11.5 X 4X13mm); M4I, dois implantes verticais mesiais (4X11.5mm) e dois implantes inclinados distais (45°) (4X13mm); M6R, quatro implantes verticais anteriores (4X11.5 X 4X13mm) + dois implantes curtos verticais posteriores (5X7mm). Foram aplicados carregamentos bilaterais simultâneos (150N) axial (C1) e obliquo (C2) na região de cantilever posterior. Foi adotada a Tensão Principal Máxima (σmax) para avaliação da tensão óssea e a tensão Equivalente de von Mises (σvM) para avaliação dos implantes. Resultados. Independente da direção do carregamento, a σmax foi maior no M4I (C1 0,87 e C2 0,85 GPa), seguido pelo M6R (C1 0,71 e C2 0,53 GPa) e M4R (C1 0,59 e C2 0,44 GPa). Os implantes mais próximos da área de carregamento apresentaram os maiores valores de tensão no planejamento M6R, seguido pelo M4I e M4R. Conclusões. As hipóteses 1 e 2 foram respectivamente aceita e parcialmente negada, uma vez que a presença do implante distal longo inclinado e do implante distal curto reto resultaram em maiores valores de tensão quando comparado ao implante vertical reto. Mesmo assim, como a tensão da maioria dos implantes foi menor no planejamento com 6 implantes, a utilização do implante curto é considerada vantajosa...

Purpose. This study compared the biomechanical behavior of tilted long implant and vertical short implants to support fixed prosthesis in an atrophic maxilla. The hypotheses were that the presence of distal tilted (all-on-four) and distal short implants (all-on-six) would respectively result in higher (Hypotheses 1) and lower (Hypotheses) stresses in the maxillary bone in comparison to the presence of vertical implants (all-on-four). Materials and Methods. The maxilla model was built based on a tomographic image of the patient. Implant models were based on micro-CT imaging of implants. The different configurations considered were: M4S, four vertical anterior implants; M4T, two mesial vertical implants and two distal tilted (45°) implants in the anterior region of the maxilla; and M6S, four vertical anterior implants and two vertical posterior implants. Numerical simulation was carried out under bilateral 150N loads applied in the cantilever region in axial (L1) and oblique (45°) (L2) direction. Maximum principal stress (σmax) and von Mises stress (σvM) were utilized for bone and implant stresses assessments, respectively. Results. Regardless of loading direction, bone σmax was highest for the M4T (L1 0.87 and L2 0.85 GPa), followed by M6S (L1 0.71 and L2 0.53 GPa) and M4S (L1 0.59 and L2 0.44 GPa). Implants in proximity of the loading area presented highest stress values in the M6S configuration, followed by the M4T and then the M4S. Conclusions. The hypotheses of the present study were that the presence of distal tilted (all-on-four) and distal short implants (all-on-six) would respectively result in higher and lower stresses in the maxillary bone in comparison to the presence of vertical implants (all-on-four), were respectively accepted and partially rejected, as the presence of distal tilted and distal short implants resulted in higher stresses compared to vertical implants (all-on-four). Nevertheless, as the stresses at the majority of the implants were…

Simulação da distribuição de tensões em implante dentário curto com carregamento axial em corticais com diferentes espessuras / Simulation of stress distribution in short dental implant with axial loading in cortical with different thickness

Objetivo: avaliar o comportamento de implante curto inserido em osso cortical com diferentes espessuras. Métodos: foram realizadas simulações pelo método de elementos finitos com carregamento em implante curto (5,7 x 5,0mm) contendo hexágono externo. Ao todo, foram três modelos de simulação, um para cada espessura de osso cortical (1, 2 e 3mm). Resultados: quando o sistema foi inserido em um osso cortical de maior espessura, observou-se uma maior estabilidade e, consequentemente, menores tensões para o implante e componentes protéticos envolvidos. Conclusões: os resultados obtidos sugerem que o implante curto avaliado pode ser utilizado para as diferentes espessuras de osso cortical. Os valores de tensão obtidos foram sempre menores do que o necessário para induzir a deformação plástica do implante ou de qualquer componente do sistema protético. Para o osso cortical, as tensões foram menores do que o limite crítico apontado pela literatura para que ocorra a reabsorção óssea.

Objective: To evaluate the behavior of short implant inserted in cortical bone with different thicknesses. Methods: Simulations were performed by finite element method with loading on short implants (5.7 x 5.0 mm) containing external hexagonal. Three simulation models were built, one for each thickness of cortical bone (1, 2 and 3 mm). Results: When the system was inserted into a thicker cortical bone, there was an increased stability and, consequently, lower stresses to the implant and prosthetic components involved. Conclusions: The results suggest that the short implant assessed can be used for different thickness of cortical bone. The stress values obtained were always lower than the necessary to induce plastic deformation on implant or any component of the prosthetic system. On the cortical bone the stresses were lower than the critical values indicated in the literature for the occurrence of bone resorption.

Parâmetros metodológicos da análise por elementos finitos em estudos ortodônticos: revisão da literatura / Methodological parameters of finite element analysis in orthodontic researches: literature review

Na busca de melhor entendimento biomecânico, diversos métodos têm sido utilizados na tentativa de predizer a resposta tecidual frente à aplicação de carga ortodôntica. Mesmo diante de algumas dificuldades oferecidas pela vasta complexidade dos tecidos orais, o método de análise por elementos finitos é o mais adequado para a simulação das propriedades desses componentes. Diante disso, o objetivo desse estudo foi discutir, a partir de releitura da literatura científica, parâmetros metodológicos da aplicação dessa metodologia em estudos ortodônticos. Após estabelecidos os parâmetros a serem discutidos (propriedades dos materiais, linearidade de análises e condições de contorno), a busca dos artigos foi feita pela base de dados online PubMed, relacionando as palavraschaves “orthodontics” e “finite element analysis”, e também por meio de busca manual de autores renomados nessa área. Foram selecionados artigos que apresentassem considerações críticas sobre os parâmetros metodológicos supracitados. Após discussão crítica dos aspectos propostos, pode-se concluir que diante do grande leque de opções metodológicas, as variáveis abordadas ao longo desse artigo devem ser cuidadosamente consideradas para avaliação do objetivo proposto pelo estudo, assim como para a correta interpretação dos resultados obtidos por meio da análise por elementos finitos.

In search of better biomechanical understanding, several methods have been used in an attempt to predict the tissue response to the application of orthodontic load. Even with some difficulties of the vast complexity of the oral tissues, the method of finite element analysis is most suitable for simulating the properties of these components. Therefore, the objective of this study was to discuss, through scientific literature reading, methodological parameters of the application of this technique in orthodontic studies. After set the parameters to be discussed (material properties, linear analysis and boundary conditions), the articles search was made by PubMed online database, with “orthodontics” and “finite element analysis” key words, and also through a manual search of authors in this area. Articles were selected about the mention of methodological parameters above. After critical discussion, it can be concluded that given the large number of methodological options, the variables discussed throughout this article should be carefully considered to assess the goal proposed by study, as well as the correct interpretation of the results obtained by finite elements analysis.

Influência da altura da coroa em implantes osseointegrados: estudo pelo método dos elementos finitos tridimensionais / Influence of crown height with osseointegrated implants: a threedimensional finite element analysis

Os implantes dentais têm sido usados extensivamente para a reabilitação de edentulismo total e parcial, com próteses fixas ou removíveis. Em detrimento das suas taxas de sucesso e previsibilidade, falhas ocorrem e são associadas a complicações biomecânicas. Entre os fatores biomecânicos podemos destacar uma proporção adequada entre comprimento do implante e superestrutura. Porém, pouco é encontrado sobre a influência da altura da coroa, o alcance do braço de alavanca e, conseqüentemente, a tensão no osso cortical e no osso trabecular. Apesar do aumento no uso de implantes, muito pacientes que necessitam dessa terapia ficam limitados devido à pouca altura óssea. Sistemas disponibilizam no mercado implantes curtos, onde procedimentos cirúrgicos invasivos poderiam ser evitados; nesses implantes, porém, é muito comum uma relação coroa/área implantada invertida. Desenvolveremos este trabalho em dois capítulos. O primeiro irá avaliar a influência de três alturas de coroas pré-estabelecidas, quando associadas a implantes de hexágono externo em todas as suas estruturas associadas. No segundo, avaliaremos a influência das mesmas alturas de coroas, associadas a implantes de hexágono externo e cone - morse, na distribuição das tensões no tecido ósseo. Para a primeira parte do trabalho, foram confeccionados três modelos tridimensionais, com auxilio dos programas de modelagem gráfica SolidWorks 2006 e Rhinoceros 4.0, além do programa InVesalius (CTI, São Paulo, Brasil), utilizado para gerar o modelo ósseo a partir de uma tomografia computadorizada. Cada modelo foi composto por um bloco ósseo, com um implante de 3,75 x 10,00mm (Conexão Sistemas de Prótese, São Paulo), com o tipo de conexão: hexágono externo, utilizando três alturas de coroas (10 mm; 12.5 mm e 15 mm), colocadas na plataforma oclusal (hexágono externo). Após geração de geometrias, os modelos foram importados para o programa de pré e pós-processamento de elementos finitos FEMAP 10.0 (Siemens PLM...

The dental implants have been widely used for rehabilitation of partial and complete edentulism using fixed and removable prostheses. Despite the success rate and predictability, failures are reported and commonly associated with biomechanical complications. Among the biomechanical factors, an adequate proportion between the implant and superstructure dimensions should be established. However, there is little information about the influence of crown height and lever arm on stress in cortical and trabecular bone. Although the use of implants has increased, many patients are limited by insufficient bone height. Thus, some implant systems developed short implants to avoid invasive surgical procedures. Nevertheless, such implants present an inverted crown/anchored area ratio. The present study will be divided into two chapters. The first one will evaluate the influence of three pre-established crown heights attached to external hexagon implants on all structures. In the second chapter, it will be evaluated the influence of the same crown heights attached to external hexagon and morse taper implants on the stress distribution in bone tissue. Initially, three 3D models were fabricated using the softwares SolidWorks 2006 and Rhinoceros 4.0. The software InVesalius (CTI, Sao Paulo, Brazil) was also used to generate the bone model through a computed tomography. Each model was composed by a bone block with an external hexagon implant (3.75 X 10.0 mm) (Conexao Sistemas de Protese, Sao Paulo) and a crown with different heights (10 mm, 12.5 mm and 15 mm) attached to the implant platform (external hexagon). After generation of the geometries, the models were imported to the software FEMAP 10.0 (Siemens PLM Software Inc., USA) for pre- and post-processing of finite elements to generate the meshes as well as the loading and boundary conditions. Axial load of 200N and oblique load of 100N were applied on the occlusal surface of the crowns. The models were solved by the...

Avaliações biomecânicas e biológicas relacionadas às próteses implanto-suportadas e aos implantes osseointegrados / Biomechanical and biological evaluations of implant-supported prosthesis and osseointegrated implants

Objetivos: (1) Investigar o papel de diferentes níveis de pH da saliva artificial (3; 6,5 e 9) no comportamento corrosivo do titânio comercialmente puro (cp-Ti) e da liga Ti-6Al-4V (Capítulo 1); (2) Avaliar a influência do processo de corrosão na afinidade do lipopolissacarídeo (LPS) de Escherichia coli para o cp-Ti e o Ti-6Al-4V (Capítulo 2); (3) Investigar a natureza tribocorrosiva do titânio em saliva artificial em presença de LPS (Capítulo 3); (4) Comparar o efeito de diferentes designs de overdentures implanto-retidas e prótese total fixa implanto-suportada na distribuição de tensões em mandíbula edêntula pelo método de elementos finitos tridimensional (Capítulo 4). Materiais e métodos: Testes eletroquímicos como potencial de circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, e teste potenciodinâmico foram conduzidos. Para o teste de afinidade ao LPS, os espécimes foram tratados com LPS (1,5; 15 e 150 μg/ml) durante 24 horas para avaliar a aderência de LPS. Os discos foram transferidos a cada 24 horas para solução fresca de água livre de LPS até completar 72 horas, para investigar a liberação de LPS. No teste de tribocorrosão, o pH da saliva (6,5), a concentração de LPS (0, 0,15, 15 and 150 μg/ml), a duração do deslizamento (2000 ciclos), freqüência (1,2 Hz) e carga (20 N) foram usados para mimetizar o processo mastigatório. Finalmente, modelos tridimensionais de uma mandíbula edêntula foram construídos. No grupo OR a mandíbula foi restaurada com overdenture retida por implantes não esplitados com sistema de retenção O’ring; nos grupos BC-C e BC as mandíbulas foram restauradas com overdentures retidas por implantes esplintados com sistema de retenção barra-clipe associado ou não a cantilevers distais, respectivamente; no grupo FD a mandíbula foi restaurada com prótese total fixa suportada por implantes. As tensões de von Mises (σvM), máxima (σmax) e mínima (σmin) tensões principais foram obtidas. Resultados: A saliva ácida aumentou a taxa de...

Objectives: (1) To investigate the role of different levels of pH of artificial saliva (pHs 3, 6.5 and 9) under simulated oral environment on the corrosion behavior of commercially-pure titanium (cp-Ti) and Ti-6Al-4V alloy (Chapter 1); (2) To assess the influence of corrosion process on Escherichia coli lipopolysaccharide (LPS) affinity for cp-Ti and Ti-6Al-4V alloy (Chapter 2); (3) To evaluate the tribocorrosive (corrosion/wear) nature of titanium in artificial saliva (pH 6.5) with LPS (Chapter 3); and (4) To compare the effect of different designs of implant-retained overdentures and fixed full-arch implant-supported prosthesis on stress distribution in edentulous mandible by using a three-dimensional finite element analysis. Materials and methods: Standard electrochemical tests, such as open circuit potential, electrochemical impedance spectroscopy, and potentiodynamic tests were conducted in a controlled environment. For LPS affinity test, specimens were treated with LPS (1.5, 15 and 150 μg/ml) for 24 hours to evaluated LPS adherence. Discs were then transferred every 24 hours to fresh LPS-free water, up to 72 hours, to investigate LPS elution. In the tribocorrosion test, the pH of saliva (6.5); LPS concentration (0, 0.15, 15 and 150 μg/ml), sliding duration (2000 cycles), frequency (1.2Hz) and load (20 N) parameters mimicked the mastication process. Finally, tridimensional models of an edentulous mandible were constructed. In the OR group, the mandible was restored with an overdenture retained by unsplinted implants with O’ring attachment; in the BC-C and BC groups, the mandibles were restored with overdentures retained by splinted implants with bar-clip anchor associated or not with distally placed cantilevers, respectively; in the FD group, the mandible was restored with a fixed full-arch implant-supported prosthesis. The von Mises stress (σvM), the maximum (σmax) and minimum (σmin) principal stresses were obtained. Results: Acidic saliva increased the…

Análise das tensões em próteses unitárias implantossuportadas com diferentes tipos de conexões e qualidade óssea: estudo pelo método dos elementos finitos tridimensionais / Stress analysis of single implant-supported prosthesis with different prosthetic connection and bone qualities: a threedimensional finite element study

Um aspecto crítico que afeta o sucesso ou falha de um implante é a maneira pela qual as tensões são transferidas do implante ao tecido ósseo. A sobrecarga na prótese dentária pode levar a perda da osseointegração, dessa forma, é aconselhável evitar altas concentrações de tensões no osso de suporte, do ponto de vista clínico. Entretanto, o estresse mecânico pode ter consequências positivas ou negativas no tecido ósseo, fatores esses dependentes de vários fatores associados que podem ser mecânicos ou biológicos. Portanto, o propósito do presente estudo foi analisar a influência da qualidade óssea na distribuição das tensões em próteses unitárias implantossuportadas com diferentes tipos de conexão protética, pelo método dos elementos finitos tridimensionais. Para isso, foram confeccionados doze modelos tridimensionais com o auxílio dos programas de modelagem gráfica SolidWorks 2010 e Rhinoceros 4.0, além do programa InVesalius. Cada modelo foi composto por um bloco com diferentes qualidades ósseas (Tipo I, II, III e IV) e a presença de um implante (4,0x10 mm) com diferente tipo de conexão (Hexágono externo, interno e cone Morse), com coroa metalo-cerâmica. Após geração de geometrias, os modelos foram importados para o programa de pré e pós processamento de elementos finitos FEMAP 10.2, onde foram geradas as malhas de elementos finitos, condições de carregamento e contorno. A carga aplicada foi de 200N axialmente e 100N obliquamente, na superfície oclusal das coroas. Essa carga total foi dividida entre as cúspides (4 para a carga axial e as duas linguais para a carga oblíqua). Em seguida, a análise foi gerada no programa FEMAP 10.2 e exportada para cálculo no programa de elementos finitos NeiNastran versão 9.2, executada em uma estação de trabalho. Os resultados foram importados novamente ao FEMAP 10.2 para visualização e pós-processamento dos mapas de tensão de von Mises e tensão máxima principal. Os mapas gerais mostraram áreas de altas tensões no local de...

A critical issue that affects the success or failure of an implant is the manner in which the stresses are transferred from the implant to bone tissue. The overload can lead the dental implant to loss of osseointegration, thus it is advisable to avoid high stress concentrations in bone support, according to the clinical point of view. However, mechanical stress can bring positive or negative consequences in the bone tissue and these factors depend on association with mechanical or biological factors. Therefore, the purpose of this study was to analyze the influence of bone quality on stress distribution in implant-prosthesis unit with different types of prosthetic connection, by the three-dimensional finite element method. For this, twelve three-dimensional models were made with the aid of SolidWorks 2010 and Rhinoceros 4.0, graphical modeling software, besides the InVesalius. Each model was composed of a block with different bone qualities (Type I, II, III and IV), an implant (4.0 x 10 mm) with different type of prosthetic connection (Hexagon external, internal and Morse taper) and metal ceramic crown. After generation of geometries, the models were imported into FEMAP 10.2, the pre and post-processing finite element software, where it was generated finite element meshes, boundary and loading conditions. The 200N load was applied axially and 100N obliquely on the occlusal surface of crowns. This total load was divided among the cusps (four points for the axial load and two points for the oblique load on the lingual cusps). Then, the analysis was generated in the FEMAP 10.2 and exported to the NeiNastran version 9.2 software for calculation in finite element analysis, running on a workstation. The results were imported back to the FEMAP 10.2 for viewing and post-processing maps of von Mises stress and maximum principal stress. The general maps showed areas of high stress at the site of force application and in the interface crown/implant. Not only the screw, as…

Influência da altura da coroa em implantes osseointegrados: estudo pelo método dos elementos finitos tridimensionais / Influence of crown height with osseointegrated implants: a threedimensional finite element analysis

Os implantes dentais têm sido usados extensivamente para a reabilitação de edentulismo total e parcial, com próteses fixas ou removíveis. Em detrimento das suas taxas de sucesso e previsibilidade, falhas ocorrem e são associadas a complicações biomecânicas. Entre os fatores biomecânicos podemos destacar uma proporção adequada entre comprimento do implante e superestrutura. Porém, pouco é encontrado sobre a influência da altura da coroa, o alcance do braço de alavanca e, conseqüentemente, a tensão no osso cortical e no osso trabecular. Apesar do aumento no uso de implantes, muito pacientes que necessitam dessa terapia ficam limitados devido à pouca altura óssea. Sistemas disponibilizam no mercado implantes curtos, onde procedimentos cirúrgicos invasivos poderiam ser evitados; nesses implantes, porém, é muito comum uma relação coroa/área implantada invertida. Desenvolveremos este trabalho em dois capítulos. O primeiro irá avaliar a influência de três alturas de coroas pré-estabelecidas, quando associadas a implantes de hexágono externo em todas as suas estruturas associadas. No segundo, avaliaremos a influência das mesmas alturas de coroas, associadas a implantes de hexágono externo e cone - morse, na distribuição das tensões no tecido ósseo. Para a primeira parte do trabalho, foram confeccionados três modelos tridimensionais, com auxilio dos programas de modelagem gráfica SolidWorks 2006 e Rhinoceros 4.0, além do programa InVesalius (CTI, São Paulo, Brasil), utilizado para gerar o modelo ósseo a partir de uma tomografia computadorizada. Cada modelo foi composto por um bloco ósseo, com um implante de 3,75 x 10,00mm (Conexão Sistemas de Prótese, São Paulo), com o tipo de conexão: hexágono externo, utilizando três alturas de coroas (10 mm; 12.5 mm e 15 mm), colocadas na plataforma oclusal (hexágono externo). Após geração de geometrias, os modelos foram importados para o programa de pré e pós-processamento de elementos finitos FEMAP 10.0 (Siemens PLM...

The dental implants have been widely used for rehabilitation of partial and complete edentulism using fixed and removable prostheses. Despite the success rate and predictability, failures are reported and commonly associated with biomechanical complications. Among the biomechanical factors, an adequate proportion between the implant and superstructure dimensions should be established. However, there is little information about the influence of crown height and lever arm on stress in cortical and trabecular bone. Although the use of implants has increased, many patients are limited by insufficient bone height. Thus, some implant systems developed short implants to avoid invasive surgical procedures. Nevertheless, such implants present an inverted crown/anchored area ratio. The present study will be divided into two chapters. The first one will evaluate the influence of three pre-established crown heights attached to external hexagon implants on all structures. In the second chapter, it will be evaluated the influence of the same crown heights attached to external hexagon and morse taper implants on the stress distribution in bone tissue. Initially, three 3D models were fabricated using the softwares SolidWorks 2006 and Rhinoceros 4.0. The software InVesalius (CTI, Sao Paulo, Brazil) was also used to generate the bone model through a computed tomography. Each model was composed by a bone block with an external hexagon implant (3.75 X 10.0 mm) (Conexao Sistemas de Protese, Sao Paulo) and a crown with different heights (10 mm, 12.5 mm and 15 mm) attached to the implant platform (external hexagon). After generation of the geometries, the models were imported to the software FEMAP 10.0 (Siemens PLM Software Inc., USA) for pre- and post-processing of finite elements to generate the meshes as well as the loading and boundary conditions. Axial load of 200N and oblique load of 100N were applied on the occlusal surface of the crowns. The models were solved by the...

Avaliações biomecânicas e biológicas relacionadas às próteses implanto-suportadas e aos implantes osseointegrados / Biomechanical and biological evaluations of implant-supported prosthesis and osseointegrated implants

Objetivos: (1) Investigar o papel de diferentes níveis de pH da saliva artificial (3; 6,5 e 9) no comportamento corrosivo do titânio comercialmente puro (cp-Ti) e da liga Ti-6Al-4V (Capítulo 1); (2) Avaliar a influência do processo de corrosão na afinidade do lipopolissacarídeo (LPS) de Escherichia coli para o cp-Ti e o Ti-6Al-4V (Capítulo 2); (3) Investigar a natureza tribocorrosiva do titânio em saliva artificial em presença de LPS (Capítulo 3); (4) Comparar o efeito de diferentes designs de overdentures implanto-retidas e prótese total fixa implanto-suportada na distribuição de tensões em mandíbula edêntula pelo método de elementos finitos tridimensional (Capítulo 4). Materiais e métodos: Testes eletroquímicos como potencial de circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, e teste potenciodinâmico foram conduzidos. Para o teste de afinidade ao LPS, os espécimes foram tratados com LPS (1,5; 15 e 150 μg/ml) durante 24 horas para avaliar a aderência de LPS. Os discos foram transferidos a cada 24 horas para solução fresca de água livre de LPS até completar 72 horas, para investigar a liberação de LPS. No teste de tribocorrosão, o pH da saliva (6,5), a concentração de LPS (0, 0,15, 15 and 150 μg/ml), a duração do deslizamento (2000 ciclos), freqüência (1,2 Hz) e carga (20 N) foram usados para mimetizar o processo mastigatório. Finalmente, modelos tridimensionais de uma mandíbula edêntula foram construídos. No grupo OR a mandíbula foi restaurada com overdenture retida por implantes não esplitados com sistema de retenção O’ring; nos grupos BC-C e BC as mandíbulas foram restauradas com overdentures retidas por implantes esplintados com sistema de retenção barra-clipe associado ou não a cantilevers distais, respectivamente; no grupo FD a mandíbula foi restaurada com prótese total fixa suportada por implantes. As tensões de von Mises (σvM), máxima (σmax) e mínima (σmin) tensões principais foram obtidas. Resultados: A saliva ácida aumentou a taxa de...

Objectives: (1) To investigate the role of different levels of pH of artificial saliva (pHs 3, 6.5 and 9) under simulated oral environment on the corrosion behavior of commercially-pure titanium (cp-Ti) and Ti-6Al-4V alloy (Chapter 1); (2) To assess the influence of corrosion process on Escherichia coli lipopolysaccharide (LPS) affinity for cp-Ti and Ti-6Al-4V alloy (Chapter 2); (3) To evaluate the tribocorrosive (corrosion/wear) nature of titanium in artificial saliva (pH 6.5) with LPS (Chapter 3); and (4) To compare the effect of different designs of implant-retained overdentures and fixed full-arch implant-supported prosthesis on stress distribution in edentulous mandible by using a three-dimensional finite element analysis. Materials and methods: Standard electrochemical tests, such as open circuit potential, electrochemical impedance spectroscopy, and potentiodynamic tests were conducted in a controlled environment. For LPS affinity test, specimens were treated with LPS (1.5, 15 and 150 μg/ml) for 24 hours to evaluated LPS adherence. Discs were then transferred every 24 hours to fresh LPS-free water, up to 72 hours, to investigate LPS elution. In the tribocorrosion test, the pH of saliva (6.5); LPS concentration (0, 0.15, 15 and 150 μg/ml), sliding duration (2000 cycles), frequency (1.2Hz) and load (20 N) parameters mimicked the mastication process. Finally, tridimensional models of an edentulous mandible were constructed. In the OR group, the mandible was restored with an overdenture retained by unsplinted implants with O’ring attachment; in the BC-C and BC groups, the mandibles were restored with overdentures retained by splinted implants with bar-clip anchor associated or not with distally placed cantilevers, respectively; in the FD group, the mandible was restored with a fixed full-arch implant-supported prosthesis. The von Mises stress (σvM), the maximum (σmax) and minimum (σmin) principal stresses were obtained. Results: Acidic saliva increased the…

Análise das tensões em próteses unitárias implantossuportadas com diferentes tipos de conexões e qualidade óssea: estudo pelo método dos elementos finitos tridimensionais / Stress analysis of single implant-supported prosthesis with different prosthetic connection and bone qualities: a threedimensional finite element study

Um aspecto crítico que afeta o sucesso ou falha de um implante é a maneira pela qual as tensões são transferidas do implante ao tecido ósseo. A sobrecarga na prótese dentária pode levar a perda da osseointegração, dessa forma, é aconselhável evitar altas concentrações de tensões no osso de suporte, do ponto de vista clínico. Entretanto, o estresse mecânico pode ter consequências positivas ou negativas no tecido ósseo, fatores esses dependentes de vários fatores associados que podem ser mecânicos ou biológicos. Portanto, o propósito do presente estudo foi analisar a influência da qualidade óssea na distribuição das tensões em próteses unitárias implantossuportadas com diferentes tipos de conexão protética, pelo método dos elementos finitos tridimensionais. Para isso, foram confeccionados doze modelos tridimensionais com o auxílio dos programas de modelagem gráfica SolidWorks 2010 e Rhinoceros 4.0, além do programa InVesalius. Cada modelo foi composto por um bloco com diferentes qualidades ósseas (Tipo I, II, III e IV) e a presença de um implante (4,0x10 mm) com diferente tipo de conexão (Hexágono externo, interno e cone Morse), com coroa metalo-cerâmica. Após geração de geometrias, os modelos foram importados para o programa de pré e pós processamento de elementos finitos FEMAP 10.2, onde foram geradas as malhas de elementos finitos, condições de carregamento e contorno. A carga aplicada foi de 200N axialmente e 100N obliquamente, na superfície oclusal das coroas. Essa carga total foi dividida entre as cúspides (4 para a carga axial e as duas linguais para a carga oblíqua). Em seguida, a análise foi gerada no programa FEMAP 10.2 e exportada para cálculo no programa de elementos finitos NeiNastran versão 9.2, executada em uma estação de trabalho. Os resultados foram importados novamente ao FEMAP 10.2 para visualização e pós-processamento dos mapas de tensão de von Mises e tensão máxima principal. Os mapas gerais mostraram áreas de altas tensões no local de...

A critical issue that affects the success or failure of an implant is the manner in which the stresses are transferred from the implant to bone tissue. The overload can lead the dental implant to loss of osseointegration, thus it is advisable to avoid high stress concentrations in bone support, according to the clinical point of view. However, mechanical stress can bring positive or negative consequences in the bone tissue and these factors depend on association with mechanical or biological factors. Therefore, the purpose of this study was to analyze the influence of bone quality on stress distribution in implant-prosthesis unit with different types of prosthetic connection, by the three-dimensional finite element method. For this, twelve three-dimensional models were made with the aid of SolidWorks 2010 and Rhinoceros 4.0, graphical modeling software, besides the InVesalius. Each model was composed of a block with different bone qualities (Type I, II, III and IV), an implant (4.0 x 10 mm) with different type of prosthetic connection (Hexagon external, internal and Morse taper) and metal ceramic crown. After generation of geometries, the models were imported into FEMAP 10.2, the pre and post-processing finite element software, where it was generated finite element meshes, boundary and loading conditions. The 200N load was applied axially and 100N obliquely on the occlusal surface of crowns. This total load was divided among the cusps (four points for the axial load and two points for the oblique load on the lingual cusps). Then, the analysis was generated in the FEMAP 10.2 and exported to the NeiNastran version 9.2 software for calculation in finite element analysis, running on a workstation. The results were imported back to the FEMAP 10.2 for viewing and post-processing maps of von Mises stress and maximum principal stress. The general maps showed areas of high stress at the site of force application and in the interface crown/implant. Not only the screw, as…

Análise de tensões por elementos finitos de um sistema rígido para carga imediata em mandíbula edêntula / Finite element stress analysis of a rigid system for immediate loading in edentulous mandible

Este trabalho analisou, por meio do Método de Elementos Finitos, as tensões geradas no osso cortical ao redor de implantes que suportam próteses totais fixas mandibulares com esplintagem dos implantes por meio de uma barra pré-fabricada rígida de titânio (Sistema Neopronto® - Neodent®), após simulação de carga oclusal axial e oblíqua, aplicada no último elemento do cantilever. Os resultados mostraram que o sistema de esplintagem rígida dos implantes transmitiu tensões máximas toleráveis ao osso cortical. Concluiu-se que o carregamento axial transmitiu menor tensão ao osso cortical que o carregamento oblíquo, no entanto, para ambos os tipos de carregamento, não haveria comprometimento da integridade do osso cortical, visto que o limite máximo de tensão atingido foi inferior ao preconizado na literatura (167 MPa).

Análise do movimento inicial de molares superiores submetidos a forças extrabucais: estudo 3D / Analysis of initial movement of maxillary molars submitted to extraoral forces: a 3D study

OBJETIVO: analisar pelo método dos elementos finitos o deslocamento dos molares superiores frente a três diferentes inclinações do arco externo do aparelho extrabucal na tração do tipo cervical. MÉTODOS: maxila, dentes montados em má oclusão de Classe II e aparelho foram modelados através de formulação variacional e seus valores reproduzidos em coordenadas X, Y e Z. Foram realizadas simulações em microcomputador tipo PC, utilizando o programa ANSYS versão 8.1. Cada modelo de arco externo reproduziu linhas de força que passaram (1) acima (AcCR), (2) abaixo (AbCR) e (3) no centro de resistência (CR) do molar permanente superior de um mesmo modelo portador de má oclusão de Classe II. A avaliação restringiu-se ao movimento inicial dos molares frente à força extrabucal de 4 Newtons. RESULTADOS: o movimento distal inicial dos molares, tendo como ponto de referência a mesial do tubo, foi maior na coroa do modelo AbCR (0,47x10-6), e maior na raiz do modelo AcCR (0,32x10-6), provocando inclinações da coroa para distal e mesial, respectivamente. No modelo CR, os pontos na coroa (0,15x10-6) e raiz (0,12x10-6) deslocaram-se para distal equilibradamente, resultando em movimento de translação. Em todos os modelos, numa vista oclusal, houve tendência de rotação distal inicial da coroa, porém no modelo CR esse movimento foi muito pequeno. No sentido vertical (Z), todos os modelos revelaram movimento extrusivo (AbCR= 0,18x10-6; CR= 0,62x10-6; AcCR= 0,72x10-6). CONCLUSÃO: a simulação computacional do uso de aparelho extrabucal com tração cervical revelou a ocorrência de movimento extrusivo e distal, podendo ser por inclinação distal de coroa, de raiz ou movimento de translação.

OBJECTIVE: To analyze maxillary molar displacement by applying three different angulations to the outer bow of cervical-pull headgear, using the finite element method (FEM). METHODS: Maxilla, teeth set up in Class II malocclusion and equipment were modeled through variational formulation and their values represented in X, Y, Z coordinates. Simulations were performed using a PC computer and ANSYS software version 8.1. Each outer bow model reproduced force lines that ran above (ACR) (1), below (BCR) (2) and through the center of resistance (CR) (3) of the maxillary permanent molars of each Class II model. Evaluation was limited to the initial movement of molars submitted to an extraoral force of 4 Newtons. RESULTS: The initial distal movement of the molars, using as reference the mesial surface of the tube, was higher in the crown of the BCR model (0.47x10-6) as well as in the root of the ACR (0.32x10-6) model, causing the crown to tip distally and mesially, respectively. On the CR model, the points on the crown (0.15 x10-6) and root (0.12 x10-6) moved distally in a balanced manner, which resulted in bodily movement. In occlusal view, the crowns on all models showed a tendency towards initial distal rotation, but on the CR model this movement was very small. In the vertical direction (Z), all models displayed extrusive movement (BCR 0.18 x10-6; CR 0.62 x10-6; ACR 0.72x10-6). CONCLUSIONS: Computer simulations of cervical-pull headgear use disclosed the presence of extrusive and distal movement, distal crown and root tipping, or bodily movement.

Avaliação de núcleo metálico fundido, núcleo com fibra de vidro e endocrown em cerâmica: análise comparativa pelo método dos elementos finitos / Evaluation of metal core, glass fiber post and ceramic endocrown: comparation between a 3D finite elements analysis and mechanical test

Dentes tratados endodonticamente têm uma maior incidência a fraturas, tornando sua restauração um desafio para a Odontologia. Foram selecionados três incisivos centrais superiores humanos os quais foram restaurados com núcleo metálico fundido e coroa de cerâmica IPS emax®Press, núcleo de preenchimento em resina ccomposta associado ao pino de fibra de vidro e coroa de cerâmica IPS emax®Press e endocrown em cerâmica IPS emax®Press. Os dentes foram levados ao teste estático de fratura. Paralelamente foi realizado um modelo virtual de um incisivo central que apresentava características e restaurações representativas dos dentes que foram levados ao teste de fratura. A análise computacional pelo método dos elementos finitos 3D foi realizada. Os resultados obtidos nos dois tipos de análise realizada mostram que a coroa endocrown e o pino de fibra de vidro apresentaram um padrão de fratura que não afetou a estrutura radicular enquanto que o núcleo metálico fundido apresentou um padrão de fratura desfavorável envolvendo a estrutura radicular condenando o dente. Na análise dos elementos finitos obtivemos uma correta previsibilidade de onde as coroas e núcleos poderiam falhar. A análise dos elementos finitos é uma metodologia importante na análise de novas técnicas e novos materiais.

Restoration of endodontically treated teeth is a common problem in restorative dentistry, related to the fractures occurring in such teeth. Three human maxillary central incisor were selected and restaured with metal core and IPS emax®ceramic crown, glass fiber post with composite core and IPS emax®ceramic crown and IPS emax®ceramic endocrown. Static loading test were performed on each specimen until failure. Paralleled a 3D model of a maxillary central incisor is presented. The same characteristics of the real teeth used in the mechanical test were applied. A 3D finite elements analysis was made. The results of both analysis shows that endocrown and fiber post have a pattern of fracture that not involve the root while metal core presents a catastrophic pattern of fracture in the root. The FEM analysis is an important methodology in the development of new materials.