Biomechanics of implant-supported restorations / Biomecânica das restaurações implantossuportadas

The rehabilitation of patients with dental implant-supported restorations is an ideal treatment option in contemporary dentistry. The aim of this review was to compile and to demonstrate the mechanical response during loading condition, on the stress distributions of implant-supported prostheses. The findings show that the majority of stresses were concentrated in the cervical region of the implant/abutment interface and that they can be affected by several clinical parameters and loading conditions. Finally, the final prosthetic design should combine superior mechanical response, long-term survival rate and allow patient satisfaction. (AU)

A reabilitação de pacientes com restaurações implanto-suportadas é uma opção de tratamento ideal na odontologia contemporânea. O objetivo desta revisão foi compilar e demonstrar a resposta mecânica durante a aplicação de carga, na distribuição de tensão de próteses implanto-suportadas. Os achados mostram que a maioria das tensões se concentram na região cervical da interface implante/pilar e pode ser afetada por diversos parâmetros clínicos e condições de carregamento. Por fim, o desenho protético final deve combinar uma melhor resposta mecânica, taxa de sobrevida a longo prazo e permitir a satisfação do paciente. (AU)

Fiberglass versus cast metal posts: a practical review based on mechanical properties / Pinos de fibra de vidro versus metal fundido: uma revisão prática baseada em propriedades mecânicas

The current review aimed to compare the mechanical properties and clinical behavior of fiberglass and cast metal posts. It included in-vitro studies, finite element analysis, clinical studies, and systematic reviews that evaluated fiberglass and metal posts with reliable methodologies. The reports in the literature diverge on tooth failure modes and stress distributions in the root according to different posts. Investigations suggest that fiberglass posts are preferable because their elastic modulus is similar to dentin. Other studies mention that the flexibility of fiber posts may damage the interface. The fracture load values of different studies could not be compared. The presence of a ferrule seems beneficial. Cast metal posts provide higher characteristic strength to the set but with more unfavorable failures. Intraradicular posts with a lower elastic modulus produce more stress between the cement layer and dentin. In conclusion, fiberglass and cast metal posts can be used with a ferrule. Cast metal posts seem more appropriate for weakened teeth. The presence of a ferrule benefits the system. Weakened teeth tolerate higher loads when restored with cast metal posts, but when these posts fail, the only solution is tooth extraction. Clinical follow-ups cannot yet detect differences between the survival rates of intraradicular fiberglass and cast metal posts (AU)

O objetivo da presente revisão foi comparar as propriedades mecânicas e o comportamento clínico de pinos de fibra de vidro e núcleos metálicos fundidos. Estudos laboratoriais, analise por elementos finitos, estudos clínicos e revisões sistemáticas que avaliaram pinos de fibra de vidro e metálicos, com metodologia confiável foram selecionados. A literatura mostra-se bastante controversa sobre os modos de falha do dente e a distribuição de tensões na raiz de acordo com diferentes tipos de pinos. Algumas investigações sugerem que pinos de fibra de vidro são preferíveis porque seu módulo de elasticidade é semelhante ao da dentina, enquanto outras mencionam que a flexibilidade do pino de fibra pode ser prejudicial à interface adesiva. Os valores de carga de fratura em diferentes estudos não podem ser comparados. A presença de férula é benéfica. O núcleo metálico fundido resulta em maior resistência característica do conjunto, mas falhas mais desfavoráveis. Também, pinos com menor módulo geram mais tensão entre a camada de cimento e a dentina. Em conclusão, verificou-se que tanto pino de fibra de vidro como núcleo metálico fundido podem ser utilizados quando a férula está presente. Os núcleos metálicos fundidos parecem ser mais indicados para dentes fragilizados. É evidente que a presença de férula é benéfica para o sistema. Dentes fragilizados toleram cargas maiores quando restaurados com núcleos metálicos fundidos; porém, quando falham, a única solução é a extração do dente. Os acompanhamentos clínicos ainda não são capazes de detectar diferença entre as taxas de sobrevivência dos pinos de fibra de vidro e núcleos metálicos (AU)

Influence of anterior load and restorative procedure on maxillary incisors with different cervical wear morphologies / Influência do procedimento restaurador e de contato anterior em incisivos superiores com diferentes morfologias de desgaste cervical

The aim of this study was to evaluate the influence of different anterior load type and restorative procedure on stress distribution of maxillary incisors with different noncarious cervical lesions (NCCLs) morphologies. Three-dimensional models of a maxillary incisor were generated. Beyond the sound model (SO), five NCCLs morphologies were simulated: shallow (SH), notched (NO), concave (CO), wedge-haped (WS) and irregular with dual center (IR' and IR"). Composite resin restoration of all the models was simulated (R). Two different anterior loads were applied: 100N on palatine middle third (ML) and 500 N on palatine incisal third (IL). The data were obtained in MPa using the Maximum Principal Stress and Von Mises criteria and the statistical analysis was performed (paired t-test with 95% confidence level). The IL provided higher compressive stress than ML, mainly on WS (-136.3MPa), IR" (-117.5) and NO (-71.1 MPa). The highest tensile stress found within the restored models was on NOR with IL (19,1 MPa). The Von Mises results showed higher stress concentration on non-restored and IL models (p<0.001). The anterior load type and restorative status were determinant factors on stress distribution pattern changes, whereas NCCLs morphologies had little influence in maxillary incisors.

O objetivo deste estudo foi avaliar a influência de diferentes tipos de contatos anteriores e procedimentos restauradores na distribuição de tensões de incisivos superiores com diferentes morfologias de lesões cervicais não-cariosas (NCCLs). Modelos tridimensionais de um incisivo central superior foram gerados. Além do modelo hígido (SO), foram simuladas cinco morfologias de NCCLs: rasas (SH), entalhadas (NO), côncavas (CO), em forma de cunha (WS) e irregulares com centro duplo (IR' e IR''). Restauração com resina composta em todos os modelos foi simulada (R). Dois contatos anteriores diferentes foram aplicadas: 100N no terço médio palatino (ML) e 500N no terço incisal palatino (IL). Os dados foram obtidos em MPa utilizando os critérios de Tensão Máxima Principal e de Von Mises e a análise estatística foi realizada (teste t pareado com nível de significância de 95%). A IL proporcionou maior estresse compressivo que ML, principalmente em WS (-136,3MPa), IR "(-117,5) e NO (-71,1 MPa). A maior tensão de tração encontrada nos modelos restaurados foi na NOR com IL (19,1 MPa). Os resultados de Von Mises mostraram maior concentração de estresse nos modelos não restaurados e IL (p <0,001). O tipo de contato anterior e a presença de restauração foram fatores determinantes nas alterações do padrão de distribuição de estresse, enquanto as morfologias dos NCCLs tiveram pouca influência nos incisivos superiores.

Influence of the occlusal contacts in formation of Abfraction Lesions in the upper premolar / Influência dos contatos oclusais na formação de lesões de Abfração no pré-molar superior

Objective: The aim of this study was to observe the influence of different occlusal contacts in a superior pre-molar structure using Finite Element Analysis. Material and Methods: A three-dimensional model of a superior pre-molar was designed to simulate three occlusion situations, namely central occlusion and two types of lateral occlusion contacts. The model presents enamel, dentin, a periodontal ligament and a fixation cylinder separately. All materials were considered isotropic, linear and homogeneous, and the contacts of each structure were perfectly bonded. On analysis software, a load was applied to an occlusal surface at 40° to the long axis on lateral contacts, and directed to the long axis on central occlusion contact. Results: The results were obtained in stress maps and the maximum values were then plotted in table for quantitative comparison, with the enamel concentrating more stress than dentin and the occlusal contact presenting the worst biomechanical behavior. Conclusion: Within the limitations of this study, it is possible conclude that: eccentric contacts have higher potential to develop abfraction lesions on the cervical region of teeth, thus increasing the magnitude of tensile and shear stresses. (AU)

Objetivo: observar a influência de diferentes contatos oclusais em uma estrutura pré-molar superior usando a análise por elementos finitos. Material e Métodos: um modelo tridimensional de pré-molar superior foi projetado para simular três situações de oclusão: oclusão central e dois tipos de contatos de oclusão lateral. O modelo apresentou esmalte, dentina, ligamento periodontal e um cilindro de fixação separadamente. Todos os materiais foram considerados isotrópicos, lineares e homogêneos, e os contatos de cada estrutura foram considerados perfeitamente ligados. No software de análise, aplicou-se uma carga na superfície oclusal a 40°, ao longo eixo do dente, nos contatos laterais e direcionada para apical no contato de oclusão central. Resultados: os resultados foram obtidos nos mapas de tensão e os valores máximos foram escritos em tabela para comparação quantitativa, com o esmalte concentrando mais tensão do que a dentina e o contato em cúspide de balanceio apresentando o pior comportamento biomecânico. Conclusão: dentro das limitações deste estudo, é possível concluir que: os contatos excêntricos facilitam o surgimento de lesões de abfração na região cervical dos dentes, pois aumentam a magnitude das tensões de tração e de cisalhamento. (AU)

Biomechanical behavior of indirect composite materials: a 3D-FEA study / Comportamento biomecânico de resinas compostas indiretas: um estudo 3D-FEA

Objective: Este estudo teve como objetivo avaliar a influência do módulo de elasticidade de resinas compostas indiretas (RCI) na distribuição de tensão de um primeiro pré-molar superior restaurado. Materiais e métodos: Um modelo de elemento finito tridimensional (3D) de um dente com restauração mesio-ocluso-distal (MOD) foi utilizado. Foram simulados três RCI, alterando o módulo de elasticidade: 10, 15 e 20 GPa. Todos os materiais foram considerados isotrópicos, homogêneos, lineares e elásticos. Uma carga axial (200 N) foi aplicada na superfície oclusal através de uma esfera, e os nós da superfície externa das raízes foram fixados. Foi analisada a Tensão Máxima Principal no dente e na restauração. Resultados: De acordo com a análise, quanto menor for o módulo elástico da RCI, maiores são os valores de tensão de tração gerados no dente. Para a restauração, observou-se o oposto: quanto menor o módulo, menor a tensão de tração. Conclusão: Com as limitações deste estudo, é possível concluir que quanto maior o módulo de elasticidade do material restaurador, mais difícil será a deflexão das cúspides, mas, a fratura da resina será mais fácil.(AU)

Objetivo: This study aimed to evaluate the influence of the elastic modulus of indirect composite resins (ICR) in the stress distribution of a restored maxillary first premolar. Material and methods: A three-dimensional (3D) finite element model of the tooth and the mesialocclusal-distal (MOD) restoration was created. Three ICR were simulated, by changing the elastic modulus: 10, 15 and 20 GPa. All materials were considered as isotropic, homogeneous and linearly elastic. An occlusal load (200 N) was applied on occlusal surface trough a sphere, and the nodes of the external surface of the root were fixed. The maximum principal stresses on the tooth and restoration were analyzed. Results: According to FE analysis, the lower the ICR elastic modulus, the higher the tensile stress values generated on the remaining tooth. For the restoration, the opposite was observed: the lower the modulus, the lower the tensile stress. Conclusion: With the limitations of this study it is possible to conclude that the greater the elastic modulus of the restorative material the harder it will be to deflect the cusps, but the easier the fracture of the resin(AU)

Stress and strain distributions on short implants with two different prosthetic connections ­ an in vitro and in silico analysis / Distribuições de tensão e microdeformação em implantes curtos com duas conexões protéticas diferentes - uma análise in vitro e in silico

Objetivo: Uma biomecânica ideal que minimiza a tensão entre implante e osso pode proporcionar sucesso para implantes osseointegrados. Este estudo avaliou a concentração de deformação no tecido circundante e a tensão nos componentes de dois implantes com diferentes conexões protéticas através de métodos in vitro e in silico. Material e Métodos: Vinte blocos de poliuretano foram divididos em dois grupos (n = 10), seguido da instalação de hexágono interno (IH) (AS Tecnologia - Titanium Fix, São José dos Campos, Brasil) ou de implantes cone morse (LT) (Bicon Dental Implants). Para o método da extensometria (SG), foram colocados quatro sensores ao redor dos implantes. Para a análise por elementos finitos (FEA), o mesmo bloco foi modelado e analisado. Foi aplicada uma carga axial (30 kgf) para ambas as metodologias. Os valores de tensão e deformação foram analisados quanto à correlação com o SG. Resultados: Para SG, LT apresentou uma média de deformação mais agressiva (-932) que IH (-632). Para FEA, a LT mostrou menor tensão (-547) que IH (-1169). Conclusão: Para os dois sistemas implantes, os valores de microdeformação capazes de induzir remodelação óssea indesejada não foram medidos. No entanto, para o implante IH, a presença de um parafuso de retenção tem a desvantagem de concentrar a tensão, enquanto um pilar sólido dissipa a carga axial através do implante, o que sugere um melhor desempenho para o grupo LT. (AU)

Objective: An ideal biomechanics minimizes the stress between implant and bone that can provide success for osseointegrated implants. This study evaluated the strain concentration in surrounding tissue and stress in the components of two implants with different prosthetic connections through an in vitro and in silico methods. Methods: Twenty polyurethane blocks were divided into two groups (n=10) followed by the installation of internal hexagon (IH) (AS Technology ­ Titanium Fix, São José dos Campos, Brazil) or locking taper implants (LT) (Bicon Dental Implants). For strain gauge (SG) method, four sensors were placed around the implants. For finite element analysis (FEA), the same block was modeled and analyzed. An axial load (30 kgf) was applied for both methodologies. The values of stress and strain were analyzed for correlation to SG. Results: For SG, LT presented a mean of strain most aggressive (-932) than IH (-632). For FEA, LT showed less stress (-547) then IH (-1169). Conclusion: For two implant's system, microstrain values capable to induce unwanted bone remodeling were not measured. However, for IH implant, the presence of a retention screw has the disadvantage to concentrate stress while a solid abutment dissipates the axial load through the implant that suggests a better performance for LT group(AU)

Analysis of the distribution of stress and deformation in single implant-supported prosthetic units in implants of different diameters / Análise da distribuição das tensões e deformações em reabilitações implanto-suportadas unitárias com implantes de diferentes diâmetros

Introduction: When stress and strain levels in the bone-implant system exceed It's capacity, a mechanical fatigue occurs, resulting in collapse and loss of osseointegration. Objective: Analyze biomechanical behavior in single implant-supported prosthesis with implants of different diameters in the posterior mandible. Material and method: Three different finite element models of Cone-Morse implants with the same height were created, varying the diameter (3.3 mm, 4.1 mm and 4.8 mm). The mandibular first molar area was the location of the implant, with It´s component and overlying prosthetic crown. The jawbone was composed of cortical and cancellous bone. Refined mesh of 0.5 mm was created in the critical interfaces to be analyzed. The loading of the models was performed at the point of occlusal contact with an occlusal load of 400 N. Result: Maximum stress and strain occurred in the cervical regions of the implants in all groups, either in the implants or in components as well as in the analysis of cortical bone. The greater the diameter, the lower the stress and strain found in the implant. The 3.3 mm group had the highest strain in peri-implant cortical bone, and the 4.1 mm group had the smallest deformation, significantly lower than in the 4.8 mm group. Conclusion: Although the biggest implant diameter (4.8 mm) appears to have lower values of stress and strain, the group of intermediate implant diameter (4.1 mm) showed less deformation rate in the cortical peri-implant bone. Therefore it is concluded that the 4.1 mm implant platform presented a more biomechanically effective peri-implant bone maintenance.

Introdução: Quando os níveis de tensão e compressão gerados no sistema osso-implante excederem a capacidade óssea ocorre uma fadiga mecânica, resultando em colapso e perda da osseointegração. Objetivo: Analisar o comportamento biomecânico em próteses unitárias implanto-suportadas com implantes de diferentes diâmetros na região posterior de mandíbula. Material e método: Foram criados três modelos de elementos finitos de implantes cone-Morse de mesmo comprimento, variando-se o diâmetro: 3,3 mm, 4,1 mm e 4,8 mm. A localização do implante foi a região de primeiro molar inferior, com componente e coroa protética sobrejacentes. A mandíbula foi composta por osso cortical e medular. Foi criada malha refinada de 0,5 mm nas interfaces criticas a serem analisadas. O carregamento dos modelos foi realizado nos pontos de contatos oclusais, com uma carga oclusal de 400 N. Resultado: Tensão e deformação máximas ocorreram nas regiões cervicais dos implantes em todos os grupos, tanto na análise dos implantes e componentes quanto na análise do osso cortical. Quanto maior foi o diâmetro, menores foram tensão e deformação encontradas no implante. O grupo 3,3 mm apresentou a maior deformação em osso cortical periimplantar, tendo o grupo 4,1 mm a menor deformação, significantemente menor em relação ao grupo 4,8 mm. Conclusão: Apesar de o implante de maior diâmetro (4,8 mm) ter apresentado os menores valores de tensão e deformação, o grupo do implante de diâmetro intermediário (4,1 mm) mostrou menor taxa de deformação em osso cortical periimplantar. Portanto conclui-se que o implante de plataforma 4,1 mm apresentou-se mais efetivo biomecanicamente para manutenção óssea periimplantar.

Influence of non carious cervical lesions depth, loading point application and restoration on stress distribution pattern in lower premolars: a 2D finite element analysis / Influência da profundidade da lesão cervical não cariosa, ponto de aplicação de carga e restauração no padrão de distribuição de tensões em pré-molares inferiores: 2d-análise por elementos finitos

The aim of this study was to analyze the biomechanical behavior of lower premolars regarding the non-carious cervical lesion (NCCL) depth, load type and restoration status, using finite element analysis. Twodimensional virtual model simulating a healthy lower premolar were created using the CAD software. Based on this image, five models were generated: healthy (H), three types of NCCLs: small lesion (SL ­ 0.5 mm deep), medium lesion (ML ­ 1.0 mm), deep lesion (DL ­ 1.5 mm), and restored lesion (RL). The models were export to a CAE software (ANSYS Finite Element Analysis Software), the areas of all structures were plotted and each model was meshed using a control mesh device. All of the virtual models were subjected to two occlusal load types, (100N each): occlusal load (OL) and buccal load (BL) on buccal cusp. The magnitude and the stress distribution were obtained using the von Mises and maximum principal stress criteria (1), in MPa. The quantitative analysis of stress (MPa) was identified at three points of the NCCLs: enamel surface on its upper wall , dentin at the bottom wall and dentin on the lower wall. The results showed a direct relation between sequential removal of cervical structure and higher stress concentration for any groups and for both loads types. For OL the highest value of stress was 8.8 MPa for DL on upper wall of NCCLs.The BL exhibited higher stress values in comparison to the OL for all models.In addtion, the BL was responsible for providing the highest stress accumulation on the bottom wall, 38.2 MPa for DL. The restoration with composite resin was able to restore a stress distribution close to the healthy model, for both load types. In conclusion, the extent of non-carious cervical lesion and loading conditions influenced the stress distribution pattern of lower premolar. The outer load seems to be more critical in affecting the biomechanical behavior of lower premolars, regardless of the lesion size. The restoration of NCCLs with composite resin appears to recover the biomechanical behavior, similar to healthy model.

O objetivo desse estudo foi analisar o comportamento biomecânico de pré-molares inferiores em relação a profundidade da lesão cervical não cariosa (LCNC), tipo de carregamento e condição da restauração, utilizando a análise por elementos finitos. Modelo virtual bidimensional simulando um pré molar inferior hígido foi criado utizando o software de CAD.A partir dessa imagem, cinco modelos foram gerados: hígido (H), três tipos de LCNCs-lesão rasa (SL-0.5 mm de profundidade), lesão média (ML-1.0mm), lesão profunda (DL-1.5mm), e lesão restaurada (RL). Os modelos foram exportados para o software de CAE (ANSYS Software de Análise por Elementos Finitos), as áreas de todas as estruturas foram plotadas e cada modelo foi malhado utilizando um dispositivo controle de malha.Todos os modelos virtuais foram submetidos a dois tipos de carregamento oclusal (100N cada): carregamento oclusal (OL) e carregamento externo (BL) na cúspide vestibular. A intensidade e a distribuição das tensões foram obtidas utilizando os critérios de von Mises e tensão máxima principal (1),em Mpa. A análise quantitativa das tensões (MPa) foi identificada em três pontos das LCNCs: parede superior em esmalte, parede de fundo em dentina e parede inferior em dentina. Os resultados apresentaram uma relação direta entre a remoção sequencial de estrutura na região cervical e os maiores valores de concentração de tensões para todos os grupos e para os dois tipos de carga. Para OL, o maior valor de tensão foi 8.8 MPa para DL na parede superior da LCNCs. O BL exibiu maiores valores de tensão em comparação ao OL para todos os modelos. Além disso, BL foi responsável por promover o maior acúmulo de tensão na parede de fundo, 38.2 MPa para DL. A restauração com resina composta foi capaz de restaurar uma distribuição de tensões similar a do modelo hígido, para ambos os tipos de carga. Em conclusão, a extensão da lesão e o tipo de carregamento influenciaram no padrão de distribuição de tensões de pré-molares inferiores. A carga externa parece ser mais crítica para afetar o comportamento biomecânico de pré-molares inferiores, independente do tamanho da lesão. A restauração das LCNCs com resina composta, parece recuperar o comportamento biomecânico similar ao do modelo hígido.

Implantes curtos do tipo cone - Morse: Proporção coroaimplante / Morse Taper implants short: crown-to-implant ratio.

A proposta deste estudo foi analisar as interações biomecânicas no tecido ósseo entre implantes curtos e coroas implantossuportadas com diferentes alturas. Dois modelos foram confeccionados usando os programas Invesalius 3.0, Rhinoceros 4.0 e Solidworks 2010. Esses modelos foram constituídos de um bloco ósseo com implante curto (3,75 x 8,5 mm) cone Morse. A altura da coroa (cimentada) foi estabelecida em 10.00 mm e 15.00 mm. Os modelos foram processados pelos programas Femap 10 e NeiNastran 10.0. A força aplicada foi de 200N (vertical) e 100N (oblíqua). Os resultados foram plotados em mapas de Tensão Máxima Principal. A análise estatística foi realizada com ANOVA. Os resultados apontaram que o aumento da altura da coroa ampliou a concentração de tensões na coroa de 15 mm, sob carregamento oblíquo (p<0.001), e a carga oblíqua ampliou consideravelmente a área de concentração de tensões (p<0.001). O aumento da coroa ampliou a concentração de tensões sendo estatisticamente significante para implantes curtos do tipo cone Morse. A região distal e mesial apresentaram a maior concentração de tensões, sob carregamento oblíquo. O carregamento oblíquo foi o mais prejudicial, quando comparado com o carregamento axial, sendo estatisticamente significante.

The purpose of this study was to analyze the biomechanical interactions in bone tissue between short implants and implant-supported crowns with different heights. Two models were made using the programs InVesalius 3.0, Rhinoceros 4.0 and Solidworks 2010. The models were established from a bone block with the short implant (3.75 x 8.5 mm) with geometry Morse taper connection (MT). The height of the crown (cemented) was set at 10.0 mm and 15.00 mm. The models were processed by programs and 10 NEiNastran Femap 10.0. The force applied was 200N (vertical) and 100N (oblique). The results were plotted on maps Voltage Maximum Principal. Statistical analysis was performed using ANOVA. The results showed that the increase in crown height, increased stress concentration in the crown of 15 mm under oblique loading (p <0.001), the oblique loading has significantly expanded the area of stress concentration (p <0.001). Conclusion: the increase of the crown increased the stress concentration, being statistically significant for short implants Morse taper. The mesial and distal region had the highest concentration of stresses under oblique loading. The oblique loading was more harmful when compared with axial loading, being statistically significant.

Estresse ao osso em torno de implantes ortodônticos na região de molares inferiores: uma avaliação por elementos finitos / Stress to the bone around orthodontic implants in the mandibular molar region: a finite element evaluation

Mini-screw implants have been commonly used for orthodontic anchorage. However, the behavior of implants may vary according to their location, inclination, loading position and loading direction. The objective of this study was to apply finite element to analyze stress distribution around mini-implants inserted into the buccal cortical bone, in the inferior molar region, when a force of 3 N was applied, varying implant inclination and loading direction, also simulating immediate loading and osseointegration conditions. We carried out a threedimensional analysis of a human cadaveric mandible and of a 9 mm length, 1.5 mm diameter titanium implant. The implant model was introduced into the buccal cortical bone, between the first and second mandibular molars. Finite-element analysis of the implant-bone structure was carried out applying a constant force of 3 N at varying angles (15, 30, 45, 60, 75, and 90 degrees), and in five different positions along the bone surface axis (perpendicularly, vertically at ± 10 degrees, and horizontally at ± 20 degrees). Out of all combinations tested, stress affected only the cortical bone, not being intense enough to cause cortical bone resorption. Stress distribution varied slightly (8.55 to 38.74 Mpa) due to implant inclination and loading direction. Immediate loading generated greater tensions (12.70 to 38.74 Mpa) when compared to osseointegration (8.55 to 21.44 Mpa). A force of 3 N did not result in a tension that could cause cortical bone resorption. Immediate loading resulted in greater tensions to the bone, regardless of implant inclination and loading direction.

Mini-implantes têm sido utilizados para ancoragem ortodôntica e seu comportamento pode variar de acordo com a sua localização e inclinação, com a posição e a direção da carga aplicada. Este estudo analisou a distribuição de tensões ao osso em torno de mini-implantes inseridos no osso cortical na região de molares inferiores, quando uma carga de 3 N é aplicada, variando a inclinação do implante e a direção da força,assim como situações de carga imediata e osseointegração. Uma mandíbula humana e um implante de titânio com 9 mm de comprimento e 1,5mm de diâmetro foram modelados, com o implante introduzido na face vestibular entre o primeiro e o segundo molares. Este modelo foi analisado pelo método de elementos finitos aplicando força constante de 3N com angulagens de 15, 30, 45, 60 e 75 graus, com o implante perpendicular ao osso e com inclinação vertical de 10 graus e horizontal de 20 graus. Em todas as combinações testadas a tensão afetou apenas o osso cortical, porém não apresentou intensidade suficiente para resultar em reabsorção óssea. Sua distribuição variou (8,55 a 38,74 Mpa) em função da inclinação do implante e da direção da carga. A situação de carga imediata gerou maiores tensões (12,70 a 38.74 Mpa) quando comparada à osseointegração (8,55 a 21,44 Mpa). Conclui-se que uma força de 3N não resulta em tensão que possa causar reabsorção da cortical óssea e que a carga imediata produz maior tensão ao osso, independentemente da inclinação do implante e da direção da força.

Stresses in implant-supported overdentures with bone resorption: a 3-D finite element analysis / Tensões em sobredentaduras com reabsorção óssea: análise por elementos finitos tridimensional

PURPOSE: This 3D-finite elements method study evaluated the effect of bone resorption on the stress distribution in overdentures with bone loss surrounding implants and resorption of the distal ridge. METHODS: Tridimensional models were built from the images of a computerized tomography of a mandible and 3D laser digitalization of implants, abutments, mucosa, and complete denture. The geometric models of implants and abutments were mounted at the canine region to build reference model 1 - absence of bone resorption. To build the test models the mandible geometric solid was modified to simulate 2-mm vertical bone loss surrounding the implants (model 2) and resorption of the distal ridge (model 3). Finite elements models were generated, and a 100 N static load was applied at the first molar region of each model to compare the von Mises stress distributions in selected points. RESULTS: Von Mises stresses increased on the bone surrounding implants and on the prosthetic components in the model with 2-mm vertical bone loss. The combination of 2-mm vertical bone loss and resorption of the distal ridge did not increase the stresses compared with the model with only bone loss surrounding implants. The highest stress concentration at marginal bone and implants occurred on the same side of the vertical load application for all models. CONCLUSION: The results suggest that the bone loss surrounding implants increases stress concentration in dental implants, abutments, and marginal bone independently from the bone resorption of the distal ridge.

OBJETIVO: Avaliar, através da análise por elementos finitos com modelo tridimensional, o efeito da reabsorção óssea na distribuição de tensões em prótese tipo overdenture, em situações de perda óssea ao redor dos implantes e reabsorção do rebordo posterior. METODOLOGIA: Foram construídos modelos tridimensionais de uma mandíbula e de intermediários protéticos, prótese total, placa resiliente e implante. Os modelos geométricos dos implantes e intermediários protéticos foram montados na região dos caninos, constituindo o modelo 1. Para a construção dos modelos experimentais, o contorno do modelo geométrico da mandíbula foi alterado para simular a perda óssea nos implantes (modelo 2) e a reabsorção do rebordo posterior associada à perda óssea marginal nos implantes (modelo 3). Para gerar a malha de elementos finitos os materiais foram considerados homogêneos, isotrópicos e linearmente elásticos. Uma carga de 100 N foi aplicada indiretamente, sobre uma simulação de bolo alimentar, na região de primeiro molar inferior direito em cada um dos três modelos. Foram analisadas as distribuições de tensão de von Mises em pontos pré-determinados. RESULTADOS: A reabsorção óssea do rebordo posterior associada à perda óssea do osso periimplantar promoveu maior concentração de tensões nos implantes, nos componentes protéticos e no tecido ósseo marginal. Houve maior concentração de tensões no osso periimplantar e nos implantes no mesmo lado de aplicação da carga. CONCLUSÃO: Os resultados sugerem que a perda óssea periimplantar aumenta a concentração de tensões nos implantes, pilares e osso marginal independentemente da reabsorção óssea na crista distal.

Finite element analysis of the mechanical behavior of a partially edentulous mandible as a function of cancellous bone density / Análise por elementos finitos do comportamento mecânico de uma mandíbula humana parcialmente edêntula em função da densidade óssea trabecular

Purpose: To present a methodological procedure to obtain the geometric and discrete models of a human mandible for numerical simulation of the biomechanical behavior of a partially edentulous mandible as a function of cancellous bone density. Methods: A 3D finite element method was used to assess the model of a partially edentulous mandible, Kennedy Class I, with dental implants placed at the region of teeth 33 and 43. The geometric solid model was built from CT-scan images and prototyping. In the discrete model a parametric analysis was performed to analyze the influence of cancellous bone density (25 %, 50 %, 75 %) on the development of mandibular stress and strain during simulation of masticatory forces in the anterior region. Results: Maximum von Mises stress and equivalent strain values in cancellous bone were found close to the loading area (masticatory forces). The peak stress and strain values occurred in the mandibular anterior region, and for the same masticatory force the equivalent stresses increased with bone density. Conclusion: The results suggest that the stresses and strains developed in the mandibular model were affected by cancellous bone density during the simulation of masticatory activity.

Objetivo: Apresentar uma metodologia para modelamento geométrico de uma mandíbula humana e obtenção de um modelo discreto para simular numericamente o comportamento biomecânico de uma mandíbula parcialmente edêntula em função de diferentes densidades do osso trabecular. Metodologia: Utilizou-se o método de elementos finitos 3D para realizar um estudo numérico sobre um modelo de mandíbula humana, desdentada parcial tipo Classe I de Kennedy, com implantes nas regiões dos dentes 33 e 43. O modelo sólido geométrico foi determinado por tomografia computorizada e prototipagem. No modelo discretizado foi realizada uma análise paramétrica para verificar a influência da densidade óssea do osso trabecular (25 %, 50 %, 75 %) no desenvolvimento de tensões e deformações da mandíbula durante a aplicação de forças mastigatórias na região anterior. Resultados: As tensões máximas de von Mises e deformações equivalentes no osso trabecular foram desenvolvidas próximo às regiões de aplicação das forças de mordida. Os picos de valores de tensões/deformações localizaram-se na região anterior da mandíbula, sendo que, para o mesmo valor de esforço de mordida, as tensões equivalentes aumentaram com a densidade óssea. Conclusão: Os resultados sugerem que as tensões e deformações desenvolvidas no modelo mandibular testado foram afetadas pelo grau de densidade do osso trabecular durante simulação de atividade mastigatória.

Sistemas adesivos convencional e autocondicionante: análise micromecânica tridimensional da interface dentina-adesivo / Adhesive systems total-etch and self-etching: threedimensional analysis of micromechanical dentin-adhesive interface by finite elementanalysis

OBJETIVO: Avaliar a distribuição das tensões na interface dentina-adesivo variando o sistema adesivo, convencional e autocondicionante, através do método dos elementos finitos tridimensional. MATERIAL E MÉTODO: Foram elaborados 4 modelos no programa Solidworks 2007, sendo: Mc - representação de um espécime em dentina (41x41x82 μm) restaurado com resina composta (RC), apresentando camada de adesivo, camada híbrida (CH), TAGs, dentina peri-tubular, dentina intertubular parcialmente desmineralizada, dentina intertubular e prolongamento odontoblástico, simulando a formação da CH segundo o sistema adesivo convencional; Mr - idêntico ao Mc, com ramificações laterais do infiltrado do adesivo; Ma – idêntico ao Mc, sem TAGs, e com “smear plug”, simulando o sistema adesivo autocondicionante; Mat – idêntico ao Ma, com TAGs. Os modelos foram considerados isotrópicos, homogêneos e linearmente elásticos e a análise numérica foi realizada no ANSYS Workbench 10.0 para obtenção da máxima tensão principal (ÕMAX) após aplicação de força de tração de 0,03 N perpendicular à superfície da RC. A base de todos os modelos foi fixada nos eixos x, y e z. RESULTADOS: A ÕMAX foi maior para o sistema convencional. A presença da ramificação lateral aumentou a ÕMAX na CH para o sistema convencional. Os TAGs modificaram a distribuição da ÕMAX na camada de adesivo para o sistema autocondicionante. CONCLUSÃO: A CH para o sistema convencional apresentou maior ÕMAX em comparação ao sistema autocondicionante. A presença das ramificações laterais do adesivo aumentaram a tensão na CH para o sistema convencional.

OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate the stress distribution in the hybrid layer varying the adhesive system (total each and self-etching systems) using three-dimensional finite element analysis (FE). METHODS: 4 FE models (M) were developed in Solidworks 2007: Mc - representation of a specimen of dentin (41x41x82 μm) restored with composite resin (RC), showing the adhesive layer, hybrid layer (HL), TAGs, peri-tubular dentin, intertubular dentin in order to simulate simulating the HL according to the total-etch adhesive system; Mr - similar to Mc, with lateral branches of the adhesive; Ma – similar to Mc, without TAGs and showing the "smear plug" in order to simulate the environment for the self-ethcing adhesive system; Mat – similar to Ma, with TAGs. The models were considered isotropic, homogeneous and linearly elastic and numerical analysis was performed in ANSYS Workbench 10.0 to obtain the maximum principal stress (ÕMAX) after application of a tension force of 0.03N perpendicular to the surface of the RC. The botton of all models was fixed in x, y and z axis. RESULTS: The highest ÕMAX in HL was observed in the total etching system. The lateral branches increased the ÕMAX in HL. The TAGs had a little influence on the stress distribution in self-ethching system. CONCLUSION: The HL for the total-etch system showed ÕMAX higher in comparison with the self-etch system. The presence of TAGs increased the ÕMAX in the HL for the total-etch system.

Sistemas adesivos convencional e autocondicionante: análise micromecânica tridimensional da interface dentina-adesivo / Adhesive systems total-etch and self-etching: threedimensional analysis of micromechanical dentin-adhesive interface by finite elementanalysis

OBJETIVO: Avaliar a distribuição das tensões na interface dentina-adesivo variando o sistema adesivo, convencional e autocondicionante, através do método dos elementos finitos tridimensional. MATERIAL E MÉTODO: Foram elaborados 4 modelos no programa Solidworks 2007, sendo: Mc - representação de um espécime em dentina (41x41x82 μm) restaurado com resina composta (RC), apresentando camada de adesivo, camada híbrida (CH), TAGs, dentina peri-tubular, dentina intertubular parcialmente desmineralizada, dentina intertubular e prolongamento odontoblástico, simulando a formação da CH segundo o sistema adesivo convencional; Mr - idêntico ao Mc, com ramificações laterais do infiltrado do adesivo; Ma – idêntico ao Mc, sem TAGs, e com “smear plug”, simulando o sistema adesivo autocondicionante; Mat – idêntico ao Ma, com TAGs. Os modelos foram considerados isotrópicos, homogêneos e linearmente elásticos e a análise numérica foi realizada no ANSYS Workbench 10.0 para obtenção da máxima tensão principal (ÕMAX) após aplicação de força de tração de 0,03 N perpendicular à superfície da RC. A base de todos os modelos foi fixada nos eixos x, y e z. RESULTADOS: A ÕMAX foi maior para o sistema convencional. A presença da ramificação lateral aumentou a ÕMAX na CH para o sistema convencional. Os TAGs modificaram a distribuição da ÕMAX na camada de adesivo para o sistema autocondicionante. CONCLUSÃO: A CH para o sistema convencional apresentou maior ÕMAX em comparação ao sistema autocondicionante. A presença das ramificações laterais do adesivo aumentaram a tensão na CH para o sistema convencional

OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate the stress distribution in the hybrid layer varying the adhesive system (total each and self-etching systems) using three-dimensional finite element analysis (FE). METHODS: 4 FE models (M) were developed in Solidworks 2007: Mc - representation of a specimen of dentin (41x41x82 μm) restored with composite resin (RC), showing the adhesive layer, hybrid layer (HL), TAGs, peri-tubular dentin, intertubular dentin in order to simulate simulating the HL according to the total-etch adhesive system; Mr - similar to Mc, with lateral branches of the adhesive; Ma – similar to Mc, without TAGs and showing the "smear plug" in order to simulate the environment for the self-ethcing adhesive system; Mat – similar to Ma, with TAGs. The models were considered isotropic, homogeneous and linearly elastic and numerical analysis was performed in ANSYS Workbench 10.0 to obtain the maximum principal stress (ÕMAX) after application of a tension force of 0.03N perpendicular to the surface of the RC. The botton of all models was fixed in x, y and z axis. RESULTS: The highest ÕMAX in HL was observed in the total etching system. The lateral branches increased the ÕMAX in HL. The TAGs had a little influence on the stress distribution in self-ethching system. CONCLUSION: The HL for the total-etch system showed ÕMAX higher in comparison with the self-etch system. The presence of TAGs increased the ÕMAX in the HL for the total-etch system