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.