Three-Dimensional Finite Element Analysis of Varying Diameter and Connection Type in Implants with High Crown-Implant Ratio

ABSTRACT

Abstract The aim of this study was to evaluate the effect of varying the diameter, connection type and loading on stress distribution in the cortical bone for implants with a high crown-implant ratio. Six 3D models were simulated with the InVesalius, Rhinoceros 3D 4.0 and SolidWorks 2011 software programs. Models were composed of bone from the posterior mandibular region; they included an implant of 8.5 mm length, diameter Ø 3.75 mm or Ø 5.00 mm and connection types such as external hexagon (EH), internal hexagon (IH) and Morse taper (MT). Models were processed using the Femap 11.2 and NeiNastran 11.0 programs and by using an axial force of 200 N and oblique force of 100 N. Results were recorded in terms of the maximum principal stress. Oblique loading showed high stress in the cortical bone compared to that shown by axial loading. The results showed that implants with a wide diameter showed more favorable stress distribution in the cortical bone region than regular diameter, regardless of the connection type. Morse taper implants showed better stress distribution compared to other connection types, especially in the oblique loading. Thus, oblique loading showed higher stress concentration in cortical bone tissue when compared with axial loading. Wide diameter implant was favorable for improved stress distribution in the cortical bone region, while Morse taper implants showed lower stress concentration than other connections.

RESUMO

Resumo O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da variação do diâmetro e dos tipos de conexão na distribuição do estresse no osso cortical para implantes com a proporção coroa-implante. Seis modelos 3D foram simulados com os programas InVesalius, Rhinoceros 3D 4.0 e SolidWorks 2011. Os modelos foram compostos de osso da região mandibular posterior. Foram incluídos implantes de 8,5 mm de comprimento, diâmetro Ø 3,75 mm ou Ø 5,00 mm, e tipos de conexão como hexágono externo (EH), hexágono interno (IH) e cone Morse (MT). Os modelos foram processados usando os programas Femap 11.2 e NeiNastran 11.0 e usando uma força axial de 200 N e força oblíqua de 100 N. Os resultados foram registrados em termos da tensão principal máxima. O carregamento oblíquo mostrou alta tensão no osso cortical em comparação com a carga axial. Os resultados mostraram que os implantes com maior diâmetro apresentaram distribuição de tensões mais favorável, independentemente do tipo de conexão, enquanto que os implantes cone Morse apresentaram melhores distribuição de tensões comparado aos outros tipos de conexão, especialmente no carregamento oblíquo. Assim, os implantes de maior diâmetro foram mais favoráveis para distribuição das tensões na região de tecido ósseo cortical, enquanto que os implantes cone Morse apresentam menores concentrações de tensões do que as outras conexões.