Influence of high insertion torque on implant placement: an anisotropic bone stress analysis

ABSTRACT

The aim of this study was to evaluate the influence of the high values of insertion torques on the stress and strain distribution in cortical and cancellous bones. Based on tomography imaging, a representative mathematical model of a partial maxilla was built using Mimics 11.11 and Solid Works 2010 softwares. Six models were built and each of them received an implant with one of the following insertion torques 30, 40, 50, 60, 70 or 80 Ncm on the external hexagon. The cortical and cancellous bones were considered anisotropic. The bone/implant interface was considered perfectly bonded. The numerical analysis was carried out using Ansys Workbench 10.0. The convergence of analysis (6 percent) drove the mesh refinement. Maximum principal stress (σmax) and maximum principal strain (εmax) were obtained for cortical and cancellous bones around to implant. Pearson's correlation test was used to determine the correlation between insertion torque and stress concentration in the periimplant bone tissue, considering the significance level at 5 percent. The increase in the insertion torque generated an increase in the σmax and εmax values for cortical and cancellous bone. The σmax was smaller for the cancellous bone, with greater stress variation among the insertion torques. The εmax was higher in the cancellous bone in comparison to the cortical bone. According to the methodology used and the limits of this study, it can be concluded that higher insertion torques increased tensile and compressive stress concentrations in the periimplant bone tissue.

RESUMO

O objetivo deste estudo foi avaliar a influência dos altos valores de torque de inserção na distribuição de tensões e deformações no osso cortical e medular. Com base em imagens de tomografia computadorizada, um modelo matemático representativo de um segmento da maxila foi construído utilizando os programas Mimics 11.11 e Solid Works 2010. Seis modelos foram construídos e cada um recebeu um implante com os seguintes torques de inserção no hexágono externo 30, 40, 50, 60, 70 ou 80 Ncm. O osso cortical e medular foi considerado anisotrópico. A interface osso/implante foi considerada perfeitamente unida. A análise numérica foi realizada através do Ansys Workbench 10.0. A convergência de análise (6 por cento) determinou o refinamento da malha. A tensão máxima principal (σmax) e a deformação máxima principal (εmax) foram obtidos para o osso cortical e medular ao redor do implante. O teste de correlação de Pearson foi utilizado para determinar a correlação entre torque de inserção e de concentração de tensões e deformações no tecido ósseo peri-implantar, considerando o nível de significância de 5 por cento. O aumento no torque de inserção gerou um aumento nos valores σmax e εmax para o osso cortical e medular. O σmax foi menor para o osso medular, com maior variação de tensão entre os torques de inserção. O εmax foi maior no osso medular em relação ao osso cortical. De acordo com a metodologia utilizada e com os limites do estudo, pode-se concluir que torques alto de inserção aumentou as concentrações de tensões de tração e compressão no tecido ósseo peri-implantar.