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

ABSTRACT

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.

RESUMO

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.