Biomechanical Behavior Evaluation of a Mandibular Full-Arch Implant-Supported Prosthesis on ZrO2 and TiO2 Monotype Dental Implants / Evaluación del Comportamiento Biomecánico de una Prótesis Implante Soportada de Arcada Completa Mandibular sobre Implantes Dentales Monotipos de ZrO 2 y TiO

ABSTRACT

This in silico study aimed to evaluate the biomechanical behavior of a full-arch implant-supported prosthesis on titanium and zirconia monotype implants. A 3D mandible containing 1.0 mm thick cortical and cancellous bone was modeled. Four dental implants (3.3 x 10 mm) were inserted into the jaw model in each model. The implants consisted of Titanium (Ti-S group) and Zirconia Monotype/one-piece (Zr-S group). Fixed full-arch implant-supported prostheses were cemented onto the implant. The models were exported to the analysis software and divided into meshes composed of nodes and tetrahedral elements. All materials were considered isotropic, elastic, and homogeneous. Therefore, all contacts were considered bonded, the mandible model was fixed in all directions, applying a static structural axial load of 300 N on the bottom of the fossa of the left mola r teeth. Microstrain and von-Mises stress (MPa) were adopted as failure criteria. Comparable stress and strain values were shown in the peri-implant bone for both groups. However, the Ti-S group presented a lower stress value (1,155.8 MPa) than the Zr-S group (1,334.2 MPa). Regarding bone tissues, the Ti-S group presented 612 µε and the Zr-S group presented 254 µε. The highest strain peak was observed in bone tissues around the implant closer to the load for both groups. Evaluating monotype zirconia and titanium implants, it is suggested that the greater the rigidity of the implant, the greater the concentration of internal stre sses and the less dissipation to the surrounding tissues. Therefore, monotype ceramic implants composed of yttrium-stabilized tetragonal polycrystalline zirconia may be a viable alternative to titanium implants for full-arch prostheses.

RESUMEN

El objetivo de este estudio in silico fue evaluar el comportamiento biomecánico de una prótesis implanto soportada de arcada completa sobre implantes monotipo de titanio y zirconia. Se modeló una mandíbula en 3D que contenía tejido óseo cortical y esponjoso de 1,0 mm de espesor. En cada modelo, se insertaron cuatro implantes dentales (3,3 x 10 mm) en el modelo de mandíbula. Los implantes consistieron en Monotipo de Titanio y Zirconia. Sobre el implante se cementaron prótesis implanto soportadas de arcada completa fija. Los modelos se exportaron al software de análisis y se dividieron en mallas compuestas por nodos y elementos tetraédricos. Todos los materiales se consideraron isotrópicos, elásticos y homogéneos. Por lo tanto, todos los contactos se consideraron cementados, el modelo mandibular se fijó en todas las direcciones, aplicando una carga vertical estructural estática de 300 N en el fondo de la fosa de los dientes molares izquierdos. Se seleccionaron la microesfuerzo y la tensión de Von-Mises (MPa) como criterios de falla. Se mostraron valores de tensión y deformación comparables en el hueso periimplantario para ambos grupos. Sin embargo, el grupo Ti-S presentó un valor de estrés menor (1.155,8 MPa) que el grupo Zr-S (1.334,2 MPa). En cuanto a los tejidos óseos, el grupo Ti-S presentó 612 µε y el grupo Zr-S presentó 254 µε. La mayor concentración de deformación en el tejido óseo se observó en los tejidos alrededor del implante más cerca de la carga para ambos grupos. Al evaluar los implantes monotípicos de zirconia y titanio, se sugiere que cuanto mayor sea la rigidez del implante, mayor será la concentración de tensiones internas y menor la disipación a los tejidos circundantes. Por lo tanto, los implantes cerámicos monotipo compuestos de zirconia policristalina tetragonal estabilizada con itrio pueden ser una alternativa viable a los implantes de titanio para prótesis de arcada completa.