A 3-D Finite Element Study of the Influence of Crown-Implant Ratio on Stress Distribution

ABSTRACT

The purpose of this study was to assess the influence of the crown height of external hexagon implants on the displacement and distribution of stress to the implant/bone system, using the three-dimensional finite element method. The InVesalius and Rhinoceros 4.0 softwares were used to generate the bone model by computed tomography. Each model was composed of a bone block with one implant (3.75x10.0 mm) with external hexagon connections and crowns with 10 mm, 12.5 mm and 15 mm in height. A 200 N axial and a 100 N oblique (45°) load were applied. The models were solved by the NeiNastran 9.0 and Femap 10.0 softwares to obtain the results that were visualized by maps of displacement, von Mises stress (crown/implant) and maximum principal stress (bone). The crown height under axial load did not influence the stress displacement and concentration, while the oblique loading increased these factors. The highest stress was observed in the neck of the implant screw on the side opposite to the loading. This stress was also transferred to the crown/platform/bone interface. The results of this study suggest that the increase in crown height enhanced stress concentration at the implant/bone tissue and increased displacement in the bone tissue, mainly under oblique loading.

RESUMO

A proposta deste estudo foi avaliar a influência da altura da coroa de implantes de hexágono externo sobre o deslocamento e distribuição de tensões para o sistema implante/osso utilizando o método de elementos finitos. Os softwares InVesalius e Rhinoceros 4.0 foram usados para gerar o modelo de osso por meio de uma tomografia computadorizada. Cada modelo foi composto de um bloco ósseo com um implante (3.75 x 10.0 mm) com conexão de hexágono externo e coroas de 10 mm, 12.5mm e 15 mm em altura. Uma carga axial de 200 N e oblíqua (45°) de 100 N foram aplicadas. Os modelos foram resolvidos pelo software NeiNastram 9.0 e Femap 10.0 para obtenção dos resultados que foram visualizados por meio de mapas de deslocamento, de von Mises (coroa/implante) e tensão máxima principal (osso). A altura da coroa sob carga axial não influenciou o deslocamento e concentração de tensões, enquanto que a carga oblíqua aumentou a ação destes fatores. A maior concentração de tensões foi observada no pescoço do parafuso do implante no lado oposto à aplicação de carga. Esta tensão foi transferida para a interface coroa/plataforma/interface óssea. Os resultados deste estudo sugerem que o aumento da coroa amplia a concentração de tensões no tecido ósseo/implante, aumentando o deslocamento no tecido ósseo, principalmente sob carga oblíqua.