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LIVIA FORSTER RIBEIRO
AVALIAÇÃO BIOMECÂNICA DE PRÓTESES PARCIAIS FIXAS
IMPLANTOSSUPORTADAS NA REGIÃO ANTERIOR DA MAXILA
“BIOMECHANICAL EVALUATION OF IMPLANT-SUPPORTED FIXED PARTIAL PROSTHESIS IN THE MAXILLA ANTERIOR REGION”
PIRACICABA 2015
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UNIVERSIDADE ESTADUALDE CAMPINAS FACULDADE DE ODONTOLOGIA DE PIRACICABA
LIVIA FORSTER RIBEIRO
AVALIAÇÃO BIOMECÂNICA DE PRÓTESES PARCIAIS FIXAS
IMPLANTOSSUPORTADAS NA REGIÃO ANTERIOR DA MAXILA
“BIOMECHANICAL EVALUATION OF IMPLANT-SUPPORTEDFIXED PARTIAL PROSTHESIS IN THE MAXILLA ANTERIOR REGION”
Tese apresentada à Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Doutora em Clínica Odontológica na área de Prótese Dental.
Thesis presented to the Piracicaba Dental School of the University of Campinas in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor in Dental Clinic in Dental Prosthesis area.
Orientadora: Prof. Dra. Altair Antoninha Del Bel Cury
Assinatura da Orientadora
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PIRACICABA 2015
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FICHA CATALOGRÁFICA
Ficha catalográfica Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Faculdade de Odontologia de Piracicaba
Marilene Girello - CRB 8/6159
Ribeiro, Livia Forster,
R354a RibAvaliação biomecânica de próteses parciais fixas implantossuportadas na região anterior da maxila / Livia Forster Ribeiro. – Piracicaba, SP : [s.n.], 2015.
RibOrientador: Altair Antoninha Del Bel Cury.
RibTese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba.
Rib1. Implantes dentários. I. Del Bel Cury, Altair Antoninha,1948-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Odontologia de Piracicaba. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Biomechanical evaluation of implant-supported fixed partial prosthesis
in the maxilla anterior region
Palavras-chave em inglês:
Dental implants
Área de concentração: Prótese Dental Titulação: Doutora em Clínica Odontológica Banca examinadora:
Altair Antoninha Del Bel Cury [Orientador] Fernanda Faot
Dalva Cruz Laganá
Valentim Adelino Ricardo Barão Luiz Carlos Santiago da Costa
Data de defesa: 25-02-2015
Programa de Pós-Graduação: Clínica Odontológica
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vii RESUMO
A reabilitação com próteses fixas implantossuportadas na maxila é uma das melhores opções, quando indicada, sendo consagrada na literatura. Entretanto, devido à alta exigência estética nesta região, a reabilitação com implantes, unitária ou múltipla, é bastante desafiadora tanto para o profissional como para o paciente. Nesse sentido, não somente a estética, mas também os fatores mecânicos atuantes nessas reabilitações, são de extrema importância para a longevidade do tratamento. Dessa forma, o posicionamento e o número dos implantes a serem instalados na maxila anterior têm sido fatores decisivos no planejamento do caso, tanto sob o ponto de vista estético quanto mecânico. Nesse estudo foi avaliada a influência da quantidade e disposição dos implantes na distribuição de tensões nos implantes, componentes e reabilitação protética em diferentes disposições de implantes (04 implantes (4I), 02 implantes na região dos incisivos centrais (CS), 02 implantes sendo um no incisivo central e um no incisivo lateral oposto (CSLS), 02 implantes na região dos incisivos laterais (LS)) na região anterior da maxila, por meio do método tridimensional (3D) de elementos finitos (MEF). Foram obtidos quatro modelos 3D compostos pelas seguintes estruturas: região anterior da maxila (porção cortical e trabecular), implantes cilíndricos em titânio (3.75x11mm) de interface protética do tipo cone Morse, mini-pilares em titânio, infraestrutura em zircônia e coroas cerâmicas. O tecido ósseo e as coroas foram obtidas por meio de imagem tomográfica cone Beam. Os implantes, pilares e infraestrutura protética foram criados a partir do programa CAD (Computer Aided Design) SolidWorks®. Posteriormente os modelos foram exportados para o programa computacional de análises numéricas ANSYS Workbench® para análise e obtenção dos resultados. Foi utilizado um carregamento de 150N, distribuídos nas faces palatinas das coroas protéticas, a 45° em relação ao longo eixo das coroas. Os dados obtidos mostraram a distribuição de tensões e os maiores e menores valores de tensões equivalentes de von Mises (MPa) de cada modelo. O número de implantes revelou uma importante influência no comportamento mecânico das reabilitações e demais
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componentes, justificados pelos menores valores de tensão encontrados no modelo 4I, em todos os seus componentes (112MPa/Implantes, 93MPa/Pilares, 61MPa/Infraestrutura e 53 MPa/coroas cerâmicas). Todavia, quando o número diminuiu para dois implantes, como visto no modelo LS, constatou-se uma maior concentração de tensão em todas as estruturas avaliadas (654MPa/Implantes, 716 MPa/Pilares, 200 MPa/Infraestrutura e 182 MPa/coroas cerâmicas). O modelo CS, e o modelo CSLS mostraram comportamento mecânico semelhantes entre si, porém com valores de tensão menores que o modelo LS e maiores que o modelo 4I (295 e 412 MPa/Implantes, 174 e 228 MPa/Pilares, 195 e 80 MPa/Infraestrutura e 121.17 e 107 MPa/coroas cerâmicas respectivamente). Conclui-se que um número maior de implantes para suportar próteses parciais fixas, distribui as tensões incididas nos implantes e componentes, de maneira mais uniforme e em menores quantidades, o que pode sugerir, que do ponto de vista mecânico, uma maior longevidade do tratamento reabilitador da região anterior da maxila.
Palavras-chave: Implantes Dentários; Prótese Parcial Fixa; Análise de Elementos Finitos.
ix ABSTRACT
The oral rehabilitation with implant-supported fixed prosthesis in the maxilla is the most suitable option and is widely enshrined in the literature. Due to the high requirement aesthetics in this area, the rehabilitation with implants, single or multiple, is a big challenge for both the professional and the patient. In this sense, not only the aesthetics but also the mechanical factors acting in these rehabilitations are very important to the longevity of treatment. Thus, the positioning and the number of the implants to be installed in the anterior maxilla have been decisive factors in the planning of the case, both from the aesthetic and mechanical point of view. In this study was evaluated the influence of the number and the arrangement of the implants in stress distribution in the implants, components and prosthetic rehabilitation in different arrangements (04 implants (4I), 02 implants in the region of the central incisors (CS), 02 implants being one the central incisor and the opposite lateral incisor (CSLS) implants 02 in the region of the lateral incisors (LS)) in the anterior maxillary area by means of the method three-dimensional (3D) finite element method (FEM). The 3D models were obtained and they contained the following structures: anterior maxillary region (cortical and trabecular bone), cylindrical titanium implants (3.75x11mm) prosthetic interface type Morse taper, abutments in titanium alloy, zirconium framework and ceramic crowns. Bone tissue and the crowns were obtained by tomographic cone Beam image. The implants, abutments and prosthetic framework were created from the CAD computer software (Computer Aided Design) SolidWorks®. Subsequently the models have been exported to the computer software of numerical analysis ANSYS Workbench® for analysis and achievement of results. The magnitude of the force applied on each unit was 37,5N distributed on the palatine faces of the prosthetic crown, at a 45° angle to the long axis of each crowns, i.e. the total load applied to the prosthesis was 150N. The data obtained emphasized the stress distribution and the higher stress values the equivalent von Mises (MPa) of each model. The number of implants revealed a significant
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influence on the mechanical behavior of rehabilitation and other structures, justified by the lower stress values found in the model 4I, in all its components (112 MPa/Implants, 93 MPa/Abutments, 61MPa/Framework and 53 MPa/Ceramic crowns). However, when the number has decreased to two implants, as seen in the LS model, there was a higher concentration of tension in all the evaluated structures (654MPa/Implants, 716 MPa/Abutments, 200 MPa/Framework and 182 MPa/Ceramic crowns). The CS and the CSLS models showed similar mechanical behavior to each other, but with lower stress values that the LS model and larger than the 4I model (295 and 412 MPa/Implants, 174 and 228 MPa/Abutments, 195 and 80 MPa/Framework and 121.17 and 107 MPa/Ceramic crowns respectively). It was concluded that a larger number of implants to support a FPPs, distributed the stresses on the implants and in the structures more evenly and in a smaller amounts, which might suggest the greater longevity of the rehabilitation of treatment especially under the mechanical point of view.
xi SUMÁRIO
DEDICATÓRIA xiii
AGRADECIMENTOS xv
INTRODUÇÃO 1
CAPÍTULO 1:Biomechanical Evaluation Of Implant-Supported Fixed Partial Prosthesis In The Maxilla Anterior Region 5
CONCLUSÃO 32
REFERÊNCIAS 33
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DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais Antônio Francisco Ribeiro e
Rita de Cássia Forster Ribeiro e às minha irmãs Juliana, Síntia e
Manuela Forster Ribeiro.
Meus mais fiéis companheiros nesta longa e difícil jornada de
muito aprendizado. Foi com eles que me confessei, que chorei, que
desabafei e comemorei as minha vitórias até aqui. Foi com eles que
pude sorrir o meu sorriso mais largo e deixar escorrer as lágrimas
mais sinceras. E é com eles que divido a alegria de finalizar mais
um sonho, mais uma etapa, mais uma lição. O meu muitíssimo e
eterno obrigada, do fundo do meu coração. Amo muito vocês
infinitamente e além.
xv
AGRADECIMENTO ESPECIAL
À minha orientadora Profa. Dra. Altair Antoninha Del Bel Cury. Exemplo
de profissional, sob todos os aspectos. Obrigada pela dedicação comigo e com o meu trabalho. Obrigada pela paciência em ter me conduzido até aqui e até mesmo antes do doutorado, com a calma necessária para me ajudar a transpor os momentos difíceis. Obrigada por acreditar em mim, nos meus sonhos e acima de tudo, por me apoiar. Meu eterno e mais sincero agradecimento à senhora, que durante todos esse anos sempre soube o que era melhor para seus alunos. Que nossos laços continuem cada vez mais fortes. Muito obrigada para sempre!
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AGRADECIMENTOS
À Deus pela vida incrível que tenho, pela linda família que Ele me deu, pela luz que me envolve e me acalma. Obrigada Senhor, por concluir com êxito e paixão mais uma fase da vida. Fase esta que dei o meu melhor. Não só no meu trabalho, mas nas minhas relações interpessoais. Sem elas não faria o menor sentido todo esse tempo de dedicação.
Aos meus amados pais, Rita de Cássia Forster Ribeiro e Antônio Francisco Ribeiro por serem MEUS, por serem simples, amáveis, carinhosos, dedicados, amorosos, sinceros e cheios de amor no coração. Obrigada pelo apoio incondicional em todas as esferas, desde o apoio emocional ao árduo e custoso apoio financeiro. Obrigada por me darem o maior e mais importante bem que uma pessoa pode ter: a educação. Obrigada por serem meus exemplos. Agradeço todos os dias por ser uma das Forster Ribeiro. Amo vocês!!!
Às minhas irmãs Juliana, Síntia e Manuela Forster Ribeiro. São elas as extensões do meu corpo e da minha alma. São elas as mulheres mais lindas da minha vida. Para elas conto meus segredos, conto meus sonhos e que digo “Eu te Amo” todas as noites. Obrigada por cuidarem de mim sempre. Obrigada por me deixarem cuidar de vocês. Obrigada por me aceitarem do jeito que sou, sem questionamentos profundos. Obrigada por embarcarem nessa minha jornada, sem ao menos eu ter pedido. Desculpe-me as infinitas ausências em detrimento de um sonho. Prometo compensar o tempo que passou. Amo vocês infinitamente e além.
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À minha avó Rosa Calidoni, que do alto de seus 103 anos de muita sabedoria, sempre me incentivou a dar o meu melhor e me apoiou com todo o seu amor e carinho. Amo você Vovó Rosa.
Aos meus Avós e Bisavós maternos e paternos, que mesmo em outras dimensões sempre me apoiaram e me incentivaram, com um amor puro e verdadeiro. Vocês fazem muita falta. Serão sempre o meu exemplo de caráter e educação. Amo vocês.
À minha Grande Amiga, Camila Lima de Andrade. Nela posso ver a pureza de uma criança e a sabedoria de uma mulher. Aprendi que com calma e olhos bem abertos, podemos chegar mais longe de maneira séria e ao mesmo tempo leve. Obrigada pela grande amiga que você se tornou para mim. Obrigada por alegrar por tantos anos o meu coração. Obrigada por ser meu ombro amigo nas horas de impaciência. Obrigada pelas inúmeras gargalhas com as quais você me presenteou tantas e tantas vezes, e obrigada pelo presente mais lindo que uma amiga pode dar à outra: uma outra Amiga! Agora somos três. Eu, você e a NOSSA xuxuzinha Ariane Marinho. Camila, sempre se é eternamente feliz quando se tem bons amigos. Eu não seria tão feliz se eu não tivesse você. Te Amo!
À minha Grande Amiga, Ariane Marinho. Uma amizade que Camila Lima e Deus me deram, num piscar de olhos. Quando dei por mim, já amava aquela menina risonha, feliz e cheia de palavras abençoadas de carinho. Obrigada Ari, por ser você, por ser especial, por ser leal e sincera. Obrigada por confidenciar à mim suas conquistas e suas dúvidas. Obrigada por pedir minha opinião e olhar nos meus olhos com tanto carinho e confiança. Que Deus continue abençoando a nossa amizade e que possamos dividir todos os momentos importantes de nossas
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vidas. Conte comigo para o inusitado e para alcançar as estrelas. Ari, o destino nos fez amigas mas o coração nos tornou verdadeiras irmãs. Amo você!
À Querida amiga e xará Lívia Aguilera Gaglianone. Obrigada pela linda amizade que construímos ao longo do nosso doutorado. Obrigada pela cumplicidade, acolhimento e muitos ensinamentos. Obrigada pelas inúmeras conversas e risadas. Foi muito importante poder contar com um coração tão bondoso como o seu. Carregarei você no meu coração para todo o sempre. Conte com meu amor e minha admiração. Amo-te!
Aos meus tios(as) e primos(as) que sempre me apoiaram e acreditaram em mim. Os de perto e os de longe, os de sangue e os de coração. Obrigada pelo apoio e pelo carinho sincero. Amo todos vocês!
À Universidade Estadual de Campinas, na pessoa do seu Magnífico Reitor, Prof. Dr. José Tadeu Jorge.
À Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas, na pessoa do seu Diretor, Prof. Dr. Guilherme Elias Pessanha Henriques e do Diretor Associado Prof. Dr. Francisco Haiter Neto.
À Coordenadora dos Cursos de Pós-Graduação da Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas, Profa. Dra. Cínthia Pereira Machado Tabchoury.
À Coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Clínica Odontológica da Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas, Profa. Dra. Karina Gonzales Silvério Ruiz.
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Aos professores da área de Prótese Parcial Removível, Profa. Dra. Altair Antoninha Del Bel Cury, Profa. Dra. Renata Cunha Matheus Rodrigues Garcia, Profa. Dra. Celia Barbosa Rizatti, Prof. Dr. Valentim Barão e Prof. Dr. Wander José da Silva, agradeço pela disponibilidade em ajudar e pelos ensinamentos que tanto contribuíram para meu crescimento profissional.
Aos professores do Departamento de Prótese e Periodontia da área de Prótese Total e Fixa que contribuíram de forma grandiosa e profissional pra a minha formação como docente e pesquisadora, em Prof. Dr. Valentim Adelino Ricardo Barão, Prof. Dr. Marcelo Ferraz Mesquita, Prof. Dr. Rafael Leonardo Xediek Consani, Prof. Dr. Guilherme Elias Pessanha Henriques, Prof. Dr. Mauro Antonio de Arruda Nóbilo, Prof. Dr. Wilkens Aurélio Buarque e Silva e Prof. Dr. Frederico Andrade e Silva.
À amiga Thais Gonçalves com quem aprendi e convivi dentro e fora dos laboratórios da pós-graduação. Obrigada pela paciência em me ouvir quando eu precisei. Obrigada pelos conselhos e por me presentear inúmeras vezes com a sua experiência e dedicação nos artigos e nas pesquisas. Obrigada.
Às minhas amigas piracicabanas Alexandra Mara Vianna e Keite Campos. Obrigada por existirem na minha vida e pela amizade pura e sincera. Obrigada pelo carinho com que me tratam e por me amarem sem nada quererem em troca. Agradeço por todos os momentos de alegria, ajuda, companheirismo e cumplicidade. Amo vocês.
Às minhas amigas e amigos de outros laboratórios, que passaram pela minha vida e me marcaram de forma tão carinhosa e especial. Obrigada Juliana Nunes (Cariologia) Thales Cândido (Materiais Dentários), Thatiana de Vicente Leite (Dentística), Renata Lacerda (Materiais dentários), Karla Vasconcelos (Radiologia), Sônia Fernandes (Farmacologia), Miki Saito (Periodontia) Beatriz
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D’Arce e Kamila Andrade (Dentística) Frederico Sampaio (Radiologia). Obrigada por serem tão queridos e especiais. Foram essenciais nesta jornada.
À Amiga Claudia São Thiago e Ana Lúcia Martins pela amizade e companheirismo. Vocês me ajudaram no momento que eu mais precisava e fizeram isso com a maior boa vontade do mundo. Amo vocês.
Ao Querido Amigo Luiz Carlos Filho. Obrigada pela oportunidade de tê-lo como amigo. Obrigada pela pessoa carinhosa e espontânea que você é. Obrigada por compartilhar das suas experiências e deixar um pouco de você em todos nós. Que a distância continue sendo só física. Meu eterno agradecimento!
Ao Prof. Dr. Bruno Salles Sotto-Maior. Obrigada pela imensa contribuição no meu trabalho. Obrigada pela paciência, pela disponibilidade e pelo empenho com todos os alunos do grupo de elementos finitos. Meu sincero e inestimável agradecimento à você Bruno. Que possamos continuar à trabalhar juntos e dividir o conhecimento em função de um bem maior, a pesquisa odontológica.
Ao Querido Marco Aurélio de Carvalho, o meu muito obrigado pela efetiva colaboração no meu trabalho. Agradeço pela disposição e pela amizade.
Ao grupo de Elementos Finitos da FOP, Bruno Salles Sotto Maior, Camila Lima de Andrade, Dimorvan Bordin, Edmara Tathiely, Germana Camargos, Marcelle Jardim Pimentel, Marco Aurélio de Carvalho e Priscilla Lazari. Obrigada por me ajudarem em inúmeros momentos e dividirem o conhecimento sempre que podiam. Muito Obrigada!
Aos companheiros do Laboratório de Prótese Parcial Removível e colegas de Pós-Graduação, Aline Sampaio, Andrea Araújo, Ana Paula Martins, Antônio Pedro Ricomini, Ataís Bacchi, Bruno Zen, Camila Heitor, Carolina
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Meloto, Conrado Caetano, Cláudia Brilhante, Cindy Dodo, Dimorvan Bordin, EdmaraTatiely, Fernando Rigolin, Francisco Girundi, Germana Camargos, Giselle Ribeiro, Giancarlo Torre, Indira Cavalcanti, Isabella Marques, Kelly Machado, Larissa Vilanova, Lis Meirelle, Letícia Machado, Luana Aquino, Luiz Carlos Filho, Luiza Figueiredo, Marco Aurélio Carvalho, Marcele Pimentel, Martinna Bertolini, Ney Pacheco, Paula Furlan, Plínio Senna, Silvia Lucena, Sheila Porta, Rafael Gomes, Thais Gonçalves, Victor Munoz, Yuri Cavalcanti, William Custódio e Samilly Souza. Muito obrigada a cada um de vocês.
À técnica Gislaine Piton do Laboratório de Prótese Parcial Removível; por ser tão prestativa, leal, dedicada, competente e amorosa no trabalho e no trato com os alunos e professores. Obrigada por se mostrar interessada em nos ajudar, sem questionamentos ou dúvidas. Obrigada por tudo Gi, já estou sentindo sua falta.
Aos funcionários da biblioteca Paulo de Souza, Eliseo Aparecido Bertti e Aparecida Ramos Cassieri que sempre se mostraram prestativos e educados. Obrigada por cuidarem do lugar mais importante desta faculdade.
Aos técnicos de laboratório de produção Reinaldo José Casagrande e Paulo. Muito obrigada por estarem sempre dispostos a ajudar os alunos antes, durante e depois das aulas. Obrigada por me receber tão bem em “seus” laboratórios, sempre com um sorriso e uma solução. Muito obrigada.
À equipe técnica da Coordenadoria Geral dos Programas de Pós-Graduação da Faculdade de Odontologia de Piracicaba composta pelas Sras. Roberta Clares Morales dos Santos, Ana Paula Carone, Érica Alessandra Pinho Sinhoreti, Raquel Q. Marcondes Cesar Sacchi.
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À secretária Eliete Aparecida Ferreira do Departamento de Prótese e Periodontia da Faculdade de Odontologia de Piracicaba, pela atenção, simpatia, eficiência e disponibilidade para com todos os alunos e professores desta faculdade. Muito Obrigada!
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Epígrafe
“Só se vê bem com o coração, o essencial é invisível aos olhos”.
1 INTRODUÇÃO
A perda de um ou múltiplos dentes é uma condição prejudicial e bastante desagradável para o paciente, pois envolve diversos aspectos que incluem a função mastigatória, fonética e a estética (Menassa et al., 2014). Porém, quando trata-se do edentulismo anterior da maxila, esta condição se torna mais complicada, pois o caráter estético aparece como agravante não só para o paciente, mas também para o profissional (Vailati et al., 2007). Tratamentos desse tipo requerem a combinação de diversos conhecimentos na área odontológica e um entendimento entre os anseios do paciente e a sua condição real de tratamento (Hasan et al., 2011).
O planejamento reabilitador com implantes odontológicos exige conhecimentos aprofundados na área e uma visão multidisciplinar, além da execução de uma técnica cirúrgica precisa, permeados pelo entendimento entre os anseios do paciente e a sua condição real de tratamento (Hasan et al., 2011). (Saadoun e Le Gall 1994, Sadid-Zahed et al., 2015).
Fatores de risco estéticos devem ser abordados em cada caso, porém, a atenção não deve estar voltada somente a esse aspecto, mas sim, para a biomecânica das cargas incidentes (Skalak 1998, Wazen et al., 2013). Deve ser destacado que por vezes, na busca pela recuperação da estética, o profissional acelera o tratamento e negligencia os fatores relacionados à função mastigatória e fonética, o que pode levar ao insucesso da construção de estruturas de próteses mecanicamente adequadas (Osman et al., 2013).
Como soluções para o edentulismo anterior da maxila, existem diversas opções de reabilitações para recompor as funções fisiológicas, físicas e a estética do sistema estomatognático (Menassa et al., 2014), desde próteses convencionais até as próteses fixas suportadas por implantes (Berglundh et al., 2002, Maló et al., 2013). Essa condição se torna mais complicada em razão do
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caráter estético, que se torna um agravante tanto para o paciente como para o profissional (Vailati et al., 2007)
O Planejamento quanto ao número e disposição dos implantes, está na dependência também do fator biológico, como o tecido ósseo de suporte, estruturas anatômicas adjacentes, dentes remanescentes e tipo de oclusão (Buser et al., 2004). O uso de implantes é o mais biologicamente compatível tratamento reabilitador, além de promover maior conforto e preservação dos dentes adjacentes. Segundo Wakimoto et al. 2011, tais características vão afetar também no planejamento cirúrgico e protético, como tipo de implantes, comprimento dos implantes e posicionamento dos mesmos na arcada. Segundo Hallman et al., 2001, a colocação de implante, para repor um dente perdido tem demonstrado ser o tratamento mais eficiente e de melhor custo benefício em relação à mastigação.
Sob o ponto de vista mecânico, a reposição dos dentes anteriores é complexa sobretudo quando existem componentes suspensos como os pônticos e extensões em cantilever, pois há uma grande incidência de cargas anguladas na prótese (Romeo et al., 2009; Bal et al., 2013). As taxas de sucesso de reabilitações protéticas na região anterior da maxila sobre implantes estão em torno de 98 % nos casos de restaurações unitária e de 96 % em próteses parciais fixas (Zembic et al., 2004).
O sucesso ou a falha do implante e das próteses implantossuportadas, deve-se principalmente no conhecimento de como as tensões são transferidas para os implantes, componentes e reabilitação protética (Nedir et al., 2006). Essas tensões se mal distribuídas, podem gerar complicações de caráter mecânico como: fratura da porcelana, afrouxamento do parafuso, deslocamento das restaurações, fratura dos componentes protéticos e falha do implante (Chowdhary et al., 2013). Em razão disso, a tensão é um fator a ser avaliado no planejamento das próteses a fim de minimizar sua influência deletéria em longo prazo (Schwarz 2000).
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Nesse sentido, a disposição e o número ideal dos implantes na região anterior da maxila, sob o aspecto mecânico, visa a menor incidência de cargas, concentração e dissipação de tensões no longo eixo dos implantes e menor prejuízo para as estruturas protéticas (Richter et al., 1995, Schwarz 2000).
A direção das cargas também influencia na distribuição das tensões e as cargas oblíquas que são incididas na região palatina dos incisivos superiores devem ser bem distribuídas, com o intuito de minimizar o excesso de tensão em determinados pontos, sobretudo quando existem elementos suspensos (Maló et al., 2013).
Segundo Maló et al., 2013 é viável o uso de reabilitações parciais implantossuportadas com cantilever, sendo constatada uma taxa de 99% de sucesso nesse tipo de reconstrução protética em período de 5 anos. Todavia, é relativamente alta, a frequência de complicações nesses tipos de reabilitações. Sob esse prisma, o desequilíbrio de forças pode afetar as estruturas protéticas de maneira a levar a sua falha (Zurdo et al., 2009, Palmer et al., 2012). O consenso geral é que o excesso de tensão pode causar sobrecarga e falha dos implantes, com consequente falha, desencadeando seu fracasso. (Kim et al., 2013).
Alguns estudos encontrados na literatura que avaliaram as tensões incididas no conjunto implantes/prótese, usando a metodologia de elementos finitos (Hasan et al., 2010 e 2011, Bal et al., 2013, Corrêa et al., 2014), são deficientes no que diz respeito a observação do comportamento mecânico de estruturas como as infraestruturas, pilares protéticos e reabilitações cerâmicas. A compreensão da concentração e dissipação das tensões é de fundamental importância sobretudo porque sobre essas estruturas que sofrem constante carregamento oblíquo na maxila anterior e possuem elementos suspensos como pônticos e cantileveres na sua estrutura, o que pode aumentar o risco de falha biomecânica.
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Diante do exposto, o objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento das reabilitações protéticas e dos implantes em função das suas diferentes localizações na região anterior da maxila, frente a ação das cargas exercidas nas faces palatinas dos elementos, por meio do método numérico tridimensional de elementos finitos.
5 CAPÍTULO 1*
Biomechanical Evaluation of Implant-Supported Fixed Partial Prosthesis in the Maxilla Anterior Region
Livia Forster Ribeiro1, Bruno Salles Sotto-Maior2, Marco Aurélio de Carvalho1, Altair Antoninha Del Bel Cury1,
1 Department of Prosthodontics and Periodontology, Piracicaba Dental School, State University of Campinas - UNICAMP, Piracicaba, São Paulo, Brazil.
2 Department of Restorative Dentistry, Federal University of Juiz de Fora, Juiz de Fora, Minas Gerais, Brazil.
Corresponding author:
Altair Antoninha Del Bel Cury.Department of Prosthodontics and Periodontology; Piracicaba Dental School, University of Campinas.Avenida Limeira, 901. Zip Code: 13414-903. Piracicaba, São Paulo, Brazil. Phone: +55 19 21065294; fax +55 19 2106-5211. E-mail: altcury@fop.unicamp.br
* Este trabalho foi realizado no formato alternativo conforme Deliberação CCPG/002/06 da Comissão Central de Pós-Graduação (CCPG) da Universidade Estadual de Campinas, sendo submetido ao periódico Computer Methods in
6 ABSTRACT
The absence of four upper incisors is a complex and delicate treatment challenge. The fewer implants are placed into the arch is easier to restore esthetically. However biomechanical principles could be jeopardized. This study evaluated the biomechanical behavior on a fixed prosthesis supported by different number and position implants in the anterior maxilla. Four different models, 4 implants supporting four splinted crowns (4l); implants in central incisors as support and lateral incisor as cantilevered elements (CS); one implant in central and one lateral incisors as support, with a pontic and cantilevered crowns (CSLS) and implants in lateral incisors as support and central incisors as pontics (LS) were analyzed by finite element analysis (FEA). The implants received mini conical abutment and zirconia screwed prosthesis. A magnitude force of the 37.5N was applied on each palatal surface of the incisors with 45°angle to the long axis of the implants. The reduction of number of implants increased von Mises stress in all components. Lower values of von Mises stress were observed in the 4I model. In the models with two implants, the CS model showed lower von Mises stress except in framework that is in CSLS model. The study concluded that number of implants influence in biomechanical behavior and when reduce implant number to enhance esthetically anterior rehabilitation the CS and CSLS models showed better biomechanical behavior.
7 1. INTRODUCTION
Oral rehabilitation with dental implants in the anterior maxilla is a challenge, especially when missing maxillary incisors, due to the high esthetic requirement (Norton et al. 2004). Currently, the successful treatment with implant-supported prosthesis requires understanding of basic biomechanical principles coupled with the ability to satisfy patient’s functional and esthetics demands (Buser et al., 2004).
An essential step to functional and esthetics implant rehabilitation is an adequate bucco palatal, thickness of approximately 2mm on buccal and palatal bone walls, and mesiodistal available bone. Sometimes, in anterior maxillary area is lower space to placement four incisors. Conventionally, the distance between the implants in hexagon external or internal must be kept 3mm to ensure the preservation of bone crestal (Barros et al., 2010). In this way, in continuous cone Morse connection is more efficient in preserving the interimplant bone crestal and the distance was reduce to 2mm (Barros et al, 2010). Some studies (Vailati & Belser, 2007; Salama et al., 2009) advocate use two implants associate with pontics or cantilevers to esthetics optimize into rehabilitation of the four upper incisors.
Furthermore, the reduction in the number of dental implants may increase the risk of mechanical failures such as fracture of implant, abutment, framework or veneer ceramic (Vailati & Belser 2007; Hasan et al., 2011a; Bal et al., 2013, Corrêa et al., 2014), especially, in screw prostheses (Millen et al., 2015). Screwed prostheses showed significantly greater technical difficulties than the cemented prosthesis, which can be explained by the greater concentration of tensions (Sotto-Maior et al., 2012).
The understanding of concentration and dissipation of the stresses is fundamentally important mainly because these structures can suffer oblique load in the anterior maxilla besides to have suspended elements as pontics and cantilevers in its structure, which may increase the risk of biomechanical failure.
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In light of the absence of the substantive data that evaluated the mechanical behavior of components, the analysis of different positions and number of implant in the prosthetic rehabilitation is crucial to find out the most predictable treatment (Belser et al., 2004).
Therefore, the aim of this study was to evaluate the biomechanical behavior of the fixed partial prosthesis in different positions of implants in the anterior maxilla by means of the three-dimensional finite element method.
9 2. MATERIALS AND METHODS
Experimental Design
In order to reproduce a clinical situation of the absence of four maxillary incisors restored with four-unit fixed partial prosthesis (FPP) supported by implants, four models using a three-dimensional computer-aided design software (SolidWorks 2013 Corp., Concord, MA, USA) were created. Each model consisted of dental implants supporting four elements restoration with four different arrangements: 4 implants model supporting four crowns splinted (4I); implants in central incisors as support and lateral incisor as cantilevered elements (CS); one implant in central and one lateral incisors as support, with a pontic and cantilevered crowns (CSLS) and implants in lateral incisors as support and central incisors as pontics (LS) (Figure 1). Finite Element Analysis (FEA) was used to determine the stress values in the restorations for all models.
Model construction
A section of the anterior maxilla of a completely edentulous patient (volunteer) and natural maxillary central incisors were obtained in the laboratory of images of finite elements of the Faculty of Dentistry of Piracicaba (FOP -UNICAMP) library. The maxillary bone including cortical and trabecular layers and also the anatomy of upper incisors (prosthetic crowns) were obtained by cone beam CT images (CTCB) (i-CAT Cone Beam 3D Dental Imaging System, Imaging Sciences International). The images CTCB were transferred to In Vesalius 3.0 (Center for Information Technology Renato Archer) software for 3D (three dimensions) image reconstruction from a sequence of DICOM 2D (two dimensions) images (Digital Imaging and Communications in Medicine). Afterwards, all the images were exported to the CAD (Computer Aided Design) software SolidWorks®
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(SolidWorks Corporation 2013, Concord, MA, USA) and the 3D solid models were obtained.
The physical measures of the implants and prosthetic components regarding their diameter (D), height (H) and length (L) of the implants and 3D prosthetic components were designed in the CAD / SolidWorks® software and based on the characteristics of the materials applied. Likewise, the reconstructed had shown maxilla showed the following dimensions: 27mmx20mmx10mm (L / H / D). The bone in the anterior maxilla was classified as type 3 represented by a thick layer of cortical bone surrounding a core of dense trabecular bone, as described by Lekholm & Zarb (1985). The implants with a Morse taper interface (dimensions: 3.75x11mm Titamax CM/EX Neodent, Curitiba- Brazil) as well as the prosthetic components (mini type conical abutment - Mini Conical Abutment CM, Neodent, Curitiba, Brazil) consisted of a titanium alloy TiA6V4 (The Metals Databook 1997) were used in the models.
A zirconia prosthetic framework was, then, manufactured based on the anatomic area of the maxillary bone and the shape of the prosthetic crowns of the upper incisors (dimensions of the connector: 4x4mm). Feldspatic ceramic was employed to veneer in the prosthetic crowns. The bone/implant interface was assumed as in a perfect union, simulating a complete osseointegration. In addition, the set of abutments, framework and crowns were completely splinted. During the analysis, no sliding or separation was allowed between the interfaces. The crowns, abutments, implants were considered to be isotropic, homogenous and linearly elastic (Albakry et al., 2003; Li et al., 2006; Cruz et al., 2006; Lan et al., 2012) and cortical and trabecular bone were considered to be anisotropic, homogenous and linearly elastic. The mechanical properties (modulus of elasticity or Young's modulus, shear modulus and Poisson's ratio) of these structures are shown in Table 2.
11 Numerical Analysis
The models were exported to the software ANSYS Workbench 14.0 (Swanson Analysis Systems Inc. Houston / PA, USA) in order to obtain the mesh and its subsequent numerical analysis. From the mesh standpoint, the quadratic tetrahedral elements with 3 degrees of freedom per node, consisting of 0.5 mm each one, were then generated. In order to increase the accuracy of the models, a mesh refinement process was performed by the analysis of convergence (5%). The models presented a number of elements ranging from 290.203 to 177.992, and a number of nodes ranging from 501.571 to 310.143 in each model. The boundary conditions were established in the outer superior and posterior surfaces of the models in all directions.
The four incisors of the prosthesis were loaded with force at an angles of 45° to the long axis of the implants palattaly at the cingulum area in palate-labial direction. The magnitude of the force applied on each unit was 37.5N in angle oblique with respect. The total load applied to the prosthesis was 150N (Helkimo et al., 1977; Koostra et al., 1998).
The ANSYS® software was used to calculate the values of von Mises stress
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Table 2 – Material properties of the components of models.
Young’s modulus (E) (MPa) Shear modulus (G) (MPa) Poisson ratio (δ)
Cortical bone 5,6,25 Ex 12,600 Gxy 4,850 δxy 0.30
Ey 12,600 Gyz 5,700 δyz 0.39
Ez 19,400 Gxz 5,700 δxz 0.39
Trabecular bone5,6,25 Ex 1,150 Gxy 6,800 δxy 0.001
Ey 2,100 Gyz 4,340 δyz 0.32 Ez 1,150 Gxz 6,800 δxz 0.05 Titanium (Implant and Abutment)5,6,25 104,000 38,800 0.34 Zirconia Ceramic Crowns5,6,25 210,000 70,000 33,000 40,000 0.31 0,30 4I CS CSLS LS
Figure 1 - 4I, CS, CSLS and LS models. Different positions of the implants and corresponding prosthetic rehabilitation.
13 3. RESULTS
The highest values for equivalent von Mises (σvM) stress in all models are presented in the figure 2.
Figure 2- The equivalent von Mises (MPa) stress values and the components of the models.
The number of the implants revealed an important influence on biomechanical behavior proved by lower equivalent von Mises stress in all components evaluated into the group 4l (figure 2).
0 100 200 300 400 500 600 700 800 4I CS CSLS LS Eq ui va le nt v on Mi se s St re ss (MP a) IMPLANT ABUTMENT FRAMEWORK VENEER CERAMIC
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The analysis von Mises stress in the implants showed, in all models, that the prevalence of the stress on the buccal side was predominantly in the inner surface of the conical prosthetic connection (Figure 3). The stress was concentrated in the first threads on the implant and decreasing towards the implant apex, regardless the implants arrangement. The higher σvM stress concentration was found in LS model (654 MPa), following the CSLS model (412 MPa) and CS model (295 MPa). The model 4l showed lower stress concentration values with peak the 112 MPa.
Figure 3- The von Mises stress concentration (MPa) in the dental implants.
4I - 112 MPaI - 112 MPa CSCS – 295 MPa - 295 MPa CSCSLS – 412 MPa - 412 MPa LS – 654 MPa - 654 MPa
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In the abutments all models showed stress concentration on the buccal surface at the implant platform contact, except the LS model showed the stress in all abutment body with the highest value stress (716 MPa). The CSLS (228 MPa) and CS (174 MPa) models had a similar biomechanical behavior (Figure 4).
Figure 4 - The von Mises stress concentration (MPa) in the abutments.
4I 4I – 93 Mpa 93 MPa CS – 174 MPa - 174 MPa CSCSLS - 228 MPa - 228 MPa LS – 716 MPa
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When analyzing the frameworks, the von Mises σvM stress values were concentrated in the connector area in all models (Figure 5). The highest values were found in LS model (200 MPa) and the lowest values in the 4I model (61 MPa). The CS and CSLS models showed similar the von Mises values
Figure 5 - The von Mises stress concentration (MPa) in the frameworks.
4I 4I4I – 61 MPA - 61 MPa CS – 195 MPa - 195 MPa CSLS CSLS – 80 MPa MPa80 MPa LS LS – 200 MPa200 MPa
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The similar results of frameworks, the ceramic prostheses showed the equivalent von Mises stress values were concentrated in the connector area in all the models (Figure 6). The highest values were found in LS model (182 MPa) and the lowest in 4I model (53 MPa). The CS and CSLS models showed the von Mises values similar, 121 and 108 MPa respectively.
Figure 6 –The von Mises stress concentration (MPa) in the ceramic crowns.
4I 4I – 53 MPa- 53 MPa CSLS – 108 MPa LSLS – 182 MPa - 182 Ma CS CS – 121 MPa1 MPa
18 4. DISCUSSION
The successful treatment with osseointegrated implants depends on the ability to satisfy patient's functional and esthetics demands (Buser et al., 2004). Considering this, it is important to study the position and the number of implants in a fixed partial denture, since this have an important role in the mechanical behavior of prosthetic rehabilitation.
Various implant treatment plans are used for replacement of absence of four upper incisors, varying upon many factors, such as bone quality, space aviability and the width of residual ridge. For this condition, the commonly used protocols are either a fixed partial prosthesis supported by two implants to support a four-units prosthesis or a four implants to splinted or unsplinted prosthesis. To improve the esthetics is recommended the use of lower number of implants (Salama et al., 2009), however the biomechanical risk may increase (Vailati & Belser 2007).
The present study showed that the number and the positioning of dental implants influenced at the mechanical behavior of prosthesis and implants at a four-units upper anterior rehabilitation. Esthetically, it is important to have a certain space between two implants, since it influence on the proximal bone crest level and therefore on the soft tissue volume (Chang et al., 2010).
The present study showed that the number of implants influenced biomechanical behavior of four-units upper anterior rehabilitation. When two implants were used in the placement of central incisors as support of lateral incisors as cantilevered elements (CS model) and one implant in central and one lateral incisor as support, with a pontic and cantilevered crowns (CSLS model) the results showed better biomechanical performance than lateral incisors as support and central incisor as pontics.
As an alternative to reduce the overload risk is increasing the number of the implants into the prosthesis. Our results, in accordance with previous studies (Hasan et al., 2011), showed that the number of the implants can influence and
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improve the stability of the implants and prosthetics components. However, others studies, in posterior area at higher biomechanical risk, stated that the two implants could adequately support a fixed partial prostheses (Iplikçioglu et al., 2002; Heydecke et al., 2012).
In a systematic review (Heydecke et al., 2012;) all types of fixed implant reconstructions such as implant-supporting single crowns, cantilever partial fixed prostheses or supported partial fixed prostheses (FDPs), non-cantilever, showed 96.8%, 98.5% and 92% of the survival rates. While the implants survival rates are very high, prostheses survival rate is just slightly less favorable with a 5-year survival of 96.3% and 86.5% after 10 years (Cecchinato et al., 2008).
Esthetically, fewer implants placed in the arch is easer to restore (Salama et al., 2009). Limiting the implant number gives the ceramist more flexibility in developing the prostheses. Besides that, the replacement of multiple teeth with an implant-supported restoration, the topography of the bone crest is crucial for the position of the soft-tissue margin in the inter-implant area. The bone crest serves as a foundation for the soft tissues between implants, and loss in height of the proximal bone crest may negatively affect the papillae presence. The distance between two implants may have an influence on the maintenance of the proximal bone crest level (Chang et al., 2010). Barros et al., 2010 in animal studies showed that Morse taper implants could be placed lower interimplant distance, 2mm, which justify use in this study the cone Morse taper, differently the previous studies (Bal et al., 2013 and Corrêa et al., 2014).
Following this philosophy our study evaluate three alternatives in the implant rehabilitation for upper incisors with a fewer (two) implants. In all the models evaluated, the biomechanical patterns on the implants presented similar concentration in buccal side and in the firsts threads. These results are agree with those of studies Corrêa et al., 2014 and Natali et al., 2006, which could be explain bone remodeling during the first year of the functional because this regions corresponds to the cortical bone.
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For the prosthetics components, abutments, framework and veneer ceramic, the model LS showed higher stress, specially, on the connectors of the framework. Our data is in accordance with the findings of Bal et al., 2013 and Guichet et al., 2002, which show an increase of the stresses in the region of connectors. Although that framework fractures are not common for partial FDPs (Branemark et al., 1995), the design used by them influenced on fracture strength of ceramic veneer (Kamio et al., 2014). Our results showed that the presence of stress in the framework correspond to the stress in the ceramic veneer. It can be suggested that one of the reasons for the fractures may be the high stresses concentrated in the connector regions.
All the models showed concentrated stress values at the connector surface and the higher von Mises stress found in LS model. The highest stress values on the LS model can be explained by reacting forces and bending moments in the framework. This bending moment is the force times the orthogonal distance between the force direction line and the counter-acting support (Sahin et al., 2002), that it is highest in model LS. Therefore, for a long-span FPD places is estimated an increased load on the supporting structures (Bal et al., 2013).
In the development of an FE model, the assumptions regarding material properties, loading conditions, model accuracy, and stress criteria are important for analysis. In the present study, trabecular and cortical bones were assumed to be anisotropic, a propriety, which has been, neglected in other FEA studies (Hasan et al., 2011; Corrêa et al. 2014). The loading conditions assumed a force of 150 N divided among four upper incisors applied at cingulum with 45-degree angle to long axis of tooth to simulate mastication (Helkimo et al., 1977; Koostra et al., 1998). Generating the components from CBCT images and CAD images ensured dimensional accuracy of the models. The results of the present study were in agreement with Dejak and Mlotkowski (2008), the authors of the study reported that von Mises stress might be used to evaluate the behavior of ductile materials such as implants and prosthetics components.
21 4. CONCLUSION
It was concluded that a higher number of implants interfere positively in both concentration and distribution of stress in all the components of the prosthetic rehabilitation However, when a reduced implant number is used to enhance aesthetics anterior rehabilitation, the CS and CSLS models showed better biomechanical behavior.
Acknowledgement
This work was supported by the Coordination of Improvement of Higher Level Personnel (CAPES-PROEX; Brasília, DF, Brazil) under grant #0235083/Dental Clinic).
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32 Conclusão
Concluiu-se que um maior número de implantes, interfere positivamente em ambas concentração e distribuição das tensões, em todos os componentes da reabilitação protética e implantes. Todavia, quando um número menor de implantes é utilizado para otimizar a estética na região anterior, o modelo com os implantes posicionados na região dos incisivos centrais e o modelo com os implantes posicionados nas regiões de incisivo central e incisivo lateral oposto, mostraram melhor comportamento biomecânico.
