COllgresso Naciollol de BiomeCGl1ica Luis Roseiro e Augusta Nelo Sociedade Portllguesa de Biomecimica

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Editores

Luis Roseiro

Augusta Neto

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(2)

Titulo:

Organiza~iio:

Editor:

ProdUl'iio Gnifica:

Deposito Legal:

ISBN:

4° COllgresso Naciollol de

BiomeCGl1ica

Luis Roseiro e Augusta Nelo

Sociedade Portllguesa de Biomecimica

Ediliber -Edilora de Publica,oes e Artes Grajicas, Ldo

Coimbra - Por/ugal

322479111

978-989-97161-0-0

Todos as direitos rescrvados. Nenhuma parte desta

publica~ao

pode ser

reproduzida ou transmitida de qualquer

Dutra

forma ou por qualquer meio,

electronico au medinico,

incluindo fotoc6pia, gravacao ou Qutros, sem previa

(3)

ACTASDO

4° CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECANICA

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S O C l E D ... D E

COMISSAO ORGANIZADORA

Nuno Ferreira Rila, DEM, Universidade de Coirnbra

Luis Manuel Roseiro, DEM, Instituto Politecnico de Coimbra

Maria Augusta Neto, OEM, Universidade de Coimbra

Mario Augusto Vaz, DEMEGI, Universidade do Porto

Jose

A. O. Simoes, OEM, Universidade de Aveiro

Paulo R. A. Fernandes, DEM, Instituto Superior Tecnico

Fernando Fonseca, FM, Universidade de Coimbra

Rogerio Pereira Leal, DEM , Universidade de Coimbra

Fernando Guerra, FM, Universidade de Coimbra

Ana Paula Amaro, OEM, Univcrsidade de Coimbra

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(4)

COMISSAO CfENTiFICA

Antonio Si lva, Ulliversidadc de Tnis-os-Montes cAito Douro Antonio Torres Marques, DEM EG I, Universidade do Porto

Antoni o VelasD. FMH , Universidade Tecni ca de Lisbon

Eduardo Borges Pires. DECivii , Insti tuto Superior Tecnico

Femando Simoes, DECivii, Insti tuto Superi or Tecnico

Filomena Cam ide, FMH , Univcrsidadc Tecni ca de Lisbon

Helder C. Rodrigues, OEM, Instituto Superior Tecnico

Jaci nto Monteiro, FML, Univcrs idade de Lisbon

lun Cabri , DPP, Norwegian School of Sport Sciences

Joao

Abrantes , Univers idade LusOfona

lOaD Foigado. OEM, Instituto Superi or Tecnico Joao Levy Melancia, FML, Universidadc de Lisbon

J050 P. Vi las-Boas, FADE, Universidndc do Porto

Jorge Ambrosio, OEM . Instituto Superior Tccnico

Jorge Seabra, Hospital Pediatrico de Coimbra

Jose Cueiro Potes, DMV , Universidude de Evora

Jose Dins Rodrigues, DEMEOJ , Universidade do Porto

Jose Manuel Casanova, FM, Universidade de Coimbra

Jose Rei s Campos, FMD, Univcrsidadc do Porto

Marin A. Castro, ESTESC, Instituto Politcenico de Coimbra

Mario Seccn, FCT, Univcrsidade Nova de Li sbon

Miguel Tavares Silva, OEM, Instituto Superi or Tecnico Paula Cristina V. Tavares, FCDEF, Universidade de Coimbra

Paula Piedade, OEM, UIlivcrsidade de Co imbra

Paulo A. O. Pila to, ESTIG, Instituto Politecnico de Bragan~a

Paulo Flores, OEM , Universidade do MinllO

Pedro Carvalhais, HUC, Hospitais da Universidade de Coimbra

Pedro Miguel Gomes Nicolau, FM, Universidllde de Co imbra

Renata Natal Jorge, D EMEGI , Universidade do Porto

Rui Miguel 8urreiros Ruben, Instituto Politecnico de Leirill

Rui Mendes, ESEC, Instituto Politecn ico de Coi mbra

Rui Miranda Guedes, DEMEGI, Univcrsidadc do Porto

COMISSAO DE HONRA

Govem ador Civil de Coimbra

Presidentc dn Camara Municipal de Coimbra

Prcsidentc da FCTUC

Presidentc do IPC

(5)

4" CONGRESSO NACIONAL DE BIOM ECANICA

L. Rosc iro, M. A uguslu el (II. (Eds)

Coimbra, Portugal, 4 c 5 de Fcvcrciro. 2011

ANALISE DE DEFORMA(:OES PROVOCADAS POR UMA

PROT ESE PARCIAL FIXA EM TECIDO OSSEO MANDIBULAR

Paulo Pi/oto ',Alldre Correia J, Mario Vaz 1, .I. C. Reis Campos J e Hemiin; Lupes I

I D epartamf!lIffJ de Afecollica Aplicadtl, lnt/ilillo Polit,lcll ico de Bragullra; Imilmol'iil jnh.", hIrJIIL'.wiJinb.lIl 2 Foe. AledicillG D ellfar ;(I, UII;I'crsidlllle do Porto; cfJlT.:i{l.(mdrt.'(wgllloil.("IJII/. rdst'tlllll1O.dali:1IIIlil"'fl ll/

) Departamento dt! Ellgel/haria M ec(illica, Foc. Engmlwria da Ull iI'crsidade do Porto; l·/I1ll1'<l:6iI&./lt1.lJI

PALAVRAS CHAVE: Pr6tcsc Parcial Fix3, Implantes, Mcdi~l.io de Deforma~oe s

RESUMO: Um dos objectivDs da medicino dellfaria

e

a SIIbstifllir;iio dos deilles al/sellles, Oil dos

delltes extellsol1lellle des/ruidoso pOl' eslmfllras proteticas que possibifitem IIIlla reabililQ(;do

fill/cional e estetica do sistema eSfolllafogl1atico. Este arfigo eslllcia 0 efeito biomecdl1ico do interaCftio de lima protese parcial fixa COlli 0 teeido osseo malldiblllar. A/raves de ifill cS/lIdo experimental "il1-vilro ", /01'0111 medidas as deJormar;ues 110 teeido osseo cortical e 110 protese

delltaria, reSll/tollles do aq:iio mal/dibular. Os resll/tcJdos stio validados COlli 111110 Si1l/11/Gf;do 1IIlmerica.

1 INTRODU<;:Ao

Urn dos aspectos rnnis interessantcs da biomec:inica da reabilitaf;uo protetica implanto-suportada esta relacionado com a determinn9uo do csfon;:o sobre a implnnle e como cstc

e

transmitido ao tecido osseo. As defonnac;oes que resultam desta nctividade

podem condicionar 0 proccsso de

osteoinlegra9ao. A micro-estrutura do 0550

pode llssim ficar afcctnda pelo campo de

defonn a90es desenvolvido por

mecanicll. 0 processo de remodela9ao ossea dependc da actividadc rnecanica e biologica, razao peln qual diversos investigadores decidiram rnedir e validar 0 valor das

defonna90es na zona dos irnplantes.[1-3]

2 ESTUDO EXPERIMENTAL

Neste trabalho,

e

utilizada urna protese parcial fixa de tres elementos suportada por dois implantes, com vista

a

substitui9uO de tres dentes posteriores, irnportantcs para urn desempenho eficaz da act:ividade mastigat6ria. Trata-se de urna pr6tese com urna infra-estrutura em zirc6nia, maquinada nurn sis tema

CAD-CAM (CEREC. SIRONA)

e com urn

329

revestimento cer.imico manual, descnvolvido ern laborat6rio dentario.

Para ava liar 0 desempenho do caso em estudo,

foram medidas as deforrna90es no tecido osseo cortical. na zona circundante dos implantcs na direc~iio mesio-distal , de ambos os lados (labial e lingual). Eslas mcdic;:oes, depois de validadas numericamente, servem para validar 0 campo de deforma90es no

interi or de todos os materiais.

(6)

P. Piloto, A. Correia, M. Vnz, J. C. R. Campos, H. Lopes

Fig. I Protese parcial fixa dc Ires elementos e hl oco de Iccido Il SSCI).

Os ensaios de flexao foram realizados em laboratoria, tendo side eonstruida uma estruhlrn rigida de interface para solieitu<;:ao da protese mandibular, ver figura 2.

Fig. 2 Modclu da estrutura rig ida de inlerfacc.

o

blm.:o de tecido osseo foi apoiado nas duas extremidades luterais e u protese foi solicitada atraves de uma forya pontual, aplicuda na fossa do ponti co (denle em falta), com ineremenlos de carga de 35 [N], utilizando urn sistema medinico apropriado, ver figura 3.

Fig. 3 Ensaio da protcsc I.

Foram definidas zonas de mediyao da deforma<;ao, tendo em eonsiderayao a zona

peri-implantar. Na figura 4 cstao

330

represcntadas duas camadas de tecido, sendo que a eamada cortical (I) possui uma espessura de 2 (mm], enquanto a camada trabecular (2) possui lima espcssura de 18 [mmJ.

Foram coloeados cinco extens6metros na superficic superior da camada cortical (EA , EB , EC, ED e EE) e mais dais extens6metros no ponti co parn mediyao du defonnayao nn direc<;:ao mesio-distal (ED::!) e na direc<;ao aplical-incisal (ED I).

Fig. 4 Idcnlifica~iio lIos locals de mcdirriio da s dc[i.mnarrucs.

Para mediyao das deformay6es foram

utilizndos extensometros HBM l-L Y 18-3/350

para aplica<;:ao em maleriais ph'tsticos.

o

bloeo do tecido osseo de 3" gera<;:ao foi adquirido na empresa Sawbones, sendo constihlido par fibra de vidro epoxy e par espuma de poliuretano, com massa especifiea

de I. 7 [glcm3

J

e 0.48 [glcm3

J,

respectivamente. Estes materiais apresentam propriedades mecanicas eonsistentes com os materiais de uma estrutura mandibular c eonstituem urn meio altemativo para ensaio do teeido osseo cortical e trabecular.

Nas figuras 5-6 estao representados os resultados dos ensaios de flexao efectuados em duas proteses. As mediyoes foram efectuadas com incrementos de forya ate urn valor limite de 350 [N]. Estc valor

e

inferior ao valor media de rotura, mcdido para 0

colapso de tres protese parcial fixas , (1463 [N]).

(7)

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P. Pi loto, A. Correia. M. Vaz. J. C. R. Campos. H. Lopes

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Fig. 5 Dc ronnalf6cs com prolcsc I. ensaio ncxi!().

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Fig. 6 Dcronnm;6cs corn prolcsc 2, cnsnio Oc;·(i'io.

as

resultados

obtidos com

as

duns

proteses

sao scmel hantes e coerentes. As zonas que aprescntam maiores va lores de dcformul;ao estiio loca lizadas nas cxtrcmidndes vestibu lar

(EE) e lingual (EC). 0 valor da defonna,iio

por baixo da zona do

pontico

(ED) apresenta

urn va lor de deformn yao, nu direcr;ao

mesial-di stal, proximo das zonas circ undantes dos implanlcs. climinando qua lquer incertez<l em

rehuruo a ausencia de actividade meciini ca.

o

valor da deformar;ao I11 cdida on posicao EB

nao coincide com 0 valor medido em EA pelo facio da posi~ao dos ex tensometros nao ser simeLrica em rela~ao ao ponto de ap li cn~ao da carga.

o

valor das dcfonnu~oe s medido nas po s j~o es

ED I e ED2

e

muilo pequeno. quando

compurado com as valores oblidos no tcci do Osseo. Esle rcsu ltado csla re lacionado com 0

elevado valor relativo do modulo de

e1ast'icidade do material uti lizado nn infra-estrutura dus proteses (zi rc6nia).

A reprodutibilidade do ensaio de f1ex ao

c

boa, podendo explicar as pequenas dife r en~as nas

defonna ~oes de ambos ensaios pela eventual

pcquena diferem;:a de gcometria de

revestim ento de cada prolese.

33 1

3 ESTU llO NUMERI CO

Pum validar as resu ltados experimentais, roi dcfinido urn modelo numerico. 0 modele solido da infra-estTUlura da protese fo i obtido directamente do sistema CEREC® , enquanto todus as restanles partes foram objecto de modeluyuo com s61idos parametri cos, vcr fi gum 7.

Fig. 7 Modclo s61ido do blueo. implanl cs pilarcs c prolesc.

A simulru;ao roi c fcctuada em regime linenr, considerando um comportamenlo di stinto para as cinco matenais. vcr tabela I.

Tnbcla I Proprictlatlcs mcc"micas dos mat criu is.

l\ 1 1II~rlu l l\l!idulu ill' Coeflclenlc de

E I~ ~ tlcjd11tll' l'uJu un

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O~su Irahcc ul::Jr O.S III 0.30

O U II ctlrlic::J1 10.000 0.30

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P. Pilato, A. Correia, M. Vaz,J. C. R. Campos, H. Lopes

Fig. 8 Mulha utilizadn para protese.

Foi considerada uma ligac;:ao perfeita entre todos as materiais em geml, e entre a protese e os pilares em particular. Esta ligac;:ao foi simulada para representar 0 efeito da adesao do cimento TempoSIL.

No figura 9 esta reprcsentado 0 modelo de

elementos finitos completo, utilizando

elementos tetraedricos de 8 nos, com tres graus de liberdade por no SOLID45 e SOLlD65 do programa Ansys, [4].

Fig. 9 Malhu com muclelo completo.

Os resultados numericos aproximam-se dos resultados experimentais, com excepc;:ao do valor calculado para ED, vcr figura 10.

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Fig. 10 Dcfonn:u,:ues com modelo numerico, ensaio flex[lo.

A valida9ao do modelo numerico par compara9ao dos resultados as medi90es experimentais, pennite que se possa analisar, em pormenor, 0 cfeito da carga sobre os implantes e sabre 0 tee ida osseo trabecular e cortical.

Na figura 11 esta representado 0 campo dc

tensuo equivalente, desenvolvido . nos

implantes enos pilares, para 0 valor de carga corrcspondente a 348 [N] (referencia).

332

Fig. I I Tens[lo equivalente de von Miscs nos imp[rmtes e pilares, num corte onogonnl ao plano de ocJusao.

Neste corte e passivel identificar as zonas mais solicitadas, par onde sao transmitidos os esforc;:os (linhas de for9a).

Na figura 12 esta representado 0 estado de

ten suo na direcryao mesio-distal, no plano paralelo ao plano de oclusao, para a camada

superior do tecido osseo cortical.

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Fig. II Tens[lo equivalente de von Mises no tecido osseo cortical, num plano paralelo ao plano de oclosiio.

A distribuiryuo da defonnac;:ao equivalente no tecido osseo trabecular comprova as linhas de for9a transmitidas atmves dos implantes, ver figura 12. Para 0 mesmo valor de carga, as maiores defonna9oes estao nos locais par onde e distribuido a esfor90.

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Fig. 12 Defonnar;:iio equivalente no tecido osseo tmbecular, num corte ortogonal ao plano de oc[usilo.

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P. Piloto, A. Correia , M. Vaz. J. C. R. Campos, H. Lopes

4 CONCLUSOES

Forum rcalizados doi s ensaios com proteses parciais fixas cimentadas em dais pilares

aparafusados a implantes. devidarnente

fix ados nurn bloco de (ecido osseo. Estes ensaio5 de fle xilo Coram realizados com carga

incremental , ate ao valor limite de rcfcrcnc ia . Fai desenvol vido urn sistema dcdicado pam apJicaryaa de carga no p6ntico da protese. Foram aplicados extensometros para avaliar 0

campo de dcfonnaryoes no tecida osseo cortical e para detecryfio de deformaryao na regiuo intcr-impluntar.

Foi criado urn modele numerico de elem entos finitos , representativo do ensaio experimental, vcrificando-se uma boa cancordiincia enlre as dcformar;oes cal cul adas c as deformar;oes medidas par extensomctria clcctrica.

Foi ainda possivel avaliar 0 campo de

de[ormar;oes oa regiuo dos impiantes. Esta informar;ao e importanle para avaliar os processos de osleoinlegrayao.

AGRADECIME NTOS

as

autores des te colaborar;iIo do Dr.

trabalho agradecem a Manuel Neves - Medico Dentista, Director CHnico da Clinica Dr. Manuel Neves - Porto - Portugal , do Sr. Nuno Alves - Tccnico Superior de Protese Denlaria, da mesma clinica e ainda 0 Dr. Volker Winter, gestor de produto da empresa materials & inLab, Dental CAD/CAM Division.

REFERENCIAS

[II Al1uro N. Na'ali, "DenIal Biomcchanics, Taylor and Fr.lncis, 2003.

121 Clarice Field . Qiny Li, We i Li, and Michael Swain, "Biomcchanical Response in Mandibular Bone clue '0 Mas'icalion Loading on ) ,Ulli. Fi xctl Partial Dcn'urcs," Joum:ll of Denial Biomec hanics. vol. 2010, Art icle ID 90253 7, II P.1gCS, 20 10. doi: 10.406 1110 IOJ90:!SJ7 .

PI z. Li~n, H. Guon , S. IVll no\'ski, y.c. Loo, N.W. Johnson, H. Zhang, "Err~ct of bone 10 imphUlI contact percen,age on bonc remodcll ing surround ing a cl cnl:!l implanl", lnlcmali nnal joum:!l of oral and max ill ofllcio l suryer), I July 20 10 (vo lum e 39 i ~s o c 7 Pages 69(.)·(,911 DO l: I O. IOI6/j .ij om.20 1 0.03.0 20). 14] ANSYS®. Hclp System, Release 12, ANS YS, Inc .