CC BY
85
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2017-19-11-113-117
УДК 611.08; 611.314
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЦЕМЕНТНОЙ ФИКСАЦИИ ИСКУССТВЕННЫХ КОРОНОК НА ИМПЛАНТАТАХ
Узунян1 Н.А., Лернер1 А.Я., Лобанов1 С.А., Заславский1 Р.С., Шматов1 К.В., Кобзев2 И.В.
1ФГБОУ ДПО Институт повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства, г. Москва, Российская Федерация
2Публичное акционерное общество Криогенного машиностроения, г. Балашиха, Российская Федерация
Аннотация: Актуальность. В современной стоматологии актуальна долговременность функционирования искусственных коронок на имплантатах под действием систематических функциональных нагрузок. Цель: биомеханическое изучение в математическом эксперименте напряженно-деформированного состояния (НДС) имплантата, искусственной коронки и фиксирующего цемента при функциональной нагрузке в вертикальном и наклонном направлении. Материал и методы. Проведен математический анализ прочности соединения искусственной коронки к дентальному имплантату при воздействии вертикальных и наклонных функциональных нагрузок (150Н) с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Результаты. Получены параметры напряженно-деформированного состояния (НДС) в металлокерамической коронке, фиксирующем цементе, титановом дентальном имплантате. При вертикальной нагрузке показан достаточный запас прочности в материалах конструкции; при наклонной нагрузке исчерпывается запас прочности стеклоиономерного цемента и отмечаются предельный запас прочности в пришеечной зоне имплантата и винта абатмента. Заключение. Выбор цементной фиксации искусственной коронки к имплантату оправдан при установке внутрикостного имплантата в положение, максимальное приближенное к вертикальной оси искусственной коронки. В противном случае целесообразно использование винтовой фиксации коронки и использование имплантатов с усиленным винтом при соединении абатмента и имплантата.
Ключевые слова: дентальный имплантат, фиксирующий цемент, искусственная коронка, математическое моделирование, напряженно-деформированное состояние
Введение. В практической стоматологии широко распространен цементный метод фиксации искусственной коронки к опорному абатменту внутрикост-ного дентального имплантата. В то же время нередки случаи расцементировки коронок на имплантатах, что приводит к микроподвижности протезной конструкции и расшатыванию имплантата. Недостаточно надежная фиксация протеза к абатменту имплантата может привести к прогрессирующей резорбции пери-имплантатной костной ткани [1-8].
При этом на современном этапе исследований в области материаловедения и конструирования имеются высокоинформативные методы изучения прочностных параметров, в частности, широко используется математическое моделирование напряженно-деформированного состояния конструкций методом конечных элементов (МКЭ) [9,10].
Целью представленного исследования является математический анализ прочности цементного соединения искусственной коронки к дентальному имплантату
при воздействии вертикальных и наклонных функциональных нагрузок.
Материал и методы. С использованием программного комплекса ANSYS (ANSYS Inc., США) проведено математическое моделирование методом конечных элементов (МКЭ) напряженно-деформированного состояния (НДС) в материалах металлокерамической коронки, фиксирующего цемента, титанового дентального имплантата. Расчеты выполнялись в физически и геометрически нелинейной постановке. Трехмерная математическая модель внутрикостного имплантата с цементной фиксацией металлокерамической коронки соответствовала натуральному образцу по конструкции и физико-механическим параметрам материалов. Нагрузка величиной 150Н прикладывалась к окклюзи-онной поверхности коронки в двух вариантах (в вертикальном направлении и под углом 45°). Анализировалось распределение напряжений во всех элементах протезной конструкции и имплантата по величине (МПа), запасу прочности (Зп), смещению (мкм), эквивалентной пластической деформации (e№ %) (Рис. 1).
—--—
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
Характеристика материалов математической мо- 320МПа; у кобаль-хромового сплава - 220ГПа; 0,30; дели, содержащая необходимые для математического 320МПа; у стеклоиономерного цемента - 20,9ГПа; моделирования физико-механические параметры, со- 0,35; 120МПа; у титана - 113,8ГПа; 0,32; 880МПа ответствовала данным литературных источников: мо- (Табл. 1). дуль упругости, коэффициент Пуассона, предел текучести у керамики соответственно 70ГПа; 0,19;
Таблица 1.
Характеристики материалов математической модели
Материал Модуль упругости E, ГПа Коэфф. Пуассона Модуль упрочнения МПа Предел текучести МПа
Керамика 70 0,19 3182 320
Кобальт-хромовый сплав 220 0,30 500 320
Стеклоиономерный цемент 20,9 0,35 10 120
Титан 113,8 0,32 490 880
Композит 9,25 0,33 300 36
Рис. 1. Модель внутрикостного имплантата с цементной фиксацией металлокерамической коронки: 1 - имплан-тат, 2 - винт, 3 - абатмент, 4 - цемент, 5 - металлический каркас коронки, 6 - керамическая облицовка.
Статистическая обработка результатов исследования проводилась с помощью стандартного набора инструментов офисного приложения Microsoft Office Excel 2016. Вычислялись среднее арифметическое значение (M), стандартная ошибка среднего (m). Статистическая значимость полученных результатов (p) вычислялась с использованием критерия Стьюдента (t) и его интерпретации на основании стандартной таблицы критических значений коэффициента Стьюдента. Уровень значимости (а) соответствовал вероятности а-
ошибки равной 5% (а=0,05), статистически значимыми признавались результаты при р<0,05.
Результаты. Максимальные напряжения при вертикальной нагрузке металлокерамической коронки с цементной фиксацией составляли:
- абатмент 71,0МПа,
- винт 1,0МПа,
- имплантат 53,0МПа,
- керамика 90,0МПа,
- каркас коронки 87,0МПа,
- цемент 119,0МПа (Табл. 2).
Таблица 2.
Параметры напряженно-деформированного состояния металлокерамической коронки и опорного
имплантата при цементной фиксации.
Область анализа Эквивалентные напряжения, МПа Запас прочности Перемещение мкм
в н в н в н
абатмент 71 853 12,4 1,03 2 113
винт абатмента 1 875 >10 1,01 0 63
имплантат 53 882 16,5 1,00 0 4
керамика 90 60 3,64 5,34 4 154
каркас коронки 87 181 3,68 1,77 1 125
цемент 119 179 0,99 8пл~3% 0,67 8пл ~7% 2 114
Примечание: в - вертикальная нагрузка, н - наклонная нагрузка.
Соответствующие значения запаса прочности колебались от 0,99 у цемента до 16,5 раз у титанового им-плантата.
Минимальный запас прочности (0,99) с возникновением необратимых пластических деформаций и частичным разрушением характерен для слоя цемента у края искусственной коронки.
Перемещения конструкционных материалов под нагрузкой не превышали 4мкм, они были более характерны для керамической облицовки, цемента и абатмента.
Величина максимальных напряжений при смещенной нагрузке зацементированной коронки на имплан-тате составляет:
- абатмент 853,0МПа,
- винт 875,0МПа,
- имплантат 882,0МПа,
- керамика 60,0МПа,
- каркас коронки 181,0МПа,
- цемент 179,0МПа.
При цементной фиксации коронки и наклонном направлении нагрузки исчерпывается запас прочности
[135.222 STEP=1 SUB =10 TIME=15 SEQV (AVG)
стеклоиономерного цемента (0,67), что приводит к его растрескиванию и выкрашиванию.
Предельные запасы прочности отмечаются в следующих зонах: в пришеечной зоне винта абатмента, им-плантата (Зп соответственно 1,01-1,00). Наибольший запас прочности отмечается для керамической облицовки (5,34 раз).
При наклонной нагрузке существенно увеличивается смещение материалов конструкции (от 4-8мкм в имплантатах до 113мкм в абатменте и до 154мкм в коронке).
Таким образом, при вертикальной функциональной нагрузке трехмерное математическое моделирование НДС в протезной конструкции и имплантате при цементной фиксации коронок показало достаточный запас прочности в абатменте, его винте, имплантате, керамике и металлокерамическом каркасе коронки и цементе (Рис. 2-4). Значительное увеличение напряжений и смещений во всех зонах коронки на имплантате зарегистрировано в условиях приложения нагрузки под углом 45° к окклюзионной поверхности.
NODAL SOLUTION
а)
881.787 STEP=1 SUB =10 TIME=15 SEQV (AVG) DMX =154942 SMN = 182366 SMX =881.787
Рис. 2. Распределение эквивалентных напряжений в металлокерамической коронке и опорном имплантате (150Н): а) вертикальная нагрузка, б) наклонная нагрузка.
I
Щ .001112
-001668
002224
00278
003336
■ 003892
| 004448 STEP=1 SUB-10
TIME=15 U SUM (AVG) RSYS-0 DUX = 004448 SMN = 1 25E-0B
Рис. 3. Смещения в металлокерамической коронке и опорном имплантате (150Н): а) вертикальная нагрузка, б)
наклонная нагрузка.
Рис. 4. Пластические деформации при наклонной нагрузке при цементной фиксации (150Н).
Заключение. Проведенное исследование показало возможность применения цементной фиксации искусственной коронки на дентальном имплантате с позиций прочности всех конструкционных элементов, включая фиксирующий цемент. Однако, все элементы протезной конструкции и имплантата при цементной фиксации искусственной коронки к имплантату имеют достаточную прочность только при вертикальной функциональной нагрузке. Отклонение нагрузки от вертикали вызывает пластические деформации в фиксирующем цементе, а также в пришеечной зоне им-плантата и винта абатмента.
Таким образом, появляется основание для выбора цементной или винтовой фиксации коронки на им-плантате для обеспечения долговременности ее фикса-
ции, а именно, выбор цементной фиксации искусственной коронки к имплантату оправдан при установке внутрикостного имплантата в положение, максимальное приближенное к вертикальной оси искусственной коронки.
В противном случае целесообразно использование винтовой фиксации коронки и использование имплан-татов с усиленным винтом при соединении абатмента и имплантата.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Жусев А.И. Несекретные материалы. Иллюстрированное пособие по дентальной имплантологии // Москва.-2012.-144с.
[2] Загорский В.А., Робустова Т.Г. Протезирование зубов на имплантатах // Москва.- 2011.- 351с.
[3] Иванов С.Ю., Базикян Э.А., Бизяев А.Ф. Стоматологическая имплантология // Москва.- 2004.- 295с.
[4] Кулаков А.А., Лосев Ф.Ф., Гветадзе Р.Ш. Зубная имплантация // Москва.- 2006.- 152с.
[5] Мушеев И.У., Олесова В.Н., Фрамович О.З. Практическая дентальная имплантология. 2-е изд., дополненное // Москва.- 2008.- 498с.
[6] Basser D., Belser U., Wismeijer D. Имплантологическое лечение в эстетически значимой зоне. «Замещение одного зуба».- Москва.- 2010.- 253с.
[7] Behr M. Устранение осложнений имплантологического лечения // Москва.- 2007.- 355с.
[8] Renouard F., Rangert B. Risk factors in implant dentistry // Quintessence Publishing Co, Inc.- 2004.- 182p.
[9] Олесова В.Н., Арутюнов С.Д., Воложин А.И., Ибрагимов Т.И., Лебеденко И.Ю., Левин Г.Г., Лосев Ф.Ф., Мальгинов Н.Н., Чумаченко Е.Н., Янушевич О.О. Создание научных основ, разработка и внедрение в клиническую практику компьютерного моделирования лечебных технологий и прогнозов реабилитации больных с челюстно-лицевыми дефектами и стоматологическими заболеваниями // Москва.- 2010.- 144с.
[10] Geng J., Yan W., Xu W. Application of the Finite Element Method in Implant Dentistry // Zheijang university press.-2008.- 148р.
BIOMECHANICAL PROBLEMS OF CEMENT FIXATION OF ARTIFICIAL CROWNS ON IMPLANTS
Uzunyan1 N.A., Lerner1 A. Y., Lobanov1 S.A., Zaslavsky1 R.S., Shmatov1 K.V., Kobzev21.V.
1Additional Professional Education Institute for Advanced Studies of the Federal Medical Biological Agency, Moscow, Russian Federation
2Public distribution company of cryogenic engineering, Balashikha, Russian Federation
Annotation. Relevance. In modern dentistry, the long-term functioning of artificial crowns on implants under the influence of systematic functional loads is actual. Purpose: Biomechanical study in the mathematical experiment of the stress-strain state (SSS) of the implant, artificial crown and fixing cement with a functional load in the vertical and inclined direction. Material and methods. A mathematical analysis of the strength of the connection of the artificial crown to the dental implant under the influence of vertical and inclined functional loads (150N) was carried out using the finite element method (FEM). Results. The parameters of the stress-strain state (SSS) in the cermet, fixing cement, titanium dental implant are obtained. With a vertical load, a sufficient safety margin is shown in the materials of the structure; with an inclined load, the safety margin of the glass ionomer cement is exhausted and the marginal safety margin in the cervical area of the implant and the abutment screw is noted. The conclusion. The choice of cement fixation of the artificial crown to the implant is justified when the intraosseous implant is placed in a position closest to the vertical axis of the artificial crown. Otherwise, the use of screw fixation of the crown and the use of implants with a reinforced screw when connecting the abutment and implant are advisable.
Key words: dental implant, fixing cement, artificial crown, mathematical modeling, stress-strain state
REFERENCES
[1] Zhusev A.I. Non-conforming materials. Illustrated manual on dental implantology // Moskva.- 2012.-p.144
[2] Zagorsky VA, Robustova TG Prosthodontics on implants // Moskva.- 2011.- p. 351
[3] Ivanov S.Y., Basikyan E.A., Bizyaev A.F. Dental implantology // Moskva.- 2004.- p. 295
[4] Kulakov AA, Losev FF, Gvetadze R.Sh. Dental implantation // Moskva.- 2006.- p. 152
[5] Musheev IU, Olesova VN, Framovich OZ Practical dental implantology. 2 nd ed., Supplemented // Moskva.- 2008.-p. 498
[6] Basser D., Belser U., Wismeijer D. Implant treatment in an aesthetically important area. «Replacement of one tooth».-Moskva.- 2010.- p. 253
[7] Behr M. Elimination of complications of implant treatment // Moskva.- 2007.- p. 355
[8] Renouard F., Rangert B. Risk factors in implant dentistry // Quintessence Publishing Co, Inc.- 2004.- p. 182
[9] Olesova VN, Arutyunov SD, Volozhin AI, Ibragimov TI, Lebedenko I.Yu., Levin GG, Losev FF, Malginov NN, Chumachenko E N.N., Yanushevich O.O. Creation of scientific bases, development and introduction in clinical practice of computer modeling of medical technologies and prognosis of rehabilitation of patients with maxillofacial defects and dental diseases // Moskva.- 2010.- p. 144
[10] Geng J., Yan W., Xu W. Application of the Finite Element Method in Implant Dentistry // Zheijang university press.-2008.- 148p.
