CC BY
40
ISSN 2409-6601. Российский журнал биомеханики. 2016. Т. 20, № 4: 311-315
DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2016.4.02 УДК 531/534:[57+61]
ч Российский
Журнал / Биомеханики
www.biomech.ru
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ В ПРОТЕЗНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА ДЕНТАЛЬНОМ ИМПЛАНТАТЕ ПРИ ЦЕМЕНТНОЙ ФИКСАЦИИ ИСКУССТВЕННОЙ КОРОНКИ
1 Кафедра клинической стоматологии и имплантологии Института повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства России, Россия, 123098, Москва, ул. Гамалеи, 15, кор. 1, e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
2 Кафедра факультетской хирургической стоматологии Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, Россия, 119048, Москва, ул. Трубецкая, 8, e-mail: [email protected]
3 Департамент прикладной математики Московского института электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Россия, 123458, Москва, ул. Таллинская, 34, e-mail: [email protected]
4 Кафедра ортопедической стоматологии Московского государственного медико-стоматологического университета имени А.И. Евдокимова, Россия, 127206, Москва, ул. Вучетича, 9а, e-mail: [email protected]
Аннотация. Случаи расцементировки искусственных коронок на дентальных имплантатах в клинической практике. Для изучения причин нарушения прочности цементной фиксации коронок целесообразно использование математического конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния всех элементов протезной конструкции при функциональных нагрузках. Проведено трехмерное математическое моделирование напряженно-деформированного состояния имплантата и протезной конструкции при цементной фиксации коронки к абатменту. Изучены параметры напряженно-деформированного состояния в искусственной коронке, имплантате и фиксирующем цементе при вертикальной и наклонной функциональной нагрузках 150 Н. Выявлены оптимальные параметры напряженно-деформированного состояния при вертикальной нагрузке и деформационные изменения цемента при смещении нагрузки на 45 Рекомендовано оптимальное положение имплантата относительно покрывающей искусственной коронки для профилактики ее трасцементировки при функциональной нагрузке.
Ключевые слова: дентальный имплантат, фиксирующий цемент, искусственная коронка, математическое моделирование, напряженно-деформированное состояние.
© Олесова В.Н., Бронштейн Д.А., Лернер А.Я., Олесов Е.Е., Бобер С.А., Узунян Н.А., 2016
Олесова Валентина Николаевна, д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры
клинической стоматологии и имплантологии, Москва
Бронштейн Дмитрий Александрович, к.м.н., ассистент кафедры факультетской хирургической стоматологии, Москва
Лернер Александр Яковлевич, к.м.н., ассистент кафедры клинической стоматологии и имплантологии, Москва
Олесов Егор Евгеньевич, д.м.н., доцент, заведующий кафедрой клинической стоматологии и имплантологии, Москва
Бобер Станислав Алексеевич, ассистент департамента прикладной математики, Москва Узунян Наринэ Адольфовна, к.м.н., ассистент кафедры ортопедической стоматологии, Москва
В.Н. Олесова1, Д.А. Бронштейн2, А.Я. Лернер1, Е.Е. Олесов1, С.А. Бобер3, Н.А. Узунян4
,4
Введение
В практике дентальной имплантологии широко распространен цементный метод фиксации искусственной коронки к опорному абатменту внутрикостного 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 способствует возникновению прогрессирующей резорбции периимплантатной костной ткани [1-4, 5, 7, 8, 10].
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 [6, 9].
Целью представленного исследования является математический анализ прочности цементного соединения искусственной коронки и дентального имплантата при воздействии вертикальных и наклонных функциональных нагрузок.
Материал и методы исследования
С использованием программного комплекса ANSYS (ANSYSInc., США) проведено математическое моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния 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 (рис. 1, табл. 1). Нагрузка величиной 150 Н прикладывалась к окклюзионной 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, смещению (мкм), эквивалентной пластической деформации (епл, %).
Рис. 1. Модель внутрикостного имплантата с цементной фиксацией металлокерамической коронки: 1 - имплантат; 2 -винт абатмента; 3 - абатмент; 4 - цемент; 5 - металлический каркас коронки; 6 - керамическая облицовка
Таблица 1
Характеристики материалов математической модели
Материал Модуль упругости E, ГПа Коэффициент 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
Результаты исследования
При вертикальной функциональной нагрузке трехмерное математическое моделирование напряженно-деформированного состояния 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 (табл. 2, рис. 2). 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 4 мкм.
Значительное увеличение напряжений и смещений во всех зонах коронки на имплантате зарегистрировано в условиях приложения нагрузки под углом 45 ° к окклюзионной поверхности.
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 8дл ~ 3 % 0,67 8пл ~ 7 % 2 114
Примечание: в - вертикальная нагрузка; н - наклонная нагрузка.
Рис. 2. Распределение эквивалентных напряжений в металлокерамической коронке и опорном имплантате при цементной фиксации (150 Н): а - вертикальная
нагрузка; б - наклонная нагрузка
При цементной фиксации коронки и наклонном направлении нагрузки исчерпывается запас прочности стеклоиономерного цемента (0,67), что приводит к его растрескиванию и выкрашиванию. Предельные запасы прочности отмечаются в пришеечной зоне винта абатмента, имплантата (запас прочности соответственно 1,01-1,00). При наклонной нагрузке существенно увеличивается смещение материалов конструкции (от 4 мкм в имплантате до 113 мкм в абатменте и до 154 мкм в коронке).
Выводы
1. Все элементы протезной конструкции и имплантата при цементной фиксации искусственной коронки к имплантату имеют достаточную прочность при вертикальной функциональной нагрузке.
2. Отклонение нагрузки от вертикали вызывает пластические деформации в фиксирующем цементе, а также в пришеечной зоне имплантата и винта абатмента.
3. Выбор цементной фиксации искусственной коронки к имплантату оправдан при установке внутрикостного имплантата в положение, максимально приближенное к вертикальной оси искусственной коронки.
Список литературы
1. Жусев А.И. Несекретные материалы. Иллюстрированное пособие по дентальной имплантологии. -М., 2012. - 144 с.
2. Загорский В.А., Робустова Т.Г. Протезирование зубов на имплантатах. - М., 2011. - 351 с.
3. Иванов С.Ю., Базикян Э.А., Бизяев А.Ф. Стоматологическая имплантология. - М., 2004. - 295 с.
4. Кулаков А.А., Лосев Ф.Ф., Гветадзе Р.Ш. Зубная имплантация. - М., 2006. - 152с.
5. Мушеев И.У., Олесова В.Н., Фрамович О.З. Практическая дентальная имплантология. - 2-е изд., доп. - М., 2008. - 498 с.
6. 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. - М., 2010. - 144 с.
7. Basser D., Belser U., Wismeijer D. Имплантологическое лечение в эстетически значимой зоне. «Замещение одного зуба». - М., 2010. - 253 с.
8. Behr M. Устранение осложнений имплантологического лечения. - М., 2007. - 355 с.
9. Geng J., Yan W., Xu W. Application of the finite element method in implant dentistry // Hangzhou: Zheijang University Press Co., 2008. - 148 р.
10. Renouard F., Rangert B. Risk factors in implant dentistry. - Chicago: Quintessence Publishing Co., 2004. -182 p.
STRESS-STRAIN STATE IN PROSTHETIC CONSTRUCTION ON DENTAL IMPLANT WITH CEMENT FIXING ARTIFICIAL CROWN
V.N. Olesova, D.A. Bronstein, A.Y. Lerner, E.E. Olesov, S.A. Bober, N.A. Uzunyan
(Moscow, Russia)
Clinical experience shows cases of loss of cementation of artificial crowns of dental implants. To study the reasons for breaking strength of cement fixing crowns, it is appropriate to use mathematical finite element analysis of the stress-strain state of all elements of prosthetic design with functional loads. The three-dimensional mathematical modelling of the stress-strain state of the implant and prosthetic construction with cement fixing crowns to the abutment was conducted. The parameters of the stress-strain state in artificial crown, the implant, and fixing cement at vertical and inclined functional load 150 N were studied. The optimal parameters of the stress-strain state at vertical load and deformation changes in cement at offset of the load on 45 degrees. There recommended optimum position of the implant relatively covering artificial crown for the prevention of its loss of cementation under functional load.
Key words: dental implant fixing cement, artificial crown, mathematical modelling, stressstrain state.
Получено 15 ноября 2016
