Напряженное состояние вблизи дентальных имплантатов при резорбции костных тканей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты численного моделирования методом граничных интегральных уравнений (МГИУ) влияния резорбции костных тканей на напряженное состояние вблизи винтовых дентальных имплантатов при действии нормальной и наклонной сжимающих нагрузок. Используется прямой вариант МГИУ для кусочно-однородных подобластей. Расчет напряженного состояния имплантата и окружающих костных тканей выполнялся для состояния плоской деформации в предположении полного соединения материалов на границе имплантата и кости (остеоинтеграции) и состоял из двух этапов: 1) анализа всей конструкции имплантата со сглаженным винтовым соединением между имплантатом и окружающими костными тканями; 2) исследования распределения напряжений  с учетом формы винтового соединения  имплантата и костных тканей. Модель первого этапа расчета состояла из семи подобластей, соответствующих элементам конструкции имплантата и участкам костных тканей. На втором этапе расчета предполагалось, что впадины в губчатой кости, которые образуются  после установки имплантата, соответствуют винтовой резьбе на имплантате. Рассмотрено влияние резорбции костных тканей на концентрацию напряжений в витках резьбы имплантата и в губчатой костной ткани. Построение численных моделей выполнялось при допущении, что следствием резорбции костной ткани является формирование полости (лунки резорбции) вокруг имплантата. Вычисления проводились в предположении, что костные ткани являются изотропными и однородными упругими материалами. Установлено, что в результате резорбции  происходит значительное перераспределение напряжений в костных тканях и имплантате. Максимальные эквивалентные напряжения в кортикальной костной ткани снижаются, в губчатой костной ткани — возрастают. Результаты представлены в виде распределений интенсивности напряжений по границам подобластей расчетной модели.

Об авторах

Михаил Натанович Перельмутер

Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского Российской академии наук

ORCID iD: 0000-0002-8430-5412
Россия, 119526, г. Москва, пр. Вернадского, 101, корп. 1

Список литературы

  1. Параскевич В. Л. Дентальная имплантология: Основы теории и практики. 3-е изд. Mocква : Медицинское информационное агентство, 2011. 400 с.
  2. Brunski J. B. Biomechanical factors affecting the bone-dental implant interface // Clinical Materials. 1992. Vol. 10, iss. 3. P. 153–201. https://doi.org/10.1016/0267-6605(92)90049-Y
  3. Hashim D., Cionca N. A comprehensive review of peri-implantitis risk factors // Current Oral Health Reports. 2020. Vol. 7, iss. 3. P. 262–273. https://doi.org/10.1007/s40496-020-00274-2
  4. Kowalski J., Lapinska B., Nissan J., Lukomska-Szymanska M. Factors influencing marginal bone loss around dental implants: A narrative review // Coatings. 2021. Vol. 11, iss. 7. P. 865–877. https://doi.org/10.3390/coatings11070865
  5. Nimbalkar S., Dhatrak P., Gherde C., Joshi S. A review article on factors affecting bone loss in dental implants // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 43, pt. 2. P. 970–976. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.428
  6. Aydin K., Okten K., Ugur L. An analytical and numerical approach to the determination of thermal necrosis in cortical bone drilling // International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering. 2022. Vol. 38, iss. 10. P. 3640–3644. https://doi.org/10.1002/cnm.3640
  7. Kitamura E., Stegaroiu R., Nomura S., Miyakawa O. Influence of marginal bone resorption on stress around an implant — a three-dimensional finite element analysis // Journal of Oral Rehabilitation. 2005. Vol. 32, iss. 4. P. 279–286. https://doi.org/10.1111/j.1365-2842.2004.01413.x
  8. Wolff J., Narra N., Antalainen A.-K., Valasek J., Kaiser J., Sandor G. K., Marcian P. Finite element analysis of bone loss around failing implants // Materials & Design. 2014. Vol. 61. P. 177–184. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.04.080
  9. Linetskiy I., Demenko V., Linetska L., Yefremov O. Impact of annual bone loss and different bone quality on dental implant success — a finite element study // Computers in Biology and Medicine. 2017. Vol. 91. P. 318–325. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2017.09.016
  10. Chang Y., Tambe A. A., Maeda Y., Wada M., Gonda T. Finite element analysis of dental implants with validation: To what extent can we expect the model to predict biological phenomena? A literature review and proposal for classification of a validation process // International Journal of Implant Dentistry. 2018. Vol. 4. P. 1–14. https://doi.org/10.1186/s40729-018-0119-5
  11. Buyuk F. N., Savran E., Karpat F. Review on finite element analysis of dental implants // Journal of Dental Implant Research. 2022. Vol. 41, iss. 3. P. 50–63. https://doi.org/10.54527/jdir.2022.41.3.50
  12. Дьяченко Д. Ю., Дьяченко С. В. Применение метода конечных элементов в компьютерной симуляции для улучшения качества лечения пациентов в стоматологии: систематический обзор // Кубанский научный медицинский вестник. 2021. Т. 28, № 5. С. 98–116. https://doi.org/10.25207/1608-6228-2021-28-5-98-116
  13. Wolfe L. A. Stress analysis of endosseous implants using the Boundary Integral Equation (BIE) method // Journal of Biomedical Engineering. 1993. Vol. 15, iss. 4. P. 319–323. https://doi.org/10.1016/0141-5425(93)90009-N
  14. Перельмутер М. Н. Исследование напряженно-деформированного состояния стоматологических имплантатов методом граничных интегральных уравнений // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2018. № 2. С. 83–95. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2018.2.08
  15. Citarella R., Armentani E., Caputo F., Lepore M. Stress analysis of an endosseus dental implant by BEM and FEM // The Open Mechanical Engineering Journal. 2012. Vol. 6. P. 115–124. https://doi.org/10.2174/1874155X01206010115
  16. Perrella M., Franciosa P., Gerbino S. FEM and BEM stress analysis of mandibular bone surrounding a dental implant // The Open Mechanical Engineering Journal. 2015. Vol. 9. P. 282–292. https://doi.org/10.2174/1874155X01509010282
  17. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Метод граничных элементов в прикладных науках. Mocква : Мир, 1981. 494 с.
  18. Перельмутер М. Н. Применение метода граничных элементов при исследовании пространственного напряженного состояния составных конструкций // Проблемы прочности и динамики в авиадвигателестроении. Вып. 4 : сб. ст. Москва : ЦИАМ, 1989. С. 74–99. (Труды ЦИАМ. № 1237).
  19. Perelmuter M. Boundary element analysis of structures with bridged interfacial cracks // Computational Mechanics. 2013. Vol. 51, iss. 4. P. 523–534. https://doi.org/10.1007/s00466-012-0817-4
  20. Perelmuter M. Analysis of interaction of bridged cracks and weak interfaces // International Journal of Mechanical Sciences. 2018. Vol. 149. P. 349–360. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.10.011
  21. Odin G., Savoldelli C., Bouchard P.-O., Tillier Y. Determination of Young’s modulus of mandibular bone using inverse analysis // Medical Engineering and Physics. 2010. Vol. 32, iss. 6. P. 630–637. https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2010.03.009
  22. Король Д. М., Николов В. В., Онипко Е. Л., Ефименко А. С. Определение интенсивности окклюзионного давления у пациентов на ортопедическом приеме // Современная медицина: актуальные вопросы. 2015. № 8–9 (42). С. 40–46. EDN: UINWJH
  23. Misch C. E., Qu Z., Bidez M. W. Mechanical properties of trabecular bone in the human mandible: Implications for dental implant treatment planning and surgical placement // Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 1999. Vol. 57. P. 700–706. https://doi.org/10.1016/S0278-2391(99)90437-8
  24. Reilly D. T., Burstein A. H. The elastic and ultimate properties of compact bone tissue // Journal of Biomechanics. 1975. Vol. 8, iss. 6. P. 393–405. https://doi.org/10.1016/0021-9290(75)90075-5
  25. Олесова В. Н., Бронштейн Д. А., Лернер А. Я., Олесов Е. Е., Бобер С. А., Узунян Н. А. Напряженно-деформированное состояние в протезной конструкции на дентальном имплантате при цементной фиксации искусственной коронки // Российский журнал биомеханики. 2016. Т. 20, № 4. C. 311–315. https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2016.4.02


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах