Влияние плотности костных тканей на напряженно-деформированное состояние вблизи дентальных имплантатов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследована зависимость напряженно-деформированного состояния костной ткани от ее плотности вблизи дентального имплантата. Расчеты выполнены методом граничных элементов в постановке плоской деформации для модели, состоящей из цилиндрического имплантата и окружающих костных тканей. Костная ткань рассматривается как изотропный и однородный упругий материал. Моделирование влияния плотности костной ткани на напряженно-деформированное состояние при квазистатическом приложении нагрузки выполняется посредством изменения модуля упругости кости. Установлено, что при увеличении модуля упругости губчатой костной ткани максимальные эквивалентные напряжения в этой костной ткани возрастают. Напряжения в кортикальной костной ткани при увеличении модуля упругости губчатой кости снижаются за счет уменьшения нагрузки, передаваемой на эту часть кости. Напряжения в губчатой кости снижаются при увеличении модуля упругости кортикальной кости. Уровень максимальных напряжений в кортикальной кости возрастает при увеличении модуля упругости этой костной ткани. Максимальные напряжения в кортикальной костной ткани наблюдаются вблизи шейки имплантата.

Об авторах

Михаил Натанович Перельмутер

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: perelm@ipmnet.ru
ORCID iD: 0000-0002-8430-5412
SPIN-код: 1057-0990
Scopus Author ID: 8156746000
ResearcherId: J-1283-2014

доктор физико-математических наук; ведущий научный сотрудник; лаб. механики прочности и разрушения материалов и конструкций

Россия, 119526, Москва, просп. Вернадского, 101, корп. 1

Список литературы

  1. Параскевич В. Л. Дентальная имплантология: Основы теории и практики. M.: МИА, 2011. 400 с.
  2. Chugh T., Jain A. K., Jaiswal R. K., et al. Bone density and its importance in orthodontics // J. Oral Biol. Craniofac. Res., 2013. vol. 3, no. 2. pp. 92–97. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.jobcr.2013.01.001.
  3. Premnath K., Sridevi J., Kalavathy N., et al. Evaluation of stress distribution in bone of different densities using different implant designs: A three-dimensional finite element analysis // J. Indian Prosthodont Soc., 2013. vol. 13, no. 4. pp. 555–559. DOI: https://doi.org/10.1007/s13191-012-0189-7.
  4. Wirth A. J., Muller R., van Lenthe G. H. Computational analyses of small endosseous implants in osteoporotic bone // Eur. Cell. Mater., 2010. vol. 20. pp. 58–71. DOI: https://doi.org/10.22203/ecm.v020a06.
  5. Lee H., Jo M., Noh G. Biomechanical effects of dental implant diameter, connection type, and bone density on microgap formation and fatigue failure: A finite element analysis // Comput. Methods Programs Biomed., 2021. vol. 200, 105863. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2020.105863.
  6. Zioupos P., Cook R. B., Hutchinson J. R. Some basic relationships between density values in cancellous and cortical bone // J. Biomech., 2008. vol. 41, no. 9. pp. 1961–1968. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2008.03.025.
  7. Clift S. E., Fisher J., Watson C. J. Finite element stress and strain analysis of the bone surrounding a dental implant: Effect of variations in bone modulus // Proc. Inst. Mech. Eng. H, 1992. vol. 206, no. 4. pp. 233–241. DOI: https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1992_206_295_02.
  8. Рогожников Г. И., Конюхова С. Г., Няшин Ю. И. [и др.] Влияние модуля упругости губчатой и кортикальной кости на напряженное состояние в области пластинчатого имплантата при окклюзионной нагрузке // Российский журнал биомеханики, 2004. Т. 8, №1. С. 54–60. EDN: JWSHCL.
  9. Nutu E., Ahmad S., Pastrama S. Influence of bone elastic properties on the predicted stress distribution in the dental implant vicinity // Materials Today: Proceedings, 2017. vol. 4, no. 5, part 1. pp. 5904–5908. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.06.067.
  10. Олесова В. Н., Бронштейн Д. А., Лернер А. Я. [и др.] Напряженно-деформированное состояние в протезной конструкции на дентальном имплантате при цементной фиксации искусственной коронки // Российский журнал биомеханики, 2016. Т. 20, №4. С. 311–315. EDN: XXMNXF. DOI: https://doi.org/10.15593/RJBiomech/2016.4.02.
  11. Fedorova N. V. The study of the stress-strain state of the dental ceramic implants depending on their shape and bone mineralization degree // Russian Journal of Biomechanics, 2019. vol. 23, no. 3. pp. 388–394. EDN: BDBUKN. DOI: https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2019.3.10.
  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. EDN: KDCHLT. DOI: https://doi.org/10.25207/1608-6228-2021-28-5-98-116.
  13. Büyük F. N., Savran E., Karpat F. Review on finite element analysis of dental implants // J. Dent. Implant Res., 2022. vol. 41, no. 3. pp. 50–63. DOI: https://doi.org/10.54527/jdir.2022.41.3.50.
  14. Wolfe L. A. Stress analysis of endosseous implants using the Boundary Integral Equation (BIE) method // J. Biomed. Eng., 1993. vol. 15, no. 4. pp. 319–323. DOI: https://doi.org/10.1016/0141-5425(93)90009-N.
  15. Перельмутер М. Н. Исследование напряженно-деформированного состояния стоматологических имплантатов методом граничных интегральных уравнений // Вестник ПНИПУ. Механика, 2018. №2. С. 83–95. EDN: XUGGCL. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2018.2.08.
  16. 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. pp. 115–124. DOI: https://doi.org/10.2174/1874155X01206010115.
  17. 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 // J. Oral Maxillofac. Surg., 1999. vol. 57, no. 6. pp. 700–706. DOI: https://doi.org/10.1016/S0278-2391(99)90437-8.
  18. 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. №46–47. С. 40–46. EDN: UINWJH.
  19. Banerjee P. K., Butterfield R. Boundary Element Methods in Engineering Science. London: McGraw-Hill, 1981. 452 pp.
  20. Перельмутер М. Н. Применение метода граничных элементов при исследовании пространственного напряженного состояния составных конструкций / Проблемы прочности и динамики в авиадвигателестроении. Вып. 4 / Труды ЦИАМ, Т. 1237, 1989. С. 74–99.
  21. Perelmuter M. Boundary element analysis of structures with bridged interfacial cracks // Comput. Mech., 2013. vol. 51, no. 4. pp. 523–534. EDN: RFJHDN. DOI: https://doi.org/10.1007/s00466-012-0817-4.
  22. Perelmuter M. Analysis of interaction of bridged cracks and weak interfaces // Int. J. Mech. Sci., 2018. vol. 149, no. 4. pp. 349–360. EDN: BLWNCV. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.10.011.
  23. Lin D., Li Q., Li W., et al. Mandibular bone remodeling induced by dental implant // J. Biomech., 2010. vol. 43, no. 2. pp. 287–293. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2009.08.024.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Подобласти модели: 1, 3 — кортикальная кость, 2 — губчатая кость, 4 — имплантат, 5 — винт, 6 — абатмент, 7 — керамическая коронка под действием наклонной нагрузки

Скачать (104KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дискретизация границ подобластей имплантата и костных тканей; действие наклонной нагрузки; 7 подобластей; 1106 узлов во всей модели

Скачать (111KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость максимальных напряжений в губчатой кости от модуля упругости губчатой кости; сжатие

Скачать (103KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость максимальных напряжений в кортикальной кости от модуля упругости губчатой кости; сжатие

Скачать (113KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость максимальных напряжений в губчатой кости от модуля упругости кортикальной кости; сжатие

Скачать (95KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость максимальных напряжений в кортикальной кости от модуля упругости кортикальной кости; сжатие

Скачать (96KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Интенсивность напряжений $\sigma_i$ вдоль контура губчатой кости; сжатие, $E_c=18$ ГПа: a) $\sigma_{i,\max}=2.6$ МПа, $E_s=0.5$ ГПа; b) $\sigma_{i,\max}=3.9$ МПа, $E_s=5.0$ ГПа

Скачать (152KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость максимальных напряжений в губчатой кости от модуля упругости губчатой кости; наклонная нагрузка

Скачать (108KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость максимальных напряжений в кортикальной кости от модуля упругости губчатой кости; наклонная нагрузка

Скачать (98KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость максимальных напряжений в губчатой кости от модуля упругости кортикальной кости; наклонная нагрузка

Скачать (100KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимость максимальных напряжений в кортикальной кости от модуля упругости кортикальной кости; наклонная нагрузка

Скачать (92KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Интенсивность напряжений $\sigma_i$ вдоль контура губчатой кости; сжатие, $E_c=18$ ГПа: a) $\sigma_{i,\max}=4.3$ МПа, $E_s=0.5$ ГПа; b) $\sigma_{i,\max}=12.2$ МПа, $E_s=5.0$ ГПа

Скачать (150KB)
Метаданные

© Авторский коллектив; Самарский государственный технический университет (составление, дизайн, макет), 2023

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

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).