КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ИМПЛАНТАТОВ СИСТЕМЫ HUMANA DENTAL С ИННОВАЦИОННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ И ДИЗАЙНОМ РЕЗЬБЫ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ИМПЛАНТАТЕ, КОСТНОЙ ТКАНИ И В СОЕДИНЕНИИ АБАТМЕНТ – ИМПЛАНТАТ – КОСТЬ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В настоящей статье представлены результаты математического моделирования напряженно-деформированного состояния конечно-элементного анализа обоснования использования имплантатов Humana Dental c инновационной микроструктурой поверхности и параметрами дизайна резьбы при проведении дентальной имплантации. В результате проведенного исследования, после размещения имплантатов в созданную трехмерную модель, состоящую из трабекулярной и кортикальной кости, выявлено, что угол установки имплантатов существенно влияет на распределение напряжения в кости. Шероховатая, хорошо структурированная поверхность улучшает контакт имплантата с костью. Цель. Обоснование использования имплантатов Humana Dental c инновационной макро-микроструктурой поверхности и параметрами дизайна резьбы при проведении дентальной имплантации в различных клинических ситуациях. Материал и методы. Для оценки распределения напряжения методом математического моделирования напряженно-деформированного состояния в кортикальной и губчатой кости, окружающей две модели имплантатов диаметром 4,2 мм и длиной 11,5 мм, а также с различным дизайном формы резьбы, изучены образцы имплантатов BioSink и Vega компании Humana Dental. Имплантаты были установлены в созданную трехмерную модель строго вертикально и под углом 30°. Геометрические модели были построены в САПР Catia V5, расчет проводился в программном комплексе Ansys R19.2. Результаты. Проведенное исследование показало, что во всех случаях максимальная концентрация напряжений приходится на кортикальный слой кости вблизи контакта с имплантом, а в губчатой кости при вертикальной установке максимальные напряжения во всех случаях достигаются вблизи нижней части имплантата. При изменении угла установки имплантата максимальные напряжения могут возрастать многократно, однако при изменении шага резьбы отмечены лишь небольшие колебания напряжений, которые не укладываются в какую-либо тенденцию. Выводы. Использование анализа метода конечных элементов дало возможность выявить распределение напряжения на дентальных имплантах с различной геометрией и дизайном резьбы и определить наиболее эффективные параметры резьбы для равномерного распределения нагрузки.

Ключевые слова:
математическое моделирование, эквивалентные напряжения, шаг и глубина резьбы, абатмент, имплантат, кортикальная и губчатая кость
Список литературы

1. Marco Annunzia, Luigi Guia. The effect of titanium surface modifications of dental implant osseointegration // Front Oral. – 2015;17:62-77. doi: 10.1159/000381694.

2. Rittel D., Dorogoy A., Shemtov-Yona K. Modeling the effect of osseointegration on dental implants pullout torque removal tests // Clinical Implant Dentistry and Relate Research. – 2018;86(2051):713-720. doi: 10.1111/cid.12645.

3. Laila Damiati, Marcus G. Fales, Angela H. Nobbs et al. Impact of surface of topography and coating on osteogenesis and bacterial attachment on titanium implants // Journal of Tissue Enginering. – 2018;9:1177-1186. doi: 10.1177/2041731418790694.

4. Macary C., Menhali A., Zammarie C. et al. Primary stability optimization by using fixtures with different thread depth loading implants // Material (Basel). – 2019;27;12:398-411. doi: 10.3390/ma12152398.

5. Tomas Albrektsson, Ann Wennenberg. On osseointegration on relation to implant surfaces // Clinical Implant Dentistry. – 2019;21;51:4-7. doi: 10.1111/cid.12742.

6. Mohanad Al-Sabbagh, Walied Eldomiaty, Yasser Khabbaz. Can osseointegration be achieved without primary stability // Dent Clin North Am. – 2019;63(3):461-473. doi: 10.1016/j.cden.2019.02.001.

7. Papez J., Dostalova T., Chleborad P. et al. Chronological aga as factor influencing the dental implant osseointegration in the jawbone // Prague Medical Report. – 2018;119:43-51. doi: 10.14712/23362936.2018.4.

8. Huang H.L.,Hsu J.T., Fun L.J., Tu M.G. et al. Bone stress and interfacial sliding analysis of implant design on an immediately loaded implant: A non -linear finite element study // J Dent. – 2008;36:409-417. doi: 10.1016/j.jdent.2008.02.015.

9. Wu S.W, Lee C.C, Fu P.Y., Lin. The effects of flute shape and thread profile on the insertion torque and primary stability of dental implants // Med. Eng. Phys. – 2012;34:797-805. doi: 10.1016/j.medengphy.2011.09.021.

10. Abuhussein H., Pagni G., Rebaudi A., Wang H.L The effect of thread pattern upon implant osseointegration: Review // Clinical Oral Implants Research. – 2009;21;2:129-136. doi: 10.1111/j.1600-0501.2009.01800.x.

11. Faegh S., Muftu S. Load transferalong the bone-dental implant interface // Journal Biomechanics. – 2010;43:1761-1770. doi: 10.1016/j.jbiomech.2010.02.017.

12. Herekar M.G., Patil V.N. Mulani S.S. et al. The influence of thread geometry on biomechanical load transfer to bone: A finite element analysis comparing two implant thread design // Dent Res. J. (Isfahan). – 2014;11;4:489-494. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25225563/

13. Fawad Javed, Hameeda Bashir Ahmed, Roberto Cresti et al. Role of primary stability for successful osseointegration of dental implants. Factors of influence and evaluation // Interventional Medicine and Applied Science. – 2013;5;4:162-167. doi: 10.1556/IMAS.5.2013.4.3.

14. Ryu H.S., Namgung C., Lee J.H., Lim Y.J. The influence of thread geometry on implant osseointegration under immediate loading: a literature review // J Adv Prosthodont. – 2014;6:547-554. doi: 10.4047/jap.2014.6.6.547.

15. Gaetano Marenzi, Glanrico Spagnuolo, Jone Amilla Sammartino et al. Micro-scae surface patterning of titanium dental implants by anodization in the presence of modifying salts // Materials (Basel). – 2019;12(11):1753-1764. doi: 10.3390/ma12111753.

16. Hamidreza Fattahi, Shbham Ajami, Nabavizadeh Rafsanjiani. The effects of different miniscrew thread designs and force directions on stress distribution by 3-dimensional finite element analysis // J Dent (Shiraz). – 2015;16(4):341-348. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26636123/

17. Luigi Paracchini, Christian Barbieri, Mattia Redaelli et al. Finite element analysis of a new dental implant design optimized for the desirable stress distribution in the surrounding bone region // Prosthesis. – 2020;2(3):225-236. https://www.researchgate.net/publication/343843185_Finite_Element_Analysis_of_a_New_Dental_Implant_Design_Optimized_for_the_Desirable_Stress_Distribution_in_the_Surrounding_Bone_Region

18. Gerkle S.A. Importance of crown height ratios in dental implants on the fracture strength of different connection designs: an in vitro study // Clinical Implant Dentistry and Related Research. – 2015;17;4:790-797. doi: 10.1111/cid.12165.

19. Robau-Porrua Amanda, Perez-Rodriguez Yoan, Soris-Rodrigues Laura et al. The effect of diameter, lenhth and elastic modulus of a dental implant on stress and strain levels in peri-implant bone: 3D finite element analysis // Bio-Medical Materials and Engineering. – 2020;30;5-6:541-558. doi: 10.3233/BME-191073.

20. Sagniri M.A., Asatourian A., Garsia-Godoy F. The role of angiogenesis in implant dentistry part 1: review of titanium alloys, surface characteristics and treatment // Med Oral Patol. Oral Cir Bucal. – 2016;10:628-635. doi: 10.4317/medoral.21199.

21. Rupp F., Liang L., Geis-Gerstorfer J., Schideir I., Huttin F. Surface characteristics of dental implants: a review // Dental Mater. – 2018;34:40-57. doi: 10.1016/j.dental.2017.09.007.

22. Shan F.A., Thomsen P., Palmquist. Review of the impact of implants biomaterials on osteocytes // J Dent Res. – 2018;97:977-986. doi: 10.1177/0022034518778033.

23. Jinno Y., Jimbo R., Tovar., Taixeira H.H.S. In vivo evaluation of dual acid-etched and gritblasted/ acid- etched implants with identical microgeometry in high-density bone // Implants Dent. – 2017;26:815-819. doi: 10.1097/ID.0000000000000672.

24. Fabbro M.D., Tascieri S., Canciani, Addis S. Osteointegration of titanium implants with different rough surface: histologic and histomorphometric study in adult miniping model // Implant Dent. – 2017;28:357-366. doi: 10.1097/ID.0000000000000560.

25. Barfeie A.T., Wilson J., Rees J. Implant surface characteristics and their effect of osseointegration // British Dental Journal. – 2015;13(9):218-224. doi: 10.1038/sj.bdj.2015.171.

26. Oswal M.M., Amasi U.N., Oswal M.S., Bhagat A.S. Influence of three different implant thread design on stress distribution: a three-dimensional finite element analysis // J Indian Prosthodont. Soc. – 2016;16;4:359-365. doi: 10.4103/0972-4052.191283.

27. Shankar S., Gowthaman K., Raja G., Nirnala C., Satheesh Kumar N. Investigation on various thread designs materials for dental implants – a 3Dfinite element study // Trends in Biomaterials and artificial Organs. – 2016;2:100-105. https://www.biomaterials.org.in/tibao/index.php/tibao/article/view/198

28. Zhang G. Yuan H., Chen X., Wang W. et al. Three-dimensional finite element study on biomechanical simulation of various structured dental implants and their surrounding bone tissues // International Journal of Dentistry. – 2016;9:10-17. doi: 10.1155/2016/4867402.

29. Serkan Dudar, Tolga Topkaya, Murat Yavuz Solmaz et al. Finite element analysis of the stress distributions in peri-implant bone in modified and standard-threaded dental implants // Biotechnology Biotechnological equipment. – 2016;30:127-133. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13102818.2015.1083887

30. Pei-Julin, Kuo-Chin Su. Biomechanical design application of the effect of different occlusion conditions on dental implants with different positions. A finite element analysis // Applied Sciences. – 2020;10:5826-5834. https://www.mdpi.com/2076-3417/10/17/5826

31. Vanegas-Acosta, Landinez P., Garzon-Alvarado D.A., Casal M.C. A finite element method approach for the mechanobiological modeling of osseointegration of a dental implant // Computer Methods and programs Biomedicine. – 2011;101;3:297-314. doi: 10.1016/j.cmpb.2010.11.007.

32. Luca Florillo, Marco Cicciu, Cesar D. Amico et al. Finite element method and von mises investigation on bone response to dynamic stress with a novel conical dental implant connection // Implant Dentistry: New Materials and Technological. – 2020;10:1155-1167. doi: 10.1155/2020/2976067.

33. Панахов Н.А.О., Махмудов Т.Г.О. Уровень стабильности зубных имплантатов в различные сроки функционирования. Проблемы стоматологии. 2018;14(1):89-93. [N.A.O. Panakhov, T.G.O. Makhmudov. The level of stability of dental implants in different periods of functioning. Actual problems in dentistry. 2018;14(1):89-93. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32840697

34. Сысолятин П.Г., Гюнтер В.Э., Железный П.А., Железный С.П. Остеоинтеграция различных имплантатов при пересадке костного аутотранпплантата в дефект нижнем челюсти в эксперименте. Проблемы стоматологии. 2006;5-6:34-35. [P.G. Sysolyatin, V.E. Gunther, P.A. Zhelezny, S.P. Zhelezny. Osseointegration of various implants during transplantation of a bone autograft into a mandibular defect in an experiment. Actual problems in dentistry. 2006;5-6:34-35. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32814578

35. Асташина Н.Б., Плюхин Д.В., Делец А.В. Прогнозирование исходов дентальной имплантации на основе изучения уровня продуктов окислительной модификации белков слюны. Проблемы стоматологии. 2017;13(3):47-52. [N.B. Astashina, D.V. Plyukhin, A.V. Delets. Predicting the outcomes of dental implantation based on the study of the level of products of oxidative modification of saliva proteins. Actual problems in dentistry. 2017;13(3):47-52. (In Russ.)]. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30109820