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 с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».