ISSN 00347272

237237237237237

Análise de tensões por elementos finitos emimplantes curtos com pilares anguladosStress analysis by finite elements in short implants with angle pillars

Roberto Brunow LehmannProfessor Adjunto dos Cursos de Graduação em Engenha-ria da UFF/Volta Redonda (RJ)Doutor em Engenharia MetalúrgicaMarcelo Fontes TeixeiraCoordenador do Curso de Especialização em Implan-todontia da UniFOA (RJ)Professor de Especialização em Implantodontia daABO-RJ e da UVAMestre em Implantodontia

ResumoSão crescentes os estudos em torno dos implantes

dentários osseointegráveis curtos, mostrando ser uma ten-dência o aumento do uso destes dispositivos. Este traba-lho tem o objetivo de avaliar as tensões geradas no ossoque circunda implantes curtos, com pilares angulados,submetidos a cargas axiais e oblíquas. Os resultados mos-tram que não haverá falha no sistema protético avaliadopara nenhum dos carregamentos aplicados, uma vez queas tensões encontrem-se em valor menor que o limite deescoamento do material utilizado e para o osso cortical,estejam abaixo do valor preconizado pela literatura paraque ocorra reabsorção óssea.

Palavras-chave: implantes dentários curtos; elemen-tos finitos; análise de tensões; pilares protéticos angulados.

AbstractStudies about the short dental implants are growing

around, showing that the using of these devices can be atrend. This study aimed to evaluate the stresses suffered bybones surrounding short implants with angled pillars, sub-mitted to axial and oblique loads. The results show that thereis no fail in the prosthetic system evaluated for any loadsapplied since the stress are at the lower of the limit of thematerials used, and to the cortical bone, are below the re-commended by the literature for occurring bone resorption.

Keywords: short dental implants; finite element; stressanalysis; prosthetic pillar angled.

IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntrodução

Reporta-se na literatura que é desejável um maior conta-to entre a área total da superfície do implante e o osso alveolar, por isso há a procura por implantes de maior

comprimento e diâmetro (9, 13). No entanto, altura óssea dis-ponível é um dos fatores para a determinação do comprimentodo implante. Áreas como a região posterior da maxila, devido àexpansão do seio maxilar, após a perda dentária, e a regiãoposterior da mandíbula, devido à proximidade com o canalmandibular, muitas vezes impossibilitam a instalação de im-plantes longos (14).

Os implantes curtos necessitam de menos osso disponível,reduzindo a exposição do paciente a cirurgias para enxertia ós-sea, elevação da mucosa do seio maxilar e reposicionamento donervo alveolar inferior, constituindo uma grande vantagem.

Regiões com reduzidas alturas ósseas são favorecidas como uso de implantes curtos não só por suas dimensões, mas porseu tratamento de superfície, o qual sugere ser um fator impor-tante para alcançar taxas de 100% de sucesso (7).

A taxa de sucesso de implantes curtos de 6 e 8 mm instala-dos em áreas de pouca disponibilidade óssea foi estimada ecomparada com a de implantes longos. Os resultados indica-ram que o desempenho clínico dos implantes curtos foi com-parável ao dos implantes longos, tornando possível a reabili-tação sem a necessidade de enxertia (2).

Estudos que usaram implantes BiconTM de 6,0 X 5,7 mm, re-lataram uma taxa de sucesso de 92,2%. Os autores afirmam queessas taxas são comparáveis às taxas de implantes longos, tor-nando os implantes curtos uma opção aceitável (4, 6). Os im-plantes instalados em duas etapas cirúrgicas estão associadoscom 80% a mais de sucesso (4).

A partir destes estudos, pode-se evidenciar que os sistemasprotéticos com implantes curtos são considerados seguros nareabilitação dentária de pacientes, no entanto não foram encon-trados trabalhos que relacionassem esse tipo de implante compilares angulados. Sendo assim, este trabalho tem por objetivofazer essa avaliação através do método de elementos finitos,considerando que o carregamento resultante no dente será axiale inclinado (15 e 30 graus) em relação ao osso cortical.

Material e MétodoMaterial e MétodoMaterial e MétodoMaterial e MétodoMaterial e Método

Para a realização das simulações empregou-se um micro-computador com processador Pentium Quad core 6550, me-mória RAM de 8 GB e disco rígido de 250 GB. Todas as dimen-

ARTIGO ORIGINAL

Rev. bras. odontol., Rio de Janeiro, v. 67, n. 2, p.237-41, jul./dez. 2010

238238238238238

sões utilizadas para os implan-tes dentários e componentesprotéticos foram fornecidas poruma empresa fabricante de im-plantes e refere-se aos protóti-pos que estão em fase experi-mental de desenvolvimento.

Os ossos cortical e medularforam modelados no próprioprograma Ansys Workbench, ver-são 11, considerando as dimen-sões simplificadas disponíveisna literatura (10, 11). O elemen-to dentário utilizado na simula-ção foi o segundo pré-molar in-ferior, obtido através do uso deum scanner 3D de contato.

O implante dentário foi co-locado intraósseo de forma in-clinada na direção vestibular-lingual de forma que, ao colo-car o pilar, o dente ficou posici-onado corretamente em relaçãoao osso cortical.

Cada componente foi mode-lado separadamente para permi-tir a visualização independentee para verificar os níveis de ten-sões com base nas escalas decores fornecidas pelo programa.

No presente trabalho, as simu-lações foram realizadas com oimplante de hexágono externo,diâmetro de 5 mm e o compri-mento total é de 5,5 mm inseridode forma intraóssea no sentidovestibular-lingual.

Propriedades dosPropriedades dosPropriedades dosPropriedades dosPropriedades dosMateriaisMateriaisMateriaisMateriaisMateriais

Conforme procedimento ado-tado nas simulações por elemen-tos finitos, foram consideradas asseguintes hipóteses simplificado-ras: os materiais foram conside-rados homogêneos, isotrópicos elinearmente elásticos. Os implan-tes confeccionados em titânio co-mercialmente puro ASTM grau 4(ASTM F67), o copping em acríli-co e os demais componentesprotéticos em titânio grau 5

(ASTM F136). As propriedades do osso cortical e medular foram asdisponíveis na literatura (10, 11) e as propriedades do acrílico foifornecida pela empresa, as quais são mostradas na Tabela I.

Material

Titânio

Osso Cortical

Osso Medular

Acrílico

Módulo de Elasticidade (GPa)

110,00

15,00

1,50

0,5793

Coeficiente de Poisson

0,33

0,30

0,30

0,35

Tabela I. Propriedades Mecânicas dos materiais utilizados

A fim de se verificar se os valores de tensões encontrados nassimulações correspondem a uma possível reabsorção óssea para oosso ou mesmo uma deformação ou ruptura para o titânio e acrílico,torna-se necessário conhecer os valores dos limites de escoamentoe os limites de resistências dos demais materiais. Estes valores po-dem ser observados na Tabela II abaixo.

Tabela II. Limite de escoamento e de resistênciaem MPa

Material

Titânio grau 2

Titânio grau 4

Titânio grau 5

Acrílico

Osso cortical (osseointegração)

σy

275

483

795

44,6

σr

345

550

860

77,6

Elementos e NósElementos e NósElementos e NósElementos e NósElementos e Nós

Para a realização das simulações, foi escolhida a opção de

análise estática estrutural e foi imposto que o elemento utiliza-

do pelo programa tivesse nós intermediários (midnodes). Isso

corresponde ao elemento finito SOLID 92. Este elemento permi-

te a análise de geometria tridimensional e possui três graus de

liberdade por nó: translação nas direções x, y e z (10, 11). Estas

direções no sistema de coordenadas nodais correspondem às

direções na direção do raio do implante (radiais), ao longo do

comprimento (axiais) e tangenciais, respectivamente. Outra van-

tagem do elemento SOLID 92 é a de tolerar formas irregulares

sem comprometer a precisão.

Para a geração da malha, os elementos foram definidos com

pequenas dimensões e com um valor de fator de crescimento do

elemento inferior a dois. Cada modelo gerado apresentou apro-

ximadamente 36.000 elementos, com oito volumes independen-

tes, a saber: osso cortical, osso trabecular, implante, pilar, para-

fuso de fixação do pilar, copping e parafuso de fixação do cop-ping e a prótese sobre o copping.

TEIXEIRA, Macelo Fontes & LEHMANN, Roberto Brunow

Rev. bras. odontol., Rio de Janeiro, v. 67, n. 2, p.237-41, jul./dez. 2010

239239239239239

Carregamento e RestriçõesCarregamento e RestriçõesCarregamento e RestriçõesCarregamento e RestriçõesCarregamento e Restrições

Na literatura é possível encontrar valores experimentais daforça de mordida determinadas com emprego de extensômetroelétrico (8). Sabe-se também que esta força aumenta com o tem-po de adaptação da prótese. Para as simulações computacionais,a maioria dos trabalhos apresentados na literatura considera car-regamentos axiais (8, 10, 11) de 100-150N e bucolinguais (8, 10,11) de 50-70 N. Tendo em vista que a intenção é fazer uma avali-ação rigorosa dos protótipos a serem comercializados, ficou de-finida a intensidade de 150N aplicada em três direções: axial einclinado a 15 e a 30 graus em relação ao osso cortical, no senti-do lingual-vestibular.

A partir das definições, foi possível utilizar o programa paracalcular as tensões equivalentes de von Mises nos ossos e noscomponentes.

ResultadosResultadosResultadosResultadosResultados

Para análise dos resultados, foram utilizadas as tensões equiva-lentes de von Mises. Os valores de tensões calculados são mostra-dos na Tabela III. Determinaram-se as tensões máximas transmiti-das para o osso, assim como as tensões máximas nos implantes eseus componentes (abutment, copping e parafusos de fixação).

Carregamento Volume

Implante

Parafuso do Pilar

Pilar

Copping

Parafuso do copping

Osso cortical

Osso trabecular

Axial

88,577

79,206

514,48

17,27

567,31

30,31

5,0666

Inclinado 15º

25,743

53,335

285,11

11,539

319,95

19,312

2,741

Inclinado 30º

60,076

73,75

136,47

6,1185

180,21

49,552

4,319

Tabela III. Tensões máximas de von Mises (MPa) para os diversoscomponentes dos modelos utilizados

Devido ao elevado número de resultados obtidos, mostrar-se-áapenas as figuras com a distribuição das tensões para o sistema sub-metido ao carregamento inclinado a 30 graus em relação ao eixoaxial. Nas figuras 1, 2, 3 e 4 são apresentados resultados através dogradiente de cores fornecido pelo programa do implante, osso corti-cal, pilar e parafuso do copping, respectivamente.

DiscussãoDiscussãoDiscussãoDiscussãoDiscussão

Estudos publicados na literatura com implantes de 6mm a 9mmafirmaram que estes implantes são comparáveis aos implantes lon-gos, tornando possível a reabilitação sem a necessidade de enxertia,simplificando assim a fase cirúrgica e tornando-a menos honerosa(1, 3). Outros trabalhos relatam que os implantes curtos podem ain-da ser instalados em etapa única com previsibilidade similar aosimplantes longos (12).

Em outro trabalho, encon-trou-se uma taxa de sucesso de100% para implantes cônicos desuperfície sinterizada com poros,press-fit (instalados sob pres-são), de 5mm de altura, usadoscomo solução para sítios extre-mamente reabsorvidos de eden-tulismo parcial posterior, princi-palmente em mandíbula (5). En-tretanto, quando implantes cur-tos de superfície enriquecida deplasma foram avaliados, foi ob-servado que tais implantes po-dem ser usados promissoramen-te em pacientes com mínima al-tura óssea, sendo preferível, po-rém, em combinação com outrosimplantes mais longos (15).

A partir dos valores obtidosde tensões máximas em seus res-pectivos componentes para cadatipo de carregamento aplicado,pode-se afirmar que o sistemaprotético irá trabalhar sem queocorra reabsorção óssea devidoà sobrecarga no osso cortical.Isso porque os valores tensõesforam menores que 167MPa queé preconizado na literatura comosendo o valor necessário paraque ocorra a reabsorção óssea.

Com relação ao implantedentário (titânio grau ASTM 4),parafusos e pilar (titânio grauASTM 5), e para o copping (acrí-lico), não haverá deformação,visto que todos os valores máxi-mos encontrados foram meno-res que o limite de escoamentodos seus respectivos materiais.Isso significa que, mecanicamen-te, o sistema protético não falha-rá em nenhumas das condiçõesque o sistema foi submetido.

De todos os componentesavaliados, o pilar e o parafuso docopping foram os mais solicita-dos, respectivamente. Isso signi-fica que, em uma condição ad-versa, existe uma maior proba-bilidade de falha nestes compo-nentes quando comparado comos demais.

Análise de tensões por elementos finitos em implantes curtos com pilares angulados

Rev. bras. odontol., Rio de Janeiro, v. 67, n. 2, p.237-41, jul./dez. 2010

240240240240240

ConclusãoConclusãoConclusãoConclusãoConclusão

Os resultados obtidos nas simulações indicam que:1. haverá sucesso no uso deste tipo dispositivo na reabilitação do segundo pré-molar inferior,nas condições a que o sistema foi submetido;2. não haverá reabsorção óssea para o osso cortical;3. não haverá deformação dos componentes de titânio e acrílico.

Figura 1. Resultado da análise de tensões máximas de vonMises (MPa) no implante inclinado em 30º

Figura 2. Resultado da análise de tensões máximas devon Mises (MPa) no osso cortical

Figura 3. Resultados da análise de tensões máximas de vonMises (MPa) no pilar

Figura 4. Resultados da análise de tensões máximas devon Mises (MPa) no parafuso do copping

TEIXEIRA, Macelo Fontes & LEHMANN, Roberto Brunow

Rev. bras. odontol., Rio de Janeiro, v. 67, n. 2, p.237-41, jul./dez. 2010

241241241241241

1. ANITUA, E., ORIVE, G., AGUIRRE, J. J. etal. Five-year clinical evaluation of shortdental implants placed in posterior areas: aretrospective study. Journal Periodontol., v.79, n. 1, p. 42-8, Jan., 2008.

2. ARLIN, M. L. Short dental implants asa treatment option: results from an ob-servational study in a s ingle privatepractice. International Journal of OralMaxillofacial Implants, v. 21, n. 5, p.769-76, Sep./Oct., 2006.

3. BARBOZA, E., CARVALHO, W., FRANCIS-CO, B. et al. Desempenho clínico dos im-plantes curtos: um estudo retrospectivo deseis anos. Revista de Periodontia, v. 17, n. 2,p.16-21, Jun., 2007.

4. CHIARELLI, M., FILHO, V. A. P., JUNIOR,E. C. S. et al. Utilização de implantes unitá-rios curtos em região posterior. Revista Im-plantnews, v. 4, n. 6, p. 707-11, Out., 2007.

5. DEPORTER, D., OGISO, B., SOLIN, D. S.et al. Ultrashort sintered porous-surfaceddental implants used to replace posteriorteeth. Journal of Periodontol., v. 79, n. 7, p.1280-6, Jul., 2008.

6. GENTILE, M. A., CHUANG, S. K., DOD-

SON, T. B. Survival estimates and riskfactors for failure with 6 x 5.7-mm im-plants. International Journal of Oral Ma-xillofacial Implants, v. 20, n. 6, p. 930-7,Nov./Dec., 2005.

7. GRIFFIN, T. J., CHEUNG, W. S. The use ofshort, wide implants in posterior areas withreduced bone height: a retrospective inves-tigation. Journal of Prosthetic Dentistry, v.92, n. 2, p. 139-44, Aug., 2004.

8. IPLIKÇOGLU, H., ALÇA, K. Comparativeevaluation of the effect of diameter, lengthand number of implants supporting threeunit fixed partial prostheses on stress distri-bution in the bone. Journal of Dentistry, v.30, p. 41-6, 2002.

9. LEE, J. H., FRIAS, V., LEE, K. W. et al. Effectof implant size and shape on implant suc-cess rates. A literature review Apud. MISCH,C. E. Prótese sobre implantes. Editora San-tos, 2006, p. 14.

10. LEHMANN, R. B., ELIAS, C. N., TEI-XEIRA, M. F. Efeito da oclusão cêntricaem um sistema rígido de esplintagem dosimplantes para carga imediata pelo mé-todo de elementos finitos. Revista Bra-

sileira de Implantodontia, v. 15, n. 1, p. 6-10, Jan./Mar., 2009.

11. LEHMANN, R. B., ELIAS, C. N. Simula-ção 3D de implantes dentários cilíndricosinterligados. Revista Brasileira de Odonto-logia, v. 63, n. 3, p. 250-4, 2006.

12. MALÓ, P., NOBRE, M. A., RANGERT, B.Short implants placed one-stage in maxillaeand mandibles: a retrospective clinical stu-dy with 1 to 9 years of follow-up. Clin. Im-plant Dent. Relat. Res., v. 9, n. 1, p. 15-21,Mar., 2007.

13. MISCH, C. E., PEREL, M. L., WANG, H. L.et al. Implant success, survival, and failure:the International Congress of Oral Implan-tologists (ICOI) Pisa Consensus Conferen-ce, v. 17, n. 1, p. 5-15, Mar., 2008.

14. MISCH, C. E. Divisions of available bone.In: MISCH, C. E. Ed. Contemporary ImplantDentistry. St. Louis: the CV Mosby Company,v. 7, p. 725-8, 1993.

15. TEN BRUGGENKATE, C. M., ASIKAINEN,P., FOITZIK, C. et al. Short (6-mm) nonsub-merged dental implants: results of a Multi-center clinical trial of 1 to 7 years. Internatio-nal Journal of Oral Maxillofacial Implants, v.13, n. 6, p. 791-8, Nov./Dec., 1998.

Referências BibliográficasReferências BibliográficasReferências BibliográficasReferências BibliográficasReferências Bibliográficas

Recebido em: 17/08/2009Aprovado em: 01/10/2009

Marcelo Fontes TeixeiraAv. Evandro Lins e Silva, 840, sl. 1205 - Barra da TijucaRio de Janeiro/RJ, Brasil - CEP: 22631-470E-mail: mfonttes@uol.com.br

Análise de tensões por elementos finitos em implantes curtos com pilares angulados

Rev. bras. odontol., Rio de Janeiro, v. 67, n. 2, p.237-41, jul./dez. 2010