Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Мураев А.А.

Нижегородская государственная медицинская академия

Иванов С.Ю.

Кафедра челюстно-лицевой хирургии Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова Минздрава России, Москва, Россия

Леонов С.В.

Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова, Москва, Россия

Старостин П.В.

Нижегородская государственная медицинская академия

Чугунов Н.М.

Российский университет дружбы народов, Москва, Россия

Конечно-элементный математический анализ распределения нагрузки в системе "абатмент-имплантат-кость"

Авторы:

Мураев А.А., Иванов С.Ю., Леонов С.В., Старостин П.В., Чугунов Н.М.

Подробнее об авторах

Журнал: Стоматология. 2016;95(1): 18‑20

Просмотров: 877

Загрузок: 19


Как цитировать:

Мураев А.А., Иванов С.Ю., Леонов С.В., Старостин П.В., Чугунов Н.М. Конечно-элементный математический анализ распределения нагрузки в системе "абатмент-имплантат-кость". Стоматология. 2016;95(1):18‑20.
Muraev AA, Ivanov SYu, Leonov SV, Starostin PV, Chugunov NM. Stress final element analysis at the abatement-implant-bone interface. Stomatology. 2016;95(1):18‑20. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/stomat201695118-20

Узел сопряжения имплантата и супраструктуры (далее - узел сопряжения) определяет механическую прочность сборной конструкции имплантата и распределение жевательной нагрузки на кость, окружающую остеоинтегрированный имплантат. Наиболее распространенным видом узла сопряжения является внутренний шестигранник в имплантате, в который вставляется наружный шестигранник в основании абатмента (рис. 1, а, б

). Другой вид соединения - внутренний конус (от 2 до 11°) в имплантате с шестигранным антиротационным элементом ниже конуса (см. рис. 1, в, г
). Сопрягающиеся основания имплантата и абатмента принято называть платформой (от англ. platform). Если платформа абатмента уже, чем у имплантата, это обозначают термином "переключение платформы" (от англ. platform switching; см. рис. 1, б, г
). Одним из достоинств конструкции с "переключением платформы" считается то, что краевая резорбция кортикальной кости менее выражена [1-4].

Ниже представлены результаты конечно-элементного анализа напряжений при нагрузке конструкций имплантатов: оценивали прочность самой конструкции и характер распределения жевательной нагрузки через абатмент и имплантат на окружающую кость. В качестве моделей использовали комбинации 2 конструкций имплантатов и 2 вариантов узлов сопряжения супраструктуры с имплантатом.

Цель работы - оценить напряженно-деформированное состояние конструкции имплантата и костной ткани в зоне его остеоинтеграции при разных вариантах узла сопряжения имплантата и абатмента.

Материал и методы

Моделирование напряженно-деформированного состояния было выполнено методом конечно-элементного анализа (англ. - finite tlement analysis - FEA).

В программе ANSYS были созданы объемные модели: абатмент (А); фиксирующий винт; имплантат (И); сегмент альвеолярной части нижней челюсти, состоящий из кортикальной и губчатой кости. Исследовали трехмерные модели И диаметром 4 мм и высотой 10 мм, которые интегрировали в модель нижней челюсти. Были построены следующие типы моделей: И1 - узел сопряжения в виде шестигранника, "переключения платформы" нет (см. рис. 1, а

); И2 - узел сопряжения в виде шестигранника, "переключение платформы" (см. рис. 1, б
; данная модель соответствует конструкции российского имплантата ЛИКО (1997-2007); И3 - узел сопряжения в виде конуса с шестигранным антиротационным элементом, "переключения платформы" нет (см. рис. 1, в
); И4 - узел сопряжения в виде конуса с шестигранным антиротационным элементом, "переключение платформы" (данная модель соответствует конструкции имплантата инновационной российской имплантационной системы ИРИС) (см. рис. 1, г
).

Математическая модель кости имела следующие параметры: толщина альвеолярной кости в области шейки имплантата - 6 мм, далее она расширялась до 12 мм на расстояние 20 мм; толщина компактного слоя - 3 мм; модуль Юнга - 24 гПа. Внутри - губчатый слой, модуль Юнга - 1,3 гПа. Соотношение длин абатмента и имплантата - 0,6.

Все материалы при расчетах рассматривались как изотропные и гомогенные. Границы раздела между костными слоями и деталями из титана принимались связанными в обоих направлениях - нормальном и касательном. Между титановыми деталями (модуль Юнга -

110 гПа) учитывалось стандартное контактное взаимодействие с возможностью замыкания, размыкания и проскальзывания с коэффициентом трения, равным 0,3. Сетки расчетных моделей состояли из 1 443 000-1 462 000 элементов. У всех моделей характерный размер элемента на границах контактирующих деталей составлял 0,1 мм и во внутреннем объеме - 0,4 мм.

Нагружение имплантата осуществлялось окклюзионной силой, прикладываемой и равномерно распределенной по всей торцевой поверхности абатмента. Величина силы соответствовала средним физиологическим значениям жевательной силы: 114,6 Н - сверху вниз; 17,1 Н - в язычную сторону и 23,4 Н - вперед в мезиальном направлении под углом 75° к окклюзионной плоскости. Модель располагалась в пространстве таким образом, что в ее системе координат ось Z была осевым направлением; ось X располагалась в язычном направлении, а ось Y - в мезиальном. Таким образом, компоненты вектора окклюзионного усилия имели следующие значения: Fx=17,1 Н; Fy=6,06 Н и Fz= –137,2 Н. Математические расчеты проводили в 3 этапа: вначале оценивали эквивалентные напряжения (ЭН) по Мизесу в кости вокруг имплантата под действием сборочного усилия (при затягивании фиксирующего винта 25 Н∙см). Затем оценивали ЭН в окружающей имплантат кости под действием окклюзионной нагрузки и в заключение - ЭН в самой сборной конструкции имплантата.

Результаты и обсуждение

В ходе моделирования жевательной нагрузки на конструкцию имплантата выявлено, что при установке абатмента и затягивании фиксирующего винта начинает действовать сборочное усилие; при этом возникает некоторое увеличение размера имплантата в радиальном направлении, что вызывает напряжения в кортикальном костном слое. Затем действует жевательная сила. На рис. 2

проиллюстрированы и приведены максимальные значения эквивалентных напряжений по Мизесу (ЭН) и картины их распределения в кортикальном слое при действии сборочного усилия и жевательной силы.

При отсутствии "переключения платформы" независимо от вида соединения имплантата с супраструктурой (И1, И3) напряжения в кости и конструкции имплантата практически не различаются (см. таблицу

). Однако добавление к конструкции имплантата с шестигранным узлом сопряжения "переключения платформы" приводит к резкому повышению напряжения в имплантате (И1 по сравнению с И2 - на 56%) и абатменте (И1 по сравнению с И2 - на 134%; см. таблицу
). Наличие же конуса в узле сопряжения снижает эти напряжения.

Напряжения независимо от конструкции имплантата приходятся на зону контакта шейки имплантата с кортикальным слоем. Основная нагрузка концентрируется в пределах 3 мм кортикального слоя и резко снижается в губчатом слое. Уровень напряжения в губчатой кости практически не зависит от способа крепления абатмента в имплантате. При наличии "переключения платформы" вне зависимости от типа соединения абатмента с имплантатом регистрируется перераспределение усилия, действующего в направлении от имплантата на кортикальную кость - от края в глубину. Это уменьшает величину возникающих под нагрузкой напряжений в кортикальной кости. При отсутствии конуса в узле сопряжения и наличии "переключения платформы" увеличивается нагрузка на имплантат и абатмент. Однако при конусном соединении и "переключении платформы" нагрузка на конструкцию снижается. Сходные результаты представлены и в работах [2, 4, 5].

Во всех вариантах исследуемых конструкций (И1-И4) в материале фиксирующего винта регистрируется практически один и тот же уровень напряжений.

Проведенные расчеты учитывали при создании инновационной российской системы дентальных имплантатов ИРИС, в которой у всех имплантатов узел сопряжения супраструктуры и имплантата представлен конусом с углом в 5° и шестигранным антиротационным элементом, а также реализован принцип "переключения платформы".

Стабильность костной ткани при наличии "переключения платформы", что вытекает из результатов проведенного нами исследования, объясняется, по-видимому, не просто снижением уровня нагрузки на кортикальную кость, а характером ее распределения: смещением вглубь от костного края и распределением по большей площади. Оптимальной можно считать конструкцию имплантата с "переключением платформы" и узлом сопряжения в виде конуса и шестигранного антиротационного элемента, так как такое сочетание элементов позволяет почти в 2 раза снизить максимальное напряжение в окружающей имплантат кортикальной кости при сохранении общей прочности конструкции.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.