В настоящее время среди практикующих имплантологов актуальна дискуссия о предпочтительности использования в клинической практике винтового или цементного соединения протеза и имплантата, поскольку оба способа проявляют в клинике как преимущества, так и недостатки. Недостаточно надежная фиксация протеза к абатменту имплантата может привести к прогрессирующей резорбции периимплантатной костной ткани [1,2,3,4,5,7,8,10]. При этом на современном этапе исследований в области материаловедения и конструирования имеются высокоинформативные методы изучения прочностных параметров, в частности, широко используется математическое моделирование напряженно-деформированного состояния конструкций методом конечных элементов (МКЭ) [6,9].
Цель исследования: выявить функциональное напряжение в имплантатах и несъемных протезных конструкциях путем трехмерного математического моделирования.
Материалы и методы исследования
С использованием программного комплекса ANSYS (ANSYS Inc., США) проведено математическое моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) в материалах коронки, винта, цемента, имплантата при винтовой и цементной фиксации проведено методом конечных элементов (МКЭ). Расчеты выполнялись в физически и геометрически нелинейной постановке. Трехмерные математические модели внутрикостных имплантатов с цементной и винтовой фиксацией металлокерамических коронок соответствовали натуральным образцам по конструкции и физико-механическим параметрам материалов (рис. 1, табл. 1). Нагрузка величиной 150Н прикладывалась к окклюзионной поверхности коронки в двух вариантах (в вертикальном направлении и под углом 45°). Анализировалось распределение напряжений во всех элементах протезной конструкции и имплантата по величине (МПа), запасу прочности (Зп), смещению (мкм), эквивалентной пластической деформации (εпл, %).
|
|
|
а)
б)
Рис. 1. Модели внутрикостного имплантата с цементной (а) и винтовой (б) фиксацией металлокерамической коронки: а) 1 – имплантат, 2 – винт, 3 – абатмент, 4 – цемент, 5 – металлический каркас коронки, 6 – керамическая облицовка; б) (1 – имплантат, 2 – трансокклюзионный винт, 3 – абатмент, 4 – металлический каркас коронки, 5 – керамическая облицовка, 6 – композитная реставрация)
Результаты исследования
и их обсуждение
При вертикальной функциональной нагрузке трехмерное математическое моделирование НДС в протезной конструкции и имплантате при цементной и винтовой фиксации коронок показало достаточный запас прочности в абатменте, винте, имплантате, керамике и металлокерамическом каркасе коронки, композите и цементе (табл.2, рис. 2,3). Минимальный запас прочности (0,99) с возникновением необратимых пластических деформаций и частичным разрушением характерен для слоя цемента у края искусственной коронки. Перемещения конструкционных материалов под нагрузкой не превышали 4мкм.
Таблица 1
Характеристики материалов математической модели
|
Материал |
Модуль упругости E, ГПа |
Коэфф. Пуассона |
Модуль упрочнения МПа |
Предел текучести МПа |
|
Керамика |
70 |
0,19 |
3182 |
320 |
|
Кобальт-хромовый сплав |
220 |
0,30 |
500 |
320 |
|
Стеклоиономерный цемент |
20,9 |
0,35 |
10 |
120 |
|
Титан |
113,8 |
0,32 |
490 |
880 |
|
Композит |
9,25 |
0,33 |
300 |
36 |
Таблица 2
Параметры напряженно-деформированного состояния металлокерамической коронки и опорного имплантата при винтовой и цементной фиксации
|
Область анализа |
Цементная фиксация |
Винтовая фиксация |
||||||||||
|
Эквивалентные напряж., МПа |
Запас прочности |
Перемещ. мкм |
Эквивалентные напряж., МПа |
Запас прочности |
Перемещ. мкм |
|||||||
|
в |
н |
в |
н |
в |
н |
в |
н |
в |
н |
в |
н |
|
|
абатмент |
71 |
853 |
12,4 |
1,03 |
2 |
113 |
78 |
626 |
11,3 |
1,41 |
2 |
58 |
|
винт |
1 |
875 |
>10 |
1,01 |
0 |
63 |
59 |
916 |
14,9 |
0,96 εпл ~2% |
2 |
99 |
|
имплантат |
53 |
882 |
16,5 |
1,00 |
0 |
4 |
56 |
882 |
15,7 |
1,00 |
0 |
8 |
|
керамика |
90 |
60 |
3,64 |
5,34 |
4 |
154 |
23 |
113 |
13,8 |
2,83 |
4 |
144 |
|
каркас коронки |
87 |
181 |
3,68 |
1,77 |
1 |
125 |
170 |
320 |
1,88 |
1,00 |
2 |
59 |
|
композит |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
7 |
12 |
5,26 |
3,05 |
2 |
123 |
|
цемент |
119 |
179 |
0,99 εпл ~3% |
0,67 εпл ~7% |
2 |
114 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Примечание: в – вертикальная нагрузка, н – наклонная нагрузка.
Значительное увеличение напряжений и смещений во всех зонах коронки на имплантате зарегистрировано в условиях приложения нагрузки под углом 45° к окклюзионной поверхности. При винтовой фиксации наименьший запас прочности (0,96-1,00) с развитием пластической деформации отмечается в трансокклюзионном винте и имплантате в пришеечной зоне контакта с абатментом, а также в металлическом каркасе коронки вдоль опорного абатмента.
При цементной фиксации коронки и наклонном направлении нагрузки исчерпывается запас прочности стеклоиономерного цемента (0,67), что приводит к его растрескиванию и выкрашиванию. Сопоставимые с вариантом винтовой фиксации предельные запасы прочности отмечаются в тех же зонах: в пришеечной зоне винта абатмента, имплантата (Зп соответственно 1,01-1,00). При наклонной нагрузке существенно увеличивается смещение материалов конструкции (от 4-8мкм в имплантатах до 113мкм в абатменте и до 154мкм в коронке).
а) 
б)
в) 
г)
Рис. 2. Распределение эквивалентных напряжений в металлокерамической коронке и опорном имплантате (150Н): а) вертикальная нагрузка при цементной фиксации, б) вертикальная нагрузка при винтовой фиксации, в) наклонная нагрузка при цементной фиксации, г) наклонная нагрузка при винтовой фиксации
а) 
б)
Рис. 3. Пластические деформации при наклонной нагрузке (150Н): а) цементная фиксация, б) винтовая фиксация.
Заключение
1. Все элементы протезной конструкции и имплантата вне зависимости от способа фиксации коронок (винтового или цементного) имеют достаточную прочность при вертикальной функциональной нагрузке.
2. Отклонение нагрузки от вертикали вызывает пластические деформации в пришеечной зоне имплантата и винтов (абатмента или трансокклюзионного) независимо от способа фиксации коронки, а также в цементе при цементной фиксации и в металлокерамическом каркасе – при винтовой фиксации.