DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05468-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39828680
تاريخ النشر: 2025-01-19
المؤلف: Hatice Yemenoğlu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات ونتائج زراعة الأسنان
نظرة عامة
تدرس الدراسة توزيع الإجهاد في زراعة العظام الوجنية والعظام المحيطة بها في عيوب الفك العلوي من الفئة الأولى لأراماني باستخدام تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد. تم تحليل ثلاث تكوينات من الأطراف الاصطناعية المدعومة بالزراعة: النموذج 1 (زراعة وجنية واحدة و3 زراعات سنية)، النموذج 2 (زراعة وجنية واحدة و2 زراعة سنية)، والنموذج 3 (زراعتان وجنيتان). تم تطبيق سلسلة من الأحمال الرأسية والأفقية (150 نيوتن) على كل من المناطق المعيبة وغير المعيبة لتقييم أقصى إجهاد رئيسي وإجهاد فون ميسيس في العظام المحيطة.
أشارت النتائج إلى أن النموذج 3 أظهر أعلى إجهاد رئيسي أقصى، بينما أظهر النموذج 1 أقل إجهاد. حدث الذروة في الإجهاد تحت تحميل أفقي متزامن على كلا المنطقتين، بينما تم تسجيل الحد الأدنى من الإجهاد مع التحميل العمودي على المنطقة غير المعيبة. كانت قيم إجهاد فون ميسيس قابلة للمقارنة عبر جميع النماذج بغض النظر عن مادة الترميم المستخدمة. تشير النتائج إلى أن زيادة عدد الزرعات في المنطقة غير المعيبة تقلل من قيم الإجهاد القصوى، بينما يؤدي استخدام الأكريليك كمادة ترميم إلى زيادة طفيفة في مستويات الإجهاد. بشكل عام، تؤكد الدراسة على أهمية تكوين الزرعات في إدارة توزيع الإجهاد في حالات الفك العلوي الضامر.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث التحديات السريرية المرتبطة بعيوب الفك العلوي الناتجة عن الأورام والصدمات، خاصة بعد استئصال الفك. تخلق هذه العيوب اتصالًا بين تجويف الفم، والجيوب الأنفية، وتجويف الأنف، مما يؤدي إلى إعاقات كبيرة في المضغ والكلام، مما يؤثر سلبًا على جودة حياة المرضى. تواجه جهود إعادة التأهيل باستخدام زراعة الأسنان عقبات، بما في ذلك هوائية الجيوب الأنفية، وامتصاص العظام الشديد، وحجم العظام تحت الأنفية غير الكافي. تتطلب طرق العلاج التقليدية، مثل إعادة بناء قمة الحوض ورفع أرضية الجيب، غالبًا عمليات متعددة وتظهر معدلات نجاح متغيرة، مما يدفع لاستكشاف زراعات العظام الوجنية كبديل أقل تدخلاً وأكثر موثوقية.
تسلط الورقة الضوء على التطبيق الناجح لزراعات العظام الوجنية، سواء بمفردها أو بالاشتراك مع زراعات عظمية قياسية، لدعم الأطراف الاصطناعية للفك العلوي بعد الاستئصال الواسع. ومع ذلك، فإن تصميم الهيكل العظمي للأسنان أمر حاسم، حيث يؤثر على التحميل على الزرعات والتشوه الناتج في العظام، مما قد يؤدي إلى تراكم الإجهاد، وامتصاص العظام، وفشل الزرعة المحتمل. لتقييم الاستجابة البيوميكانيكية للزرعات، تؤكد الدراسة على أهمية الطرق المختبرية، وخاصة تحليل العناصر المحدودة (FEA)، الذي يسمح بتقييم مفصل لتوزيع الإجهاد في تكوينات الزرع المعقدة. تهدف الدراسة إلى التحقيق في توزيع الإجهاد في الزرعات والعظام المحيطة بها لتكوينات مختلفة من الزرعات الوجنية والأسنان في سياق عيوب الفك العلوي من الفئة الأولى لأراماني، مما يساهم في فهم توقعات هذه الخيارات العلاجية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، يتم استخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتبسيط المشكلات الميكانيكية والفيزيائية المعقدة في الهندسة، وخاصة في مجال طب الأسنان، بما في ذلك زراعة الأسنان وطب الأسنان الصدمات. يتضمن تحليل العناصر المحدودة تفكيك نموذج هندسي مستمر إلى عناصر محدودة أصغر، مما يسهل التحليلات البيوميكانيكية والإجهاد، بالإضافة إلى تخطيط العلاج الشخصي. تستخدم الدراسة برنامج ANSYS Workbench (ANSYS 16.0) للنمذجة العددية وتحليل العناصر المحدودة.
تبدأ المنهجية بإنشاء نموذج عددي دقيق، والذي يتضمن تطوير الهندسة المناسبة واختيار العناصر المحدودة المناسبة لبناء هيكل الشبكة. تعتمد دقة النتائج بشكل كبير على اختيار هندسة وحجم العناصر المحدودة. بمجرد إنشاء هيكل الشبكة، يتم تعريف خصائص المواد، تليها تنفيذ تحليل العناصر المحدودة تحت ظروف حدود محددة وسيناريوهات تحميل. تضمن هذه الطريقة المنهجية نتائج موثوقة في معالجة المشكلات السنية الحالية.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تحليل توزيع وحجم الإجهادات على العظام من خلال تحليل العناصر المحدودة (FEA) عن طريق تطبيق أحمال على الزرعات الوجنية والزرعات القياسية. تم قياس الإجهادات كإجهاد رئيسي أقصى، يمثل القوى العادية القصوى في نموذج محمل، وإجهاد فون ميسيس، الذي يشير إلى إمكانية انكسار أو تآكل المادة. كشفت النتائج أن النموذج 3 أظهر أعلى إجهاد رئيسي أقصى عبر جميع ظروف الحدود، بينما أظهر النموذج 1 أقل قيم للإجهاد عند استخدام كل من البورسلين على CoCr والأكريليك على هياكل الأكريليك. أدت حالة التحميل HL-D&ND (التحميل الأفقي على المناطق المعيبة وغير المعيبة) إلى أعلى إجهاد رئيسي أقصى، بينما أسفر VL-ND (التحميل العمودي على المنطقة غير المعيبة) عن أقل إجهاد.
بالإضافة إلى ذلك، أشار التحليل إلى أن اختيار مادة الأطراف الاصطناعية أثر على أحجام الإجهاد؛ على وجه الخصوص، أدى استخدام البورسلين على هياكل CoCr إلى قيم إجهاد أقل قليلاً مقارنة بالأكريليك على هياكل الأكريليك. وُجد أن قيم إجهاد فون ميسيس القصوى كانت متشابهة عبر كلا المادتين الاصطناعيتين ولم تتغير بشكل كبير مع ظروف الحدود المختلفة أو سيناريوهات التحميل. تشير هذه الثبات إلى أنه بينما تكون قيم الإجهاد الرئيسي الأقصى حساسة للمادة وظروف التحميل، يظل إجهاد فون ميسيس مستقرًا نسبيًا، مما يبرز أهمية هذه النتائج في اتخاذ قرارات مستنيرة في تصميم الزرعات وتخطيط العلاج لتحسين نتائج المرضى.
المناقشة
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT) لتطوير نموذج العناصر المحدودة (FE) لتشخيص وتخطيط العلاج لامرأة في منتصف العمر تعاني من فقدان الأسنان في الفك العلوي. تضمنت الدراسة إنشاء إعادة بناء ثلاثية الأبعاد مفصلة للهيكل الفك العلوي، مع تضمين تكوينات زراعة مختلفة، بما في ذلك الزرعات الوجنية وزراعات الأسنان القياسية. تم إجراء تحليلات العناصر المحدودة تحت سيناريوهات تحميل مختلفة لتقييم توزيع الإجهاد والتشوه في الهيكل الفك العلوي والزرعات. أشارت النتائج إلى أن زيادة عدد زراعات الأسنان في المناطق غير المعيبة قللت من قيم الإجهاد الرئيسي الأقصى، بينما لم تظهر قيم إجهاد فون ميسيس اختلافات كبيرة عبر النماذج.
أكدت النتائج على أهمية تكوين الزرعات وموقعها في إدارة مستويات الإجهاد بين الزرعات والعظام، وهو أمر حاسم لنجاح الأطراف الاصطناعية المدعومة بالزرعات. ومن الجدير بالذكر أن أعلى إجهاد رئيسي أقصى لوحظ في النموذج الذي يحتوي على زراعة وجنية واحدة في المنطقة غير المعيبة، بينما كان الأدنى في النموذج الذي يحتوي على ثلاث زراعات سنية في المنطقة غير المعيبة. كما سلطت الدراسة الضوء على أن اتجاه القوى المطبقة أثر بشكل كبير على توزيع الإجهاد، حيث أدت القوى الأفقية إلى أعلى قيم للإجهاد. بشكل عام، بينما قدمت الدراسة رؤى قيمة حول ديناميات الإجهاد في زراعات الفك العلوي، اعترفت بوجود قيود مثل غياب قوى العضلات وفرضية الاندماج العظمي الكامل، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لتعزيز واقعية النماذج.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05468-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39828680
Publication Date: 2025-01-19
Author(s): Hatice Yemenoğlu et al.
Primary Topic: Dental Implant Techniques and Outcomes
Overview
The study investigates the stress distribution in zygomatic implants and surrounding peri-implant bone in Aramany Class I maxillary defects using three-dimensional finite element analysis. Three configurations of implant-supported prostheses were analyzed: Model 1 (1 zygomatic implant and 3 dental implants), Model 2 (1 zygomatic implant and 2 dental implants), and Model 3 (2 zygomatic implants). A series of vertical and horizontal loads (150 N) were applied to both defective and non-defective areas to evaluate maximum principal stress and von Mises stress in the surrounding bone.
Results indicated that Model 3 exhibited the highest maximum principal stress, while Model 1 showed the lowest. The peak stress occurred under simultaneous horizontal loading on both areas, whereas the minimum stress was recorded with vertical loading on the non-defective area. The von Mises stress values were comparable across all models regardless of the restoration material used. The findings suggest that increasing the number of implants in the non-defective area reduces maximum stress values, while the use of acrylic as a restoration material slightly elevates stress levels. Overall, the study underscores the importance of implant configuration in managing stress distribution in atrophic maxilla cases.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the clinical challenges associated with maxillary defects resulting from tumors and trauma, particularly following maxillectomy. Such defects create a connection between the oral cavity, maxillary sinus, and nasal cavity, leading to significant impairments in chewing and speech, which adversely affect patients’ quality of life. Rehabilitation efforts using dental implants face obstacles, including maxillary sinus pneumatization, severe alveolar bone resorption, and inadequate subnasal bone volume. Traditional treatment methods, such as iliac crest reconstruction and sinus floor elevation, often require multiple surgeries and exhibit variable success rates, prompting the exploration of zygomatic implants as a less invasive and more reliable alternative.
The paper highlights the successful application of zygomatic implants, both alone and in combination with standard endosseous implants, to support maxillary obturator prostheses after extensive resections. However, the design of the dental superstructure is crucial, as it influences the loading on implants and the resulting bone deformation, which can lead to stress accumulation, bone resorption, and potential implant failure. To assess the biomechanical response of implants, the study emphasizes the importance of in vitro methods, particularly finite element analysis (FEA), which allows for detailed evaluation of stress distribution in complex implant configurations. The study aims to investigate the stress distribution in implants and peri-implant bone for different configurations of zygomatic and dental implants in the context of Aramany Class I maxillary defects, thereby contributing to the understanding of the prognosis of these treatment options.
Methods
In this study, Finite Element Analysis (FEA) is employed to simplify complex mechanical and physical problems in engineering, particularly within the field of dentistry, including dental implantology and dental traumatology. FEA involves decomposing a continuous geometric model into smaller, manageable finite elements, facilitating biomechanical and stress analyses, as well as personalized treatment planning. The research utilizes ANSYS Workbench software (ANSYS 16.0) for numerical modeling and finite element analysis.
The methodology begins with the creation of an accurate numerical model, which involves developing the appropriate geometry and selecting suitable finite elements to construct the mesh structure. The accuracy of the results heavily depends on the choice of finite element geometry and size. Once the mesh structure is established, the material properties are defined, followed by the execution of the finite element analysis under specified boundary conditions and loading scenarios. This systematic approach ensures reliable outcomes in addressing existing dental issues.
Results
In this study, the distribution and magnitude of stresses on bone were analyzed through finite element analysis (FEA) by applying loads to zygomatic and standard implants. The stresses were quantified as maximum principal stress, representing the extreme normal forces in a loaded model, and von Mises stress, which indicates the potential for material yielding or fracture. The findings revealed that Model 3 exhibited the highest maximum principal stress across all boundary conditions, while Model 1 demonstrated the lowest stress values when both porcelain on CoCr and acrylic on acrylic frameworks were utilized. The loading condition HL-D&ND (horizontal loading on defective and non-defective areas) resulted in the highest maximum principal stress, whereas VL-ND (vertical loading on the non-defective area) yielded the lowest.
Additionally, the analysis indicated that the choice of prosthetic material influenced stress magnitudes; specifically, the use of porcelain on CoCr frameworks led to slightly lower stress values compared to acrylic on acrylic frameworks. The maximum von Mises stress values were found to be similar across both prosthetic materials and did not vary significantly with different boundary conditions or loading scenarios. This consistency suggests that while maximum principal stress values are sensitive to material and loading conditions, von Mises stress remains relatively stable, highlighting the importance of these findings for informed decision-making in implant design and treatment planning to enhance patient outcomes.
Discussion
In this study, the authors utilized cone beam computed tomography (CBCT) to develop a finite element (FE) model for diagnosing and planning treatment for a middle-aged woman with maxillary edentulism. The study involved creating detailed 3D reconstructions of the maxillary structure, incorporating various implant configurations, including zygomatic and standard dental implants. Finite element analyses were conducted under different loading scenarios to evaluate stress distribution and deformation in the maxillary structure and implants. The results indicated that increasing the number of dental implants in non-defective areas reduced maximum principal stress values, while von Mises stress values showed no significant differences across models.
The findings emphasized the importance of implant configuration and placement in managing stress levels between implants and bone, which is critical for the success of implant-supported prostheses. Notably, the highest maximum principal stress was observed in the model with a single zygomatic implant in the non-defective area, while the lowest was in the model with three dental implants in the non-defective area. The study also highlighted that the direction of applied forces significantly influenced stress distribution, with horizontal forces yielding the highest stress values. Overall, while the study provided valuable insights into stress dynamics in maxillary implants, it acknowledged limitations such as the absence of muscle forces and the assumption of complete osseointegration, suggesting the need for further research to enhance the realism of the models.