Biomechanical behavior of implant retained prostheses in the posterior maxilla using different materials: a finite element study.

BACKGROUND: The aim of this study is to evaluate the biomechanical behavior of the mesial and distal off-axial extensions of implant-retained prostheses in the posterior maxilla with different prosthetic materials using finite element analysis (FEA). METHODS: Three dimensional (3D) finite element models with three implant configurations and prosthetic designs (fixed-fixed, mesial cantilever, and distal cantilever) were designed and modelled depending upon cone beam computed tomography (CBCT) images of an intact maxilla of an anonymous patient. Implant prostheses with two materials; Monolithic zirconia (Zr) and polyetherketoneketone (PEKK) were also modeled .The 3D modeling software Mimics Innovation Suite (Mimics 14.0 / 3-matic 7.01; Materialise, Leuven, Belgium) was used. All the models were imported into the FE package Marc/Mentat (ver. 2015; MSC Software, Los Angeles, Calif). Then, individual models were subjected to separate axial loads of 300 N. Von mises stress values were computed for the prostheses, implants, and bone under axial loading. RESULTS: The highest von Mises stresses in implant (111.6 MPa) and bone (100.0 MPa) were recorded in distal cantilever model with PEKK material, while the lowest values in implant (48.9 MPa) and bone (19.6 MPa) were displayed in fixed fixed model with zirconia material. The distal cantilever model with zirconia material yielded the most elevated levels of von Mises stresses within the prosthesis (105 MPa), while the least stresses in prosthesis (35.4 MPa) were recorded in fixed fixed models with PEKK material. CONCLUSIONS: In the light of this study, the combination of fixed fixed implant prosthesis without cantilever using a rigid zirconia material exhibits better biomechanical behavior and stress distribution around bone and implants. As a prosthetic material, low elastic modulus PEKK transmitted more stress to implants and surrounding bone especially with distal cantilever.

Prosthetic design and restorative material effect on the biomechanical behavior of dental implants: strain gauge analysis / Efeito do desenho protético e do material restaurador no comportamento biomecânico de implantes dentários: análise de extensometria

Objective: The purpose of this in vitro study was to evaluate the effect of different implant prosthetic designs with two restorative materials on biomechanical behaviour using strain gauge analysis. Material and Methods:6 different screw-retained implant restorations were designed and fabricated using a CAD/CAM system. These implants were divided into three main groups according to each design: group FB (fixed bridge); CB (cantilever bridge); SC (separate crowns). Each group was divided into two subgroups according to their restorative material: subgroup I ­ ultra translucent multi-layered zirconia (Kuraray Noritake Dental Inc, Japan); subgroup II ­ a combination of PEEK framework (BioHPP, Bredent, GmbH & Co.KG, Germany) and zirconia crowns (ultra-translucent multi-layered zirconia, Kuraray Noritake Dental Inc, Japan). Each subgroup was subjected to a vertical load of 100 N and their biomechanical behaviour was evaluated using a strain gauge (Kyowa, Japan) with a resistance of 120 Ω, length of 1 mm and width of 2.4 mm. For the implants, two strain gauges were positioned buccally and lingually, parallel to the long axis of the implant. For the restoration, two strain gauges were positioned buccally and lingually in the middle of it. The results were analyzed using three-way analysis of variance (ANOVA), followed by serial two-way and one-way ANOVAs at each level of the study, followed by Tukey's post hoc test P-values were adjusted for multiple comparisons using BENFORRONI correction and the significance level was set at P ≤ 0.05 for all tests. Results: FB showed the lowest strain values out of all 3 design groups. Moreover, the combination of PEEK and zirconia showed strain values smaller than full zirconia. The highest mean strain value was recorded in CB at 299.50 while the lowest mean strain peak value was recorded in group FB (74.50). The highest strain peak was recorded in CB subgroup I (3901.0 ± 195.91) and the difference had statistical significance (P-value < 0.01). Conclusion: the fixed bridge designed with PEEK framework and zirconia crowns was found to be more favorable in restoring the posterior edentulous area regarding strain measurements on the level of prosthetic components, implant and bone level. (AU)

Objetivo: O objetivo deste estudo in vitro foi avaliar o comportamento biomecânico de diferentes desenhos protéticos com dois materiais restauradores em implantes dentários usando análise por extensometria. Material e Métodos: 6 diferentes restaurações parafusadas em implantes foram projetadas e fabricadas usando um sistema CAD/CAM. Esses implantes foram divididos em três grupos principais de acordo com cada desenho: grupo PF (ponte fixa); PC (ponte cantilever); CI (coroas individuais). Cada grupo foi dividido em dois subgrupos de acordo com o material restaurador: subgrupo I ­ zircônia multicamada ultra translúcida (Kuraray Noritake Dental Inc, Japão); subgrupo II ­ uma combinação de estrutura PEEK (BioHPP, Bredent, GmbH & Co.KG, Alemanha) e coroas de zircônia (zircônia multicamada ultra translúcida, Kuraray Noritake Dental Inc, Japão). Cada subgrupo foi submetido a uma carga vertical de 100 N e seu comportamento biomecânico foi avaliado usando um extensômetro (Kyowa, Japão) com resistência elétrica de 120 Ω, comprimento de 1 mm e largura de 2,4 mm. Para os implantes, dois extensômetros foram posicionados pela vestibular e lingual, paralelos ao longo eixo do implante. Para a restauração, dois extensômetros foram posicionados no centro da estrutura, pela vestibular e lingual. Os resultados foram analisados usando análise de variância de três fatores (ANOVA), seguida de ANOVA dois fatores e um fator em cada estágio do estudo, seguidas pelo teste de Tukey. Os valores P foram ajustados para comparações múltiplas usando a correção de BENFORRONI e o nível de significância foi estabelecido em P ≤ 0,05 para todos os testes. Resultados: PF apresentou os menores valores de deformação de todos os 3 grupos de desenho. Além disso, a combinação de PEEK e zircônia apresentou valores de deformação menores do que a zircônia total. O maior valor médio de deformação foi registrado no PC em 299,50, enquanto o menor valor médio de pico de deformação foi registrado no grupo PF (74,50). O maior pico de deformação foi registrado no subgrupo PC I (3901,0 ± 195,91) e a diferença teve significância estatística (P-valor < 0,01). Conclusão: a ponte fixa projetada com estrutura de PEEK e coroas de zircônia mostrou-se mais favorável na restauração da área edêntula posterior em relação às medidas de deformação dos componentes protéticos, implante e nível ósseo (AU)

Effect of prosthetic design and restorative material on the stress distribution of implant-supported 3-unit fixed partial dentures: 3D-FEA / Efeito do desenho protético e do material restaurador na distribuição de tensão de próteses parciais fixas de 3 elementos suportada por implante: FEA 3D

Objective: Evaluate the effect of Implant prosthetic designs and restorative material on the stress concentration of 3-unit implant-supported restoration with two restorative materials. Material and Methods: Six different screw-retained prostheses models were virtually designed and divided according to design: fixed bridge (FB), cantilever bridge (CB), and separate crowns (SC). Then, each model was also divided into two subgroups according to the material: Ultra-translucent multi-layered zirconia (Kuraray Noritake Dental Inc., Japan); or a combination of PEEK (Polyetheretherketone) framework (BioHPP, Bredent, GmbH & Co., KG, Germany) and zirconia (ZR) crowns (ultra-translucent multi-layered zirconia, Kuraray Noritake Dental Inc., Japan). A vertical load of 100 N was applied statically perpendicular to the central fossa of each crown. The von-Mises stress was computed using Solidworks software (SolidWorks Corp, Massachusetts, USA), based on the physical parameters of the materials. Results: FB showed the lowest von Mises stress values out of all 3 design models. Moreover, the combination of PEEK and zirconia showed strain values smaller than full zirconia. The highest von Mises stress value was recorded in CB with the zirconia subgroup at (1098 MPa) while the lowest von Mises stress value was recorded in FB with combined PEEK and zirconia subgroup at (190 MPa). Conclusion: For three-unit implant supported restorations, the use of PEEK framework and zirconia crowns was found to be more favorable biomechanically regarding the prosthetic components, implant and bone stresses. (AU)

Objetivo: Avaliar o efeito do desenho da prótese sobre implantes e do material restaurador na concentração de tensão de próteses fixas de 3 elementos implantossuportada, com dois materiais restauradores. Material e Métodos: Seis diferentes modelos de próteses aparafusadas foram virtualmente projetados e divididos de acordo com o desenho: ponte fixa (PF), ponte cantilever (PC) e coroas individuais (CI). Em seguida, cada modelo também foi dividido em dois subgrupos de acordo com o material: Zircônia multicamada ultra translúcida (Kuraray Noritake Dental Inc., Japão); ou associada a uma estrutura de PEEK (Polyetheretherketone) (BioHPP, Bredent, GmbH & Co., KG, Alemanha) e coroas de zircônia (CZ) (zircônia multicamada ultra translúcida, Kuraray Noritake Dental Inc., Japão). Uma carga vertical estática de 100 N foi aplicada perpendicular à fossa central de cada coroa. A tensão de von-Mises foi calculada usando o software Solidworks (SolidWorks Corp, Massachusetts, EUA), com base nos parâmetros físicos dos materiais. Resultados:PF apresentou os menores valores de tensão de von Mises de todos os 3 modelos propostos. Além disso, a combinação de PEEK e zircônia apresentou valores de deformação menores do que a zircônia pura. O maior valor de tensão de von Mises foi registrado em PC com o subgrupo de zircônia em (1098 MPa), enquanto o menor valor de tensão de von Mises foi registrado em PF com PEEK combinado e subgrupo de zircônia em (190 MPa). Conclusão: Para ponte fixa de 3 elementos implantossuportadas, o uso de estrutura PEEK e coroas de zircônia mostrou-se mais favorável biomecanicamente em relação aos componentes protéticos, implante e tensão sobre o osso. (AU)