Stress distribution in peri-implant bone, implants, and prostheses: 3D-FEA of marginal bone loss and prosthetic design / Distribuição de estresse no osso peri-implantar, implantes e próteses: análise 3D-FEA de perda óssea marginal e design protético

Objective: In response to the demand for dental implants, extensive research has been conducted on methods for transferring load to the surrounding bone. This study aimed to evaluate the stresses on the peripheral bone, implants, and prostheses under scenarios involving of the following variables: prosthesis designs, vertical bone heights, load angles, and restorative materials. Material and Methods: Three implants were inserted in the premolar and molar regions (5-6-7) of the two mandibular models. Model 1 represented 0 mm marginal bone loss and Model 2 simulated 3 mm bone loss. CAD/CAM-supported materials, hybrid ceramic (HC), resin-nano ceramic (RNC), lithium disilicate (LiSi), zirconia (Zr), and two prosthesis designs (splinted and non-splinted) were used for the implant-supported crowns. Forces were applied vertically (90°) to the central fossa and buccal cusps and obliquely (30°) to the buccal cusps only. The stresses were evaluated using a three-dimensional Finite Element Analysis. Results: Oblique loading resulted in the highest stress values. Of the four materials, RNC showed the low stress in the restoration, particularly in the marginal area. The use of different restorative materials did not affect stress distribution in the surrounding bone. The splinted prostheses generated lower stress magnitude on the bone, and while more stress on the implants were observed. Conclusion: In terms of the stress distribution on the peri-implant bone and implants, the use of different restorative materials is not important. Oblique loading resulted in higher stress values, and the splinted prosthesis design resulted in lower stress (AU)

Objetivo: Em resposta à demanda por implantes dentários, extensa pesquisa foi realizada sobre métodos para transferir carga ao osso circundante. Este estudo buscou avaliar os estresses no osso periférico, implantes e próteses em cenários que envolvem as seguintes variáveis: designs de próteses, alturas ósseas verticais, ângulos de carga e materiais restauradores. Material e Métodos: Três implantes foram inseridos nas regiões dos pré-molares e molares (5-6-7) de dois modelos de mandíbula. O Modelo 1 representou perda óssea marginal de 0 mm e o Modelo 2 simulou perda óssea de 3 mm. Materiais suportados por CAD/CAM, cerâmica híbrida (HC), cerâmica nano-resina (RNC), dissilicato de lítio (LiSi), zircônia (Zr) e dois designs de próteses (sintetizadas e não-sintetizadas) foram utilizados para as coroas suportadas por implantes. Forças foram aplicadas verticalmente (90°) à fossa central e cúspides bucais e obliquamente (30°) apenas às cúspides bucais. Os estresses foram avaliados usando Análise de Elementos Finitos tridimensional. Resultados: Cargas oblíquas resultaram nos valores mais altos de estresse. Entre os quatro materiais, RNC mostrou baixo estresse na restauração, especialmente na área marginal. O uso de diferentes materiais restauradores não afetou a distribuição de estresse no osso circundante. Próteses sintetizadas geraram menor magnitude de estresse no osso, enquanto mais estresse nos implantes foi observado. Conclusão: Em termos de distribuição de estresse no osso peri-implantar e implantes, o uso de diferentes materiais restauradores não é crucial. Cargas oblíquas resultaram em valores mais altos de estresse, e o design de prótese sintetizada resultou em menor estresse. (AU)

Sobrevivência em fadiga de coroas bioinspiradas bilaminadas: estudo in vitro / Fatigue survival rate of bioinspired bilaminar crowns: in vitro study

O objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento biomecânico através da resistência à fadiga e análise por elementos finitos de coroas bioinspiradas bilaminadas com infraestruturas modificadas na superfície vestibular (Estudo A) e utilizando diferentes materiais cerâmicos com módulos elásticos distintos (Estudo B). Para isso, foram confeccionados 90 preparos para coroa total em resina epóxi G10, sobre os quais foram preparadas coroas bioinspiradas de acordo com os seguintes grupos: Estudo A - IC (infraestrutura convencional), IME (infraestrutura modificada estratificada) e IMC (infraestrutura modificada cimentada), todas confeccionadas em dissilicato de lítio (infraestrutura) + porcelana (recobrimento); Estudo B ­ DL+LEU (dissilicato de lítio + leucita), LEU+DL (leucita + dissilicato de lítio), CH+DL (cerâmica híbrida + dissilicato de lítio) e CH+LEU (cerâmica híbrida + leucita). Para o Estudo A, todas as infraestruturas foram usinadas; os recobrimentos dos grupos IC e IME foram confeccionados através da estratificação, e os recobrimentos do grupo IMC foram usinados. Já para o Estudo B, todas as peças foram usinadas, de acordo com o material cerâmico de cada grupo. Em seguida, foi realizada a cimentação adesiva dos recobrimentos sobre as infraestruturas (a depender do grupo) e das coroas sobre os preparos utilizando cimento resinoso fotopolimerizável (Variolink Esthetic LC). Após a cimentação, os espécimes foram submetidos ao teste de fadiga cíclica (10.000 ciclos, 20Hz), e como desfecho foram considerados dois eventos, em que o primeiro foi a ocorrência de trinca e/ou lascamento (evento 1) e o segundo foi a falha catastrófica do conjunto (evento 2). Os valores de carga e número de ciclos para falha em que foram observados os eventos 1 e 2 foram utilizados para realizar a análise de sobrevivência de acordo com Kaplan-Meier e Log-Rank (Mantel-Cox; 95%). As marcas de fratura e o modo de falha das coroas foram avaliados e classificados por estereomicroscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura. Por fim, foi realizada análise por elementos finitos (FEA) para ambos os estudos, a fim de avaliar a distribuição de tensões sobre as coroas e interface adesiva. Para o Estudo A, os resultados do teste de fadiga mostraram que, considerando o evento 1 (trinca/lascamento), os grupos IC e IMC apresentaram médias de carga fadiga estatisticamente significantes entre si (733,33 N e 913,33 N, respectivamente), enquanto o grupo IME apresentou média superior (1.020 N). O mesmo foi observado para o número de ciclos em fadiga para todos os grupos. Ao considerar o evento 2 (falha catastrófica), os três grupos apresentaram médias estatisticamente semelhantes entre si (~1.028 N). Os resultados de FEA mostraram que o grupo IC concentrou maior tensão de tração do que os grupos IME e IMC. Para o Estudo B, no teste de fadiga, o grupo DL+LEU apresentou a maior média de resistência à fadiga (evento 1: 913,33 N e evento 2: 1033,33 N), enquanto todas as outras combinações de materiais cerâmicos analisadas foram estatisticamente semelhantes entre si, considerando carga e número de ciclos. Com relação ao FEA, os grupos com cerâmica híbrida (CH+DL e CH+LEU) apresentaram menores picos de concentração de tensão na infraestrutura do que os grupos com cerâmicas vítreas (DL+LEU e LEU+DL), porém, em contrapartida, concentraram maior tensão na interface adesiva. Com isso, conclui-se que a utilização da infraestrutura modificada é uma alternativa viável e promissora para tratamentos reabilitadores, apresentando sobrevivência em fadiga e distribuição de tensões satisfatórias. Além disso, a combinação entre uma infraestrutura de dissilicato de lítio e recobrimento de cerâmica a base de leucita corresponde a melhor abordagem considerando a infraestrutura modificada.(AU)

The objective of this study was to evaluate the biomechanical behavior through fatigue resistance and finite element analysis of bilaminar bioinspired crowns with modified infrastructures on the buccal surface (Study A) and using different ceramic materials with different elastic moduli (Study B). For this, 90 preparations were made for a full crown in G10 epoxy resin, on which bioinspired crowns were prepared according to the following groups: Study A - CI (conventional infrastructure), SMI (stratified modified infrastructure) and CMI (cemented modified infrastructure ), all made of lithium disilicate (infrastructure) + porcelain (veneer); Study B ­ LD+LEU (lithium disilicate + leucite), LEU+LD (leucite + lithium disilicate), HC+LD (hybrid ceramic + lithium disilicate) and HC+LEU (hybrid ceramic + leucite). For Study A, all infrastructures were machined; the coverings of the CI and SMI groups were made through stratification technique, and the veneers of the SMI group were machined. For Study B, all pieces were machined, according to the ceramic material of each group. Then, the veneers were cemented into their infrastructures (depending on the group) and crowns were cemented into preparations using light-cured resin cement (Variolink Esthetic LC). After cementing, the specimens were subjected to the cyclic fatigue test (10,000 cycles, 20Hz), and as an outcome two events were considered: the occurrence of cracking and/or chipping (event 1) and catastrophic failure (event 2). The load (N) and number of cycles to failure in which events 1 and 2 were observed were used to perform the survival analysis according to Kaplan-Meier and Log-Rank (Mantel- Cox; 95%). The fracture marks and failure mode of the crowns were evaluated and classified by optical stereomicroscope and scanning electron microscope. Finally, finite element analysis (FEA) was performed for both studies in order to evaluate the stress distribution over the crowns and adhesive interface. For Study A, the results of the fatigue test showed that, considering event 1 (cracking/chipping), the CI and CMI groups presented average to failure that were statistically significant compared to each other (733.33 N and 913.33 N, respectively), while the SMI group showed higher averages (1,020 N). Same pattern was observed for the number of cycles under fatigue for both groups. When considering event 2 (catastrophic failure), the three groups presented statistically similar means (~1,028 N). The FEA results showed that the CI group concentrated greater tensile stress than the CMI and SMI groups. For Study B, in the fatigue test, the LC+LEU group presented the highest average fatigue resistance (event 1: 913.33 N and event 2: 1033.33 N), while all other combinations of ceramic materials analyzed were statistically similar to each other, considering load and number of cycles. Regarding FEA, the groups with hybrid ceramics (HC+LC and HC+LEU) showed lower stress concentration peaks in the infrastructure than the groups with glass ceramics (LC+LEU and LEU+LC), however, on the other hand, concentrated greater tension at the adhesive interface. With this, it is concluded that the use of modified infrastructure is a viable and promising alternative for oral rehabilitation treatments, presenting satisfactory fatigue survival and adequate stress distribution. Furthermore, the combination of a lithium disilicate infrastructure and a leucite-based ceramic coating corresponds to the best approach considering the modified infrastructure.(AU)

Effect of different palatal expanders with miniscrews in surgically assisted rapid palatal expansion: A non-linear finite element analysis

ABSTRACT Introduction: Surgically assisted rapid palatal expansion (SARPE) has been the treatment of choice in subjects presenting skeletally mature sutures. Objective: The purpose of this study was to analyze stress distribution and displacement of the craniofacial and dentoalveolar structures resulting from three types of palatal expanders with surgical assistance using a non-linear finite element analysis. Material and Methods: Three different palatal expanders were designed: Model-I (tooth-bone-borne type containing four miniscrews), Model-II (tooth-bone-borne type containing two miniscrews), and Model-III (bone-borne type containing four miniscrews). A Le Fort I osteotomy was performed, and a total of 5.0 mm palatal expansion was simulated. Nonlinear analysis (three theory) method (geometric nonlinear theory, nonlinear contact theory, and nonlinear material methods) was used to evaluate stress and displacement of several craniofacial and dentoalveolar structures. Results: Regardless of the maxillary expander device type, surgically assisted rapid palatal expansion produces greater anterior maxillary expansion than posterior (ANS ranged from 2.675 mm to 3.444 mm, and PNS ranged from 0.522 mm to 1.721 mm); Model-I showed more parallel midpalatal suture opening pattern - PNS/ANS equal to 54%. In regards to ANS, Model-II (1.159 mm) and Model-III (1.000 mm) presented larger downward displacement than Model-I (0.343 mm). PNS displaced anteriorly more than ANS for all devices; Model-III presented the largest amount of forward displacement for PNS (1.147 mm) and ANS (1.064 mm). All three type of expanders showed similar dental displacement, and minimal craniofacial sutures separation. As expected, different maxillary expander designs produce different primary areas and levels of stresses (the bone-borne expander presented minimal stress at the teeth and the tooth-bone-borne expander with two miniscrews presented the highest). Conclusions: Based on this finite element method/finite element analysis, the results showed that different maxillary expander designs produce different primary areas and levels of stresses, minimal displacement of the craniofacial sutures, and different skeletal V-shape expansion.

RESUMO Introdução: A expansão rápida da maxila assistida cirurgicamente (ERMAC) tem sido o tratamento de escolha em indivíduos que apresentam suturas esqueleticamente maduras. Objetivo: O objetivo deste estudo foi avaliar, utilizando uma análise não linear com elementos finitos, a distribuição de tensões e os deslocamentos das estruturas craniofaciais e dentoalveolares gerados por três tipos de expansores palatinos usados na ERMAC. Material e Métodos: Três tipos de expansores palatinos foram projetados: Modelo I (dento-osseossuportado com quatro mini-implantes), Modelo II (dento-osseossuportado com dois mini-implantes) e Modelo III (osseossuportado com quatro mini-implantes). Uma osteotomia Le Fort I foi realizada e foi simulada uma expansão palatina total de 5,0 mm. Um método de análise não linear (três teorias - teoria da não-linearidade geométrica, teoria do contato não linear e métodos para materiais não lineares) foi utilizado para avaliar a tensão e o deslocamento de diversas estruturas craniofaciais e dentoalveolares. Resultados: Independentemente do tipo de aparelho expansor palatino, a ERMAC produziu maior expansão anterior da maxila do que posterior (ENA variou de 2,675 mm a 3,444 mm e ENP variou de 0,522 mm a 1,721 mm); o Modelo I apresentou padrão de abertura mais paralela da sutura palatina mediana, com ENP/ENA igual a 54%. Com relação à ENA, o Modelo II (1,159 mm) e o Modelo III (1,000 mm) apresentaram maior deslocamento para baixo do que o Modelo I (0,343 mm). A ENP deslocou-se mais para anterior do que a ENA com todos os aparelhos; o Modelo III apresentou o maior deslocamento para anterior da ENP (1,147 mm) e da ENA (1,064 mm). Os três tipos de expansores apresentaram deslocamento dentário semelhante e separação mínima das suturas craniofaciais. Como esperado, diferentes designs de expansores palatinos produzem diferentes áreas primárias e níveis de tensões (o expansor osseossuportado apresentou tensão mínima nos dentes, e o expansor dento-osseossuportado com dois mini-implantes apresentou o maior). Conclusões: Com base nesse estudo de elementos finitos, os resultados mostraram que diferentes designs de expansores palatinos produzem diferentes áreas primárias e níveis de tensão, com deslocamento mínimo das suturas craniofaciais e diferentes expansões esqueléticas em forma de V.

Avaliação da fixação dos avanços maxilares pela técnica de osteotomia Le Fort I / Evaluación de la fijación de avances maxilar mediante la técnica de osteotomía Le Fort I / Evaluation of the fixation of maxillary advancements by the Le Fort I osteotomy technique

Introdução: A osteotomia Le Fort I possibilita a correção de deformidades dentofaciais que envolvem o terço médio da face. Para sua fixação, convencionou-se o emprego de quatro mini-placas nos pilares zigomático-maxilar e nasomaxilar. Propôs-se então, a dispensa da fixação do segmento posterior, surgindo questionamentos relacionados à capacidade biomecânica do sistema. Objetivos: Comparar o estresse biomecânico gerado em três meios distintos de fixação da osteotomia Le Fort I frente ao movimento de avanço sagital linear maxilar de 7mm. Metodologia: Trata-se de uma pesquisa experimental laboratorial, utilizando-se da análise de elementos finitos como ferramenta analítica, a fim de constatar qual das técnicas sofrerá maior estresse biomecânico. Resultados: Constatou-se que o estresse biomecânico gerado é maior quando aplicado em 4 pontos do que quando aplicado em apenas 2 pontos. Conclusão: Os resultados obtidos fornecem informações aos cirurgiões sobre a real necessidade do uso de fixação adicional de acordo com o método de fixação planejado. No entanto, deve ser interpretado de forma cautelosa, considerando-se as limitações deste estudo. Sendo assim, uma análise incipiente, que tem como intuito o fornecimento de evidência científica de grande significância.

Introducción: La osteotomía Le Fort I permite la corrección de deformidades dentofaciales que involucran el tercio medio de la cara. Para su fijación se acordó utilizar cuatro miniplacas en los pilares cigomaticomaxilar y nasomaxilar. Entonces se propuso prescindir de la fijación del segmento posterior, planteando interrogantes relacionados con la capacidad biomecánica del sistema. Objetivos: Comparar el estrés biomecánico generado en tres medios diferentes de fijación de la osteotomía Le Fort I frente a un movimiento de avance sagital lineal maxilar de 7mm. Metodología: Se trata de una investigación experimental de laboratorio, utilizando como herramienta analítica el análisis de elementos finitos, con el fin de comprobar cuál de las técnicas sufrirá un mayor estrés biomecánico. Resultados: Se encontró que el estrés biomecánico generado es mayor cuando se aplica en 4 puntos que cuando se aplica solo en 2 puntos. Conclusión: Los resultados obtenidos brindan información a los cirujanos sobre la necesidad real de utilizar fijación adicional de acuerdo al método de fijación planificado. Sin embargo, debe interpretarse con cautela, considerando las limitaciones de este estudio. Por tanto, un análisis incipiente, que pretende aportar evidencias científicas de gran trascendencia.

Introduction: The Le Fort I osteotomy allows the correction of dentofacial deformities involving the middle third of the face. For its fixation, it was agreed to use four mini plates on the zygomaticomaxillary and nasomaxillary pillars. It was then proposed to dispense with the fixation of the posterior segment, raising questions related to the biomechanical capacity of the system. Objectives: To compare the biomechanical stress generated in three different means of fixation of the Le Fort I osteotomy against a 7mm maxillary linear sagittal advancement movement. Methodology: This is an experimental laboratory research, using finite element analysis as an analytical tool, in order to verify which of the techniques will suffer greater biomechanical stress. Results: It was found that the biomechanical stress generated is greater when applied to 4 points than when applied to only 2 points. Conclusion: The results obtained provide information to surgeons about the real need to use additional fixation according to the planned fixation method. However, it should be interpreted with caution, considering the limitations of this study. Therefore, an incipient analysis, which aims to provide scientific evidence of great significance.

Biomechanical analysis of narrow dental implants for maxillary anterior rehabilitation / Análise biomecânica de implantes de diâmetro reduzido para reabilitação da região anterior da maxila

Introdução: O conhecimento da biomecânica de implantes de diâmetro reduzido indica dimensões seguras para uso clínico. Objetivo: O objetivo do presente estudo foi comparar biomecanicamente implantes de diâmetro regular e reduzido para suporte de próteses implantossuportadas unitárias na região anterior da maxila por meio de análise de elementos finitos 3D (3D-FEA). Material e método: Quatro modelos 3D-FEA foram desenvolvidos a partir de recomposição de tomografia computadorizada e dados da literatura: um bloco ósseo na região incisiva lateral superior direita com implante e coroa. M1: 3,75 x 13 mm, M2: 3,75 x 8,5 mm, M3: 2,9 x 13 mm e M4: 2,9 x 8,5 mm. Foi aplicada carga de 178 N nos ângulos 0, 30 e 60 graus em relação ao longo eixo do implante. Foram avaliados mapas de tensão de Von Mises, tensão principal máxima e microdeformação. Resultado: M3 e M4 apresentaram maiores valores de tensão e microdeformação que M1 e M2, principalmente quando foram aplicadas forças inclinadas. Porém, M3 apresentou comportamento biomecânico melhor do que M4. Conclusão: Pode-se concluir que reduzir o diâmetro dos implantes pode prejudicar a biomecânica durante a aplicação de forças, mas a distribuição e intensidade das tensões, bem como os valores de microdeformação podem ser melhorados se o comprimento do implante for aumentado

Introduction: Narrow diameter implants biomechanics knowledge indicates safe dimensions for clinical use. Objective: Purpose of the present study was biomechanically to compare regular and narrow diameter implants to support single implant-supported prosthesis in the anterior region of the maxilla by 3D finite element analysis (3D-FEA). Material and method: Four 3D-FEA models were developed form CT scan recompositing and literature data: a bone block in the right upper lateral incisive region with implant and crown. M1: 3.75 x 13 mm, M2: 3.75 x 8.5 mm, M3: 2.9 x 13 mm and M4: 2.9 x 8.5 mm. It was applied load was of 178 N at 0, 30 and 60 degrees in relation to implant long axis. Von Mises stress, maximum principal stress and microdeformation maps were evaluated. Result: M3 and M4 did show higher tension and higher microdeformation values than M1 and M2, especially when inclined forces were applied. However, M3 presented enhanced biomechanical behavior than M4. Conclusion: It can be concluded that reduce the diameter of the implants can disadvantage to the biomechanics during the application of forces, but the distribution and intensity of the stresses, as well as the micro deformation values can be improved if the length of the implant is increased

Restaurações endocrown em pré-molares: influência das paredes remanescentes da estrutura dentária e materiais restauradores na resistência à fadiga / Endocrown restorations in premolars: influence of remaining axial walls of tooth structure and restorative materials on fatigue resistance

Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da estrutura dentária remanescente e dois materiais diferentes de restauração CAD/CAM no desempenho à fadiga e no modo de falha de pré-molares tratados endodonticamente restaurados por endocrowns. Um total de 90 pré-molares superiores foram tratados endodonticamente e divididos aleatoriamente de acordo com o número de paredes axiais remanescentes, e os materiais restauradores foram divididos em 6 grupos (n = 15); quatro paredes restantes restauradas com zircônia ultratranslúcida 5Y-PSZ (grupo Fo-Z) e dissilicato de lítio (grupo Fo-L), três paredes restantes restauradas com 5Y-PSZ (grupo Th-Z) e dissilicato de lítio (grupo Th-L) e duas paredes restantes restauradas com 5YPSZ (grupo Tw-Z) e dissilicato de lítio (Tw-L). As restaurações foram cimentadas adesivamente e os espécimes foram submetidos a cargas de fadiga gradual em seu longo eixo (carga inicial: 200 N, frequência: 20 Hz). Uma carga incremental de 100 N por 10.000 ciclos foi aplicada com um pistão metálico de Ø 6 mm até a falha. A carga de falha por fadiga (FFL) e o número de ciclos de falha (CFF) no momento da falha foram registrados e analisados estatisticamente por ANOVA 2 fatores e teste de Kaplan-Meier (α = 0,05). Os espécimes fraturados foram examinados em estereomicroscópio em 8× e 25× e os modos de falha foram determinados como reparáveis ou catastróficos. FFL e CFF foram significativamente influenciados pelo material restaurador (p < 0,05). As restaurações de 5Y-PSZ apresentaram FFL (Fo-Z = 1487 N, Tw-Z = 1427 N, Tw-Z = 1533 N) e probabilidade de sobrevivência significativamente maiores quando comparadas com dissilicato de lítio (Fo-L = 1060 N, Th-L = 940 N, TwL = 1000 N). O número de paredes remanescentes não afetou o comportamento de fadiga ou modo de falha dos corpos de prova. Das restaurações de dissilicato de lítio, 51% tiveram falhas reparáveis, enquanto 95% das restaurações de zircônia ultratranslúcida 5Y-ZP tiveram falhas catastróficas. Endocrowns de zircônia apresentaram melhor desempenho em fadiga do que endocrowns de dissilicato de lítio, independentemente do número de paredes remanescentes do eixo. Endocrowns de pré-molares de dissilicato de lítio e 5Y-PSZ apresentaram maior FFL do que as cargas mastigatórias normais (AU)

This study aimed to evaluate the effect of the remaining tooth structure and two different CAD/CAM restoration materials on the fatigue performance and failure mode of endodontically treated premolars restored with endocrowns. A total of 90 maxillary premolars were endodontically treated and divided randomly according to the number of remaining axial walls, and the restorative materials were divided into 6 groups (n = 15); four remaining walls restored with ultratranslucent zirconia 5Y-PSZ (group Fo-Z) and lithium disilicate (group Fo-L), three remaining walls restored with 5Y-PSZ (group Th-Z) and lithium disilicate (Group Th-L), and two remaining walls restored with 5Y-PSZ (group Tw-Z) and lithium disilicate (Tw-L). The restorations were cemented adhesively and the specimens were subjected to stepwise fatigue loading along the long axis (initial load: 200 N, frequency: 20 Hz). An incremental step load of 100 N per 10,000 cycles was applied with a Ø6-mm metallic piston until failure. The fatigue failure load (FFL) and number of failure cycles (CFF) at the time of failure were recorded and statistically analyzed with two-way ANOVA and the Kaplan-Meier test (α = 0.05). Fractured specimens were examined under a stereomicroscope at 8× and 25× and failure modes determined as reparable or catastrophic. FFL and CFF were significantly influenced by restorative material (p < 0.05). 5Y-PSZ endocrowns showed significantly higher FFL (Fo-Z = 1487 N, Th-Z = 1427 N, Tw-Z = 1533 N) and survival probability when compared with lithium disilicate (Fo-L = 1060 N, Th-L = 940 N, Tw-L = 1000 N). The number of remaining walls did not affect the fatigue behavior or failure mode of the specimens. Of the lithium disilicate restorations, 51% had repairable failures, while 95% of ultratranslucent zirconia 5Y-ZP restorations had catastrophic failures. Zirconia endocrowns showed better fatigue performance than lithium disilicate endocrowns, regardless of the number of remaining axis walls. Lithium disilicate and 5Y-PSZ premolar endocrowns showed higher FFL than the normal masticatory loads (AU)

Three-dimensional finite element analysis of three internal tapered implant-abutment designs / Análise tridimensional de elementos finitos de três geometrias implante-abutment cônicos internos

ABSTRACT Objective: The aim of this study was to compare the stress distribution in internal tapered connection implants with different adaptation geometries submitted to oblique load simulation using the Finite Element Analysis (FEA) method. Methods: Three different internal tapered implant-abutment assemblies were modeled by varying only the diameter of the abutment body in the cone region. The dimensions of the implants were 4.0 mm in diameter and 13 mm in length. Oblique loads of 210 N angled 30 degrees to the long axis of the implant were applied to a hemispherical body positioned over the abutments simulating a dental crown. The stress generated by the implant-abutment assembly was analyzed by the FEA method using the von Mises criterion. Results: A higher concentration of stress in the coronal region (collar) and implant body on the opposite side of the load application was shown, as well as in the body region of the abutments and in the screw threads. The cervical region of the implants showed the highest von Mises stress values, the highest values being observed in G3 (1034 MPa), followed by G2 (841 MPa) and G1 (702 MPa). Conclusion: According to the results presented, it can be concluded that the stress distribution was more homogeneous and less concentrated in the G1 implant-abutment assembly. Therefore, the use of abutments with dimensions standardized by the implant manufacturer is recommended.

RESUMO Objetivo: O objetivo deste estudo foi comparar a distribuição de tensões em implantes de conexão cônica interna com diferentes geometrias de adaptação submetidos à simulação de carga oblíqua pelo método de Análise de Elementos Finitos (FEA). Métodos: Três diferentes conjuntos implante-pilar cônicos internos foram modelados variando apenas o diâmetro do corpo do pilar na região do cone. As dimensões dos implantes foram de 4,0 mm de diâmetro e 13 mm de comprimento. Cargas oblíquas de 210 N anguladas 30 graus em relação ao longo eixo do implante foram aplicadas sobre um corpo hemisférico posicionado sobre os pilares simulando uma coroa dentária. A tensão gerada pelo conjunto implante-pilar foi analisada pelo método FEA utilizando o critério de von Mises. Resultados: Foi evidenciada maior concentração de tensões na região coronal (colar) e corpo do implante no lado oposto da aplicação da carga, assim como na região do corpo dos pilares e nas roscas dos parafusos. A região cervical dos implantes apresentou os maiores valores de tensão de von Mises, sendo os maiores valores observados em G3 (1034 MPa), seguido de G2 (841 MPa) e G1 (702 MPa). Conclusão: De acordo com os resultados apresentados, pode-se concluir que a distribuição de tensões foi mais homogênea e menos concentrada no conjunto implante-pilar do G1. Portanto, recomenda-se o uso de pilares com dimensões padronizadas pelo fabricante do implante.

The importance of properly distributing the occlusal load for the correct biomechanics of implant-supported fixed partial dentures: stress analysis in implants, prosthetic components and infrastructures / A importância da distribuição da carga oclusal de forma adequada para a correta biomecânica de prótese parcial fixa implantosuportada: análise das tensões em implantes, componentes protéticos e infraestruturas

ABSTRACT Objective: The present study analyzed the biomechanical behavior of the generated stress on the external surface of the rehabilitation elements (implants, components and infrastructures) according to different occlusion patterns on a fixed partial denture on osseointegrated implants. Method: The experimental groups varied according to the location of the occlusal load applied to the Fixed partial denture, with a total occlusal load of 750N in all groups, opting for greater loads on the occlusal table of the molar in relation to the premolar. This evaluation was performed by the finite element method with simulations by the AnsysWorkbench 16.0 Software program. Results: The results analyzed for implants and their components showed that the more posterior the occlusal loading, the greater the stress developed (group 4), always in the connection area between the prosthetic component and the implant, as this location can induce greater screw loosening. The results analyzed for the infrastructures showed that the most distributed occlusal loading possible (group 1) is the best situation for generating less stress. However, even in group 3 which obtained the highest stresses in the critical area of the prosthetic connection, the zirconia flexural strength values generated were not worrisome. Conclusion: It can be concluded that the occlusal adjustment of Fixed partial dentures are preponderant and decisive factors for correct biomechanics and preservation of the system in the long term in order to avoid possible damage and/or failures, and exert significant and notorious differences in the behavior of all structures studied herein.

RESUMO Objetivo: O presente estudo analisou o comportamento biomecânico do estresse gerado na superfície externa dos elementos reabilitadores (implantes, componentes e infraestruturas) de acordo com diferentes padrões de oclusão em uma prótese parcial fixa sobre implantes osseointegrados. Métodos: Os grupos experimentais variaram de acordo com a localização da carga oclusal aplicada na Prótese Parcial Fixa, com carga oclusal total de 750N em todos os grupos, optando por cargas maiores na mesa oclusal do molar em relação ao pré-molar. Esta avaliação foi realizada pelo método dos elementos finitos com simulações pelo programa AnsysWorkbench 16.0 Software. Resultados: Os resultados analisados para os implantes e seus componentes mostraram que quanto mais posterior a carga oclusal, maior a tensão desenvolvida (grupo 4), sempre na área de conexão entre o componente protético e o implante, pois este local pode induzir maior soltura do parafuso. Os resultados analisados para as infraestruturas mostraram que a carga oclusal mais distribuída possível (grupo 1) é a melhor situação para gerar menos estresse. No entanto, mesmo no grupo 3 que obteve as maiores tensões na área crítica da conexão protética, os valores de resistência à flexão da zircônia gerados não foram preocupantes. Conclusões: Pode-se concluir que o ajuste oclusal das Próteses Parciais Fixas são fatores preponderantes e decisivos para correta biomecânica e preservação do sistema a longo prazo a fim de evitar possíveis danos e/ou falhas, e exercem diferenças significativas e notórias no comportamento de todas as estruturas aqui estudadas.

Stress distribution in lower second molar mesialization using mini-implants: a pilot study using 3D finite element analysis / Distribuição de tensões na mesialização do segundo molar inferior usando mini-implantes: um estudo piloto usando análise de elementos finitos 3D

Objective: to analyze the stress distribution in a 3D model that simulates second molar mesialization using two different types of mini-implants. Material and Methods: a mandible bone model was obtained by recomposing a computed tomography performed by a software program. The cortical and trabecular bone, a lower second molar, periodontal ligament, orthodontic tube, resin cement and the mini-implants were designed and modeled using the Rhinoceros 4.0 software program. The characteristics of self-drilling orthodontic mini-implants were: one with 7 mm length, 1 mm transmucosal neck section and 1.6 mm diameter and another with 5 mm length and 1.5 mm diameter. A total of 235.161 and 224.505 elements were used for the mesh. These models were inserted into the bone block and then subjected to loads of 200 cN (centinewton). The results were calculated and analyzed by the Ansys 17.0 software program for qualitative verification through displacement and maximum principal stress maps. Results: it was possible to observe that the periodontal ligament presented low displacement and stress values. However, the physiological values presented are among those capable to provide orthodontic movement, with compression and tensile area visualization staggered between 0.1 and -0.1 MPa (megapascal). Conclusion: within the limitations of the study, the mini-implants tested showed similar results where the load on the tooth allowed dental displacement (molar mesialization), with a tendency to rotate it, theoretically allowing the second molar to take the location of the first molar. (AU)

Objetivo: analisar a distribuição de tensões em um modelo 3D que simula a mesialização do segundo molar usando dois tipos diferentes de mini-implantes. Material e Métodos: um modelo de osso mandibular foi obtido por recomposição de uma tomografia computadorizada realizada por um software. O osso cortical e trabecular, um segundo molar inferior, ligamento periodontal, tubo ortodôntico, cimento resinoso e os mini-implantes foram projetados e modelados no software Rhinoceros 4.0. As características dos mini-implantes ortodônticos auto perfurantes foram: um com 7 mm de comprimento, 1 mm de secção transmucosa e 1,6 mm de diâmetro e outro com 5 mm de comprimento e 1,5 mm de diâmetro. Para a malha, foram utilizados 235.161 e 224.505 elementos. Esses modelos foram inseridos no bloco ósseo e então submetidos a cargas de 200 cN (centinewton). Os resultados foram calculados e analisados pelo software Ansys 17.0 para verificação qualitativa por meio de mapas de deslocamento e tensões máximas principais. Resultados: foi possível observar que o ligamento periodontal apresentou baixos valores de deslocamento e tensões. Porém, os valores fisiológicos apresentados são capazes de proporcionar movimentação ortodôntica, com visualização da área de compressão e tração escalonada entre 0,1 e -0,1 MPa (megapascal). Conclusão: dentro das limitações do estudo, os mini-implantes testados apresentaram resultados semelhantes onde a carga sobre o dente permitiu o deslocamento dentário (mesialização do molar), com tendência a girá-lo, permitindo teoricamente que o segundo molar ocupe do lugar do primeiro molar (AU)

Mechanical behavior of implant-supported full-arch prostheses in different locations in the maxilla: 3D-FEA and strain gauge analysis / Comportamento mecânico de próteses de arco inteiro implanto-suportadas em localizações diferentes na maxila: análise 3D-FEA e strain gauge

The maxillary bone restriction can limit the implants position to support a full-arch prosthesis. Objective:Therefore, this study evaluated the biomechanical behavior of a full-arch prosthesis supported by six implants in different configurations: group A (implants inserted in the region of canines, first premolars and second molars), group B (implants inserted in the region of first premolar, first molar and second molar) and group C (implants in second premolar, first premolar and second molar). Material and Methods: The models were analyzed by the finite element method validated by strain gauge. Three types of loads were applied: in the central incisors, first premolars and second molars, obtaining results of von-Mises stress peaks and microstrain. All registered results reported higher stress concentration in the prosthesis of all groups, with group C presenting higher values in all structures when compared to A and B groups. The highest mean microstrain was also observed in group C (288.8 ± 225.2 µÎµ/µÎµ), however, there was no statistically significant difference between the evaluated groups. In both groups, regardless of the magnitude and direction of the load, the maximum von-Mises stresses recorded for implants and prosthesis displacements were lower in group A. Conclusion: It was concluded that an equidistant distribution of implants favors biomechanical behavior of full-arch prostheses supported by implants; and the placement of posterior implants seems to be a viable alternative to rehabilitate totally edentulous individuals. (AU)

A limitação óssea maxilar totais pode limitar o posicionamento dos implantes para suportar uma prótese de arco total. Objetivo: Sendo assim, este estudo avaliou o comportamento biomecânico de uma prótese de arco total suportada por seis implantes em diferentes configurações: grupo A (implantes inseridos na região de caninos, primeiros pré-molares e segundos molares), grupo B (implantes inseridos na região de primeiro pré-molar, primeiro molar e segundo molar) e grupo C (implantes em segundo pré-molar, primeiro pré-molar e segundo molar). Materiais e métodos: Os modelos foram analisados pelo método de elementos finitos validados por extensometria. Foram aplicados três tipos de cargas: nos incisivos centrais, primeiros pré-molares e nos segundos molares, obtendo resultados de picos de tensão de von-Mises e microdeformação. Todos os resultados registrados mostraram maior concentração de tensão na prótese de todos os grupos, sendo que o grupo C apresentou maiores valores em todas as estruturas quando comparado com os grupos A e B. A maior média de microdeformação também foi observada no grupo C (288,8 ± 225,2 µÎµ/µÎµ), no entanto, não houve diferença estatisticamente significativa entre os grupos avaliados. Em todos os grupos, independentemente da magnitude e direção da carga, as tensões máximas de von-Mises registradas para os implantes e deslocamentos de próteses foram menores no grupo A. Conclusão: Concluiu-se que a distribuição de implantes de forma equidistante favorece o desempenho biomecânico das próteses de arco total suportada por implantes; e o posicionamento de implantes posteriores parece ser uma alternativa viável para reabilitar indivíduos densdentados totais. (AU)

Patellar fracture in anterior cruciate ligament reconstruction: in vitro analysis / Fratura patelar na reconstrução do ligamento cruzado anterior: análise in vitro

ABSTRACT Objective: To determine, by biomechanical analysis, safe patellar cut limits in anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction that minimize fracture risks. Methods: From three-dimensional reconstruction, triangular cuts were made in the patella, with a depth of 6.5 mm and variable width and length (10 to 20 mm and 8 to 12 mm, respectively, both with an interval of 1 mm). The combinations of cuts constituted 55 models for tests, with five variations in width and 11 variations in length, tested with the finite element method (FEM). Results: The mean of the localized principal maximum (traction force) values was 4.36 Pa (SD 0.87 ± 0.76) and the localized principal minimum (compression force) was −4.33 Pa (SD 1.05 ± 1.11). Comparing width and length to the tension force of the values of the main maximum, we found statistical significance from 11 mm for width and 13 mm for length. Conclusion: In ACL reconstruction, the removal of the patellar bone fragment is safe for fragments smaller than 11 mm in width and 13 mm in length, which corresponds to 24% of the width and 28% of the length of the patella used. Level of Evidence II, Comparative Prospective Study.

RESUMO Objetivo: Determinar, por meio de análise biomecânica, os limites de corte patelar seguros para a reconstrução do ligamento cruzado anterior (LCA) e que minimizem riscos de fratura. Métodos: A partir de reconstrução tridimensional, foram feitos cortes triangulares na patela, com profundidade de 6,5 mm e largura e comprimento variáveis (8 a 12 mm e 10 a 20 mm), respectivamente, com intervalo de 1 mm). As combinações dos cortes constituíram 55 modelos para ensaios, com 5 variações de largura e 11 variações de comprimento, ensaiados por meio do método dos elementos finitos (MEF). Resultados: A média dos valores da máxima principal localizada (força de tração) foi de 4,36 Pa (DP 0,87 ± 0,76), e a mínima principal localizada (força de compressão) foi de −4,33 Pa (DP 1,05 ± 1,11). Comparando largura e comprimento à força de tensões dos valores da máxima principal, houve significância estatística a partir de 11 mm para largura e 13 mm para comprimento. Conclusão: Na reconstrução do LCA, a retirada do fragmento ósseo patelar mostrou-se segura para fragmentos menores que 11 mm de largura e 13 mm de comprimento, o que corresponde a 24% da largura e 28% do comprimento da patela utilizada. Nível de Evidência II, Estudo Prospectivo Comparativo.

Efeito da dimensão do conector nas propriedades mecânicas de infraestrutura de PPF em uma nova fibra de vidro para CAD/CAM: estudo in vitro e in silico / Effect of connector dimension on the mechanical properties of FPD in a new glass fiber for CAD/CAM: in vitro and in silico study

Compósitos reforçados por fibras (CRF) são utilizados como biomateriais na odontologia e medicina. O desenvolvimento da tecnologia CAD-CAM tem permitido o uso de CRF como alternativa a ligas metálicas, zircônia e plásticos de alta performance na produção de infraestruturas e barras de protocolos de próteses implantossuportadas. O objetivo do estudo foi de avaliar, in vitro e in silico, o efeito da dimensão do conector na resistência à flexão, distribuição de tensões e deformações em uma infraestrutura para prótese parcial fixa (PPF) de 3 elementos obtida em CRF. Um manequim com preparos padronizados para coroa total nos dentes 35 e 37, tendo espaço protético do dente 36, foi escaneado para obtenção do modelo virtual, sobre o qual foram desenhados os espécimes para fresagem. Sete geometrias diferentes de infraestrutura para PPF foram produzidas para a análise de elementos finitos (FEA) sendo que os resultados desta análise mostraram que a concentração de tensões de todas as geometrias ocorreu nas regiões de conexão entre os dentes. Com base nos resultados de FEA, 3 grupos foram selecionados para a realização dos testes mecânicos. Os grupos apresentam dimensão do conector entre os dentes 35-36 e 36-37: 5,60 e 6,81mm², 8,89 e 9,00mm² e 10,46 e 11,92mm². O material (Fiber Cad ­ Implant & Bridge) foi utilizado para a fresagem das infraestruturas para PPF em fresadora odontológica de 5 eixos, sendo os espécimes cimentados em dentes de NEMA G10 e fixados em uma base construída em resina poliuretana. Quarenta e oito horas após cimentação, foi realizado teste de resistência à flexão do tipo load bearing (n = 6), em máquina de teste universal. Os dados de força de ruptura (N) foram tabulados e submetidos à análise de variância e teste de Tukey, ambos com  = 0,05. Adicionalmente, foi realizada análise de micrografia ótica, com aumentos entre 50 e 500. Os resultados de flexão mostraram que a força de ruptura variou entre 859,4 N e 1.157 N. As análises de ANOVA e Tukey mostraram que não houve relação entre os grupos. Todos os grupos apresentaram o mesmo padrão de falha, com trincas que se propagaram de maneira paralela as camadas de tecido de fibra de vidro utilizados como reforço mecânico. Os resultados demonstraram a direta correlação entre a força de ruptura com a área dos conectores e a capacidade do material de fibra de absorvera carga e evitar fraturas frágeis.(AU)

Fiber-reinforced composites (FRC) are used as biomaterials in dentistry and medicine. The development of CAD-CAM technology has allowed the use of FRC as an alternative to metal alloys, zirconia, and high-performance plastics in the production of infrastructures and bars for implant-supported prosthesis protocols. The objective of the study was to evaluate, in vitro and in silico, the effect of the connector dimension on flexural strength, stress distribution, and deformations in a framework for a 3- element fixed partial denture (FPD) obtained in FRC. A mannequin with standardized preparations for full crowns on teeth 35 and 37, with prosthetic space for tooth 36, was scanned to obtain the virtual model, on which specimens were designed for milling. Seven different infrastructural geometries for FPD were produced for finite element analysis (FEA), and the results of this analysis showed that stress concentration in all geometries occurred in the connection regions between the teeth. Based on the FEA results, three groups were selected for mechanical tests. The groups had connector dimensions between teeth 35-36 and 36-37: 5.60 and 6.81 mm², 8.89 and 9.00 mm², and 10.46 and 11.92 mm². The material (Fiber Cad ­ Implant & Bridge) was used for milling the FPD infrastructures on a 5-axis dental milling machine, and the specimens were cemented on NEMA G10 teeth and fixed on a polyurethane resin-built base. Forty-eight hours after cementation, a load-bearing flexural strength test (n = 6) was performed on a universal testing machine. The rupture force data (N) were tabulated and subjected to analysis of variance and Tukey's test, both with α = 0.05. Additionally, optical micrography analysis was conducted, with magnifications between 50× and 500×. The flexural results showed that the rupture force varied between 859.4 N and 1,157 N. ANOVA and Tukey's analyses showed no relationship between the groups. All groups exhibited the same failure pattern, with cracks propagating parallel to the layers of fiberglass tissue used as mechanical reinforcement. The results demonstrated a direct correlation between rupture force, connector area, and the material's ability to absorb load and prevent brittle fractures.(AU)

Strain Analysis in Cementless Hip Femoral Prosthesis using the Finite Element Method - Influence of the Variability of the Angular Positioning of the Implant / Análise da deformação na prótese femoral não cimentada do quadril pelo método de elementos finitos - Influência da variabilidade do posicionamento angular do implante

Abstract Objective The present study aims to evaluate the influence of different positioning of the hip femoral prosthesis on the stress and strain over this implant. Methods A femoral prosthesis (Taper - Víncula, Rio Claro, SP, Brazil) was submitted to a stress and strain analysis using the finite element method (FEM) according to the International Organization for Standardization (ISO) 7206-6 Implants for surgery - Partial and total hip joint prostheses - Part 6: Endurance properties testing and performance requirements of neck region of stemmed femoral components standard. The analysis proposed a branch of the physical test with a +/− 5° angle variation on the standard proposed for α and β variables. Results The isolated +/− 5° variation on the α angle, as well as the association of +/− 5° variation on the α and β angles, presented significant statistical differences compared with the control strain (p= 0.027 and 0.021, respectively). Variation on angle β alone did not result in a significant change in the strain of the prosthesis (p= 0.128). The stem positioning with greatest implant strain was α = 5° and β = 14° (p= 0.032). Conclusion A variation on the positioning of the prosthetic femoral stem by +/− 5° in the coronal plane and/or the association of a +/− 5° angle in coronal and sagittal planes significantly influenced implant strain.

Resumo Objetivo Avaliar a influência da variação do posicionamento da prótese femoral do quadril na tensão e na deformação produzidas neste implante. Métodos Utilizou-se a análise de tensão e de deformação da prótese femoral (Taper, Víncula, Rio Claro, SP, Brasil) pelo método de elementos finitos (MEF) de acordo com a norma ISO 7206-6 Implants for surgery - Partial and total hip joint prostheses-Part 6: Endurance properties testing and performance requirements of neck region of stemmed femoral components. A análise propôs uma ramificação do ensaio físico, com variação da angulação de +/− 5° sobre a proposta normativa das variáveis α e β. Resultados Ao comparar com a deformação controle, houve significância estatística com a angulação isolada de +/− 5° do ângulo α, bem como com a associação de +/− 5° nas angulações α e β (p= 0,027 e 0,021, respectivamente). Já com a variação apenas do ângulo β, não houve variação significativa na deformação da prótese (p= 0,128). A posição da haste com maior deformação no implante foi com α = 5° e β = 14° (p= 0,032). Conclusão A variabilidade de posicionamento da haste femoral protética de +/− 5° no plano coronal e/ou a associação da angulação de +/− 5° nos planos coronal e sagital interferiu de forma significativa na deformação do implante.

Analysis of initial stress distribution in palatal bone around the implant in lingual orthodontics for single and double palatal implant systems: a FEM study

ABSTRACT Objective: To analyze and compare the Von Mises stress and principal stress distribution in palatal bone around the palatal implant in lingual orthodontics (LiO) for single and double palatal implant systems with varying lengths of lever arm. Methods: Two groups were assessed: single (Group 1) and double (Group 2) palatal implant systems, which were further divided into two subgroups, based on lever arm length, for analyzing stress in the palatal bone around the implant. Hence, two 3D finite element models of bilateral maxillary first premolar extraction cases were constructed in each system. Lingual brackets (0.018-in slot) were positioned at the center of the clinical crown. In both systems, 150g of retraction force was applied, and ANSYS v. 12.1 software was used to analyze and compare stress in the palatal bone around the palatal implant. Results: In this study, higher stress was observed at the inner threaded interface of cortical bone. Magnitude of Von Mises stress was higher in Group 2 (0.63 MPa and 0.65 MPa) in comparison to Group 1 (0.29 MPa and 0.29 MPa). Similarly, magnitude of principal stress was higher in Group 2, in comparison to Group 1. Higher stress was observed in the apical region of the implant-bone interface of cancellous bone. Conclusion: This study concluded that the Von Misses stress as well as principal stress in the palatal bone were within the optimal limit in both groups. Finally, it can be concluded that both systems (single and double palatal implant) were safe for the patients in clinical use of 150g of retraction force.

RESUMO Objetivo: Analisar e comparar as tensões de Von Mises e a distribuição das tensões principais no osso palatino ao redor de implantes palatinos em Ortodontia Lingual (OL) para sistemas de implantes palatinos unitários ou duplos com comprimentos variados do braço de alavanca. Métodos: Foram delineados dois grupos para o presente estudo: Grupo 1 - com sistema de implante palatino unitário e Grupo 2 - com sistema de implantes palatinos duplos. Em seguida, os grupos foram divididos em dois subgrupos, com base no comprimento do braço de alavanca, para analisar as tensões no osso palatino ao redor do implante. Para cada sistema, foram construídos dois modelos 3D de elementos finitos (MEF) de casos com extração bilateral de primeiros pré-molares superiores. Braquetes linguais (slot 0,018") foram posicionados no centro das coroas clínicas. Nos dois sistemas, foram aplicados 150g de força de retração nos dentes anteriores, e o software ANSYS v. 12.1 foi usado para analisar e comparar as tensões no osso palatino ao redor dos implantes. Resultados: Foram observados maiores níveis de tensões na parte interna rosqueada no osso cortical. A magnitude das tensões de Von Mises foi maior no Grupo 2 (0,63MPa e 0,65MPa) em comparação ao Grupo 1 (0,29MPa e 0,29MPa). De forma semelhante, foi observada maior magnitude das tensões principais no Grupo 2 do que no Grupo 1. Maiores tensões foram observadas na região apical da interface osso/implante no tecido ósseo esponjoso. Conclusão: A tensões de Von Mises e as tensões principais no osso palatino ficaram dentro do limite ideal em ambos os grupos. Ambos os sistemas de implantes palatinos (unitário e duplo) foram seguros para o uso clínico em pacientes com força de retração de 150g.

Effects of different force directions of intra-oral skeletally anchored maxillary protraction on craniomaxillofacial complex, in Class III malocclusion: a 3D finite element analysis

ABSTRACT Introduction: The intra-oral skeletally anchored maxillary protraction (I-SAMP) has been found to be an effective treatment for skeletal Class III malocclusion. Objective: This in-silico study explored the influence of different force directions of intra-oral skeletally anchored Class III elastics on the changes in craniomaxillofacial complex, using finite element analysis. Methods: A 3-dimensional (3D) finite element model of the craniomaxillofacial bones including circummaxillary sutures was constructed with high biological resemblance. A 3D assembly of four miniplates was designed and fixed on the maxilla and mandible of the finite element model. The model was applied with 250g/force at the miniplates at three angulations (10°, 20°, and 30°) from the occlusal plane, to measure stress and displacement by using the ANSYS software. Results: The zygomaticotemporal, zygomaticomaxillary, and sphenozygomatic sutures played significant roles in the forward displacement and counterclockwise rotation of maxilla and zygoma, irrespective of the angulation of load application. The displacements and rotations of the zygomatico-maxillary complex decreased gradually with an increase in the angle of load application between miniplates from 10° to 30°. The mandible showed negligible displacement, with clockwise rotation. Conclusions: The treatment effects of I-SAMP were corroborated, with insight of displacement patterns and sutures involved, which were lacking in the previously conducted 2D and 3D imaging studies. The prescribed angulation of skeletally anchored Class III elastics should be as low as possible, since the displacement of zygomatico-maxillary complex increases with the decrease in angulation of the elastics.

RESUMO Introdução: A protração maxilar com ancoragem esquelética intrabucal (I-SAMP) tem sido considerada um tratamento efetivo para a má oclusão esquelética de Classe III. Objetivo: O presente estudo in silico avaliou, usando análise de elementos finitos, a influência de diferentes direções da força dos elásticos Classe III com ancoragem esquelética intrabucal nas mudanças no complexo craniomaxilofacial. Métodos: Um modelo de elementos finitos tridimensional (3D) dos ossos craniomaxilofaciais, incluindo as suturas circum-maxilares, foi construído, com alta semelhança biológica. Uma montagem 3D de quatro miniplacas foi projetada e fixada na maxila e na mandíbula do modelo de elementos finitos. O modelo foi aplicado com o uso de 250g/força nas miniplacas em três angulações (10°, 20° e 30°) em relação ao plano oclusal, para medir as tensões e os deslocamentos, usando o programa ANSYS. Resultados: As suturas zigomaticotemporal, zigomaticomaxilar e esfenozigomática desempenharam um papel significativo no deslocamento para anterior e na rotação anti-horária da maxila e do zigoma, independentemente da angulação na aplicação da força. Os deslocamentos e as rotações do complexo zigomático-maxilar diminuíram gradualmente com o aumento de 10° para 30° no ângulo de aplicação da força entre as miniplacas. A mandíbula apresentou deslocamento irrelevante, com rotação no sentido horário. Conclusões: Os efeitos do tratamento com I-SAMP foram corroborados, com um vislumbre dos padrões de deslocamento e das suturas envolvidas, que não existiam nos estudos com imagens 2D e 3D realizados anteriormente. A angulação dos elásticos Classe III ancorados esqueleticamente deve ser a menor possível, visto que o deslocamento do complexo zigomático-maxilar aumenta com a redução no ângulo dos elásticos.

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)

Biomechanical behavior of implants with prosthetic connection of the morse (Cone) type, with different angulations at the implant-abutment interface in multiple dental prostheses: a finite element study / Comportamento biomecânico de implantes com conexão protética tipo morse (cônica), com diferentes angulações na interface implante-pilar em próteses múltiplas: estudo de elementos finitos

ABSTRACT Objective: Evaluate the biomechanical behavior of the influence of different internal angles of conical prosthetic connections in fixed partial prostheses of three elements, through the tridimensional finite element method. Methods: Two different models of segment of the posterior portion of the mandible, with two implants with conical connections at angulations of 11.5 and 16 degrees. Afterwards, and occlusal load of 180N was used, and divided into 2 points of application on the premolar, and 400N divided into 5 points of application on the molar. Data were acquired as the tensile, compressive and shear stresses on cortical and medullary bone, and von Mises stresses on implants and prosthetic components of two implants in both in three-unit fixed partial prosthesis. In the quantitative analysis, both in cortical and medullary bone, the tension peaks in tensile, compression, and shear forces were higher for the CM16 group. Results: When analyzing qualitatively, the cortical and medullary bones presented a greater stress around the implant platform with a higher incidence in the implant in the molar region. In the von Misses analysis in both groups, the tensions were concentrated in the cervical region of the implants, in the first threads, in the premolar and molar regions. Regarding prosthetic pillars, the stress concentration was located in the region of contact with the implant. Conclusion: The increased angulation of conicity of the internal conical connections represents a determinant factor to increase in stress concentration in the implants, prosthetic components and adjacent structures, such as the cortical and medullary bone.

RESUMO Objetivo: Avaliar a influência das diferentes angulações internas de conexões protéticas cônicas em próteses parciais fixas de três elementos, em relação a distribuição de tensões no osso cortical e medular adjacente, também como nos implantes e componentes protéticos através do método dos elementos finitos. Métodos: Foram analisados de forma quantitativa e qualitativa, através do método de elementos finitos, as tensões de tração, compressão e cisalhamento no osso cortical e medular, e tensões de von Misses nos implantes e componentes protéticos de dois implantes, um com conexão cônica de 11.5 graus e o outro de 16 graus. Ambos em prótese múltipla de três elementos. Resultados: Na análise quantitativa, tanto no osso cortical quanto no medular, os picos de tensão nas forças de tração, compressão, e de cisalhamento foram maiores para o grupo CM16, se comparado ao CM11,5, exceto a força de cisalhamento do osso cortical, que obteve valores muito próximos em ambos os grupos. Ao se analisar qualitativamente, os ossos corticais e medulares apresentaram um maior stress ao redor da plataforma dos implantes com incidência maior no implante na região do molar. Na análise von Misses em ambos os grupos, as tensões concentraram-se na região cervical dos implantes, nas primeiras roscas, nas regiões de pré-molar e molar. No que diz respeito aos pilares protéticos, a concentração de tensões foi localizada na região de contato com o implante. Conclusão: Podemos concluir que conforme o ângulo da interface implante-pilar aumenta, ocorre uma incidência maior de tensões em todas as áreas envolvidas nesse estudo.

The effect of attachment types and implant level on the stress distribution in a mandibular overdenture: a 3D Finite Element Analysis / O efeito dos tipos de sistemas de retenção e nível dos implantes na distribuição de tensões em overdentures mandibulares: Análise por Elementos Finitos 3D

Objective: The objective of this study was to evaluate the stress distribution in bone-surrounding implants placed in different levels in a mandibular overdenture. Material and Methods: A Computerized Tomography (CT) scan of an edentulous mandible was used to generate the models. Two implants with an internal connection were placed perpendicular to the occlusal plane in the Canine sites of the mandible. The implant in the left side was placed 1mm higher than the other side. Dolder bar and ball attachments were designed. Loading was performed by clenching the teeth with reconstruction of the muscles. In the anterior loading condition, force was applied to the central incisors and in the posterior loading conditions, it was applied to the molars and premolars. Then the Maximum Principal Stresses in the peri implant bone was evaluated with finite element analysis. Results:In both models, the highest stress values were recorded in the cortical bone surrounding the higher implant except in the ball model with unilateral load application on the right side (64.7 MPa). In almost all loading conditions the stress value differences in models with bar and ball attachments were low. Only in the anterior loading condition, the stress magnitude was higher in two implants of the ball model (60.5 MPa in the left side and 21 MPa in the right side) compared to the bar model (54.5 MPa in the left side and 17.5 MPa in the right side). Conclusion: The stress concentration did not affected considerably by the attachment system. High stress values were found adjacent the implant with a higher level. To reduce the amount of stress, bilateral balance occlusion should be considered. (AU)

Objetivo: O objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição de tensões em tecido ósseo ao redor de implantes instalados em diferentes níveis em uma Overdenture mandibular. Material e Métodos: Uma tomografia computadorizada (TC) de uma mandíbula edêntula foi usada para gerar os modelos. Dois implantes de conexão interna foram instalados perpendicularmente ao plano oclusal na região de caninos inferiores. O implante do lado esquerdo foi instalado 1mm acima do que do lado direito. A barra Dolder e o pilar tipo bola foram projetados. A carga foi realizada apertando os dentes com reconstrução dos músculos. Na condição de carga anterior, a força foi aplicada nos incisivos centrais e nas condições de carga posterior, foi aplicada nos molares e pré-molares. Em seguida, as Tensões Máximas Principais no osso periimplantar foram avaliadas com análise de elementos finitos. Resultados: Em ambos os modelos, os maiores valores de tensão foram registrados ao redor do osso cortical ao redor do implante superior, exceto no modelo tipo bola com aplicação de carga unilateral no lado direito (64,7 MPa). Em quase todas as condições de carregamento, as diferenças nos valores de tensão nos modelos com fixações de barra e tipo bola foram baixas. Apenas na condição de carregamento anterior, a magnitude da tensão foi maior em dois implantes do modelo tipo bola (60,5 MPa no lado esquerdo e 21 MPa no lado direito) em relação ao modelo barra (54,5 MPa no lado esquerdo e 17,5 MPa no lado direito). Conclusão:A concentração de tensão não foi afetada considerando o sistema de retenção. Maiores valores de tensão foram encontrados adjacentes ao implante com um nível mais alto. Para reduzir a quantidade de tensão, a oclusão bilateral balanceada deve ser considerada.(AU)

Análise tridimensional por elementos finitos do comportamento mecânico de incisivos e pré-molares com rizogênese incompleta após apicificação e procedimento regenerativo / Three-dimensional finite element analysis of the mechanical behavior of incisors and premolars with incomplete root formation after apexification and revascularization

O tratamento endodôntico de dentes com rizogênese incompleta e necrose pulpar é considerado um desafio para a endodontia. Técnicas de apicificação e procedimentos endodônticos regenerativos têm sido empregados com o objetivo de preservar e/ou restabelecer as estruturas comprometidas por tal condição. Entretanto, não existe consenso na literatura a respeito da manutenção da resistência mecânica após ambas as técnicas. Ferramentas computacionais foram inseridas na odontologia para auxiliar na interpretação de determinadas condições dentárias. Dentre tais ferramentas, a análise por elementos finitos (FEA) tem sido executada garantindo a reprodução de modelos que representem características físicas semelhantes à estrutura real. Assim, este estudo analisou o comportamento mecânico de dentes incisivos (I) e pré-molares (PM) com rizogênese incompleta submetidos aos tratamentos de apicificação e procedimento endodôntico regenerativo através da metodologia de FEA. Os modelos foram elaborados em software CAD Rhinoceros 7.0® com base em tomografias computadorizadas, e foram compostos por esmalte, dentina, polpa, ligamento periodontal, osso cortical, osso medular, guta-percha, MTA, coágulo sanguíneo e resina composta. Os grupos do estudo foram: a) I-Controle positivo; b) I-Controle negativo; c) I-Procedimento endodôntico regenerativo; d) I-Apicificação; e) PM-Controle positivo; f) PM-Controle negativo; g) PM-Procedimento endodôntico regenerativo e h) PM-Apicificação. Com os modelos finalizados, foi realizada a exportação para software de análise por elementos finitos Ansys® (version 13.0; Ansys, Canonsburg, PA). Após o modelamento das estruturas, as geometrias foram exportadas no formato STEP 214 Automotive Design (STP) e importadas para o CAE (Computer Aided Engeneering) do Ansys® (version 13.0; Ansys, Canonsburg, PA). Os modelos foram submetidos a cargas de 200 N no terço incisal palatino e em um ponto localizado no terço médio da região palatina. O carregamento foi direcionado a 45° em relação ao plano oclusal. O pré-processamento e pós-processamento foram realizados pelo programa Ansys® v.13.0. Os resultados estão apresentados em gráficos de tensão máxima principal, com seus valores numéricos representados em escala de cores. Foi observado, no grupo dos incisivos, melhores resultados de força de tração e compressão para o tratamento com apicificação quando comparado ao tratamento de revascularização. No grupo dos pré-molares, foi observado que o grupo de revascularização foi, tanto para tração quanto para compressão, melhor avaliado quando comparado ao grupo de apicificação (AU)

The endodontic treatment of teeth with incomplete root formation is considered a challenge for endodontics. Apexification techniques and regenerative endodontic procedures have been used in order to preserve and/or restore the structures compromised by this condition. However, there is no consensus in the literature regarding the maintenance of mechanical strength after both techniques. Computational tools have been introduced into dentistry to assist in the interpretation of certain dental conditions. Among such tools, finite element analysis (FEA) has been performed ensuring the reproduction of models that represent physical characteristics similar to the real structure. Thus, this study analyzed the mechanical behavior of teeth with incomplete root formation submitted to apexification treatments and regenerative endodontic procedure through the FEA methodology. The models were elaborated in Rhinoceros 7.0® CAD software based on computed tomography, and were composed of enamel, dentin, pulp, periodontal ligament, cortical bone, medullary bone, gutta-percha, MTA, blood clot and composite resin. The study groups were: a) I-Positive Control; b) I-Negative control; c) I-Regenerative endodontic procedure; d) I-Apexification; e) P-Positive control; f) P-negative control; g) P-Regenerative endodontic procedure and h) P-Apexification. With the finished models, they were exported to Ansys® finite element analysis software (version 13.0; Ansys, Canonsburg, PA). After modeling the structures, the geometries were exported in STEP 214 Automotive Design (STP) format and imported into Ansys® Computer Aided Engineering (CAE) (version 13.0; Ansys, Canonsburg, PA). The models were subjected to loads of 200 N in the palatal incisal third and at a point located in the middle third of the palatal region. The loading was directed at 45° to the occlusal plane. Pre-processing and post-processing were performed by the program Ansys® v.13.0. The results are presented in graphs of maximum principal tension, with their numerical values represented in a color scale, where it was observed, in the incisor group, better results of traction and compression force for the treatment with apexification when compared to the revascularization treatment. In the premolar group, it was observed that the revascularization group was, for both traction and compression, better evaluated when compared to the apexification group. (AU)

Mechanical and thermal stress analysis of hybrid ceramic and lithium disilicate based ceramic CAD-CAM inlays using 3-D finite element analysis / Análise do estresse mecânico e térmico de inlays de cerâmica hibrida e de cerâmica a base de dissilicato de lítio através da análise em 3D de elementos finitos

Objective: The aim of this study was to analyze mechanical and thermal stresses of hybrid ceramic and lithium disilicate based ceramic of CAD/CAM inlays using 3D Finite element analysis. Material and Methods:A three dimensions finite element model of permanent maxillary premolar designed according to standard anatomy with class II cavity preparation for inlay restored with two different ceramic materials: 1- Hybrid ceramic (Vita Enamic), 2- Lithium disilicate based ceramic (IPS e.max CAD). Totally six runs were performed on the model as: One loading case for each restorative material was tested in stress analysis; seven points of loading with 140N vertically applied at palatal cusp tip and cusp slop, marginal ridges and central fossa while the models base was fixed as a boundary condition in the two cases. Two thermal analysis cases were performed for each restoration material by applying 5ºC and 55ºC on the crown surface including the restoration surface. Results:The results of all structures were separated from the rest of the model to analyze the magnitude of stress in each component. For each group, maximum stresses on restorative materials, cement, enamel, and dentin were evaluated separately. Both ceramic materials generated similar stress distribution patterns for all groups when a total occlusal load of 140 N was applied. Conclusion: Thermal fluctuations of temperature have a great influence on the stresses induced on both restoration and tooth structure. IPS e.max CAD produced more favorable stresses on the tooth structure than Vita Enamic. (AU)

Objetivo: O objetivo deste estudo foi analisar o estresse mecânico e térmico de inlays de cerâmica hibrida e a base de dissilicato de lítio através da análise em 3D de elementos finitos. Material e Métodos: Foi realizado o design de um modelo de três dimensões em elementos finitos de um pré-molar superior de acordo com os padrões anatômicos de um preparo de cavidade classe II para restauração de inlay em dois tipos de cerâmicas diferentes: 1 Cerâmica hibrida (Vita Enamic), 2 ­ Cerâmica a base de dissilicato de lítio (IPS e.max CAD). No total, seis execuções foram realizadas no modelo como: Uma carga para cada material restaurador foi testado para análise de tensão; sete pontos de carga com 140N foi aplicado verticalmente na ponta da cúspide palatina, saliência da cúspide, cristas marginais e fossa central enquanto a base do modelo foi fixada como uma condição de limite nos dois casos. Duas análises térmicas foram realizadas para cada material de restauração, aplicando 5ºC e 55ºC na superfície da coroa, incluindo a superfície da restauração. Resultados: Os resultados de todas as estruturas foram separados do resto do modelo para analisar a magnitude do estresse de cada componente. Para cada grupo, o máximo de estresse nos materiais restauradores, cemento, esmalte e dentina foram avaliados separadamente. Padrões similares de distribuição de estresse foram gerados em todos os grupos para ambos os materiais cerâmicos, quando a carga oclusal de 140 N foi aplicada. Conclusão: As variações térmicas de temperatura têm uma grande influência nas tensões induzidas na restauração e na estrutura dentária. IPS e.max CAD produziu tensões mais favoráveis na estrutura dentária do que o Vita Enamic (AU)