Comparative evaluation of displacement and stress distribution pattern during mandibular arch distalization with extra and inter-radicular mini-implants: a three-dimensional finite element study

ABSTRACT Objective: To compare the initial stress distribution and displacement on mandibular dentition using extra and inter-radicular mini-implants for arch distalization, by means of finite element analysis. Methods: For this study, two finite element models of the mandible were designed. The models consisted of periodontal ligament (PDL) and alveolar bone of all teeth until second molars. In the Case 1, bilateral extra-radicular buccal-shelf stainless steel mini-implants (10.0-mm length; 2.0-mm diameter) were placed between first and second permanent molars. In the Case 2, bilateral inter-radicular stainless steel mini-implants (10.0-mm length; 1.5-mm diameter) were placed between second premolar and first permanent molar. Power hook was attached between canine and first premolar at a fixed height of 8mm. In the two cases, 200g of distalization force was applied. ANSYS v. 12.1 software was used to analyze and compare von Mises stress and displacement in the mandibular dentition, PDL and bone. Results: Higher stresses were observed in mandibular dentition with the inter-radicular implant system. The amount of von Mises stress was higher for cortical bone (85.66MPa) and cancellous bone (3.64MPa) in Case 2, in comparison to cortical bone (41.93MPa) and cancellous bone (3.43MPa) in Case 1. The amount of arch distalization was higher for mandible in Case 1 (0.028mm), in comparison to Case 2 (0.026mm). Conclusion: Both systems were clinically safe, but extra-radicular implants showed more effective and controlled distalization pattern, in comparison to inter-radicular implants, in Class III malocclusion treatment.

RESUMO Objetivo: Comparar a distribuição da tensão inicial e o deslocamento na dentição inferior usando mini-implantes extra e inter-radiculares para distalização da arcada, por meio da análise de elementos finitos. Métodos: Dois modelos de elementos finitos da mandíbula foram criados, os quais consistiram de ligamento periodontal (PDL) e osso alveolar de todos os dentes até os segundos molares. No Caso 1, mini-implantes extra-radiculares de aço inoxidável (10,0 mm de comprimento; 2,0 mm de diâmetro) foram colocados bilateralmente na buccal-shelf entre o primeiro e o segundo molares permanentes. No Caso 2, mini-implantes de aço inoxidável inter-radiculares (comprimento de 10,0 mm; diâmetro de 1,5 mm) foram colocados bilateralmente entre o segundo pré-molar e o primeiro molar permanentes. Um Power hook foi preso entre o canino e o primeiro pré-molar a uma altura fixa de 8mm. Nos dois casos, foi aplicada força de distalização de 200g. O software ANSYS v. 12.1 foi usado para analisar e comparar a tensão de von Mises e o deslocamento na dentição inferior, ligamento periodontal e osso. Resultados: Maiores tensões foram observadas na dentição inferior com o sistema de implantes inter-radiculares. A quantidade de tensões de von Mises foi maior para osso cortical (85,66MPa) e osso esponjoso (3,64MPa) no Caso 2, em comparação com osso cortical (41,93MPa) e osso esponjoso (3,43MPa) no Caso 1. A quantidade de distalização da arcada inferior foi maior no Caso 1 (0,028 mm), em comparação com o Caso 2 (0,026 mm). Conclusão: Ambos os sistemas foram clinicamente seguros, mas os implantes extra-radiculares mostraram um padrão de distalização mais eficaz e controlado, em comparação com os implantes inter-radiculares, para tratamento da má oclusão de Classe III.

Von Mises stresses on Mushroom-loop archwires for incisor retraction: a numerical study

ABSTRACT Objective: To perform a numerical simulation using FEM to study the von Mises stresses on Mushroom archwires. Methods: Mushroom archwires made of titanium-molybdenum alloy with 0.017 x 0.025-in cross-section were used in this study. A YS of 1240 MPa and a Young's modulus of 69 GPa were adopted. The archwire was modeled in Autodesk Inventor software and its behavior was simulated using the finite element code Ansys Workbench (Swanson Analysis Systems, Houston, Pennsylvania, USA). A large displacement simulation was used for non-linear analysis. The archwires were deformed in their extremities with 0° and 45°, and activated by their vertical extremities separated at 4.0 or 5.0 mm. Results: Tensions revealed a maximum of 1158 MPa at the whole part of the loop at 5.0mm of activation, except in a very small area situated at the top of the loop, in which a maximum of 1324 Mpa was found. Conclusions: Mushroom loops are capable to produce tension levels in an elastic range and could be safely activated up to 5.0mm.

RESUMO Objetivo: Realizar uma simulação numérica, por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), para obter as tensões de von Mises em arcos Mushroom. Métodos: Foram usados arcos com geometria Mushroom de titânio-molibdênio, com secção transversal 0,017" x 0,025". Adotou-se valores de tensão de escoamento (σesc) de 1.240 MPa e módulo de elasticidade (E) de 69 GPa. O arco foi modelado por meio do software Autodesk Inventor, e seu desempenho foi simulado utilizando-se o software de elementos finitos Ansys Workbench (Swanson Analysis System, Houston, Pennsylvania, EUA). Para a simulação, foi considerada a análise para grandes deslocamentos. O arco foi conformado em suas extremidades considerando-se planos de 0° e 45°, pré-ativado em 2,5mm e ativado por meio de suas extremidades verticais, separadas 4,0 mm ou 5,0 mm. Resultados: As tensões revelaram um valor máximo de 1.158 MPa na maior parte da alça, aos 5,0 mm de ativação, com exceção de uma área muito pequena, com valor de 1.324 MPa, situada no topo da alça. Conclusões: Os arcos Mushroom são capazes de produzir níveis de tensão situados dentro da região elástica e poderiam ser ativados com segurança até os 5,0 mm de ativação.

Utilização de modelos geométricos simplificados de uma córnea para fins de otimização / Use of simplified geometrical models of a cornea for optimization purposes

Resumo Otimização por Enxame de Partículas (PSO) é uma técnica de inteligência artificial (AI), que pode ser usada para encontrar soluções aproximadas para problemas numéricos de maximização e minimização extremamente difíceis. Neste trabalho, utilizou-se um algoritmo PSO para comparar os deslocamentos sofridos por uma amostra de córnea humana submetida à uma pressão interna de 45 mmHg com resultados de simulações numéricas e identificar valores otimizados para propriedades hiperelásticas da córnea (µ e α). Por meio dos resultados das simulações via análise inversa pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), em conjunto com o algoritmo PSO, foram encontrados valores otimizados de µ = 0,047 e α = 106,7. Quando comparado com resultados otimizados por meio de um software comercial, foram encontrados erros de aproximadamente 0,15%. Por meio dos resultados obtidos, verificou-se ainda que, variando os valores dos coeficientes de inércia da partícula no algoritmo PSO, os resultados podem sofrer ligeira melhoria, o que demonstra potencial uso do PSO em conjunto com análise inversa do MEF para caracterização de materiais hiperelásticos, utilizando modelos geométricos simplificados

Abstract Particle Swarm Optimization (PSO) is an artificial intelligence technique (AI) that can be used to find approximate solutions to numerical problems of maximization and minimization. In this study, it was used a PSO algorithm to compare displacements from human cornea sample subjected to internal pressure of 45 mmHg with Results of numerical simulations were provided which identified optimized values for hyperelastic properties of the cornea (µ and α). By means of the results from numerical simulations via inverse analysis by the Finite Element Method (FEM), in conjunction with the PSO algorithm, optimized values of µ = 0.047 and α = 106.7 were found. When compared with optimized results from commercial software, errors around 0.15% were found. Results showed that, varying the values of particle inertia coefficients in the PSO algorithm, simulated displacements have improved when compared to experimental data. This demonstrates the potential use of PSO algorithm in conjunction with the FEM inverse analysis for hyperelastic materials characterization, using simplified geometrical models

Conceito all-on-four em maxila atrófica ­ análise pelo método dos elementos finitos 3D (3D-MEF) / All-on-four concept for atrophic maxillae ­ 3D finite element analisys (3D-FEA)

Objetivo: avaliar o comportamento biomecânico de uma prótese fixa com quatro implantes unidos em uma maxila edêntula atrófica, pelo método dos elementos finitos (MEF). Material e métodos: em uma mandíbula totalmente desdentada, foram colocados dois implantes posteriores, inclinados, seguindo a parede anterior do seio maxilar, e dois implantes paralelos na região anterior. Estes quatro implantes foram ligados por uma barra rígida simulando uma prótese fixa, com ou sem extensão distal de 10 mm. As análises foram feitas variando a intensidade do carregamento (100 N, 50 N e 25 N), a direção de aplicação (axial e não axial), bem como a presença ou ausência de cortical em volta dos implantes, simulando carga tardia e carga imediata, respectivamente. Resultados: os resultados mostraram não haver diferenças em relação à presença ou ausência da lâmina dura. A presença da extensão distal na prótese fixa (cantiléver) aumentou significativamente a quantidade de tensão (156,6 MPa), comparado ao modelo sem a extensão distal (52 MPa). Conclusão: a presença do cantiléver em prótese na maxila pelo conceito all-on-four sofre uma deformação em toda a prótese três vezes maior do que na sua ausência. Próteses fixas implantossuportadas imediatas e/ou mediatas mostraram comportamentos semelhantes, quando unidas por uma estrutura rígida.

Objective: to evaluate the biomechanical behavior of a fixed prosthesis over 4 dental implants splinted in the edentulous maxilla using the finite element analysis (FEA). Material and Methods: using a completely edentulous maxillary model, two inclined posterior implants were placed following the maxillary sinus wall, whereas two anterior implants were parallel to each other. A rigid bar was designed to connect these four implants, simulating a fixed prosthesis with a 10 mm distal extension. The analyses were made varying the load intensities (100 N, 50 N, and 25 N), load direction (axial, non-axial), to simulate delayed and immediate loading protocols, respectively. Results: no differences were seen for the presence (delayed) or absence (immediate) of lamina dura. The presence of cantilever (distal extension) significantly increased the amount of maximum tension (156.6 MPa) when compared with models without cantilever (52 MPa). Conclusion: the cantilever extension in the all-on-four concept has a deformation three times higher than in the lack of it. Immediate/mediate implant-supported fixed prostheses demonstrated similar behavior when splinted by a rigid bar type.

Orthodontic intrusion of maxillary incisors: a 3D finite element method study

Objective: In orthodontic treatment, intrusion movement of maxillary incisors is often necessary. Therefore, the objective of this investigation is to evaluate the initial distribution patterns and magnitude of compressive stress in the periodontal ligament (PDL) in a simulation of orthodontic intrusion of maxillary incisors, considering the points of force application. Methods: Anatomic 3D models reconstructed from cone-beam computed tomography scans were used to simulate maxillary incisors intrusion loading. The points of force application selected were: centered between central incisors brackets (LOAD 1); bilaterally between the brackets of central and lateral incisors (LOAD 2); bilaterally distal to the brackets of lateral incisors (LOAD 3); bilaterally 7 mm distal to the center of brackets of lateral incisors (LOAD 4). Results and Conclusions: Stress concentrated at the PDL apex region, irrespective of the point of orthodontic force application. The four load models showed distinct contour plots and compressive stress values over the midsagittal reference line. The contour plots of central and lateral incisors were not similar in the same load model. LOAD 3 resulted in more balanced compressive stress distribution.

Objetivo: frequentemente, no tratamento ortodôntico, é necessário o movimento de intrusão dos incisivos superiores. Assim, o objetivo deste estudo é avaliar o padrão de distribuição inicial e magnitude das tensões compressivas no ligamento periodontal (LPD) na simulação da intrusão ortodôntica dos incisivos superiores, considerando os pontos de aplicação da força. Métodos: modelos anatômicos 3D reconstruídos a partir de tomografias computadorizadas de feixe cônico foram utilizados para simular os carregamentos da intrusão dos incisivos superiores. Os pontos eleitos para a aplicação das forças foram: centralizado entre os braquetes dos incisivos centrais (LOAD 1); bilateralmente, entre os braquetes dos incisivos centrais e laterais (LOAD 2); bilateralmente, distal aos braquetes dos incisivos laterais (LOAD 3); bilateralmente, 7mm distal ao centro dos braquetes dos incisivos laterais (LOAD 4). Resultados e Conclusões: as tensões concentraram-se na região apical do LPD, independentemente do ponto de aplicação da força ortodôntica; os quatro modelos de carregamento mostraram distribuição e valores de tensão compressiva distintos na linha mediana sagital de referência; os gráficos de distribuição das tensões não foram similares para os incisivos central e lateral no mesmo modelo de carregamento; o LOAD 3 resultou em uma distribuição mais equilibrada das tensões compressivas.

Biomecânica da união dente-implante com plataforma restauradora reduzida, sistema de retenção tipo cone morse e roscas quadradas: uma análise por elementos finitos / Biomechanics of tooth-implant union with restorative platform reduced, restraint system morse cone type and square threads: a finite element analysis

Objetivou-se, a partir do Método dos Elementos Finitos, avaliar a biomecânica da união dente-implante e implante-implante, além de estabelecer uma análise qualitativa com achados fotoelásticos prévios. Foram planejados quatro modelos tridimensionais: dois Modelos Teste (dentes unidos a implantes) e dois Modelos Controle (a mesma condição, porém implanto suportada). Os implantes (ANKYLOS® - Dentsply) apresentaram conexão cônica, roscas quadradas e pilares Switching. Suas dimensões, ângulos externos e pilares protéticos foram obtidos a partir de um projetor de perfil. Já, dentes e próteses, a partir da visão direta, tiveram suas formas externas construídas em plataforma CAD (SOLIDSWORKS). O suporte alveolar foi configurado como um retângulo (68/30/15 mm). Todos os pilares foram posicionados no suporte alveolar, conforme os modelos físicos pré-existentes, gerando modelos sólidos. O ligamento periodontal consistiu de uma camada de 0,25 mm de espessura em poliéter (Impregum Soft, 3M Espe). Os modelos de dentes foram produzidos em dentina, pilares e implantes em titânio puro, próteses em liga Níquel-Cromo (Ni-Cr), e o suporte alveolar em resina fotoelástica (Araldite® - Produtos Químicos Ciba S/A do Brasil). As propriedades da resina foram obtidas por meio de ensaio de tração. Carga pontual, vertical e estática, de 150 N, foi aplicada. Os resultados destes ensaios evidenciaram menor concentração de tensão no aspecto cervical de implantes do grupo teste. Ao se confrontar tais achados com os fotoelásticos anteriormente obtidos, foi possível estabelecer uma relação direta entre as áreas mais solicitadas para os modelos de prótese fixa (PF) de três elementos. Concluiu-se que, para as condições estudadas ¿ conexão cônica, roscas quadradas e restauração com Plataforma Switching ¿, unir dentes a implantes parece ser uma terapia clínica viável, sugerindo, inclusive, ser mais favorável que a união de implantes entre si. Além disso, a partir da afinidade positiva entre os achados das duas técnicas, pôde-se considerar validados os modelos matemáticos de prótese fixa de três elementos

The goal of this study was to evaluate, from the Finite Element Method, the biomechanics of implant-tooth union and implant-implant and to establish a qualitative analysis with previous photoelastic findings. Four three-dimensional models were planned: two Test Models (teeth attached to implants) and two Control Models (the same condition, however implant supported). The implants (ANKYLOS® - Dentsply) showed conical connection, square threads and Switching pillars. Their dimensions, external angles and abutments were obtained from a profile projector. Already, teeth and dentures, from direct view, had their external forms built in CAD platform (SOLIDSWORKS). Alveolar support wasconfigured as a rectangle (68/30/15 mm). All the pillars were placed in the alveolar support, as the pre-existing physical models, generating solid models. The periodontal ligament consists of a layer of 0.25 mm thick in polyether (Impregum Soft, 3M Espe). The models of teeth trumped up of dentin, abutments and implants of pure titanium, prosthetics of Nickel-Chrome (Ni-Cr) alloy and alveolar support in photoelastic resin (Araldite® - Chemicals Ciba S/A of Brazil). The resin properties were obtained by traction tests. Punctual and vertical static load of 150 N was applied. The results of these tests showed lower concentration of tension in the cervical aspect of the test group implants. When comparing these findings with the photoelastic previously found, it was possible to establish a direct relation between the areas most requested for fixed prosthesis (FP) models of three elements. It was concluded that, for the studied conditions tapered connection, square threads and Platform Switching restoration , joining teeth implants seems to be a viable clinical therapy, suggesting, inclusive, to be more favorable than to join implants each other. Moreover, from the positive affinity between the findings of the two techniques, it was possible to consider validated the mathematical models of fixed prosthesis of three elements

Distribuição das tensões promovidas por implantes cone morse inseridos em diferentes níveis ósseos: análise fotoelástica e método dos elementos finitos / Stress distribution promoted by morse taper connection implants inserted in different bone levels: photoelastic analysis and finite element method

Ainda não existe um consenso sobre o nível em que os implantes cone Morse devem ser inseridos em relação à crista ósse alveolar. A literatura mostra diversas pesquisas em animais e laboratoriais com implantes posicionados acima, abaixo ou ao nível da crista. Contudo, diferentes metodologias e técnicas dificultam a definição do melhor nível de localização. O presente trabalho optou por analisar qualitativa e quantitativamente por meio da fotoelasticidade e do método dos elementos finitos (MEF), implantes em diferentes níveis de inserção sob carga compressiva estática, visando elucidar esse tema. Quatro níveis foram simulados: 1 mm acima da crista (AC); ao nível da crista (AN); 1 mm abaixo da crista sem aposição óssea sobre a plataforma (AB-S); e 1 mm abaixo da crista com aposição óssea sobre a plataforma (AB-C). Os resultados fotoelásticos demonstraram maiores valores de ordem de franja na região apical e menores na região cervical, em todos os modelos, independente do tipo de carga. No MEF verificou-se que o aprofundamento do implante da posição AC para AB-S reduziu progressivamente as tensões de von Mises na região cortical independente do tipo de carga, respectivamente, 0,5595 - 0,3842 Mpa nas cargas cêntricas e 1,5261 - 0,9787 MPa nas excêntricas. Concluiu-se que houve redução na concentração de tensões posicionado-se o implante abaixo do crista óssea e uma tendência de aumento de tensão nas amostras AB-C, provavelmente devido à tração do osso existente sobre a plataforma do implante.

There is still no consensus on the level that the Morse taper implants should be inserted in relation to the alveolar crestal bone. The literature shows several studies in animals and laboratory implant positioned above, at level or subcrestal. However, different methodologies and techniques make it difficult to define the best level of the implant. This study analyzes qualitatively and quantitatively by using photoelastic analysis and the finite element method (FEM), implants at different levels under static compressive load, to elucidate this issue. Four levels were simulated: 1 mm above the crest (AC); the crest level (AN); 1 mm below the crest free bone apposition on the platform (AB-S); and 1 mm below the crest with bone apposition on the platform (ABC). Photoelastic results demonstrated higher fringe order of values in the apical region and lower in the cervical region, in all models, regardless of the loading type. In MEF found that the deepening of the implant position from AC to AB-S progressively reduced von Mises equivalent stresses in cortical region independent of the load type, respectively, 0.5595 - 0.3842 MPa in centric loads and 1.5261 - 0.9787 MPa in eccentric loads. It was concluded that there was a reduction in stress concentration on the implant positioned below the alveolar crest and a tendency of an increase in tension in the AB-C samples, probably due to traction on the existing bone implant platform.

ANÁLISIS LINEAL Y NO LINEAL DE LOS ESFUERZOS EN PILARES DE CIRCONIO PREFORMADOS. ELEMENTOS FINITOS / LINEAR AND NONLINEAR ANALYSIS EFFORTS IN ABUTMENTS OF PREFORMED ZIRCONIUM. FINITE ELEMENT / ANÁLISE LINEAR E NÃO-LINEAR DE ESFORÇOS NOS PILARES DO ZIRCÓNIO PREFORMADOS. ELEMENTOS FINITOS

Este estudio pretendió determinar el comportamiento mecánico entre pilares de Zirconio Zimmer® con anillo de Titanio en la base y sin ella, utilizando el método de análisis de elementos finitos Métodos: se diseñaron dos modelos de pilar en Zirconio sobre implante, conformados además por un implante de Titanio Zimmer® tornillo de unión, hueso cortical y hueso esponjoso y una corona cerámica de un incisivo central superior. Se aplicó fuerza en sentido oblicuo con una magnitud de 200N, ascendiendo en escala de 200N hasta que algún elemento superara el límite de proporcionalidad. Se calcularon los esfuerzos von Mises para cada elemento. Resultados: No se observaron diferencias en la magnitud de los esfuerzos de von Mises entre el pilar con anillo de Titanio y sin él; (280,1 MPa con anillo en Titanio, 280,4 MPa sin él) pero sí en el tornillo y el implante, siendo menores los esfuerzos para el modelo con anillo de Titanio (474 MPa 15 vs 576,7 MPa). El hueso y la corona reportaron no linealidad a 600N, implante y tornillo a 1000N y ambos pilares de Zirconio a 1400N. Conclusiones: Cuando el esfuerzo de precarga aplicado a ambos modelos es el recomendado, no hay diferencias entre los dos pilares.

The purpose of this study was to determine the mechanical behavior between Zimmer® zirconium implant abutments with and without a titanium washer at their base, by using the finite element analysis (FEA). Materials and Methods: two models of a zirconium abutment on implants were designed, composed of a Zimmer® titanium implant a fixation screw, cortical and cancellous bone, and the ceramic crown of an upper central incisor. An oblique force was applied with a magnitude of 200N, ascending in a scale of 200N until any of the components of the model exhibited a nonlinear behavior. Von Mises stresses were calculated for each element. Results: No significant differences on von Mises stresses were observed between the abutments with and without a titanium washer (280, 1MPa with a titanium washer, and 280, 4 MPa without it) but differences were found at the fixation screw and the implant: the stresses were lower in the model with a titanium washer (474MPa vs 576,7MPa). Both the bone and the crown exhibited non linearity at 600N, the implant and the screw at 1000N, and both zirconium abutments at 1400N. Conclusions: When the preload stress applied to both models is the adequate, no mechanical behavior differences between the abutments occur.

Este estudo procurou determinar o comportamento mecânico entre pilares anel Zimmer® Zircônio Titanium na base e sem ela, usando o método de análise de elementos finitos Métodos: Dois modelos de zircônia pilar no implante projetados também formadas por um implante Titanium parafuso de ligação Zimmer®, osso cortical e osso esponjoso e uma coroa de cerâmica de um incisivo central superior. A força foi aplicada com um ângulo com uma amplitude de 200N, 200N escala crescente, até um elemento excedido o limite de proporcionalidade. Esforços von Mises, foram calculados para cada elemento. Resultados: Não foram observadas diferenças na magnitude dos esforços von Mises entre Titanium anel de encosto sem ele; (280,1 MPa Titanium anel, 280,4 MPa sem ele), mas no parafuso eo implante, com esforços menores para o modelo com anel de titânio (474 vs 576,7 MPa 15 MPa). Osso e coroa não-linearidade informou a 600N, implante de parafuso 1000N e zircônio dois pilares 1400N. Conclusão: Quando a pré-carga esforço aplicado para ambos os modelos é recomendado, não há diferenças entre os dois pilares.

Avaliação das propriedades nanomecânicas e do comportamento micromecânico da interface dentina/adesivo antes e após a degradação hidrolítica: análises através de nanoindentação e método dos elementos finitos tridimensional / Nanomechanical properties and micromechanical evaluation of dentin/adhesive interface after hydrolytic degradation: a nanoindentation and tridimensional finite element analyses

OBJETIVO: Avaliar a morfologia, a nanoinfiltração, o módulo de elasticidade e o comportamento micromecânico da interface dentina-adesivo (d-a) de espécimes submetidos à degradação, 24 horas após os procedimentos restauradores (T0), e 12 meses após armazenamento em solução de Hanks (T1). MATERIAL E MÉTODO: Cinco sistemas adesivos foram utilizados: SBMU – ScotchBond Multi-Uso; CSEB – Clearfil SE Bond; OUB – One-Up-Bond F; AEO – Adper Easy One; P90 – Adesivo autocondicionante P90. Cinquenta e dois terceiros molares humanos hígidos foram utilizados, 10 para cada grupo (n=10). Dois dentes foram utilizados para a análise da dentina. A espessura da CH e do adesivo, e o comprimentos dos tags foram mensurados no microscópio eletrônico de varredura (MEV). A nanoinfiltração na interface d-a foi avaliada em T0 e T1 através do MEV. Quinze indentações foram feitas em cada estrutura da interface d-a para cada tempo de análise, para se obter o módulo de elasticidade. Cinco modelos de um espécime em dentina, restaurado com resina composta (41x41x82 μm), com dimensões e módulo de elasticidade baseados nos testes laboratorais, foram elaborados utilizando o programa SolidWorks 2010, representando os grupos em uma situação de união ideal, e para os 2 tempos de análise (T0 e T1). Utilizou-se o programa de elementos finitos foi utilizado (AnsysWorkbench 14.0) para obtenção da tensão máxima principal. O teste Anova e post-hoc Teste-T, empregando-se modelos lineares mistos foram usados para verificar a diferença estatística no teste de nanoinfiltração e nanoindentação. O teste de Anova e HolmSidak foi utilizado para análise das dimensões. RESULTADOS: A CH mais espessa e os tags mais longos ocorreram para o SBMU (p<0,05). Houve redução no módulo de elasticidade da CH e dentina de T0 para T1 em todos os grupos (p<0,05). Não houve redução no módulo de elasticidade no adesivo do SBMU e P90 (p>0,05). Ocorreu aumento da nanoinfiltração de T0 para T1 em todos os grupos (p<0,05), exceto...

OBJECTIVE: To evaluate the morphology, nanoleakage, elastic modulus and micromechanical behavior of dentin-adhesive (d-a) interface of specimens subjected to degradation, 24 hours after restorative procedures (T0) and 12 months after storage in Hanks’ solution (T1). MATERIAL AND METHODS: Five adhesive systems were used (5 groups): SBMP – Scotchbond Multi-Purpose; CSEB – Clearfil SE Bond; OUB – One-Up Bond F-; AEO – Adper Easy One; P90 – Self-etching adhesive P90. Fifty two human sound third molars were used, 10 teeth for each group (n=10). The other two teeth were used to analysis the dentin morphology. At least 4 fragments of d-a interface (specimens) were obtained in mesio-distal direction from each tooth. Fifteen indentations were done for each structure in each time of analysis. Five models of dentin restored with composite resin (41x41x82 mm) were built using the software SolidWorks 2010, representing the groups analyzed in the laboratory tests in an ideal scenario. Other two models per group were built simulating the two times of analysis (T0 and T1). The dimensions and mechanical properties of the models followed the data obtained in the laboratory tests. The numerical analysis was performed using the finite element (AnsysWorkbench 14.0) to obtain the maximum principal stress. Two-way Anova linear mixed models and post-hoc T-test were used to determine the statistical significance from nanoindentation and nanoleakage tests. The test One-way ANOVA and HolmSidak (p <0.05) were used for analysis of the SEM measurements. RESULTS: The thickest hybrid layer and bigger tags were found for SBMU (p<0.05). There were decrease in elastic modulus for HL and dentin for all groups (p<0.05). There were no decrease in elastic modulus on adhesive layer for SBMU and P90 (p>0.05). There increase of nanoleakage between T0 and T1 for all groups (p<0.05), except for CSEB (p>0,05). The stress levels increase from T0 to T1, and the Hl in contact wirt peritubular dentin was...

Avaliação das propriedades nanomecânicas e do comportamento micromecânico da interface dentina/adesivo antes e após a degradação hidrolítica: análises através de nanoindentação e método dos elementos finitos tridimensional / Nanomechanical properties and micromechanical evaluation of dentin/adhesive interface after hydrolytic degradation: a nanoindentation and tridimensional finite element analyses

OBJETIVO: Avaliar a morfologia, a nanoinfiltração, o módulo de elasticidade e o comportamento micromecânico da interface dentina-adesivo (d-a) de espécimes submetidos à degradação, 24 horas após os procedimentos restauradores (T0), e 12 meses após armazenamento em solução de Hanks (T1). MATERIAL E MÉTODO: Cinco sistemas adesivos foram utilizados: SBMU – ScotchBond Multi-Uso; CSEB – Clearfil SE Bond; OUB – One-Up-Bond F; AEO – Adper Easy One; P90 – Adesivo autocondicionante P90. Cinquenta e dois terceiros molares humanos hígidos foram utilizados, 10 para cada grupo (n=10). Dois dentes foram utilizados para a análise da dentina. A espessura da CH e do adesivo, e o comprimentos dos tags foram mensurados no microscópio eletrônico de varredura (MEV). A nanoinfiltração na interface d-a foi avaliada em T0 e T1 através do MEV. Quinze indentações foram feitas em cada estrutura da interface d-a para cada tempo de análise, para se obter o módulo de elasticidade. Cinco modelos de um espécime em dentina, restaurado com resina composta (41x41x82 μm), com dimensões e módulo de elasticidade baseados nos testes laboratorais, foram elaborados utilizando o programa SolidWorks 2010, representando os grupos em uma situação de união ideal, e para os 2 tempos de análise (T0 e T1). Utilizou-se o programa de elementos finitos foi utilizado (AnsysWorkbench 14.0) para obtenção da tensão máxima principal. O teste Anova e post-hoc Teste-T, empregando-se modelos lineares mistos foram usados para verificar a diferença estatística no teste de nanoinfiltração e nanoindentação. O teste de Anova e HolmSidak foi utilizado para análise das dimensões. RESULTADOS: A CH mais espessa e os tags mais longos ocorreram para o SBMU (p<0,05). Houve redução no módulo de elasticidade da CH e dentina de T0 para T1 em todos os grupos (p<0,05). Não houve redução no módulo de elasticidade no adesivo do SBMU e P90 (p>0,05). Ocorreu aumento da nanoinfiltração de T0 para T1 em todos os grupos (p<0,05), exceto...

OBJECTIVE: To evaluate the morphology, nanoleakage, elastic modulus and micromechanical behavior of dentin-adhesive (d-a) interface of specimens subjected to degradation, 24 hours after restorative procedures (T0) and 12 months after storage in Hanks’ solution (T1). MATERIAL AND METHODS: Five adhesive systems were used (5 groups): SBMP – Scotchbond Multi-Purpose; CSEB – Clearfil SE Bond; OUB – One-Up Bond F-; AEO – Adper Easy One; P90 – Self-etching adhesive P90. Fifty two human sound third molars were used, 10 teeth for each group (n=10). The other two teeth were used to analysis the dentin morphology. At least 4 fragments of d-a interface (specimens) were obtained in mesio-distal direction from each tooth. Fifteen indentations were done for each structure in each time of analysis. Five models of dentin restored with composite resin (41x41x82 mm) were built using the software SolidWorks 2010, representing the groups analyzed in the laboratory tests in an ideal scenario. Other two models per group were built simulating the two times of analysis (T0 and T1). The dimensions and mechanical properties of the models followed the data obtained in the laboratory tests. The numerical analysis was performed using the finite element (AnsysWorkbench 14.0) to obtain the maximum principal stress. Two-way Anova linear mixed models and post-hoc T-test were used to determine the statistical significance from nanoindentation and nanoleakage tests. The test One-way ANOVA and HolmSidak (p <0.05) were used for analysis of the SEM measurements. RESULTS: The thickest hybrid layer and bigger tags were found for SBMU (p<0.05). There were decrease in elastic modulus for HL and dentin for all groups (p<0.05). There were no decrease in elastic modulus on adhesive layer for SBMU and P90 (p>0.05). There increase of nanoleakage between T0 and T1 for all groups (p<0.05), except for CSEB (p>0,05). The stress levels increase from T0 to T1, and the Hl in contact wirt peritubular dentin was...

Método dos elementos finitos (MEF) na implantodontia / Finite element method (FEM) in Implantology

Com a previsibilidade e longevidade alcançadas pelas reabilitações sobre implantes, uma atenção especial tem sido destacada no que diz respeito à dissipação de tensões em função dos materiais restauradores. Alguns métodos de pesquisa na área de Biomecânica são hoje utilizados na determinação da distribuição de tensões, deformações e deslocamentos, com a finalidade de solucionar problemas estruturais complexos e de analisar os campos de tensão/deformações gerados pelas interações mecânicas. Dentre esses métodos pode-se destacar o Método de Elementos Finitos (MEF), que é uma técnica pela qual pode ser recriado matematicamente o comportamento de um sistema físico determinado. Em outras palavras, um protótipo físico pode ser estudado mediante a criação de um modelo matemático preciso. Esse método faz uso de um computador para resolver um grande número de equações matemáticas, as quais simulam as propriedades físicas da estrutura a ser analisada. Este artigo tem por objetivo discutir a aplicabilidade do MEF na análise dos aspectos biomecânicos relacionados aos implantes dentários osseointegráveis.

With the predictability and longevity attained by restorations on implants, special attention has been highlighted concerning the stress distribution on the basis of restorative materials. Some methods of research in biomechanics are now used in determining the distribution of stresses, strains and displacements, in order to solve complex structural problems and to explore the fields of tension/strain generated by mechanical interactions. Among these methods can be highlighted the Finite Element Method (FEM). The FEM is a technique in which the behavior of a given physical system can be mathematically recreated. In other words, a physical prototype can be studied by creating a precise mathematical model. This method uses a computer to solve a large number of mathematical equations, which simulate the physical properties of the structure to be analyzed. This article aims to discuss the applicability of FEM in analyzing the biomechanical aspects related to osseointegrated implants.

Análise da dissipação das tensões em dentes humanos restaurados com facetas laminadas de cerâmica, com três tipos de preparos, através do método dos elementos finitos / Analysis of stress dissipation in human teeth restored with ceramic veneers, with three types of preparation, through the finite elements method

O objetivo deste trabalho é analisar in vitro a dissipação de tensões em incisivos centrais superiores humanos restaurados com facetas de cerâmica feldspática, através da análise do método dos elementos finitos, considerando cargas funcionais de mastigação e corte dos alimentos, em função de três tipos de preparos utilizados: sem proteção incisal; com proteção incisal em ângulo e com proteção incisal em degrau palatino. Foram utilizadas modelagens bidimensionais de um incisivo central superior e suas estruturas de suporte, simulando três situações: (Primeira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular (em forma de janela); (Segunda modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular e proteção incisal em plano inclinado; (Terceira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular, e proteção incisal com degrau palatino. Foi considerada uma carga (P=100N) com uma inclinação de 45º concentrada, simulando a região de contato do incisivo central inferior com o superior durante a mastigação e uma na região de contato topo a topo dos incisivos superior e inferior, simulando o corte dos alimentos. Após a análise dos dados obtidos pela distribuição de tensões, pode-se concluir que quanto à dissipação das tensões em todo o sistema proposto, com a aplicação de carga em 45º, não foram observadas mudanças no estado tensional nos três diferentes preparos. Quando foi aplicada carga vertical, simulando o contato de topo, houve variação no estado tensional no sistema do dente com preparo em janela. Nas facetas, com a aplicação de carga em 45º, nos preparos em janela e com proteção incisal em plano inclinado o resultado foi semelhante nos valores tensionais enquanto, nas facetas em dentes preparados com proteção incisal com degrau palatino, a distribuição foi mais homogênea tendo valores superiores, mostrando que o abraçamento do dente diminuiu a flexão.

The aim of this study is to analyze in vitro stress dissipation on human maxillary central incisors restored with ceramic feldspathic veneers, through the finite element method. Functional chewing and food cutting loads were evaluated in three types of preparations of teeth: preparation without incisal protection, with incisal angle protection and with incisal protection with palatal step. Two-dimensional modeling of a maxillary central incisor and its supporting structures were used, simulating three conditions: 1) First modeling - maxillary central incisor with facial preparation (window shape); 2) Second modeling - maxillary central incisor with facial preparation and incisal protection on an inclined plane; 3) Third modeling - maxillary central incisor with facial preparation and incisal protection with palatal step. The chosen load (P = 100N) was applied to two different points: one of them to the palatal aspect with an inclination of 45° in order to simulate the contact area of the mandibular and the maxillary central incisors during chewing and the other one to the region of contact with edge-to-edge upper/lower central incisors, simulating food cutting. After analyzing the data obtained from the stress distribution it is possible to conclude that there are no alterations in tensional characteristics of the three different preparations concerning the stress dissipation on the whole proposed system, considering the application of load in 45°. When the vertical load was applied, simulating an edge-to-edge contact, a variation in the stress state of tooth with window preparation was observed. For veneers with 45° load application, both the window preparation teeth and teeth with incisal protection on an inclined plane presented similar tensional values. For veneers of prepared teeth with incisal protection with palatal step, the stress distribution was more homogeneous with higher values, showing that tooth embracement reduced flexion.

Sistemas adesivos autocondicionantes: estudo micromecânico da interface de união através do método dos elementos finitos tridimensional / Self-etching adhesive systems: Micromechanical study of bonding interface through the three-dimensional finite element method

Introdução: Embora os sistemas adesivos autocondicionantes se caracterizem por desmineralizar e infiltrar a dentina simultaneamente, a presença de dentina alterada abaixo da camada híbrida tem sido reportada, sugerindo comportamento mecânico distinto. Proposição: Avaliar por meio do método dos elementos finitos tridimensional a influência da espessura da dentina parcialmente alterada no comportamento micromecânico de dois sistemas adesivos autocondicionantes. Materiais e Métodos: Foram elaborados 5 micro-modelos (M) simulando a interface dentina/adesivo (d/a) (82x41x41 μm), sendo: M1-representação da interface d/a baseada em sistema adesivo convencional de 2 passos; M2-representação de um sistema adesivo autocondicionante de 2 passos. Nos M3, M4 e M5 representação de um sistema adesivo autocondicionante de 1 passo, variando a espessura da camada de dentina parcialmente alterada em 0, 1,5 e 3 μm, respectivamente. Os modelos foram considerados isotrópicos, homogêneos e linearmente elásticos. A base de todos os modelos foi fixada nos eixos x, y e z, sendo aplicado um carregamento em tração (90º; 0,03 N) na face superior da resina composta. A análise numérica foi realizada para a obtenção da tensão principal máxima ( max). Resultados: o pico da max (MPa) foi encontrada no M5 (79,5), seguido do M4 (78,0) e do M3 (70). O topo dos tags foi o local mais solicitado em todos os modelos. Conclusão: O aumento da espessura da dentina parcialmente alterada aumentou a tensão na interface d/a; a ausência desta camada contribuiu para a menor concentração de tensão; o topo dos tags foi o local mais exigido na interface d/a

Introduction: Although the self-etching adhesives are characterized by etching and infiltrating simultaneously the dentin, the presence of an altered dentin layer has been showed by literature, which might show specific mechanical behavior. Proposition: To evaluate through 3-D finite element analysis the influence of the partially altered dentin thickness on the micromechanical behavior of the self-etch adhesives. Materials and Methods: 5 micro-models (M) were developed for simulating the dentin/adhesive (d/a) interface (82x41x41 μm): M1-representation of the d/a interface based on 2 steps conventional adhesive system; M2-d/a interface based on 2 steps self-etch adhesive system M3, M4 and M5 – d/a interface based on all-in-one adhesive system, varying the thickness of the partially altered dentin (0, 1.5 and 3 μm, respectively). All the models were considered isotropic, homogeneous and lineally elastic. The bottom of all the models were constrained in the axes x, y and z. A tensile load (90o; 0.03N) was applied on the top of the composite resin. The numeric analysis was accomplished, being obtained the maximum principal stress (max). Results: The pick of max (MPa) was found in M5 (79.5), followed by M4 (78.0) and M3 (70). The top of the resin tags was the most requested place in all models. Conclusion: The increase of the partially altered dentin thickness raised the max in the d/a interface; the absence of this layer contributed to the smallest tension concentration; the top of the tags showed higher stress concentration

Comportamento biomecânico de uma prótese fixa implantodentossuportada utilizando implantes curtos / Biomechanical aspect of combined tooth-implant supported fixed partial denture using short implants

Os implantes osseointegrados utilizados para reabilitação do edentulismo total mostram um elevado grau de previsibilidade terapêutica. Entretanto, surgiu a necessidade de extrapolar as alternativas de tratamento com implantes para pacientes parcialmente edêntulos. Diante disso, vários estudos têm sido direcionados para avaliar a possibilidade de unir tais implantes a dentes naturais, visto que o comportamento biomecânico dessas duas estruturas apresenta peculiaridades distintas. Utilizando-se o método de elementos finitos (MEF), foram construídos dois modelos para simulação do comportamento mecânico de uma prótese fixa de união rígida entre o dente natural e o implante osseointegrado de 6,0mm, variando a quantidade de implantes envolvidos. Na análise quantitativa, pôde-se observar que, na prótese com um implante, a máxima tensão SEQV foi de 49,73MPa; enquanto, para a prótese com dois implantes, a máxima tensão SEQV foi de 28,96MPa. A análise dos resultados permitiu concluir que a colocação de um implante adicional promove uma maior ancoragem ao conjunto protético, porém, a utilização de implante reduzido unido ao dente natural favorecerá uma mobilidade do órgão dentário.

Osseointegrated implants used for rehabilitation of total edentulism show a high degree of therapy predictability. However, there is the need to extrapolate treatment options with implants for partially edentulous patients. Subsequently several studies have been directed to assess the possibility of joining such implants to natural teeth, since the biomechanical behavior of these two structures has its own peculiarities. Using the finite element analysis (FEA), two models were constructed to simulate the mechanical behavior of a fixed prosthesis with rigid union between natural tooth and a 6.0 mm osteointegrated implant, varying the number of implants involved. In quantitative analysis, it was observed that in the prosthesis with one implant the maximum SEQV stress was 49.73 MPa, whereas for the protheses with two implants the maximum SEQV stress was 28.96 MPa. The results showed that the placement of an additional implant promotes greater anchoring to the prosthetic joint, however, the use of small implant attached to the tooth will favor the tooth mobility.

Análise pelo método por elementos finitos do estado da deformação plástica dos parafusos de fixação do intermediário / Analysis by finite elements method of plastic deformation state of intermediate fixation screws

Este estudo foi realizado com o objetivo de determinar o torque de montagem que inicia o processo de deformação plástica dos parafusos de fixação do intermediário em implantes, com a conexão do tipo hexágono externo. Foram analisados as diferenças de torque no sistema hexágono externo, com o carregamento de pré-carga e pré-carga mais carregamento oclusal, considerando os fatores de tolerância, H4 ou H6 para a rosca interna dos implantes e para a rosca dos parafusos diante do parafuso de titânio grau 4. Neste trabalho foram definidos para estudo os implantes disponíveis pela empresa DSP (Dental Special Products) Biomedical - hexágono externo (HE) fixação, com margem de segurança, sem sofrer as deformações plásticas pertinentes ao material. Dessa forma, tomaram-se para a realização das análises, os parafusos com 2mm de diâmetro nominal de cada sistema. O diâmetro do parafuso escolhido determinou os demais componentes do sistema. Os resultados da pesquisa evidenciaram que em todas as análises, o estado de tensões do parafuso H4 (ajuste apertado) é menor do que no H6 (ajuste folgado). Pode-se inferir que uma junta aparafusada com ajuste H4 é melhor que a H6 apesar de serem similares.As análises do sistema hexágono externo mostraram que, com o torque de pré-carga no valor e 32 N.cm, e os carregamentos de oclusão em 100, 30 e 30N.cm ocorreu uma plastificação no parafuso de carga oclusal, produzindo uma deformação plástica nos primeiros filetes da rosca do parafuso, possibilitando a soltura e até a ruptura dos mesmos.

This study was carried out to determine the mounting torque that starts the process of plastic deformation of intermediate fixation screws in implants, with external Hexagon type connection. Were analyzed torque differences in external Hexagon system with load preload and plus occlusal loading, considering the factors of tolerance, H4 or H6 for internal screw and implants for thread screws titanium screw face of grade 4. this work have been defined for study available by biomedical implant company - Dental Special Products (DSP) - Hexagon external (Ho) attachment, with a safety margin, without undergoing the relevant material plastic deformations. Thus made for carrying out analyses, the screws with 2 mm nominal diameter of each system. The diameter of the screw chosen determined the other system components. The results of the survey revealed that in all the analyses, the State of tension adjustment screw H4 (tight) is less than generous budget adjustment in H6. It can be inferred that a joint screwed with adjustment H4 is better than H6 are similar. The external Hexagon system analyses showed that with the torque on 32N.cm and 100 occlusion uploads, 30 and 30N cm plastic wrap occurred in oclusal load screw, producing a plastic deformation in the first thread fillets, enabling the screw and even rupture loosening.

Arco contínuo com dobra em “V” em sistema 2x4 avaliação biomecânica por meio do método dos elementos finitos / Continuous arch with folding \"V\" in 2x4 biomechanical evaluation system through the finite element method

A dobra em “V” se apresenta como um dos caminhos dentre as técnicas segmentadas para o tratamento ortodôntico, sendo interessante pela facilidade de execução e liberação de forças suaves e contínuas em todo o sistema. Porém conhecer a biomecânica envolvida no funcionamento dessa dobra é essencial para sua utilização de maneira adequada. Este experimento realizou uma análise comparativa qualitativa do comportamento mecânico da dobra em “V” por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF) com a simulação de quatro modelos compostos por um tubo para o primeiro molar inferior, um braquete para incisivo lateral inferior e um fio contínuo com uma dobra “V”. Sendo o modelo complexo e não-linear, aplicaram-se simplificações na geometria e condições de contorno, de modo a tratá-lo com ferramentas de análise linear; apresentando distribuições de tensão vistas qualitativamente. Para engaste dos modelos analisados neste experimento, o fio foi fixado dentro do braquete do incisivo simulando uma fixação deste ao incisivo lateral inferior, restringido assim seu deslocamento em todas as direções e solto dentro do tubo do molar. As dobras foram realizadas no sentido anteroposterior entre o braquete do incisivo e o tubo molar no 1/3 posterior, 1/3 anterior, centro e no 1/5 posterior. Foi possível observar a forma do fio quando da sua imediata inserção no tubo do molar e no braquete do incisivo, ou seja, o deslocamento sofrido pelo fio ao sair da posição inicial (dobra não ativada). A posição da mola deformada ou ativada (deformação inicial do fio) deu início aos eventos biomecânicos que eram possíveis com essa dobra, modificando o formato do fio de acordo com o posicionamento da mesma, e fazendo com que as áreas e concentrações de tensões de von Mises sejam diferentes nos modelos simulados...

The V bend is one of the ways of segmented techniques for orthodontic treatment, particularly interesting for the easiness execution and release of soft and continuous forces in all system. However to know the involved biomechanics of this bend functioning is essential for its adequate way use. This experiment carried a qualitative comparative analysis of V bend mechanical behavior by Finite Element Method (FEM) means with the four models simulation a tube for first lower molar, one bracket for lower lateral incisor and a continuous wire with a V bend. Being the complex and nonlinear model, simplifications in geometry and conditions of contour had been applied, in order to deal with it with tools linear analysis presenting distributions of tension seen qualitatively. The models analyzed in this experiment had been constrained fixing the wire inside of bracket the incisor having simulated a setting of this to inferior lateral incisor, restricted its displacement in all thus the directions and untied inside of the tube of molar one. The bends had been carried through in anteroposteriorly direction 1/3 posterior, 1/3 anterior, centered and 1/5 posterior. It was possible to observe the wire form when the immediate insertion in the molar tube and the incisor bracket, that is, the displacement suffered for the wire when leaving the initial position (bend not activated). The deformed position or activated spring (wire initial deformation), beginning to the biomechanics events that is possible with this bend; modifying the wire format according to its positioning and, making with that area and concentrations of von Mises tensions are different in the simulated mod...