İmplant boyu ve çapının yükleme sonrası oluşan rezorpsiyona etkisinin 3 boyutlu sonlu eleman stres analiz yöntemi ile incelenmesi
Investigation of implant length and diameter variation effect in case of resorption after loading by 3 dimensional finite element analysis method
Yazar: SÖNMEZ KURŞUNOĞLU
Danışman: PROF. DR. HAKAN TERZİOĞLU
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Protetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry
Dizin: Dental implantasyon = Dental implantation ; Dental implantlar = Dental implants ; Dental stres analizi = Dental stress analysis ; Kemik rezorpsiyonu = Bone resorption ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants ; Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis

Özet:
Branemark'ın osseointegrasyon kavramını ortaya attığı 1969 yılından günümüze kadar geçen sürede, implantların oral ve maksillofasiyal rehabilitasyonda klinik olarak kullanımı oldukça yaygın hale gelmiştir. İmplant tedavilerinin başarısında biyomekanik faktörler çok önemli rol oynamaktadır. Oklüzal kuvvet uygulamaları, implant-protez kompleksindeki stres ve gerinim miktarını arttırır ve implant etrafındaki kemik remodelasyonunu etkiler. İmplant destekli protezlerde en uygun biyomekanik koşulları sağlamak için, protezin başarısını etkileyen biyomekanik faktörleri en iyi şekilde organize etmek, temel zorunluluktur. Diş hekimliğinde, kemik içi stres ve gerinim seviyeleri invivo olarak ölçülemediği için, biyomekanik kuralların kullanıldığı birçok invitro çalışma yapılmaktadır.Çalışmamızda; 3 farklı çapta (3,25 mm, 4 mm, 5mm) ve bu çaplara ait 3 farklı uzunlukta (8,5 mm, 10 mm, 11,5 mm) toplam 9 adet dental implant seçilmiştir. Bu 9 farklı boyuttaki dental implant, tek tek, 3 farklı rezorpsiyon derecesine sahip kemik modellerine sanal ortamda yerleştirilerek, toplam 27 adet model elde edilmiştir. Tüm implantlara abutment ve metal destekli seramik kuron yine sanal ortamda yerleştirilmiş ve metal destekli seramik kuronların belirli noktalarından dik ve oblik yönde kuvvet ayrı ayrı uygulanarak, toplam 54 adet çalışma grubu elde edilmiştir. Uygulanan kuvvetler sonucunda kortikal ve spongioz kemikte oluşan maksimum ve minimum asal gerilme değerlerine ve implantlarda meydana gelen Von Mises gerilme değerlerine; implant çapı, implant uzunluğu ve kemik tipinin etkisi 3 boyutlu sonlu eleman analiz yöntemi kullanılarak incelenmiştir.Bu çalışmanın sınırları içerisinde, elde edilen sayısal değerler, implant tasarımının (çap, boy), kortikal kemik varlığı ve geometrisinin yük transfer mekanizmalarını etkilediğini göstermiştir. İmplant çapının stres miktarlarının azalmasında ve homojen dağılımında uzunluktan daha etkili olduğu tespit edilmiştir. Kortikal kemik mevcudiyetinde, implant tarafından kemiğe transfer edilen yüklerin çoğunu kortikal kemik karşılayarak, spongioz kemiğe çok daha düşük miktarlarda stres iletimesine neden olmaktadır. Ancak, kortikal kemiğin rezorpsiyonu durumunda; hem implatlarda hem de kemikteki stres miktarlarında artış meydana gelmiştir. Kortikal kemiğin mevcut olmadığı durumda ise; yüklerin kemik üzerinde ve implantlarda oluşturduğu stress kritik sınırlara ulaşmış ve olası implant komplikasyonlarına ve kemik dokusunda rezorpsiyona sebep olabilecek bir durum gözlenmiştir.Klinik olarak implant endikasyonu konmuş vakalarda, yeterli kortikal kemik mevcudiyeti, mümkün olan en geniş çapta implant yerleştirilmesi ve kuvvetlerin implantların uzun aksı boyunca yönlendirilmesi; hem biyomekanik açıdan avantaj, hem de implant tedavisinin uzun dönemde başarısını sağlayacaktır.Her ne kadar yüksek stres seviyeleri rezorpsiyon ve remodelasyon gibi biyolojik cevapları fiilen doğursa da bu konu kapsamlı bir şekilde bilinmemektedir. İmplant biyomekaniği ile ilgili yapılan sonlu eleman analizlerinin hiçbiri, tüm kemik ve implant parametrelerinin kombinasyonlarında meydana gelen stres karakterlerinin değerlendirilmesinde tam olarak yol gösterici olamamıştır. Bu nedenle, sonlu elemen analizi ile elde edilen verilerin klinik araştırmalarla desteklenmesi gerekmektedir.

Abstract:
Since Branemark introduced the concept of osseointegration in 1969, the clinical use of implants for oral and maxillofacial rehabilitation has rapidly increased. Biomechanical factors play a substantial role in implant success or failure. The application of occlusal forces induces stresses and strains within the implant-prosthesis complex and affect the bone remodeling process around implants. In order to achieve optimized biomechanical conditions for implant-supported prostheses, conscientious consideration of the biomechanical factors that influence prosthesis success is essential. Since, bone internal stress and strain can not be measured in vivo, various invitro studies are conducted by using biomechanic rules.In this study, total of 9 dental implants were chosen with combination of 3 different diameters (3,25 mm, 4 mm, 5mm) and 3 different lengths (8,5 mm, 10 mm, 11,5 mm). These 9 dental implants with different dimesions were virtually placed succecively on bone models having 3 different extent of resorption. Thus the study was conducted with a total of 27 different models. Abutments and porcelain fused to metal crowns were modelled per each model and loaded under vertical and oblique forces which were applied separately to the certain points of porcelain fused to metal crowns. With combination of models and loading conditions a total of 54 working groups were obtained. After the analysis under defined loading conditions, the effects of variation in implant diameter, implant length and bone type on maximum and minimum principal stresses in cortical and trabecular bone and Von Mises stresses in implants were evaluated by 3 dimensional finite element analysis method.Within the limitations of this study, numerical value results showed that, implant design (diameter, length), cortical bone existence and geometry effect the load transfer mechanisms. It has been determined that the variation in implant diameter is more effective than variation in implant length in terms of stress reduction. In existence of cortical bone, load transfer from implant to bone was mostly reacted by cortical bone so less stresses were transmitted to trabecular bone. But in case of resorption in cortical bone, stress levels were increased either in implants and bone. In case of nonexistence of cortical bone, stress on bone and implant were reached to critical limits that it could trigger possible implant complications and resorption in bone tissue.In implant indication cases, sufficient cortical bone existence, insertion of implant with as wide diameter as the bone allows and application of forces along the long axis of implants, provide biomechanically advantages and long term successful implant therapy.Although high stress levels practically substantiate the biological responses such as resorption and remodelation, this issue is not known in a comprehensive manner. None of the finite element analysis studies about implant biomechanics had perfectly succeeded to fully guide the evaluation of stress characteristics in combination of all bone and implant parameters. Therefore, the data obtained with the finite element analysis must be supported by clinical research.