Farklı kemik tiplerinde spiral şekilli alüminyum oksit greft materyalinin implantların stabilitesi üzerine etkisinin sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesi
Finite element analysis evaluation of the effect of spiral shaped aluminum oxide graft material on implant stability in different bone types
Yazar: ELİF SÜMEYYE TOBİ YAZAN
Danışman: PROF. DR. SERHAN AKMAN
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Protetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry
Dizin: Alüminyum oksit = Aluminum oxide ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants ; Sonlu elemanlar stres analizi = Finite elements stress analysis ; Titanyum = Titanium ; Transplantlar = Transplants

Özet:
Bu çalışma ile özel olarak tasarlanmış bir greft materyalinin üç farklı kemik tipinde aksiyal ve oblik yükleme ile oluşan stres değerleri üzerine etkisinin incelenmesi ve her bir kemik tipi için ideal ebatların belirlenmesi amaçlanmıştır. Greft materyali ve implantın yerleşim mekanizmasının da ayrıca stres oluşumunu azaltması, primer stabiliteyi artırarak immediat ve erken yüklemeye imkan sağlaması beklenmektedir.
Titanyum implant ve abutment, alüminyum oksit greft materyali ve D2-D3-D4 kemik tiplerinin sonlu elemanlar modellemesinde ANSYS FE Modeler yazılımı (ANSYS Inc, Conansburg, PA, US) kullanılmıştır.  
Bu çalışmada abutment parçasına iki farklı büyüklük ve doğrultuda kuvvet uygulanacaktır. Eksenel kuvvet (axial load) literatür çalışmaları doğrultusunda 250N büyüklüğünde belirlenmiş olup abutmentın protez ile temas ettiği yüzeyden dört eşit aralıklı noktalar seçilerek uygulanmıştır. Yanal kuvvet (oblique load) ise 100N büyüklüğünde seçilerek abutmentın yan yüzeyine düşey eksen (- y ekseni) ile 30 derecelik açı yapacak şekilde uygulanmıştır.
Stres/deplasman değerleri ANSYS Mechanical APDL çözücüsünün kullandığı metotlarla yakınsanarak elde edilmiştir. Denklem takımlarının çözülerek istenilen değerlere yakınsama yapılabilmesi için Newton-Raphson metodu kullanılmıştır. Bu çalışma için iki farklı yük altında 18 ayrı model denenerek toplamda 36 adet çözüm işlemi yapılmıştır. Yapılan çözümlerin doğruluğu SIMULIA Abaqus yazılımı (Dassault System Corp, Waltham, MA, US) ile yeniden çözülerek karşılaştırılmıştır.

Yaptığımız çalışmada, literatür bilgileriyle benzer olarak aksiyal ve oblik yükleme altında D2, D3, D4 kemik tiplerinde kortikal kemik için en yüksek asal gerilme değerleri D4 kemik tipinde gözlenmiştir. Fakat trabeküler kemikte farklı olarak D4 kemik tipinde en yüksek asal gerilme değerleri D3 e göre daha düşük gözlenmiştir. Ayrıca D4 kemik tipindeki en yüksek asal gerilme değerleri D2 ye oldukça yakın bulunmuştur. Bunun sebebi düşük yoğunlukta trabeküler kemikte Alüminyum Oksit greft materyalinin stres dağılımında farklı davranması, elastisite modülüsünün kemiğin elastisite modülüsüne daha yakın olması ve primer stabiliteyi artırması olabilir.

Anahtar sözlük; alüminyum oksit, titanyum, sonlu elemanlar analizi, greft materyali

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the effect of a specially designed graft material on the stress values caused by axial and oblique loading in three different bone types and to determine ideal sizes for each type of bone. Graft material and implant placement mechanisms are also expected to reduce stress formation, increase primer stability, and enable immediate and early loading. 

ANSYS FE Modeler software (ANSYS Inc., Conansburg, Pa., US) was used in the modeling of the finite elements of titanium implant and abutment, aluminum oxide graft material and D2-D3-D4 bone types.

An axial load of 250 N and an oblique load of 100 N (30 degrees of inclination in relation to the long axis of implant) was applied to simulate the mean value of the posterior bite force in human.

Stress / displacement values were obtained by using ANSYS Mechanical APDL solver. The Newton-Raphson method was used to solve the equations and converge to the desired values. For this study, 18 different models were tested under two different loads and totally 36 solution operations were performed. The correctness of the solutions was resolved with SIMULIA Abaqus software (Dassault System Corp, Waltham, MA, US).

In our study, under axial and oblique loading the highest maximum principal stresses for cortical bone in D2, D3, D4 bone types were observed in the D4 bone type, similar to the literature. However, in the trabecular bone, the maximum principal stresses in D4 bone type were lower than in D3, differently. In addition, the highest maximum principal stresses in the D4 bone type are very close to D2. Because of the different behavior of Aluminum Oxide graft material in stress distribution in low density trabecular bone may be that the elasticity modulus of graft material is closer to the bone and increases the primer stability of the implant.

Key words; aluminum oxide, titanium, finite element analysis, graft material