Експериментальне обґрунтування комбінації конструкційних матеріалів та персоналізованих протетичних елементів для протезування на дентальних імплантатах

  • П. В. Леоненко
  • Ю. В. Кокоєва
Ключові слова: безпосереднє протезування, дентальна імплантація, індивідуальний абатмент, метод скінченних елементів, імітаційне моделювання біомеханічних систем

Анотація

Резюме. З літературних даних відомо, що віддалений успіх дентальної імплантації залежить не лише від ретельного планування та проведення хірургічного втручання із дотриманням вимог протоколу, але й від виду навантаження на імплантати, яке суттєво залежить від конструктивних особливостей зубних протезів, що на них фіксуються. Наявність значної кількості пропозицій конструкційних матеріалів на ринку України для виготовлення зубних протезів на ортопедичному етапі дезорієнтує лікарів і зубних техніків, які у більшості випадків добирають їх емпіричним шляхом. Метод скінчених елементів дозволяє на доклінічному етапі провести дослідження та експериментальним шляхом обрати максимально ефективні персоналізовані конструкційні рішення для протезування на дентальних імплантатах, а також конструкційні матеріали або комбінацію для їх виготовлення з метою оптимізації навантаження на імплантат та кісткову тканину.
Мета: обґрунтувати комбінації конструкційних матеріалів та персоналізованих протетичних елементів для протезування на дентальних імплантатах шляхом проведення дослідження напружено деформованого стану в імітаційних моделях «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція».
Матеріали та методи досліджень. Експериментальне дослідження проводили на багатовимірних імітаційних моделях «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція», що мали сталі фізико-механічні властивості кісткової тканини, імплантатів і стандартних протетичних елементів та умови їх навантажень, а відрізнялись між собою за типами конструкційних матеріалів, з яких були виготовленні персоналізовані абатменти та супраконструкції. Базові типи моделей містили – Т1 персоналізований абатмент з поліефірефіркетону (PEEK), а також Т2 персоналізований абатмент з діоксиду цирконію. У дослідженні базові типи імітаційних моделей комбінували з різними варіантами супраконструкцій, що були виготовлені з: склокераміки на основі дисилікату літію (К1); гібридної кераміки модифікованої композитом (К2); поліметилметакрилату PMMA (К3); багатошарового діоксиду цирконію (К4).
Результати. Під час проведення чисельного аналізу напружено-деформованого стану біомеханічних систем «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція» встановлено, що найбільш навантаженими елементами системи були: супраконструкція (σ max екв 143,57 МПа – у моделі з Т1 типом персона- лізованого абатменту; σ max екв 156,25 МПа – у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту); губчаста (σ max екв 3,84 МПа – з Т1 типом персоналізованого абатменту; σmax екв 3,36 МПа – з Т2 типом персоналізованого абатменту) та кортикальна кісткова тканина (σ max екв 18,67 МПа – з Т1 типом персоналізованого абатменту; σ max екв 16,46 МПа – з Т2 типом персоналізованого абатменту), з відповідними показниками коефіцієнтів запасу міцності для кожного з цих елементів. Біомеханічні системи з Т1 і Т2 персоналізованими абатментами володіють найбільшою опороздатністю при застосуванні матеріалів супраконструкції: К1 (КЗМмін – 2,10 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 2,29 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту) та К4 (КЗМмін – 2,08 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 2,38 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту). При застосуванні матеріалів коронки К2 (КЗМмін – 0,86 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 0,79 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту) та К3 (КЗМмін – 0,98 у моделі з Т1 типом персоналізованого абатменту; КЗМмін – 0,89 у моделі з Т2 типом персоналізованого абатменту) біомеханічні системи володіли найнижчою опороздатністю. При дослідженні моделей з Т1 персоналізованим абатментом відзначали збільшення у 1,63 – 4,57 разів максимальних величин напружень за Мізесом в протетичному елементі, у порівнянні з максимальними величинами напружень в протетичному елементі моделей з Т2 персоналізованим абатментом.
Висновки. Науково обґрунтовано наявність суттєвого впливу різних комбінацій параметрів фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів для виготовлення персоналізованих абатментів та зубних протезів на загальний напружено-деформований стан усіх елементів біомеханічної системи «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція» в цілому. Уперше науково обґрунтовано оптимальну комбінацію конструкційних матеріалів для виготовлення персоналізованих абатментів та зубних протезів при безпосередньому протезуванні на дентальних імплантатах. За результатами аналізу отриманих величин еквівалентних за Мізесом напружень та коефіцієнтів запасів міцності рекомендованим до застосування у клінічній практиці матеріалом для виготовлення персоналізованого абатменту на стандартній титановій платформі є діоксид цирконію (КЗМ – 30,28), який у поєднанні з коронкою, виготовленою з склокераміки на основі дисилікату літію (КЗМ – 2,29) або багатошарового транслюцентного діоксиду цирконію (КЗМ – 5,22), достовірно краще (р < 0,05) перерозподіляє концентровані точкові функціональні навантаження і забезпечує найкращу біомеханічну стабільність усієї системи в цілому. За результатами експериментальних досліджень напружено-деформованих станів усіх елементів біомеханічної системи «кісткова тканина – дентальний імплантат – протетичний елемент – персоналізований абатмент – супраконструкція» найгіршим варіантом для виготовлення персоналізованих абатментів на стандартних титанових платформах є конструкційний матеріал PEEK.
Ключові слова: безпосереднє протезування, дентальна імплантація, індивідуальний абатмент, метод скінченних елементів, імітаційне моделювання біомеханічних систем.

Біографії авторів

П. В. Леоненко

П. В. Леоненко – д-р мед. наук, професор кафедри ортопедичної стоматології Інституту стоматології НМАПО імені П. Л. Шупика.

Ю. В. Кокоєва

Ю.В. Кокоєва – аспірант кафедри ортопедичної стоматології Інституту стоматології НМАПО імені П. Л. Шупика.

Посилання

риментальних багатовимірних моделях генералізованого пародонтиту / П.В. Леоненко,
М.Г. Крищук, В.О. Єщенко // Збірник наукових праць співробітників НМАПО ім. П.Л. Шупи-
ка. – 2013. – № 22(3). – С. 49–59.
2. Леоненко П.В. Аналіз функціональних наслідків дентальної імплантації у пацієн-
тів з метаболічними остеопатіями / П.В. Леоненко, М.Г. Крищук, В.О. Єщенко // Збірник
наукових праць співробітників НМАПО ім. П.Л. Шупика. – 2013. – № 22 (1). – С. 377–389.
3. Analysis of the peri-implant soft tissues in contact with zirconia abutments: an evidence-
based literature review / R.A. de Medeiros, A.J. Vechiato-Filho, E.P. Pellizzer [et al.] //
The Journal of Contemporary Dental Practice. – 2013. – Vol. 3. – P. 567–572.
4. Koutouzis T. Comparative Soft and Hard Tissue Responses to Titanium and Polymer
Healing Abutments/ T. Koutouzis, J. Richardson, T. Lundgren // Journal of Oral Implantology.
– 2011. – Vol. 37(sp1). – P. 174–182.
5. Quantitative discoloration assessment of peri-implant soft tissue around zirconia
and other abutments with different colours: A systematic review and meta-analysis / H. Cai,
J. Chen, C. Li [et al.] // Journal of Dentistry. – 2018. – Vol. 70. – P. 110–117.
6. Network meta-analysis of survival rate and complications in implant-supported single
crowns with different abutment materials / M. Hu, J. Chen, X. Pei // Journal of Dentistry. –
2019. – Vol. 88. – P. 103-115.
7. Linkevicius T. The effect of zirconia or titanium as abutment material on soft periimplant
tissues: a systematic review and meta-analysis / T. Linkevicius, J. Vaitelis // Clinical
Oral Implants Research. – 2015. – Vol. 26, Suppl 11. – P. 139–147.
8. Döring K. Functional and esthetic considerations for single-tooth Ankylos implantcrowns:
8 years of clinical performance / K. Döring, E. Eisenmann, M. Stiller // Journal of Oral
Implantology. – 2004. – Vol. 30(3). – P. 198-209.
9. Tekin, S. Areas for use of PEEK material in dentistry / S. Tekin, S. Cangül,
O. Adiguzel, Y. Değer // International Dental Research. – 2018. – Vol. 8 (2). – P. 84-92.
10. Val, J.E. Peri-implant tissues behavior around non-titanium material: Experimental
study in dogs / J. E. Val, G. Gуmez-Moreno, C. P.Martнnez // Annals of anatomy. – 2016. –
Vol. 206. – P. 104-109.
11. Autodesk Inventor 11.0 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.auto -
desk.com/products/autodesk-inventor-family/overview
12. Леоненко П.В. Скінчено-елементний аналіз імітаційної трьохвимірної моде-
лі біомеханічної системи "кісткова тканина – дентальний імплантат – супраконструк-
ція" / П.В. Леоненко, В.О. Єщенко // Вісник Національного технічного університету
України "Київський політехнічний інститут". Сер. : Машинобудування. – 2012. – № 65. –
С. 105–109.
13. Павленко О.В. Раціональне планування хірургічних та ортопедичних рекон-
структивних заходів шляхом створення індивідуальних імітаційних моделей біомеханічної
системи з дентальними імплантатами / О.В. Павленко, П.В. Леоненко, М.Г. Крищук,
В.О. Єщенко // Актуальні проблеми сучасної медицини: Вісник української медичної
стоматологічної академії. – 2013. – №21, Т.13, – С. 25-29.
14. Alpha-Bio Tec. STL models [Електронний ресурс]. – Режим доступу :
https://alpha-bio.net/media/10051/exocad-libraries-23jan19.zip
15. Пат. 68170 Україна, МПК G 01 N 3/00. Спосіб високоточної багатовимірної вір-
туальної імітації будови та функції зубощелепного апарату людини, ортодонтичних апа-
ратів, ортопедичних конструкцій зубних протезів, шин, шин-протезів, імплантатів та їх
протетичних елементів з метою експериментального моделювання їх функціонування /
Леоненко П.В., Леоненко Г.П., Крищук М.Г, Єщенко В.О.; заявник і патентовласник Леонен-
ко П.В., Леоненко Г.П. — №u 201115613; заявл. 29.12.2011; опубл. 12.03.2012, Бюл. № 5.
16. Chairside CAD/CAM materials. Part 2: Flexural strength testing / M. Wendler, R. Belli,
A. Petschelt [et al.] // Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials.
– 2017. – Vol. 33(1). – P. 99–109.
17. Mechanical performance of implant-supported posterior crowns / P. de Kok,
C.J. Kleverlaan, N. de Jager [et al.] // The Journal of prosthetic dentistry. – 2015. –
Vol. 114(1). – P. 59–66.
18. VITA Enamic, Научно-техническая документация [Електронний ресурс]. –
Режим доступу : https://mam.vita-zahnfabrik.com/portal/ecms_mdb_download.php?id=
82333&sprache=ru&fallback=&rechtsraum=&cls_session_id=&neuste_version=1
19. Della Bona A. Characterization of a polymer-infiltrated ceramic-network material /
A. Della Bona, P. H. Corazza, Y. Zhang // Dental materials : official publication of the Academy
of Dental Materials. – 2014. – Vol. 30(5). – P. 564–569.
20. A review of PEEK polymer’s properties and its use in prosthodontics. / G. Skirbutis,
A. Dzingutė, V. Masiliūnaitė [et al.] // Stomatologija. – 2017. – Vol. 19(1). – P. 19-23.
21. Schwitalla A. PEEK dental implants: a review of the literature / A. Schwitalla,
W.D. Müller // The Journal of oral implantology. – 2013. – Vol. 39(6). – P. 743–749.
22. The Micromorphological Research of the Internal Structure of Chairside CAD/CAM
Materials by the Method of Scanning Impulse Acoustic Microscopy / K.E. Goryainova, E.S. Morokov,
M.V. Retinskaja [et al.] // The open dentistry journal. – 2018. – Vol. 12. – P. 125–132.
23. Odgaard A. The underesmimation of Young’s modulus in compressive testing of
cancellous bone spesimens / A. Odgaard, F. Linde // Journal of biomechanics. – 1991. –
Vol. 24(8). – P. 691–698.
24. Natali A.N. A review of the biomecanic properties of bone as a material / A.N. Natali,
E.A. Meroi // Journal of Biomechanical Engineering. – 1988. – Vol. 11(4). – P. 266–276.
25. Anisotropic Poisson’s ratio and compression modulus of cortical bone determined
by speckle interferometry / R. Shahar, P. Zaslansky, M. Barak // Journal of biomechanics. –
2007. – Vol. 40(2). – P. 252-264.
26. Маланчук В.О. Імітаційне комп'ютерне моделювання в щелепно-лицевій
хірургії / В. О. Маланчук, М. Г. Крищук, А. В. Копчак — К. : Видавничий дім «Асканія». –
2013. – 231 с. – ISBN 978–966–2203–17–2.
27. Леоненко П.В. Створення і аналіз імітаційних 3D моделей біомеханічних
систем "зуб - періодонт - щелепа" з метою експериментального вивчення змін їх біоме-
ханіки у пацієнтів з генералізованим пародонтитом / П.В. Леоненко // Збірник наукових
праць співробітників НМАПО ім. П. Л. Шупика. – К., 2012. – №21, кн.4. – С. 40–57.
28. Трофименко О.А. Визначення напружено-деформованого стану тканин паро-
донту в залежності від ступеня атрофії альвеолярного відростка / О.А. Трофименко //
Современная стоматология. – 2007. – № 1. – С. 115–118.
29. А. с. 49228 Україна. Комп’ютерна програма для аналізу розшифровки та кіль-
кісного представлення величин оклюзійних навантажень на оклюзіограмах, відображених
на полях тиску вимірювальної плівки Fuji Prescale Pressure Messuring System (Fuji Photo
Film Co., Ltd., Tokyo, Japan) / В.О. Єщенко, М.Г. Крищук, П.В. Леоненко, Г.П. Леоненко. –
№ 49485 ; заявл. 14.03.2013; зареєстр.18.05.2013.
30. Алгоритм надання комплексної діагностично-лікувальної допомоги пацієнтам з
дефектами зубних рядів і генералізованим пародонтитом з використанням методу дентальної
імплантації та CAD / CAE / CAM технологій: метод. рекомендації / О.В. Павленко [та ін.]. –
Вінниця: ПП Балюк, 2013. – 52 с.
31. Леоненко П.В. Впровадження алгоритму (протоколу) надання комплексної
діагностично-лікувальної допомоги пацієнтам з генералізованим пародонтитом, остео-
патіями та дефектами зубних рядів з використанням методу дентальної імплантації та
CAD / CAE / CAM технологій / П. В. Леоненко // Зб. наук. праць співробітників НМАПО ім.
П. Л. Шупика. – К., 2012. – Вип. 21, кн. 2. – С. 139–162.
32. ANSYS, Inc. [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.ansys.com
Опубліковано
2020-07-03
Розділ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА СТОМАТОЛОГІЯ