ImplantNewsPerio 2019 | V4N1 | Páginas: 86-93

Análise sobre a influência da geometria de implantes zigomáticos pelo método de elementos finitos

Analysis on the influence of the geometry of zygomatic implants by the finite element method

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Autor(es):

Cássio Rodrigues Camargo1
Roberto Brunow Lehmann2

1Engenheiro mecânico e mestrando em Engenharia Mecânica – Universidade Federal Fluminense (UFF).
2Doutor em Engenharia Metalúrgica – Universidade Federal Fluminense (UFF).

Resumo:

Objetivo: verificar a influência da geometria do implante zigomático nas tensões em osso cortical e no próprio implante. Material e métodos: uma maxila previamente digitalizada foi simulada para o grau de reabsorção onde este tipo de terapia é necessário. Dois grupos foram criados: ambos receberam quatro impantes, sendo dois implantes anteriores de conexão hexagonal e corpo cônico (4 mm x 9 mm), e dois implantes posteriores zigomáticos (4,1 mm x 35 mm). Foram escolhidos os fabricantes 1 e 2, com diferenças de desenhos principalmente na região mais coronal (roscas). A barra protética sustentou um cantiléver de 10 mm, e 12 dentes foram montados na prótese. Uma carga vertical de 200 N (50 N em cada molar e 25 N em cada pré-molar) foi aplicada. Resultados: as tensões máximas (von Mises) no osso cortical e implante zigomático, respectivamente, no fabricante 1 foram 20,7 MPa e 164,5 MPa, e no fabricante 2 foram de 23,2 MPa e 83,70 MPa. Em ambos os implantes, foi observado o mesmo padrão de dissipação das tensões, ou seja, os maiores níveis foram verificados na região cervical e se dissiparam pelo corpo do implante até atingirem os menores níveis na região apical. Conclusão: o implante do fabricante 2 alcançou menores níveis de tensões, às custas de transferi-las ao osso cortical; em todas as simulações, os modelos tiveram um comportamento mecânico adequado.

Palavras-chave:

Implantes zigomáticos; Elementos finitos; Brånemark; Análise de tensões.

Abstract:

Objective: to verify the geometric influence of the zygomatic implant on the stresses regarding the cortical bone and the implant itself. Material and methods: a previously digitized maxilla had a simulated bone resorption where this type of therapy is required. Two groups were created: both received four dental implants, being the two anterior fixations of hexagonal connection and conical body (4 mm x 9 mm) and the two posterior zygomatic implants (4.1 mm x 35 mm). Manufacturers 1 and 2 were chosen, with differences of designs mainly in the more coronal region (threads). The designed framework supported a 10 mm cantilever and 12 artificial teeth were mounted on the maxillary prosthesis. A vertical load of 200 N (50 N in each molar and 25 N in each premolar) was applied. Results: the maximum stresses (von Mises) on the cortical bone and zygomatic implant, respectively, for manufacturer 1 were 20.7 MPa and 164.5 MPa and for manufacturer 2 of 23.2 MPa and 83.70 MPa. In both implants, the same dissipation pattern was observed, that is, the highest levels were verified in the cervical region and dissipated through the implant body until reaching the lower levels in the apical region. Conclusion: the implant of the manufacturer 2 reached lower stress levels by transferring them to the cortical bone; for all simulations, the models presented adequate mechanical behavior.

Key words:

Zygomatic implants; Finite elements; Brånemark; Stress analysis.

Introdução

Os implantes zigomáticos foram desenvolvidos para dar uma alternativa a pessoas que passaram por mutilações orais e aos que perderam a dentição da maxila há muito tempo, sofrendo uma acentuada reabsorção óssea e sem a indicação de instalação de implantes convencionais1. Eles surgem como uma alternativa aos enxertos ósseos na maxila, que podem retirar tecido de outras regiões do corpo para preencher a necessidade de uma altura óssea mínima na maxila2. O procedimento de enxerto é considerado bastante invasivo e requer um período relativamente longo entre a colocação do mesmo e a fixação dos implantes. Esta característica faz com que o implante zigomático seja uma boa opção para recuperar pacientes que possuem a condição de severa atrofia da maxila e anseiam ter novamente sua dentição.

Atualmente, existem algumas técnicas para a instalação dos implantes zigomáticos1– a primeira delas foi desenvolvida na década de 1980. Esta técnica necessita de uma incisão semelhante à aplicada para cirurgia do tipo Le Fort I, e o rebatimento do retalho mucoperiósteo é vasto e abrange toda a região da parede lateral dos seios maxilares, estendendo-se até o arco zigomático para que seja possível a visualização do implante. Nesta técnica, também conhecida como técnica interiorizada, o implante zigomático passa por dentro do seio maxilar até ser ancorado no arco zigomático. Também é necessária a realização de uma antrostomia em formato retangular, que serve como guia na perfuração e no deslocamento da membrana sinusal. Por passar por dentro do seio maxilar, a emergência do implante ocorre na parte palatina do rebordo alveolar, causando inconveniente funcional e estético na reabilitação. Para pacientes com severa reabsorção, a configuração mais utilizada é a combinação de dois implantes zigomáticos com dois implantes convencionais na parte anterior da maxila3. Entretanto, outras configurações podem ser utilizadas, dependendo da condição do paciente.

Posteriormente, outras técnicas foram desenvolvidas e são utilizadas. Um estudo4propôs uma nova técnica, chamada de fenda sinusal, na qual não existe a necessidade do implante passar por dentro do seio maxilar, sendo assim uma técnica que simplificou o procedimento. Além disso, nessa técnica, o implante fica em uma posição relativamente mais próxima à vertical e à crista do rebordo alveolar. Outro estudo5propôs que, não necessariamente, o implante zigomático precisava passar por dentro do seio maxilar. De acordo com o mesmo, dependendo do caso clínico do paciente, a parte média do implante poderia ficar totalmente externa ao seio maxilar, em função do tipo de anatomia apresentada pelo paciente.

Atualmente, todas as técnicas mencionadas são utilizadas, entretanto, neste estudo, somente a técnica interiorizada foi escolhida para que fosse avaliada a influência da geometria do implante nos níveis de tensões no osso peri-implantar e no próprio implante.

Proposição

Este artigo teve como proposta avaliar, usando o método de elementos finitos, a influência da geometria dos implantes zigomáticos nos níveis de tensões no osso peri-implantar e no próprio implante. Para isso, foi realizada uma análise quantitativa e qualitativa das mesmas. Foram utilizados implantes e componentes de dois fabricantes nacionais.

Material e Métodos

O modelo da maxila usada neste trabalho teve como base um estudo6que usou uma tomografia computadorizada para a reconstrução da maxila em um formato CAD ( computer aided drawing ), lido por softwares como Solidworks e Ansys Workbench. O autor afirma que a geometria reconstruída pode ser utilizada e modificada para trabalhos científicos sem fins comerciais. Partindo desta geometria, alterações foram feitas a fim de adequá-la às necessidades exigidas neste trabalho. Adaptações para simular uma severa reabsorção óssea foram feitas diminuindo a altura do rebordo alveolar, atendendo assim às necessidades do estudo. Também foi realizada uma extrapolação a partir da base do arco zigomático, sendo criado todo o arco, pois o modelo original contemplava apenas até essa região (Figuras 1).

No modelo final, foi considerada uma espessura de 2 mm de osso cortical. Este valor é uma média e está em sintonia com os utilizados por outros autores6-8. As demais regiões foram consideradas como osso medular. A configuração escolhida para os modelos foi a de combinar dois implantes zigomáticos a dois implantes convencionais na parte anterior da maxila. Para os implantes zigomáticos, dois fabricantes – chamados de “fabricante 1” e “fabricante 2” – foram escolhidos para a comparação de suas respostas quanto aos níveis de tensões. Apesar de apresentarem diferenças em suas geometrias (Figuras 2), ambos são dotados do mesmo comprimento (35 mm) e mesma plataforma (4 mm de diâmetro). É possível observar que o fabricante 1 possui corpo liso e espirais apenas na parte apical, onde fica ancorado no osso zigomático. Por outro lado, o fabricante 2 possui espirais também na região cervical do implante, além de passos (distância entre dois filetes consecutivos) diferentes. Já os implantes convencionais utilizados foram do tipo hexágono externo, cônicos, com comprimento de 9 mm e diâmetro de 4 mm.

Para a barra protética, responsável pela ligação entre os implantes e a prótese, foi escolhida uma barra pré-fabricada. Esta escolha foi tomada em função da barra pré-fabricada já ter passado por um estudo9anterior, que comprovou sua capacidade de suportar os esforços desenvolvidos. Devido à posição de emergência do implante zigomático, um cantiléver de aproximadamente 10 mm foi necessário. Para a prótese, foi escolhido um modelo com 12 dentes, do qual os segundos e terceiros molares não fizeram parte. As medidas das dimensões dos dentes foram verificadas, a fim de garantir que estavam dentro de limites antropométricos considerados normais10.

Após a montagem dos componentes dos modelos usando o software Solidworks (Solidworks Corporation, Dassault Systemes – França), os mesmos foram exportados ao Ansys Workbench v14 (Ansys Inc.,Canonsburg/PA, EUA) e suas propriedades mecânicas foram atribuídas para o osso cortical, osso medular, resina PMMA e liga de titânio (Tabela 1). Também foi aplicado um carregamento vertical de 200 N, distribuído da seguinte forma: 50 N para o primeiro molar (2 no total) e 25 N em cada pré-molar (4 no total). Não há na literatura um valor definido como correto para a carga mastigatória. Há autores11, por exemplo, que utilizam um carregamento de 100 N, já outros12afirmam que a mordida de um homem adulto pode atingir até 631 N. O mesmo autor afirma que, para a maior parte da população, os pontos de aplicação das cargas mastigatórias estão localizados nos dentes posteriores (Figura 3). Além disso, restrições de movimento foram feitas na parte superior da geometria para simular a fixação no crânio. Para representar o aperto dado na fixação do pilar protético no implante, um torque de 30 Ncm foi dado em todos os parafusos. Da mesma forma, um torque de 20 Ncm foi usado para a fixação da prótese sobre os implantes. AFigura 3 mostra o modelo com todos seus componentes montados e carregamentos aplicados. Os implantes foram considerados como osseointegrados e os materiais como homogêneos, isotrópicos, lineares e elásticos. Estas considerações já foram feitas por outros autores7,11,13-17e conseguem representar condições próximas à realidade. As propriedades mecânicas de osso cortical7, osso medular18, resina de PMMA18e liga de titânio19também foram baseadas em outros estudos.

A malha foi gerada para os dois modelos. Para o modelo equipado com o fabricante 1, a malha gerou 2.009.319 nós e 1.265.596 elementos; para o fabricante 2, a malha gerou 2.136.242 nós e 1.347.008 elementos. Em ambos os modelos, o elemento utilizado foi o SOLID187. As simulações foram realizadas em computador equipado com processador Core I7 7700 k de 4,2 GHz, memória RAM DDR4 2400MHz de 24 GB e disco rígido 1TB de 7.200 rpm.

TABELA 1 – PROPRIEDADES DOS MATERIAIS UTILIZADOS

Material Módulo de elasticidade (GPa) Coeficiente de Poisson
Osso cortical7 13,7 0,3
Osso medular18 1,37 0,3
Liga de titânio19 110 0,3
Resina PMMA18 2,7 0,28
 

Resultados

Após a resolução dos modelos, foi escolhida como critério de análise a tensão equivalente de von Mises. Este critério da máxima energia de distorção considera tanto as tensões de tração quanto as de compressão. O excesso dessas tensões pode causar a falha do material e ainda não há um consenso sobre qual delas é mais propícia ao remodelamento ósseo1.

Como já mencionado, neste trabalho foi feita uma análise quantitativa e qualitativa das tensões encontradas nos implantes zigomáticos e no osso. Primeiramente, análises quantitativas das tensões no osso e nos implantes foram feitas. Os resultados obtidos para o osso, pela simulação do fabricante 1 e do fabricante 2, são mostrados naFiguras 4. A Figuras 5 mostram detalhes das regiões de maiores tensões. No modelo equipado com o fabricante 1, o máximo valor de tensão foi de 20,7 MPa; no fabricante 2, este valor foi de 23,2 MPa.

Já os máximos valores obtidos nos implantes zigomáticos do fabricante 1 foram de 164,65 MPa. Por outro lado, a máxima tensão apresentada pelo fabricante 2 foi de 83,70 MPa (Figuras 6 e 7).

Discussão

Os implantes zigomáticos apresentam algumas particularidades, quando comparados aos convencionais. Seja por seu comprimento maior ou por seu posicionamento inclinado, suas características diferem dos demais. A técnica interiorizada utilizada neste trabalho tem ainda como diferença o posicionamento da emergência do implante, que ocorre longe da crista do rebordo alveolar, o que, via de regra, não ocorre nos implantes convencionais. Todas essas particularidades tornam as fixações zigomáticas um caso particular na Implantodontia, que precisa ter elucidado seu comportamento biomecânico. Atualmente, são encontrados poucos estudos que utilizam o método de elementos finitos em restaurações deste tipo. Em particular, são raros estudos que analisam a influência da geometria dos implantes zigomáticos nos níveis de tensões. Em pesquisa prévia, realizada no portal PubMed, nenhum estudo deste tipo foi encontrado pelo autor. Há estudos que relacionam as diferentes técnicas cirúrgicas, mas nenhum considera a geometria do implante como uma variável.

Analisando os resultados obtidos, a máxima tensão encontrada no osso cortical do modelo montado com o fabricante 1 foi de 20,7 MPa, enquanto o fabricante 2 apresentou 23,2 MPa. Tomando como referência o fabricante 1, as tensões encontradas no fabricante 2 foram equivalentes a 112% do mesmo. Fazendo uma análise qualitativa das tensões encontradas, é possível verificar que o ponto de tensão mais elevada ocorreu na interface osso/implante, na região de emergência do implante, para ambos os fabricantes (Figuras 4 e 5). Um estudo20, no qual diferentes configurações foram utilizadas, também revelou um comportamento semelhante nas regiões de maior nível de tensão. Assim como neste estudo, o autor encontrou as mais elevadas tensões na região de emergência do implante.

É possível observar também que as tensões foram dissipadas por uma área maior no modelo do fabricante 1, sugerindo que o referido fabricante, além de transmitir menores níveis ao osso, também o fez de maneira mais distribuída, indicando sua influência no comportamento biomecânico do modelo. Também foi observado que as tensões na região que abriga a parte apical do implante, no osso zigomático, foram as mais baixas. Este comportamento também foi observado em outros estudos1,20, em que os autores aplicaram carregamentos parecidos com os apresentados neste estudo. Por outro lado, também há na literatura autores que encontraram resultados divergentes21-22, porém estes utilizaram condições de contorno diferentes das modeladas neste estudo. Neles, além da carga de oclusão, foram aplicadas cargas no osso zigomático, simulando os esforços realizados pelo músculo masseter.

Em relação às tensões nos implantes, o fabricante 1 revelou tensões de 164,65 MPa, enquanto o fabricante 2 apresentou 83,7 MPa. O máximo valor encontrado no fabricante 2 representa 50,8% do fabricante 1. Este valor é significativamente inferior e sugere que a geometria deste fabricante é mais apropriada, considerando apenas os níveis máximos de tensões no próprio implante. Entretanto, este mesmo implante causou níveis mais altos no osso cortical, próximo à emergência do mesmo. Em ambos os implantes, foi observado o mesmo padrão de dissipação das tensões, ou seja, os maiores níveis foram verificados na região cervical e se dissipam pelo corpo do implante até atingirem os menores níveis na região apical. Outro pesquisador8observou um comportamento semelhante em seu estudo e sugeriu como causa o fato da posição de emergência palatinizada gerar um momento fletor, pois há uma distância entre o ponto de aplicação da carga e a fixação do implante.

Conclusão

Com base nas simulações computacionais realizadas e nos resultados obtidos no presente trabalho, pôde-se concluir que:

A geometria do implante zigomático influenciou nos níveis máximos de tensões no osso cortical;

Para o implante, o fabricante 2 apresentou níveis de tensões inferiores ao fabricante 1;

Para o osso cortical, o modelo equipado com o fabricante 2 teve níveis de tensões mais elevados do que o fabricante 1;

Os resultados sugerem que o implante do fabricante 2 alcançou menores níveis de tensões, às custas de transferi-las ao osso cortical;

Em todas as simulações, os modelos tiveram um comportamento mecânico adequado e os níveis de tensão sugerem que não haverá falha nos implantes, componentes ou mesmo reabsorção óssea para ambos os fabricantes.

Dependendo de fatores locais e sistêmicos encontrados nos indivíduos submetidos a esta técnica de reabilitação, pode ocorrer falha do sistema, uma vez que o método de avaliação adotado no presente trabalho emprega um modelo matemático, o qual pode não representar totalmente a complexidade do campo biológico.

Nota de esclarecimento
Nós, os autores deste trabalho, não recebemos apoio financeiro para pesquisa dado por organizações que possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho. Nós, ou os membros de nossas famílias, não recebemos honorários de consultoria ou fomos pagos como avaliadores por organizações que possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho, não possuímos ações ou investimentos em organizações que também possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho. Não recebemos honorários de apresentações vindos de organizações que com fins lucrativos possam ter ganho ou perda com a publicação deste trabalho, não estamos empregados pela entidade comercial que patrocinou o estudo e também não possuímos patentes ou royalties , nem trabalhamos como testemunha especializada, ou realizamos atividades para uma entidade com interesse financeiro nesta área.

Endereço para correspondência
Cássio Rodrigues Camargo
Rua Adácio Cândido de Matos, 659 – Barra do Piraí
27110-150 – Rio de Janeiro – RJ
Tel.: (21) 97541-4971

Galeria

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