Dentes naturais versus implantes dentários: estudo comparativo dos campos de estado e do funcionamento biomecânico: estudo in silico

Abstract

A doença periodontal grave é a 11ª doença mais prevalente no ser humano. Em casos extremos, esta pode levar à perda dentária, com consequências nefastas do ponto de vista físico e psíquico do indivíduo. Para dar resposta a este problema, os implantes dentários têm-se afirmado como a solução mais relevante no mercado. Apesar de os implantes dentários apresentarem uma elevada taxa de sucesso, verifica-se que, em alguns casos, o processo de osseointegração falha, levando no limite à sua rejeição e perda. Neste sentido, é relevante verificar, do ponto de vista mecânico, as possíveis diferenças entre os campos de tensão e de deformação para um dente natural e o implante dentário de substituição. A análise pelo método dos elementos finitos é a melhor forma de efetuar este estudo comparativo. Assim sendo, este trabalho começa por se centrar na análise da anatomia e histologia dentária, caracterizando os tecidos envolventes ao sistema dentário. Seguidamente aborda-se sumamente o mercado de implantes dentários, os principais tipos de implantes e as falhas que potencialmente ocorrem nos mesmos. Posteriormente, realizou-se um enquadramento da teoria da mecânica dos meios contínuos, uma vez que estes conceitos serão fundamentais para a correta análise da simulação numérica. Uma vez que se utiliza o método de elementos finitos (MEF) na simulação computacional, estudou-se este método, realizando-se posteriormente as várias etapas do mesmo, desde a conceção do modelo numérico dos modelos CAD gerados até à sua análise no software ANSYS Workbench. Analisando os resultados obtidos, percebe-se que o ligamento periodontal assume uma influência determinante nas diferenças observadas nos campos de tensão e de deformação do dente e implante, bem como do ponto de vista da sua biomecânica. Enquanto o osso cortical adjacente ao implante possui um estado de tensões sobretudo compressivo, mesmo tecido ósseo no dente natural carateriza-se por uma maior predominância de tensões de tração. Por sua vez, a mobilidade do dente natural é significativamente superior à de um implante dentário.

Severe periodontal disease is the 11th most prevalent disease in humans. In extreme cases, it can lead to tooth loss, with dire physical and psychological consequences for the individual. In response to this problem, dental implants have emerged as the most relevant solution on the market. Although dental implants have a high success rate, in some cases the osseointegration process fails, leading ultimately to rejection and loss. In this context, it is relevant to verify the differences between the stress and strain fields for a natural tooth and the replacement dental implant. Finite element method analysis is the best way to perform this comparative study. Therefore, this work begins by focusing on the analysis of dental anatomy and histology, characterizing the tissues surrounding the dental system. Next, we briefly discuss the dental implant market, the main types of implants and the failures that can potentially occur in them. Then, a background on the theory of continuum mechanics was performed since these concepts will be fundamental for the correct analysis of the numerical simulation. Since the finite element analysis (FEA) is used in computational simulation, this method was studied, and then the various steps of this method were performed, from the design of the numerical model of the generated CAD models to its analysis in ANSYS Workbench software. An analysis of the results shows that the periodontal ligament has a decisive influence on the differences observed in the stress and strain fields of the tooth and implant, as well as in their biomechanics. While the cortical bone adjacent to the implant has a mainly compressive stress state, the same bone tissue in the natural tooth is characterized by a greater predominance of tensile stresses. In addition, the mobility of the natural tooth is significantly higher than the mobility of a dental implant.