VI Seminário da Pós-graduação em Engenharia Mecânica

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1 ANÁLISE DE FADIGA EM PRÓTESES DENTÁRIAS Rodrigo Gomes Madeira Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Unesp Bauru Prof. Dr. Edson Antonio Capello Sousa Orientador Depto de Engenharia Mecânica Unesp Bauru RESUMO Este projeto tem por objetivo dar continuidade à linha de pesquisa que vem sendo praticada na área de sistemas biomecânicos no se diz respeito à análise de próteses dentárias. O escopo do projeto tem por objetivo analisar a vida das próteses dentárias mediante aos carregamentos aplicados à prótese oriundos do processo de mastigação. Para a análise da durabilidade da prótese serão utilizados os conceitos de fadiga dos materiais metálicos; outro ponto importante que cabe ressaltar aqui é que a análise de durabilidade (vida) para as próteses será restrita as próteses metálicas não sendo escopo do presente trabalho falar de outros materiais. Para a análise de fadiga usaremos um modelo de elementos finitos completo para o implante e a prótese para o conhecimento do campo de tensões presentes na região do implante e da prótese. Com o conhecimento do campo de tensões, os limites de resistência dos materiais envolvidos e as técnicas de análise de fadiga nos darão subsídio para montagem de um modelo para predizer a vida do implante tomando como base o carregamento e a direção deste carregamento aplicada ao implante. Para a identificação do limite de resistência do material da prótese inicialmente serão conduzidos dois caminhos. O primeiro caminho é ensaiar as próteses mediante carregamentos normalizados para determinação do limite de resistência à fadiga da prótese. O segundo caminho é utilizar os dados de literatura já existentes para utilizar como base na determinação da vida do implante. Com os resultados obtidos é possível discutir os modelos de vida para as próteses dentárias. PALAVRAS-CHAVE: Fadiga, implante dentário. 1. INTRODUÇÃO Hoje são grandes os problemas que ocorrem com os dentes, sejam oriundos de causas naturais ou acidentes. O principal efeito destes problemas em curto prazo é prejudicar o processo de mastigação; outro efeito relacionado imediato é no campo estético, a falta de um dente (dependendo do lugar) prejudica o sorriso um dos primeiros elos de comunicação entre as pessoas. Outro ponto importante que aparece ao longo do tempo é que a perda de um dente gera um problema na configuração dos demais, devido à falta deste dente os demais dentes da boca sofrem um processo de deslocamento lento que podem acabar gerando problemas ósseos e de gengiva. Dentre os recursos disponíveis para solucionar este problema de perda dos dentes podemos destacar o implante dentário. Um implante dentário é uma estrutura metálica (geralmente) que é fixada ao osso fazendo o papel de raiz do dente. O implante quando aderido à estrutura óssea passa por um processo que é chamado de osseointegração, geralmente este processo dura de 4 a 6 meses. Um implante dentário precisa de uma base

2 óssea para ser inserido e fixado. No passado alguns problemas apareciam nesta fase, pois muitas pessoas não possuíam estrutura óssea suficiente para o implante, com isso havia a necessidade de enxertos ósseos para criar esta base para o implante. Esse processo implicava em mais tempo, dinheiro e riscos para o paciente. A figura 1 mostra o processo de colocação do implante em uma estrutura óssea. Figura 1: Processo de colocação do implante. Fonte: Um cirurgião sueco, Dr. Per-Ingvar Branemark, desenvolveu uma técnica que elimina a necessidade de enxerto. Naqueles pacientes sem estrutura óssea suficiente na boca, o implante é aderido aos ossos da maçã do rosto, os ossos zigomáticos. Esse tipo de implante é chamado de implante zigomático e veio abrir a possibilidade de implantes mais rápidos e tão seguros quanto os feitos pelo procedimento tradicional. São assim chamados de implantes zigomáticos de carga imediata, pois normalmente em 72 horas após o implante dos pinos já é possível colocar as próteses (os dentes ) no paciente. Essa técnica permite que o paciente tenha de volta seu sorriso em muito menos tempo. Porém como o implante se trata de uma estrutura, o mesmo está sujeito a processos de falhas como qualquer estrutura de engenharia, estas falhas podem ser de natureza médica onde os fatores orgânicos influenciam na durabilidade da prótese ou fatores mecânicos onde a estrutura (implante) está sujeito a esforços mecânicos oriundos do processo de mastigação. O presente trabalho vai levar em conta as falhas mecânicas não sendo escopo do mesmo estudar os fatores médicos que vão pré-dizer o sucesso do implante, outro ponto que não será levado em consideração é falha de fixação da prótese ao implante por meio do parafuso, vamos admitir a perfeita união da prótese ao implante, sendo assim nosso interesse analisar a vida do implante com base no campo de tensões apresentados no mesmo no processo de mastigação.

3 Segundo Matos (2010), após a osseointegração as causas mais comuns de falhas nos implantes dentários são a sobrecarga oclusal e estresse excessivo além do desenho irregular, construção e adaptação da prótese. Vários têm sido os estudos em bioengenharia relacionados a este tema, visto que este tipo de falha gera grande transtorno a pessoa que recebeu o implante. A principal ferramenta para auxiliar na analise da vida das próteses serão as técnicas de análise de fadiga associada com a ferramenta de elementos finitos. O método de elementos finitos é uma ferramenta de engenharia muito útil para análises deste tipo, pois permite analisar estruturas com geometrias complexa. Com o grande avanço dos sistemas computacionais é possível cada vez mais explorar esta ferramenta de simulação visto que a análise do sistema real é muito complexa e na maioria das vezes inviável. A utilização da análise de elementos finitos tem se tornado uma ferramenta muito eficaz na área de próteses dentárias, na previsão da distribuição de tensão no implante e no osso ao redor do mesmo, bem como as possíveis falhas mecânicas a que estavam sujeitas o implante devido aos esforços e solicitações. Srirekha A. et al (2010) faz uma revisão dos conceitos básicos, estado da arte, vantagens, desvantagens, limitações e aplicações do método de elementos finitos (FEM) nas áreas de prótese dentária. Giovanni Fazi et al (2011) analisaram a distribuição de tensões no osso, no implante e na prótese através da modelagem de elementos finitos em diferentes configurações dos implantes. Peter K. Moy et al (2005) traz uma análise dos riscos associadas as falhas nos implantes, bem como Zaid et al (2011) onde teve como objetivo estudar falhas prematuras nos implantes bem como os fatores de riscos associados. Cristopher et al (2006) investigou a vida sob carregamento de fadiga em implantes dentários em função de três categorias de diâmetro, onde cada categoria de diâmetro do implante é indicado para um local específico para o implante. Y. L. Seetoh et al (2011) estudaram plataformas de implantes cônicas em dois materiais, titânio e zircônia sob carregamento de fadiga. H. C. Quek et al (2008) estudaram o desempenho de quatro diferentes modelos de implantes, o limite de resistência à fadiga foi determinada para cada modelo através de uma máquina de fadiga rotativa. O efeito do aumente e decréscimo do torque de montagem sobre o limite de resistência à fadiga do material também foi investigado. Huong Q. Nguyen et al (2009) neste estudo investigaram o limite de resistência à fadiga de quatro implantes em zircônia levando em consideração o torque de fixação das próteses. V. Demenko et al (2011) estudaram as forças envolvidas no processo de mastigação como um critério para a seleção de implantes, as falhas nos implantes geralmente ocorrem

4 pelos carregamentos excessivos impostos na interface entre o implante e o osso devido ao processo de mastigação, o estudo foi realizado levando em consideração a correlação biomecânica entre as dimensões do implante e as tensões geradas na região de interface entre o implante e o osso que suporta o mesmo. Para isto usaram a ferramenta de elementos finitos baseados no critério de Von Mises para a análise das tensões na interface. Thomaz R. Morneburg et al (2002) tiveram como objetivo deste estudo, medir forças verticais na mastigação in vivo, utilizando um método que deve ser insensível ao local de impacto da força de mordida. Como pode ser verificado nas citações o tema se justifica pela importância no cenário mundial e está alinhado com as linhas de pesquisas desenvolvidas. 2. METODOLOGIA Para o desenvolvimento deste projeto será simulado em modelo tridimensional, um implante dentário a ser definido, o escopo será fechado em um único modelo de implante metálico. Para a análise será utilizado um carregamento de mastigação que será definido com base na literatura já estudada para este assunto bem como a sua direção também. Para a determinação das propriedades do material conduziremos o assunto por dois caminhos, onde o primeiro caminho é ensaiar as próteses com base em um carregamento normalizado; o segundo caminho é buscar os dados do material já estudado na literatura. A opção pelos caminhos será definida ao longo da construção do trabalho. Com as análises de tensões oriundas dos carregamentos na prótese e as curvas do material, vamos aplicar as técnicas de fadiga para pré-dizer a vida do implante. A figura 2 detalha a metodologia que será aplicada para realização do trabalho.

5 FASE 1: Levantamento dos carregamentos Processo Mastigação FASE 2: Definição do material e tipo de implante a ser analisado FASE 3: Modelagem da prótese e definição dos vetores de carregamento FASE 4: Análise dos resultados do modelo FASE 5: Aplicação das técnicas de fadiga para predição da vida da prótese Figura 2: Fases da metodologia Fonte: RESULTADOS O presente trabalho ainda está na fase de revisão de literatura e não apresentam resultados finalizados, as referências bibliográficas servem por enquanto como base para as discussões iniciais do problema.

6 4. CONCLUSÕES Pelo fato do trabalho se encontrar na fase de revisão de literatura e ainda não gerar os resultados necessários não é possível realizar a conclusão com relação ao tema proposto. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MATOS, GERALDO ROBERTO MARTINS, Fatores que influenciam no sucesso ou falha de implantes dentários, Revista Dental Press Periodontia Implantologia, Vol.4, p SRIEKHA A, BASHETTY K., Infinite to Finite: An Overview of finite element analysis, Indian J Dent Res 2010;21: LEE, YUNG LEE, PAN JWO, HATHAWAY, RICHARD, BARKEY, MARK, Fatigue Testing and Analysis, USA, Elsevier Butterworth-Heinemann, 2005 AMERCIAN SOCIETY FOR METAL, Fatigue Life Analysis and prediction, Salt Lake City, 1985 SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS, Recent Development in Fatigue Technology, USA, 1997 ASM INTERNATIONAL, Fatigue and Fracture, USA, 1997 ASSOCIATION OF AMERICAN RAILROADS, Fatigue Guidelines, USA 1983 CHRISTOPHER E. QUEK, FRACDS, KESON B. TAN, JACK I. NICHOLLS, Load Fatigue Performance of a Single-Tooth Implant Abutment System: Effect of Diameter, International Journal of Oral & Maxillo Facial Implants, V.21, Number 6, 2006 Y. L. SEETOH, KESON B. TAN, E. K. CHUA,H. C. QUEK, JACK I. NICHOLLS, Load Fatigue Performance of Conical Implant-Abutment Connections, International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, V.26, Number 4, 2011 H. C. Quek, Keson B. Tan, Jack I. Nicholls, Load Fatigue Performance of Four Implant- Abutment Interface Designs: Effect of Torque Level and Implant System, International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, V.23, Number 2, 2008 HUONG Q. NGUYEN, KESON B. TAN, JACK I. NICHOLLS, Load Fatigue Performance of Implant Ceramic Abutment Combinations, International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, V.24, Number 4, 2009 TAKAYUKI UEDA, URS KREMER, JOANNIS KATSOULIS, REGINA MERICSKE- STERN, Long-Term Results of Mandibular Implants Supporting an Overdenture: Implant Survival, Failures, and Crestal Bone Level Changes, International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, V.26, Number 2, GIOVANNI FAZI, SIMONE TELLINI, DARIO VANGI, ROBERTO BRANCHI, Three- Dimensional Finite Element Analysis of Different Implant Configurations for a Mandibular

7 Fixed Prosthesis, International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, V.26, Number 4, 2011 V. DEMENKO, I. LINETSKIY, K. NESVIT, A. SHEVCHENKO, Ultimate Masticatory Force as a Criterion in Implant Selection, International & American Associations for Dental Research, 2011 THOMAS R. MORNEBURG, PETER A. PRÖSCHEL, RER NAT, Measurement of Masticatory Forces and Implant Loads: A Methodologic Clinical Study, The International Journal of Prosthodontics, V.15, Number 1, 2002 PETER K. MOY,DIANA MEDINA, VIVEK SHETTY, TARA L. AGHALOO, Dental Implant Failure Rates and Associated Risk Factors, International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, V.20, Number 4, 2005 ZAID H. BAQAIN, WAEL YOUSEF MOQBEL, FALEH A. SAWAIR, Early dental implant failure: risk factors, The British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Vol.50, p , 2012