Effects of bone types on bone remodeling of a single implant: a Finite Element study

ผลของชนิดกระดูกต่อกระบวนการปรับรูปกระดูกในรากเทียมเดี่ยว: การศึกษาวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

Name: Montip Monstaporn

LCSH: Biomechanics

LCSH: Dental implants

LCSH: Implants, Artificial

Abstract: Objective: This study investigated the responses of bone remodeling process with respect to the effect of different bone type and occlusal loading location by analyzing stress, strain, strain energy density, and density distribution in a mandibular bone of implant supported single crown. Materials and methods: Standard implant in diameter of 4.2 mm and length of 10 mm in five types of bone (D1, D2, D3, D4, and grafted bone) with different occlusal loadings including non-occlusal contact (area loaded) and occlusal contact (center and 2-mm offsets horizontally loaded) were used to explore the stresses and strains transferred from the ceramic crown to the peri-implant bone through the implant. The implant was drawn and traced to simulate the model for finite element analysis (FEA). An artificial mandibular bone was constructed and assembled with an implant model. A 200 N loading was applied at the center of the crown and a strain energy density (SED) was used to stimulate cortical and cancellous bone remodeling over the first 12 months after implant placement. Results: Different occlusal loading location had a significant effect on bone remodeling responses in aspect of the stress/strain distribution and average peri-implant bone density. Every bone types under 2-mm offsets loading presented the highest stresses, strain, strain energy density, and bone density compared with other occlusal loading locations. Under 2-mm offsets loading, the greatest remodeling rate was achieved in D3 and D4 bone with slightly different values, an average peri-implant bone density in cortical bone were 1.95 and 1.77 g/cm3 and in cancellous bone were 1.08 and 1.06 g/cm3 , respectively, followed by D2, grafted bone, and D1 bone type after 12 months of bone remodeling. The remodeling rate was rapidly high in the first to second month of loading and continuously decreased until 12 months. Conclusion: Within the limitations of this study, the occlusal loading location appeared to be an important role than the bone type. An increased occlusal loading offset affected faster remodeling activities. D3 and D4 bone had the fastest remodeling process when compare with other bone types, resulting in more bone density and strength in a first few months of implant healing time process. However, D3 and D4 bone types with greater off-axial loading also had the greatest stress and strain at bone-implant interface that may interrupt primary implant stability during osseointegration process. In the grafted model, stress and strain are mostly deposited in grafted area, resulting in decreased remodeling rate in cortical and cancellous region.

Abstract: วัตถุประสงค์: เพื่อศึกษารูปแบบการกระจายความเค้น ค่าความเค้นวอนมิซสูงสุด และค่าเฉลี่ยโดยปริมาตรของค่าความเค้นวอนมิซ ค่าความเครียด ค่าความเค้นเฉือนและค่าความหนาแน่น ของบริเวณกระดูกชนิดต่างๆ รอบรากเทียมในรากเทียมเดี่ยวที่มีการให้แรงในรูปแบบและตำแหน่งที่แตกต่างกันวัสดุและวิธีการ: ทำการสร้างแบบจำลองรากเทียมเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.2 มิลลิเมตร ยาว 10 มิลลิเมตรและให้แรงสบฟันแก่ครอบฟันบนรากเทียมในกระดูกชนิดต่างๆ ได้แก่ กระดูกชนิด D1, D2, D3, D4 และ กระดูกปลูกถ่าย โดยให้รูปแบบและตำแหน่งแรงที่แตกต่างกัน โดยให้แรงทั้งด้านบดเคี้ยวตำแหน่งจุดศูนย์กลางฟันและตำแหน่งห่างจากจุดศูนย์กลาง 2 มิลลิเมตรในแนวราบกดลักษณะตั้งฉากกับพื้นผิวปริมาณ 200 นิวตันและกำหนดคุณสมบัติของวัสดุครอบฟันเป็นวัสดุเซรามิก ใช้โปรแกรมอะบาคัสในการวิเคราะห์รูปแบบการกระจายความเค้น ค่าความเค้นวอนมิซสูงสุด ค่าความเรียด ค่าความเค้นเฉือนและค่าความหนาแน่น ในกระดูกรอบรากเทียมโดยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ผลการศึกษา: พบค่าความเค้นและความเครียดที่มากกว่าจะกระจายอยู่บริเวณกระดูกทึบโดยรอบคอของรากเทียม รูปแบบการกระจายความเค้นจะแตกต่างกันเมื่อมีตำแหน่งให้แรงที่ต่างกัน กลุ่มที่ให้แรงนอกแนวแกนคือตำแหน่งห่างจากจุดศูนย์กลาง 2 มิลลิเมตร ในแนวราบพบความเครียดสะสมที่บริเวณคอของรากเทียมรวมไปถึงค่าความเค้นวอนมิซสูงสุด ค่าความเครียด ค่าความเค้นเฉือนที่กระดูกรอบรากเทียมและค่าความหนาแน่นในกระดูกรอบรากเทียมสูงที่สุด โดยกระดูกชนิด D3 และ D4 ให้ค่าความหนาแน่น 1.95 และ 1.77 g/cm3 ตามลำดับ ตามด้วยกระดูกชนิด D2, กระดูกปลูกถ่าย และชนิด D1 หลังจากเกิดกระบวนการปรับรูปกระดูก 12 เดือน โดยอัตราปรับรูปกระดูกเกิดอย่างรวคเร็วช่วง 1-2 เดือนแรกจากนั้นค่อยๆ ลดลงอย่างต่อเนื่อง สรุปผลการศึกษา: ภายใต้ขอบเขตการศึกษาครั้งนี้ พบว่าตำแหน่งการ ให้แรงมีผลต่อความเค้นความเครียด ความเค้นเฉือน และความหนาแน่น บริเวณกระดูกรอบรากเทียมเดี่ยวมากกว่าชนิดกระดูก โดยตำแหน่งแรงที่มีระยะห่างจากแนวแกนฟันมากขึ้นจะยิ่งทำให้เกิดความเค้น ความเครียด ความเค้นเฉือน และความหนาแน่น บริเวณกระดูกรอบรากเทียมเดี่ยวมากเมื่อเทียบกับการให้แรงในแนวแกนที่จุดศูนย์กลางและการให้แรงเป็นพื้นที่ด้านบดเคี้ยว กระดูกชนิด D3 และ D4 ที่ให้แรงห่างจากจุดศูนย์กลาง 2 มิลลิเมตร พบกระบวนการปรับรูปกระดูกสูงสุด แต่อย่างไรก็ตามพบค่าความเค้น ความเครียดบริเวณผิวสัมผัสระหว่างกระดูกและผิวรากเทียมสูงสุดด้วยเช่นกัน ซึ่งอาจขัดขวางการเกิดเสถียรภาพรากเทียมในระยะเริ่มต้นได้ ในส่วนกระดูกปลูกถ่าย พบว่าความเครียดส่วนใหญ่กระจายไปยังบริเวณปลูกกระดูกมากกว่ากระดูกทึบและกระดูกอ่อน ส่งผลให้มีอัตราปรับรูปกระดูกในกระดูกทึบและกระดูกอ่อนลดลง

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Daraporn Sae-Lee

Role: Chairman

Name: Pimduen Rungsiyakull

Role: Member

Name: Chaiy Rungsiyakull

Role: Member

Created: 2021

Modified: 2022-10-16

Issued: 2022-10-16

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Dentistry

Level: Master's Degree

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	600931032.pdf	1.34 MB	1	2024-02-18 13:00:02

ใช้เวลา

0.029724 วินาที