نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

10.22041/ijbme.2022.538500.1720

چکیده

امروزه موفقیت و شکست روش درمانی ایمپلنت گذاری، می‌تواند تحت تاثیر پایداری اولیه ایمپلنت باشد. پایداری اولیه عبارت است از ظرفیت تحمل سازه ایمپلنت-استخوان در برابر بار-های وارده، بدون ایجاد آسیب‌های جبران ناپذیر بر استخوان مجاور، که سبب شل شدن ایمپلنت و شکست فرآیند ایمپلنت گذاری می‌شود. هدف این مطالعه توسعه یک مدل میکروالمان محدود (μFE) اعتبارسنجی شده با داده‌های آزمون مکانیکی برون-تنی، به منظور بررسی پایداری اولیه از طریق اندازه‌گیری سفتی و بار نهایی سازه ایمپلنت-استخوان در بارگذاری-باربرداری فشاری دوره‌ای است. پس از آماده‌سازی نمونه استخوان-ایمپلنت، آزمون مکانیکی بارگذاری-باربرداری فشاری دوره‌ای به شکل شبه استاتیک، با نرخ mm/s 0024/0 به صورت مرحله به مرحله و جابجایی-کنترل از دامنه 04/0 تا 28/1 میلی‌متر به سازه استخوان-ایمپلنت اعمال گردید. سپس منحنی نیرو-جابجایی به همراه سفتی سازه در هر جابجایی اعمالی محاسبه گردید. پیش از اعمال بار، از استخوان تصاویر میکروسیتی گرفته شد و یک مدل μFE، برمبنای شرایط مرزی و بارگذاری-باربرداری آزمون مکانیکی ایجاد و منحنی نیرو-جابجایی سازه استخراج گردید. در نهایت، منحنی نیرو-جابجایی پیش‌بینی شده توسط مدل μFE با منحنی نیرو-جابجایی بدست آمده از آزمون برون‌تنی مقایسه و مدل μFE اعتبارسنجی شد. نتایج نشان دادند که منحنی نیرو-جابجایی پیشبینی شده توسط مدل μFE، تطابق قابل قبولی را با نتایج حاصل از آزمون تجربی دارد. مدل μFE ارائه شده در این مطالعه، توانایی نشان دادن پاسخ کلی سازه استخوان-ایمپلنت را در تغییر شکل‌های بزرگ داشته و می‌تواند به عنوان ابزاری در جهت بهبود طراحی ایمپلنت-های دندانی با رویکرد افزایش پایداری اولیه در ایمپلنت‌های دندانی بدون درنگ بارگذاری شده استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation on primary stability of dental implants: In-vitro cyclic compressive loading-unloading and micro-finite element analysis

نویسندگان [English]

  • pedram akhlaghi
  • Gholamreza Rouhi

Biomechanics, Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Today, the success and failure of treatment by dental implants is influenced by the concept of primary and secondary stability. Primary stability is the capacity of the bone-implant system to withstand the loads, without noticeable damage to the adjacent bone, which may cause the implant to loosen, and thus the implantation process fails. The aim of this study was to develop a micro-finite element (μFE) model and validate it with an in-vitro mechanical test, in order to evaluate the primary stability of dental implants by measuring the stiffness and ultimate load of the bone-implant system through cyclic compressive loading-unloading test. After bone-implant preparation, a quasi-static compressive step-wise loading-unloading cycles, with a displacement rate of 0.0024 mm/s and displacement-controlled were applied to the bone-implant structure with the amplitudes of 0.04 mm to 1.28 mm. Force-displacement curve and the stiffness of the structure in each step then were obtained. Prior to loading, the bony sample was scanned through a μCT device and a μFE model was developed based on the boundary and loading conditions similar to the in-vitro test to predict the force-displacement curve of the structure. Finally, the predicted force-displacement curve from μFE model was compared with the results of the experimental in-vitro test. Results showed that the predicted force-displacement curve from the μFE model is in agreement with the results of the experimental test. The μFE model developed here has the capability to show the overall response of the bone-implant structure under large deformations, and can also be used as a tool to improve the design of the dental implants, with the ultimate goal of increasing the stability of dental implants in immediate loading dental implants.

کلیدواژه‌ها [English]

  • dental implant
  • Primary stability
  • bone-implant stiffness micro-finite element
  • in-vitro cyclic compressive loading-unloading mechanical test