UNESP - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Faculdade de Odontologia de Araraquara Nicole Casalle Avaliação do comportamento mecânico e distribuição de forças em implantes dentários híbridos e curtos comparando diferentes designs: análise por ensaios mecânicos e elementos finitos Araraquara 2023 UNESP - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Faculdade de Odontologia de Araraquara Nicole Casalle Avaliação do comportamento mecânico e distribuição de forças em implantes dentários híbridos e curtos comparando diferentes designs: análise por ensaios mecânicos e elementos finitos Tese apresentada à Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Odontologia, Araraquara para obtenção do título de Doutora em Odontologia, na Área de Implantodontia Orientador: Prof. Dr. Luis Geraldo Vaz Araraquara 2023 C334a Casalle, Nicole Avaliação do comportamento mecânico e distribuição de forças em implantes dentários híbridos e curtos comparando diferentes designs: análise por ensaios mecânicos e elementos finitos / Nicole Casalle. -- Araraquara, 2023 105 p. : tabs., fotos Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Odontologia, Araraquara Orientadora: Luis Geraldo Vaz 1. Implantes dentários. 2. Análise de elementos finitos. 3. Fenômenos biomecânicos. I. Título. Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca da Faculdade de Odontologia, Araraquara. Dados fornecidos pelo autor(a). Essa ficha não pode ser modificada. Nicole Casalle Avaliação do comportamento mecânico e distribuição de forças em implantes dentários híbridos e curtos comparando diferentes designs: análise por ensaios mecânicos e elementos finitos Comissão julgadora Tese para obtenção do grau de Doutor em Odontologia Presidente e orientador: Prof. Dr. Luis Geraldo Vaz 2º Examinador: Prof. Dr. Francisco de Assis Mollo Junior 3º Examinador: Prof. Dr. Mário Augusto Pires Vaz 4º Examinador: Prof. Dr. Pedro Yoshito Noritomi Araraquara, 26 de maio de 2023. DADOS CURRICULARES Nicole Casalle NASCIMENTO: 22/09/1989 – Araraquara – São Paulo FILIAÇÃO: Carlos Alberto Casalle Maria Elisabete Corbi Casalle 2008/2012 Graduação em Odontologia Faculdade de Odontologia de Araraquara – UNESP 2010/2011 Estágio de Iniciação Científica na Disciplina de Dentística Orientador: Prof. Dr. Marcelo Ferrarezi de Andrade Faculdade de Odontologia de Araraquara – UNESP 2010/2012 Bolsista PIBIC de Iniciação Científica Orientador: Prof. Dr. Marcelo Ferrarezi de Andrade 2010/2011 Estágio de Iniciação Científica na Disciplina de Prótese Orientador: Prof. Dr. Francisco de Assis Mollo Junior Faculdade de Odontologia de Araraquara – UNESP 2010/2012 Bolsista FAPESP de Iniciação Científica Orientador: Prof. Dr. Francisco de Assis Mollo Junior Faculdade de Odontologia de Araraquara – UNESP 2011/2011 Curso de Aperfeiçoamento em Cirurgia Bucal Centro de Pesquisa e Tratamento das Deformidades Buco-Faciais 2013/2013 Estágio de Atualização em Cirurgia Ortognática JRG Odontologia 2013/2013 Estágio de Atualização em Cirurgia de ATM JRG Odontologia 2012/2012 Curso de Atualização Implantes Dentários Bionnovation Produtos Biomédicos 2014/2016 Mestrado em Ciências Odontológicas, área de Diagnóstico Bucal e Cirurgia Faculdade de Odontologia de Araraquara – UNESP Orientador: Prof. Dr. Cleverton Roberto de Andrade Bolsista CNPq 2015/2015 Curso de Aperfeiçoamento em Cirurgia Bucal Centro de Pesquisa e Tratamento das Deformidades Buco-Faciais 2016/2018 Especialização em Implantodontia e Prótese sobre implante Associação Paulista de Cirurgiões Dentistas de São Carlos 2018/Atual Pós-Graduação em Odontologia – Nível Doutorado Faculdade de Odontologia de Araraquara – UNESP Orientador: Prof. Dr. Luis Geraldo Vaz Bolsista CNPq 2021/2022 Estágio de Doutorado Sanduíche Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade do Porto Laboratório de Ótica e Mecânica Experimental Porto- Portugal Bolsista CAPES Print- 88887.570438/2020-00 Dedico esse trabalho, com muito amor, para as pessoas mais importantes da minha vida, meus pais e meu irmão, que me apoiaram em todos os momentos e permitiram a concretização de mais uma etapa da minha formação profissional. AGRADECIMENTOS A Deus, por ter me dado a vida, saúde e a oportunidade de crescer profissionalmente e alcançar meus objetivos. Aos meus pais, Elisabete e Carlos, por terem proporcionado todo o meu estudo, nunca medindo esforços para que eu tivesse as melhores oportunidades. Amo muito vocês e serei eternamente grata! Ao meu irmão, Carlinhos, por estar sempre presente e me apoiando em todos os momentos. Obrigada pela parceria e amizade, amo muito você! A minha avó Maria, que mesmo ausente fisicamente, sempre estará em meu coração e me acompanhando em cada passo da minha vida. Em especial, ao meu orientador, Prof. Dr. Luis Geraldo Vaz, pela confiança em mim depositada, por ter sido meu apoio e meu guia nessa jornada tão desafiadora, mas muito gratificante! Obrigada pela amizade, pela convivência agradável e por ter sido exemplo de como um orientador deve ser. Ao Prof. Dr. Pedro Yoshito Noritomi e ao Leonardo, pela generosidade e paciência com que me orientaram e ao Centro de Tecnologia da Informação- Renato Archer, pela enorme colaboração com esse trabalho. Ao Prof. Dr. Mário Augusto Pires Vaz, me faltam palavras para agradecer a oportunidade de realização do estágio de doutorado sanduíche, o acolhimento na Universidade do Porto e o excelente suporte. Muito obrigada, nunca esquecerei da cidade do Porto e dessa experiência tão engrandecedora. A Faculdade de Odontologia de Araraquara, por ter me aberto as portas e me recebido de maneira tão maravilhosa desde a graduação. Por ser onde passei os melhores anos da minha vida e por continuar fornecendo um ensino de excelência. A Neodent, por tão gentilmente patrocinarem esse estudo com os implantes e componentes que foram utilizados nas análises A CAPES: O presente trabalho foi realizado com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de financiamento 001. Agradeço também pela concessão da Bolsa CAPES Print- 88887.570438/2020-00. Casalle N. Avaliação do comportamento mecânico e distribuição de forças em implantes dentários híbridos e curtos comparando diferentes designs: análise por ensaios mecânicos e elementos finitos [tese de doutorado]. Araraquara: Faculdade de Odontologia da UNESP; 2023. RESUMO O objetivo do presente estudo foi analisar o comportamento mecânico e a distribuição de forças de implantes dentários híbridos, de diferentes geometrias, instalados em região de maxila posterior, pelo método de elementos finitos (MEF). Os modelos virtuais e físicos foram incialmente gerados a partir do software de CAD Rhinoceros 7® da McNell, utilizando como base a estrutura óssea de um segmento posterior de maxila, desenvolvida por meio do protocolo BioCAD. Para o MEF foi confeccionada malha 3D tetragonal de primeira ordem. Implantes de duas diferentes conexões protéticas, hexágono externo (HE) e grand Morse (GM), foram simulados na análise computacional e submetidos a cargas oblíquas de 100N com angulação de 30º em relação ao longo eixo do implante. Os campos de deslocamentos e tensões foram comparados entre os implantes. O experimento de correlação digital de imagem (DIC) foi realizado nos modelos físicos para validar a análise computacional. Para a DIC, foram impressos corpos de prova em poliamida por meio da tecnologia de manufatura aditiva SLS (Selective Laser Sintering), pela impressora HIQ (Sinterstation), onde os implantes foram instalados e posteriormente carregados com carga oblíqua de 24N. Em outra análise de elementos finitos, implantes GM modificados na região apical, nomeados de acordo com os cortes realizados no ápice: C- controle (sem corte apical); B- bi-partido; T- tri-partido; Q- quadri-partido, foram submetidos a ação de um movimento de rotação em relação ao eixo longitudinal dos implantes. Uma análise qualitativa foi feita entre os dois experimentos, confirmando a mesma tendência de deslocamentos entre os modelos físicos e virtuais para os dois implantes analisados. Análises de deslocamentos e distribuição de tensões foram obtidas para os implantes GM e HE. Comparativamente, houve maior deslocamento na plataforma do modelo HE, obtendo valores de 1,339E-1 (0,1399 mm), em comparação com o modelo GM, onde para as mesmas condições obteve-se um deslocamento de 2,080E-2 (0,0208 mm). O modelo HE apresentou uma tensão de von Mises menos distribuída e de maior intensidade de 148,4 MPa, enquanto o modelo GM apresentou tensão de von Mises de 99,03 MPa, juntamente com maior dissipação de tensões. Os valores de Tensão Principal Máxima foram maiores para o modelo GM do que para o HE. Os implantes GM modificados também foram comparados em relação aos deslocamentos totais e as tensões de von Mises. Quanto ao deslocamento, o implante C, apresentou maior tendência a deslocar que os demais, 14,36% maior. Os implantes com os cortes, tiveram deslocamentos parecidos, sendo o menor valor evidenciado no implante T. Em relação a tensão de von Mises, o implante T apresentou o maior valor entre os implantes, já no implante C, foi possível notar diferença no padrão de comportamento mecânico em relação aos implantes com os cortes. Os resultados deste estudo mostraram que foi possível encontrar padrões semelhantes no comportamento mecânico dos implantes analisados entre o MEF e a DIC. Porém, um maior controle de ambas as técnicas deve ser tomado para que possa haver uma validação entre os métodos. Pode-se concluir que as diferentes geometrias influenciaram o comportamento mecânico dos implantes analisados. Palavras-chave: Implantes dentários. Análise de elementos finitos. Fenômenos biomecânicos. Casalle N. Evaluation of mechanical behavior and force distribution in hybrid and short dental implants comparing different designs: analysis by mechanical teste and finite elements [tese de doutorado]. Araraquara: Faculdade de Odontologia da UNESP; 2023. ABSTRACT The aim of the present study was to analyze the mechanical behavior and force distribution of hybrid dental implants with different geometries installed in the posterior maxilla using the finite element method (FEM). Virtual and physical models were initially generated using Rhinoceros 7® CAD software from McNell, based on the bone structure of a posterior maxilla segment developed through the BioCAD protocol. A first-order tetragonal 3D mesh was created for the FEM. Implants with two different prosthetic connections, external hexagon (HE) and grand Morse (GM), were simulated in the computational analysis and subjected to oblique loads of 100N with an inclination of 30º relative to the long axis of the implant. The displacement and stress fields were compared between the implants. Digital image correlation (DIC) experiments were performed on the physical models to validate the computational analysis. For DIC, test specimens were 3D printed in polyamide using selective laser sintering (SLS) technology with the HIQ (Sinterstation) printer, where the implants were installed and subsequently loaded with an oblique force of 24N. In another finite element analysis, modified GM implants in the apical region, named according to the cuts made at the apex: C - control (no apical cut); B - bi-parted; T - tri-parted; Q - quadri-parted, were subjected to a rotational movement relative to the longitudinal axis of the implants. A qualitative analysis was conducted between the two experiments, confirming the same trend of displacements between the physical and virtual models for the two implants analyzed. Displacement and stress distribution analyses were obtained for GM and HE implants. Comparatively, there was greater displacement in the platform of the HE model, with values of 1.339E-1 (0.1399 mm), compared to the GM model, where under the same conditions, a displacement of 2.080E-2 (0.0208 mm) was obtained. The HE model exhibited less distributed and higher intensity von Mises stress of 148.4 MPa, while the GM model showed von Mises stress of 99.03 MPa, along with greater stress dissipation. The maximum principal stress values were higher for the GM model than for the HE model. The modified GM implants were also compared in terms of total displacement and von Mises stress. Regarding displacement, implant C showed a greater tendency to displace than the others, 14.36% higher. The implants with cuts had similar displacements, with the lowest value observed in the T implant. In terms of von Mises stress, implant T exhibited the highest value among the implants, whereas implant C exhibited a different pattern of mechanical behavior compared to the implants with cuts. The results of this study showed that it was possible to find similar patterns in the mechanical behavior of the analyzed implants between FEM and DIC. However, greater control of both techniques should be taken to enable validation between the methods. It can be concluded that the different geometries influenced the mechanical behavior of the analyzed implants. Keywords: Dental implants. Finite element analysis. Biomechanical phenomena. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .................................................................................11 2 PROPOSIÇÃO ..................................................................................18 3 PUBLICAÇÃO (ÇÕES) .....................................................................19 3.1 Publicação 1 .................................................................................19 3.2 Publicação 2 .................................................................................39 3.3 Publicação 3 .................................................................................60 4 CONCLUSÃO ..................................................................................73 REFERÊNCIAS ...............................................................................74 APÊNDICES ....................................................................................80 11 1 INTRODUÇÃO A falta de um ou mais elementos dentários têm incomodado a humanidade há séculos. Perda da eficiência mastigatória, estética comprometida, diminuição do bem- estar e até mesmo dificuldades com a fala e a pronuncia, são apenas alguns dos problemas relacionados com a ausência dos dentes1. Desde os tempos antigos, inúmeras tentativas foram feitas para substituir um dente ausente por algo que pudesse devolver a função do elemento perdido. Materiais como marfim, ossos, metais e pedras preciosas, foram inicialmente usados para replicar a anatomia e repor os dentes naturais1. A história da atual implantodontia começa no início do século XIX. Em 1891, Znamenski e Hillscher utilizaram implantes feitos de porcelana e preenchidos por guta percha2,3. Em 1902, Payne4 também usou guta percha para preencher implantes feitos de cápsulas de estanho banhadas a ouro e em 1913, Greenfield5 inseriu implantes ocos compostos por irídio e platina. Implantes fabricados com liga de cobalto-cromo e molibdênio começaram a ser utilizados em 19406,7. Também durante este período, implantes em espiral8 e subperiosteais9 foram desenvolvidos1. O período de 1950-1970 foi caracterizado por uma explosão de novos desenvolvimentos, especialmente modificações nos designs dos implantes8,10. Após 1970, maior interesse foi dedicado a desvendar os fatores determinantes para o sucesso clínico ou falha dos implantes dentários1. Como consequência dessas descobertas, Brånemark11 introduziu, no final dos anos 70, implantes em forma de parafusos, fabricados em titânio puro (99,7%)11,12. O que propiciou o uso de titânio em implantes, foi sua alta resistência à corrosão devido à formação de uma camada inerte de óxido de titânio (TiO2) cobrindo a superfície do metal. Branemark observou que essa camada de TiO2 poderia ocasionar um contato direto entre osso e implante, desde que uma técnica cirúrgica cuidadosa fosse aplicada, o que ele constatou ser obtido pela combinação do design do parafuso e um restrito protocolo de instalação do implante no osso alveolar1. Com base em seus estudos, Branemark introduziu pela primeira vez, o termo osseointegração para descrever as evidências histológicas que sugerem um bom resultado no tratamento com implantes dentários13. Sendo assim, com o passar dos anos a osseointegração passou a ser definida como a união estável e funcional entre 12 o osso e a superfície de titânio14. Um período de cicatrização de alguns meses geralmente é necessário para que o contato entre o osso e o implante se consolide14,15. A osseointegração, por sua vez, é preservada por um processo contínuo denominado de remodelação óssea, que é responsável pela manutenção adequada de osso ao longo da vida, através do equilíbrio entre a reabsorção do tecido ósseo maduro e substituição por osso recentemente formado15. Logo que o implante dentário é instalado no osso alveolar, sua fixação irá se dar inicialmente, pela chamada estabilidade primária, que é a combinação da quantidade e qualidade do osso receptor, do design do implante e da técnica cirúrgica utilizada16. A estabilidade primária é crucial para o sucesso dos implantes e é considerada um fator determinante para a osseointegração16,17. Sendo assim, os fatores que influenciam a estabilidade primária e consequentemente a osseointegração, estão relacionados com a superfície dos implantes18, técnica cirúrgica19, design do implante20,21 e qualidade e quantidade óssea22,23. Com base nas primeiras tentativas e no avanço de Branemark, testemunhamos nos últimos 50 anos, avanços significativos no desenvolvimento da implantodontia. Os implantes dentários são hoje uma parte indispensável da odontologia clínica. Embora a taxa de sucesso dos implantes dentários tenha sido relatada como superior a 90%21, isso também representa um desafio para o futuro. Essa preocupação está relacionada ao envelhecimento da população. Pessoas idosas estão mais expostas a fatores que comprometem sua saúde física, além disso, o aumento da perda de dentes é algo comum com o envelhecimento. Diabetes, osteoporose, obesidade e uso de medicamentos, são algumas condições médicas que podem prejudicar a regeneração óssea ao redor dos implantes dentários24. Consequentemente, isso pode promover a falha do implante e colocar em risco as atuais taxas de sucesso. Além disso, fatores relacionados a qualidade e quantidade óssea também podem ser comprometidos em pessoas idosas, uma vez que a ausência do elemento dentário acelera o processo de reabsorção óssea, o que pode se agravar ainda mais, se algum fator sistêmico estiver associado. Regiões anatômicas com limitações ósseas, como no caso da região de seio maxilar25 e nervo alveolar, impedem a instalação de implantes mais longos e com maior diâmetro, fatores geométricos que, como mencionados anteriormente, influenciam diretamente na estabilidade primária dos implantes. 13 O sucesso do tratamento com implantes dentários depende de uma série de fatores biológicos e mecânicos. Mesmo quando os implantes estão totalmente osseointegrados, há um risco de reabsorção óssea nas regiões peri-implantares, que pode ser causada por infecção bacteriana ou sobrecarga devido a forças mastigatórias26. A sobrecarga muitas vezes é resultado de acúmulo de tensões geradas por má oclusão, design ou posicionamento de implantes inadequados27. É comprovado que uma maior área de contato entre osso e implante aumenta a estabilidade primária, favorece a osseointegração e uma distribuição de tensões mais equilibrada. Em busca desse objetivo, é que por muitos anos o uso de implantes mais longos e com diâmetros maiores foram associados a tratamentos bem-sucedidos16,26. O entendimento da biomecânica na interface osso-implante e suas consequências são fundamentais para o sucesso clínico28. A literatura indica que alterações na macrogeometria dos implantes como o design, comprimento, diâmetro, características geométricas, assim como propriedades do osso de suporte e tipos de carga aplicada, são importantes no mecanismo de transferência e distribuição de tensões ao osso e ao implante29-32. Os primeiros implantes a serem fabricados, possuíam corpo e ápice cilíndricos, porém estudos como o de Valente et al.33 (2015) e de Gehrke et al.34,35 (2015, 2016) mostraram que este design pode não ser a melhor opção em todas as situações clínicas. Assim, outros formatos de implantes foram introduzidos para alcançar uma melhor estabilidade em diferentes condições ósseas. Os implantes cônicos têm sido muito utilizados para inserção imediata em alvéolo pós-extração, pois se adaptam melhor nas paredes do sítio cirúrgico, minimizando a necessidade de procedimentos de enxerto ósseo. Além disso, alguns estudos sugerem que os implantes cônicos possam melhorar a estética, permitir sua inserção entre dois dentes adjacentes e evitar risco de perfuração devido às concavidades anatômicas36-38. Recentemente, é possível encontrar no mercado implantes denominados de híbridos, pois possuem sua macroestrutura mista, porção cilíndrica no corpo e cônica no ápice. Os implantes híbridos são indicados para as regiões em que a densidade óssea é baixa, possuem as vantagens dos implantes cilíndricos e cônicos, características que favorecem seu travamento. Entretanto, a estabilidade primária desses implantes ainda não foi completamente esclarecida, necessitando de mais estudos39. 14 Outra condição macroscópica que também influencia o comportamento biomecânico do implante é a geometria da conexão protética presente na plataforma do implante. O hexágono externo (HE) foi o primeiro tipo de sistema de conexão adotado na implantodontia moderna por Branemark, baseado na existência de um hexágono na região de plataforma do implante (0,7 mm de altura); no entanto, essa conexão foi extensivamente modificada em termos de diâmetro, altura e torque de inserção40. O HE facilita a inserção da prótese, proporciona um mecanismo antirrotacional, e permite que a prótese seja removida e reinstalada. No entanto, o HE não impede a formação de microgap entre a plataforma do implante e o componente protético/coroa dentária, levando a complicações quando submetido a alta carga oclusal, pois permite micromovimentos do pilar, causando instabilidade na fixação da prótese, o que pode resultar em afrouxamento do parafuso do pilar ou mesmo fraturas por fadiga40-45. As limitações do HE ficaram ainda mais evidentes quando usados para reabilitação de arcos parcialmente edêntulos ou quando submetidos às forças oblíquas, apresentando baixa resistência, sendo nesses casos, o uso de conexões internas antirrotacionais mais adequado41,43-46. Devido aos problemas com perda óssea em implantes, se iniciarem pela plataforma, maior importância tem sido dada ao tipo de conexão protética dos implantes41-43. Estudos recentes, têm envolvido novos aspectos estruturais dos implantes dentários e sistemas de conexão protética. Dentre as conexões internas encontradas no mercado atualmente, destaca-se a do tipo cone Morse (CM)46,47. A conexão CM diminui ou praticamente elimina as complicações mecânicas do HE. Melhora a forma como as tensões são transferidas para o osso adjacente, pois aumentam a absorção de carga sob uma força lateral. Isso melhora a biomecânica e reduz as complicações biológicas, como afrouxamento do parafuso, fratura e perda óssea marginal. Quanto maior a profundidade da conexão dentro do corpo do implante, uma dissipação mais homogênea das cargas oclusais irá ocorrer, pois as tensões serão distribuídas na parede do implante e, consequentemente, no osso que envolve todo o implante e não apenas na região de plataforma40. Uma característica de design exclusiva da conexão CM é a união entre duas estruturas cônicas. Essa conexão foi desenvolvida por Stephen A. Morse, em 1864, e desde então tem sido usada globalmente48. Na implantodontia, um pilar cônico “macho” é apertado em um encaixe cônico “feminino” dentro do implante. Este design 15 cônico cria, internamente, uma fricção significativa através da alta propensão de paralelismo entre as duas estruturas49. Os implantes CM têm mostrado altas taxas de sucesso com boa preservação óssea em restaurações implantossuportadas. Esse desempenho clínico pode ser explicado pela menor incidência de microgap e contaminação bacteriana. Além disso, em comparação com outras conexões, a conexão CM permite estabilidade superior da crista óssea sob cargas axiais e laterais41,42. Outra vantagem associada a conexão cone Morse, é o conceito de plataforma switching. Este conceito refere-se ao uso de um pilar de diâmetro menor colocado em uma plataforma de implante de diâmetro maior, fazendo com que a junção implante-pilar se direcione para a porção mais central, distanciando da crista óssea alveolar e diminuindo o índice de perda óssea ao redor dos implantes43. Os implantes com conexão CM possuem paredes internas com um ângulo convergente que varia de 8º a 11º40,46. Estes implantes devem ser colocados 1 a 2 mm abaixo da crista óssea, de acordo com as instruções do fabricante, para otimizar a manutenção dos tecidos moles peri-implantares ao redor do terço cervical do implante40. Neste contexto, foram lançados recentemente ao mercado, implantes com um novo tipo de plataforma protética, denominada de grand Morse (GM). Do mesmo modo que os implantes CM, a linha GM também aplica o conceito de plataforma switching50. Seguindo as mesmas caracteristicas e objetivos do CM, é que a conexão do tipo GM foi desenvolvida. A conexão GM possui ângulo interno de 16°. As paredes internas mais espessas contribuem para uma maior resistência mecânica e melhores resultados, porém ainda não há estudos que tenham testado mecanicamente a eficácia desse novo modelo de plataforma e sua similaridade com a conexão do tipo CM48. Atualmente, estão disponíveis no mercado, implantes de diversos comprimentos. A instalação de implantes em regiões de grandes atrofias ósseas, como áreas posteriores de maxila e mandíbula, pode envolver técnicas cirúrgicas avançadas, como enxertos ósseos e levantamento de seio maxilar22,25. Esses procedimentos demandam de grande habilidade do cirurgião-dentista, como também aumentam o custo e o tempo de tratamento31. Para tanto, os implantes curtos (≤ 8 mm) têm sido uma alternativa cirúrgica para as regiões onde há limitação óssea, evitando procedimentos mais invasivos. Os primeiros estudos realizados mostraram que esses implantes podem trazer 16 complicações biomecânicas, quando comparados com os implantes de maior tamanho. Entretanto, estudos mais recentes com implantes curtos, vêm mostrando que esses implantes podem ser previsivelmente usados para suportar próteses, nas regiões onde há limitações ósseas, como área posterior de maxila e mandíbula31,32,51- 53. Atualmente encontramos no mercado, implantes com diversos tratamentos de superfície que são capazes de acelerar o período de cicatrização e favorecer a osseointegração, diminuindo o tempo final de tratamento, uma vez que permitem a reabilitação com coroas sobre implantes de forma mais rápida e muitas vezes imediata. Por esse motivo, fatores macrogeométricos como o tamanho e o diâmetro dos implantes, saíram do foco dos estudos mais recentes e maior atenção vem sendo dada a outros fatores relacionados com a composição dos implantes, superfície e presença de infiltração bacteriana54-58. Entretanto, saber como esse sistema irá se comportar biomecanicamente após o período de osseointegração, continua sendo de extrema importância para a longevidade do tratamento e irá depender exclusivamente da manutenção do osso ao redor do implante como um todo. Pensando nisso, estudar a região apical dos implantes, pode ser vantajoso, uma vez que temos na literatura alguns estudos que comprovam a influência da geometria do ápice no comportamento mecânico e também no imbricamento tardio, quando usados implantes com modificações apicais que permitem a deposição de células ósseas entre os entalhes criados no ápice, aumentando o travamento do implante no osso adjacente34,59-63. Diferentes designs de ápice de implantes foram testados por alguns autores in vivo e in vitro59-61,64. Sciasci et al.64 (2018) avaliaram o comportamento mecânico in vitro de cortes realizados na região ápice de implantes longos e cilíndricos. Foram realizados cortes retos, bi- partidos, tri-patidos e quadri-partidos. Os autores concluíram que essas mudanças influenciaram o torque de inserção e a estabilidade primária dos implantes, sendo necessários mais estudos. Para avaliar o comportamento biomecânico de uma reabilitação com implantes dentários, técnicas como a fotoelasticidade64, interferometria holográfica65, correlação digital de imagem (DIC)66 e análise por elementos finitos47, podem ser empregadas. A análise numérica de elementos finitos tem sido mundialmente utilizada para analisar o comportamento mecânico de reabilitações sobre implantes, por ser uma ferramenta precisa e confiável para simular o comportamento de sistemas complexos67-70. O 17 método é realizado para obter dados específicos sobre a magnitude e distribuição de tensões e deformações que são transmitidas ao osso adjacente através dos implantes e materiais reabilitadores71,72. Diversos estudos utilizaram o MEF como ferramenta para compreender e prever como cada força atua sobre os implantes e são distribuídas para o tecido ósseo22,23,25,27,28,30-32,48,62-67 . Sendo assim, novos designs de implantes têm sido desenvolvidos com a intenção de aumentar a área de contado entre o implante e o osso, favorecendo e acelerando o processo de osseointegração, bem como melhorar a dissipação de tensões e preservar o osso peri-implantar. Dentre os novos designs, destacam-se os implantes híbridos e curtos, relativamente novos no mercado e promissores por serem versáteis a diversas situações clínicas, evitando maiores procedimentos cirúrgicos. Por outro lado, faltam evidências que esclareçam de fato o comportamento mecânico desses implantes isoladamente, sem a influência dos diversos tratamentos de superfícies, que também apresentam papel na osseointegração. Também faltam evidências que tenham testado esses implantes com diferentes conexões protéticas e avaliado qual seria mais favorável do ponto de vista mecânico. Além do mais, não existe consenso na literatura sobre qual seria o melhor formato de implante a ser utilizado, assim como há poucas pesquisas sobre a influência do formato do ápice dos implantes no seu comportamento mecânico. Com base no exposto, este trabalho se faz relevante, pois se propõe avaliar laboratorialmente o comportamento mecânico de implantes híbridos e curtos, de duas conexões protéticas diferentes, hexágono externo, utilizada em larga escala, comparando com a conexão protética do tipo grand Morse, inserida no mercado recentemente. Alterações geométricas na região de ápice dos implantes também foram realizadas, três tipos diferentes de desenhos de ápices (bi-partido; tri-partido; quadri-partido) foram testados e a influência do ápice no comportamento mecânico dos implantes foi analisada. E por fim, com o objetivo de validar a simulação da análise de elementos finitos, foi realizado o experimento de correlação digital de imagem. 18 2 PROPOSIÇÃO Avaliar o comportamento mecânico e a distribuição de forças de implantes híbridos e curtos, com diferentes conexões protéticas e ápices modificados, por meio da análise de elementos finitos e correlação digital de imagem. • Analisar o comportamento mecânico de implantes de conexão hexágono externo e grand Morse (4,0mm x 8,0mm), pela análise de correlação digital de imagem e validar os experimentos de elementos finitos por meio da comparação dos dados. • Simular por meio da análise de elementos finitos, o comportamento mecânico de implantes de conexão hexágono externo e grand Morse (4,0mm x 8,0mm), submetidos a cargas oblíquas de 100N e angulação de 30º em relação ao longo eixo do implante e comparar o comportamento mecânico encontrado nas diferentes plataformas. • Avaliar a influência do imbricamento mecânico dos ápices de implantes grand Morse (4,0mm x 8,0mm), com três tipos de alterações apicais: bi-partido; tri- partido; quadri-partido, sob ação de uma rotação padronizada, comparando com implantes sem alteração apical e avaliar qual alteração apical apresenta melhor distribuição de tensões ao osso adjacente e consequentemente melhor comportamento mecânico. 19 3 PUBLICAÇÕES O presente trabalho resultou em três publicações. 3.1 Publicação 1 Validação do método de elementos finitos para a análise da deformação de implantes com diferentes geometrias usando a correlação digital de imagem Validation of the finite element method for strain analysis of implants with two different systems using digital image correlation Nicole Casalle DDS, MSc, PhD Studenta, Leonardo Mendes Ribeiro Machado, BSsb, Pedro Y. Noritomi BSc, MSc, PhDb, Mário A. P. Vaz BSc, MSc, PhDc, Luis Geraldo Vaz BSc, MSc, PhDd aDoctoral student, Department of Diagnosis and Surgery at School of Dentistry at Araraquara – São Paulo State University, UNESP, SP, Brazil. bResearcher, Center for Information Technology Renato Archer, Campinas, SP, Brazil. cAssociate Professor, Department of Mechanical Engineering at School of Engineering of the University of Porto, Portugal. dAssociate Professor, Department of Dental Materials and Prosthodontics at School of Dentistry at Araraquara – São Paulo State University, UNESP, SP, Brazil. Financial support provided by CAPES- 88887.570438/2020-00 Corresponding author: School of Dentistry at Araraquara, São Paulo State University, UNESP, SP, Brazil. Humaitá Street, 1680 FOAr-UNESP, 14801-093, Araraquara, SP - Brazil Fone: +55 16 33016420 e-mail: nicolecasalle@hotmail.com Manuscrito segue as normas do periódico The Journal of Prosthetic Dentistry para o qual foi submetido. mailto:nicolecasalle@hotmail.com 20 ACKNOWLEGMENTS: The authors would like to acknowledge Neodent for providing all the implants and prosthetic components used in the study, the Center for Information Technology - Renato Archer for the development of finite element analyses and fabrication of test specimens. They also acknowledge the School of Engineering of the University of Porto for providing the Laboratory of Optics and Experimental Mechanics, which allowed the development of the digital image correlation analysis. Furthermore, they would like to express their gratitude to CAPES for the financial support that enabled this work to be completed in Brazil and Portugal. RESUMO O método de elementos finitos (MEF) é uma técnica computacional que se baseia em um modelo matemático para simular as condições de carga e deslocamentos de um modelo físico. Entretanto, o MEF pode apresentar algumas variações decorrentes do próprio método, que podem influenciar os resultados finais, sendo necessária uma validação experimental. O objetivo deste estudo foi validar uma análise de elementos finitos, usando dados experimentais obtidos por meio de uma técnica conhecida por correlação digital de imagem (DIC). Para as análises foram utilizados implantes de conexões protéticas hexágono externo e grand Morse (4.0 mm x 8.0 mm- Hélix- Neodent), reabilitados com uma estrutura de metal parafusada que simula a coroa de uma prótese fixa sobre implante. Os modelos virtuais e físicos foram incialmente gerados a partir do software de CAD Rhinoceros 7® da McNell, utilizando como base a estrutura óssea de um segmento posterior de maxila, desenvolvida por meio do protocolo BioCAD. Para o MEF foi confeccionada malha 3D de primeira ordem e então simulada a aplicação de cargas oblíquas de 100N com angulação de 30º sobre as coroas. Para a DIC, foram impressos corpos de prova em poliamida por meio da tecnologia de manufatura aditiva SLS (Selective Laser Sintering), pela impressora HIQ (Sinterstation), onde os implantes foram instalados e posteriormente carregados com carga oblíqua de 24N. Uma análise qualitativa foi feita entre os dois experimentos, confirmando a mesma tendência de deslocamentos entre os modelos físicos e virtuais para os dois implantes analisados. Os resultados deste estudo mostraram que foi possível encontrar padrões semelhantes no comportamento mecânico dos implantes analisados entre o MEF e a DIC. Porém, um maior controle de ambas as técnicas deve ser tomado para que possa haver uma validação entre os métodos. INTRODUÇÃO As reabilitações com implantes dentários tornaram-se cada vez mais comuns no tratamento de pacientes que sofreram a perda de um ou mais elementos dentários nas últimas décadas1-5. No entanto, embora alguns estudos tenham relatado uma taxa de sucesso dos implantes de 78 a 100%6, outros estudos indicaram que falhas na substituição de um único dente podem ocorrer por uma variedade de razões7, incluindo a superfície do implante, design e fatores de qualidade óssea8 e perda óssea precoce na região do implante dentário9. Um dos fatores determinantes para o sucesso desse tipo de reabilitação consiste em uma boa dissipação de forças 21 mastigatórias para o osso de suporte. Por esse motivo, atenção especial vem sendo dada à distribuição de tensões mecânicas, deformações e deslocamentos nas proximidades do implante10-12. Várias técnicas podem ser empregadas para avaliar o comportamento biomecânico de uma prótese implantossuportada, por exemplo, fotoelasticidade13, interferômetria holográfica14, correlação digital de imagem15 e análise bidimensional ou tridimensional de elementos finitos16. Neste contexto, o método de elementos finitos (MEF) provou ser uma ferramenta confiável e precisa para analisar o comportamento mecânico de próteses17-19 e é a análise mais utilizada, mundialmente, nas áreas de ciências e engenharia com o objetivo de simular o comportamento de sistemas complexos submetidos a cargas e deformações20. Entretanto, os modelos tridimensionais, utilizados para tal metodologia, exigem simplificação, o que pode gerar dados não confiáveis21. Tais imprecisões se refletem na produção científica, quando essas informações são utilizadas por outros estudos, gerando também resultados imprecisos que, quando utilizados pela comunidade científica, produzem uma cascata de erros e dados com validade questionável22-24. Esse fato tem sido observado nos estudos das propriedades mecânicas dos materiais dentários e das estruturas biológicas, afetando principalmente os resultados obtidos por MEF, análise de extensiometria, fotoelasticidade e correlação digital de imagem, que aplicam as propriedades elásticas de materiais obtidos na literatura4, 22, 25, 26. A forma de avaliar a precisão dessas metodologias é associar mais de um experimento e verificar a compatibilidade de seus resultados27. Os valores de compatibilidade são essenciais para demonstrar um comportamento o mais próximo possível do real22. É importante ressaltar que nenhuma técnica experimental isolada atende a todos os requisitos para demonstrar de forma fiel e completa, a extensa fisiologia e interações envolvidas no processo de biomecânica. Entender os pontos fortes e fracos de cada técnica é, portanto, crucial para analisar de forma correta o comportamento biomecânico das próteses implantossuportadas. Para garantir e validar o modelo computacional é necessário comparar os dados obtidos com os resultados experimentais28. A validação é um processo onde as simulações computacionais são comparadas com dados experimentais para avaliar e detectar possíveis erros no processo de modelagem12. O único propósito desses experimentos é produzir dados que possam 22 ser comparados com a análise computacional, e não abordar hipóteses científicas específicas29. A correlação de imagem digital (DIC) é uma técnica muito utilizada nas áreas de engenharia e biomecânica e que atualmente também tem sido usada na área de materiais odontológicos30. A DIC é uma técnica de processamento de imagem, sem contato, usada para medir e avaliar as tensões presentes nos campos de deslocamento nas regiões de interesse15, 27, 31. O método funciona tomando uma série de imagens de uma amostra antes e durante o carregamento e, em seguida, rastreando o deslocamento de speckles na superfície do espécime27. Subsequentemente, essas imagens são analisadas por meio de um software especializado que deriva as tensões na superfície dos campos de deslocamento, fornecendo uma medição de deslocamento de campo completo30. Usando o método DIC, este estudo mediu o deslocamento gerado em implantes de duas conexões protéticas diferentes (hexágono externo e grand Morse), submetidos a carga oblíqua e comparou com os resultados obtidos na análise de elementos finitos, em que o experimento foi simulado nas mesmas condições, com o intuito de validar a análise computacional. MATERIAL E MÉTODO Geometria dos modelos A primeira etapa realizada foi a geração dos desenhos dos implantes, componentes e osso adjacente em CAD a partir do software Rhinoceros 7® da McNell, utilizando como base a estrutura óssea desenvolvida por meio do protocolo BioCAD. Implantes de conexões protéticas hexágono externo (HE) e grand Morse (GM) de 4.0 mm x 8.0 mm- Hélix-Neodent, foram utilizados para o método de elementos finitos (MEF) e correlação digital de imagem (DIC). Os componentes protéticos utilizados para ambas as análises foram o Pilar Cônico SF para os implantes HE e Pilar GM Exact para os implantes GM, ambos da Neodent®, reabilitados com um dispositivo metálico parafusado que simula uma coroa dentária. Os CADs dos implantes, componentes, coroa e corpos de prova, estão representados na figura 1A, B. 23 Figura 1. CAD dos implantes GM e HE instalados no bloco ósseo. A, vista lateral do CAD do modelo GM, composto pela estrutura óssea e pilar GM (roxo) e B, vista lateral do CAD do modelo HE, composto pela estrutura óssea, pilar cônico SF (amarelo) e coroa protética parafusada (vermelha) Para a realização do MEF, é necessária a geração de uma malha para representação e simplificação do modelo, sendo assim, após a edição dos CADs, foi utilizado o software HyperMesh 2021 da Altair®, para a elaboração e definição das condições de contorno dos modelos virtuais e criação da malha 3D tetragonal de primeira ordem. Paralelamente a confecção da malha de elementos finitos, a estrutura óssea dos modelos em CAD desenvolvidos foi impressa para a confecção dos corpos de prova usados na análise de DIC. Os corpos de prova são exatamente iguais aos modelos virtuais e foram impressos em poliamida por meio da tecnologia de manufatura aditiva SLS (Selective Laser Sintering), pela impressora HIQ (Sinterstation- 3D Systems). Propriedades dos materiais Os modelos virtuais e os corpos de prova representam um segmento de maxila posterior, mais precisamente na região de primeiro molar superior, e simulam o osso trabecular, revestido por uma fina camada de 1,5 mm de osso cortical. Para que ambos os modelos pudessem ser confeccionados, foi necessário fornecer as características mecânicas dos materiais envolvidos para que se possa calcular as respostas de deslocamentos e tensões decorrentes das forças aplicadas nas análises. Desse modo, fez-se premente investigar na literatura os valores de duas A B 24 características mecânicas: o módulo de elasticidade, ou módulo de Young, e o coeficiente de Poisson (tabela 1). Tabela 1. Valores das características mecânicas dos materiais utilizados Material Módulo de Young (MPa) Coeficiente de Possion Osso cortical16, 17, 32-34 13.700 0,3 Osso trabecular16, 17, 32-34 1.370 0,3 Titânio (pilar, parafusos, implantes) 16, 17, 32-34 110.000 0,35 Liga cobalto-cromo35 218.000 0,33 Tendo em vista que os corpos de prova foram impressos em poliamida, fez-se necessário a realização de um ensaio mecânico para obtenção dos módulos de elasticidade em duas diferentes potências de impressão para simular as propriedades mecânicas de cada tipo de osso, com maior precisão. O objetivo desse experimento foi definir qual seria a variação de potência que simularia a correta proporção entre os módulos de elasticidade do osso cortical e osso trabecular encontrados na literatura16, 17, 32-34. É necessário lembrar que a utilização do poliamida substitui as características biológicas dos ossos cortical e trabecular, uma vez que os ensaios mecânicos não serão realizados, a priori, em modelos humanos. Barras de secção quadrada com dimensões de 150 x 25 x 25 mm, foram impressas com diferentes potencias: 4W, 6W, 8W e 15W. A maior potência de impressão, de 15W, foi usada para simular o osso cortical e as demais para simular o osso trabecular. As barras foram submetidas a técnica de excitação por impulso de acordo com as normas ASTM E1876, C1259 e E756 realizados no equipamento Sonelastic® da ATCP. Ajustes nas potencias de impressão das barras foram realizados, de forma que fosse mantida a proporcionalidade entre os módulos de elasticidade do osso trabecular e cortical, presentes na literatura16, 17, 32-34. Por fim, as potencias finais definidas para a confecção dos modelos virtuais de elementos finitos 25 e corpos de prova foram de 5,2W para o osso trabecular e 15W para o osso cortical, conforme tabela 2. Tabela 2. Dados obtidos por meio da técnica de excitação por impulso de acordo com as normas ASTM E1876, C1259 e E756 realizados no equipamento Sonelastic® Tendo em vista o comportamento mecânico dos materiais e a quantidade de força aplicada nos ensaios, presume-se que todas as tensões e deslocamentos foram lineares e todos os materiais envolvidos nas análises subsequentes foram considerados isotrópicos. Condições de carga e contorno Depois que as propriedades mecânicas dos materiais foram definidas e fornecidas ao software, foram escolhidas as regiões de apoio e de fixação, assim como o tipo de contato que estas exercem: fixo ou deslizante. Além disso, foram definidas as regiões de aplicação de carga, assim como o valor numérico e o sentido dela. A aplicação de carga foi realizada em uma pequena região da estrutura protética 26 experimental. Conforme é possível perceber na Figura 2, foi utilizada uma carga oblíqua de 100N, com angulação de 30º em relação ao longo eixo do implante. Figura 2. Esquema representativo da aplicação da carga oblíqua de 100 N com angulação de 30º com o longo eixo do implante Confecção dos corpos de prova Implantes de 4.0 mm x 8.0 mm (Hélix- Neodent®), divididos em dois grupos de acordo com o tipo de conexão protética, hexágono externo (HE) e grand Morse (GM), foram instalados nos corpos de prova e o torque final de todos os implantes foi de 45Ncm. Sobre os implantes foram instalados os componentes protéticos: Pilar cônico SF- 2.0 mm e Pilar GM Exact- 2.5 mm- Neodent®. Todos os pilares foram instalados com um torque final de 20Ncm. Um dispositivo metálico, simulando uma coroa dentária, foi confeccionado. Esse dispositivo foi parafusado sobre os componentes e utilizado na análise de correlação digital de imagem. Correlação digital de imagem (DIC) A análise de DIC funciona tomando uma série de imagens em tons de cinza de uma amostra antes e durante o carregamento e, em seguida, rastreando o deslocamento de speckles criados na superfície do espécime27. Sendo assim, os corpos de prova com os implantes e componentes instalados, foram pintados com tinta branca e após estarem secos, foram jateados com tinta preta para que os speckles fossem criados na superfície. 30° F 100N 27 Para os ensaios foram usadas duas câmeras Point-Grey Gazelle GZL-CL- 41C6M-C, posicionadas simetricamente em relação ao corpo de prova em análise, em ângulo de cerca de 20º. Uma fonte de luz também foi aplicada para melhor visualização e captura dos speckles (Fig. 3). Antes de começar a análise de DIC, foi confeccionado em impressora 3D, um dispositivo em formato de pino com uma das extremidades chanfrada em 30º, utilizando o material PETG da marca Prusament®. Figura 3. Câmeras posicionadas em um ângulo de aproximadamente 20º em relação ao corpo de prova fixado pelo dispositivo. Fonte de luz posicionada entre as câmeras para melhorar a visualização dos speckles na superfície do corpo de prova Esse dispositivo foi colocado perpendicularmente aos modelos, preso por uma anilha que permitia que o pino subisse para que fosse feita a troca dos corpos de prova e descesse deslizando sem atritos até tocar a coroa metálica (Fig. 4A, B,C). 28 Figura 4. Corpo de prova fixado na posição com o dispositivo chanfrado em 30º em relação ao longo eixo do implante. A, dispositivo abaixado em contato com o corpo de prova. B, dispositivo elevado para troca do corpo de prova. C, vista lateral do dispositivo em contato com o corpo de prova As cargas oblíquas foram aplicadas sobre a parte superior do dispositivo do pino, com a ajuda de um pequeno suporte fixo para equilibrar o peso. A angulação usada para a aplicação das cargas foi de 30° em relação ao longo eixo do implante. A carga aplicada foi de aproximadamente 24N. O contato e a região de aplicação das cargas foram os mesmos para todos os modelos. Assim, foram capturadas três imagens dos corpos de prova antes e três imagens após a aplicação das cargas, onde, por meio do processamento de imagens feito pelo software Vic-3D, foi extraída uma correlação entre as intensidades das localizações de deslocamentos sobre os corpos de prova. O experimento foi realizado em triplicata para cada um dos grupos. Por se tratar de uma análise simulada em elementos finitos, a comparação foi essencialmente qualitativa pois os materiais utilizados foram simulados numericamente utilizando propriedades retiradas da literatura e da técnica de excitação por impulso, descrita anteriormente. As medições de deslocamento obtidas por meios óticos são determinísticas, isto é, o tratamento estatístico não assume aqui a importância que tem no tratamento de dados clínicos. RESULTADOS A precisão da análise de DIC pode ser comprometida por alguns fatores, como um deslocamento elevado entre as imagens capturadas (antes e após a aplicação da carga) ou interferências durante a própria captação da imagem, como vibrações, sombras e trincas. Desse modo, considerando o método de processamento de A C B 29 imagens e os fatores que podem reduzir a precisão da técnica, foi realizada uma comparação entre os campos de deslocamento obtidos para os modelos com os implantes HE e GM e os deslocamentos máximo e mínimo obtidos na simulação computacional pelo software HyperMesh 2021. Na análise qualitativa, comparando os dois ensaios, ambos os modelos HE e GM, apresentaram o mesmo campo de deslocamento, seguindo a mesma tendência de movimento. Porém, na análise quantitativa, os dois grupos apresentaram discrepâncias no MEF em relação ao deslocamento total encontrado na DIC, sendo na ordem de 98% maior para o modelo HE no MEF e 39% maior para GM no MEF, como visto nas Figuras 5-8. Figura 5. Campo de deslocamento total no modelo HE, analisado por correlação digital de imagem. A área em vermelho mostra a maior concentração de deslocamento, localizada na região da coroa dentária 30 Figura 6. Campo de deslocamento total no modelo HE, analisado pelo método de elementos finitos. A área em vermelho mostra a maior concentração de deslocamento, localizada na região da coroa dentária 31 Figura 7. Campo de deslocamento total no modelo GM, analisado pela correlação digital de imagem. A área em vermelho mostra a maior concentração de deslocamento, localizada na região da coroa dentária 32 Figura 8. Campo de deslocamento total no modelo GM, analisado pelo método de elementos finitos. A área em vermelho mostra a maior concentração de deslocamento, localizada na região da coroa dentária DISCUSSÃO A combinação de modelos experimentais e matemáticos para análise de deformações de um determinado material, fornece uma interpretação mais confiável e completa dos resultados, do que os obtidos nos experimentos de forma individual36. A literatura contém algumas discussões interessantes sobre as vantagens e as desvantagens dos modelos experimentais e numéricos aplicados na análise da biomecânica de implantes dentários, porém sem definir uma metodologia preferencial que seja válida para todos os casos 4, 36. Em conclusão, a melhor opção é combinar as técnicas, assim como foi feito no presente estudo. O método de elementos finitos (MEF), tem vantagens sobre as abordagens experimentais, pois permite o manuseio de configurações mais complexas e fornece uma visão mais ampla dos resultados de deformações e tensões envolvidos na biomecânica de implantes dentários e próteses implantossuportadas37-39. No entanto, a simulação virtual por MEF, requer modelagem e suposições, e para tanto, necessita ser validada por outro experimento que apoie os resultados. 33 Na última década, a correlação digital de imagem (DIC), foi desenvolvida como uma técnica óptica, sem contato, para medir deslocamentos e deformações no campo da mecânica experimental37. A DIC compara duas imagens digitais (uma imagem de referência e uma imagem deformada) para determinar quanto movimento ocorreu entre as duas. Esse movimento pode então ser usado para determinar os deslocamentos. Deve-se notar que, como a técnica requer o uso de câmeras digitais, ela não é adequada para medir deslocamentos internos ou deslocamentos em barras que não são visualmente acessíveis. Até agora, a DIC tem sido usada como uma técnica alternativa de medição de deslocamentos em ambientes controlados de laboratório, mas tem se mostrado promissora para monitoramento de campo40. Sendo assim, ao fornecer os dados de deslocamentos, a técnica DIC constitui uma oportunidade para fazer a ponte entre os experimentos e a análise numérica. Tribst JPM et al. 27 (2020), avaliaram o deslocamento e as tensões geradas em uma prótese implantossuportada sob cargas axiais e não axiais usando DIC e MEF. Três implantes foram inseridos em um bloco de resina e submetidos a cargas axiais e não axiais de 500N. A DIC foi usada para medir o deslocamento e a tensão gerada na superfície dos blocos de resina para as diferentes aplicações de carga. Um modelo tridimensional foi construído e a mesma simulação de carregamento foi realizada por meio do MEF. Ambos os métodos deram tendências semelhantes para os deslocamentos, e ambas deram deslocamentos ligeiramente maiores com carga não axial. Os autores observaram que MEF previu uma maior magnitude de deslocamento (±11%) em comparação com DIC, mas com o mesmo comportamento mecânico. Tiossi R et al.28 (2013) também validaram modelos virtuais de elementos finitos, por meio da análise de DIC. Os autores utilizaram modelos em resina epóxi para simular o arco inferior, com implantes instalados na região de segundo pré-molar e primeiro molar, reabilitados com prótese parcial fixa parafusada, unidas e não unidas, submetidas a cargas de 250N. Os autores concluíram que ambos os métodos, apresentaram distribuições de deslocamentos semelhantes, porém as deformações internas previstas pelo MEF, foram 8 vezes maiores do que as encontradas na DIC, fato que os autores atribuíram ao uso incorreto das propriedades dos materiais. Ruiter L et al.41 (2021) estudaram implantes femorais feitos de polímero, por meio do MEF e também utilizaram a técnica de DIC para validar a simulação virtual. Os autores obtiveram na análise qualitativa, comportamento mecânico similar entre as duas análises, porém relataram que em algumas amostras os valores obtidos para 34 o MEF, foram ligeiramente mais baixos do que os encontrados em DIC, fato que segundo os autores, ocorreu devido a configuração da aplicação das cargas nos modelos experimentais. Os trabalhos citados anteriormente apresentaram, assim como no presente estudo, semelhanças qualitativas entre as análises, apontando os mesmos padrões de comportamento mecânico nos dois experimentos. Porém, quando os valores obtidos foram analisados, discrepâncias entre o MEF e a DIC foram relatadas. Entretanto, no presente estudo, uma discrepância maior do MEF foi encontrada em relação a técnica DIC, principalmente no modelo do implante HE, em comparação aos estudos citados. Dentro das possíveis limitações e intercorrências que podem ter acontecido durante a análise de DIC, uma hipótese provável, está relacionada com o torque de 20Ncm sobre os pilares instalados nos corpos de prova. Essa condição de pré-carga não foi reproduzida no MEF devido às limitações da técnica, fato que pode ter contribuído para a discrepância entre as análises. Além disso, faz sentido que o modelo do implante HE, por ser mais flexível que o modelo GM, demore mais para estabilizar o sistema após receber a ação da carga oblíqua. Isso pode ocorrer devido a posição do implante dentro do corpo de prova. Os implantes HE foram instalados ao nível do osso cortical, enquanto que os implantes GM, foram inseridos 2 mm abaixo do nível do osso cortical. Somado a esse fato, o tipo de conexão protética também influencia diretamente nos deslocamentos presentes na plataforma dos modelos. Devido ao travamento do pilar por imbricamento mecânico, no modelo GM (conexão Morse), menos discrepâncias são encontradas em comparação com o MEF, uma vez que o sistema possui maior auto estabilidade, podendo nesse caso, sugerir uma validação entre os métodos, fato que não ocorre com o modelo HE, onde foi observada uma maior discrepância entre os métodos. CONCLUSÃO Este estudo comparou os resultados de deslocamentos encontrados na análise de elementos finitos, com os resultados obtidos pela análise de correlação digital de imagem, usando implantes com duas conexões protéticas diferentes: hexágono externo e grand Morse. Dentro das limitações desse estudo, os resultados mostraram 35 que foi possível encontrar padrões semelhantes no comportamento mecânico dos implantes analisados entre o MEF e a DIC. Porém, não foi possível considerar que a análise de DIC validou a análise computacional na simulação realizada no modelo HE, sugerindo validação apenas no modelo GM. REFERÊNCIAS 1. Yang B, Irastorza-Landa A, Heuberger P, Ploeg HL. Effect of insertion factors on dental implant insertion torque/energyexperimental results. J Mech Behav Biomed Mater. 2020; 112: 103995. 2. Li J, Jansen JA, Walboomers XF, van den Beucken JJ. Mechanical aspects of dental implants and osseointegration: A narrative review. J Mech Behav Biomed Mater. 2020; 103: 103574. 3. Brune A, Stiesch M, Eisenburger M, Greuling A. The effect of different occlusal contact situations on peri-implant bone stress. A contact finite element analysis of indirect axial loading. Mater Sci Eng C. 2019; 99: 367–73. 4. Cantó-Navés O, Marimon X, Ferrer M, Cabratosa-Termes J. Comparison between experimental digital image processing and numerical methods for stress analysis in dental implants with different restorative materials. J Mech Behav Biomed Mater. 2021; 113: 104092. 5. Alemayehu DB and Jeng YR. Three-dimensional finite element investigation into effects of implant thread design and loading rate on stress distribution in dental implants and anisotropic bone. Materials. 2021; 14(22): 6974. 6. Shamami DZ, Karimi A, Beigzadeh B, Derakhshan S, Navidbakhsh MA. Three- dimensional finite element study to characterize the influence of load direction on stress distribution in bone around dental implant. J Biomater Tissue Eng. 2014; 4: 693–9. 7. Wu T, Fan H, Ma R, Chen H, Li Z, Yu H. Effect of lubricant on the reliability of dental implant abutment screw joint: An in vitro laboratory and three-dimension finite element analysis. Mater Sci Eng C. 2017; 75: 297–304. 8. Silva GAF, Faot F, da Rosa Possebon AP, da Silva WJ, Del Bel Cury AA. Effect of macrogeometry and bone type on insertion torque, primary stability, surface topography damage and titanium release of dental implants during surgical insertion into artificial bone. J Mech Behav Biomed Mater. 2021; 119: 104515. 9. Macedo JP, Pereira J, Faria J, Pereira CA, Alves JL, Henriques B et al. Finite element analysis of stress extent at peri-implant bone surrounding external hexagon or Morse taper implants. J Mech Behav Biomed Mater. 2017; 71: 441-7. 10. Altıparmak N, Polat S, Onat S. Finite element analysis of the biomechanical effects of titanium and Cfr-peek additively manufactured subperiosteal jaw implant (AMSJI) on maxilla. J Stomatol Oral Maxillofac Surg. 2023; 124(1S): 101290. 11. Khorshidparast S, Akhlaghi P, Rouhi G, Barikani H. Measurement of bone damage caused by quasi-static compressive loading-unloading to explore dental implants stability: simultaneous use of in-vitro tests, μ-CT images, and digital volume correlation. J Mech Behav Biomed Mater. 2023; 138: 105566. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Macedo%20JP%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Pereira%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Faria%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Pereira%20CA%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Alves%20JL%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Henriques%20B%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=10.1016%2Fj.jmbbm.2017.03.011 36 12. Nesbitt DQ, Burruel DE, Henderson BS, Lujan TJ. Finite element modeling of meniscal tears using continuum damage mechanics and digital image correlation. Sci Rep. 2023; 13(1): 4039. 13. Sciasci P, Casalle N, Vaz LG. Evaluation of primary stability in modified implants: analysis by resonance frequency and insertion torque. Clin Implant Dent Relat Res. 2018; 20(3): 274-9. 14. Brozovic J, Demoli N, Farkas N, Susic M, Alar Z, Panduri DG. Properties of axially loaded implant–abutment assemblies using digital holographic interferometry analysis. Dent Mater. 2014; 30(3): e17–27. 15. Guessasma S, Nouri H, Belhabib S. Digital image correlation and finite element computation to reveal mechanical anisotropy in 3D printing of polymers. Materials. 2022; 15(23): 8382. 16. Mendoza EM, Cuenca RC, Suyo AD. Stress analysis and factor of safety in three dental implant systems by finite element analysis. Saudi Dent J. 2022; 34(7): 579–84. 17. Liu B, Xu W, Chen M, Chen D, Sun G, Zhang C et al. Structural design and finite element simulation analysis of grade 3 graded porous titanium implant. Int J Mol Sci. 2022; 23(17): 10090. 18. Roy S, Dey S, Khutia N, Chowdhury AR, Datta S. Design of patient specific dental implant using FE analysis and computational intelligence techniques. Appl Soft Comput. 2018; 65: 272–9. 19. Cervino G, Fiorillo L, Arzukanyan AV, Spagnuolo G, Campagna P, Cicciù M. Application of bioengineering devices for stress evaluation in dentistry: the last 10 years FEM parametric analysis of outcomes and current trends. Minerva Stomatol. 2020; 69(1): 55–62. 20. Marques BG , Sabater AP, Velasco AB , Lasheras FS, Calvo PL, Adrián MDG et al. A biomechanical analysis of the influence of the morfology of the bone blocks grafts on the transfer of tension or load to the soft tissue by means of the finite element method. Materials. 2022; 15(24): 9039. 21. Matos JDM, Queiroz DA, Nakano LJN, Andrade VC, Ribeiro NCR, Borges ALS, Bottino MA, Lopes GRS. Bioengineering tools applied to dentistry: Validation methods for in vitro and in silico analysis. Dent J. 2022; 10(8): 145. 22. Gan XQ, Xiao Y, Ma RY, Huang CP, Wu Y, Yang BC et al. Expert consensus on biomechanical research of dental implant. Hua Xi Kou Qiang Yi Xue Za Zhi. 2019; 37(2): 115–23. 23. Brito JVC, Garcia DC, Crispim SS, Matos JDM, Figueiredo VMG. Application of finite elements in dentistry: A literature review. J Dent Public Health. 2017; 8(3): 77–80. 24. Lopes GR, Freitas VP, Matos JD, Andrade VC, Nishioka RS, Casas EB. Stress distribution in dental roots restored with different post and core materials. J Int Oral Health. 2019; 11(3): 127–31. 25. Goiato MC, de Medeiros RA, da Silva EV, Sônego MV, Dos Santos DM. Biomechanical evaluation of spring system for implant-supported prosthesis: Analysis by photoelasticity and extensometry. J Med Eng Technol. 2017; 41:309– 13. 26. Yoon S, Jung HJ, Knowles JC, Lee HH. Digital image correlation in dental materials and related research: A review. Dent Mater. 2021; 37(5): 758–71. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Sciasci%20P%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=29380490 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Casalle%20N%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=29380490 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Vaz%20LG%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=29380490 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29380490 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29380490 37 27. Tribst JPM, Dal Piva AM, Bottino MA, Nishioka RS, Borges ALS, Ozcan M. Digital image correlation and finite element analysis of bone strain generated by implant-retained cantilever fixed prosthesis. Eur J Prosthodont Restor Dent. 2020; 28(1): 10–7. 28. Tiossi R, Vasco MAA, Lin L, Conrad HJ, Bezzon OL, Ribeiro RF et al. Validation of finite element models for strain analysis of implant-supported prostheses using digital image correlation. Dent Mater. 2013; 29(7): 788–96. 29. Chang Y, Tambe AA, Maeda Y, Wada M, Gonda T. Finite element analysis of dental implants with validation: To what extent can we expect the model to predict biological phenomena? A literature review and proposal for classification of a validation process. Int J Implant Dent. 2018; 4(1): 7. 30. Yoon S, Jung HJ, Knowles JC, Lee HH. Digital image correlation in dental materials and related research: A review. Dent Mater. 2021; 37(5): 758–71. 31. Ganjeh MM, Mariano CA, Sattari S, Hari Arora H, Eskandari M. Developing a Lung Model in the Age of COVID-19: A digital image correlation and inverse finite element analysis framework. Frontiers in bioengineering and biotechnology. 2021; 9: 684778. 32. Jafari B, Katoozian HR, Tahani M, Ashjaee N. A comparative study of bone remodeling around hydroxyapatite-coated and novel radial functionally graded dental implants using finite element simulation. Med Eng Phys. 2022; 102: 103775. 33. Zhang WT, Cheng KJ, Liu YF, Wang R, Chen YF, Ding YD et al. Effect of the prosthetic index on stress distribution in Morse taper connection implant system and peri‑implant bone: a 3D finite element analysis. BMC Oral Health. 2022; 22(1): 431. 34. Wu YL, Tsai MH, Chen HS, Lin CP, Wu AYJ. Effect of marginal bone integrity and aftermarket abutment screws on dental implant systems: a preliminary study with finite element method. Materials. 2022; 15(17): 5952. 35. Patil SM, Deshpande AS, Bhalerao RR, Metkari SB, Patil PM. A three‑dimensional finite element analysis of the influence of varying implant crest module designs on the stress distribution to the bone. Dent Res J. 2019; 16(3): 145–52. 36. Karl M, Dickinson A, Holst S, Holst A. Biomechanical methods applied in dentistry: A comparative overview of photoelastic examinations, strain gauge measurements, finite element analysis and three-dimensional deformation analysis. Eur J Prosthodont Rest Dent. 2009; 17(2): 50–7. 37. Chuang SF, Chang CH, Chen TYF. Contraction behaviors of dental composite restorations–Finite element investigation with DIC validation. J Mech Behav Biomed Mater. 2011; 4(8): 2138–49. 38. Carvalho L, Roriz P, Simões J, Frazão O. New trends in dental biomechanics with photonics technologies. Appl Sci. 2015; 5(4):1350–78. 39. Anami LC, Lima JMC, Takahashi FE, Neisser MP, Noritomi PY, Bottino MA. Stress distribution around osseointegrated implants with different internal-cone connections: photoelastic and finite element analysis. J Oral Implantol. 2015; 41(2): 155-62. 40. Hoult NA, Take WA, Lee C, Dutton M. Experimental accuracy of two dimensional strain measurements using digital image correlation. Eng Struct. 2013; 46: 718–26. 38 41. Ruiter L, Rankin K, Browne M, Briscoe A, Janssen D, Verdonschot N. Decreased stress shielding with a PEEK femoral total knee prosthesis measured in validated computational models. J Biomech. 2021; 118: 110270. 39 3.2 Publicação 2 Análise comparativa pelo método de elementos finitos do comportamento biomecânico de implantes com conexão protética grand Morse e hexágono externo em região de maxila posterior Comparative analysis using the finite element method of the biomechanical behavior of implants with grand Morse and external hexagon systems in the posterior maxillary region Nicole Casalle DDS, MSc, PhD Studenta, Leonardo Mendes Ribeiro Machado, BScb, Pedro Y. Noritomi BSc, MSc, PhDb, Luis Geraldo Vaz BSc, MSc, PhDc aDoctoral student, Department of Diagnosis and Surgery at School of Dentistry at Araraquara – São Paulo State University, UNESP, SP, Brazil. bMechanical Engineer, Researcher, Center for Information Technology Renato Archer, Campinas, SP, Brazil. cAssociate Professor, Department of Dental Materials and Prosthodontics at School of Dentistry at Araraquara – São Paulo State University, UNESP, SP, Brazil. Corresponding author: School of Dentistry at Araraquara, São Paulo State University, UNESP, SP, Brazil. Humaitá Street, 1680 FOAr-UNESP, 14801-093, Araraquara, SP - Brazil Fone: +55 16 33016420 e-mail: nicolecasalle@hotmail.com Financial support provided by CAPES- 88887.570438/2020-00 Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest.  Manuscrito segue as normas do periódico Journal of Prosthodontics para o qual será submetido. mailto:nicolecasalle@hotmail.com 40 RESUMO Com o aumento do uso de implantes dentários, a busca por novos formatos e soluções protéticas que facilitem o manuseio clínico e forneçam melhor qualidade de tratamento também cresceu. Nesse contexto, o tipo de conexão grand Morse tem sido amplamente utilizado nos últimos anos, mas não há estudos científicos envolvendo a biomecânica desse tipo de conexão que comprovem sua superioridade em relação aos implantes de hexágono externo, nem sua similaridade com os já conhecidos, implantes cone Morse. O objetivo do presente estudo foi avaliar o comportamento mecânico de implantes na região posterior da maxila, comparando dois sistemas de implantes usando o método de elementos finitos. Os sistemas de implantes escolhidos para as análises foram: hexágono externo e grand Morse (4,0 mm x 8,0 mm- Hélix Neodent) reabilitados com uma coroa parafusada. Modelos virtuais foram gerados inicialmente usando o software CAD Rhinoceros 7® da McNell, com base na estrutura óssea de um segmento posterior da maxila desenvolvido por meio do protocolo BioCAD. Uma malha 3D tetragonal de primeira ordem foi gerada para a análise de elementos finitos e cargas de 100N com angulação de 30º em relação ao longo eixo do implante, foram simuladas nas coroas. Análises de deslocamentos e distribuição de tensões foram obtidas para ambos os grupos. Comparativamente, houve maior deslocamento no modelo de hexágono externo, obtendo valores de 1,339E-1 (0,1399 mm), em comparação com o modelo grand Morse, onde para as mesmas condições obtivemos um deslocamento de 2,080E-2 (0,0208 mm). Na análise de tensão, ambos os modelos apresentaram comportamento semelhante, com acúmulo de tensão próximo à plataforma do implante, na direção oposta à força aplicada. O modelo de hexágono externo apresentou uma tensão de von Mises menos distribuída e de maior intensidade de 148,4 MPa, enquanto o modelo grand Morse apresentou tensão de von Mises de 99,03 MPa, juntamente com maior dissipação de tensões. Os valores de Tensão Principal Máxima foram maiores para o modelo grand Morse do que para o hexágono externo. Foi possível concluir que o design da conexão da plataforma dos implantes influenciou a distribuição e a intensidade de tensões nos dois modelos analisados. Palavras-chave: análise de elementos finitos, conexão protética, implante dentário, maxila INTRODUÇÃO Um aumento expressivo nas reabilitações com implantes em pacientes que sofreram a perda de um ou mais elementos dentários vem acontecendo nas últimas décadas1-5. Devido à biocompatibilidade do titânio com o tecido ósseo adjacente, os implantes dentários atingiram altas taxas de sucesso a longo prazo, promovendo o processo definido como osseointegração6-8. Após o estabelecimento da osseointegração, o sistema implante-osso irá depender da biomecânica e estabilidade 41 química entre o tecido ósseo e o titânio, esse contato deve sustentar o torque proveniente do atrito entre as superfícies, quando expostas as cargas mastigatórias7. Há muitas evidências na literatura, indicando diversos fatores que podem contribuir para o insucesso dos implantes9, dentre eles, pode ser citado a qualidade óssea, o tratamento de superfície, a geometria e a perda óssea precoce na região peri-implantar10-11. Fatores relacionados a biomecânica dos implantes, são determinantes para o sucesso desse tipo de tratamento, é imprescindível que ocorra uma boa dissipação de forças mastigatórias para o osso de suporte. Em vista disso, a distribuição de tensões, deslocamentos e deformações nas regiões peri-implantares, tem recebido atenção especial12-14. Um dos pontos chave a serem observados, é a estabilidade óssea e a conservação do osso ao redor da plataforma do implante. O tipo de conexão protética presente na plataforma, irá influenciar diretamente o comportamento biomecânico dos implantes e a dissipação de cargas para o osso adjacente15-17. Mesmo quando os implantes estão totalmente osseointegrados, há um risco de reabsorção óssea nas regiões peri-implantares, que pode ser causado por infecção bacteriana ou sobrecarga devido a forças mastigatórias18. Portanto, uma das variáveis mais importantes que determinam a capacidade do implante e componentes protéticos de tolerar cargas durante ou após a osseointegração, é o design da plataforma19. Nos últimos anos, foram desenvolvidas geometrias de conexões protéticas de implantes com diferentes características mecânicas, biológicas e estéticas. Duas geometrias básicas estão disponíveis: conexão interna e externa. As conexões externas geralmente possuem um hexágono externo na plataforma do implante, enquanto que as conexões internas podem ser divididas em hexágonos internos, octógonos internos e conexões do tipo cone Morse19-21. Alguns estudos apontaram complicações mecânicas com conexões do tipo hexágono externo (HE) devido à baixa resistência às forças oblíquas15-17, 22. Entre os problemas biomecânicos, soltura do parafuso do pilar, fratura do parafuso e rotação do pilar, são os mais relatados. Por esse motivo, estudos recentes, têm envolvido novos aspectos estruturais dos implantes dentários e sistemas de conexão protética, como a plataforma switching associada com a conexão do tipo cone Morse (CM). Comparado com os outros sistemas, a conexão do tipo CM permite maior estabilidade na crista óssea quando submetida a forças axiais e laterais23,24. 42 Neste contexto, foram lançados recentemente ao mercado, implantes com um novo tipo de plataforma protética, denominada de grand Morse (GM). Do mesmo modo que os implantes CM, a linha GM também aplica o conceito de plataforma switching25. Ainda não há estudos na literatura, que tenham testado mecanicamente a eficácia desse novo modelo de plataforma e nem comprovado a similaridade biomecânica com os implantes CM26. Diversas técnicas podem ser empregadas para avaliar o comportamento biomecânico de uma prótese suportada por implante, por exemplo, fotoelasticidade27, interferometria holográfica28, correlação digital de imagem29 e análise tridimensional de elementos finitos23. Nesse contexto, o método de elementos finitos (MEF) tem se mostrado uma ferramenta confiável e precisa para analisar o comportamento mecânico de próteses sobre implante30-32 e é a análise mais amplamente utilizada em todo o mundo nas áreas de ciência e engenharia para simular o comportamento de sistemas complexos submetidos a cargas e deformações33. O MEF tem sido aplicado na área de implantes dentários para prever padrões de distribuição de tensões na interface implante-osso, não apenas em comparações de forma (cilíndrica ou cônica)34, diâmetros11 e comprimentos19, mas também para simular várias condições orais20 e tipos de próteses22,27,35. O MEF é um método numérico que permite o cálculo de tensões, deslocamentos e deformações com base na avaliação da equação do comportamento mecânico dos materiais. O método tem a vantagem de resolver problemas estruturais complexos, ao dividir as geometrias complexas em domínios (elementos) muito menores, calculando o resultado da força aplicada a essas estruturas36. O objetivo deste estudo foi avaliar comparativamente o comportamento biomecânico de dois tipos de conexões protéticas (HE e GM) na reabilitação da maxila posterior, pelo método de elementos finitos. 43 MATERIAL E MÉTODO Geometria dos modelos A primeira etapa realizada foi a geração dos desenhos dos implantes, componentes e osso adjacente em CAD a partir do software Rhinoceros 7® da McNell, utilizando como base a estrutura óssea desenvolvida por meio do protocolo BioCAD. Implantes de conexões protéticas HE e GM de 4,0 mm x 8,0 mm- Hélix-Neodent, foram utilizados para o MEF. Os componentes protéticos utilizados para ambas as análises foram o Pilar Cônico SF para os implantes HE e Pilar GM Exact para os implantes GM, ambos da Neodent®, reabilitados com um dispositivo parafusado que simula uma coroa dentária. Os CADs dos implantes, componentes, coroa e corpos de prova, estão representados na figura 1A, B. Figura 1. CAD dos implantes GM e HE instalados no bloco ósseo. A, vista lateral do CAD do modelo GM, composto pela estrutura óssea e pilar GM (roxo) e B, vista lateral do CAD do modelo HE, composto pela estrutura óssea, pilar cônico SF (amarelo) e coroa protética parafusada (vermelha) Para a realização do MEF, é necessária a geração de uma malha para representação e simplificação do modelo, sendo assim, após a edição dos CADs, foi B A 44 utilizado o software HyperMesh 2021 da Altair®, para a elaboração e definição das condições de contorno dos modelos virtuais e criação da malha 3D tetragonal de primeira ordem. Os modelos virtuais representam um segmento posterior da maxila, especificamente na região do primeiro molar superior, e simulam o osso trabecular, coberto por uma fina camada de 1,5 mm de osso cortical. Para construir ambos os modelos, foi necessário fornecer as características mecânicas dos materiais envolvidos, a fim de calcular as respostas de deslocamento e tensões resultantes das forças aplicadas nas análises. Portanto, foi imperativo investigar na literatura os valores de duas características mecânicas: o módulo de elasticidade, ou módulo de Young, e a razão de Poisson (tabela 1). Tabela 1. Valores das características mecânicas dos materiais utilizados Material Módulo de Young (MPa) Coeficiente de Possion Osso cortical8,15,23,30,37 13.700 0,3 Osso trabecular8,15,23,30,37 1.370 0,3 Titânio (pilar, parafusos, implantes)8,15,23,30,37 110.000 0,35 Liga cobalto-cromo38 218.000 0,33 Após as propriedades mecânicas dos materiais serem definidas e inseridas no software, as regiões de apoio e de fixação foram selecionadas, bem como o tipo de contato que exercem: fixo ou deslizante. Além disso, as regiões de aplicação da carga foram definidas, assim como o valor numérico e o sentido dela. Uma carga oblíqua de 100N foi aplicada a uma pequena região da estrutura da coroa experimental com angulação de 30º em relação ao longo eixo do implante. Tendo em vista o comportamento mecânico dos materiais e a quantidade de força aplicada nos ensaios, presume-se que todas as tensões e deslocamentos foram lineares e todos os materiais envolvidos nas análises subsequentes foram considerados isotrópicos. 45 RESULTADOS Deslocamentos Na análise de deslocamentos, faz-se compreender o sistema cartesiano de coordenadas que está sendo utilizado. Nas figuras desta seção, é apresentado o sistema OXYZ, em que o eixo Y está representado pela cor verde, o eixo X pela cor vermelha e o eixo Z, por fim, pela cor azul. Eles auxiliam na compreensão da direção em que o deslocamento está ocorrendo. Além do sistema de coordenadas, a compreensão das cores do mapa é de suma importância para uma boa análise da simulação. No canto superior esquerdo das figuras apresentadas nesta seção, há uma escala de cores, indo do azul (mais abaixo) ao vermelho (mais acima). As regiões em azul são aquelas que apresentam menor deslocamento, enquanto as em vermelho são as que apresentam maior deslocamento. Comparativamente, um maior deslocamento no modelo HE foi obtido, com valores de 1,339 E-1 (0,1399 mm), em comparação ao modelo GM, onde para as mesmas condições, o deslocamento foi de 2,080E-2 (0,0208 mm), as imagens de tendência do movimento estão descritas nas Figuras 2 e 3. 46 Figura 2. A imagem mostra os deslocamentos totais que ocorreram no modelo com o implante HE instalado. A região vermelha representa a área de maior deslocamento e está concentrada na região da coroa dental 47 Figura 3. A imagem mostra os deslocamentos totais que ocorreram no modelo com o implante GM instalado. A região vermelha representa a área de maior deslocamento e está concentrada na região da coroa dental Tensão de Von Mises Ao avaliar o modelo pelo critério da tensão de Von Mises, o qual define a concentração de tensão ao longo da geometria, mais uma vez, no canto superior esquerdo das figuras apresentadas nesta seção, há uma escala de cores, indo do azul (mais abaixo) ao vermelho (mais acima). As regiões em azul são aquelas que apresentam menor tensão, enquanto as em vermelho são as que apresentam maior tensão. Para os dois modelos temos dois comportamentos parecidos, com um acúmulo de tensão próxima a região de fixação do implante ao osso, no sentido oposto a força aplicada. O modelo HE apresenta uma tensão menos distribuída ao longo eixo do implante e de maior intensidade, 148,4 MPa concentrada na região de plataforma, enquanto que no modelo GM é observada na mesma região uma tensão menor de 99,03 MPa, concentrada na plataforma, porém dissipada para o corpo do implante. 48 Estas condições podem ser observadas nas Figuras 4, 5, 6 e 7. Figura 4. Tensão de Von Mises no modelo HE. A maior concentração de tensões está ocorrendo na região da plataforma do implante 49 Figura 5. Tensão de Von Mises no modelo HE, visualização detalhada. A maior concentração de tensões está ocorrendo na região da plataforma do implante 50 Figura 6. Tensão de Von Mises no modelo GM. A maior concentração de tensões está ocorrendo na região da plataforma do implante e na coroa do implante 51 Figura 7. Tensão de Von Mises no modelo GM, visualização detalhada. A maior concentração de tensões está ocorrendo na região da plataforma do implante e na coroa do implante Tensão Principal Máxima Ao analisar as tensões na região óssea, o critério de tensão Principal Máxima foi utilizado, conseguindo delinear as tensões positivas (tração-vermelho) e negativa (compressão-azul). A partir desse critério uma maior concentração de tensão na região de plataforma do modelo GM foi obtido, tendo duas regiões de tração e compressão bem evidentes, com valores de tração de 24,14 MPa e compressão de - 16,80 MPa. No modelo HE, a região sob tração é bem menos evidente, apresentando valores de tração de 2,76 MPa e compressão de -6,95 MPa conforme as Figuras 8 e 9. 52 Figura 8. Tensão principal máxima no modelo GM na interface osso-implante, mostrando a região onde as tensões estão sendo dissipadas para o osso adjacente. Regiões em vermelho refere-se as zonas de tração, e regiões em azul, indicam as zonas de compressão 53 Figura 9. Tensão principal máxima no modelo HE na interface osso-implante, mostrando a região onde as tensões estão sendo dissipadas para o osso adjacente. Regiões em vermelho refere-se as zonas de tração, e regiões em azul, indicam as zonas de compressão DISCUSSÃO O objetivo do presente estudo foi avaliar, por meio do método de elementos finitos (MEF), o comportamento biomecânico do tecido ósseo peri- implantar, implantes e componentes protéticos de dois sistemas de conexão protética diferentes, em região posterior de maxila, utilizando implantes curtos de 4,0 mm de diâmetro por 8 mm de comprimento. As análises com simulações numéricas são amplamente utilizadas para entender a distribuição de tensões na biomecânica dos implantes. Com o uso da análise tridimensional de elementos finitos é possível observar as tensões causadas pelas forças oclusais em diferentes simulações de tratamento com implantes dentários. Essa simulação foi realizada com a aplicação de uma carga oblíqua de 100N com angulação de 30º com o longo eixo do implante. Além disso, todos os materiais foram considerados isotrópicos e lineares, o que é uma limitação da análise. 54 No presente estudo, o modelo do implante HE apresentou maior deslocamento na região de plataforma, quando comparado com o modelo do implante GM. Este comportamento era esperado devido a maior alavanca gerada pela forma como os implantes HE são inseridos na porção óssea, tendo em vista que o modelo GM por estar mais inserido dentro do osso, apresenta uma melhor condição de fixação e estabilidade, apresentando assim menores deslocamentos. Bicudo et al 201639, compararam as plataformas HE e CM por meio de ciclos de fadiga e elementos finitos. Os autores obtiveram menores deslocamentos para o sistema CM, além disso constaram que esse sistema foi menos sensível as variações de carga. Os resultados confirmaram um bom desempenho do sistema CM quando comparado ao comportamento do implante HE, dado que foi atribuído ao mecanismo de travamento entre o implante e o componente, reduzindo vibrações e micromovimentos. O critério de von Mises mede as tensões concentradas nas estruturas metálicas do modelo, bem como a distribuição dessas tensões entre as peças. No modelo HE, as tensões de von Mises foram maiores do que para o modelo GM. Além disso, o modelo HE apresentou uma concentração de tensão na plataforma e uma menor dissipação das tensões ao longo eixo do implante, enquanto que no modelo GM, é possível notar uma tensão menor na região de plataforma, menos concentrada, dissipada ao longo eixo do implante. Esse fato pode ser atribuído a posição intra- óssea do implante GM, isso faz com que o sistema fique mais estável e ancorado ao osso de suporte, impedindo micromovimentações e dessa forma dissipando as tensões por todo o implante, evitando que uma área específica fique sobrecarregada, como acontece no modelo HE. Macedo et al 201711, também compararam implantes de conexão CM com implantes HE pelo método de elementos finitos, submetidos a cargas oblíquas. Como no presente estudo, os autores também obtiveram tensões de von Mises maiores para os implantes HE quando comparados com os implantes CM. O critério de Tensão Principal Máxima, mede as tensões geradas no tecido ósseo adjacente. Nessa análise, diferentes das outras, o modelo GM apresentou valores de tensões maiores ao osso adjacente do que o modelo HE. Esse fato pode ser explicado devido a maior estabilidade e ancoragem do modelo GM ao osso de suporte o que acarreta em uma maior transferência de tensões para o osso, tendo duas regiões de tração e compressão bem evidentes, diferentes do que ocorre no 55 modelo HE. Cabe ressaltar que apesar do modelo GM transferir mais tensões, os valores não ultrapassam os limites fisiológicos do tecido ósseo, sendo inclusive benéficas para o processo de osseointegração e remodelação óssea40. O modelo HE, por sua vez, concentra todas as tensões entre o implante e o componente protético, o que facilita a fratura de parafusos e deslocamentos dos pilares, algo prejudicial para a prática clínica26. A análise de elementos finitos proporciona a possibilidade de prever a distribuição de tensões na região do implante e do osso cortical, bem como na área mais apical do implante e do osso trabecular. Essa técnica pode prever o desempenho biomecânico de diferentes implantes em relação ao design, carga, qualidade óssea e materiais. No presente estudo, foi possível avaliar detalhadamente a magnitude das tensões ao redor dos implantes de dois diferentes designs de plataforma: GM e HE. Como já evidenciado, o uso de implantes com conexão CM representa uma abordagem bem-sucedida para diminuir a perda óssea ao redor dos implantes. Quanto maior a profundidade da conexão protética no corpo do implante, uma dissipação mais homogênea das cargas oclusais irá ocorrer, pois as tensões serão distribuidas na parede do implante e, consequentemente, no osso que envolve todo o implante e não apenas na região de plataforma21. Seguindo as mesmas caracteristicas e objetivos do CM, é que a conexão do tipo GM foi desenvolvida. A conexão GM possui ângulo interno de 16°. As paredes internas mais espessas contribuem para uma maior resistência mecânica e melhores resultados, porém ainda não há estudos na literatura comparando a eficácia desse novo tipo de conexão25. No entanto, dentro das limitações desse estudo, os resultados encontrados estão de acordo com os relatados na literatura sobre os critérios de tensões e deslocamentos nos sistemas de implante CM e HE, sugerindo que os implantes GM mantiveram o mesmo comportamento mecânico dos implantes CM. Cabe ressaltar que não tem estudos mecânicos comprovando que as modificações do GM são superiores ou iguais do CM, uma vez que se tratam de implantes diferentes, com componentes diferentes. 56 CONCLUSÃO Dentro das limitações deste estudo, foi possível avaliar detalhadamente a magnitude das tensões e deslocamentos ao redor do osso peri-implantar para dois diferentes sistemas de implantes, hexágono externo e grand Morse. Pode-se concluir que o design da conexão protética do implante tem influência direta na distribuição e intensidade de tensão e deslocamentos no sistema prótese-implante e que os implantes GM revelaram um comportamento biomecânico favorável, seguindo o mesmo padrão dos implantes CM. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer a empresa Neodent por ter fornecido todos os implantes e componentes protéticos usados no estudo, ao Centro de Informação da Tecnologia- Renato Archer, pelo desenvolvimento das análises de elementos finitos, e a CAPES, pelo apoio financeiro para que esse trabalho pudesse ser concluído. REFERÊNCIAS 1. Yang B, Irastorza-Landa A, Heuberger P, Ploeg HL. Effect of insertion factors on dental implant insertion torque/energyexperimental results. J Mech Behav Biomed Mater. 2020; 112: 103995. 2. Li J, Jansen JA, Walboomers XF, van den Beucken JJ. Mechanical aspects of dental implants and osseointegration: A narrative review. J Mech Behav Biomed Mater. 2020; 103: 103574. 3. Brune A, Stiesch M, Eisenburger M, Greuling A. The effect of different occlusal contact situations on peri-implant bone stress—A contact finite element analysis of indirect axial loading. Mater Sci Eng C. 2019; 99: 367–73. 4. Comparison between experimental digital image processing and numeAlemayehu DB and Jeng YR. Three-dimensional finite element investigation into effects of implant thread design and loading rate on stress distribution in dental implants and anisotropic bone. Materials. 2021; 14(22): 6974. 5. Shamami DZ, Karimi A, Beigzadeh B, Derakhshan S, Navidbakhsh MA. Three- dimensional finite element study to characterize the influence of load direction on stress distribution in bone around dental implant. J Biomater Tissue Eng. 2014; 4: 693–9. 57 6. Gupta Y, Rohit Iyer R, Dommeti VK, Nutu E, Rana M, Merdji A et al. Design of dental implant using design of experiment and topology optimization: a finite element analysis study. Proc IMechE Part H: J Engineering in Medicine. 2021; 235(2):157-166. 7. Jafari B, Katoozian HR, Tahani M, Ashjaee N. A comparative study of bone remodeling around hydroxyapatite-coated and novel radial functionally graded dental implants using finite element simulation. Med Eng Phys. 2022; 102: 103775. 8. Wu T, Fan H, Ma R, Chen H, Li Z, Yu H. Effect of lubricant on the reliability of dental implant abutment screw joint: An in vitro laboratory and three-dimension finite element analysis. Mater Sci Eng C. 2017; 75: 297–304. 9. Silva GAF, Faot F, da Rosa Possebon AP, da Silva WJ, Del Bel Cury AA. Effect of macrogeometry and bone type on insertion torque, primary stability, surface topography damage and titanium release of dental implants during surgical insertion into artificial bone. J Mech Behav Biomed Mater. 2021; 119: 104515. 10. Macedo JP, Pereira J, Faria J, Pereira CA, Alves JL, Henriques B et al. Finite element analysis of stress extent at peri-implant bone surrounding external hexagon or Morse taper implants. J Mech Behav Biomed Mater. 2017; 71: 441- 7. 11. Altıparmak N, Polat S, Onat S. Finite element analysis of the biomechanical effects of titanium and Cfr-peek additively manufactured subperiosteal jaw implant (AMSJI) on maxilla. J Stomatol Oral Maxillofac Surg. 2023; 124(1S): 101290. 12. Khorshidparast S, Akhlaghi P, Rouhi G, Barikani H. Measurement of bone damage caused by quasi-static compressive loading-unloading to explore dental implants stability: simultaneous use of in-vitro tests, μ-CT images, and digital volume correlation. J Mech Behav Biomed Mater. 2023; 138: 105566. 13. Nesbitt DQ, Burruel DE, Henderson BS, Lujan TJ. Finite element modeling of meniscal tears using continuum damage mechanics and digital image correlation. Sci Rep. 2023; 13(1): 4039. 14. Zhang WT, Cheng KJ, Liu YF, Wang R, Chen YF, Ding YD et al. Effect of the prosthetic index on stress distribution in Morse taper connection implant system and peri‑implant bone: a 3D finite element analysis. BMC Oral Health. 2022; 22(1): 431. 15. Bittencourt ABBC, Neto CLMM, Penitente PA, Pellizzer EP, Santos DM, Goiato MC. Comparison of the morse cone connection with the internal hexagon and external hexagon connections based on microleakage: review. Prague Medical Report. 2021; 122(3): 181–90. 16. Vinhas AS, Aroso C, Salazar F, López-Jarana P, Ríos-Santos JV, Herrero- Climent M. Review of the mechanical behavior of different implant: abutment connections Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 17(22): 8685. 17. Valera-Jiménez JF, Burgueno-Barris G, Gómez-González S, López-López J, Valmaseda-Castellón E, Fernández-Aguado E. Finite element analysis of narrow dental implants. Dent Mater. 2020; 36(7): 927–35. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Macedo%20JP%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Pereira%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Faria%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Pereira%20CA%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Alves%20JL%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Henriques%20B%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=28499606 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=10.1016%2Fj.jmbbm.2017.03.011 58 18. Odo CH, Pimentel MJ, Consani RL, Mesquita MF, Nóbilo MA. Stress on external hexagon and Morse taper implants submitted to immediate loading. J Oral Biol Craniofac Res. 2015; 5(3): 173-9. 19. Almeida EO & Pellizzer EP. Biomecânica em prótese sobre implante relacionada às inclinações das cúspides e