Análise paramétrica e otimização estrutural de implante dentário fundamentados no estudo do comportamento mecânico da região de interface osso-implante
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Data
2016-07-22
Autores
Freitas, João Paulo de Oliveira [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Nas últimas décadas implantes dentários vêm sendo bem aceitos por odontologistas e pacientes devido à sua grande capacidade de reabilitação de funções e estética. Sendo assim, é constante a busca por soluções que forneçam boa estabilidade para o implante que está diretamente relacionada às características do sistema e do osso. A principal região de estudo é a interface osso-implante, em destaque para o osso cortical, onde a alta compressão acarreta o desgaste ósseo e instabilidade do implante. O trabalho em questão propõe a realização da análise paramétrica e a otimização da estrutura de um implante unitário em estado plano de deformação. Sendo assim, funções denominadas superfícies de resposta foram desenvolvidas. Nelas são fornecidos dados de geometria, carga e rigidez do osso cortical e como resposta são obtidas tensões de Von Mises no osso cortical. Simultaneamente, são identificados os parâmetros mais e menos influentes na resposta. Para isso, foram aplicados os conceitos de RSM (Response Surface Methodology) e DOE (Design of Experiments) juntamente com modelos em elementos finitos no plano bidimensional. Com a superfície de resposta definida, soluções de otimização estrutural foram desenvolvidas, para as quais objetivou-se a minimização da tensão no osso cortical e ao mesmo tempo a redução da área de osso removida, selecionando assim os melhores implantes para cada ponderação de objetivo. Assim, apresenta-se não só a interpretação da influência de cada parâmetro na resposta mecânica no osso, mas também um processo mais ágil na estimativa de tensões críticas através de funções e, com soluções multiobjetivas, dá suporte à escolha correta do implante, à investigação mais rápida de falhas e à proposta de soluções de forma mais apurada.
Over recent decades dental implants have been well accepted by dentists and patients due to its great capacity for rehabilitation of function and aesthetics. Thus, it is a constant search for solutions that provide good stability to the implant that is directly related to system characteristics and bone. The main study area is the bone-implant interface, especially the cortical bone, where high compression causes bone wear and instability of the implant. The work in question proposes the realization of parametric analysis and optimization of the structure of a single implant in plane strain state. So, functions denominated as response surface have been developed. For them are provided data like geometry, load and cortical bone stiffness and as response are obtained Von Mises stress in cortical bone. At the same time more and less influential parameters are identified in the response. For this were applied the concepts of RSM (Response Surface Methodology) and DOE (Design of Experiments) with finite element models in two-dimensional plane. With the response surface defined, structural optimization solutions have been developed to which the goal was to minimize the stress in the cortical bone while reducing the area of bone removed, thus selecting the best implants for each weighing goal. Therefore, it presents not only the interpretation of the influence of each parameter on the mechanical response in the bone, but also a faster process in the estimation of critical stress functions and with multiobjective solutions, supports the correct choice of implant, faster research of failures and the proposal for more accurate form of solutions.
Over recent decades dental implants have been well accepted by dentists and patients due to its great capacity for rehabilitation of function and aesthetics. Thus, it is a constant search for solutions that provide good stability to the implant that is directly related to system characteristics and bone. The main study area is the bone-implant interface, especially the cortical bone, where high compression causes bone wear and instability of the implant. The work in question proposes the realization of parametric analysis and optimization of the structure of a single implant in plane strain state. So, functions denominated as response surface have been developed. For them are provided data like geometry, load and cortical bone stiffness and as response are obtained Von Mises stress in cortical bone. At the same time more and less influential parameters are identified in the response. For this were applied the concepts of RSM (Response Surface Methodology) and DOE (Design of Experiments) with finite element models in two-dimensional plane. With the response surface defined, structural optimization solutions have been developed to which the goal was to minimize the stress in the cortical bone while reducing the area of bone removed, thus selecting the best implants for each weighing goal. Therefore, it presents not only the interpretation of the influence of each parameter on the mechanical response in the bone, but also a faster process in the estimation of critical stress functions and with multiobjective solutions, supports the correct choice of implant, faster research of failures and the proposal for more accurate form of solutions.
Descrição
Palavras-chave
Bioengenharia, Análise paramétrica, Otimização, Método dos elementos finitos, DOE, RSM, Bioengineering, Parametric analysis, Optimization, Finite element method