نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استاد، مرکز تحقیقات ایمپلنت های دندانی، گروه پروتزهای دندانی، دانشکده دندانپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران.
2 استادیار، مرکز تحقیقات مواد دندانی، گروه پروتزهای دندانی، دانشکده دندانپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران.
3 واحد تحقیقات بیومتریال، دانشکده دندانپزشکی، دانشگاه سیدنی، سیدنی، استرالیا
چکیده
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction: Proper stress distribution in the edentulous ridge is necessary for implant-supported mandibular overdenture. For the purposes of the present study, the stress distribution was investigated under various types of forces using the finite element method (FEM).
Materials and Methods: A digital model of the mandible with two implants (ITI with diameter and length of 4.1 and 12 mm, respectively) in canine areas and the overdenture supported by it were simulated using ABAQUS software. A vertical force was applied to the left first molar and gradually increased from 0 to 50 N. Finally, the resultant stress distribution was evaluated.
Results: Under small amounts of occlusal force, mucosa displacement and stress accumulation in the cortical bone of edentulous ridge, occurred on the non-working side and moved to the working side with a gradual increase in the force. Major stress accumulation was observed in the cortical bone around the implant. Moreover, it was observed in a minor range in the posterior ridge. The mucosa displacement occurred primarily in the posterior edentulous ridge, especially in the mylohyoid ridge.
Conclusions: By using 3D FEM in the present study, it was observed that mucosa displacement is more likely to occur in the posterior areas, especially mylohyoid ridge and edentulous ridge crest in comparison to the areas around the implants. Therefore, this area should be carefully reliefand the forces should be directed towards the buccal shelf area as much as possible.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
هر چند که بسیاری از بیماران از درمان پروتز کامل خود راضی هستند ولی با این وجود حدود یک سوم آنها از پروتز کامل خود خصوصاً در فک پایین ابراز ناخرسندی می نمایند.(2و1)
یک گزینه جایگزین جهت درمان این گونه بیماران بی دندان که از مشکلاتی چون کاهش ثبات دنچر فک پایین و کاهش ظرفیت و توانایی ناحیه فشارپذیر فک پایین رنج می برند، درمان به وسیله اوردنچر متکی بر ایمپلنت های اندوستئال می باشد.(6-3) در واقع توافق نظری فراگیر در سراسر جهان بر این موضوع وجود دارد که یک اوردنچر فک پایین متکی بر دو ایمپلنت می بایست گزینه انتخابی نخست در درمان بیماران بی دندان باشد.(7)
در انواع مختلف اوردنچر، با وجودی که مکانیسم عمل دندان و اباتمنت ایمپلنت با یکدیگر متفاوت است لیکن نقش پروتزی آنها کاملاً یکسان است و هر دو موجب فراهم ساختن گیر و ثبات بیشتر پروتز شده و اثر مثبتی بر حفظ استخوان مجاور خود دارند.(9و8)
در حقیقت مطالعات نشان داده اند که سطح استخوان در نواحی قدامی که ایمپلنت را در خود جای داده اند به خوبی حفظ شده است.(11و10) با این وجود فقدان ساپورت مناسب در ناحیه خلفی موجب تسریع در از دست رفتن استخوان می گردد که این امر با سرعتی 4 برابر سرعت از دست رفتن استخوان در ناحیه قدام است.(8)
با وجودی که نیروهای جویدن در اوردنچرهای متکی بر ایمپلنت نسبت به دندانهای طبیعی و نیز پروتزهای ثابت متکی بر ایمپلنت کمتر است، لیکن تحلیل استخوان در ناحیه خلفی به میزان بیشتری در نواحی مشابه نسبت به پروتزهای ثابت متکی بر ایمپلنت رخ می دهد.(12)
شایان ذکر است که بر سر این موضوع توافق نظر بین محققین وجود ندارد. از جمله Jemt و همکاران(13) در مطالعه خود به این نتیجه رسیدند که کاهشی چشمگیر در نیروهای فشاری و کششی منتقل شده از طریق ایمپلنت به استخوان اطراف ایمپلنت در اوردنچرهای متکی بر ایمپلنت در مقایسه با درمان پروتز ثابت متکی بر ایمپلنت وجود دارد. آنها این یافته را به خاصیت ارتجاعی (Resiliency) مخاط ناحیه ریج بی دندانی خلفی نسبت دادند.
چه بر سر این موضوع توافق داشته باشیم یا نه، به هر حال موضوع تحلیل ریج باقیمانده و تسریع از دست رفتن استخوان بواسطه نیروهای نامتناسب اکلوزال از مهمترین ملاحظات در درمان اوردنچر متکی بر ایمپلنت فک پایین، خصوصاً در بیماران بی دندان جوان تر می باشد.
هر چند که مکانیسم دقیق این فرایند هنوز شناخته نشده است، لیکن واضح است که یک پاسخ ریمادلینگ سازشی در استخوان احاطه کننده ایمپلنت و نیز استخوان کورتیکال زیر دنچر به گرادیان استرس موجود در استخوان که در نتیجه ی نیروهای محوری و خمشی حاصل از نیروی جویدن می باشد، وجود دارد. هر عاملی که موجب القا استرس های خیلی زیاد یا خیلی کم به استخوان شود می تواند به تحلیل پاتولوژیک با آتروفی استخوان منجر شود.(14)
به علاوه گزارش ها حکایت از آن دارد که اوردنچر متکی بر ایمپلنت فک پایین در مواردی موجب یک سندرم ترکیبی (Combination-like-syndrom) در بیماران شده است که این امر می تواند مشکلات جدی برای بیماران ایجاد کند.(16و15)
روش آنالیز اجزاء محدود به همراه مدلسازی کامپیوتری به طور وسیع در آنالیز بیومکانیک ایمپلنت ها خصوصاً در ارزیابی استرس در استخوان اطراف ایمپلنت های فک پایین بکار گرفته شده است.(24-17)
Meiger و همکاران(25) از یک مدل اجزاء محدود سه بعدی جهت شناسایی استرس های داخلی در استخوان فک، تحت نیروی جویدن بهره بردند. مطالعات اندکی این روش را جهت ارزیابی توزیع استرس، صرفاً بر روی استخوان کورتیکال بکار برده اند.(26)
هدف مطالعه حاضر استفاده از یک مدل اجزاء محدود (FE) Finite Element از اوردنچر متکی بر ایمپلنت فک پایین جهت ارزیابی استرس و کشیدن استخوان کورتیکال و همچنین جابجایی مخاط ریج بی دندانی در زیر دنچر، تحت نیروهای تدریجی متفاوت بود.
مواد و روش ها
در این مطالعه برای بازسازی دقیق استخوان از مندیبل یک جسد با تحلیل ریج آلوئولار استفاده شد. الگوی المان محدود که در این بررسی استفاده شد، یک ساختار پیچیدة چند لایه، شامل مخاط، استخوان کورتیکال و اسفنجی بود.
در این مدل اجزاء محدود (FE) دو عدد ایمپلنت قرار گرفته در ناحیه کانین بازسازی شدند. نوع ایمپلنت های بکار رفته جهت مدلسازی ایمپلنت ITI (1/4 میلی متر قطر و 0/12 میلی متر طول) به همراه Dolder Bar با Spacer (بار تخم مرغی همراه فضا ساز) و ماتریکس بار تیتانیومی (ITI, Institut Strumann AG, Waldenburg) بود. بار متصل کننده موازی پلن اکلوژن و محور چرخشی کندیلی انتهایی بود و به صورت عمود بر نیمساز زاویه بین دو ریج خلفی طراحی گردید تا به پروتز اجازه چرخش داده شود.(28و27) سپس یک اوردنچر متکی بر ایمپلنت فک پایین متناسب با بار ساخته شد.
با استفاده از یک ماشین اندازه گیری غیر تماسی ATOS II (ATOS II, GOM, Germany) خصوصیات ابر نقاط مدل، بدست آمده و به نرم افزار مدلسازی CATIA(BM, Kingstone, NY) منتقل گردید. )تصویر 1)
تصویر 1 : مدل حاصله از ابر نقاط در نرم افزار CATIA
استخوان، ایمپلنت ها، پروتز و مخاط با استفاده از نرم افزار مدل سازیCATIA شبیه سازی شدند و نهایتاً مدل اجزاء محدود با 31582 المان و 96635 گره ایجاد گردید. به علت طراحی متقارن دو نیمه استخوان فک پایین نسبت به پلن میدساجیتال، صرفاً نیمه راست مندیبل به المان ها تقسیم گردید و این خصوصیات برای طرف دیگر عیناً لحاظ شد. این اقدام همچنین عوامل مخدوشگر در محاسبات را حذف می نماید. (تصویر 2)
در فرایند مدلسازی، استخوان فک به عنوان لایه ای از استخوان کورتیکال با ضخامت 2 میلی متر به همراه استخوان اسفنجی در فضای داخلی، در نظر گرفته شد. یک لایه یکسان با ضخامت 2 میلی متر نیز به عنوان مخاط رویی لحاظ گردید. همه مواد بکار رفته در این مدل ها به صورت مواد ایزوتروپیک هموژن و با الاستیسیتی خطی مشخص در نظر گرفته شدند.
خصوصیات الاستیک مربوطه مانند ضریب یانگ و نسبت پواسون از مقالات مشابه استخراج گردید. این خصوصیات در جدول 1 نمایش داده شده اند.
مدل اجزاء محدود به صورت یک مدل سه بعدی دیجیتالی شده به نرم افزار آنالیز اجزا محدود منتقل گردید. محاسبات و آنالیزها به وسیله نرم افزار ABAQUS ورژن 4/6 (Hibbitt, Karlsson & Sorensen Inc, Plymouth, Mich) و بر روی یک رایانه پنتیوم IV، 2400 با رام 256 مگابایت انجام گردید.
(مدل 4/6) و بر روی یک رایانه پنتیوم IV، 2400 با رام 256 مگابایت انجام گردید.
شرایط مرزی و نحوه اعمال نیرو برای نرم افزار تعریف گردید (تصویر 3). برای شبیه سازی نیروی جویدن یک مقدار مناسب نیرو از 0 تا 50 نیوتن به تدریج در جهت عمود بر سطح جونده دندان مولر اول به کار گرفته شد. یک باند ثابت بین استخوان و ایمپلنت در سرتاسر مناطق و در نواحی تماس استخوان و ایمپلنت در نظر گرفته شد.(34-32) این امر بدین معناست که تحت هیچ نیرویی حرکت نسبی بین استخوان و ایمپلنت رخ نخواهد داد.
تصویر 2 : مدل اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس
تصویر 3 : شرایط مرزی تعریف شده در نرم افزار آباکوس
در نهایت سطوح استرس برای مدل طبق شاخص و معیار Vonmisses محاسبه گردید. این روش قابل اعتمادترین روش برای تفسیر نتایج آنالیز اجزاء محدود می باشد.(32و19)
جدول 1 : خصوصیات الاستیک و ضریب یانگ مواد
ضریبت پواسون |
ضریب یانگ |
مواد |
35/0 |
(29) 110000 |
ایمپلنت تیتانیومی با پایه |
3/0 |
(30) 13700 |
استخوان بورتیکال |
3/0 |
(31) 7930 |
استخوان اسفنجی |
3/0 |
(31) 70 |
مخاط |
یافته ها
تصاویر 4 جابجایی مخاط ناحیه بی دندانی را نشان می دهند، در هر تصویر مقادیر یکسان از جایجایی مخاط که به میلی متر بیان شده اند با رنگ های یکسان نشان داده شده و مقیاس رنگی نیز ارائه شده است.
تصویر 4-الف: جابجایی مخاط ریج بی دندانی تحت نیروی اولیه نزدیک به صفر
تصویر 4-ب : جابجایی مخاط ریج بی دندانی تحت نیروی اولیه نزدیک به 06/6 نیوتن
تصویر 4-ج : جابجایی مخاط ریج بی دندانی تحت نیروی اولیه نزدیک به 50 نیوتن
تصاویر 5 استرس بر روی استخوان کورتیکال را نشان می دهند. در هر شکل نواحی با استرس وان مایسس یکسان با رنگ های یکسان نشان داده شده و مقیاس رنگی نیز ارائه شده است.
تصویر 5-الف : استرس استخوان کورتیکال تحت نیروی اولیه نزدیک به صفر
تصویر 5-ب : استرس استخوان کورتیکال تحت نیروی اولیه نزدیک به 06/6 نیوتن
تصویر 5-ج : استرس استخوان کورتیکال تحت نیروی اولیه نزدیک به 50 نیوتن
در شروع اعمال نیرو، جابجایی مخاط عمدتاً در سمت غیر کارگر به وقوع پیوست. با افزایش تدریجی نیرو، این جابجایی به سمت کارگر منتقل شد. قابل توجه این که جا به جایی مخاط عمدتاً در مخاط ناحیه خلفی رخ داد و در ناحیه اطراف ایمپلنت ها و ریج قدامی بوقوع نپیوست.
حداکثر استرس استخوان کورتیکال در لایه کورتیکال اطراف گردن ایمپلنت، مشاهده گردید. در شروع اعمال نیرو استرس استخوان کورتیکال عمدتاً اطراف گردن ایمپلنت سمت غیرکارگر تمرکز یافت. با افزایش تدریجی نیرو، ایمپلنت سمت کارگر در ناحیه گردن خود بیشترین میزان استرس را دارا بود.
تمرکز استرس در استخوان کورتیکال ریج خلفی حائز اهمیت است. این تجمع استرس عمدتاً در مقادیر بالای نیرو مشاهده گردید و در مقادیر کمتر قابل توجه نبود. از میان نیروهای وارده، مقادیری جهت ارزیابی میزان جابجایی مخاط و استرس استخوان انتخاب گردید که باعث تغییر میزان و محل جابجایی استرس گردید این نقاط عطف نیرو و نتایج حاصله در جدول 2 آورده شده است.
بحث
الگوی جابجایی مخاط ریج سمت غیرکارگر در ابتدای اعمال نیرو و تغییر مکان این جا به جایی با افزایش تدریجی نیرو می تواند به واسطه تماس های اولیه پروتز و مخاط توجیه شود.
هنگامی که نیروی تدریجی به اوردنچر اعمال می شود. اوردنچر دچار چرخشی آرام در صفحه افقی می گردد. این چرخش حول محور مرکزی عمود بر صفحه افقی بوده و میزان آن اندک می باشد. این چرخش می تواند به واسطه جابجایی و قابلیت ارتجاعی ارتجاعی مخاط که اجازه می دهد دنچر فضایی جهت دامنه کوتاهی از حرکت داشته باشد، تفسیر گردد. کارایی جوشی الزاما به ثبات دنچر بستگی ندارد بلکه به قابلیت فشردگی مخاط زیر دنچر نیز وابسته است. در ناحیه مولار مندیبل بی دندان، آستانه درد و فشار، 630 کیلو پاسکال گزارش شد که اغلب مطالعات آنالیز اجزای محدود از این میزان کمتر است و با مطالعه ما همخوانی دارد.(37و36)
نواحی جابجایی مخاط در سمت کارگر شامل مخاط ناحیه کرستال و ناحیه ریج میلوهایوئید به عنوان مناطق حداکثر جابجایی می باشد. این موضوع دلالت بر این دارد که ناحیه مایلوهایوئید می بایست به دقت ریلیف شود و به خوبی مورد توجه قرار گیرد تا از هر گونه آزردگی مخاط جلوگیری شود. همچنین قابل توجه است که جابجایی مخاط در ناحیه باکال شلف بسیار اندک است که می تواند توجیهی بر قالبگیری با فشار انتخابی در این ناحیه به عنوان منطقه ای مناسب جهت تحمل استرس های دنچر باشد. در مجموع می توان نتیجه گرفت که هنگام ارائه طرح درمان ساخت دنچر، اقدامات به نحوی به عمل آید که نیروها به سمت ناحیه باکال شلف هدایت شده و تا حد امکان از نواحی با حداکثر جابجایی مخاط مثل ریج میلوهیوئید دور گردند. احمد و همکاران(38) تحلیل استخوان نواحی خلفی مندیبل را در اوردنچر بر پایه دو ایمپلنت بررسی کردند و پی بردند بیشترین میزان تحلیل در کرست ناحیه مولارها و لینگوال پره مولرها رخ داده که با نتایج ما تفاوت زیادی ندارد.
با افزایش نیرو محل تجمع استرس به نواحی اطراف ایمپلنت سمت کارگر و نیز به مقدار کمتر به نواحی ریج خلفی سمت کارگر منتقل گردید. تجمع استرس اطراف ناحیه گردن ایمپلنت ها احتمالاً به دلیل حضور لایه کورتیکال است که دارای ضریب الاستیسیته یانگ بالاتری است.
این یافته ها نتایج ارائه شده توسط Menicucci و همکاران(17) را در مطالعه مشابه تأیید می نماید. ارزیابی استرس استخوان کورتیکال نشان می دهد که با آغاز اعمال نیرو استرس عمدتاً اطراف گردن ایمپلنت سمت غیرکارگر متمرکز شده، که به نظر می رسد به علت درگیری اولیه ایمپلنت این سمت با دنچر باشد.
توزیع استرس در استخوان کورتیکال شاید بتواند پدیده تحلیل ریج خلفی در اوردنچرهای متکی بر ایمپلنت فک پایین را توضیح دهد. تجمع استرس در ناحیه ریج خلفی خصوصاً در قسمت استخوان کرستال زیاد است. این تجمع استرس می تواند موجب تحلیل پیوسته استخوان گردد. اخیرا در مطالعات آنالیز اجزای محدود دیده شده که نیروهای وارده بر ریج باقیمانده باعث استرس های هیدروستاتیک مخاطی گشته واین رویداد باعث تحلیل استخوان زیر بیس دنچر می گردد که همسو با نتایج ما است.(39)
این موضوع هنگامی که توزیع استرس در ناحیه قدام مورد توجه قرار گیرد اهمیت بیشتری پیدا می کند. استرس قابل توجهی در ناحیه قدام وجود ندارد (غیر از اطراف ایمپلنت ها). در مطالعات قبلی ریماودلینگ استخوان در زیر بیس دنچر مندیبولار عمدتا در ناحیه مولار دیده شده که با نتایج مطالعه ما مشابهت دارد.(38)
هنگامی که الگوهای توزیع استرس در ریج خلفی و ریج قدامی با یکدیگر مقایسه گردد، توزیع ناهمگون استرس در این منطقه، تحلیل نامتوازن استخوان این دو ناحیه در اثر نیروهای اکلوزال را توضیح می دهد. این تحلیل نامتوازن منجر به ایجاد تماس های اکلوزالی ناهماهنگ پس از دوره ای از اعمال نیروی جویدن و تحلیل فزاینده استخوان می گردد. این موضوع منجر به ایجاد گروهی از مشکلات و علایم تحت عنوان سندرم ترکیبی (combination like syndrome) می گردد. سندرم ترکیبی در بیماران با اوردنچر متکی بر ایمپلنت فک پایین هنگامی که بیمار در فک بالای خود دارای یک دنچر معمولی است و در فک پایین نیز اوردنچر با ساپورت ایمپلنت در قدام دارد بوقوع می پیوندد.
از جمله محدودیت های مطالعه حاضر، مدل های ساده شده فک بیمار بدون در نظر گرفتن بی نظمی های آناتومیک بود. از محدودیت های دیگر در نظر گرفتن رفتار خطی رابطه استرس-استرین مخاط ودر نظر نگرفتن لایه واسطه ای بزاق همانند مطالعه Ogawa و همکاران(40) بود.
نتیجه گیری
از آنالیز اثر نیروهای وارده در دنچر فک پایین متکی بر ایمپلنت به نتایج زیر می توان دست یافت:
1- در مقادیر اندک نیروهای اکلوزال، جایجایی مخاط و تجمع استرس بر استخوان کورتیکال، هر دو در سمت غیر کارگر رخ داده و با افزایش تدریجی نیرو به سمت کارگر جابجا شد.
2- تجمع استرس در استخوان کورتیکال عمدتاً اطراف ایمپلنت رخ داد و به مقدار کمتر در ریج خلفی مشاهده گردید.
3- جابجایی مخاط عمدتاً در ناحیه ریج خلفی خصوصاً ناحیه ریج میلوهیوئید رخ داد.
تشکر و قدردانی
مؤلفین مراتب تقدیر و تشکر خود را از آقای مهندس جبار زارع جهت طراحی و ساخت مدل ریاضی که در تحقیق مورد استفاده قرار گرفت اعلام می دارند.
[zamen1]12 and 28 are the same.
[zamen2]38 and 40 are the same.