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Effects of mechanical vibration on miniscrew implants and bone: Fem analysis - 06/03/19

Analyse de l’effet de la vibration mécanique sur les minivis d’ancrage et sur l’os par la méthode des éléments finis

Doi : 10.1016/j.ortho.2019.01.022 
Aylin Pasaoglu Bozkurt
 Beykent University, Dentistry Faculty, Department of Orthodontics, Istanbul, Turkey 

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Summary

Objective

The aim of this FEM study was to assess the effect of mechanical vibration force on miniscrews and stress distribution in cortical and trabecular bone around miniscrews.

Methods

A 3D model was created using a CBCT image of a patient. Three different analyses were performed on a single model. Material properties, boundary conditions and the quality of applied forces (direction and magnitude) were defined. 150 gf, 150 gf and 30Hz (0.2N), 150 gf and 111Hz (0.06N) were applied to miniscrew from distal to mesial and from sulcus to alveolar crest direction like a power arm application. The first moment effect of force and vibration were evaluated by using Algor Fempro FEM analysis program. Von Mises and principal stress distribution on miniscrews and bone layers were evaluated by different force and vibration applications.

Results

It was seen that Von Mises stress distribution on miniscrew was located on the neck region and the highest stress levels were observed in the 1st analysis (27,0159N (mm2)), which was only force application. The loading of the cortical bone in the proximity of the miniscrew was clearly greater with only force application rather than force and vibration application together. Maximum and minimum principle stress values gradually decreased while vibration value increased.

Conclusion

It was concluded that mechanical vibration force might reduce the peri-implant loading of the bone and stress levels on the miniscrews.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Objectif

L’objectif de cette étude d’analyse par éléments finis (FEM) était d’évaluer l’effet de la force de vibration mécanique sur les mini-vis et la répartition des contraintes dans l’os cortical et trabéculaire autour des mini-vis.

Méthodes

Le modèle 3D a été créé en utilisant l’image CBCT (tomodensitométrie volumétrique à faisceau conique) d’un patient. Trois analyses différentes ont été réalisées sur un même modèle. Les propriétés des matériaux, les conditions limites et la qualité des forces appliquées (direction et intensité) ont été définies. Au total, 150 gf, 150 gf et 30Hz (0,2N), 150 gf et 111Hz (0,06N) ont été appliqués à la mini-vis du côté distal au côté mésial et du sulcus à la crête alvéolaire comme lors de l’application d’un bras de levier. Les premiers moments de force et de vibration ont été évalués à l’aide du programme d’analyse FEM Algor Fempro. Von Mises et la répartition des contraintes principales sur les mini-vis et les couches osseuses ont été évaluées par différentes applications de force et de vibration.

Résultats

On a constaté que la répartition des contraintes de Von Mises sur la mini-vis était située sous la tête de la vis et que les niveaux de contrainte les plus élevés ont été observés lors de la première analyse (27 0159N (mm2)), lorsque seule la force était appliquée. La charge de l’os cortical à proximité de la mini-vis était nettement plus importante en appliquant seulement la force plutôt qu’en appliquant la force et la vibration ensemble. Les valeurs maximales et minimales des contraintes principales diminuent progressivement tandis que la valeur de vibration augmente.

Conclusion

La force de vibration mécanique pourrait réduire la charge péri-implantaire de l’os et les niveaux de contrainte sur les mini-vis.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Orthodontics, Miniscrew, Vibration, Finite element analysis

Mots clés : Orthodontie, Minivis, Vibration, Analyse par éléments finis


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Vol 17 - N° 1

P. 38-44 - mars 2019 Retour au numéro
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