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Fatigue Loading Effect in Custom-Made All-on-4 Implants System: A 3D Finite Elements Analysis - 24/06/21

Doi : 10.1016/j.irbm.2021.06.008 
A. Darwich a, b, A. Alammar c, O. Heshmeh c, S. Szabolcs d, H. Nazha d,
a Faculty of Biomedical Engineering, Al-Andalus University for Medical Sciences, Tartous, Syria 
b Faculty of Technical Engineering, University of Tartous, Syria 
c Faculty of Dentistry, Damascus University, Damascus, Syria 
d Faculty of Mechanical Engineering and Informatics, University of Miskolc, Miskolc, Hungary 

Corresponding author.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Thursday 24 June 2021
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Graphical abstract

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

The biomedical response of dental implants during static and fatigue loading were assessed.
Fatigue loading caused greater stresses in comparison with static loading.
Cortical bone showed higher stress values than trabecular bone under either static or fatigue loading.
Vertical implants showed more homogenous behavior in the system.

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Abstract

Objectives

This study aims to evaluate the fatigue stress around custom-made all-on-4 implants system to find out which type of implants have a better performance under different graded multidirectional occlusal forces.

Material and methods

3D normal and implanted models simulating the “All-on-4” concept were created and analyzed under three different conditions of occlusal loadings. Two types of static and fatigue were applied. Stress distribution was analyzed based on von Mises and Goodman theories in ANSYS environment in addition to the safety factor. Statistical tests were performed to assess the significance of the results as well as the reproducibility of the results.

Results

The results showed stress increasing reaching a value of 48%, 29% in tilted implants compared to vertical implants and normal cases respectively. In contrast, tilted implants appeared to be less stable (safety factor may reach 0.7) and they may fail during the application of occlusal forces. The safety factor of cortical bone decreased by about 91% in the implanted model compared to the normal model, indicating a higher possibility of bone remodeling around the bone.

Conclusion

The orientation and position of occlusal forces had an important influence on stress distribution between the implant and the surrounding bone, and fatigue loading caused greater stresses in comparison with static loading. Lower amounts of stress were found in the vertical implants, ensuring a higher safety factor and a longer clinical service. In contrast, the critical safety factor values are observed in tilted implants, which may fail under the influence of applied occlusal forces.

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Keywords : All-on-four concept, Fatigue loading, Dental implant, Finite element analysis


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