فایل مروري بر الزامات طراحي مكانيكي ايمپلت‌هاي دنداني و مواد ساخت آن
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته دندانپزشکی (آموزش_و_پژوهش)
فهرست
چکيده 4
١. مقدمه. 4
۲. درمان موفق با ايمپلنت.. 6
۲-۱. ساختمان ايمپلنت.. 6
۲-۲. بارگذاري در محيط دهان. 7
۲-۳. تأثير طراحي بدنه بر استحکام فصل مشترک... 11
۲-۴. تأثير نوع ماده بر خواص مکانيکي ايمپلنت.. 15
۲-۵. ايمپلنت هاي نانوساختار. 18
۳. نتيجه گيري.. 24
منابع. 25
چکيده
امروزه يکي از مهم ترين روش هاي درمان جايگزيني دندان از دست رفته ، استفاده از ايمپلنت است . با گسترش مطالعات و پژوهش ها در راستاي شناخت خواص زيست مکانيکي دهان و دندان ، اجزاي ايمپلنت تغييرات بسياري را از نظر هندسة ظاهري و ريزساختار به خود ديده اند. در مقالة حاضر، نخست ساختار ايمپلنت و ويژگي هاي مکانيکي استخوان فک مورد بررسي قرار گرفته است . سپس پژوهش هايي که تأثير چگونگي طراحي اجزاي ايمپلنت را بر ماهيت بار انتقالي ايمپلنت بررسي کردند، مرور شده است . نتايج اين تحقيقات نشان مي‌دهد که بارگذاري فشاري ، سبب تثبيت ايمپلنت در استخوان فک مي‌گردد؛ بارگذاري کششي ايمپلنت را لق مي‌کند و نيروي برشي شکست ايمپلنت را تسريع مي‌نمايد. طراحي ناحية کرست زاويه دار همراه با رزوه هاي مربعي ، بار فشاري را به فصل مشترک ايمپلنت - استخوان انتقال مي‌دهد. ايجاد سطوح زبر در اجزاي ايمپلنت ، بهبود چسبندگي و اتصال آن را به استخوان درپي دارد. همچنين بايد از طراحي ايمپلنت هاي مخروطي اجتناب کرد. مطالعات نشان داده اند نوع بستن اباتمنت مي‌تواند در حد خستگي ايمپلنت مؤثر واقع باشد. ترجيحاً بستن بيروني آن به کرست ايمپلنت ، نيروي شکست خستگي را افزايش مي‌دهد. نانوايمپلنت ها محصولاتي نوظهورند که مي‌توانند با ساختار متخلخل شان ، مدول الاستيک و وزن ايمپلنت ها را بهينه کنند و استحکام فصل مشترک ايمپلنت - استخوان را افزايش دهند.
واژگان کليدي : ايمپلنت ، زيست مکانيک ، طراحي مکانيکي ، رزوه ، اباتمنت
١. مقدمه
ايمپلنت هاي دنداني تثبيت کننده هايي هستند که به عنوان جايگزين براي ريشة دندان طبيعي از دست رفته استفاده مي‌شوند. اين قطعات مي‌توانند در فک بالا يا پايين قرار گيرند. رعايت اصول نيروشناسي در طراحي مکانيکي و انتخاب مادة مناسب براي يک ايمپلنت ، موجب بهبود اتصال به استخوان و افزايش طول عمر آن خواهد شد. در سال ۲۰۱۰ م ، بازار جهاني ايمپلنت ۳/۲ ميليارد دلار بود. اين ميزان فروش در سال ۲۰۱۵ با نرخ رشد مرکب سالانه ۶ درصد به نزديک ۴/۲ ميليارد دلار رسيد. در سال ۲۰۱۰ اروپا ۴۲ درصد سهم بازار را به خود اختصاص داد. تا سال ۲۰۱۵، منطقة آسيا - اقيانوس آرام بالاترين نرخ رشد سالانه فروش را داشته است [۱]. بنابراين پژوهش در بحث بهبود عملکرد ايمپلنت ها هميشه با توجيه اقتصادي همراه بوده است .
در مطالعات صورت گرفته در سال ۲۰۱۵ نشان داده شده است که اغلب ايمپلنت هاي دنداني موجود در امريکا از فلزات و آلياژها ساخته مي‌شوند. سازمان هاي متعدد دستورالعمل هايي براي استانداردسازي مواد به کار رفته در ساختار ايمپلنت ارائه نموده اند.
براي مثال در يک مطالعه نشان داده شد که بهبودي حاصل از قرارگيري ايمپلنت ٥ ميلي متري طي ٦ سال ماندگاري در دهان بيمار، ٩٨ درصد است . اين درحالي است که ايمپلنت هاي ٧ ميلي متري در ٢٥ درصد موارد، طي ١٨ ماه پس از بارگذاري شکسته شدند. بنابراين براي طراحي ابعاد بدنه ايمپلنت بايد به نوع و مکانيزم شکست توجه شود [٢].
۲. درمان موفق با ايمپلنت
عوامل متعددي مي‌توانند بر يک درمان موفق با ايمپلنت دنداني تأثيرگذار باشند، از مهم ترين اين عوامل مي‌توان به تأثير طراحي هندسي ايمپلنت بر استحکام فصل مشترک ايمپلنت - استخوان و خواص مکانيکي نوع ماده به کار رفته در ساخت ايمپلنت اشاره کرد.
ادامه به آن پرداخته مي‌شود.
۲-۱. ساختمان ايمپلنت
اجزاي ايمپلنت را مي‌توان به سه قسمت کرست ، بدنه و ريشه تقسيم بندي کرد. مطابق شکل ٢ ناحية بدنة ايمپلنت ، ناحية داخل استخواني آن است که رزوه ها[1] را دربر دارد. اين ناحيه جزء غيرچرخشي محل اتصال ايمپلنت - اباتمنت را در خود جاي مي‌دهد. در بالاي ايمپلنت ناحية کرست قرار دارد که روي آن يک اباتمنت[2] پيچ مي‌شود. مطابق شکل ٣، اباتمنت در واقع يک جزء سراميکي است که روکش هاي دنداني سراميکي روي آن تثبيت مي‌گردند. انتهاي بدنة ايمپلنت ، ريشة آن قرار دارد که با قرار گرفتن در حفرة ايجادشده در فک ، ايمپلنت را در دهان تثبيت مي‌کند.
۲. بارگذاري در محيط دهان
مهم ترين نيروهايي که در محيط دهان به يک ايمپلنت وارد مي‌شوند، تنش هاي ناشي از جويدن است که در همة جهات به صورت چرخه اي به دندان يا ايمپلنت وارد شده و همراه با افت و خيز هستند. در مرتبة بعدي ، تنش هاي ناشي از روي هم فشردن دندان ها،
چهار فاکتور به صورت چشمگيري ، احتمال شکست خستگي را در ايمپلنت ها تحت تأثير قرار مي‌دهند:
۱. زيست مواد
۲. طراحي هندسي در ابعاد ماکرو
۳. بزرگي نيرو
۴. تعداد چرخه ها
هندسة ايمپلنت ميزان مقاومت آن را در برابر نيروهاي خمشي ، پيچشي و شکست خستگي تحت تأثير قرار مي‌دهد.
. تأثير طراحي بدنه بر استحکام فصل مشترک
درصورتي که يک ايمپلنت بعد از کاشت به خوبي با استخوان فک اتصال برقرار کند و بافت فيبروزي[3] حاوي کلاژن[4]، که به بافت الاستيسيتة بدن نيز شهرت دارد، در فصل مشترک ايمپلنت - استخوان شکل بگيرد، فصل مشترک مستحکمي ايجاد خواهد شد.
هرمان و همکاران در يک مطالعة موردي روي سگ ها ايمپلنت تکة داراي ناحيه کرست صيقلي ١/٥ ميلي متري را در تماس با استخوان کورتيکال قرار داده و آن را با ايمپلنت هاي طرح مشابه اما با ناحيه کرست زبر حاوي خلل و فرج مقايسه نمودند؛ (شکل ١١) [۶].
ريزساختارهاي سه بعدي از طريق روش سايش ليزري[5] ايجاد مي‌شوند. شکل ١٤ نماي نزديکي از اين ميکروکانال ها را نشان مي‌دهد [٢]. ملاحظة بعدي ناحية کرست ايمپلنت ، مربوط به بارگذاري اکلوزال است . قطر بيشتر ناحية کرست نسبت به بدنة ايمپلنت ، مساحت سطح را افزايش مي‌دهد که متعاقباً مي‌تواند تنش را در ناحيه کرست به ميزان بيشتري کاهش دهد. يک ناحية کرست ايمپلنت به ارتفاع ٢ ميلي متر که قطر ٤/٢ ميلي متر دارد در قياس با قطر ٣/٧ ميلي متر، ٩ درصد مساحت سطح بيشتري دارد.
شکل ١٤. ميکروکانال هاي سه بعدي توليد شده با تکنيک سايش ليزري [٢]
شکل ١٧. الف ) طرح بندي ايمپلنت نيروهاي فشاري اولية وارد بر پروتز را معکوس مي‌کند و اين باعث مي‌شود يک نيروي با زاوية ٣٠ درجه با ماهيت برشي ، بر سطح تماس ايمپلنت - استخوان وارد آيد. ب ) يک ايمپلنت داراي رزوه مربعي مي‌تواند نيروي فشاري را به استخوان منتقل کند [٢]
۲-۴. تأثير نوع ماده بر خواص مکانيکي ايمپلنت
بسياري از مواد زيست سازگار نمي توانند در برابر نوع و ميزان نيروهاي متداولي که بر ايمپلنت دنداني تحميل مي‌شوند مقاومت کنند. براي مثال سراميک با زيست سازگاري عالي در برابر نيروهاي کششي و خمشي ، بسيار آسيب پذير است . اخيراً ايمپلنت هاي ساخته شده از زيرکونيا به دليل سطح سفيد و زيست سازگار به بازار معرفي شده اند، اما ولي مهم ترين مشکل آنها ناهماهنگي مدول الاستيک شان نسبت به مدول الاستيک استخوان است . اين مواد ٣٣ بار سفت تر از استخوان کورتيکال هستند. تحت اين شرايط وقتي ايمپلنت و فک تحت بارگذاري يکسان قرار مي‌گيرند، کرنش هاي متفاوت در آنها رخ داده و لقي يا شکست ايمپلنت رخ مي‌دهد. شکل ١٨ شکست و تخريب اباتمنت زيرکونيايي را نشان مي‌دهد [٩]. برخلاف ايمپلنت هاي زيرکونيايي ، که چندان براي درمان مناسب نيستند، اباتمنت هاي ساخته شده از اين ماده علاوه برافزايش زيبايي ، چقرمگي شکست بالايي دارند.
استفاده از تيتانيوم و آلياژهاي آن سابقة طولاني و موفقيت آميزي در توليد بدنة ايمپلنت دارد. زيست سازگاري عالي تيتانيوم و آلياژهاي آن به خوبي اثبات شده است . گريد چهار تيتانيوم خالص تجاري (CP) در دندانپزشکي استفاده مي‌شود.
-۵. ايمپلنت هاي نانوساختار
مواد نانوساختار نسبت به ساير مواد با ساختارهاي ميکرو و ماکرو، از لحاظ استحکام تسليم چيزي برابر ٥ تا ١٠ برابر، مقدار بيشتري از تنش را تحمل مي‌کنند. براي ساختارهايي با اندازة دانة کوچکتر از ١٠٠ نانومتر، رابطة هال - پچ تفسير ديگري خواهد داشت . مثلاً در اندازة دانة ١٠ نانومتري ، شيب منحني منفي خواهد بود. حجم بالايي از مرزدانه هاي آشفته و نامنظم ، افزايش حساسيت به نرخ کرنش و متقارن نبودن رفتار ماده درکشش و فشار، همه و همه وابسته به نانواندازه شدن ماده است . ا
به عنوان مثال در ادامه ، به بررسي دلائل کاهش استحکام خستگي تيتانيوم با اندازة دانة نانوساختار نسبت به اندازة دانة پرداخته مي‌شود [١٣]. عمر خستگي به طور قراردادي به دو رژيم تقسيم مي‌شود و شامل زمان مورد نياز براي جوانه زني ترک و زمان مورد نياز براي انتشار آن مي‌باشد. مقاومت به شروع ترک معمولاً نيازمند اين است که ماده استحکام داشته باشد، در حالي که مقاومت در برابر انتشار ترک نيازمند انعطاف پذيري ماده است.
تحقيقات گسترده اي روي ايجاد تخلخل در ايمپلنت هاي تيتانيومي در حال انجام است . سطوح متخلخل ايمپلنت علاوه بر افزايش چسبندگي به بافت استخوان ، تأثير مهمي در خواص مکانيکي ايمپلنت مي‌گذارند. به عنوان يکي از مهم ترين خواص ، مدول يانگ استخوان کورتيکال تقريباً ٢٠ گيگاپاسکال است ؛ اين مقدار براي قسمت اسفنجي استخوان ٤ گيگاپاسکال و براي ايمپلنت فاقد تخلخل ١١٠ گيگاپاسکال است .
از سويي با ايجاد تخلخل در ايمپلنت هاي نانوساختار مي‌توان جرم اين مواد را کاهش داد و ايمپلنت هايي سبک در دهان کاشت . اين موضوع مي‌تواند موجب کاهش بارگذاري در فک شده و از التهاب و عفونت دورة درمان بکاهد [۱۶].
۳. نتيجه گيري
ايمپلنت هاي دنداني در موقع سرويس دهي ، در معرض نيروهاي اکلوزالي قرار مي‌گيرند اين نيروها بنا به عادات زندگي بيماران ازنظر بزرگي ، تناوب و طول مدت اعمال مي‌توانند متفاوت باشند. ماهيت نيروها اغلب به صورت فشاري ، کششي و برشي تقسيم بندي شوند. نيروي فشاري سبب فشردن ايمپلنت و لثه به سمت هم مي‌شوند. نيروي کششي ، ايمپلنت و لثه را از هم جدا مي‌کند. نيروي برشي بر روي ايمپلنت باعث سرخردن اجزاء مي‌شود. مطالعات نشان مي‌دهد طراحي کرست ايمپلنت به صورت V شکل و ايجاد رزوه هاي مربعي در ناحية بدنه ، سبب انتقال تنش به صورت فشاري شده و تثبيت ايمپلنت را در فک موجب مي‌گردد.
منابع
[1] R. L. Sakaguchi, Craig’s restorative dental materials, First Ed, pp. 540-632, India: Mosby Elsevier, 2012.
[2] M. Carl, Dental implant prosthetics, Second Ed, pp. 720-993, United States: Mosby Elsevier-Health Sciences Division, 2012.
[3] R. S. Boggan, J. T. Strong, Influences of hex geometry and geometric table width on static and fatigue strength of dental implants, Journal of Prosthet Dent, vol. 82, No. 4, pp.436-440, 2001.
[4] S. Braun, W. P. Hnat, A study of maximum bite force during growth and development, Journal of Angle Orthodontist, vol. 66, No. 4, pp.261-264, 1996.
[5] J. Kenneth, H. Ralph Rawls, Phillips science of dental materials, Twelfth Ed, pp. 103-219,United States: W.B. Saunders, 2013.
[6] N. Baltzer, Precious metals for biomedical applications, First Ed, pp.182-236, United States: Elsevier Science & Technology, 2014.
[7] S. Weiner, J. Simon, The effect of laser microtexured collars upon crestal bone levels of dental implants, Journal of Implant Dentistry, vol. 17, No. 3, pp. 217-228, 2005.
[8] Z. Mazor, A. Lorean, Replacement of a molar with 2 narrow diameter dental implants, Journal of Implant Dentistry, vol. 21, No. 1, pp. 8-36, 2012.