Finite element evaluation of the biomechanical feasibility of a multi-shield socket shield technique for a vertically fractured maxillary central incisor.

چکیده اصلی

The socket shield technique (SST) preserves peri-implant tissues during immediate implant placement in teeth with intact roots, yet its biomechanical behavior in the presence of vertical root fractures (VRFs) remains unquantified. This study evaluated the mechanical feasibility of a modified multi-shield SST (MS-SST) designed for single-fracture-line scenarios in maxillary central incisors. Three-dimensional finite element models representing conventional immediate implantation (CII), classic SST (C-SST), and MS-SST were subjected to 45° oblique occlusal loading from 10 to 100 N in 10 N increments. Bone and tooth structures were modeled as heterogeneous isotropic materials based on computed tomography gray values, whereas the periodontal ligament (PDL) was simulated using a nonlinear first-order Ogden hyperelastic constitutive law. Biomechanical metrics included von Mises stresses on the implant and abutment, displacements of the shield and PDL, hydrostatic pressure in the PDL and peri-implant bone, and strain energy density (SED) of the peri-implant bone. Comparative response patterns remained consistent across all loading magnitudes. At the representative peak load of 100 N, CII produced the most unfavorable peri-implant bone response, with the highest hydrostatic pressure (compressive: 26.94 MPa; tensile: 37.67 MPa) and SED (0.0447 MPa). C-SST yielded the lowest peri-implant SED (0.0302 MPa) and implant-abutment stresses. MS-SST exhibited intermediate SED (0.0347 MPa) and stress magnitudes, while reducing adverse peri-implant bone mechanical indicators relative to CII. Although MS-SST generated higher tensile hydrostatic pressure within the PDL than C-SST (0.0304 vs 0.0166 MPa), shield displacement remained comparably low (0.0101 vs 0.0104 mm). Within the assumptions of this finite element model, MS-SST appears mechanically feasible as a compromise design for vertically fractured maxillary central incisors when preservation of an intact buccal shield is not possible. Buccal shield segmentation did not markedly compromise shield stability and reduced adverse peri-implant biomechanical environment relative to CII. Further experimental and clinical validation remains necessary.

ترجمه فارسی چکیده

تکنیک سپر لوله (SST) با حفظ بافت‌های اطراف ایمپلنت در جاگذاری فوری ایمپلنت در دندان‌هایی با ریشه سالم، مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما رفتار مکانیکی آن در حضور شکست‌های عمودی ریشه (VRF) هنوز اندازه‌گیری نشده است. این مطالعه، قابلیت فنی یک تکنیک SST اصلاح‌شده چندلایه (MS-SST) را برای سناریوهای شکست خطی واحد در دندان‌های نیامکیلینگی مرکزی فک بالا ارزیابی کرد. مدل‌های سه‌بعدی المان محدود که نمایانگر جاگذاری فوری کلاسیک (CII)، SST کلاسیک (C-SST) و MS-SST بودند، تحت بارگذاری اکزودال مورب ۴۵ درجه از ۱۰ تا ۱۰۰ نیوتن در گام‌های ۱۰ نیوتنی قرار گرفتند. بافت‌های استخوانی و دندانی به عنوان مواد همگن ایزوتروپیک بر اساس مقادیر خاکستری توموگرافی کامپیوتری مدل‌سازی شدند، در حالی که ligament پری‌دندانی (PDL) با استفاده از قانون هیپرالاستیک غیرخطی اول-order Ogden شبیه‌سازی شد. شاخص‌های مکانیکی شامل تنش‌های وون میس بر روی ایمپلنت و اباتمنت، جابجایی سپر و PDL، فشار هیدرواستاتیک در PDL و استخوان اطراف ایمپلنت، و انرژی کرنش (SED) استخوان اطراف ایمپلنت بود. الگوهای پاسخ مقایسه‌ای در تمام مقادیر بار ثابت ماند. در بارگذاری اوج نمادین ۱۰۰ نیوتن، CII پاسخ استخوان اطراف ایمپلنت نامطلوب‌تری ایجاد کرد با بالاترین فشار هیدرواستاتیک (فشاری: ۲۶.۹۴ مگاپاسکال; کششی: ۳۷.۶۷ مگاپاسکال) و SED (۰.۰۴۴۷ مگاپاسکال). C-SST کمترین SED اطراف ایمپلنت (۰.۰۳۰۲ مگاپاسکال) و تنش‌های ایمپلنت-اباتمنت را ارائه داد. MS-SST SED متوسط (۰.۰۳۴۷ مگاپاسکال) و مقادیر تنش را نشان داد، در حالی که عوامل مکانیکی نامطلوب استخوان اطراف ایمپلنت را نسبت به CII کاهش داد. اگرچه MS-SST فشار هیدرواستاتیک کششی بالاتری در PDL نسبت به C-SST تولید کرد (۰.۰۳۰۴ در برابر ۰.۰۱۶۶ مگاپاسکال)، جابجایی سپر همچنان به طور قابل مقایسه پایین بود (۰.۰۱۰۱ در برابر ۰.۰۱۰۴ میلی‌متر). در فرضیات این مدل المان محدود، MS-SST به نظر می‌رسد از نظر مکانیکی قابل قبول به عنوان یک طراحی متعادل برای دندان‌های نیامکیلینگی مرکزی فک بالا با شکست عمودی زمانی که حفظ یک سپر بوقال (بخش خارجی) سالم امکان‌پذیر نیست. برش‌خوردگی سپر بوقال به طور قابل توجهی پایداری سپر را به هم نریخت و محیط مکانیکی نامطلوب اطراف ایمپلنت را نسبت به CII کاهش داد. تایید تجربی و بالینی بیشتر همچنان ضروری است.

متن کامل اصلی