Valutazione biomeccanica di diversi disegni implantari mediante analisi agli elementi finiti. = Biomechanical Evaluation of Different Implant Designs Using Finite Element Analysis

Negli ultimi decenni la tecnologia degli impianti dentali ha compiuto notevoli progressi, grazie al miglioramento dei design protesici e all’utilizzo di metodologie numeriche avanzate per l’analisi biomeccanica. Numerosi studi in silico hanno analizzato l’influenza di vari parametri, come il diametro implantare, sulle prestazioni meccaniche, seguendo le indicazioni della norma ISO 14801:2007, che definisce un protocollo per testare in vitro la resistenza meccanica degli impianti. Tuttavia, le geometrie utilizzate nei modelli numerici variano sensibilmente, generando una forte diversità nei risultati. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo di un modello numerico che riproduca il set-up utilizzato nella norma, in termini di struttura, con l’intento di ridurre le discrepanze tra simulazioni e test in vitro, fornendo un riferimento standardizzato per futuri studi. Sono stati realizzati nove modelli agli elementi finiti costituiti da un impianto inserito in un blocco osseo parallelepipedo omogeno. Nell’implementazione sono stati variati il diametro inferiore dell’impianto (Dinf pari a 2.50 mm, 3.80 mm e 5.00 mm) e l’inclinazione rispetto alla verticale del suo inserimento nel blocco osseo (15°, 30° e 45°). Il blocco osseo è stato tagliato con una superficie inclinata e forato per ospitare l’impianto. A questi si aggiungono tre modelli in cui l’osso è suddiviso in due domini con proprietà meccaniche differenti (osso corticale e spongioso). Le geometrie sono state realizzate con Rhinoceros 7 (McNeel Europe, Barcellona, Spagna), mentre la mesh è stata generata con Hypermesh (Altair, Troy, USA) utilizzando elementi tetraedrici, con dimensione minima pari a 0.75mm, e nodi coincidenti all’interfaccia impianto-osso, assumendo una completa osteointegrazione. Le simulazioni sono state condotte con due condizioni: carico statico verticale (300 N) e spostamento imposto lungo l’asse Z e verso il basso di entità pari a 0.3, 0.4, 0.6 e 0.8 mm. Sono state analizzate le tensioni principali massime e la deformazione lungo l’asse Z per stimare le aree di sovraccarico e analizzare la stabilità verticale del sistema. I risultati mostrano che l’aumento del diametro riduce sia le tensioni che le deformazioni: il Max Principal Stress passa da 95.8 MPa (Dinf = 2.50 mm) a 62.0 MPa (Dinf = 5.00 mm), mentre la deformazione assiale si riduce da 3.23E-03 a 2.33E-03. Oltre alla diminuzione dei picchi, si sono ottenute distribuzioni più uniformi. La rappresentazione differenziata delle componenti ossee corticale e spongiosa ha evidenziato l’interfaccia tra i due tessuti come zona critica, soggetta a concentrazioni di stress, permettendo di evidenziare effetti biomeccanici non apprezzabili nei modelli semplificati. La distribuzione dello stress e della deformazione sono risultate risultata sensibilmente influenzate dalla presenza dei due domini ossei, dimostrando l’importanza di una descrizione strutturale più accurata. Il modello presenta alcune limitazioni: materiali lineari elastici, carichi statici, assunzione di completa osteointegrazione e assenza di componenti protesici aggiuntivi (e.g., corona e abutment). Queste semplificazioni potrebbero influenzare la rappresentatività del comportamento meccanico reale. Futuri sviluppi potrebbero includere simulazioni con carichi ciclici (così come indicato dalla ISO 14801:2007), materiali non lineari e condizioni di contatto più realistiche per la modellazione della stabilità primaria.