Utilização de sensores Bragg em fibra óptica para medir a transferência de carga em sistemas de implantes dentários

Abstract

Um implante dentário tem como principal objectivo restaurar a funcionalidade perdida pela ausência do dente. Os implantes actualmente comercializados apresentam problemas relativamente à sua fixação parte devido à sua elevada rigidez estrutural, normalmente são feitos em titânio. A elevada rigidez do implante provoca fenómenos biológicos na vizinha do implante, conduzindo normalmente à sua laxação e perda de tecido ósseo esponjoso. O presente trabalho de mestrado visa estudar a aplicabilidade das fibras ópticas para determinar o campo de deformações no interior de osso esponjoso em torno de um implante para desta forma obter informação útil para a concepção e desenvolvimento de um novo sistema de implante dentário. Pretende-se que o novo implante possa replicar o efeito mecânico do ligamento periodontal para minimizar os desvios entre os campos de deformações provocados pelo dente natural e por diferentes sistemas de implantes. Se tal for conseguido, os efeitos biológicos devido à presença do hospedeiro serão potencialmente menores que no caso convencional. O trabalho desenvolvido consistiu na concepção de um dispositivo experimental para determinar o estado de deformação dentro de tecido ósseo esponjoso. Para o efeito, três macro-modelos de implantes dentários foram desenvolvidos com diferentes estratégias de projecto. Para além destes, foram fabricados cubos de osso esponjoso, retirados de cabeças de fémures de bovinos, onde foram implantados os implantes. No interior dos cubos de osso foi colocada uma rede de fibras ópticas com sensores de Bragg dispostos radialmente ao implante. Os implantes foram sujeitos a cargas de oclusão dinâmicas. Paralelamente á análise experimental, foi também efectuado um estudo comparativo pelo método dos elementos finitos. Os sistemas de implantes que provocarem menores e mais uniformes deformações serão potencialmente mais adequados ao estudo do conceito de osteopercepção e mais adequados à promoção da osteointegração.

ABSTRACT: A dental implant has as main objective restore the lost functionality for the absence of the tooth. The implants currently commercialized present problems relatively to the fixation, due to its high structural stiffness, normally are made in titanium. The high stiffness of the implantation provokes biological behaviours in the neighbour of the implantation, leading normally to its recess and loss of cancellous bone tissue. The present master work study the applicability of Fiber Bragg Grating (FBG) sensors to determine the strain field in the interior of cancellous bone around an implant, try to get useful information for the conception and development of a new system of dental implant. One intends of the new implant is to reply mechanical effect of the periodontal ligament to minimize the deviations in strain fields caused by the natural tooth and different systems of implants. If such will be obtained, the biological effect due to presence of the host will be potentially lesser than in the conventional case. The developed work consisted of the conception of an experimental device to determine the strain fields inside the cancellous bone. For the effect, three macro-models of dental implants had been developed with different strategies. For beyond these, cubes of cancellous bone had been manufactured, removed of heads of femural bones of bovines, where the implants were implanted. In the interior of the bone cubes an optical fibre was placed with FBG radially placed. The implants had been loaded with dynamic occlusion loads. Parallel to experimental analysis, also was done a comparative Finit Element Analysis (FEA). The systems of implants that provoke minors and more uniforms strain field, potentially will be more adjusted to the study of the concept of osseoperception and more adjusted to the promotion of the Osseointegration