Purpose: To date most of finite element analysis assumed the presence of 100% contact between bone and implant, which is inconsistent with clinical reality. In human retrieval study bone-implant contact (BIC) ratio ranged from 20 to 80%. The objective of this study was to explore the influence of bone-implant contact pattern on bone of the interface using nonlinear 3-dimensional finite element analysis. Materials and methods: A computer tomography-based finite element models with two types of implant (Mark III Br${\aa}$nemark$^{(R)}$, Inplant$^{(R)}$) which placed in the maxillary 2nd premolar area were constructed. Two different degrees of bone-implant contact ratio (40, 70%) each implant design were simulated. 5 finite element models were constructed each bone-implant contact ratio and implant design, and sum of models was 40. The position of bone-implant contact was determined according to random shuffle method. Elements of bone-implant contact in group W (wholly randomized osseointegration) was randomly selected in terms of total implant length including cortical and cancellous bone, while ones in group S (segmentally randomized osseointegration) was randomly selected each 0.75 mm vertically and horizontally. Results: Maximum von Mises strain between group W and group S was not significantly different regardless of bone-implant contact ratio and implant design (P=.939). Peak von Mises strain of 40% BIC was significantly lower than one of 70% BIC (P=.007). There was no significant difference between Mark III Br${\aa}$nemark$^{(R)}$ and Inplant$^{(R)}$ in 40% BIC, while average of peak von Mises strain for Inplant$^{(R)}$ was significantly lower ($4886{\pm}1034\;{\mu}m/m$) compared with MK III Br${\aa}$nemark$^{(R)}$ ($7134{\pm}1232\;{\mu}m/m$) in BIC 70% (P<.0001). Conclusion: Assuming bone-implant contact in finite element method, whether the contact elements in bone were wholly randomly or segmentally randomly selected using random shuffle method, both methods could be effective to be no significant difference regardless of sample size.
Kim, Dae-Dong;Kang, Dae-Young;Cho, In-Woo;Song, Young-Gyun;Shin, Hyun-Seung;Park, Jung-Chul
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.35
no.4
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pp.235-243
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2019
Osseointegration has been reported to be a dynamic process in which the alveolar bone comes in direct contact with the implant. Various methods were tried to evaluate degree of osseointegration and the measurement of bone-implant contact (BIC) have been commonly used among them. To properly assess the BIC, only histologic analysis is available. However, few studies evaluated BIC of successfully osseointegrated implants in humans. Thus, this is a unique opportunity when implants should be explanted due to inappropriate positioning of implant, presence of pain or sensory disturbance, or broken screw or fixture. This report presents a case of the implant underwent 3-year functional load and a histologic analysis after the fixture fracture. The histomorphometric analysis revealed 53.1% of BIC measured along the whole implant and 70.9% measured only in subcrestal area, respectively. In the present study, although the implant was fractured, a high degree of BIC was observed.
Objective: The aim of this study was to evaluate the biomechanical aspects of peri-implant bone upon root contact of orthodontic microimplant. Methods: Axisymmetric finite element modeling scheme was used to analyze the compressive strength of the orthodontic microimplant (Absoanchor SH1312-7, Dentos Inc., Daegu, Korea) placed into inter-radicular bone covered by 1 mm thick cortical bone, with its apical tip contacting adjacent root surface. A stepwise analysis technique was adopted to simulate the response of peri-implant bone. Areas of the bone that were subject to higher stresses than the maximum compressive strength (in case of cancellous bone) or threshold stress of 54.8MPa, which was assumed to impair the physiological remodeling of cortical bone, were removed from the FE mesh in a stepwise manner. For comparison, a control model was analyzed which simulated normal orthodontic force of 5 N at the head of the microimplant. Results: Stresses in cancellous bone were high enough to cause mechanical failure across its entire thickness. Stresses in cortical bone were more likely to cause resorptive bone remodeling than mechanical failure. The overloaded zone, initially located at the lower part of cortical plate, proliferated upward in a positive feedback mode, unaffected by stress redistribution, until the whole thickness was engaged. Conclusions: Stresses induced around a microimplant by root contact may lead to a irreversible loss of microimplant stability.
Na, Ho-Kyun;Kim, Tae-Il;Lim, Sang-Hoon;Cho, Ki-Young;Chung, Chong-Pyoung;Han, Soo-Boo;Ku, Young
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.35
no.1
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pp.153-161
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2005
파이브로넥틴은 세포외기질에 존재하는 당단백질로 세포의 부착, 이동, 성장 및 분화에 관여하며, 섬유아세포 성장인자는 세포의 증식 이동 및 분화에 영향을 주는 중요한 성장인자로 알려져 있다. 최근 연구에 의하면, 파이브로넥틴은 조골세포의 타이태늄 임플란트 표면으로 이주와 증식 및 골생성을 촉진하며, 섬유아세포 성장 인자는 파이브로넥틴에 상승작용을 한다고 보고된 바 있다. 이 실험의 목적은 파이브로넥틴 및 섬유아세포 성장인자의 복합 단백질을 이용하여 타이태늄 임플란트의 골 반응을 알아보는 것이다. 체중 2.5 kg 내외의 건강한 18 마리의 웅성가토를 준비하여 무균 사육하였고, 순수 타이태늄을 절삭가공하여 직경 3.5mm, 길이 6mm 의 machined surface를 지니는 screw type 의 임플란트를 준비하였다. 사람의 유전자를 기초로, 유전자 재조합법을 통해, 적절한 primer를 이용하여 얻은 섬유아세포 성장인자를 파이브로넥틴 III 형 분절의 9-10 번 도메인에 결합시켜 얻은 복합 단백질을 준비된 임플란트에 표면처리하여 실험군으로 하였고, 표면처리하지 않은 임플란트를 대조군으로 하여, 가토의 좌우 경골에 각각 2 개씩의 임플란트를 식립하였다. 4주 후, 가토를 희생시켜 각 경골 당 한 개의 임플란트에서 뒤틀림 제거력을 측정하였고 나머지 임플란트 식립 부위 에서는 경골을 포함하는 조직표본을 제작하였다. 조직표본상에서 골접촉이 가장 좋은 3 개의 나사산의 길이를 측정하고, 나사와 접촉하는 골의 길이를 측정하여 골-임플란트 접촉도를 구하고, 같은 부위에서 나사산 사이의 면적과 골이 차지하는 면적을 비교하여 골생성률을 얻었다. 실험군과 대조군의 결과는 Student t-test 를 이용하여 신뢰도 95% 수준에서 통계학적 유의성을 검정하였다. 파이브로넥틴과 섬유아세포 성장인자의 복합 단백질로 표면처리된 임플란트와 표면처리를 하지 않은 임플란트는 뒤틀림 제거력에서는 통계적 유의성이 나타나지 않았으나, 골-임플란트 접촉도와 골생성률에서 복합 단백질로 처리된 임플란트가 통계적으로 유의하게 높은 결과를 보였다. 이상의 연구결과로, 섬유아세포 성장인자와 파이브로넥틴 복합 단백질로 처리한 타이태늄 임플란트가 주변 골 형성을 촉진시켜, 골유합을 증진시킴을 알 수 있었다. 따라서, 복합 단백질이 타이태늄 임플란트의 성공률을 높이기 위한 표면개질 물질로 이용될 가능성을 확인할 수 있었다.
This paper reports that the ultrastructural nature of the interface process between the implants and surrounding bone has been studied after in vivo 1, 4, 8, 12 weeks of implantation of smooth machined implants into rabbit tibias. There was no indication of the fibrous connective tissue formation around the implant that imply intolerance of the bone tissue towards the implant after 1 week of implantation. The regions showing direct bone tissue bonding to the smooth machined implant contained osteoblast activating across the interface in the direction after 4 weeks of implantation. The reaction of a smooth machined implant caused in the first instance formation of an amorphous woven bone, which transformed into a mineralized bone containing collagen fibers. After 8 weeks of implantation, the activities of osteoblast initiated osseointegration forming bone matrix at the interface. During this period, the osteoblast surrounded with a matrix consisting of collagen bundles running in various directions. In the interface area between newly formed bone tissue and implants which has been inserted in rabbit tibias for 12 weeks, the implant and mineralized bone was separated by an amorphous electron dense material layer about $1{\sim}1.5{\mu}m$ in thickness.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.25
no.2
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pp.109-123
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2009
The aim of the study was to assess the influence of insertion torque of bone quality and to compare axial force, moment and von Mises stress using finite element analysis of plastoelastic property for bone stress and strain by dividing bone quality to its thickness of cortical bone, density of trabecular bone and existence of lower cortical bone when implant inserted to mandibular premolar region. The $Br{\aa}nemark$ MKIII. RP implant and cylindrical bone finite model were designed as cortical bone at upper border and trabecular bone below the cortical bone. 7 models were made according to thickness of cortical bone, density of trabecular bone and bicortical anchorage and von Mises stress, axial force and moment were compared by running time. Dividing the insertion time, it seemed 300msec that inferior border of implant flange impinged the upper border of bone, 550msec that implant flange placed in middle of upper border and 800msec that superior border of implant flange was at the same level as bone surface. The maximum axial force peak was at about 500msec, and maximum moment peak was at about 800msec. The correlation of von Mises stress distribution was seen at both peak level. The following findings were appeared by the study which compared the axial force by its each area. The axial force was measured highest when $Br{\aa}nemark$ MKIII implant flange inserts the cortical bone. And maximal moment was measured highest after axial force suddenly decreased when the flange impinged at upper border and the concentration of von Mises stress distribution was at the same site. When implant was placed, the axial force and moment was measured high as the cortical bone got thicker and the force concentrated at the cortical bone site. The influence of density in trabecular bone to axial force was less when cortical bone was 1.5 mm thick but it might be more affected when the thickness was 0.5 mm. The total axial force with bicortical anchorage, was similar when upper border thickness was the same. But at the lower border the axial force of bicortical model was higher than that of monocortical model. Within the limitation of this FEA study, the insertion torque was most affected by the thickness of cortical bone when it was placed the $Br{\aa}nemark$ MKIII implant in premolar region of mandible.
Seo, Jae-Min;Kim, In-Ju;Bae, Min-Soo;Lee, Jung-Jin;Ahn, Seung-Geun
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.58
no.2
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pp.77-85
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2020
Purpose: The aim of the present study was to investigate the effects of N-acetyl cysteine (NAC) loading on the bone formation surrounding sandblasted, large-grit and acid-etched (SLA) implants. Materials and methods: Implantation of NAC loaded SLA implants (NSI group) and SLA implants (SI group) was performed bilaterally in the mandible of 4 adult beagle dogs (each group, n = 8). The animals were sacrificed after a healing period of 3 and 6 weeks, respectively (n = 2 animal each). Dissected blocks were processed for histomorphometrical analysis. Bone to implant contact percentage (BIC%) and bone volume (BV%) were assessed histomorphometrically. Results: BIC% of NAC loaded SLA implants were about 50% higher than that of SLA implants at 3 weeks of bone healing, but not significantly (51.79 vs 35.43%; P=.185). BV% of NAC loaded SLA implants were significantly higher than that of SLA implants at 3 weeks of bone healing (45.09 vs 37.57 %; P=.044). At 6 weeks of bone healing, BIC% and BV% of two experimental groups were similar (P>.05). Conclusion: Within the limits of the present study, NAC loading have a positive effects on the early bone formation surrounding SLA implants. So, it might be concluded that NAC loading enhance the osseointegration and shorten the healing time after implantation of the SLA implants.
목적 : 최근 발치 후 즉시 임플란트 식립은 널리 사용되는 수술 방식이다. 이 연구의 목적은 임플란트 주위 골결손시 Ca-P으로 표면 처리된 이종골을 사용하여 골재생을 평가하기 위함이다. 재료와 방법 : 두 마리의 개 모델에서 하악 소구치와 제일 대구치를 발치하였다. 발치 6주 후 trephine bur를 이용하여 7.5 mm 지름과 5 mm 깊이를 가진 결손부를 형성하였다. 이 후 이 결손부의 중앙에 3.5 mm 지름과 15mm 길이의 fixture(GS II)를 식립하였다. 결과적으로 임플란트와 주변을 둘러싸고 있는 골 사이에는 2.0 mm정도의 gap이 만들어진다. 준비된 결손부 내로 자기골 또는 $Biocera^{(R)}$를 채웠다. 각각 4주, 8주 후 조직 절편을 제작하였다. 조직학적 평가를 위해 Block biopsy를 시행하였다. 결과 : 두 집단 모두 임상적으로 골이 완전히 채워졌다. 자가골이 이식된 부위(control)의 평균 골-임플란트 접촉(BIC)은 각각 4주째 $28.2{\pm}19%$였고, 8주째 $44.9{\pm}9%$였다. $Biocera^{(R)}$가 이식된 부위(test)의 평균 BIC는 각각 4주째 $34.6{\pm}27%$였고, 8주째 $27.6{\pm}23%$였다. 자가골이 이식된 부위(control)의 평균 골밀도는 각각 4주째 $32.7{\pm}25%$, 8주째 $37.4{\pm}17%$였다. 골-임플란트 접촉(BIC)과 골밀도의 평균 비율(%)은 비슷하였다. 조직학적으로 자가골과 이종골 이식 부위 모두 주변골과 잘 조화를 이루었고 유사한 치유 양상이 관찰되었다. 자가골과 이종골 이식 부위간 유의한 차이는 없었다.(P>0.05) 결론 : 임플란트 주위 2 mm의 골 결손부위에 자가골 또는 이종골로 채운 경우 유사한 결과를 얻었다. 이 결과 임플란트 fixture 주위의 골 결손부 해소를 위해 자가골을 대체할 수 있는 재료로 $Biocera^{(R)}$를 사용할 수 있음을 보여준다.
Purpose: The purpose of this study was to compare zirconia implants with titanium implants from the view point of biomechanical stability and histologic response on osseointegration when those were placed with xenograft materials. Materials and methods: Specimens were divided into two groups; the control group was experimented with eighteen titanium implants which had anodized surface and the experimental group was experimented with eighteen sandblasted zirconia (Y-TZP) implants. At the tibias of six pigs, implants were installed into bone defect sites prepared surgically and treated with resorbable membranes and bovine bone. Two pigs were sacrificed after 1, 4 and 12 weeks respectively. Each implant site was sampled and processed for histologic and histomorphometric analysis. The stability of implants was evaluated with a $Periotest^{(R)}$. And the interfaces between bone and the implant were observed with a scanning electron microscope. Results: In stability analysis there was no significant difference between Periotest values of the control group and the experimental group. In histologic analysis with a light microscope after 4 weeks, there was new bone formation with the resorption of bovine bone and the active synthesis of osteoblasts in both groups. In bone-implant contact percentage there was significant difference between both groups (P<.05). In bone area percentage there was no significant difference between both groups. In analysis of both groups with a scanning electron microscope there was a gap between bone and a surface at 4 weeks and it was filled up with bone formed newly at 12 weeks. Conclusion: When accompanied by xenograft using membrane, bone to implant contact percentage of zirconia implants used in this experiment was significantly less than that of the titanium implants by surface treatment of anodic oxidation. So, it is considered that the improvement of zirconia implant is needed through ongoing research on surface treatment methods for its practical use.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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