Table-Top Lithium Disilicate Ceramic Restoration Thickness Effect on the Stress Distribution in Upper Premolars: 3D Finite Element Analysis

Souto Borges, Alexandre Luiz; dos Santos Rangel Silva, Roberta; Melo de-Matos, Jefferson David; Dal-Piva, Amanda Maria de Oliveira; Filho, Oswaldo Daniel Andreatta; Lopes, Guilherme da Rocha Scalzer; Tribst, João Paulo Mendes

To evaluate the stresses generated in upper premolars rehabilitated with ceramic fragments (table-top) of lithium disilicate on the occlusal surface. An upper premolar was modeled following its anatomical references using computer aided design software (Rhinoceros version 5.0 SR8, USA). The dental tissues were individually designed containing enamel, dentin and periodontal ligament. The main anatomical points were used as parameters for model creation.

Ceramic fragments were modeled varying their maximum thicknesses as:

0.5 mm, 1.0 mm and 1.5 mm. Solid geometries were exported to the analysis software (ANSYS 17.2, USA) in STEP format. The materials were considered isotropic, homogeneous and linear, and the values of the elastic modulus of the materials and structures were used to perform a static structural mechanical analysis. The set was submitted to 200 N load. The system fixation was defined on the basis of the three- dimensional model, and the results were obtained in MPa according to the failure criteria of the analyzed materials (tensile stress). Occlusal restoration was not detrimental to mechanical behavior. Stress distribution in the internal region of the restoration was similar between the groups. Thicker fragments presented a lower concentration of tensile stress, therefore suggesting better prognosis in attenuating tensile stresses in the tooth region. More conservative occlusal ceramic fragments presented worse prognosis. However, all evaluated thickness for table-tops support the occlusal rehabilitation of upper premolars when submitted to 200 N loading.

El objetivo fue evaluar las tensiones generadas en los premolares superiores rehabilitados con fragmentos cerámicos (tablero) de disilicato de litio en la superficie oclusal. Se modeló un premolar superior siguiendo sus referencias anatómicas utilizando un software de diseño asistido por computadora (Rhinoceros versión 5.0 SR8, EE. UU.). Los tejidos dentales se moldearon individualmente conteniendo esmalte, dentina y ligamento periodontal. Los principales puntos anatómicos se utilizaron como parámetros para la creación del modelo.

Los fragmentos cerámicos se modelaron variando sus espesores máximos como:

0,5 mm, 1,0 mm y 1,5 mm. Las geometrías sólidas se exportaron al software de análisis (ANSYS 17.2, EE. UU.) En formato STEP. Los materiales se consideraron isotrópicos, homogéneos y lineales, y los valores del módulo elástico de los materiales y estructuras se utilizaron para realizar un análisis mecánico estructural estático. El conjunto se sometió a una carga de 200 N. La fijación del sistema se definió a partir del modelo tridimensional, y los resultados se obtuvieron en MPa según los criterios de falla de los materiales analizados (tensión de tracción). La restauración oclusal no perjudica el comportamiento mecánico. La distribución de la tensión en la región interna de la restauración es similar entre los grupos. Los fragmentos más gruesos presentaron una menor concentración de tensión de tracción, lo que sugiere un mejor pronóstico en la atenuación de las tensiones de tracción en la región dentaria. Los fragmentos cerámicos oclusales más conservadores presentaron peor pronóstico. Sin embargo, todos los espesores evaluados para tableros de mesa en disilicato de litio apoyan la rehabilitación oclusal de los premolares superiores cuando se someten a una carga de 200 N.