Influence of a positioning hex on the abutment rotation in tapered internal implant: 3-D finite element model study

Abstract

1. Purpose The purpose of this study is to investigate resistance against rotation of 2-piece abutment with or without presence of positioning hex in tapered internal connection implant system.

2. Materials and Methods In the present study, 3-dimensional edentulous supporting bone was developed to simulate posterior mandible. Tapered internal connection implant fixture with 5.0 mm diameter, 10.0 mm length which has 11 degrees of internal oblique angle is placed into constructed 3-D bone model. The model was developed that implant superstructure in cubic shape was connected to Cement-retained abutment. Two types of abutments were compared

hex-type abutment with positioning hex and 2-pieced round-type non-hex abutments. Vertical compressions equivalent to screw tightening torque of 30 Ncm and 40 Ncm respectively were applied to abutment screw. A horizontal load of 150 N was applied on the superstructure creating moments that rotate in clockwise (CW) and counter-clockwise (CCW) directions. The contact area between abutment and fixture was compared and analyzed according to the presence of positioning hex and distribution of Maximum von Mises stress on each component was observed. Rotational displacement of abutment was investigated as well.

3. Results When preload equivalent to 40 Ncm tightening torque was applied, round-type abutment showed larger contact area than hex-type abutment by approximately 2.5 ~ 3.5 % in contrast to the internal surface area of the fixture. In all cases, the maximum von-Mises stress on the abutment was higher in the hex-type than in the round-type. The mean value of the stress on the inner surface of the fixture was higher in round-type abutments than hex-type abutments in all cases. In hex-type abutments, the distribution of stress was concentrated on the corners of hexagon while in round-type abutments, it was found to be concentrated on lower regions of the internal cone which contacts to fixtures. When the screw tightening torque of 30 Ncm was applied, the rotational displacement of the hex-type abutment was about 0.54 ° and the round-type was about 1.16 ° under clockwise moment loading.

4. Conclusions Within the limitation of this study, it can be assumed that the hexagon of abutment is acting as a rotational resistance against moment. Thus, in case of single-tooth implant prosthetic treatment, choosing abutments with positioning hex seems to be clinically beneficial to reduce screw loosening which leads to prosthetic complications.

1. 목 적 이 연구의 목적은 내부 원추 연결형 임플란트에서 위치 재현 육각 (hexagon) 유무에 따른 분리형 지대주의 회전에 대한 저항을 유한요소모델 분석을 통해 알아보는 데에 있다.

2. 방 법 하악 구치부를 가정하는 3차원 무치악 지지골을 설정하였다. 설정한 모델의 중앙에 5.0 mm 직경, 10 mm 길이 및 11° 내부경사각을 가지는 내부 원추 연결형 임플란트를 식립한 유한요소 모형을 제작하였다. 임플란트 식립체 상부에 시멘트 유지형 지대주를 연결하고, 직육면체 형태의 상부보철물을 지대주에 연결한 모형을 설정하였다. 지대주는 하단에 육각을 갖는 육각 타입과 육각이 없는 둥근 타입의 분리형 지대주를 사용하여 비교하였다. 지대주 나사에는 30 Ncm와 40 Ncm의 나사 조임 토크에 상응하는 수직압축력을 각각 부여하였다. 상부 보철물에 150 N의 수평하중을 가하여 시계 및 반시계 방향의 모멘트를 발생시켰다. 지대주와 임플란트의 접촉면적을 육각 유무에 따라 비교분석 하였고, 각 구조물들의 최대등가응력(Maximum von Mises stress)의 분포 및 지대주의 회전 변위를 살펴보았다.

3. 결 과 임플란트와 지대주의 접촉면적은 40 Ncm의 나사 조임 토크에 상응하는 전하중을 주었을 때 둥근 타입의 지대주가 육각 타입의 지대주에 비하여 식립체 내부 면적 대비 각각 약 2.5 ~ 3.5 %의 더 큰 접촉면적을 갖는다. 지대주에 가해지는 최대등가응력은 모든 경우에서 육각 타입이 둥근 타입에 비하여 더 높은 값을 보여주었다. 임플란트의 내면에 가해지는 응력의 평균값은 모든 경우에서 육각 타입 지대주보다 둥근 타입 지대주가 더 높았다. 응력의 분포는 육각 타입의 지대주에서는 육각의 모서리에 집중되는 반면, 둥근 타입의 지대주에서는 임플란트와 접촉하는 원추 하단 부위에 집중이 되는 것을 확인할 수 있었다. 30 Ncm의 나사 조임 토크를 가하고, 시계방향의 모멘트 부하 시에 육각 타입의 지대주는 약 0.54°, 둥근 타입은 약 1.16°의 회전변화를 보여주었다.

4. 결 론 본 연구의 한계 내에서 지대주의 육각이 회전 모멘트에 대한 회전 저항의 기능을 하고 있음을 유추해 볼 수 있다. 따라서 단일 치아의 임플란트 보철 수복 시에는 나사 풀림 및 이에 따른 보철적 합병증을 줄이기 위해 육각이 있는 지대주를 선택하는 것이 임상적으로 효용이 있을 것으로 판단된다.