Finite elements analysis of ceramic restorations with and without cusp coverage

Trabalho final do 5º ano com vista à atribuição do grau de mestre no âmbito do ciclo de estudos de Mestrado Integrado em Medicina Dentária apresentado à Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra.Background: Ceramic restorations are able to restore the natural tooth morphology with high survival rates and good aesthetic results. Restorative procedures such as caries removal or cavity preparation are accompanied by reduction in tooth stability, decreased fracture resistance, increased deflection of weakened cusps and also decreased cusp stiffness. A maximum practicable protection of the natural enamel is the main principle and rule of all preparation, so in the era of modern adhesive dentistry a question arises: is cusp coverage really needed? The aim of this study was to make a 3D finite elements analysis of von Mises stress in two different designs/preparations for restoring a premolar with a large class II MOD cavity, simulating a frequent clinical situation when we have great tooth substance loss. Those options were restoration with or without cusp coverage. Material and methods: A premolar tooth was isolated from a previous model and then worked with the software SolidWoks to create two designs/preparations of class II MOD, one with cusp coverage and the other without cusp coverage. They were submitted to three loads (200 N, 500 N, 800 N) in two different directions (11º and 45º with the long axis of the tooth) and analysed by finite elements analysis. The von Mises stresses were measured. Results: Similar pattern on von Mises stress distribution were observed for the two designs/preparations. For the 11º load appliance we observe stress accumulated on the palatal cusp (preparation wall and outside wall) with growing intensity from 200 N to 500 N and to 800 N. At 800 N some differences between mesial and distal surfaces emerged with higher stress areas at distal. For the 45º load appliance the stress areas were concentrated at the buccal cusp, and other areas of stress were observed at the palatal and buccal surfaces nearby the tooth insertion, here again with growing intensity from 200 N to 500 N and to 800 N. Conclusion: There were no significant differences between the two designs/preparations for the loads of 200 N, 500 N and 800 N at 11º direction and at 45º direction. For all the loads applied at 45º direction we observed higher stresses than with a 11º direction. Further studies are needed. Introdução: as restaurações cerâmicas são capazes de restabelecer a morfologia natural do dente com altas taxas de sobrevivência e bons resultados estéticos. Os procedimentos restaurativos como sejam a remoção da lesão de cárie ou a preparação de cavidades são acompanhadas pela redução da estabilidade dentária, diminuição da resistência à fratura, aumento da deflexão das cúspides fragilizadas e também da diminuição da rigidez das cúspides. A proteção máxima, praticável, do esmalte natural é o principal princípio e regra das preparações, pelo que na era da adesão na medicina dentária moderna uma questão se levanta: será mesmo necessário fazer recobrimento cuspídeo? O objetivo deste estudo foi realizar uma análise de elementos finitos tridimensional da distribuição dos stresses de von Mises em duas diferentes preparações para restaurar um pré-molar com uma ampla cavidade classe II MOD, simulando uma frequente situação clínica quando estamos perante uma grande perda de estrutura dentária. Essas opções foram restauração com e sem recobrimento cuspídeo. Materiais e métodos: um dente pré-molar foi isolado a partir de um modelo prévio e depois foi trabalhado com o software SolidWorks para criar duas preparações de uma classe II MOD, uma com recobrimento cuspídeo e a outra sem recobrimento. Foram submetidas a três cargas (200 N, 500 N, 800 N) em duas direções diferentes (11º e 45º em relação ao longo eixo do dente) e feita a análise de elementos finitos. Os stresses de von Mises foram medidos. Resultados: padrões semelhantes na distribuição dos stresses de von Mises foram observados para as duas preparações. Para a carga aplicada a 11º observamos stress acumulado na cúspide palatina (na parede da preparação e na parede externa) com intensidade crescente de 200 N para 500 N e para 800 N. Com 800 N algumas diferenças entre as faces mesial e distal emergiram com maior stress na face distal. Para a carga aplicada a 45º as áreas de stress concentraram-se na cúspide vestibular, outras áreas de stress foram observadas em palatino e vestibular na proximidade da inserção do dente, aqui também com intensidade crescente de 200 N para 500 N e para 800 N. Conclusão: Não houve diferenças significativas entre as duas preparações para as cargas de 200 N, 500 N e 800 N com a direção de 11º e com a direção de 45º. Para todas as cargas aplicadas com a direção de 45º observámos valores superiores de stress do que com a direção de 11º. São necessários mais estudos