Stress distribution in three unit fixed partial prosthesis with cast and prefabricated post and core: a biomechanical finite element analysis

ABSTRACT: his study analyzes the behavior of stress distribution in three-unit fixed partial dentures (FPD) using a finite elements model (FEM). Methods: a canine and a central incisor were modeled; both of them were joined together by a FPD with a lateral incisor as pontic. Endodontic treatment with a 4 mm apical seal was simulated for abutment teeth; cast post and cores and prefabricated posts were modeled for abutments and a noble metal framework veneered with porcelain was used as the final restoration. For better precision, a three-dimensional model of supporting structures such as cortical bone, trabecular bone and periodontal ligament was designed. Software capable of showing the behavior of bodies when different mechanical properties are introduced to the system was used. Oblique loads of 1N in a 45° angle were applied on the cingulum area of both abutments and pontic which was intended to show the distribution of stress without failing. Results: the greatest strain was found on both the canine and central incisor dentine where fiber posts were used (0.92 N/mm2 cast post and core, 1.17 N/mm2 fiber post on the canine; 1.11 N/mm2 cast post and core, 1.92 N/mm2 fiber post for the central incisor). Conclusions: distribution of von Misses stress was found to be similar to that of single tooth. When rigid intraradicular elements were used, this element absorbs most of the energy. The decision of which element is better depends on different variables.RESUMEN: En esta investigación se analiza el comportamiento de la distribución de los esfuerzos en tramos de prótesis parcial fija (PPF) utilizando un modelo de elementos finitos. Métodos: se hicieron dos modelos de un incisivo central y un canino como pilares y de un incisivo lateral como póntico, los pilares fueron simulados con tratamiento endodóntico, con un recorte de la gutapercha dejando 4 mm apicales y con elementos intrarradiculares prefabricados y colados para ambos pilares en diferentes modelos, los cuales soportan una estructura en metal noble cubierta por cerámica. Para mayor fidelidad se hizo un modelo tridimensional de las estructuras de soporte periodontal (hueso cortical, esponjoso y ligamento periodontal), por medio de un software que tiene la capacidad de mostrar el comportamiento de los cuerpos al introducirle algunas propiedades mecánicas de los elementos que componen el sistema. El modelo fue sometido a un esfuerzo de 1 N porque solo muestra el patrón de comportamiento de la distribución del esfuerzo sin llegar al límite de falla, con inclinación de 45º sobre los cíngulos del canino, central y póntico similar a la que se tienen en una oclusión normal. Resultados: se observó esfuerzo de von Mises en la dentina del canino: aleación de metal noble de 0.92 N/mm² y fibra de vidrio 1,17 N/mm². El esfuerzo de von Mises en la dentina del central: aleación de metal noble 1,11 N/mm² y fibra de vidrio 1,92 N/mm². Conclusiones: la distribución de los esfuerzos fue parecida a la obtenida en los dientes únicos, donde cuando se utilizan elementos intrarradiculares rígidos, este asume la mayor parte del esfuerzo por sus propiedades mecánicas. La decisión de cuál elemento intrarradicular elegir depende de muchas variables