¿Qué es el diseño de prótesis basado en el método de elementos finitos?
El diseño de prótesis basado en el método de elementos finitos es un concepto de diseño de prótesis parciales que el profesor Rudolf Slavicek, que fue profesor de prostodoncia en la Universidad de Viena, elaboró a partir de análisis con el método de elementos finitos.
La forma de la prótesis se decide de modo que los dientes que sostienen la prótesis parcial reciban, en lo posible, solo fuerzas de dirección y magnitud fisiológicas.
La prótesis parcial se usa enganchando en los dientes que quedan las partes que la sujetan (elementos de retención).
Los dientes en los que se enganchan los elementos de retención se llaman dientes pilares.
En general, el método de elementos finitos consiste en aplicar unas condiciones de fuerza a un modelo de una forma creado en el ordenador y calcular las fuerzas (tensiones) y las deformaciones que se producen en su interior.
Se llama «método de elementos finitos» porque el cálculo se hace dividiendo la forma en pequeños elementos.
En odontología también se utiliza en investigaciones que estudian las fuerzas que actúan sobre los dientes y las prótesis.
En nuestra clínica diseñamos cada prótesis parcial de forma individual, siguiendo este concepto de diseño basado en los análisis del profesor.
El director aprendió este concepto directamente del profesor en 2000.
En nuestra clínica nos basamos en el concepto del profesor Sadao Sato para la oclusión, y en el del profesor Slavicek para el diseño de las prótesis (gnatología austriaca).
Cómo funciona el diseño de prótesis basado en el método de elementos finitos
Al morder, la prótesis parcial se hunde y gira
Las partes de la prótesis parcial que reponen, por ejemplo, las zonas donde se han perdido los dientes posteriores se apoyan sobre la encía.
Al morder, estas partes presionan la encía y se hunden.
En ese momento, la prótesis se mueve como si girara alrededor de un eje situado cerca de los dientes que la sostienen.
En la foto, la línea que cruza cerca de los dientes de soporte anteriores es el eje de rotación, y la parte de los dientes artificiales posteriores se hunde hacia la encía.
Tres fuerzas que actúan sobre los dientes de soporte
Cuando la prótesis se mueve girando de este modo, sobre los dientes que la sostienen (dientes pilares) actúan las tres fuerzas siguientes.
| Fuerza | Dirección en que actúa sobre el diente | Criterio del director |
|---|---|---|
| Fuerza extrusiva | En la dirección que levanta el diente | Aunque sea pequeña, no es fisiológica |
| Fuerza de inclinación | En la dirección que inclina el diente | Dentro de cierto rango, es fisiológica |
| Fuerza intrusiva | En la dirección que empuja el diente en el sentido de su raíz | Dentro de cierto rango, es fisiológica |
Alrededor de la raíz del diente hay un tejido fino llamado ligamento periodontal, que funciona como un sensor (mecanorreceptor) que percibe la presión sobre el diente.
El director considera que, cuando el diente es empujado en la dirección de su raíz, el organismo puede responder a esa fuerza mediante sus mecanismos reflejos.
En cambio, el director explica que la fuerza extrusiva, que levanta el diente, es una fuerza que los dientes solo empezaron a recibir con la aparición de las prótesis, y que el organismo todavía no ha desarrollado un patrón reflejo para responder a ella.
Por eso, diseñamos con el objetivo de eliminar la fuerza extrusiva o reducirla al mínimo posible.
El profesor analizó desde la física cómo actúan estas fuerzas y lo hizo aplicable al diseño real de las prótesis.
Los dientes y la encía se hunden de forma distinta
La prótesis parcial se apoya tanto en los dientes que quedan como en la encía de las zonas sin dientes.
Según explica el director, al morder, la encía se mueve unas diez veces más que los dientes.
En general, se considera que en las prótesis parciales que reponen dientes posteriores perdidos, como los dientes de soporte y la encía se hunden de forma distinta, sobre el diente de soporte contiguo a la zona sin dientes puede actuar, a través de la estructura metálica rígida, una fuerza grande que tiende a inclinarlo hacia atrás.
En nuestra clínica repartimos esta diferencia de hundimiento mediante el diseño de la estructura y de los ataches.
Dentro de la estructura, separamos las zonas rígidas de las móviles
La parte metálica que forma el armazón de la prótesis (la estructura) no se hace igual de rígida en todas partes.
La zona del círculo rojo de la foto es la que da a la estructura una gran rigidez en su conjunto.
Al hacer rígida esta zona, el movimiento de las partes móviles, señaladas con las flechas amarillas, se mantiene constante.
El director considera que, si la prótesis se mueve de la misma manera cada vez que se muerde, la información que llega de la boca al cerebro también se mantiene constante.
Cambiamos la flexión mediante la forma de la sección
Aunque sea el mismo metal, la forma en que se flexiona cambia según la forma de su sección.
Las partes de sección plana se flexionan cuando se les aplica una fuerza.
Las partes de sección semicircular se flexionan poco y transmiten la fuerza tal cual.
Por eso, para los dientes que tienden a recibir presión, creamos un mecanismo que la disipa mediante una parte de sección plana.
En cambio, donde queremos que la fuerza se transmita de forma fiable, utilizamos una estructura de sección semicircular para evitar la deformación.
La función de la estructura que une los lados derecho e izquierdo
A la estructura metálica que une los lados derecho e izquierdo le damos en conjunto las funciones que necesita la prótesis.
En general, en las prótesis parciales, la función que impide que la prótesis se salga se llama «retención», y la que impide que se desplace lateralmente, «estabilización».
En la prótesis inferior, la pieza que une los lados derecho e izquierdo (barra lingual) es, dentro de la prótesis, una de las que necesitan más rigidez.
Algunas se hacen de oro platino y cromo-cobalto con una estructura hueca, como un tubo, para aumentar su rigidez total (oro platino).
Fotos: estructuras que unen los lados derecho e izquierdo
Por qué incorporamos el diseño de prótesis basado en el método de elementos finitos
Porque queremos regular las fuerzas sobre los dientes de soporte
El director considera imprescindible controlar las fuerzas sobre los dientes de soporte en el diseño de las prótesis parciales.
El diseño de las partes que unen la prótesis con los dientes, como los ataches, es especialmente importante, porque la fuerza actúa directamente sobre los dientes que quedan y los tejidos que los rodean.
Porque queremos transmitir fuerzas fisiológicas al ligamento periodontal
El ligamento periodontal es un sensor que percibe la presión.
El director considera que el tipo de fuerza que le llega influye en la evolución a largo plazo de la prótesis.
Porque tenemos en cuenta tanto la función diurna como el rechinamiento durante el sueño
En nuestra clínica terminamos los detalles de la forma de la estructura y de los dientes artificiales teniendo en cuenta tanto la función diurna como la nocturna.
Para el día, buscamos que funciones como masticar, tragar y hablar puedan realizarse sin forzar el organismo.
Para la noche, les damos una forma en la que las superficies de masticación y el movimiento de la articulación temporomandibular estén en armonía, de modo que el rechinamiento durante el sueño pueda mantenerse dentro de un rango fisiológico.
Porque el propio director ha ido revisando su concepto de diseño
Hacia 1991, el director fabricaba sobre todo prótesis de un tipo en el que la prótesis se apoya fijando por completo la forma en que la fuerza actúa sobre los dientes de soporte (soporte rígido).
Más tarde incorporó el concepto del profesor Slavicek, que entiende el ligamento periodontal como un «receptor sensorial», y revisó su concepto de diseño.
El director considera que la calidad de un diseño no puede juzgarse en un periodo corto, como 4–5 años, sino observando la evolución a largo plazo de muchas prótesis.
También considera que el trabajo no termina una vez hecha la prótesis, y que los aparatos deben revisarse de acuerdo con los avances de la ciencia.
En la práctica en nuestra clínica
Qué tenemos en cuenta al diseñar una prótesis parcial
Al diseñar una prótesis parcial, tenemos en cuenta principalmente lo siguiente.
- Los registros de las exploraciones: los dientes que quedan, la encía (mucosa), el esqueleto y el movimiento mandibular (modelo seccionado, registro de la mucosa, análisis cefalométrico lateral y Cadiax)
- Cómo se hunde la prótesis al morder y alrededor de qué eje gira
- La dirección y la magnitud de las fuerzas sobre los dientes de soporte, y la posición y la forma de los elementos de retención y de los ataches de acuerdo con ellas
- Qué zonas de la estructura hacer rígidas y cuáles dejar que se muevan, y la forma de las secciones
- La dirección de colocación y retirada, y la dirección en la que se transmite la fuerza al morder (fresado paralelo)
Darle forma y comprobarla
La forma diseñada se modela en cera y se transforma en metal mediante colado (encerado y colado).
A la prótesis provisional también le damos los mismos mecanismos que a la definitiva, y la comprobamos mientras usted la usa (restauraciones y prótesis provisionales).
Después de colocarla seguimos comprobando la evolución, y hacemos ajustes o reparaciones cuando es necesario.
Aunque cambie el tipo de metal que se usa, el concepto de diseño no cambia.
Fotos: prótesis parciales diseñadas con este concepto
Prótesis para zonas con dientes por delante y por detrás
La prótesis parcial que repone una zona con dientes por delante y por detrás se hunde al morder en la dirección de las raíces, igual que los dientes naturales.
En este caso, ajustamos mediante fresado las superficies de los ataches para que la fuerza se transmita también a los dientes que quedan en la dirección de sus raíces.
Cuando las arcadas superior e inferior están muy desplazadas
Cuando las arcadas superior e inferior están muy desplazadas en sentido lateral, es difícil obtener el soporte vertical de la oclusión.
En estos casos, existe un diseño en el que la estructura metálica se prolonga hacia el interior del maxilar superior (lado palatino) para que sirva de base de oclusión que recibe los dientes inferiores.
En la foto, el círculo rojo indica la zona en la que se encuentra originalmente la arcada superior, y el círculo verde, la zona en la que se encuentra la arcada inferior.
Prepararse para los cambios futuros
Con la edad, a veces aparecen más adelante dientes que ya no pueden conservarse.
En esos casos, valoramos una reparación que añada dientes artificiales a la prótesis.
Por eso, fabricamos las prótesis con materiales y una estructura que permitan repararlas más adelante.
Para las reparaciones utilizamos la soldadura láser de la clínica.
Duración, número de visitas, tarifas y riesgos del tratamiento → Tarifas
Lo que el diseño de prótesis basado en el método de elementos finitos puede y no puede hacer
Lo que el diseño de prótesis basado en el método de elementos finitos puede hacer
- Regular la dirección y la magnitud de las fuerzas sobre los dientes de soporte, teniendo en cuenta cómo se hunde la prótesis al morder y alrededor de qué eje gira
- Buscar eliminar la fuerza que levanta los dientes de soporte (fuerza extrusiva) o reducirla al mínimo posible
- Repartir la diferencia de hundimiento entre los dientes y la encía mediante el diseño de la estructura y de los ataches
- Separar dentro de la estructura las zonas rígidas de las móviles, y cambiar la flexión mediante la forma de la sección
- Diseñar con el mismo concepto aunque cambie el metal que se usa
Lo que no puede hacer y cómo lo compensamos
| Lo que no puede hacer | Cómo lo compensamos |
|---|---|
| Prometer, solo con el diseño, cómo evolucionará la prótesis | Seguimos la evolución después de colocarla y hacemos ajustes y reparaciones («Seguimos la evolución para que la prótesis dure», en la página de prótesis dentales) |
| Tratar las enfermedades de los propios dientes de soporte (caries, enfermedad periodontal, etc.) | Incluimos en el plan de tratamiento el tratamiento de los dientes que quedan (página de tratamiento periodontal) |
| Conocer solo con cálculos el grosor y las características de la encía de cada persona | Registro de la mucosa |
| Decidir la posición de la oclusión y los ángulos de los dientes artificiales | Cadiax, análisis cefalométrico lateral y montaje de dientes artificiales |
| Detener los cambios en la boca, como la pérdida de dientes más adelante | Fabricamos la prótesis con materiales y una estructura que permitan repararla más adelante (soldadura láser) |
En general, se considera que, como el análisis con el método de elementos finitos calcula con modelos en los que los tejidos del cuerpo se simplifican hasta cierto punto, los resultados pueden diferir de las fuerzas reales dentro del cuerpo.
También se ha señalado que propiedades de la encía como su grosor o su viscosidad apenas se incluyen en los modelos de análisis.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué es un diente pilar?
Es el diente en el que se engancha la parte que sujeta la prótesis parcial (elemento de retención).
La prótesis parcial se apoya en estos dientes y en la encía de las zonas sin dientes.
En nuestra clínica diseñamos teniendo en cuenta la dirección y la magnitud de las fuerzas sobre los dientes pilares.
- ¿Cambia el diseño según el tipo de metal?
El concepto de diseño es el mismo sea cual sea el tipo de metal que se use.
Sobre esa base, elegimos el material según la forma y la rigidez necesarias.
- ¿Qué pasa si pierdo alguno de los dientes que me quedan después de hacer la prótesis?
Según el estado, valoramos una reparación que añada un diente artificial a la prótesis.
En nuestra clínica fabricamos las prótesis con materiales y una estructura que permitan repararlas más adelante, y para las reparaciones utilizamos la soldadura láser de la clínica.
Que la reparación sea posible depende del estado de la prótesis y de la boca en ese momento.
- ¿Cuánto tiempo se puede usar una prótesis con este diseño?
El tiempo que puede usarse una prótesis varía de una persona a otra, y no podemos prometerlo.
En nuestra clínica registramos y comprobamos la evolución de las prótesis que fabricamos, y seguimos ajustándolas y reparándolas.
El director considera que la calidad de un diseño se juzga observando su evolución a largo plazo.
Tecnologías y tratamientos relacionados
- Ataches
- Fresado paralelo
- Registro de la mucosa
- Gnatología austriaca
- Todas las tecnologías que utilizamos
- Prótesis dentales (de precisión): trasladamos la información de las exploraciones a la forma de la prótesis
- Prótesis dentales (de precisión): prótesis completa y prótesis parcial, cómo planteamos cada una
Fuentes consultadas
Para las explicaciones generales (qué es el método de elementos finitos, cómo actúan en general las fuerzas en las prótesis parciales y el significado de los términos «retención» y «estabilización») hemos consultado las siguientes fuentes publicadas. Lo que describimos sobre nuestra forma de trabajar se basa en los textos publicados por el director y en sus explicaciones.
- Wakabayashi N. Advanced applications of finite element method in dental research: recent progress in non-linear analysis. Journal of the Japanese Society for Dental Materials and Devices. 2013;32(3):226-239 (en japonés)
- Yamashita S. Rethink the mechanical principles associated with removable partial dentures. Annals of Japan Prosthodontic Society. 2020;12(1):16-22 (en japonés)
- Zhu Y, et al. Biomechanical considerations in RPD design: application and perspective of finite element method in distal extension removable partial denture rehabilitation. Frontiers in Dental Medicine. 2025;6:1667504 (en inglés)
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