Che cos'è la progettazione della protesi con il metodo degli elementi finiti?
La progettazione della protesi con il metodo degli elementi finiti è un approccio alla progettazione delle protesi parziali elaborato, sulla base di analisi agli elementi finiti, dal professor Rudolf Slavicek, che fu professore di protesi all'Università di Vienna.
La forma della protesi viene stabilita in modo che sui denti che sostengono la protesi parziale agiscano, per quanto possibile, solo forze di direzione e intensità fisiologiche.
La protesi parziale si porta agganciando ai denti residui le parti che la trattengono (elementi di ritenzione).
Il dente su cui si aggancia un elemento di ritenzione si chiama dente pilastro.
In generale, il metodo degli elementi finiti è un metodo che applica condizioni di carico a un modello geometrico costruito al computer e calcola le forze interne (tensioni) e le deformazioni che vi si producono.
Si chiama «metodo degli elementi finiti» perché il calcolo si esegue suddividendo la forma in piccoli elementi.
Anche in odontoiatria è usato nelle ricerche che esaminano le forze che agiscono sui denti e sulle protesi.
Nella nostra clinica progettiamo individualmente la protesi parziale di ciascuno secondo questo approccio, basato sulle analisi del professore.
Il direttore ha appreso questo approccio direttamente dal professore nel 2000.
Nella nostra clinica, per l'occlusione ci basiamo sui concetti del professor Sadao Sato e, per la progettazione delle protesi, su quelli del professor Slavicek (gnatologia austriaca).
Come funziona la progettazione della protesi con il metodo degli elementi finiti
Quando si morde, la protesi parziale si abbassa e ruota
Le parti della protesi parziale che sostituiscono, ad esempio, i denti posteriori mancanti poggiano sulle gengive.
Quando si morde, queste parti premono sulle gengive e si abbassano.
In quel momento la protesi si muove come se ruotasse attorno a un asse vicino ai denti di sostegno.
Nella foto, la linea che passa trasversalmente vicino ai denti di sostegno anteriori è l'asse di rotazione, e la parte con i denti artificiali posteriori si abbassa verso le gengive.
Le tre forze che agiscono sui denti di sostegno
Quando la protesi si muove ruotando in questo modo, sui denti di sostegno (denti pilastro) agiscono le tre forze seguenti.
| Forza | Direzione in cui agisce sul dente | Il parere del direttore |
|---|---|---|
| Forza estrusiva | Tende a sollevare il dente | Non fisiologica, anche se piccola |
| Forza di inclinazione | Tende a inclinare il dente | Fisiologica entro un certo intervallo |
| Forza intrusiva | Spinge il dente verso la radice | Fisiologica entro un certo intervallo |
Intorno alla radice del dente c'è un tessuto sottile chiamato legamento parodontale, che funziona da sensore (meccanocettore) della pressione che agisce sul dente.
Il direttore ritiene che, quando un dente viene spinto verso la radice, il corpo possa rispondere a questa forza con i suoi meccanismi riflessi.
D'altra parte, il direttore spiega che la forza estrusiva, che solleva il dente, è una forza che i denti hanno cominciato a ricevere solo con l'arrivo delle protesi, e che il corpo non ha ancora sviluppato uno schema riflesso per rispondervi.
Per questo progettiamo con l'obiettivo di eliminare la forza estrusiva o di renderla il più possibile piccola.
Il professore analizzò in termini fisici il modo in cui agiscono queste forze e rese questa analisi utilizzabile nella progettazione reale delle protesi.
Denti e gengive si abbassano in modo diverso
La protesi parziale è sostenuta sia dai denti residui sia dalle gengive nelle zone senza denti.
Secondo la spiegazione del direttore, quando si morde, le gengive si spostano circa dieci volte più dei denti.
In generale si ritiene che, nelle protesi parziali che sostituiscono i denti posteriori mancanti, poiché i denti di sostegno e le gengive si abbassano in modo diverso, sul dente di sostegno vicino alla zona senza denti possa agire, attraverso la struttura metallica rigida, una grande forza che tende a inclinarlo all'indietro.
Nella nostra clinica ripartiamo questa differenza di abbassamento con la progettazione della struttura e degli attacchi.
All'interno della struttura separiamo le parti rigide da quelle che si muovono
La parte metallica che costituisce lo scheletro della protesi (la struttura) non ha la stessa rigidità in ogni punto.
La parte nel cerchio rosso della foto è quella che conferisce all'intera struttura un'elevata rigidità.
Irrigidendo questa parte, rendiamo costante il movimento delle parti mobili indicate dalle frecce gialle.
Il direttore ritiene che, se la protesi si muove allo stesso modo a ogni morso, anche le informazioni trasmesse dalla bocca al cervello diventino costanti.
Con la forma della sezione cambiamo il modo in cui la struttura si flette
Anche con lo stesso metallo, il modo in cui si flette cambia con la forma della sezione.
Le parti a sezione piatta si flettono quando agisce una forza.
Le parti a sezione a mezzo tondo si flettono poco e trasmettono la forza così com'è.
Per questo, per i denti soggetti a pressione creiamo, con una parte a sezione piatta, un meccanismo che scarica la pressione.
Al contrario, dove vogliamo che la forza sia trasmessa in modo affidabile, usiamo una struttura a sezione a mezzo tondo, per evitare deformazioni.
Il ruolo della struttura che collega il lato destro e sinistro
Nella struttura metallica che collega i due lati concentriamo le funzioni necessarie alla protesi.
In generale, nelle protesi parziali si chiama «ritenzione» la funzione che impedisce alla protesi di staccarsi e «stabilizzazione» quella che ne impedisce i movimenti laterali.
Nella protesi inferiore, la parte che collega i due lati (barra linguale) è, tra le parti della protesi, una di quelle che richiedono una rigidità particolare.
Alcune sono realizzate in lega oro-platino e cromo-cobalto con una struttura cava, simile a un tubo, per aumentarne la rigidità complessiva (lega oro-platino).
Foto: strutture che collegano i due lati
Perché nella nostra clinica adottiamo la progettazione della protesi con il metodo degli elementi finiti
Perché vogliamo regolare le forze che agiscono sui denti di sostegno
Il direttore ritiene indispensabile, nella progettazione delle protesi parziali, il controllo delle forze che agiscono sui denti di sostegno.
La progettazione delle parti che collegano la protesi ai denti, come gli attacchi, è particolarmente importante, perché la forza agisce direttamente sui denti residui e sui tessuti circostanti.
Perché vogliamo trasmettere al legamento parodontale forze fisiologiche
Il legamento parodontale è un sensore che percepisce la pressione.
Il direttore ritiene che il tipo di forza che vi viene trasmessa influisca sull'evoluzione a lungo termine della protesi.
Perché consideriamo sia la funzione diurna sia il digrignamento durante il sonno
Nella nostra clinica rifiniamo i dettagli della forma della struttura e dei denti artificiali tenendo conto sia della funzione diurna sia di quella notturna.
Di giorno, facciamo in modo che funzioni come masticare, deglutire e parlare si possano svolgere senza sforzo per il corpo.
Per la notte, diamo alla protesi una forma in cui le superfici masticatorie e i movimenti delle articolazioni temporomandibolari siano in armonia, così che il digrignamento durante il sonno si possa mantenere entro un intervallo fisiologico.
Perché il direttore stesso ha rivisto il suo approccio alla progettazione
Intorno al 1991 il direttore realizzava soprattutto protesi del tipo in cui la protesi è sostenuta rendendo del tutto fisso il modo in cui la forza agisce sui denti di sostegno (supporto rigido).
In seguito ha adottato il concetto del professor Slavicek, che considera il legamento parodontale un «recettore sensoriale», e ha rivisto il suo approccio alla progettazione.
Il direttore ritiene che la validità di un progetto non si possa giudicare in un breve periodo come 4–5 anni, ma vada valutata osservando l'evoluzione a lungo termine di molte protesi.
Ritiene inoltre che il lavoro non finisca una volta realizzata la protesi, e che anche i dispositivi vadano rivisti in linea con i progressi della scienza.
Nella pratica della nostra clinica
Che cosa consideriamo nella progettazione di una protesi parziale
Quando progettiamo una protesi parziale consideriamo soprattutto quanto segue.
- Le registrazioni degli esami: i denti residui, le gengive (mucosa), lo scheletro e i movimenti della mandibola (modello sezionato, registrazione delle mucose, analisi cefalometrica latero-laterale, Cadiax)
- Come si abbassa la protesi quando si morde e attorno a quale asse ruota
- La direzione e l'intensità delle forze sui denti di sostegno, e la posizione e la forma degli elementi di ritenzione e degli attacchi adatti a esse
- Quali parti della struttura rendere rigide e quali lasciar muovere, e la forma delle sezioni
- La direzione di inserimento e rimozione e la direzione in cui si trasmette la forza quando si morde (fresaggio parallelo)
Dare forma e verificare
La forma progettata viene realizzata in cera e trasformata in metallo per fusione (ceratura (wax-up), fusione).
Anche alla protesi provvisoria diamo gli stessi meccanismi della protesi definitiva, e la verifichiamo mentre la usa (provvisori e protesi provvisorie).
Anche dopo l'applicazione verifichiamo l'evoluzione e, se necessario, eseguiamo regolazioni o riparazioni.
Anche se cambia il tipo di metallo usato, l'approccio alla progettazione non cambia.
Foto: protesi parziali progettate con questo approccio
Protesi per spazi con denti rimasti davanti e dietro
Una protesi parziale che sostituisce una zona con denti rimasti davanti e dietro, quando si morde, si abbassa in direzione delle radici, come i denti naturali.
In questo caso rifiniamo le superfici degli attacchi con il fresaggio, in modo che anche ai denti residui la forza si trasmetta in direzione delle radici.
Quando le arcate superiore e inferiore sono molto sfalsate
Quando le arcate superiore e inferiore sono molto sfalsate in senso laterale, diventa difficile ottenere il sostegno verticale dell'occlusione.
In questi casi esiste una progettazione in cui la struttura metallica viene estesa verso l'interno della mascella (lato palatale), in modo da fare da piano d'appoggio per l'occlusione, che accoglie i denti inferiori.
Nella foto, il cerchio rosso indica la zona in cui si trova in origine l'arcata superiore, il cerchio verde quella in cui si trova l'arcata inferiore.
Prepararsi ai cambiamenti futuri
Con l'età, possono esserci denti che in seguito non si riesce più a conservare.
In questi casi valutiamo una riparazione che aggiunge denti artificiali alla protesi.
Per questo realizziamo le protesi con materiali e strutture che permettono riparazioni successive.
Per le riparazioni usiamo la saldatura laser della nostra clinica.
Durata, numero di sedute, costi e rischi del trattamento → Tariffe
Ciò che può e non può fare la progettazione della protesi con il metodo degli elementi finiti
Ciò che può fare la progettazione della protesi con il metodo degli elementi finiti
- Regolare la direzione e l'intensità delle forze sui denti di sostegno, tenendo conto di come la protesi si abbassa quando si morde e attorno a quale asse ruota
- Puntare a eliminare la forza che solleva i denti di sostegno (forza estrusiva), o a renderla il più possibile piccola
- Ripartire la differenza di abbassamento tra denti e gengive con la progettazione della struttura e degli attacchi
- Separare all'interno della struttura le parti rigide da quelle mobili, e cambiare il modo in cui si flette con la forma della sezione
- Progettare con lo stesso approccio anche se cambia il metallo usato
Ciò che non può fare e come lo compensiamo
| Ciò che non può fare | Come lo compensiamo |
|---|---|
| Promettere, con la sola progettazione, come andrà la protesi in futuro | Verificare l'evoluzione dopo l'applicazione ed eseguire regolazioni e riparazioni (pagina sulle protesi mobili, «Per un uso di lunga durata») |
| Curare le malattie dei denti di sostegno stessi (come carie e malattia parodontale) | Includere nel piano di trattamento la cura dei denti residui (pagina sul trattamento parodontale) |
| Conoscere lo spessore e le caratteristiche delle gengive di ciascuno con il solo calcolo | Registrazione delle mucose |
| Stabilire la posizione dell'occlusione e gli angoli dei denti artificiali | Cadiax, analisi cefalometrica latero-laterale, montaggio dei denti artificiali |
| Fermare i cambiamenti della bocca, come la perdita di denti in seguito | Realizzare la protesi con materiali e strutture che permettono riparazioni successive (saldatura laser) |
In generale si ritiene che, poiché l'analisi agli elementi finiti calcola con modelli in cui i tessuti del corpo sono in una certa misura semplificati, i risultati possano differire dalle forze reali nel corpo.
È stato anche osservato che proprietà delle gengive come lo spessore e la viscosità sono scarsamente incluse nei modelli di analisi.
Domande frequenti
- Che cos'è un dente pilastro?
È un dente su cui si aggancia la parte che trattiene la protesi parziale (elemento di ritenzione).
La protesi parziale è sostenuta da questi denti e dalle gengive nelle zone senza denti.
Nella nostra clinica progettiamo tenendo conto della direzione e dell'intensità delle forze sui denti pilastro.
- La progettazione cambia a seconda del tipo di metallo?
L'approccio alla progettazione è lo stesso qualunque sia il tipo di metallo usato.
Su questa base scegliamo il materiale in base alla forma e alla rigidità necessarie.
- Che cosa succede se, dopo la realizzazione della protesi, perdo un dente residuo?
A seconda delle condizioni, valutiamo una riparazione che aggiunge un dente artificiale alla protesi.
Nella nostra clinica realizziamo le protesi con materiali e strutture che permettono riparazioni successive, e per le riparazioni usiamo la saldatura laser della clinica.
Se la riparazione sia possibile dipende dalle condizioni della protesi e della bocca in quel momento.
- Per quanto tempo si può usare una protesi con questa progettazione?
Il periodo per cui si può usare una protesi varia da persona a persona e non possiamo fare promesse.
Nella nostra clinica registriamo e verifichiamo l'evoluzione delle protesi che realizziamo, e continuiamo a regolarle e ripararle.
Il direttore ritiene che la validità di un progetto vada giudicata osservandone l'evoluzione a lungo termine.
Tecnologie e trattamenti correlati
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Fonti consultate
Per le spiegazioni generali (che cos'è il metodo degli elementi finiti, come agiscono in generale le forze nelle protesi parziali e il significato dei termini «ritenzione» e «stabilizzazione») abbiamo consultato le seguenti fonti pubblicate. Ciò che descriviamo dei metodi della nostra clinica si basa sui testi pubblicati dal direttore e sulle sue spiegazioni.
- 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 (in giapponese)
- Yamashita S. Rethink the mechanical principles associated with removable partial dentures. Annals of Japan Prosthodontic Society. 2020;12(1):16-22 (in giapponese)
- 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 (in inglese)
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