Czym jest projektowanie protez metodą elementów skończonych?
Projektowanie protez metodą elementów skończonych to koncepcja projektowania protez częściowych, którą na podstawie analiz metodą elementów skończonych opracował prof. Rudolf Slavicek, profesor protetyki na Uniwersytecie Wiedeńskim.
Kształt protezy ustala się tak, aby na zęby podtrzymujące protezę częściową działały w miarę możliwości wyłącznie siły o fizjologicznym kierunku i wielkości.
Protezę częściową zakłada się, opierając na pozostałych zębach elementy, które ją utrzymują (elementy retencyjne).
Zęby, na których opierają się elementy retencyjne, nazywa się zębami oporowymi.
Metoda elementów skończonych to ogólnie metoda, w której modelowi kształtu utworzonemu w komputerze nadaje się warunki obciążenia i oblicza powstające w nim siły wewnętrzne (naprężenia) oraz odkształcenia.
Nazwa „metoda elementów skończonych” wynika z tego, że obliczenia prowadzi się po podzieleniu kształtu na drobne elementy.
Również w stomatologii stosuje się ją w badaniach sił działających na zęby i protezy.
W naszej klinice projektujemy protezy częściowe indywidualnie dla każdej osoby, zgodnie z tą koncepcją opartą na analizach profesora.
Dyrektor kliniki uczył się tej koncepcji bezpośrednio u profesora w 2000 roku.
W naszej klinice zgryz opieramy na koncepcji prof. Sadao Sato, a projektowanie protez – na koncepcji prof. Slavicka (gnatologia austriacka).
Na czym polega projektowanie protez metodą elementów skończonych
Proteza częściowa przy gryzieniu osiada i obraca się
Część protezy częściowej, która uzupełnia np. brakujące zęby boczne, spoczywa na dziąsłach.
Przy gryzieniu ta część naciska na dziąsła i osiada.
Proteza porusza się wtedy tak, jakby obracała się wokół osi przebiegającej w okolicy zębów oporowych.
Na zdjęciu oś obrotu to linia biegnąca w poprzek w okolicy przedniego zęba oporowego, a część z tylnymi zębami sztucznymi osiada w kierunku dziąseł.
Trzy siły działające na zęby oporowe
Gdy proteza porusza się tak, jakby się obracała, na zęby oporowe działają następujące trzy siły.
| Siła | Kierunek działania na ząb | Pogląd dyrektora kliniki |
|---|---|---|
| Siła unosząca | Unosi ząb | Nawet niewielka nie jest fizjologiczna |
| Siła przechylająca | Przechyla ząb | W pewnym zakresie jest fizjologiczna |
| Siła wciskająca | Wciska ząb w kierunku korzenia | W pewnym zakresie jest fizjologiczna |
Wokół korzenia zęba znajduje się cienka tkanka zwana ozębną, która działa jak czujnik (mechanoreceptor) odbierający nacisk działający na ząb.
Dyrektor kliniki uważa, że gdy ząb jest wciskany w kierunku korzenia, organizm może odpowiadać na tę siłę dzięki mechanizmom odruchowym.
Natomiast siła unosząca, która podnosi ząb, to według wyjaśnienia dyrektora kliniki siła, na którą ząb zaczyna być narażony dopiero po wykonaniu protezy, a organizm nie ma jeszcze wykształconego odruchu, który by na nią odpowiadał.
Dlatego projektujemy protezę z dążeniem do wyeliminowania siły unoszącej albo jak największego jej zmniejszenia.
Profesor przeanalizował sposób działania tych sił metodami fizyki i przełożył wyniki na formę, którą można wykorzystać w projektowaniu rzeczywistych protez.
Zęby i dziąsła przemieszczają się pod naciskiem w różnym stopniu
Protezę częściową podtrzymują zarówno pozostałe zęby, jak i dziąsła w miejscach bezzębnych.
Według wyjaśnienia dyrektora kliniki przy gryzieniu dziąsła przemieszczają się mniej więcej 10 razy bardziej niż zęby.
Podaje się, że w protezach częściowych uzupełniających braki zębów w odcinku tylnym różnica w przemieszczaniu się zębów oporowych i dziąseł pod naciskiem może powodować, że przez sztywny metalowy szkielet na ząb oporowy sąsiadujący z luką działa duża siła przechylająca go ku tyłowi.
W naszej klinice tę różnicę w przemieszczaniu się pod naciskiem rozkładamy między elementy protezy dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu szkieletu i attachmentów.
W szkielecie rozdzielamy części sztywne i ruchome
Metalowa część stanowiąca konstrukcję nośną protezy (szkielet) nie ma wszędzie jednakowej sztywności.
Część otoczona na zdjęciu czerwonym okręgiem nadaje całemu szkieletowi dużą sztywność.
Usztywnienie tego miejsca sprawia, że ruch części ruchomych, oznaczonych żółtymi strzałkami, jest powtarzalny.
Dyrektor kliniki uważa, że dzięki temu, iż proteza przy każdym zagryzieniu porusza się w ten sam sposób, również informacje przekazywane z jamy ustnej do mózgu są stałe.
Kształt przekroju zmienia sposób uginania się
Nawet przy tym samym metalu sposób uginania się zmienia się wraz z kształtem przekroju.
Części o płaskim przekroju uginają się pod wpływem siły.
Części o przekroju półokrągłym uginają się w niewielkim stopniu i przenoszą siłę bez zmian.
Dlatego dla zębów, na które łatwo działa nacisk, tworzymy z części o płaskim przekroju rozwiązanie odciążające.
Natomiast tam, gdzie siła ma być przenoszona w sposób pewny, stosujemy szkielet o przekroju półokrągłym i zapobiegamy odkształceniom.
Rola szkieletu łączącego stronę lewą i prawą
Metalowemu szkieletowi łączącemu stronę lewą i prawą nadajemy łącznie funkcje potrzebne protezie.
Zwykle w protezach częściowych funkcję zapobiegania wysuwaniu się protezy nazywa się „utrzymaniem” (retencją), a funkcję zapobiegania jej kołysaniu na boki – „stabilizacją”.
Element łączący stronę lewą i prawą w dolnej protezie (łuk podjęzykowy) wymaga szczególnie dużej sztywności.
Są też elementy wykonane ze stopu złota z platyną i stopu kobaltowo-chromowego jako konstrukcja pusta w środku, podobna do rury, co zwiększa sztywność całości (stop złota z platyną).
Zdjęcia: szkielet łączący stronę lewą i prawą
Dlaczego stosujemy projektowanie protez metodą elementów skończonych
Ponieważ chcemy właściwie rozłożyć siły działające na zęby oporowe
Dyrektor kliniki uważa, że przy projektowaniu protez częściowych niezbędna jest kontrola sił działających na zęby oporowe.
Szczególnie ważne jest projektowanie elementów łączących protezę z zębami, takich jak attachmenty, ponieważ siły działają bezpośrednio na pozostałe zęby i otaczające je tkanki.
Ponieważ chcemy przenosić na ozębną siły fizjologiczne
Ozębna jest czujnikiem odbierającym nacisk.
Dyrektor kliniki uważa, że to, jakie siły są na nią przenoszone, decyduje o tym, jak proteza sprawdza się w długim okresie.
Ponieważ uwzględniamy zarówno funkcje w ciągu dnia, jak i zgrzytanie zębami podczas snu
W naszej klinice szczegóły kształtu szkieletu i zębów sztucznych dopracowujemy, uwzględniając zarówno funkcje dzienne, jak i nocne.
W ciągu dnia chodzi o to, aby gryzienie, połykanie i mówienie mogły przebiegać bez nadmiernego obciążenia organizmu.
W nocy chodzi o kształt, w którym powierzchnie żujące współgrają z ruchami stawów skroniowo-żuchwowych, tak aby zgrzytanie zębami podczas snu mieściło się w granicach fizjologicznych.
Ponieważ sam dyrektor kliniki zmieniał swoje podejście do projektowania
Około 1991 roku dyrektor kliniki wykonywał protezy głównie w systemie, w którym protezę podtrzymuje się, sztywno ustalając sposób przenoszenia wszystkich sił na zęby oporowe (sztywne podparcie – rigid support).
Następnie przyjął koncepcję prof. Slavicka, który traktuje ozębną jako „odbiorcę bodźców czuciowych”, i zmienił swoje podejście do projektowania.
Dyrektor kliniki uważa, że o jakości projektu nie można przesądzać na podstawie krótkiego okresu, np. 4–5 lat, lecz należy ją oceniać, obserwując długotrwały przebieg użytkowania wielu protez.
Uważa też, że wykonanie protezy nie zamyka sprawy – wraz z postępem nauki należy weryfikować także same rozwiązania.
Jak to wygląda w naszej klinice
Co bierzemy pod uwagę, projektując protezę częściową
Projektując protezę częściową, w naszej klinice bierzemy pod uwagę przede wszystkim następujące kwestie.
- Zapisy badań: pozostałe zęby, dziąsła (błona śluzowa), budowa kostna, ruchy żuchwy (model dzielony, rejestracja błony śluzowej, analiza cefalometryczna, Cadiax)
- Jak proteza osiada przy gryzieniu i wokół której osi się obraca
- Kierunek i wielkość sił działających na zęby oporowe oraz dopasowane do nich położenie i kształt elementów retencyjnych i attachmentów
- Które części szkieletu mają być sztywne, a które ruchome; kształt przekroju
- Kierunek zakładania i zdejmowania oraz kierunek, w którym przenoszą się siły przy gryzieniu (frezowanie równoległe)
Wykonanie i sprawdzenie
Zaprojektowany kształt wykonujemy z wosku, a następnie odlewamy go z metalu (wax-up, odlewanie).
Również protezie tymczasowej nadajemy te same rozwiązania co protezie ostatecznej i sprawdzamy je podczas jej używania (uzupełnienia i protezy tymczasowe).
Po oddaniu protezy obserwujemy przebieg i w razie potrzeby wprowadzamy korekty lub wykonujemy naprawy.
Nawet gdy zmienia się rodzaj użytego metalu, koncepcja projektowania pozostaje ta sama.
Zdjęcia: protezy częściowe zaprojektowane według tej koncepcji
Protezy uzupełniające luki ograniczone zębami z przodu i z tyłu
Proteza częściowa uzupełniająca lukę ograniczoną zębami z przodu i z tyłu przy gryzieniu osiada w kierunku korzeni, podobnie jak zęby naturalne.
Aby siła przenosiła się wtedy także na pozostałe zęby w kierunku korzeni, powierzchnie attachmentów wyrównujemy frezowaniem.
Gdy górny i dolny łuk zębowy są znacznie przesunięte względem siebie
Gdy górny i dolny łuk zębowy są znacznie przesunięte względem siebie w poziomie, trudno uzyskać pionowe podparcie zgryzu.
W takich przypadkach stosuje się rozwiązanie, w którym metalowy szkielet przedłużony po wewnętrznej stronie szczęki (po stronie podniebiennej) stanowi podparcie przyjmujące zęby dolne przy zagryzaniu.
Czerwony okrąg na zdjęciu oznacza obszar, w którym pierwotnie znajduje się górny łuk zębowy, a zielony – obszar dolnego łuku zębowego.
Z myślą o przyszłych zmianach
Z wiekiem niektórych zębów może później nie dać się zachować.
W takich sytuacjach rozważamy naprawę polegającą na dodaniu do protezy zęba sztucznego.
Dlatego protezę wykonujemy z materiałów i w konstrukcji, które pozwalają na późniejszą naprawę.
Do napraw wykorzystujemy spawanie laserowe w naszej klinice.
Czas leczenia, liczba wizyt, koszty i ryzyko → Cennik
Co umożliwia projektowanie protez metodą elementów skończonych, a czego nie umożliwia
Co umożliwia projektowanie protez metodą elementów skończonych
- Ukształtowanie kierunku i wielkości sił działających na zęby oporowe z uwzględnieniem tego, jak proteza osiada przy gryzieniu i wokół której osi się obraca
- Dążenie do wyeliminowania siły unoszącej zęby oporowe albo jak największego jej zmniejszenia
- Rozłożenie różnicy w przemieszczaniu się zębów i dziąseł pod naciskiem dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu szkieletu i attachmentów
- Rozdzielenie w szkielecie części sztywnych i ruchomych oraz zmiana sposobu uginania się za pomocą kształtu przekroju
- Projektowanie według tej samej koncepcji niezależnie od użytego metalu
Czego nie da się zrobić i jak to uzupełniamy
| Czego nie da się zrobić | Jak to uzupełniamy |
|---|---|
| Zagwarantowanie samym projektem dalszego przebiegu użytkowania protezy | Po oddaniu protezy obserwujemy przebieg, wprowadzamy korekty i wykonujemy naprawy (strona o protezach, część „Aby proteza służyła długo”) |
| Wyleczenie chorób samych zębów oporowych (próchnicy, chorób przyzębia itp.) | Uwzględniamy leczenie pozostałych zębów w planie leczenia (strona o leczeniu chorób przyzębia) |
| Poznanie wyłącznie na podstawie obliczeń grubości i właściwości dziąseł danej osoby | Rejestracja błony śluzowej |
| Ustalenie położenia zgryzowego i kątów zębów sztucznych | Cadiax, analiza cefalometryczna, ustawianie zębów sztucznych |
| Powstrzymanie zmian w jamie ustnej, np. późniejszej utraty zębów | Wykonujemy protezę z materiałów i w konstrukcji, które pozwalają na późniejszą naprawę (spawanie laserowe) |
Podaje się, że analiza metodą elementów skończonych opiera się na modelu, w którym tkanki organizmu są w pewnym stopniu uproszczone, dlatego jej wyniki mogą się różnić od rzeczywistych sił działających w organizmie.
Zwraca się też uwagę, że grubość, lepkość i inne właściwości dziąseł prawie nie są uwzględniane w modelach obliczeniowych stosowanych w tych analizach.
Najczęstsze pytania
- Czym jest ząb oporowy?
To ząb, na którym opiera się element utrzymujący protezę częściową (element retencyjny).
Protezę częściową podtrzymują ten ząb oraz dziąsła w miejscach bezzębnych.
W naszej klinice projektujemy protezę, uwzględniając kierunek i wielkość sił działających na zęby oporowe.
- Czy projekt zależy od rodzaju metalu?
Koncepcja projektowania jest taka sama niezależnie od rodzaju użytego metalu.
Na tej podstawie dobieramy materiał odpowiednio do potrzebnego kształtu i sztywności.
- Co się stanie, jeśli po wykonaniu protezy stracę któryś z pozostałych zębów?
W zależności od stanu rozważamy naprawę polegającą na dodaniu do protezy zęba sztucznego.
W naszej klinice wykonujemy protezy z materiałów i w konstrukcji, które pozwalają na późniejszą naprawę, a do napraw wykorzystujemy spawanie laserowe w klinice.
To, czy naprawa jest możliwa, zależy od stanu protezy i jamy ustnej w danym momencie.
- Jak długo można używać protezy zaprojektowanej w ten sposób?
Okres używania protezy zależy od osoby i nie możemy go zagwarantować.
W naszej klinice dokumentujemy i sprawdzamy przebieg użytkowania wykonanych protez i kontynuujemy korekty oraz naprawy.
Dyrektor kliniki uważa, że o jakości projektu należy wnioskować na podstawie obserwacji w długim okresie.
Powiązane technologie i metody leczenia
- Attachmenty
- Frezowanie równoległe
- Rejestracja błony śluzowej
- Gnatologia austriacka
- Wszystkie technologie, które stosujemy
- Protezy zębowe (protezy precyzyjne): wyniki badań przekładamy na kształt protezy
- Protezy zębowe (protezy precyzyjne): protezy całkowite i częściowe – nasze podejście
Źródła, z których korzystaliśmy
Przy ogólnych objaśnieniach (czym jest metoda elementów skończonych, jak zwykle działają siły w protezach częściowych, znaczenie terminów „utrzymanie” i „stabilizacja”) korzystaliśmy z poniższych opublikowanych źródeł. Opis naszych metod pracy opiera się na wpisach i wyjaśnieniach dyrektora kliniki.
- 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 (w języku japońskim)
- Yamashita S. Rethink the mechanical principles associated with removable partial dentures. Annals of Japan Prosthodontic Society. 2020;12(1):16-22 (w języku japońskim)
- 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 (w języku angielskim)
Konsultacje i kontakt
Gibakai Medical Corporation, Yoshimi Dental Clinic
Square 2, lokal 302 (3. piętro), 1-29-1 Tsukushino, Machida, Tokio 194-0001, Japonia
TEL 042-795-1359 FAX 042-795-1398
Dni przyjęć: pon., wt., czw., pt. 10:00–13:00 / 14:30–18:00
Pierwsza wizyta rozpoczyna się od pierwszej konsultacji obejmującej badanie i diagnozę (usługa prywatna, nieobjęta ubezpieczeniem; od 30 minut do 1 godziny). W jej ramach można też omówić diagnozę postawioną w innej placówce.
W pilnych przypadkach – np. gdy nie mogą Państwo gryźć lub objawy są silne – prosimy o kontakt telefoniczny (042-795-1359).