Biomechanical evaluation of teeth subjected to apicoectomy with different levels of periodontal supports

Abstract

Apical periodontitis is an endodontic disease that, if left untreated, can lead to tooth loss. An apicectomy is a procedure that eliminates infection at the apical portion of the tooth, by making a resection, thus treating periodontitis. Although the standard root end resection length is 3 mm, there is a lack of information on the effect of larger resections lengths on the biomechanical behaviour of the tooth and its surrounding structures. Additionally, it is yet unclear if it is worthwhile doing this procedure on patients with ongoing bone loss, whether age or periodontitis related.After the processing of CBCT scan images, a reverse engineering software was used to obtain 3D geometric models of two teeth and its surrounding tissues. Endodontically treated tooth models, bone loss and post-surgery models were also elaborated. The selected teeth were a maxillary central incisor and a maxillary second premolar. Numerical models were then elaborated to conduct a finite element analysis. The periodontal ligament was modelled as a hyperplastic material. The following four groups of simulations were done to study the apical resection effect on each tooth and surrounding periodontium: a vital tooth; a vital tooth with bone loss; a endodontically-treated tooth; post-surgery status. Resection lengths of 0-7 mm for the incisor and 0-8 mm for the premolar were considered, totalling 65 simulations.The numeric solutions of the quasi-static analysis revealed an increase in tooth and alveolar bone displacement values for larger apical resection lengths. Apical root resection did not significantly alter von Mises stress for the vital and treated teeth. However, apical resections larger than 4 mm (on the incisor) and 5 mm (on the premolar) clearly increased stress values for the bone loss group. The post-surgery models showcased a marked increase in stress values for resections larger than 3 mm and 5 mm, for the incisor and premolar, respectively. The incisor tooth showed a higher sensitivity to apical resection compared to the premolar.

A periodontite periapical é uma doença endodôntica que pode levar à perda dentária, caso não seja tratada. A apicectomia é uma cirurgia que pode eliminar a infeção ao nível do ápice da raiz dentária, tratando a periodontite. Embora o comprimento de ressecção apical seja normalmente 3 mm, há falta de informação quanto ao efeito de comprimentos de ressecção maiores no comportamento biomecânico do dente e periodonto. Adicionalmente, ainda não se tem a certeza se é vantajoso fazer a cirurgia em pacientes com perda óssea existente, seja esta causada pela idade ou pela periodontite.Após o processamento das imagens do CBCT scan, foi usado um software de engenharia inversa para obter os modelos geométricos 3D de dois dentes e respetivos tecidos do periodonto. Modelos com tratamento endodôntico, perda óssea e modelos pós-cirurgia foram também elaborados. Os dentes selecionados foram o incisivo central superior e o segundo pré-molar superior. Foram elaborados modelos numéricos para realizar uma análise de elementos finitos. O ligamento periodontal foi modelado como um material hiperelástico. Quatro grupos de simulações foram considerados para estudar o efeito da ressecção apical em cada dente e respetivo periodonto: um dente não desvitalizado; um dente não desvitalizado com perda óssea; um dente desvitalizado; um dente não desvitalizado em estado pós-operatório. Foram considerados comprimentos de ressecção de 0-7 mm para o incisivo e 0-8 mm para o pré-molar, resultando num total de 65 simulações. As soluções numéricas para as análises quase estáticas mostraram um aumento nos deslocamentos do dente e osso alveolar com o aumento do comprimento da ressecção apical. O comprimento de ressecção não alterou significativamente as tensões von Mises dos grupos do dente não desvitalizado e dente desvitalizado. No entanto, ressecções superiores a 4 mm (para o incisivo) e 5 mm (para o pré-molar) aumentaram claramente os valores de tensão para o grupo com perda óssea. O grupo pós-operação revelou aumentos significativos de tensão para comprimentos superiores a 3 mm e 5 mm, respetivamente para o incisivo e pré-molar. O incisivo demonstrou maior sensibilidade à ressecção apical, quando comparado com o pré-molar.