Ceramic onlay: influence of the deep margin elevation technique on stress distribution: a finite element analysis

Abstract

Objectives: to compare two types of approaches in the restoration of cavities with subgingival margins in the posterior region, one with the deep margin elevation technique and one in which this technique was not used, aiming to evaluate the distribution of dental forces work and fulcrum points that can cause premature failure in the restorative outcome, by means of finite element analysis (FEA). Materials and methods: A 3D model of the maxillary first premolar was modelled and used. Preparation consisted in MOD cavities with subgingival margins. The deep margin elevation technique was applied in one of the models and not in the other. Both models were restored with a ceramic onlay. Increasing loads of 250N (low), 500N (maximum) and 800N (excessive) were applied in different sites, at different times. First, the loads were applied in the internal side of the buccal cusp, at 135-degree angle to the long axis of the tooth (eccentric force). Secondly, the increasing occlusal loads were applied in the center of the occlusal surface, at an 11-degree angle to the long axis of the tooth (concentric force). The object used for the load application was a stainless steel sphere (6 mm in diameter). The respective stress distributions in the onlay and in the interface were analysed using 3D models. Results: the stress distribution was practically the same in the model with deep margin elevation technique and in the model without deep margin elevation technique, when a 200N, 500N and 800N load was applied in the centre of the occlusal surface, at an 11-degree angle incidence (concentric force). When a 200N and 500N load was applied in the internal surface of the buccal cusp, at a 45-degree angle incidence (eccentric force), the difference between the stress distribution of both models wasn’t significant. With the application of a 800N load in the internal surface of the buccal cusp at a 45-degree angle incidence, the difference between the stress distribution of both models was significant, with a higher stress accumulation in the model without the deep margin elevation technique. Conclusions: When high eccentric forces are applied to teeth with subgingival margins restored with an all-ceramic onlays, the deep margin elevation technique seems biomechanically beneficial. Objectivos: Comparar, por meio da análise de elementos finitos (FEA), dois tipos de abordagens na restauração de cavidades com margens infragengivais na região posterior, uma com utilização da técnica de elevação da margem e outra em que esta técnica não foi utilizada, com o objetivo de avaliar a distribuição das cargas oclusais e identificar os pontos de fulcro que podem causar a falha prematura no resultado restaurador. Materiais e métodos: Um modelo 3D do primeiro pré-molar superior foi modelado e utilizado. A preparação consistiu em cavidades MOD com margens subgengivais. A técnica de elevação da margem foi aplicada num dos modelos e não foi aplicada no outro. Ambos os modelos foram restaurados com um onlay cerâmico. Cargas crescentes de 250N (baixa), 500N (máxima) e 800N (excessiva) foram aplicadas em locais diferentes, em momentos diferentes. Primeiro, as cargas foram aplicadas na vertente interna da cúspide vestibular, com uma incidência de 45 graus relativamente ao longo eixo do dente (força excêntrica). Em segundo lugar, as cargas oclusais crescentes foram aplicadas no centro da superfície oclusal, a uma incidência de 11 graus relativamente ao longo eixo do dente (força concêntrica). O objeto usado para a aplicação de carga foi uma esfera de aço inoxidável (6 mm de diâmetro). As respectivas distribuições de stress no onlay e na interface foram analisadas utilizando modelos 3D. Resultados: A distribuição de stress foi praticamente a mesma no modelo onde foi aplicada a técnica de elevação da margem e no modelo em que não foi aplicada a técnica de elevação da margem, com cargas de 200N, 500N e 800N no centro da superfície oclusal, com uma incidência de 11 graus (força concêntrica). Quando for aplicada uma carga de 200N e 500N na vertente interna da cúspide vestibular com uma incidência de 45 graus (força excêntrica), a diferença entre a distribuição de stress de ambos os modelos não foi significativa. Com a aplicação de uma carga de 800N na vertente interna da cúspide vestibular, com uma incidência de 45 graus, a diferença entre a distribuição de stress de ambos os modelos foi significativa, sendo a acumulação de stress maior no modelo em que não se aplicou a técnica de elevação da margem. Conclusions: Quando são aplicadas elevadas forças excêntricas a dentes com margens subgengivais restaurados com onlays cerâmicos, a aplicação da técnica de elevação da margem parece ser benéfica em termos biomecânicos.