SPI® System Implant/ Abutment Connection Start with a Solid Connection
SPI® System Implant/ Abutment Connection Start with a Solid Connection The implant/abutment connection lies
The requirements for an optimal
ment collar on the implant platform.
at the heart of any implant system. At
implant/abutment connection can be
This carries the bulk of non-axial forces
the present time there are more than
summarized as follows:
and gives optimal mechanical stability
twenty different implant/abutment connections on the market, some of which meet the various requirements better than others. This paper presents an overview of how divergent requirements for an implant/abutment connection can be combined to
to the implant/abutment connection. · Minimum platform height for optimal prosthetic flexibility
Further, the reinforcement collar helps to isolate the abutment screw from
· Accurate transfer of the implant position to the master model
lateral forces which could otherwise contribute to screw loosening.
· Precise rotational orientation for single-tooth restorations
provide a superior esthetic solution
· Maximum mechanical stability
Fig. 1: SPI®System implant/abutment
without compromising long term
· Optimal fatigue resistance
connection:
reliability.
· Minimized microgap
1 Reinforcement collar
· Overload protection
· optimal mechanical stability · focused compression for minimal
The SPI®System implant/abutment
microgap
connection was developed more than
2 Internal hexagon
twenty years ago and has proved itself
· minimal height for prosthetic flexibility
decisively in the meantime. The implant/
· rotational stability for single tooth im-
abutment connection of the SPI System ®
plant restorations
was one of the first to have an internal
· accurate impression transfer
hexagon. Internal connections have a
3 FEM-optimised wall dimensions
great advantage over external connec-
· optimal fatigue resistance
tions in that they allow a longer engaging surface while reducing the platform height of the implant, which allows more flexibility in designing the emergence profile of the final restoration. The internal hexagon of the SPI®System is manufactured with the
1
highest precision and allows an extremely accurate transfer of the implant
2
position to the master model, which in
3
turn ensures a perfect fit for the prosthesis. The internal hexagon also provides precise rotational orientation and stability for single-tooth implant restorations thanks to the large, indexed contact surfaces 1 . A unique feature of the SPI®System implant/ abutment connection is the reinforce-
Finally, the reinforcement collar
tested until the ideal distribution of
focuses the contact area between the
stress – and hence strength – is
implant and abutment, so that there
obtained.
is higher surface compression in the critical perimeter area of the connection with comparatively modest torque used on the abutment screw. This minimizes the microgap between the implant and abutment which in turn reduces the occurrence of bacterial contamination 2 . In determining the design of an internal connection, particular attention has to be paid to the strength of the implant walls: they must be able to withstand significant torque loads placed on the connection during surgical insertion as well as strong occlusal forces without fear of deformation or fracture. For this reason, the dimensions of the SPI®System implant/abutment connection were calculated and optimized using the finite element method, and thoroughly tested on our in-house hydropulser equipment to ensure optimal strength and fatigue resistance. All SPI®System components are subjected to strict testing in accordance with ISO 14801. This dictates dynamic strength testing parameters of 2 million loading cycles at a frequency of 2 Hz in a saline solution with a temperature of 37º C (to replicate the oral cavity). In the FEM images below, the color scale indicates the level of stress – with blue the lowest and red the highest. During the design optimization process, modifications are made and
Fig. 2: Design optimization with FEM analysis
Fatigue testing (ISO 14801) F
Fig. 3: F
30º
Test set-up for implants and prosthe-
5 mm
tic parts according to ISO 14801
Load rod 11
m
m
8m
m
3m
m
Bone resorption
Simulated crown Gold coping Abutment
Simulated crown 10 mm
Gold coping Abutment Normal bone level (no bone resorption)
Implant
Implant PMMA Specimen holder
PMMA Specimen holder
Load F [N]
Test conditions Frequency 2 Hz Run outs 2•106 cycles Environment 0.9 % NaCI/37º C
13
Runout Load
33
Load F [N]
Runout 2 2 106 Cycles
Fig. 4: In house laboratory for fatigue testing
The SPI® abutment screw The abutment screw plays a central role for the mechanical strength and optimal fatigue resistance of the SPI®System implant/abutment connection. To begin, let us summarize the requirements of an ideal abutment screw: · Minimal head diameter · No loosening · Optimal fatigue resistance · Overload protection
Fig. 6: Wheel of a car with the same
· Excellent pick-up and carrying ability
concept of a conical screw seat
The abutment screw of the SPI®System
change in the abutment screw’s tighte-
has a small screw head – with a diameter
ning torque could be observed.
of 1.6 mm respectively 1.9 mm compa-
1
2
3
red with more typical diameters of
The abutment screw utilizes a proven
2.2 mm to 2.6 mm. The small screw
reduced-diameter shaft (anti-fatigue
head is possible because it does not
shaft) 6 , a common component in engi-
need to withstand the higher clamping
neering that is used in the design of
forces which other designs may require
connections that are subject to strong
(typically 35 Ncm) and it is protected
dynamic loads 7 . An anti-fatigue shaft
from non-axial loads by the reinforce-
screw differs from a normal screw in
ment collar discussed previously. The
that the shaft is subject to deformation
small screw head allows SPI®System
when exposed to tension and acts like
abutments to be produced with a nar-
a spring. Tightening the abutment
rower screw channel and thicker walls.
screw imparts a calculated amount of
This in turn gives the dental technician
tension (“pre-load”) on the shaft which
more freedom for prosthetic design and
compresses the abutment onto the
fabrication for a strong and esthetic result.
implant to generate a stable connection. The appropriate pre-load of the
One typical complication of implant/
abutment screw is attained by the
abutment connections is that the
application of the correct tightening
screw may loosen 3 ,4. This is caused by
torque. With the SPI®System, for the
non-axial forces that may lead to rela-
reasons described above, the required
tive motions between screw head and
torque is lower than that used with
abutment 5 . The abutment screw of the
many implant systems available. It is
Fig. 5:
SPI®System has a conical screw seat
important not to exceed the specified
1 Small screw head narrow screw
(conical angle of 60°) that precludes
torque, because this places excessive
such relative lateral motions and mini-
pre-load on the shaft and actually pre-
2 Conical screw seat
mizes the risk of the screw becoming
vents it from functioning properly.
to prevent loosening of the screw
loose. The same concept has been
3 Reduced diameter shaft
used for decades in the car industry to
In addition to its physical design,
keep wheel lug nuts tight. Tests on the
optimal fatigue properties of the
4 Pre-designed breakage point
hydropulser equipment have shown
SPI®System abutment screw are
for overload protection
that after 2 million load cycles no
ensured by the use of a high-strength
channel/better esthetics
for optimal fatigue resistance
titanium alloy. The selected titanium
· Minimum platform height and head
alloy has excellent biocompatibility and
diameter for optimal prosthetic
is widely used in orthopedic devices 8,9.
flexibility and excellent esthetic results.
The SPI®System abutment screw also
· Tight tolerances and precise
serves as the pre-designed breakage
production methods ensure an
point for the implant/abutment con-
extremely accurate transfer of the
nection. This minimizes the risk of
implant position to the master model,
damaging the implant should the
which in turn ensures a perfect fit for
prosthetic be exposed to an overload, which may occur, for example during
the prosthesis. · Internal hexagon provides precise
an accident. Prosthetic components
rotational orientation and stability for
may be repaired or replaced relatively
single-tooth implant restorations
easily, but it is critical that the implant
thanks to the large, indexed contact
be protected in such an event. The optimal breakage point was determined
surfaces. · High surface compression in the
through careful FEM analysis and tho-
critical perimeter area of the
rough testing on the hydropulser
connection results in a minimal
equipment.
microgap between the implant and the abutment, which in turn reduces
Finally, convenient and safe handling is an important design requirement for an abutment screw. The SPI®System ab-
the occurrence of bacterial contamination. · Optimal mechanical stability and
utment screw satisfies this requirement
fatigue resistance thanks to a supe-
with its unique 4-lobe head design. The
rior design and durable material.
4-lobe head is specially tapered to allow easy and secure pick-up of both abutment screw sizes using a single
· Built-in protection from screw loosening with proven design techniques. · Easy and convenient handling.
screwdriver. Further, the 4-lobe head is more resistant to
With over twenty years of proven
deformation than a comparably sized
results, the SPI®System implant/abut-
hexagon.
ment connection and abutment screw is indeed a solid connection
Conclusion
on which to build a lasting, beautiful re-
The SPI®System implant/abutment
storation.
connection, combined with the SPI®System abutment screw offers an ideal balance of reliability, safety and
Zusammenfassung Im vorliegenden Artikel wird die Funktion der Implantat/Abutment Verbindung des SPI®Systems eingehend beschrieben. Die Verbindung zwischen Implantat und Abutment ist eines der wichtigsten Elemente eines Implantatsystems. Es werden verschiedene Anforderungen an die Funktion gestellt wie minimale Bauhöhe für prothetische Flexibilität, präzise Passungen, optimale Ermüdungsfestigkeit etc. Um eine bestmögliche Lösung anzubieten kommt beim SPI®System eine Innenverbindung ergänzt mit einem Führungsring zum Einsatz. Die Innenverbindung ist mit einem Sechskant zur Rotationssicherung ausgebildet und weist im Vergleich zur Aussenverbindung eine längere Führung des Abutments auf. Diese Führung ist ausschlaggebend für die Stabilität. Eine Besonderheit des SPI®Systems ist der Führungsring: Dieser schützt die Abutmentschraube vor nicht axialen Kräften und verhindert eine Schraubenlockerung. Zusätzlich wird durch den Führungsring die Auflagefläche zwischen Implantat und Abutment reduziert, wodurch bei gleichem Anzugsmoment eine höhere Flächenpressung und somit eine bestmögliche Abdichtung gegen Körperflüssigkeiten ermöglicht wird. Die SPI® Abutmentschraube hat einen kleinen Schraubenkopf, damit ein dünner Schraubenkanal ermöglicht wird. Dies ist für eine optimale ästhetische Versorgung notwendig. Die optimale Ermüdungseigenschaften der Abutmentschraube wird einerseits durch das Design einer klassischen Dehnschaftschraube, wie sie im traditionellen Maschinenbau für dynamisch hoch belastete Verbindungen verwendet wird, andererseits durch die Verwendung einer hochfesten Titanliegierung ermöglicht. Das SPI®System wurde mittels FEM Berechnungen optimiert und die Ermüdungsfestigkeit ausgiebig getestet. Dabei wurde das System so ausgelegt, dass im Falle einer Überbelastung, wie zum Beispiel bei einem Unfall, die Abutmentschraube als Sollbruchstelle agiert und somit das Implantat vor einer Beschädigung schützt.
Resumé Cet article donne une description détaillée de la fonction de la liaison implant/abutment du système SPI®. La liaison entre l’implant et l’abutment est un des éléments les plus importants d’un système d’implants. Différentes exigences sont posées à la fonction, comme la hauteur minimale de construction pour la flexibilité prothétique, des adaptations précises, une résistance à la fatigue optimale etc.
esthetics. Le système SPI® utilise une liaison intérieure associée à une bague de guidage afin d’offrir la meilleure solution possible. La liaison intérieure présente un
développement hexagonal formant la protection antirotationnelle et un plus long guidage de l’abutment, contrairement à la liaison extérieure. Ce guidage est décisif pour la stabilité. La bague de guidage est une particularité du système SPI®: elle protège la vis d’abutment des forces non axiales et empêche un desserrage de la vis. La bague de guidage réduit de plus la surface d’appui entre l’implant et l’abutment, ce qui offre une pression superficielle plus élevée avec le même couple de serrage et donc une meilleure étanchéification contre les liquides corporels. La tête de la vis d’abutment SP® est petite, ce qui permet d’obtenir un canal de vissage plus fin, nécessaire pour un soin esthétique optimal. Les caractéristiques de fatigue optimales de la vis d‘abutment sont dues d’une part à la conception d’une vis à tige allégée classique, telle qu’utilisée dans la construction mécanique traditionnelle pour des liaisons soumises à de fortes charges, et d’autre part à l’utilisation d’un alliage titane à résistance élevée. Le système SPI® a été optimisé par des calculs par éléments finis et la résistance à la fatigue a été largement testée. Le système a été conçu de sorte que la vis d‘abutment agisse en tant que point de rupture en cas de surcharge, par exemple d’un accident, et protège ainsi l’implant d’un dommage.
Zusammenfassung Italienisch Nel presente articolo viene illustrata in dettaglio la funzione della connessione impianto/abutment del sistema SPI®. La connessione tra l‘impianto e l‘abutment è uno degli elementi più importanti di un sistema d‘impianto. Vengono richiesti diversi requisiti alla funzione, come un‘altezza minimale per la flessibilità protesica, accoppiamenti precisi, resistenza ottimale alla fatica ecc. Per offrire la migliore soluzione possibile nel sistema SPI® viene impiegata una connessione interna integrata da un anello di guida. La connessione interna ha forma esagonale per assicurare la rotazione e presenta, rispetto alla connessione esterna, una guida dell‘abutment più lunga. Tale guida è determinante per la stabilità. Una particolarità del sistema SPI® è l‘anello di guida: questo protegge la vite per abutment dalle forze non assiali e impedisce un allentamento della vite. Inoltre l‘anello di guida riduce la superficie di appoggio tra impianto e abutment rendendo possibile, a parità di coppia di serraggio, una pressione superficiale più elevata e, di conseguenza, la migliore tenuta possibile contro i liquidi corporei.
La vite per abutment SPI® presenta una testa di piccole dimensioni, per ottenere un canale di avvitamento più stretto. Ciò è necessario per una ricostruzione ottimale dal punto di vista estetico. Le proprietà ideali di resistenza alla fatica della vite per abutment si devono da un lato al design di una classica vite con gambo scaricato, del tipo tradizionalmente impiegato nella costruzione di macchine per connessioni soggette ad un carico elevato dal punto di vista dinamico, dall‘altra all‘impiego di una lega di titanio estremamente resistente. Il sistema SPI® è stato ottimizzato grazie a calcoli FEM e la resistenza alla fatica è stata ampiamente testata. Il sistema è stato progettato in modo tale che, in caso di sovraccarico, come ad esempio in caso di incidente, la vite per abutment funge da punto di rottura prestabilita proteggendo l‘impianto da eventuali danni.
Resumen spanisch? En el presente artículo se describe de forma detalla la función de la unión implante/pilar del sistema SPI®. La unión entre el implante y el pilar es uno de los elementos más importantes de un sistema de implantes y debe satisfacer diferentes requisitos, como una altura de construcción mínima para permitir flexibilidad protésica, además de unos ajustes precisos, una resistencia a la fatiga óptima, etc. Para poder ofrecer la mejor solución posible, en el sistema SPI® se ha empleado una unión interior complementada con un anillo guía. Dicha unión está formada por un hexágono para bloquear la rotación y, en comparación con la unión exterior, presenta una guía del pilar más larga. Esta guía es determinante para la estabilidad. Una particularidad del sistema SPI® es el anillo guía: este elemento protege el tornillo del pilar de las fuerzas no axiales y evita que el tornillo se afloje. Además, mediante el anillo guía se reduce la superficie de apoyo entre el implante y el pilar, de modo que con un mismo apriete se permite una mayor presión superficial además del mejor sellado posible frente a los fluidos corporales. El tornillo del pilar SPI® tiene una cabeza pequeña que permite utilizar un canal más fino. Esta característica es necesaria para una rehabilitación estética óptima. Las propiedades de fatiga óptimas del tornillo del pilar se consiguen, por un lado gracias al diseño de un tornillo de dilatación clásico —como los empleados en la construcción tradicional de maquinaria para uniones dinámicamente sometidas a una elevada carga—, y, por otro mediante el uso de una aleación de titanio extraordinariamente resistente.
El sistema SPI® ha sido optimizado mediante cálculos por el método de elementos finitos y la resistencia a la fatiga ha sido ampliamente probada. En este sentido, el sistema ha sido concebido de modo que, en caso de sobrecarga, como sucede por ejemplo en un accidente, el tornillo del pilar actúe como punto de rotura nominal para proteger el implante contra los daños.
Zusammenfassung japanisch Im vorliegenden Artikel wird die Funktion der Implantat/Abutment Verbindung des SPI®Systems eingehend beschrieben. Die Verbindung zwischen Implantat und Abutment ist eines der wichtigsten Elemente eines Implantatsystems. Es werden verschiedene Anforderungen an die Funktion gestellt wie minimale Bauhöhe für prothetische Flexibilität, präzise Passungen, optimale Ermüdungsfestigkeit etc. Um eine bestmögliche Lösung anzubieten kommt beim SPI®System eine Innenverbindung ergänzt mit einem Führungsring zum Einsatz. Die Innenverbindung ist mit einem Sechskant zur Rotationssicherung ausgebildet und weist im Vergleich zur Aussenverbindung eine längere Führung des Abutments auf. Diese Führung ist ausschlaggebend für die Stabilität. Eine Besonderheit des SPI®Systems ist der Führungsring: Dieser schützt die Abutmentschraube vor nicht axialen Kräften und verhindert eine Schraubenlockerung. Zusätzlich wird durch den Führungsring die Auflagefläche zwischen Implantat und Abutment reduziert, wodurch bei gleichem Anzugsmoment eine höhere Flächenpressung und somit eine bestmögliche Abdichtung gegen Körperflüssigkeiten ermöglicht wird. Die SPI® Abutmentschraube hat einen kleinen Schraubenkopf, damit ein dünner Schraubenkanal ermöglicht wird. Dies ist für eine optimale ästhetische Versorgung notwendig. Die optimale Ermüdungseigenschaften der Abutmentschraube wird einerseits durch das Design einer klassischen Dehnschaftschraube, wie sie im traditionellen Maschinenbau für dynamisch hoch belastete Verbindungen verwendet wird, andererseits durch die Verwendung einer hochfesten Titanliegierung ermöglicht. Das SPI®System wurde mittels FEM Berechnungen optimiert und die Ermüdungsfestigkeit ausgiebig getestet. Dabei wurde das System so ausgelegt, dass im Falle einer Überbelastung, wie zum Beispiel bei einem Unfall, die Abutmentschraube als Sollbruchstelle agiert und somit das Implantat vor einer Beschädigung schützt.
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Naher Osten Star Science International GmbH Jupiterstrasse 57 | 3015 Bern | Schweiz Tel. +41 (0)31 941 07 31 Fax +41 (0)31 941 07 33
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