Porównanie śrub o różnych średnicach stosowanych w implantach podokostnowych z wykorzystaniem analizy metodą elementów skończonych

Abdulsamet Kundakcioglu, Betul Gedik

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39439467/

Porównanie śrub o różnych średnicach stosowanych w implantach podokostnowych z wykorzystaniem analizy metodą elementów skończonych

1. Dane bibliograficzne

• Tytuł badania: Comparison of Screws with Different Diameters in Subperiosteal Implant Application with Finite Element Analysis
• Autorzy: Abdulsamet Kundakcioglu, Betul Gedik
• Czasopismo naukowe: International Journal of Medical Sciences
• Rok publikacji: 2024
• DOI:7150/ijms.93225

2. Kontekst naukowy

Implanty podokostnowe ponownie zyskują zainteresowanie jako rozwiązanie dla pacjentów z zaawansowanym zanikiem kości szczęki lub żuchwy, u których zastosowanie klasycznych implantów śródkostnych może być utrudnione lub wymagać rozległych procedur augmentacji kości. Rozwój diagnostyki obrazowej 3D, cyfrowego planowania leczenia oraz technologii CAD/CAM umożliwił projektowanie indywidualnie dopasowanych implantów odpowiadających anatomii konkretnego pacjenta.

Jednym z istotnych elementów wpływających na powodzenie takiej konstrukcji jest sposób jej zakotwiczenia. Średnica śrub mocujących może oddziaływać na rozkład naprężeń w kości oraz na zachowanie mechaniczne całego układu implant–kość. W prezentowanym badaniu zagadnienie to oceniono przy użyciu analizy metodą elementów skończonych (Finite Element Analysis, FEA), która pozwala przewidywać właściwości biomechaniczne różnych rozwiązań konstrukcyjnych jeszcze przed ich oceną kliniczną.

3. Cel badania

Celem pracy było określenie wpływu średnicy śrub mocujących na rozkład naprężeń w kości oraz na zachowanie mechaniczne implantów podokostnowych. Autorzy porównali śruby o średnicy 1,5 mm i 2 mm, wykorzystując analizę metodą elementów skończonych, aby ustalić, która konfiguracja zapewnia korzystniejsze właściwości biomechaniczne podczas symulowanego obciążenia żucia.

4. Metodologia

Badanie ma charakter przedklinicznego badania symulacyjnego, opartego na analizie metodą elementów skończonych (FEA).

Na podstawie danych z tomografii komputerowej utworzono dwa trójwymiarowe modele czaszki w formacie STL. Następnie zaprojektowano i umieszczono na nich indywidualne implanty podokostnowe. W jednym z modeli przeanalizowano zastosowanie śrub mocujących o średnicach 1,5 mm oraz 2 mm.

W celu odtworzenia warunków funkcjonalnych zastosowano siłę żucia wynoszącą 250 N. Oceniano rozkład naprężeń w kości i implancie oraz przemieszczenie implantu pod wpływem obciążenia.

Ze względu na komputerowy charakter badania nie uczestniczyli w nim pacjenci, a informacje dotyczące liczby implantów klinicznych czy okresu obserwacji nie mają zastosowania i nie zostały podane.

5. Główne wyniki

Przeprowadzona symulacja wykazała istotne różnice biomechaniczne pomiędzy analizowanymi średnicami śrub.

Śruby o średnicy 2 mm powodowały mniejsze naprężenia resztkowe zarówno w tkance kostnej, jak i w samym implancie podokostnowym w porównaniu ze śrubami o średnicy 1,5 mm. Wynik ten wskazuje na korzystniejszy rozkład obciążeń mechanicznych w analizowanym modelu.

Jednocześnie śruby o średnicy 1,5 mm wiązały się z mniejszym przemieszczeniem implantu podczas działania symulowanej siły żucia.

Uwzględniając wszystkie analizowane parametry, autorzy uznali, że śruby o średnicy 2 mm zapewniają bardziej korzystne właściwości biomechaniczne. Jednocześnie podkreślili, że badanie stanowi jedynie wstępny etap oceny tej metody leczenia i nie może być traktowane jako potwierdzenie jej skuteczności klinicznej.

6. Analiza kliniczna

Przedstawione wyniki dostarczają przede wszystkim informacji dotyczących biomechaniki implantów podokostnowych, a nie ich skuteczności klinicznej. Badanie pokazuje jednak, że dobór średnicy śrub mocujących może wpływać na sposób przenoszenia obciążeń pomiędzy implantem a kością.

Zmniejszenie naprężeń uzyskane przy zastosowaniu śrub o średnicy 2 mm może wskazywać na bardziej równomierny rozkład sił, co z biomechanicznego punktu widzenia jest zjawiskiem pożądanym podczas projektowania indywidualnych konstrukcji implantologicznych. Z drugiej strony mniejsze przemieszczenie implantu obserwowane przy śrubach 1,5 mm pokazuje, że ocena stabilności konstrukcji wymaga jednoczesnego uwzględnienia wielu parametrów mechanicznych.

Dla implantologów i chirurgów stomatologicznych badanie podkreśla znaczenie cyfrowego modelowania oraz analiz numerycznych w procesie projektowania implantów podokostnowych przeznaczonych dla pacjentów z rozległym zanikiem kości.

Należy jednak pamiętać, że symulacja komputerowa nie odzwierciedla procesów biologicznych, takich jak gojenie, przebudowa kości, osteointegracja czy indywidualna zmienność pacjentów. Z tego względu uzyskane wyniki powinny być traktowane jako dane biomechaniczne wymagające dalszej weryfikacji klinicznej.

7. Zastosowania kliniczne

Wyniki badania mogą znaleźć zastosowanie podczas projektowania indywidualnych implantów podokostnowych tworzonych z wykorzystaniem cyfrowego planowania leczenia, tomografii komputerowej oraz technologii CAD/CAM.

Praca może być szczególnie interesująca dla zespołów zajmujących się rehabilitacją implantologiczną pacjentów z zaawansowanym zanikiem kości szczęki lub żuchwy, u których klasyczne leczenie implantologiczne jest ograniczone.

Na podstawie dostępnych danych nie można jednak rekomendować określonej średnicy śrub do rutynowego stosowania klinicznego. Potwierdzenie obserwowanych zależności wymaga badań eksperymentalnych oraz badań klinicznych.

8. Poziom dowodów, ograniczenia i przejrzystość

Publikacja stanowi przedkliniczne badanie biomechaniczne z wykorzystaniem analizy metodą elementów skończonych, a zatem reprezentuje ograniczony poziom dowodów klinicznych.

Wnioski opierają się wyłącznie na symulacjach komputerowych i nie pozwalają ocenić osteointegracji, przeżywalności implantów, częstości powikłań ani długoterminowych efektów leczenia.

Autorzy sami zaznaczają, że badanie jest jedynie pierwszym etapem oceny tej metody terapeutycznej.

Dodatkowe ograniczenia metodologiczne nie zostały opisane w dostępnych materiałach.

W udostępnionym streszczeniu nie wspomniano również o konfliktach interesów ani o powiązaniach autorów z producentami implantów.

9. Najważniejsze informacje o badaniu

• Rodzaj badania: Przedkliniczne badanie z wykorzystaniem analizy metodą elementów skończonych.
• Poziom dowodów: Badanie biomechaniczne oparte na modelowaniu komputerowym.
• Analizowane modele: Dwa trójwymiarowe modele czaszki.
• Liczba pacjentów lub implantów: Nie podano w dostępnych materiałach.
• Okres obserwacji: Nie dotyczy.
• Główny oceniany parametr: Naprężenia w kości i implancie oraz przemieszczenie implantu w zależności od średnicy śrub.
• Najważniejszy wynik: Śruby o średnicy 2 mm zmniejszały naprężenia w kości i implancie w porównaniu ze śrubami 1,5 mm, natomiast mniejsze śruby powodowały mniejsze przemieszczenie implantu.
• Wniosek naukowy: W analizowanym modelu śruby o średnicy 2 mm wykazały korzystniejsze właściwości biomechaniczne.
• Ograniczenia: Badanie oparte wyłącznie na symulacji komputerowej, bez walidacji klinicznej; dodatkowe ograniczenia nie zostały opisane.

10. Znaczenie naukowe

Badanie wnosi nowe informacje dotyczące biomechaniki indywidualnych implantów podokostnowych i pokazuje, że średnica śrub mocujących może wpływać na rozkład naprężeń w obrębie układu implant–kość.

Praca podkreśla również wartość analizy metodą elementów skończonych jako narzędzia wspomagającego projektowanie implantów przed ich wykonaniem i zastosowaniem klinicznym. Dzięki takim symulacjom możliwe jest porównanie różnych rozwiązań konstrukcyjnych w kontrolowanych warunkach oraz identyfikacja potencjalnych korzyści biomechanicznych.

Choć badanie nie dostarcza dowodów klinicznych przemawiających za wyborem konkretnej średnicy śrub, stanowi istotną podstawę do dalszych badań eksperymentalnych oraz klinicznych nad implantami podokostnowymi i ich systemami mocowania.

11. Wnioski redakcyjne

To przedkliniczne badanie potwierdza przydatność analizy metodą elementów skończonych w ocenie właściwości biomechanicznych indywidualnych implantów podokostnowych. W zastosowanym modelu komputerowym śruby o średnicy 2 mm zapewniały korzystniejszy rozkład naprężeń niż śruby 1,5 mm, choć mniejsze śruby wykazywały mniejsze przemieszczenie implantu. Wyniki stanowią wartościowy wkład w rozwój projektowania implantów, jednak wymagają potwierdzenia w badaniach eksperymentalnych i klinicznych przed ich wykorzystaniem w codziennej praktyce implantologicznej.