Bibliografie
Finite-Elemente-Analyse von subperiostalen Implantaten bei Zahnlosigkeit – auf der Grundlage des MaI Implant® von Integra Implants®
Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38068210/
Finite-Elemente-Analyse von subperiostalen Implantaten bei Zahnlosigkeit – auf der Grundlage des MaI Implant® von Integra Implants®
1. Wissenschaftliche Referenz
- Titel der Studie: Finite-Elemente-Analyse von subperiostalen Implantaten bei Zahnlosigkeit – auf der Grundlage des MaI Implant® von Integra Implants®
- Autoren: Rafal Zielinski, Jerzy Sowinski, Martyna Piechaczek, Jakub Okulski, Marcin Kozakiewicz
- Wissenschaftliche Zeitschrift: Materials
- Erscheinungsjahr: 2023
- DOI: 10.3390/ma16237466
2. Wissenschaftlicher Hintergrund
Die implantatgetragene Rehabilitation vollständig zahnloser Patienten mit schwerer Oberkieferatrophie bleibt eine komplexe klinische Situation. Bei Patienten der Klassen Cawood und Howell V oder VI ist das verbleibende Knochenvolumen häufig unzureichend, um konventionelle enossale Zahnimplantate ohne vorherige Knochenaugmentationsverfahren zu inserieren. Autologe Knochentransplantate, insbesondere aus dem Beckenkamm oder dem Schädeldach, gelten weiterhin als Referenzlösungen, erfordern jedoch ein zusätzliches Operationsgebiet und sind mit entsprechender Morbidität verbunden.
Jochbeinimplantate stellen eine weitere therapeutische Option dar, sind jedoch mit verschiedenen potenziellen Komplikationen verbunden, die in der Literatur beschrieben wurden. In diesem Zusammenhang erfahren individuell angefertigte subperiostale Implantate, die mithilfe digitaler CAD/CAM-Workflows und metallischer 3D-Druckverfahren hergestellt werden, ein erneutes Interesse. Die MaI Implants® (Maxilla/Mandible Personalized Implants) stellen eine dieser technologischen Entwicklungen dar und sollen eine festsitzende Rehabilitation bei Patienten mit fortgeschrittener Knochenresorption ermöglichen.
3. Ziel der Studie
Ziel dieser Studie war es, das mechanische Verhalten individuell angefertigter MaI Implants® unter Bedingungen zu bewerten, die die reale orale Umgebung mittels Finite-Elemente-Analyse (Finite Element Analysis, FEA) simulieren.
Die Autoren wollten den Einfluss verschiedener mechanischer Parameter, insbesondere der Intensität und Ausrichtung der aufgebrachten Belastungen, auf die innerhalb des Implantats erzeugten Verschiebungen, Verformungen und Spannungen bestimmen. Die von den Forschern formulierte Nullhypothese lautete, dass MaI Implants® für die Rehabilitation von Patienten mit schwerer Oberkieferatrophie nicht geeignet seien.
4. Methodik
Diese Untersuchung entspricht einer präklinischen Studie der numerischen Modellierung unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode.
Es wurden zwei Konfigurationen untersucht:
- ein individuelles subperiostales Implantat;
- ein vollständiger Zahnbogen, bestehend aus zwei subperiostalen Implantaten, die durch einen Steg verbunden sind.
Die Simulationen wurden mit der Software ANSYS Workbench 19.4 durchgeführt. Die Implantate wurden aus einer Ti-6Al-4V Grade 5-Legierung modelliert, die eine Streckgrenze von 1092 MPa aufweist.
Die Forscher applizierten Belastungen von:
- 100 N;
- 800 N.
Die Belastungen wurden unter verschiedenen Winkeln getestet (90°, 60° und 30°, je nach durchgeführter Analyse). Die bewerteten Parameter umfassten:
- Verschiebungen;
- Verformungen;
- Von-Mises-Spannungen;
- den Einfluss von Verankerungspunkten und der Implantatstabilisierung.
5. Hauptergebnisse
Die Erhöhung der aufgebrachten Belastung führte in allen untersuchten Modellen zu einem systematischen Anstieg der Verschiebungen. Beim Übergang von einer Belastung von 100 N auf 800 N nahmen die Verschiebungen in den verschiedenen Implantatkomponenten deutlich zu.
Die Ausrichtung der Belastung erwies sich als besonders entscheidend. Wenn sich der Belastungswinkel von 90° auf 30° änderte, stieg der durchschnittliche Verschiebungswert auf Höhe der Multi-Units beim individuellen Implantatmodell um 576 % an.
Die Autoren berichten außerdem, dass die an den Multi-Units gemessenen Spannungen je nach simulierten Bedingungen zwischen 23,7 MPa und 268,5 MPa lagen. Diese Werte blieben unterhalb der Streckgrenze des verwendeten Materials.
Die Studie zeigt schließlich, dass das Fehlen einer angemessenen Stabilisierung den größten Einfluss auf die beobachteten Verschiebungen hat, wobei Positionsänderungen im Vergleich zur Ausgangssituation signifikant werden können.
6. Klinische Analyse
Diese Studie liefert nützliche Informationen über das biomechanische Verhalten individuell angefertigter subperiostaler Implantate für zahnlose Patienten mit schwerer Knochenatrophie.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse liegt im dominierenden Einfluss schräger Belastungen. Die Ergebnisse legen nahe, dass nichtaxiale Belastungen deutlich größere Verschiebungen erzeugen als vertikale Belastungen. Diese Beobachtung steht im Einklang mit allgemein anerkannten biomechanischen Prinzipien der Implantologie, wonach laterale Kraftkomponenten für Implantatsysteme schädlicher sind als Kräfte, die entlang der Hauptbelastungsachse wirken.
Die Studie verdeutlicht außerdem die Bedeutung der Primärstabilität, die durch Verankerungsschrauben erreicht wird. Im Zusammenhang mit individuell angefertigten subperiostalen Implantaten hängt die Spannungsverteilung stark von der Gestaltung des Implantatrahmens und seinen knöchernen Verankerungsbereichen ab.
Aus klinischer Sicht sind diese Daten besonders relevant für die digitale Planung individueller Implantate bei Patienten mit stark resorbierten Oberkiefern. Sie legen nahe, dass das Implantatdesign und die Qualität seiner Verankerung ebenso wichtig sein könnten wie die intrinsischen Eigenschaften des verwendeten Materials.
Es ist jedoch zu beachten, dass die Ergebnisse aus einer numerischen Simulation stammen und nicht alle biologischen Phänomene widerspiegeln, die in vivo beobachtet werden, insbesondere Knochenremodellierung, Gewebereaktionen oder wiederholte dynamische Belastungen im Zusammenhang mit der täglichen Mastikation.
7. Klinische Anwendungen
Die Ergebnisse dieser Studie können in mehreren Bereichen der fortgeschrittenen Implantologie von Interesse sein:
- implantatgetragene Rehabilitation vollständig zahnloser Patienten;
- Behandlung schwerer Oberkieferatrophie (Cawood und Howell V–VI);
- digitale Planung individuell angefertigter subperiostaler Implantate;
- CAD/CAM-Design maßgeschneiderter maxillofazialer Implantate;
- Optimierung von Schraubenverankerungssystemen;
- Entwicklung implantatchirurgischer Protokolle unter Einsatz digitaler Technologien.
Die Daten können zudem dazu beitragen, das mechanische Design zukünftiger subperiostaler Implantate aus metallischem 3D-Druck zu verbessern.
8. Evidenzniveau, Limitationen und Transparenz
Diese Studie entspricht einer präklinischen numerischen Simulationsstudie unter Verwendung der Finite-Elemente-Analyse.
Das Evidenzniveau bleibt begrenzt, da keine prospektiven klinischen Daten oder Patienten-Nachbeobachtungen in die Analyse einbezogen wurden. Die Ergebnisse spiegeln das theoretische Verhalten des Systems in einer virtuellen Umgebung wider und nicht dessen tatsächliches klinisches Verhalten.
Zu den identifizierbaren Limitationen gehören:
- fehlende direkte klinische Validierung;
- fehlende Daten zum Implantatüberleben;
- fehlende Bewertung biologischer Komplikationen;
- den numerischen Modellen inhärente Vereinfachungen;
- standardisierte Belastungsbedingungen, die nicht die gesamte Komplexität realer Kaukräfte reproduzieren.
In den bereitgestellten Auszügen wird kein spezifischer Interessenkonflikt erwähnt. Diese Information wird in den verfügbaren Unterlagen nicht näher erläutert.
9. Kernaussagen der Studie
- Studientyp: Finite-Elemente-Analyse (FEA)
- Evidenzniveau: Präklinisch-experimentell
- Population oder Anzahl analysierter Studien: Nicht anwendbar
- Anzahl der Patienten oder Implantate: Zwei numerische Modelle untersucht
- Nachbeobachtungsdauer: Nicht anwendbar
- Primärer Bewertungsparameter: Verschiebungen, Verformungen und mechanische Spannungen
- Untersuchtes Material: Ti-6Al-4V Grade 5
- Hauptergebnis: Schräge Belastungen erhöhen die Implantatverschiebungen erheblich
- Wissenschaftliche Schlussfolgerung: Die Stabilität der Verankerung beeinflusst das mechanische Verhalten des Systems maßgeblich
- Mögliche Limitationen: Numerische Modellierung ohne klinische Validierung
10. Wissenschaftliche Bedeutung
Diese Veröffentlichung trägt zur Literatur über individuell angefertigte subperiostale Implantate bei, einem Bereich, der sich dank der Fortschritte in der 3D-Bildgebung, der digitalen Planung und der additiven Fertigung stark entwickelt.
Im Gegensatz zu mehreren früheren Arbeiten, die sich auf vereinfachte Modelle oder begrenzte anatomische Regionen konzentrierten, analysiert diese Studie ein vollständiges System für die Rehabilitation von Patienten mit schwerer Oberkieferatrophie. Dadurch liefert sie ergänzende Daten zum gesamten mechanischen Verhalten der MaI Implants®.
Die Ergebnisse stärken die Annahme, dass die Leistungsfähigkeit dieser Systeme nicht nur vom verwendeten Material abhängt, sondern auch von der Implantatgeometrie, der Qualität der knöchernen Verankerung und der Ausrichtung funktioneller Belastungen.
Diese Studie stellt somit einen nützlichen Beitrag zur zukünftigen Optimierung individuell angefertigter subperiostaler Implantate dar und unterstreicht zugleich die Notwendigkeit klinischer Studien zur Bestätigung der durch numerische Simulation gewonnenen Beobachtungen.
11. Redaktionelle Schlussfolgerung
Diese biomechanische Analyse der MaI Implants® hebt die Bedeutung der Implantatstabilisierung und der Ausrichtung der einwirkenden Kräfte für das mechanische Verhalten individuell angefertigter subperiostaler Implantate hervor. Die mittels Finite-Elemente-Analyse erzielten Ergebnisse legen nahe, dass diese Systeme erheblichen Belastungen standhalten können und dabei innerhalb der mechanischen Grenzen des untersuchten Materials bleiben. Dennoch müssen diese Schlussfolgerungen, wie bei jeder numerischen Modellierungsstudie, mit Vorsicht interpretiert und als vorbereitender Schritt zur langfristigen klinischen Validierung dieser Lösungen für Patienten mit schwerer Knochenatrophie betrachtet werden.
