Bibliografie
Maßgefertigte subperiostale Implantate: Eine Finite-Elemente-Analyse von Monoblock- und Dualimplantat-Systemen im atrophischen Oberkiefer
Full text links: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37928878/
Maßgefertigte subperiostale Implantate: Eine Finite-Elemente-Analyse von Monoblock- und Dualimplantat-Systemen im atrophischen Oberkiefer
1. Bibliografische Referenz
- Titel der Studie: Maßgefertigte subperiostale Implantate: Eine Finite-Elemente-Analyse von Monoblock- und Dualimplantat-Systemen im atrophischen Oberkiefer
- Autoren: Mustafa Ayhan, Abdulkadir Burak Cankaya
- Zeitschrift: International Journal of Medical Sciences
- Erscheinungsjahr: 2023
- Band: 20(13)
- Seiten: 1755–1762
- DOI: 10.7150/ijms.89411
2. Wissenschaftlicher Hintergrund
Die implantologische Rehabilitation stark atrophierter Oberkiefer zählt weiterhin zu den größten Herausforderungen der modernen Implantologie. Für die Insertion konventioneller enossaler Implantate ist ein ausreichendes Knochenangebot erforderlich, das bei Patienten mit fortgeschrittener Kieferatrophie häufig nicht mehr vorhanden ist.
Zur Wiederherstellung des Knochenvolumens werden häufig autologe Knochenaugmentationen oder Beckenkammtransplantationen eingesetzt. Diese Verfahren sind jedoch mit einer erhöhten Morbidität, längeren Behandlungszeiten und zusätzlichen chirurgischen Eingriffen verbunden.
Dank der Fortschritte in der digitalen Bildgebung, CAD/CAM-Technologie und additiven Fertigung erleben patientenspezifische subperiostale Implantate derzeit eine Renaissance. Diese individuell konstruierten Implantatsysteme werden exakt an die verbleibende Knochenanatomie angepasst und stellen eine potenzielle Alternative für Patienten dar, bei denen konventionelle Implantatkonzepte nicht realisierbar sind.
3. Zielsetzung der Studie
Ziel der Untersuchung war die biomechanische Analyse und der Vergleich zweier individuell gefertigter subperiostaler Implantatkonzepte für den stark atrophierten Oberkiefer:
- eines Monoblock-Implantats, das den gesamten Oberkiefer umfasst;
- eines Dualimplantat-Systems, bestehend aus zwei voneinander unabhängigen, spiegelbildlichen Implantaten für die rechte und linke Oberkieferhälfte.
Mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) wurden untersucht:
- die Spannungsverteilung innerhalb der Implantatstruktur;
- die auf den Knochen übertragenen Restspannungen;
- die Implantatverlagerung unter funktioneller Belastung;
- die Spannungen im Bereich der prothetischen Abutments.
Darüber hinaus wurde der Einfluss der Implantatdicke sowie des Schraubendurchmessers auf das mechanische Verhalten analysiert.
4. Material und Methoden
Studiendesign
Es handelt sich um eine präklinische experimentelle Studie auf Grundlage einer dreidimensionalen Finite-Elemente-Simulation.
Patientenauswahl
Zwischen 2018 und 2021 wurden 49 Patienten untersucht, bei denen aufgrund unzureichenden Knochenangebots keine konventionelle Implantatversorgung möglich war.
Ausgeschlossen wurden Patienten mit:
- unkontrollierten systemischen Erkrankungen;
- Bisphosphonattherapie;
- Lippen-Kiefer-Gaumenspalten in der Vorgeschichte;
- aktivem Tabakkonsum.
Nach Anwendung dieser Kriterien wurden 11 Patienten in die digitale Modellierung einbezogen. Alle Patienten waren älter als 60 Jahre.
Entwicklung der Modelle
Die CT-Datensätze der 11 Patienten wurden mithilfe der Software 3D Slicer verarbeitet, um ein durchschnittliches anatomisches Modell eines stark atrophierten Oberkiefers zu erstellen.
Anschließend wurden zwei Implantatdesigns entwickelt:
- ein Monoblock-System;
- ein Dualimplantat-System mit zwei unabhängigen Strukturen.
Insgesamt wurden acht Implantatvarianten erstellt:
- Materialstärken von 1,0 mm und 1,5 mm;
- Schraubendurchmesser von 1,5 mm und 2,0 mm.
Als Implantatmaterial wurde die Titanlegierung Ti-6Al-4V verwendet.
Belastungsbedingungen
Zur Simulation physiologischer Kaukräfte wurden folgende Belastungen angewendet:
- 150 N vertikal auf beiden posterioren Bereichen;
- 50 N vertikal im Frontzahnbereich.
Die Implantate wurden über sieben Fixationspunkte mit dem Oberkiefer verbunden.
Die Spannungsberechnung erfolgte anhand:
- des Von-Mises-Kriteriums für die Implantatstruktur;
- der Piola-Kirchhoff-Spannungstensoren für die Knochenanalyse.
Zusätzlich wurden die maximalen Implantatverschiebungen sowie die Belastungen der Abutments bestimmt.
5. Hauptergebnisse
Spannungen innerhalb der Implantate
Alle gemessenen Spannungswerte lagen deutlich unterhalb der Streckgrenze der verwendeten Titanlegierung.
Bei den Monoblock-Implantaten wurden folgende Von-Mises-Spannungen gemessen:
- Maximum: 206 MPa (Modell M5);
- Minimum: 131 MPa (Modell M2).
Bei den Dualimplantaten lagen die Werte zwischen:
- 178 MPa (Modell M7);
- 124 MPa (Modell M4).
Insgesamt erzeugten die Dualimplantat-Systeme geringere interne Spannungen als die Monoblock-Konstruktionen.
Lokalisierung der Spannungen
Die höchsten Spannungen traten bei allen Implantatdesigns im Bereich der zygomatischen Ausläufer auf.
Dies verdeutlicht die biomechanische Bedeutung der lateralen Verankerungszonen für die Kraftübertragung.
Restspannungen im Oberkieferknochen
Die höchsten Restspannungen wurden beim Modell M6 festgestellt.
Die niedrigsten Werte wurden bei den Modellen M1 und M3 mit etwa 12 MPa gemessen.
Im Gegensatz zu den Implantatspannungen führten dünnwandige Monoblock-Implantate zu einer gleichmäßigeren Lastverteilung auf den Knochen und somit zu geringeren Restspannungen im Oberkiefer.
Größere Schraubendurchmesser und dickere Implantatstrukturen erhöhten hingegen die auf den Knochen übertragenen Belastungen.
Implantatbewegung
Die maximale Verlagerung der Implantate blieb unter:
0,21 mm
Die größten Bewegungen wurden in den posterioren Regionen beobachtet.
Monoblock-Implantate zeigten tendenziell höhere Verlagerungen als Dualimplantate.
Implantate mit einer Dicke von 1,0 mm wiesen etwas höhere Verschiebungen auf als 1,5-mm-Modelle, wobei die Unterschiede klinisch gering waren.
Spannungen an den Abutments
Die Belastungen im Bereich der prothetischen Abutments lagen zwischen:
- 15,7 MPa;
- 18,1 MPa.
Diese Werte lagen deutlich unterhalb der mechanischen Belastungsgrenzen des verwendeten Materials und deuten auf ein geringes Risiko mechanischer Komplikationen hin.
6. Klinische Analyse
Die Untersuchung zeigt deutliche biomechanische Unterschiede zwischen beiden Implantatkonzepten.
Dualimplantate reduzierten die internen Spannungen innerhalb der Implantatstruktur und könnten dadurch langfristig eine höhere mechanische Stabilität aufweisen.
Monoblock-Implantate ermöglichten dagegen eine homogenere Kraftverteilung auf den Oberkieferknochen und reduzierten lokale Belastungsspitzen.
Die Autoren vermuten, dass die größere Verformbarkeit der Monoblock-Systeme zu einer besseren Absorption funktioneller Kaukräfte beiträgt und insbesondere bei Sofortbelastung von Vorteil sein könnte.
Darüber hinaus zeigte die Studie, dass die Wahl und Positionierung der Fixationsschrauben einen größeren Einfluss auf die Knochenbelastung haben könnte als das eigentliche Implantatdesign.
7. Klinische Anwendungen
Die Ergebnisse sind insbesondere relevant für:
- stark atrophierte Oberkiefer;
- vollständig zahnlose Patienten mit unzureichendem Knochenangebot;
- Patienten, die keine Knochenaugmentation wünschen oder dafür nicht geeignet sind;
- digitale CAD/CAM-gestützte Vollbogenrehabilitationen;
- Sofortbelastungskonzepte;
- individuell gefertigte subperiostale Implantatlösungen.
Die Studie unterstützt den Einsatz maßgeschneiderter subperiostaler Implantate als mögliche Alternative zu umfangreichen augmentativen Verfahren.
8. Evidenzniveau, Limitationen und Transparenz
Diese Arbeit stellt eine präklinische biomechanische Untersuchung auf Basis numerischer Simulationen dar.
Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:
- fehlende prospektive klinische Validierung;
- Verwendung statischer Belastungsmodelle;
- keine Berücksichtigung biologischer Knochenumbauprozesse;
- vereinfachte Annahmen bezüglich der Knochen-Implantat-Interaktion;
- begrenzte Patientenzahl zur Erstellung des Referenzmodells.
Die Autoren geben an, keine Interessenkonflikte zu haben.
9. Kernaussagen der Studie
- Studientyp: Finite-Elemente-Analyse (FEA)
- Evidenzniveau: Präklinische biomechanische Studie
- Anzahl der Patienten: 11
- Indikation: Schwere Oberkieferatrophie
- Implantattypen: Monoblock- und Dualimplantat-Systeme
- Material: Titanlegierung Ti-6Al-4V
- Belastung: 50 N anterior, 150 N posterior
- Maximale Von-Mises-Spannung: 206 MPa
- Maximale Implantatverlagerung: < 0,21 mm
- Niedrigste Knochenrestspannung: 12 MPa
- Hauptergebnis: Dualimplantate reduzieren Implantatspannungen, während Monoblock-Implantate die Kräfte gleichmäßiger auf den Knochen übertragen.
10. Wissenschaftliche Bedeutung
Die Studie liefert wichtige biomechanische Erkenntnisse zur Anwendung patientenspezifischer subperiostaler Implantate bei schwerer Oberkieferatrophie.
Besonders hervorzuheben ist der Vergleich zweier unterschiedlicher Implantatkonzepte sowie die Analyse des Einflusses von Implantatdicke und Schraubendimension auf die Spannungsverteilung.
Die Ergebnisse tragen dazu bei, zukünftige Implantatdesigns zu optimieren und die Planung komplexer implantologischer Rehabilitationen zu verbessern.
11. Redaktionelle Schlussfolgerung
Die vorliegende Finite-Elemente-Analyse zeigt, dass individuell gefertigte subperiostale Implantate eine biomechanisch tragfähige Lösung für die Versorgung stark atrophierter Oberkiefer darstellen. Dualimplantat-Systeme weisen geringere interne Spannungen und niedrigere Verlagerungswerte auf, während Monoblock-Konstruktionen eine gleichmäßigere Kraftverteilung auf den umgebenden Knochen ermöglichen. Beide Konzepte bieten spezifische biomechanische Vorteile, deren klinische Relevanz jedoch durch langfristige prospektive Studien weiter untersucht werden muss.
