Patientenspezifische zweiteilige versus einteilige Titan-Subperiostimplantate bei atrophischen zahnlosen Unterkiefern: Eine Finite-Elemente-Analyse

Mariam Ahmed Roshdy, Maha Wagdy El Kerdawy, Adel Hamdy Abo El Fetouh, Mahmoud Mokhtar El Far

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40779986/

Patientenspezifische zweiteilige versus einteilige Titan-Subperiostimplantate bei atrophischen zahnlosen Unterkiefern: Eine Finite-Elemente-Analyse

1. Wissenschaftliche Referenz

• Studientitel: Two-piece versus single-piece patient-specific titanium subperiosteal implants in atrophied edentulous mandibles: A finite element analysis
• Autoren: Mariam Ahmed Roshdy, Maha Wagdy El Kerdawy, Adel Hamdy Abo El Fetouh, Mahmoud Mokhtar El Far
• Fachzeitschrift: Computers in Biology and Medicine
• Erscheinungsjahr: 2025
• DOI: 10.1016/j.compbiomed.2025.110897
• PMID: 40779986

2. Wissenschaftlicher Hintergrund

Die implantologische Versorgung stark atrophierter zahnloser Unterkiefer stellt nach wie vor eine erhebliche klinische Herausforderung dar. Bei Patienten, für die umfangreiche Knochenaugmentationen oder andere invasive Rekonstruktionsverfahren nicht infrage kommen, gewinnen patientenspezifische Titan-Subperiostimplantate zunehmend an Bedeutung. Moderne digitale Planungsverfahren, dreidimensionale Bildgebung und CAD/CAM-Technologien ermöglichen heute eine präzise anatomische Anpassung dieser Implantatsysteme.

Traditionell wurden Subperiostimplantate als einteilige Konstruktionen gefertigt. In jüngerer Zeit wurden zweiteilige Designs entwickelt, um die chirurgische Handhabung und Implantation zu erleichtern. Bislang fehlten jedoch direkte biomechanische Vergleiche zwischen beiden Konstruktionsprinzipien. Die vorliegende Studie untersucht daher mithilfe einer dreidimensionalen Finite-Elemente-Analyse, wie sich die beiden Implantatdesigns unter funktioneller Belastung hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften unterscheiden.

3. Ziel der Studie

Ziel dieser Untersuchung war es, das biomechanische Verhalten zweier patientenspezifischer Titan-Subperiostimplantate miteinander zu vergleichen: einer klassischen einteiligen Konstruktion und einer neu entwickelten zweiteiligen Variante. Mithilfe einer dreidimensionalen Finite-Elemente-Analyse sollte geprüft werden, ob Unterschiede in der Spannungsverteilung innerhalb des periimplantären Knochens, des Implantatgerüsts, der Fixationsschrauben und der prothetischen Versorgung bestehen.

4. Methodik

Es handelt sich um eine präklinische dreidimensionale Finite-Elemente-Analyse (3D-FEA).

Das digitale Modell basierte auf einer Mehrschicht-Computertomographie eines vollständig zahnlosen Unterkiefers. Simuliert wurden zwei patientenspezifische Titan-Subperiostimplantate: ein einteiliges Implantat auf einer Unterkieferseite und ein zweiteiliges Implantat auf der gegenüberliegenden Seite. Beide Konstruktionen trugen eine zementierte implantatgetragene Prothese mit verkürztem Zahnbogen auf insgesamt vier Pfeilern und standen einer schleimhautgetragenen Oberkiefer-Totalprothese gegenüber.

Es wurden zwei Simulationen durchgeführt, bei denen eine einseitige schräge Kraft von 50 N in einem Winkel von 30° auf den Bereich des zweiten Unterkieferprämolaren aufgebracht wurde. Bewertet wurden die Spannungen im periimplantären Knochen, die Von-Mises-Spannungen innerhalb des Implantatgerüsts, der Fixationsschrauben und der Prothese sowie die Gesamtverformung der Fixationsschrauben.

5. Wichtigste Ergebnisse

Die Berechnungen zeigten, dass die Spannungen im periimplantären Knochen bei beiden Implantatdesigns weitgehend vergleichbar waren. Auch hinsichtlich der Belastung der Fixationsschrauben sowie deren Gesamtverformung ergaben sich keine wesentlichen Unterschiede zwischen der einteiligen und der zweiteiligen Konstruktion.

Deutliche Unterschiede wurden dagegen im Implantatgerüst selbst festgestellt. Bei der Simulation mit dem zweiteiligen Implantat wurden Von-Mises-Spannungen von 150,09 MPa gemessen, während das einteilige Implantat unter vergleichbaren Belastungsbedingungen lediglich 60,74 MPa erreichte. Damit lagen die Spannungen im zweiteiligen Gerüst mehr als doppelt so hoch wie beim einteiligen Design.

Nach den Ergebnissen der Autoren stellt dieser Unterschied den wesentlichen biomechanischen Unterschied zwischen beiden Implantatkonzepten dar.

6. Klinische Analyse

Die Studie liefert wichtige biomechanische Erkenntnisse zur Konstruktion patientenspezifischer Titan-Subperiostimplantate für die Rehabilitation stark atrophierter zahnloser Unterkiefer. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die Aufteilung des Implantatgerüsts in zwei Segmente die Belastungsübertragung auf den periimplantären Knochen sowie auf die Fixationsschrauben kaum beeinflusst.

Von besonderem Interesse ist jedoch die deutlich höhere Spannungsbelastung innerhalb des zweiteiligen Implantatgerüsts. Eine erhöhte interne Beanspruchung kann aus ingenieurtechnischer Sicht auf eine geringere mechanische Belastungsreserve hinweisen. Ob sich daraus tatsächlich klinisch relevante Konsequenzen, beispielsweise hinsichtlich der Langzeitstabilität oder mechanischer Komplikationen, ergeben, kann diese Untersuchung allerdings nicht beantworten.

Da es sich ausschließlich um eine numerische Simulation handelt, erlaubt die Studie keine Aussagen über Einheilung, Implantatüberleben, biologische Komplikationen oder den langfristigen klinischen Erfolg. Dennoch liefern die Ergebnisse wertvolle Grundlagen für die Weiterentwicklung patientenspezifischer Implantatsysteme und können zukünftige experimentelle sowie klinische Untersuchungen unterstützen.

7. Klinische Anwendungen

Die Ergebnisse dieser Arbeit können insbesondere für die implantologische Versorgung von Patienten mit ausgeprägter Unterkieferatrophie relevant sein, wenn umfangreiche Knochenaugmentationen oder andere invasive rekonstruktive Verfahren nicht angezeigt sind.

Darüber hinaus liefern die Daten wertvolle Informationen für digitale Planungsprozesse, CAD/CAM-gestützte Fertigung patientenspezifischer Implantate sowie die Optimierung individueller Subperiostimplantate. Aufgrund des präklinischen Studiendesigns sollten die Resultate jedoch nicht als unmittelbare klinische Handlungsempfehlungen interpretiert werden.

8. Evidenzniveau, Limitationen und Transparenz

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine präklinische computergestützte Studie auf Basis einer dreidimensionalen Finite-Elemente-Analyse. Das Evidenzniveau ist daher geringer als das klinischer Studien oder systematischer Übersichtsarbeiten.

Die Untersuchung ermöglicht eine standardisierte Bewertung mechanischer Belastungen, erlaubt jedoch keine Aussagen zu biologischen Heilungsprozessen, Implantatüberleben, prothetischen Komplikationen oder klinischen Langzeitergebnissen.

Die wesentlichen Limitationen ergeben sich aus den modellbedingten Annahmen der Finite-Elemente-Analyse sowie dem Fehlen einer klinischen Validierung.

In den bereitgestellten Informationen werden keine Interessenkonflikte oder Finanzierungsangaben berichtet.

9. Kernaussagen der Studie

• Studientyp: Präklinische dreidimensionale Finite-Elemente-Analyse (3D-FEA)
• Evidenzniveau: Präklinische Computersimulation
• Untersuchungsgrundlage: Digitales Modell eines zahnlosen Unterkiefers auf Basis einer CT-Aufnahme
• Anzahl der Patienten oder Implantate: In den bereitgestellten Informationen nicht angegeben
• Nachbeobachtungszeit: Nicht anwendbar
• Primärer Endpunkt: Biomechanischer Vergleich zwischen einteiligen und zweiteiligen patientenspezifischen Titan-Subperiostimplantaten
• Wichtigstes Ergebnis: Vergleichbare Spannungen im periimplantären Knochen und an den Fixationsschrauben, jedoch deutlich höhere Von-Mises-Spannungen im zweiteiligen Implantatgerüst (150,09 MPa gegenüber 60,74 MPa)
• Wissenschaftliche Schlussfolgerung: Das einteilige Implantatdesign zeigte hinsichtlich des Implantatgerüsts günstigere biomechanische Eigenschaften, während die übrigen untersuchten Parameter vergleichbar waren.
• Limitationen: Computergestützte Simulation ohne klinische Validierung oder Langzeitdaten.

10. Wissenschaftliche Bedeutung

Diese Studie liefert neue biomechanische Erkenntnisse zu einer Fragestellung, die bislang in der implantologischen Literatur kaum untersucht wurde. Nach Angaben der Autoren handelt es sich um den ersten direkten Vergleich zwischen patientenspezifischen einteiligen und zweiteiligen Titan-Subperiostimplantaten mittels Finite-Elemente-Analyse.

Die Untersuchung erweitert das Verständnis darüber, wie unterschiedliche Gerüstkonstruktionen die interne Spannungsverteilung beeinflussen können. Während sich beide Implantatkonzepte hinsichtlich der Belastung des periimplantären Knochens und der Fixationsschrauben ähnlich verhalten, weist das einteilige Design innerhalb des Implantatgerüsts günstigere mechanische Eigenschaften auf. Diese Ergebnisse können zukünftige Entwicklungen patientenspezifischer Implantatsysteme unterstützen und bilden eine Grundlage für weitere experimentelle sowie klinische Studien.

11. Redaktionelles Fazit

Die vorliegende Finite-Elemente-Analyse zeigt, dass einteilige und zweiteilige patientenspezifische Titan-Subperiostimplantate hinsichtlich der Belastung des periimplantären Knochens und der Fixationsschrauben vergleichbare biomechanische Eigenschaften besitzen. Der wesentliche Unterschied betrifft das Implantatgerüst, bei dem das einteilige Design geringere interne Spannungen aufweist. Obwohl diese Ergebnisse einen wichtigen Beitrag zur Optimierung individueller Implantatkonstruktionen leisten, bedarf ihre klinische Relevanz einer Bestätigung durch prospektive klinische Studien.