Vergleich von Schrauben unterschiedlicher Durchmesser bei der Anwendung subperiostaler Implantate mittels Finite-Elemente-Analyse

Abdulsamet Kundakcioglu, Betul Gedik

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

Vergleich von Schrauben unterschiedlicher Durchmesser bei der Anwendung subperiostaler Implantate mittels Finite-Elemente-Analyse

1. Wissenschaftliche Referenz

• Studientitel: Comparison of Screws with Different Diameters in Subperiosteal Implant Application with Finite Element Analysis
• Autoren: Abdulsamet Kundakcioglu, Betul Gedik
• Fachzeitschrift: International Journal of Medical Sciences
• Erscheinungsjahr: 2024
• DOI:7150/ijms.93225

2. Wissenschaftlicher Hintergrund

Subperiostale Implantate gewinnen im Bereich der implantologischen Rehabilitation zunehmend an Bedeutung, insbesondere bei Patienten mit ausgeprägter Kieferatrophie, bei denen konventionelle enossale Implantate nur eingeschränkt eingesetzt werden können oder umfangreiche Knochenaugmentationen erforderlich wären. Fortschritte in der dreidimensionalen Bildgebung, CAD/CAM-Technologien und der patientenspezifischen Fertigung ermöglichen heute die Herstellung individuell angepasster Implantatkonstruktionen.

Neben der präzisen Implantatgeometrie spielt auch die mechanische Stabilität des Fixationssystems eine entscheidende Rolle. Der Durchmesser der verwendeten Osteosyntheseschrauben kann die Lastverteilung zwischen Implantat und Knochen beeinflussen und damit das biomechanische Verhalten der gesamten Konstruktion verändern. Die vorliegende Studie untersucht diesen Zusammenhang mithilfe der Finite-Elemente-Analyse (FEA), einer etablierten numerischen Simulationsmethode zur Bewertung mechanischer Belastungen bereits vor einer klinischen Anwendung.

3. Ziel der Studie

Ziel der Untersuchung war es, den Einfluss unterschiedlicher Schraubendurchmesser auf die Spannungsverteilung im Knochen sowie auf das mechanische Verhalten subperiostaler Implantate zu analysieren. Hierzu wurden Schrauben mit einem Durchmesser von 1,5 mm und 2 mm unter identischen Belastungsbedingungen verglichen, um zu bestimmen, welche Konfiguration aus biomechanischer Sicht günstigere Eigenschaften aufweist.

4. Methodik

Bei der Arbeit handelt es sich um eine präklinische numerische Simulationsstudie auf Grundlage einer Finite-Elemente-Analyse (FEA).

Computertomographische Datensätze wurden in das STL-Format überführt, um zwei dreidimensionale Schädelmodelle zu erstellen. Anschließend wurden patientenspezifische subperiostale Implantate konstruiert und auf den Modellen positioniert. In einem der Modelle wurden Fixationsschrauben mit Durchmessern von 1,5 mm beziehungsweise 2 mm simuliert.

Zur Nachbildung der funktionellen Belastung wurde eine Kaubelastung von 250 N aufgebracht. Analysiert wurden die Spannungsverteilung im Knochen und im Implantat sowie die Verschiebung des Implantats unter Belastung.

Klinische Patienten, Implantatzahlen oder Nachbeobachtungszeiten werden im verfügbaren Abstract nicht angegeben, da es sich um eine rein computergestützte Untersuchung handelt.

5. Hauptergebnisse

Die Simulation zeigte deutliche biomechanische Unterschiede zwischen den beiden untersuchten Schraubendurchmessern.

Die 2-mm-Schrauben führten im Vergleich zu den 1,5-mm-Schrauben zu geringeren Restspannungen sowohl im Knochen als auch im Implantat. Dies weist innerhalb des untersuchten Modells auf eine günstigere Verteilung der funktionellen Belastung hin.

Demgegenüber zeigten die 1,5-mm-Schrauben eine geringere Implantatbewegung während der simulierten Belastung.

Unter Berücksichtigung aller untersuchten Parameter bewerten die Autoren den Schraubendurchmesser von 2 mm als biomechanisch vorteilhafter. Gleichzeitig weisen sie ausdrücklich darauf hin, dass diese Ergebnisse einen ersten Schritt bei der Untersuchung dieses Behandlungskonzepts darstellen und nicht als klinischer Nachweis einer Überlegenheit interpretiert werden dürfen.

6. Klinische Einordnung

Die Studie liefert in erster Linie biomechanische Erkenntnisse und keine direkten Aussagen zur klinischen Leistungsfähigkeit subperiostaler Implantate. Dennoch verdeutlichen die Ergebnisse, dass bereits der Durchmesser der Fixationsschrauben die mechanischen Eigenschaften eines individuell gefertigten Implantats beeinflussen kann.

Eine geringere Spannungsbelastung des umgebenden Knochens wird grundsätzlich als günstiger biomechanischer Effekt angesehen, da eine ausgewogenere Kraftverteilung angestrebt wird. Die in dieser Simulation beobachteten Vorteile der 2-mm-Schrauben könnten daher für die zukünftige Konstruktion patientenspezifischer Implantatsysteme von Bedeutung sein. Gleichzeitig zeigt die geringere Implantatbewegung der 1,5-mm-Schrauben, dass verschiedene biomechanische Parameter gemeinsam bewertet werden müssen und nicht isoliert betrachtet werden sollten.

Für implantologisch tätige Zahnärzte und Oralchirurgen unterstreicht die Untersuchung den Nutzen digitaler Simulationsverfahren bei der Entwicklung komplexer Implantatlösungen für Patienten mit ausgeprägter Kieferatrophie.

Da die Ergebnisse ausschließlich auf einer numerischen Simulation beruhen, lassen sich daraus jedoch keine unmittelbaren klinischen Empfehlungen ableiten. Biologische Heilungsprozesse, Knochenumbau und individuelle Patientenfaktoren werden in einem solchen Modell nicht vollständig abgebildet.

7. Klinische Anwendungen

Die Ergebnisse können zur Weiterentwicklung patientenspezifischer subperiostaler Implantate beitragen, die mithilfe digitaler Planungsprozesse, computertomographischer Bildgebung und CAD/CAM-Technologien hergestellt werden.

Darüber hinaus liefert die Studie wertvolle Hinweise für die biomechanische Optimierung von Fixationssystemen bei komplexen implantologischen Rehabilitationen, insbesondere bei Patienten mit fortgeschrittener Kieferatrophie.

Die vorliegenden Daten reichen jedoch nicht aus, um einen bestimmten Schraubendurchmesser für die klinische Routine zu empfehlen. Eine entsprechende Bewertung erfordert klinische Studien mit langfristiger Nachbeobachtung.

8. Evidenzniveau, Limitationen und Transparenz

Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um eine präklinische Finite-Elemente-Studie, deren Aussagekraft auf biomechanische Simulationen beschränkt ist und die daher nur ein begrenztes klinisches Evidenzniveau besitzt.

Die Schlussfolgerungen beruhen ausschließlich auf computergestützten Berechnungen. Aussagen zu Implantatüberleben, biologischer Integration, Komplikationen oder Langzeitergebnissen sind anhand der vorliegenden Daten nicht möglich.

Die Autoren weisen selbst darauf hin, dass ihre Untersuchung lediglich einen ersten Schritt bei der Bewertung dieser Behandlungsmöglichkeit darstellt.

Weitere methodische Limitationen werden im verfügbaren Abstract nicht näher beschrieben.

Hinweise auf Interessenkonflikte oder Beziehungen zu Implantatherstellern sind in den bereitgestellten Informationen nicht enthalten.

9. Kernaussagen der Studie

• Studientyp: Präklinische Finite-Elemente-Analyse.
• Evidenzniveau: Computergestützte biomechanische Studie.
• Untersuchungsmodell: Zwei dreidimensionale Schädelmodelle.
• Anzahl der Patienten oder Implantate: In den verfügbaren Informationen nicht angegeben.
• Nachbeobachtungszeit: Nicht anwendbar.
• Primärer Untersuchungsparameter: Knochen- und Implantatspannungen sowie Implantatbewegung in Abhängigkeit vom Schraubendurchmesser.
• Wichtigstes Ergebnis: Schrauben mit 2 mm Durchmesser reduzierten die Spannungen im Knochen und Implantat, während 1,5-mm-Schrauben eine geringere Implantatbewegung zeigten.
• Wissenschaftliche Schlussfolgerung: Innerhalb des Simulationsmodells erwiesen sich 2-mm-Schrauben insgesamt als biomechanisch günstiger.
• Limitationen: Ausschließlich numerische Simulation ohne klinische Validierung; weitere methodische Einschränkungen werden im Abstract nicht beschrieben.

10. Wissenschaftliche Bedeutung

Die Studie erweitert das biomechanische Verständnis patientenspezifischer subperiostaler Implantate und zeigt, dass selbst vergleichsweise kleine Änderungen des Fixationssystems die Lastverteilung innerhalb des Implantat-Knochen-Komplexes beeinflussen können.

Besonders hervorzuheben ist der Einsatz der Finite-Elemente-Analyse als Instrument zur Optimierung implantologischer Konstruktionen bereits während der Entwicklungsphase. Solche Simulationen können dazu beitragen, potenzielle mechanische Schwachstellen frühzeitig zu identifizieren und zukünftige Implantatdesigns gezielt weiterzuentwickeln.

Gleichzeitig verdeutlicht die Arbeit die Grenzen computergestützter Untersuchungen. Die beobachteten biomechanischen Vorteile müssen durch experimentelle und klinische Studien bestätigt werden, bevor sie Eingang in evidenzbasierte Behandlungsprotokolle finden können.

11. Redaktionelles Fazit

Diese präklinische Studie zeigt, dass der Durchmesser der Fixationsschrauben das biomechanische Verhalten subperiostaler Implantate beeinflussen kann. Innerhalb der Finite-Elemente-Simulation wiesen 2-mm-Schrauben eine günstigere Spannungsverteilung auf als 1,5-mm-Schrauben, während letztere eine geringere Implantatbewegung zeigten. Die Ergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung individualisierter Implantatsysteme, stellen jedoch keine klinische Empfehlung dar und bedürfen einer Bestätigung durch experimentelle und klinische Untersuchungen.

influence stress distribution in the supporting bone and the mechanical behavior of customized subperiosteal implants. Using finite element analysis, the authors compared 1.5 mm and 2 mm screws to determine which diameter provided more favorable biomechanical support under simulated masticatory loading.