Vergleich zweier Designs subperiostaler Implantate nach totaler Maxillektomie: Eine dreidimensionale Finite-Elemente-Analyse

Ilgın Ari, Gülin Acar

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40246199/

Vergleich zweier Designs subperiostaler Implantate nach totaler Maxillektomie: Eine dreidimensionale Finite-Elemente-Analyse

1. Wissenschaftliche Referenz

• Studientitel: Comparison of Two Subperiosteal Implant Designs in Total Maxillectomy: A Three-Dimensional Finite Element Analysis
• Autoren: Ilgın Ari, Gülin Acar
• Fachzeitschrift: Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Medicine, and Pathology
• Erscheinungsjahr: 2025
• DOI: 10.1016/j.jormas.2025.102377

2. Wissenschaftlicher Hintergrund

Die implantatgetragene Rehabilitation nach einer totalen Maxillektomie gehört zu den anspruchsvollsten Aufgaben der rekonstruktiven Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie. Der erhebliche Verlust an Oberkieferknochen schränkt den Einsatz konventioneller enossaler Implantate erheblich ein, sodass patientenspezifische subperiostale Implantate zunehmend als rekonstruktive Alternative in den Fokus rücken. Moderne digitale Planungsprozesse sowie CAD/CAM-Technologien ermöglichen eine präzise Anpassung dieser Implantate an die verbliebene knöcherne Anatomie, wobei die optimale Gestaltung ihrer Tragstruktur weiterhin Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist.

Ein zentrales Ziel besteht darin, funktionelle Kaukräfte möglichst gleichmäßig auf den Restknochen zu verteilen und gleichzeitig die mechanische Belastung der Implantatkomponenten zu reduzieren. Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) stellt hierfür ein etabliertes präklinisches Verfahren dar, mit dem sich unterschiedliche Implantatgeometrien unter standardisierten Belastungsbedingungen vergleichen lassen. Die vorliegende Studie untersucht, ob eine modifizierte Konstruktion mit diagonaler Verstrebung im Jochbeinbereich biomechanische Vorteile gegenüber einem klassischen subperiostalen Implantatdesign bietet.

3. Ziel der Studie

Ziel der Untersuchung war der biomechanische Vergleich zweier unterschiedlicher Designs subperiostaler Implantate für die Rekonstruktion nach totaler Maxillektomie. Mithilfe einer dreidimensionalen Finite-Elemente-Analyse sollte beurteilt werden, wie sich die jeweilige Implantatkonstruktion auf die Spannungsverteilung im umgebenden Knochen sowie auf die mechanische Beanspruchung der Implantatkomponenten unter simulierten Kaubelastungen auswirkt.

4. Methodik

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

Erstellt wurde ein dreidimensionales Modell eines vollständig resezierten Oberkiefers der Klasse II. Anschließend wurden zwei Rekonstruktionskonzepte miteinander verglichen:

• SC-1: konventionelles Design eines subperiostalen Implantats.
• SC-2: modifiziertes Design mit einer diagonalen Verstrebung im Bereich des Jochbeins.

Zur Simulation funktioneller Belastungen wurden zwei Kraftrichtungen angewendet:

• eine vertikale Belastung von 450 N,
• eine schräge Belastung von 93 N.

Bewertet wurden die maximalen und minimalen Hauptspannungen im Knochen sowie die von-Mises-Spannungen an den Implantatkomponenten, insbesondere an den Fixationsschrauben.

Angaben zur Anzahl der Patienten, Implantate oder zu einer klinischen Nachbeobachtung sind in den bereitgestellten Informationen nicht enthalten.

5. Wichtigste Ergebnisse

Die Simulation zeigte, dass sich beide Implantatkonstruktionen hinsichtlich ihres biomechanischen Verhaltens unterscheiden.

Unter vertikaler Belastung wies das Design SC-2 höhere maximale Hauptspannungen im Bereich des zygomatikomaxillären Übergangs auf als das konventionelle Design SC-1. Auch unter schräger Belastung wurden für SC-2 in beiden untersuchten Regionen höhere Spannungswerte ermittelt.

Die Beanspruchung der Fixationsschrauben variierte hingegen in Abhängigkeit von der Belastungsrichtung. Bei vertikaler Belastung traten niedrigere von-Mises-Spannungen im konventionellen Design auf, während unter schräger Belastung geringere Spannungen im modifizierten SC-2-Modell gemessen wurden.

In der Gesamtbewertung ergab die numerische Analyse jedoch keinen wesentlichen biomechanischen Vorteil des Implantatdesigns mit diagonaler Verstrebung gegenüber der konventionellen subperiostalen Konstruktion. Die Autoren schlagen daher vor, zukünftige Entwicklungen auf eine Optimierung des klassischen Designs durch zusätzliche anatomische Abstützungen auszurichten.

6. Klinische Analyse

Die Studie liefert wertvolle biomechanische Erkenntnisse für die Weiterentwicklung patientenspezifischer subperiostaler Implantate bei ausgedehnten Oberkieferdefekten. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine konstruktive Erweiterung eines Implantats nicht zwangsläufig zu einer günstigeren Kraftverteilung oder einer geringeren Belastung der knöchernen Strukturen führt.

Für die Implantologie und die rekonstruktive Chirurgie unterstreicht diese Untersuchung die Bedeutung einer evidenzbasierten Implantatkonstruktion. Mit der zunehmenden Verbreitung digitaler Planungsprozesse und CAD/CAM-gestützter Fertigung gewinnt die Optimierung individueller Implantatgeometrien weiter an Relevanz. Die vorliegenden Ergebnisse sprechen jedoch dafür, dass komplexere Designs nicht automatisch biomechanische Vorteile bieten.

Gleichzeitig müssen die Resultate im Kontext des Studiendesigns interpretiert werden. Eine Finite-Elemente-Analyse bildet ausschließlich mechanische Belastungssituationen unter kontrollierten Bedingungen ab. Biologische Einflussgrößen wie Knochenqualität, Heilungsverlauf, Knochenremodellierung, individuelle Anatomie oder langfristige funktionelle Anpassungen können in einer solchen Simulation nicht vollständig berücksichtigt werden.

Daher liefern die Ergebnisse wichtige Hinweise für die Implantatentwicklung, ersetzen jedoch keine klinischen Untersuchungen zur Bewertung des langfristigen Behandlungserfolgs.

7. Klinische Anwendungen

Die Ergebnisse dieser Untersuchung können insbesondere für folgende Bereiche von Bedeutung sein:

• Entwicklung patientenspezifischer subperiostaler Implantate;
• digitale Planung komplexer maxillofazialer Rekonstruktionen;
• CAD/CAM-gestützte Herstellung individueller Implantatsysteme;
• biomechanische Optimierung implantatgetragener Rekonstruktionen nach totaler Maxillektomie.

Die vorliegenden Daten erlauben jedoch keine Aussagen zur Implantatüberlebensrate, zu biologischen oder prothetischen Komplikationen sowie zu klinischen Langzeitergebnissen.

8. Evidenzniveau, Limitationen und Transparenz

Bei dieser Publikation handelt es sich um eine präklinische biomechanische Simulationsstudie mittels Finite-Elemente-Analyse. Das Evidenzniveau liegt daher unter dem klinischer prospektiver Studien oder randomisierter kontrollierter Untersuchungen.

Die Ergebnisse liefern wertvolle Informationen über die mechanische Spannungsverteilung verschiedener Implantatdesigns, erlauben jedoch keine direkten Rückschlüsse auf deren klinische Leistungsfähigkeit. Die wesentliche Limitation besteht darin, dass computergestützte Simulationen die biologischen und funktionellen Bedingungen beim Patienten nur eingeschränkt abbilden können.

Informationen zu Interessenkonflikten, industrieller Finanzierung oder Verbindungen der Autoren zu Implantatherstellern sind in den bereitgestellten Daten nicht enthalten.

9. Kernaussagen der Studie

• Studientyp: Präklinische dreidimensionale Finite-Elemente-Analyse
• Evidenzniveau: Computergestützte biomechanische Simulationsstudie
• Untersuchungsmodell: Ein digitales Oberkiefermodell mit Vergleich zweier Implantatdesigns
• Anzahl der Patienten oder Implantate: In den bereitgestellten Informationen nicht angegeben
• Nachbeobachtungszeit: Nicht anwendbar
• Primärer Bewertungsparameter: Spannungsverteilung im Knochen und von-Mises-Spannungen der Implantatkomponenten
• Hauptergebnis: Das Design mit diagonaler Verstrebung (SC-2) zeigte keinen signifikanten biomechanischen Vorteil gegenüber dem konventionellen subperiostalen Implantat.
• Wissenschaftliche Schlussfolgerung: Zukünftige Entwicklungen sollten sich auf die Optimierung des klassischen Implantatdesigns unter Einbeziehung weiterer anatomischer Abstützungsbereiche konzentrieren.
• Limitationen: Ausschließlich computergestützte Simulation ohne klinische Validierung.

10. Wissenschaftliche Bedeutung

Die Studie erweitert das biomechanische Verständnis patientenspezifischer subperiostaler Implantate für die Rekonstruktion nach totaler Maxillektomie. Anstatt komplexere Implantatgeometrien grundsätzlich als überlegen darzustellen, zeigen die Ergebnisse, dass deren mechanischer Nutzen sorgfältig geprüft werden muss.

Darüber hinaus bestätigt die Arbeit den Stellenwert der Finite-Elemente-Analyse als wichtiges Instrument bei der präklinischen Entwicklung individueller Implantatsysteme. Solche Simulationen ermöglichen es, potenzielle mechanische Schwachstellen bereits vor einer klinischen Anwendung zu identifizieren und verschiedene Konstruktionsansätze systematisch zu vergleichen. Gleichzeitig macht die Studie deutlich, dass biomechanische Ergebnisse stets durch klinische Untersuchungen ergänzt werden müssen, bevor sie in therapeutische Empfehlungen überführt werden können.

11. Redaktionelles Fazit

Diese Finite-Elemente-Studie liefert einen fundierten biomechanischen Vergleich zweier patientenspezifischer subperiostaler Implantatdesigns für die Rekonstruktion nach totaler Maxillektomie. Innerhalb der Grenzen eines computergestützten Simulationsmodells zeigte die Konstruktion mit diagonaler Verstrebung keinen eindeutigen Vorteil gegenüber dem konventionellen Design. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung einer gezielten Optimierung individueller Implantatsysteme und verdeutlichen zugleich, dass klinische Studien erforderlich sind, um die praktische Relevanz der beobachteten biomechanischen Effekte zu bestätigen.