Biomechanische evaluatie van conventionele implantaten, jukbeenimplantaten, jukbeenverankerde subperiostale implantaten en maxillair verankerde subperiostale implantaten voor de rehabilitatie van de volledig tandeloze bovenkaak: een eindige-elementenanalyse van spanningsverdeling

Berivan Deniz, Mehmet Emre Yurttutan.

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40604849/

Biomechanische evaluatie van conventionele implantaten, jukbeenimplantaten, jukbeenverankerde subperiostale implantaten en maxillair verankerde subperiostale implantaten voor de rehabilitatie van de volledig tandeloze bovenkaak: een eindige-elementenanalyse van spanningsverdeling

1. Wetenschappelijke referentie

• Titel van de studie: Biomechanische evaluatie van conventionele implantaten, jukbeenimplantaten, jukbeenverankerde subperiostale implantaten en maxillair verankerde subperiostale implantaten voor de rehabilitatie van de volledig tandeloze bovenkaak: een eindige-elementenanalyse van spanningsverdeling.
• Auteurs: Berivan Deniz, Mehmet Emre Yurttutan.
• Tijdschrift: BMC Oral Health.
• Publicatiejaar: 2025.
• DOI: 10.1186/s12903-025-06387-3.

2. Wetenschappelijke achtergrond

De implantologische rehabilitatie van een volledig tandeloze en ernstig geatrofieerde bovenkaak behoort tot de meest complexe uitdagingen binnen de hedendaagse implantologie. Uitgebreid botverlies, vaak gecombineerd met een uitgesproken pneumatisatie van de sinus maxillaris, beperkt de mogelijkheden voor het plaatsen van conventionele implantaten zonder voorafgaande botaugmentatie. Procedures zoals sinusliftchirurgie, bottransplantatie en Le Fort I-osteotomie kunnen het beschikbare botvolume vergroten, maar gaan gepaard met een hogere chirurgische belasting, langere behandeltijden en een verhoogd risico op complicaties.

Om de noodzaak van uitgebreide reconstructieve ingrepen te verminderen, zijn alternatieve behandelconcepten ontwikkeld, waaronder jukbeenimplantaten en patiëntspecifieke subperiostale implantaten. Deze implantaatontwerpen maken gebruik van anatomische structuren met een hogere botdichtheid om ook bij ernstige maxillaire atrofie een stabiele verankering te realiseren. Een goed inzicht in de biomechanische belasting en de verdeling van functionele krachten binnen het bot-implantaat-prothesecomplex is daarbij essentieel voor het optimaliseren van de implantaatconstructie en de duurzaamheid van de rehabilitatie. In dit kader vormt de eindige-elementenmethode (Finite Element Analysis, FEA) een veelgebruikte techniek om het mechanische gedrag van verschillende implantaatontwerpen voorafgaand aan klinische toepassing te analyseren.

3. Doel van de studie

Het doel van deze studie was het biomechanische gedrag te evalueren van verschillende implantologische behandelconcepten voor de rehabilitatie van de volledig tandeloze en ernstig geatrofieerde bovenkaak. Met behulp van een driedimensionale eindige-elementenanalyse (Finite Element Analysis, FEA) vergeleken de auteurs de spanningsverdeling die optreedt tijdens functionele belasting in drie verschillende implantaatconfiguraties: een combinatie van conventionele implantaten en jukbeenimplantaten, een patiëntspecifiek subperiostaal implantaat verankerd aan de apertura piriformis en de zygomaticomaxillaire pijler, en een patiëntspecifiek subperiostaal implantaat met aanvullende verankering aan het jukbeen. Het primaire doel was vast te stellen welk implantaatontwerp de meest gunstige verdeling van kauwkrachten over het ondersteunende bot en de prothetische componenten realiseert.

4. Methodologie

Deze publicatie betreft een preklinische studie gebaseerd op een driedimensionale eindige-elementenanalyse (Finite Element Analysis, FEA). Er werden geen patiënten geïncludeerd en er werden geen klinische gegevens verzameld. De onderzoekers ontwikkelden een driedimensionaal digitaal model van een volledig tandeloze en ernstig geatrofieerde bovenkaak op basis van computertomografiebeelden (CT). Vervolgens werden de anatomische structuren gesegmenteerd, digitaal gereconstrueerd en voorbereid voor biomechanische simulaties met behulp van gespecialiseerde CAD- en simulatiesoftware.

Drie verschillende implantaatconfiguraties werden met elkaar vergeleken:

• Model 1: twee conventionele implantaten gecombineerd met vier jukbeenimplantaten.
• Model 2: twee patiëntspecifieke subperiostale implantaten, verankerd aan de apertura piriformis en de zygomaticomaxillaire pijler, zonder uitbreiding naar het jukbeen.
• Model 3: twee patiëntspecifieke subperiostale implantaten met aanvullende uitbreiding en verankering aan het jukbeen.

Om functionele kauwbelasting te simuleren, werden twee belastingsscenario’s toegepast:

• Verticale belasting: 150 N per tand.
• Schuine belasting: 100 N per tand onder een hoek van 30°, gericht van buccaal naar palatinaal.

De onderzoekers analyseerden de maximale trekspanningen (Pmax), maximale drukspanningen (Pmin) en de equivalente Von Mises-spanningen in het corticale bot, het trabeculaire bot, de implantaten, de abutments, de metalen protheseconstructie en – bij de subperiostale implantaten – ook in de fixatieschroeven. Alle materialen werden gemodelleerd als homogeen, isotroop en lineair elastisch. De auteurs merken expliciet op dat deze aannames een methodologische vereenvoudiging vormen, aangezien levend bot in werkelijkheid heterogene en anisotrope mechanische eigenschappen bezit.

5. Belangrijkste resultaten

De numerieke simulaties toonden duidelijke verschillen in de biomechanische spanningsverdeling tussen de drie onderzochte implantaatconfiguraties. Over het algemeen vertoonde Model 1, bestaande uit een combinatie van conventionele implantaten en jukbeenimplantaten, de hoogste spanningsconcentraties in het corticale bot, zowel onder verticale als onder schuine belasting. Daarentegen liet Model 3, het patiëntspecifieke subperiostale implantaat met aanvullende verankering aan het jukbeen, consequent de laagste spanningswaarden in het bot zien. Dit wijst op een gunstigere verdeling van de functionele kauwkrachten.

Een vergelijkbare tendens werd waargenomen in het trabeculaire bot voor de maximale trekspanningen (Pmax). Ook hier genereerde Model 1 de hoogste spanningen, terwijl beide subperiostale implantaatontwerpen lagere waarden vertoonden. Voor de maximale drukspanningen (Pmin) werd echter het hoogste niveau vastgesteld in Model 2, wat erop wijst dat verschillende verankeringsstrategieën de krachtsoverdracht binnen het spongieuze bot op uiteenlopende wijze beïnvloeden.

De belasting van de implantaatcomponenten volgde een ander patroon dan die van het botweefsel. De hoogste equivalente Von Mises-spanningen in de implantaten werden gemeten in Model 3, terwijl Model 1 de laagste spanningen vertoonde. Bij de metalen protheseconstructie werd het omgekeerde waargenomen: de hoogste spanningen traden op in Model 1 en de laagste in Model 3. Daarnaast werden de fixatieschroeven van de subperiostale implantaten in Model 3 sterker belast dan die in Model 2, met name ter hoogte van de apertura piriformis.

Samengevat tonen de resultaten aan dat zowel het implantaatontwerp als de keuze van de skeletale verankeringspunten een aanzienlijke invloed hebben op de verdeling van de mechanische belasting binnen het volledige bot-implantaat-prothesecomplex. Binnen de beperkingen van dit computationele model liet het jukbeenverankerde subperiostale implantaat de meest gunstige spanningsverdeling in het bot zien, hoewel dit gepaard ging met hogere mechanische spanningen in de implantaatcomponenten zelf.

6. Klinische analyse

Deze studie levert waardevolle biomechanische inzichten op voor de implantologische rehabilitatie van de ernstig geatrofieerde, volledig tandeloze bovenkaak. De nadruk ligt niet op het aantonen van de klinische superioriteit van een bepaald implantaatsysteem, maar op het analyseren van de wijze waarop verschillende implantaatontwerpen functionele belastingen verdelen binnen het volledige bot-implantaat-prothesecomplex. Bij patiënten met een uitgesproken botatrofie is een evenwichtige krachtverdeling essentieel om het ondersteunende bot te ontlasten en de mechanische stabiliteit van de rehabilitatie op lange termijn te bevorderen.

De resultaten suggereren dat patiëntspecifieke subperiostale implantaten met aanvullende verankering aan het jukbeen de spanningen in zowel het corticale als het trabeculaire bot effectiever kunnen verminderen dan de onderzochte conventionele implantaatconfiguratie. Vanuit biomechanisch perspectief wijst dit erop dat het benutten van craniofaciale botstructuren met een hogere botdichtheid kan bijdragen aan een gunstigere overdracht van occlusale krachten. Deze benadering kan daarom interessant zijn voor patiënten met ernstige maxillaire atrofie, bij wie conventionele implantaten alleen mogelijk zouden zijn na uitgebreide botopbouw.

Tegelijkertijd toont de studie aan dat een lagere belasting van het bot niet noodzakelijk leidt tot lagere spanningen in de implantaatcomponenten. Integendeel, het model met de gunstigste spanningsverdeling in het bot vertoonde juist de hoogste Von Mises-spanningen in de implantaten en fixatieschroeven. Dit wijst erop dat de mechanische belasting niet verdwijnt, maar binnen het implantaatsysteem wordt herverdeeld. Op basis van deze simulatie kan echter niet worden vastgesteld of deze hogere spanningen op langere termijn gevolgen hebben voor materiaalvermoeiing of het risico op technische complicaties.

Daarnaast onderstreept de studie het toenemende belang van digitale behandelplanning en patiëntspecifieke implantaatontwerpen. De keuze van de anatomische verankeringspunten, met name de zygomaticomaxillaire pijler en de apertura piriformis, lijkt een belangrijke rol te spelen in het biomechanische gedrag van de rehabilitatie. Desondanks betreft het uitsluitend een numerieke simulatie. De resultaten mogen daarom niet worden geïnterpreteerd als bewijs voor de klinische superioriteit van een specifieke behandelmethode. Prospectieve klinische onderzoeken met langetermijnfollow-up zijn noodzakelijk om vast te stellen of de waargenomen biomechanische voordelen daadwerkelijk leiden tot een hogere implantaatoverleving, betere prothetische stabiliteit en gunstigere klinische uitkomsten voor patiënten.

7. Klinische toepassingen

De bevindingen van deze studie zijn vooral relevant voor de behandelplanning van patiënten met een volledig tandeloze en ernstig geatrofieerde bovenkaak, bij wie conventionele implantaattherapie vaak wordt beperkt door een onvoldoende botvolume. Binnen de beperkingen van een eindige-elementenanalyse liet het patiëntspecifieke subperiostale implantaat met jukbeenverankering de meest gunstige spanningsverdeling in het bot zien. Dit suggereert dat een dergelijke constructie de mechanische belasting van het resterende kaakbot efficiënter kan spreiden dan de andere onderzochte implantaatconfiguraties.

Deze resultaten kunnen van belang zijn bij patiënten voor wie uitgebreide botaugmentatie, sinusliftprocedures of andere reconstructieve chirurgie ongewenst of gecontra-indiceerd zijn. Patiëntspecifieke subperiostale implantaten, vervaardigd met behulp van digitale CAD/CAM-technologieën, kunnen in dergelijke situaties een alternatieve behandelstrategie bieden doordat zij gebruikmaken van anatomische structuren met een hogere botkwaliteit voor de fixatie van de prothetische constructie.

De auteurs benadrukken echter dat de waargenomen biomechanische voordelen uitsluitend gebaseerd zijn op een computermodel. De studie bevat geen gegevens over implantaatoverleving, biologische of technische complicaties, patiëntgerapporteerde uitkomsten of de klinische duurzaamheid van de verschillende behandelconcepten. Daarom kunnen de resultaten niet worden beschouwd als bewijs dat een bepaald implantaatsysteem klinisch superieur is. Prospectieve klinische studies blijven noodzakelijk om vast te stellen of de gunstige spanningsverdeling zich daadwerkelijk vertaalt in betere behandelresultaten op lange termijn.

8. Evidentieniveau, beperkingen en transparantie

Deze publicatie betreft een preklinische biomechanische studie op basis van een driedimensionale eindige-elementenanalyse (Finite Element Analysis, FEA). Dit type onderzoek levert waardevolle informatie op over de mechanische belasting van implantaatconstructies, maar vormt geen klinisch bewijs voor de effectiviteit of voorspelbaarheid van een behandelmethode.

De auteurs wijzen op verschillende methodologische beperkingen. In het computermodel werden alle materialen beschouwd als homogeen, isotroop en lineair elastisch, terwijl humaan bot in werkelijkheid een heterogene en anisotrope structuur heeft. Bovendien houdt het model geen rekening met biologische processen zoals osseointegratie, botremodellering, wondgenezing, individuele verschillen in botkwaliteit of veranderingen die optreden tijdens langdurige functionele belasting. Hierdoor blijft de simulatie een vereenvoudigde weergave van de klinische werkelijkheid.

Daarnaast werden geen patiënten behandeld en vond geen klinische follow-up plaats. Er zijn daarom geen gegevens beschikbaar over implantaatoverleving, marginale botresorptie, prothetische complicaties, patiënttevredenheid of functionele prestaties op lange termijn. De beschreven spanningsverdelingen moeten dan ook worden geïnterpreteerd als theoretische biomechanische voorspellingen en niet als klinische uitkomsten.

Op basis van de informatie die in het artikel is opgenomen, werden geen belangenconflicten, financiële ondersteuning vanuit de implantaatindustrie of andere potentiële bronnen van beïnvloeding gemeld die de interpretatie van de resultaten zouden kunnen beïnvloeden.

9. Belangrijkste punten van de studie

• Type studie: Preklinisch onderzoek gebaseerd op een driedimensionale eindige-elementenanalyse (Finite Element Analysis, FEA).
• Evidentieniveau: Preklinisch biomechanisch bewijs.
• Experimenteel model: Driedimensionaal digitaal model van een volledig tandeloze en ernstig geatrofieerde bovenkaak, opgebouwd op basis van computertomografie (CT).
• Steekproefomvang: Eén digitaal anatomisch model dat werd gebruikt om drie verschillende implantaatconfiguraties te vergelijken. Er werden geen patiënten geïncludeerd en er werden geen klinische gegevens verzameld.
• Follow-up: Niet van toepassing, aangezien het onderzoek uitsluitend uit een numerieke simulatie bestond.
• Primaire uitkomstmaat: Analyse van de maximale trekspanningen (Pmax), maximale drukspanningen (Pmin) en equivalente Von Mises-spanningen in het corticale bot, trabeculaire bot, implantaten, abutments, de metalen protheseconstructie en de fixatieschroeven onder verticale en schuine belasting.
• Belangrijkste resultaat: Het patiëntspecifieke subperiostale implantaat met jukbeenverankering (Model 3) vertoonde de meest gunstige spanningsverdeling in het bot, terwijl de combinatie van conventionele implantaten en jukbeenimplantaten (Model 1) de hoogste spanningsconcentraties in het bot veroorzaakte. Daarentegen werden in Model 3 hogere mechanische spanningen in de implantaatcomponenten vastgesteld.
• Wetenschappelijke conclusie: Het implantaatontwerp en de gekozen skeletale verankeringspunten hebben een belangrijke invloed op de biomechanische belasting van het volledige bot-implantaat-prothesecomplex. Binnen de beperkingen van dit computermodel liet het jukbeenverankerde subperiostale implantaat de meest gunstige spanningsverdeling in het bot zien, maar deze resultaten vereisen bevestiging in klinisch onderzoek.
• Belangrijkste beperkingen: Computationele simulatie, vereenvoudigde materiaaleigenschappen, afwezigheid van biologische variabelen en geen klinische validatie of langetermijnfollow-up.

10. Wetenschappelijke impact

Deze studie levert een waardevolle bijdrage aan de biomechanische kennis over de implantologische rehabilitatie van de ernstig geatrofieerde bovenkaak. De belangrijkste wetenschappelijke meerwaarde ligt in de directe vergelijking van drie verschillende implantologische behandelconcepten, waaronder twee patiëntspecifieke subperiostale implantaatontwerpen, binnen één identiek driedimensionaal eindige-elementenmodel. Volgens de auteurs was een dergelijke vergelijkende biomechanische analyse van deze specifieke implantaatconfiguraties nog niet eerder in de wetenschappelijke literatuur beschreven.

De studie laat zien dat niet alleen het aantal implantaten, maar vooral het ontwerp van het implantaatsysteem en de keuze van de anatomische verankeringspunten bepalend zijn voor de verdeling van de kauwkrachten binnen het gehele rehabilitatiesysteem. Daarnaast wordt duidelijk dat een vermindering van de belasting van het bot gepaard kan gaan met een hogere mechanische belasting van de implantaatcomponenten. Dit onderstreept het belang van een integrale biomechanische beoordeling waarbij zowel het ondersteunende bot als de prothetische en implantologische onderdelen worden meegenomen.

De resultaten benadrukken tevens de toenemende rol van digitale implantologie en patiëntspecifieke CAD/CAM-implantaten bij de behandeling van complexe anatomische situaties. Hoewel de simulaties wijzen op potentiële biomechanische voordelen van jukbeenverankerde subperiostale implantaten, mogen deze bevindingen niet worden geïnterpreteerd als klinisch bewijs voor een betere behandeluitkomst. Prospectieve klinische onderzoeken met langdurige follow-up blijven noodzakelijk om vast te stellen of deze gunstige spanningsverdeling daadwerkelijk leidt tot een hogere implantaatoverleving, minder complicaties en betere functionele resultaten.

11. Redactionele conclusie

Deze eindige-elementenanalyse toont aan dat het ontwerp van een implantaatsysteem een doorslaggevende invloed heeft op de biomechanische belasting tijdens de rehabilitatie van de volledig tandeloze en ernstig geatrofieerde bovenkaak. Van de onderzochte configuraties liet het patiëntspecifieke subperiostale implantaat met jukbeenverankering de meest gunstige verdeling van de spanningen in het bot zien, terwijl tegelijkertijd hogere mechanische belastingen werden waargenomen in de implantaatcomponenten. Deze bevindingen dragen bij aan een beter begrip van de biomechanische eigenschappen van patiëntspecifieke implantaatconstructies en kunnen richting geven aan de verdere ontwikkeling van digitale behandelconcepten binnen de orale implantologie. Aangezien de conclusies uitsluitend zijn gebaseerd op een computationeel model, vormen zij echter geen bewijs voor klinische superioriteit. Goed opgezette prospectieve klinische studies blijven noodzakelijk om te bepalen of deze biomechanische voordelen zich daadwerkelijk vertalen in betere klinische resultaten en een hogere voorspelbaarheid van de behandeling op lange termijn.