Biomechanische evaluatie van prothetische frame-materialen bij subperiostale implantaten: een eindige-elementenanalyse

Büşranur Demir, Ipek Caglar

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41318436/

Biomechanische evaluatie van prothetische frame-materialen bij subperiostale implantaten: een eindige-elementenanalyse

1. Wetenschappelijke referentie

• Titel van de studie: Biomechanical Evaluation of Prosthetic Framework Materials in Subperiosteal Implants: A Finite Element Analysis
• Auteurs: Büşranur Demir, Ipek Caglar
• Tijdschrift: BMC Oral Health
• Publicatiejaar: 2025
• DOI: 10.1186/s12903-025-07391-3

2. Wetenschappelijke achtergrond

De implantologische rehabilitatie van een ernstig geatrofieerde bovenkaak blijft een van de grootste uitdagingen binnen de moderne orale implantologie. Wanneer het beschikbare botvolume onvoldoende is voor de plaatsing van conventionele endossale implantaten, zijn vaak uitgebreide botaugmentatieprocedures noodzakelijk. Deze behandelingen gaan gepaard met een hogere chirurgische belasting, langere behandeltijden en een grotere morbiditeit. Dankzij de vooruitgang in digitale behandelplanning, CAD/CAM-technologie en additieve productie hebben patiëntspecifieke subperiostale implantaten de afgelopen jaren opnieuw belangstelling gekregen als therapeutisch alternatief voor patiënten met ernstige maxillaire atrofie.

Hoewel er veel biomechanisch onderzoek beschikbaar is over conventionele endossale implantaten, is de kennis over moderne patiëntspecifieke subperiostale implantaten nog beperkt. Met name is onvoldoende bekend hoe verschillende materialen voor het prothetische frame de belastingsoverdracht binnen de volledige implantaatgedragen reconstructie beïnvloeden. Daarom onderzoekt deze studie het biomechanische gedrag van verschillende frame-materialen bij volledige vaste rehabilitaties die worden ondersteund door subperiostale implantaten.

3. Doel van de studie

Het doel van deze studie was het evalueren van de invloed van verschillende materialen voor het prothetische frame, met uiteenlopende elasticiteitsmoduli, op het biomechanische gedrag van een vaste volledige boogreconstructie ondersteund door patiëntspecifieke subperiostale implantaten. Met behulp van een eindige-elementenanalyse vergeleken de auteurs de spanningsverdeling in het corticale bot, het trabeculaire bot, het implantaatlichaam, de fixatieschroeven, de prothetische schroeven en het prothetische frame.

4. Methodologie

Deze studie werd uitgevoerd met behulp van een driedimensionale eindige-elementenanalyse (Finite Element Analysis – FEA). Het digitale model werd opgebouwd op basis van een cone beam computed tomography (CBCT)-scan van een volledig edentate bovenkaak. Op basis van deze anatomische reconstructie ontwierpen de onderzoekers een patiëntspecifiek tweedelig subperiostaal implantaat voor de ondersteuning van een volledig vaste schroefgedragen prothese. Het gebruik van de radiologische gegevens werd goedgekeurd door de bevoegde ethische commissie.

Vier verschillende materialen voor het prothetische frame werden onderzocht: kobalt-chroom (CoCr), titanium (Ti), zirkoniumdioxide (Zr) en polyetheretherketon (PEEK). Hiermee werden vijf restauratieve configuraties samengesteld: CoCr met keramische bekleding, zirkonium met keramiek, titanium met keramiek, titanium met acrylaathars en PEEK met composiet.

Om fysiologische kauwkrachten te simuleren werd gelijktijdig een verticale belasting van 100 N aangebracht in de frontregio en verticale belastingen van 150 N, samen met schuine belastingen van 100 N onder een hoek van 30°, in de posterieure regio. De maximale hoofdspanningen werden berekend voor het corticale en trabeculaire bot, terwijl de equivalente Von Mises-spanningen werden bepaald voor het implantaat, het prothetische frame, de fixatieschroeven en de prothetische schroeven. Omdat het om een computergestuurde simulatiestudie ging, werd geen klinische follow-up uitgevoerd.

5. Belangrijkste resultaten

De simulaties toonden aan dat het materiaal van het prothetische frame een duidelijke invloed heeft op de verdeling van mechanische spanningen binnen het volledige implantaat-prothesesysteem. Van alle onderzochte configuraties veroorzaakte de combinatie PEEK met composietbekleding de hoogste spanningswaarden in het corticale bot, het trabeculaire bot, het implantaatlichaam, de fixatieschroeven en de prothetische schroeven. Daarentegen vertoonde het kobalt-chroomframe met keramische bekleding consequent de laagste spanningsniveaus in de meeste onderzochte structuren.

Vergeleken met de kobalt-chroomconstructie leidde de PEEK-composietconfiguratie tot ongeveer 14% hogere spanningen in het corticale bot, 22% hogere spanningen in het trabeculaire bot en bijna 96% hogere spanningen in de prothetische schroeven. De twee titaniumconstructies — één met keramische en één met acrylaatbekleding — vertoonden daarentegen vrijwel identieke spanningspatronen. Dit wijst erop dat het materiaal van het frame een veel grotere invloed heeft op het biomechanische gedrag dan het bekledingsmateriaal.

De prothetische schroeven werden het zwaarst belast en bereikten een maximale Von Mises-spanning van 233,05 MPa, terwijl de fixatieschroeven aanzienlijk lagere maximale waarden vertoonden, namelijk 71,45 MPa. De grootste spanningsconcentraties werden waargenomen rond de prothetische pijlers, de schroefverbindingen en de fixatiezones ter hoogte van de cuspidaat- en jukbeenregio. In alle onderzochte configuraties bleven de berekende spanningen in zowel het corticale als het trabeculaire bot onder de biologische tolerantiewaarden die door de auteurs werden gehanteerd.

6. Klinische analyse

Deze studie levert belangrijke biomechanische inzichten op binnen een onderzoeksgebied dat nog relatief beperkt is onderzocht: de invloed van het materiaal van het prothetische frame op het mechanische gedrag van moderne patiëntspecifieke subperiostale implantaten. In tegenstelling tot de veronderstelling dat flexibelere materialen de kauwkrachten beter zouden absorberen, laten de resultaten juist het tegenovergestelde zien. De PEEK-constructie, die de laagste elasticiteitsmodulus bezit, veroorzaakte de hoogste spanningsconcentraties in zowel het bot als het implantaat en vooral in de prothetische schroeven. Dit suggereert dat een lagere stijfheid van het frame niet automatisch leidt tot een gunstigere verdeling van de occlusale belasting.

Daarentegen liet het kobalt-chroomframe de meest gunstige spanningsverdeling binnen het volledige implantaat-prothesesysteem zien. Hoewel het frame zelf hogere interne spanningen ondervond dan de meer flexibele materialen, lijkt de grotere stijfheid een gelijkmatigere overdracht van kauwkrachten mogelijk te maken. Hierdoor worden spanningspieken in het bot en de overige implantaatcomponenten beperkt. Dit resultaat benadrukt het belang van de elasticiteitsmodulus van het framemateriaal bij het biomechanisch ontwerp van volledige implantaatgedragen rehabilitaties.

Een ander klinisch relevant resultaat betreft de prothetische schroeven, die in alle simulaties de hoogste spanningen ondervonden. Dit wijst erop dat de geschroefde verbindingen een mechanisch kritisch onderdeel vormen van subperiostale implantaatreconstructies. Bij de behandelplanning dient daarom niet alleen aandacht te worden besteed aan de keuze van het framemateriaal, maar ook aan de mechanische eigenschappen en duurzaamheid van de schroefverbindingen.

Daarnaast is het opmerkelijk dat de twee titaniumconfiguraties — één met keramische en één met acrylaatbekleding — vrijwel identieke biomechanische resultaten opleverden. Dit suggereert dat bij meerlagige prothetische restauraties het framemateriaal een veel grotere invloed heeft op de spanningsverdeling dan het bekledingsmateriaal.

Deze resultaten moeten echter worden geïnterpreteerd binnen de context van een computergestuurde simulatiestudie. Een eindige-elementenanalyse maakt een zeer gecontroleerde vergelijking van verschillende constructies mogelijk, maar kan biologische processen zoals wondgenezing, botremodellering, individuele anatomische variatie en klinisch functioneren op lange termijn niet nabootsen. De bevindingen vormen daarom een waardevolle biomechanische basis, maar dienen nog te worden bevestigd door prospectieve klinische onderzoeken.

7. Klinische toepassingen

De resultaten van deze studie kunnen bijdragen aan de digitale behandelplanning van volledige vaste rehabilitaties op patiëntspecifieke subperiostale implantaten, met name bij patiënten met ernstige atrofie van de bovenkaak, voor wie conventionele implantaten of uitgebreide botaugmentatieprocedures geen geschikte optie zijn. De studie toont aan dat de keuze van het framemateriaal een essentieel onderdeel vormt van het biomechanische ontwerp en niet uitsluitend een esthetische of productietechnische beslissing is.

De bevindingen benadrukken eveneens het belang van de geschroefde verbindingen. Omdat de prothetische schroeven in alle onderzochte configuraties de hoogste spanningen ondervonden, verdient hun mechanische weerstand bijzondere aandacht tijdens de CAD/CAM-planning van implantaatgedragen restauraties. Aangezien alle conclusies gebaseerd zijn op numerieke simulaties, dienen deze aanbevelingen echter uitsluitend als biomechanische richtlijnen en niet als definitieve klinische aanbevelingen te worden beschouwd.

8. Evidentieniveau, beperkingen en transparantie

Deze publicatie betreft een preklinische studie op basis van een eindige-elementenanalyse (Finite Element Analysis – FEA). Dit type onderzoek is een gevestigde methode voor het vergelijken van het biomechanische gedrag van verschillende implantaat-prothetische configuraties onder gestandaardiseerde belastingsomstandigheden. De verkregen resultaten zijn echter theoretisch van aard en maken het niet mogelijk om rechtstreeks uitspraken te doen over klinische prestaties op lange termijn, implantaatoverleving of het optreden van biologische en prothetische complicaties.

De auteurs wijzen op verschillende methodologische beperkingen die inherent zijn aan het computermodel. Het botweefsel werd gemodelleerd als homogeen, isotroop en lineair elastisch, een vereenvoudiging die de biologische variabiliteit van patiënten in de klinische praktijk niet volledig weerspiegelt. De peri-implantaire weke delen werden niet in de simulatie opgenomen, omdat de studie zich primair richtte op de spanningsverdeling in het bot en de implantaatcomponenten. Daarnaast werd de geometrie van de schroefdraad vereenvoudigd om de rekencomplexiteit te beperken. Evenmin konden biologische processen zoals wondgenezing, fibro-integratie, botremodellering, materiaalveroudering of functionele veranderingen in de tijd worden nagebootst. De auteurs benadrukken daarom dat prospectieve klinische onderzoeken noodzakelijk zijn om de biomechanische bevindingen te bevestigen.

Op basis van de beschikbare informatie in het artikel worden geen specifieke belangenconflicten of financiële banden met fabrikanten van implantaten of prothetische materialen gemeld. Evenmin bevatten de beschikbare tekstgedeelten aanwijzingen dat industriële financiering invloed heeft gehad op het studieontwerp of de interpretatie van de resultaten.

9. Belangrijkste punten van de studie

• Studietype: Preklinische driedimensionale eindige-elementenanalyse (FEA).
• Evidentieniveau: Preklinische experimentele biomechanische studie.
• Onderzoeksmodel: Driedimensionale digitale reconstructie van een volledig edentate bovenkaak op basis van een CBCT-scan.
• Aantal patiënten: Eén CBCT-dataset gebruikt voor de digitale modellering.
• Implantaatsysteem: Patiëntspecifiek tweedelig subperiostaal implantaat.
• Klinische follow-up: Niet van toepassing.
• Primaire uitkomstmaat: Spanningsverdeling in het corticale en trabeculaire bot, het implantaatlichaam, het prothetische frame, de fixatieschroeven en de prothetische schroeven.
• Vergeleken materialen: Kobalt-chroom, titanium, zirkoniumdioxide en PEEK, gecombineerd met verschillende bekledingsmaterialen.
• Belangrijkste resultaat: De PEEK-composietconfiguratie veroorzaakte de hoogste mechanische spanningen, terwijl het kobalt-chroomframe de meest gunstige spanningsverdeling vertoonde.
• Wetenschappelijke conclusie: Het materiaal van het prothetische frame heeft een aanzienlijke invloed op het biomechanische gedrag van subperiostale implantaatreconstructies. Daarnaast vormen de prothetische schroeven de mechanisch meest belaste component van het systeem.
• Belangrijkste beperking: De resultaten zijn uitsluitend gebaseerd op numerieke simulaties en vereisen bevestiging door prospectieve klinische studies.

10. Wetenschappelijke betekenis

Deze studie levert een waardevolle bijdrage aan de biomechanische kennis over patiëntspecifieke subperiostale implantaten, een domein binnen de implantologie dat de afgelopen jaren opnieuw aan belang heeft gewonnen dankzij de ontwikkeling van digitale behandelplanning en CAD/CAM-technologie. Waar voor conventionele endossale implantaten reeds uitgebreide biomechanische literatuur beschikbaar is, blijft onderzoek naar moderne subperiostale implantaten relatief schaars. Door verschillende framematerialen binnen hetzelfde anatomische model rechtstreeks met elkaar te vergelijken, vergroot deze studie het inzicht in de invloed van de elasticiteitsmodulus op de overdracht van kauwkrachten tijdens volledige implantaatgedragen rehabilitaties.

Een bijkomende wetenschappelijke meerwaarde is de geïntegreerde benadering van de volledige implantaat-prothetische reconstructie. In plaats van uitsluitend het implantaat zelf te analyseren, onderzochten de auteurs ook het prothetische frame, de fixatieschroeven en de prothetische verbindingen. De vaststelling dat de prothetische schroeven systematisch de hoogste spanningen ondervinden, opent nieuwe perspectieven voor toekomstig onderzoek naar de optimalisatie van mechanische verbindingen en CAD/CAM-ontwerpen voor volledige implantaatgedragen rehabilitaties.

Hoewel de studie geen klinische superioriteit van één specifiek materiaal aantoont, biedt zij een solide biomechanische basis voor toekomstige laboratoriumstudies en prospectieve klinische onderzoeken naar de langetermijnprestaties van patiëntspecifieke subperiostale implantaten.

11. Redactionele conclusie

Deze eindige-elementenanalyse toont aan dat het materiaal van het prothetische frame een doorslaggevende invloed heeft op het biomechanische gedrag van volledige rehabilitaties die worden ondersteund door patiëntspecifieke subperiostale implantaten. Van de onderzochte configuraties vertoonde het kobalt-chroomframe de meest gunstige spanningsverdeling, terwijl de PEEK-composietconstructie de hoogste spanningsconcentraties veroorzaakte in het bot, het implantaat en vooral in de prothetische schroeven. Deze resultaten verdiepen het biomechanische inzicht in digitaal ontworpen subperiostale implantaten. Gezien het preklinische karakter van de studie moeten de bevindingen echter worden beschouwd als experimenteel bewijs. Prospectieve klinische onderzoeken en langetermijnfollow-up zijn noodzakelijk om vast te stellen of deze biomechanische verschillen zich vertalen in klinisch relevante voordelen.