Bibliografia
Analiza Metodą Elementów Skończonych (FEA) Urządzenia Przedszczękowego: Nowy Typ Implantu Podokostnowego do Leczenia Zaawansowanej Atrofii Szczęki
Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37622941/
Analiza Metodą Elementów Skończonych (FEA) Urządzenia Przedszczękowego: Nowy Typ Implantu Podokostnowego do Leczenia Zaawansowanej Atrofii Szczęki
1. Informacje naukowe
- Tytuł badania: Finite Element Analysis (FEA) of a Premaxillary Device: A New Type of Subperiosteal Implant to Treat Severe Atrophy of the Maxilla
- Autorzy: Alessandro Cipollina, Mario Ceddia, Natalia Di Pietro, Francesco Inchingolo, Margherita Tumedei, Tea Romasco, Adriano Piattelli, Alessandro Specchiulli, Bartolomeo Trentadue
- Czasopismo naukowe: Biomimetics
- Rok publikacji: 2023
- DOI: 10.3390/biomimetics8040336
2. Tło naukowe
Leczenie zaawansowanej atrofii szczęki pozostaje jednym z najbardziej złożonych wyzwań współczesnej implantologii stomatologicznej. Gdy dostępna objętość kości staje się niewystarczająca, konwencjonalne protokoły terapeutyczne często wymagają zaawansowanych procedur rekonstrukcji kostnej lub zastosowania specjalistycznych implantów wykorzystujących odległe obszary anatomiczne.
Chociaż metody takie jak przeszczepy kostne, podniesienie dna zatoki szczękowej, implanty jarzmowe czy implanty skrzydłowe wykazały swoją skuteczność kliniczną, mogą być związane ze znaczną złożonością chirurgiczną oraz ryzykiem powikłań. W tym kontekście rozwój indywidualnie projektowanych implantów podokostnowych z wykorzystaniem technologii cyfrowych stanowi szczególnie dynamicznie rozwijający się obszar badań.
Analizowane badanie wpisuje się w ten nurt i ocenia nowe urządzenie przedszczękowe przeznaczone do rehabilitacji implantologicznej znacznie zanikłych szczęk przy użyciu biomechanicznej analizy metodą elementów skończonych.
3. Cel badania
Głównym celem autorów była ocena zachowania biomechanicznego nowego przedszczękowego urządzenia podokostnowego (Premaxillary Device – PD) przeznaczonego do rehabilitacji pacjentów z zaawansowanym zanikiem szczęki.
Badanie miało na celu analizę rozkładu naprężeń mechanicznych generowanych w urządzeniu, implantach, łącznikach protetycznych oraz kości podstawnej w celu oceny biomechanicznej wykonalności tej metody terapeutycznej.
4. Metodologia
Badanie stanowi przedkliniczne badanie numeryczne oparte na Analizie Metodą Elementów Skończonych (FEA).
Autorzy opracowali trójwymiarowy model urządzenia przedszczękowego przy użyciu oprogramowania CAD. Następnie, na podstawie obrazów tomografii komputerowej, stworzono wirtualny model całkowicie bezzębnej szczęki z ciężkim zanikiem kości.
Urządzenie zamodelowano z wykorzystaniem stopu tytanu Ti6Al4V i umieszczono na kości podstawnej o właściwościach mechanicznych opisanych w literaturze naukowej. Symulacje przeprowadzono przy użyciu oprogramowania ANSYS.
Oceniono dwa warunki obciążenia:
- obciążenie osiowe 200 N;
- obciążenie skośne 200 N przyłożone pod kątem 45°.
Naprężenia analizowano zgodnie z kryterium Von Misesa.
Nie uwzględniono żadnych pacjentów ani implantów klinicznych, ponieważ badanie opierało się wyłącznie na symulacjach numerycznych.
5. Główne wyniki
Symulacje wykazały stosunkowo jednorodny rozkład naprężeń w całym urządzeniu przedszczękowym.
Przy osiowym obciążeniu 200 N naprężenia obserwowane w urządzeniu pozostawały umiarkowane i mieściły się zazwyczaj w zakresie od 5 do 15 MPa. Najbardziej obciążone obszary odpowiadały głównie łącznikom protetycznym i połączeniom gwintowanym. Najbardziej krytyczny obszar osiągnął wartość około 34,4 MPa.
Po zastosowaniu obciążenia skośnego pod kątem 45° naprężenia wzrosły w całym układzie. W kości podstawnej odnotowano wartości od 3 do 15 MPa, natomiast w samym urządzeniu wartości naprężeń wynosiły od 40 do 250 MPa.
Łączniki były elementami poddanymi największym obciążeniom, osiągając wartości około 270 MPa. Pomimo wzrostu naprężeń przy obciążeniu skośnym, pozostawały one poniżej granic wytrzymałości mechanicznej zastosowanego stopu tytanu.
Autorzy stwierdzili, że urządzenie umożliwia korzystny rozkład obciążeń bez generowania nadmiernych koncentracji naprężeń mogących zagrozić biomechanicznej stabilności systemu.
6. Analiza kliniczna
Badanie dostarcza przede wszystkim informacji biomechanicznych dotyczących rozwiązania rehabilitacyjnego przeznaczonego dla pacjentów z zaawansowaną atrofią szczęki.
Znaczenie ocenianego urządzenia wynika z jego celu, jakim jest uniknięcie niektórych złożonych procedur rekonstrukcyjnych zwykle wymaganych w przypadkach ciężkiego niedoboru kości. Wyniki sugerują, że architektura urządzenia sprzyja względnie jednorodnemu przekazywaniu naprężeń do kości podstawnej, co stanowi istotny czynnik ograniczający przeciążenia mechaniczne mogące prowadzić do resorpcji kości lub niepowodzenia leczenia implantologicznego.
Analiza podkreśla również znaczenie obciążeń skośnych, których wpływ jest zdecydowanie większy niż obciążeń osiowych. Obserwacja ta jest zgodna z uznanymi zasadami biomechaniki implantologicznej, zgodnie z którymi boczne składowe sił okluzyjnych często stanowią najbardziej krytyczne obciążenia.
Niemniej jednak wyniki te należy interpretować ostrożnie. Badanie FEA nie odzwierciedla w pełni biologicznej złożoności środowiska jamy ustnej. Procesy przebudowy kości, indywidualne różnice jakości kości, mikroruchy implantów oraz rzeczywiste warunki żucia nie mogą zostać całkowicie zasymulowane. Dlatego uzyskane wyniki należy traktować jako dane eksploracyjne potwierdzające mechaniczną wykonalność koncepcji, a nie jako kliniczny dowód jej skuteczności.
7. Zastosowania kliniczne
Wyniki tego badania mogą mieć znaczenie w następujących sytuacjach klinicznych:
- rehabilitacja implantologiczna znacznie zanikłych szczęk;
- leczenie pacjentów bezzębnych z ograniczoną ilością kości;
- sytuacje, w których zabiegi augmentacji kości lub podniesienia dna zatoki szczękowej są uznawane za złożone lub obarczone wysokim ryzykiem;
- rozwój indywidualnie projektowanych implantów podokostnowych wykonywanych z wykorzystaniem technologii CAD/CAM;
- cyfrowe planowanie złożonych rehabilitacji implantologicznych.
Badanie dostarcza przede wszystkim informacji dotyczących potencjalnej stabilności biomechanicznej tej koncepcji, a nie jej długoterminowej skuteczności klinicznej.
8. Poziom dowodów naukowych, ograniczenia i przejrzystość
Poziom dowodów naukowych tej publikacji jest stosunkowo ograniczony, ponieważ jest to przedkliniczne badanie numeryczne oparte na Analizie Metodą Elementów Skończonych (FEA).
Główne ograniczenia zostały bezpośrednio wskazane przez autorów. Materiały zostały uznane za jednorodne, izotropowe i liniowo sprężyste. Ponadto podczas symulacji założono pełną osteointegrację. Założenia te nieuchronnie upraszczają rzeczywiste warunki biologiczne.
Badanie nie przedstawia wyników klinicznych uzyskanych u ludzi i nie przeprowadzono bezpośredniego porównania klinicznego z innymi metodami terapeutycznymi.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
W związku z tym wszelkie próby klinicznej ekstrapolacji wyników powinny być podejmowane z dużą ostrożnością.
9. Kluczowe informacje dotyczące badania
- Typ badania: Przedkliniczne badanie z wykorzystaniem Analizy Metodą Elementów Skończonych (FEA)
- Poziom dowodów naukowych: Niski do umiarkowanego (eksperymentalne badanie numeryczne)
- Analizowana populacja lub liczba badań: Nie dotyczy
- Liczba pacjentów lub implantów: Nie uwzględniono pacjentów
- Czas obserwacji: Nie dotyczy
- Główny oceniany parametr: Rozkład naprężeń biomechanicznych
- Główny wynik: Korzystny rozkład naprężeń w kości podstawnej i urządzeniu przedszczękowym
- Wniosek naukowy: Urządzenie przedszczękowe wykazało zachowanie biomechaniczne zgodne z potencjalnym zastosowaniem u pacjentów z ciężką atrofią szczęki
- Potencjalne ograniczenia: Modelowanie numeryczne, uproszczone założenia oraz brak walidacji klinicznej
10. Znaczenie naukowe
Publikacja ta przyczynia się do rozwoju nowoczesnych implantów podokostnowych przeznaczonych do rehabilitacji pacjentów z zaawansowaną atrofią szczęki.
Jej główny wkład polega na szczegółowej ocenie biomechanicznej stosunkowo nowej koncepcji terapeutycznej. Uzyskane wyniki wspierają hipotezę, że indywidualnie projektowane urządzenie przedszczękowe może zapewniać przenoszenie obciążeń zgodne z właściwościami mechanicznymi zarówno kości podstawnej, jak i zastosowanego materiału implantologicznego.
Badanie podkreśla również rosnące znaczenie narzędzi cyfrowej symulacji w projektowaniu nowych rozwiązań implantologicznych. Identyfikacja obszarów koncentracji naprężeń przed zastosowaniem klinicznym może przyczynić się do optymalizacji konstrukcji implantów.
Jednak wkład ten pozostaje przede wszystkim teoretyczny. Potrzebne będą prospektywne badania kliniczne ze średnio- i długoterminową obserwacją, aby potwierdzić kliniczne znaczenie oraz trwałość tej koncepcji.
11. Wniosek redakcyjny
Badanie to dostarcza szczegółowej oceny biomechanicznej nowego urządzenia podokostnowego przeznaczonego do rehabilitacji znacznie zanikłych szczęk. Symulacje numeryczne wskazują na korzystny rozkład naprężeń oraz wytrzymałość mechaniczną zgodną z analizowanymi warunkami obciążenia.
Chociaż wyniki te są obiecujące dla badań nad cyfrową implantologią i rekonstrukcją szczęki, ich znaczenie pozostaje ograniczone ze względu na brak walidacji klinicznej. W konsekwencji publikacja ta stanowi interesujący wstępny etap w rozwoju nowych alternatyw dla bardziej inwazyjnych protokołów rekonstrukcyjnych.
