Metoda elementów skończonych w ocenie implantów podokostnowych: przegląd systematyczny dotyczący właściwości biomechanicznych i rozkładu naprężeń

Vincenzo Ronsivalle, Paola Lo Giudice, Simona Santonocito, Salvatore Bocchieri, Roberta Giudice, Salvatore Battaglia, Salvatore Crimi, Alberto Bianchi, Marco Cicciù

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40399179/

Metoda elementów skończonych w ocenie implantów podokostnowych: przegląd systematyczny dotyczący właściwości biomechanicznych i rozkładu naprężeń

1. Dane bibliograficzne

• Tytuł badania: Finite element method of subperiosteal implants: a systematic review on biomechanical performance and stress distribution
• Autorzy: Vincenzo Ronsivalle, Paola Lo Giudice, Simona Santonocito, Salvatore Bocchieri, Roberta Giudice, Salvatore Battaglia, Salvatore Crimi, Alberto Bianchi, Marco Cicciù
• Czasopismo naukowe: Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery
• Rok publikacji: 2025
• DOI: 10.1016/j.jcms.2025.04.018

2. Tło naukowe

Rehabilitacja implantologiczna pacjentów z zaawansowanym zanikiem kości szczęki lub żuchwy pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej implantologii stomatologicznej i chirurgii jamy ustnej. W przypadkach, gdy ilość dostępnej tkanki kostnej nie pozwala na zastosowanie klasycznych implantów śródkostnych, konieczne staje się poszukiwanie alternatywnych metod leczenia. Rozwój obrazowania CBCT, cyfrowego projektowania CAD/CAM oraz technologii druku 3D przyczynił się do ponownego zainteresowania indywidualnie projektowanymi implantami podokostnowymi.

Jednocześnie metoda elementów skończonych (Finite Element Method – FEM) stała się ważnym narzędziem badawczym umożliwiającym analizę biomechaniczną konstrukcji implantologicznych w warunkach symulacyjnych. Dzięki modelowaniu komputerowemu możliwa jest ocena rozkładu naprężeń, przenoszenia obciążeń oraz stabilności mechanicznej jeszcze przed zastosowaniem klinicznym. Niniejszy przegląd systematyczny podsumowuje aktualne badania wykorzystujące FEM do oceny implantów podokostnowych oraz porównuje ich właściwości biomechaniczne z implantami konwencjonalnymi.

3. Cel badania

Celem tej pracy było przeanalizowanie badań wykorzystujących metodę elementów skończonych do oceny zachowania biomechanicznego implantów podokostnowych. Autorzy dążyli również do porównania sposobu rozkładu naprężeń mechanicznych w tych implantach z rozkładem obserwowanym w klasycznych implantach śródkostnych stosowanych u pacjentów z ciężką atrofią kości szczęk.

4. Metodologia

Badanie przeprowadzono jako przegląd systematyczny zgodnie z wytycznymi PRISMA. Przeszukano bazy danych Web of Science, PubMed, Scopus oraz Lilacs, uwzględniając publikacje dostępne do lutego 2025 roku.

Do analizy zakwalifikowano wyłącznie badania wykorzystujące metodę elementów skończonych do oceny rozkładu naprężeń w implantach podokostnowych. Kryteria włączenia spełniło łącznie dwanaście publikacji. Ryzyko błędu systematycznego oceniono przy użyciu zmodyfikowanej wersji narzędzia ROBINS-I dostosowanej do badań in silico. Dostępny abstrakt nie zawiera dodatkowych informacji dotyczących parametrów modeli numerycznych ani szczegółowych protokołów symulacyjnych.

5. Główne wyniki

Wyniki analizowanych badań wskazują, że implanty podokostnowe zapewniają bardziej równomierny rozkład naprężeń mechanicznych niż implanty konwencjonalne. Symulacje FEM wykazały mniejsze koncentracje naprężeń na granicy kontaktu kości z implantem, co sugeruje korzystniejsze przenoszenie obciążeń.

Przegląd wykazał również, że implanty o konfiguracji podwójnej charakteryzowały się większą stabilnością biomechaniczną niż pozostałe analizowane konstrukcje. Istotny wpływ na właściwości mechaniczne miały także zastosowany materiał (między innymi tytan i PEEK), sposób mocowania za pomocą śrub oraz grubość implantu. Ponadto symulacje wykazały, że obciążenia skośne powodują większe przemieszczenia implantów niż obciążenia osiowe.

6. Analiza kliniczna

Przedstawiony przegląd systematyczny dostarcza aktualnego podsumowania wiedzy dotyczącej biomechanicznych właściwości implantów podokostnowych ocenianych metodą elementów skończonych. Uzyskane wyniki sugerują, że indywidualnie projektowane implanty mogą zapewniać bardziej równomierne przenoszenie sił u pacjentów z zaawansowaną atrofią kości szczęk, ograniczając lokalne koncentracje naprężeń.

Z klinicznego punktu widzenia badanie podkreśla znaczenie cyfrowego planowania leczenia oraz optymalizacji konstrukcji implantów. Wybór materiału, grubość implantu oraz metoda jego stabilizacji wydają się mieć istotny wpływ na zachowanie biomechaniczne całego systemu, dlatego powinny być uwzględniane już na etapie projektowania.

Należy jednak zachować ostrożność podczas interpretacji przedstawionych wyników. Wszystkie uwzględnione badania opierały się wyłącznie na symulacjach komputerowych i nie obejmowały danych klinicznych pochodzących od pacjentów. Oznacza to, że nie można bezpośrednio wnioskować o przeżywalności implantów, częstości powikłań biologicznych i mechanicznych ani o długoterminowej skuteczności klinicznej. Autorzy podkreślają konieczność przeprowadzenia badań klinicznych oraz standaryzacji metodologii FEM w celu potwierdzenia uzyskanych obserwacji.

7. Zastosowania kliniczne

Wyniki przedstawione w tej pracy mogą być przydatne podczas planowania złożonych rehabilitacji implantologicznych u pacjentów z ciężką atrofią szczęki lub żuchwy, szczególnie wtedy, gdy zastosowanie klasycznych implantów nie jest możliwe. Badanie wskazuje na znaczenie cyfrowego planowania leczenia, wykorzystania obrazowania CBCT, technologii CAD/CAM oraz analiz biomechanicznych w projektowaniu indywidualnych implantów podokostnowych.

Uzyskane dane mogą również wspierać dalsze prace nad optymalizacją geometrii implantów, doborem materiałów oraz metodami ich mocowania. Dostępne wyniki nie pozwalają jednak na sformułowanie jednoznacznych zaleceń klinicznych ani na potwierdzenie przewagi tej metody nad innymi rozwiązaniami terapeutycznymi.

8. Poziom dowodów naukowych, ograniczenia i przejrzystość

Publikacja stanowi przegląd systematyczny badań in silico wykorzystujących metodę elementów skończonych. Chociaż przeglądy systematyczne należą do badań o wysokim poziomie wiarygodności, siła przedstawionych wniosków jest ograniczona przez fakt, że analizowane prace opierały się wyłącznie na modelach komputerowych.

Autorzy wskazują na potrzebę opracowania ujednoliconych metod analizy FEM oraz przeprowadzenia badań klinicznych w celu potwierdzenia znaczenia uzyskanych wyników biomechanicznych. Dostępny abstrakt nie zawiera informacji o innych ograniczeniach metodologicznych.

W udostępnionych materiałach nie przedstawiono informacji dotyczących konfliktów interesów ani powiązań autorów z producentami implantów.

9. Najważniejsze informacje o badaniu

• Rodzaj badania: Przegląd systematyczny
• Poziom dowodów naukowych: Przegląd systematyczny badań in silico wykorzystujących metodę elementów skończonych
• Liczba uwzględnionych badań: 12
• Liczba pacjentów lub implantów: Nie podano w dostępnych materiałach
• Okres obserwacji: Nie podano w dostępnych materiałach
• Główny oceniany parametr: Właściwości biomechaniczne i rozkład naprężeń implantów podokostnowych
• Najważniejszy wynik: Symulacje FEM wykazały bardziej równomierny rozkład naprężeń oraz lepszą stabilność biomechaniczną wybranych konstrukcji implantów podokostnowych.
• Wniosek naukowy: Implanty podokostnowe stanowią obiecującą opcję rehabilitacji pacjentów z ciężką atrofią kości szczęk, jednak wymagają dalszej walidacji klinicznej.
• Ograniczenia: Dowody naukowe opierają się wyłącznie na symulacjach komputerowych; konieczne są standaryzowane analizy FEM oraz badania kliniczne.

10. Znaczenie naukowe

Przegląd systematyczny przedstawia aktualny obraz wiedzy dotyczącej biomechanicznych właściwości indywidualnie projektowanych implantów podokostnowych ocenianych metodą elementów skończonych. Zamiast prezentować nowe wyniki kliniczne, porządkuje dostępne dane dotyczące rozkładu naprężeń oraz stabilności mechanicznej różnych konstrukcji implantologicznych.

Autorzy zwracają również uwagę na znaczenie takich parametrów projektowych, jak materiał implantu, jego grubość, sposób mocowania oraz kierunek przyłożonych obciążeń. Wskazuje to kierunki dalszych badań nad udoskonalaniem indywidualnych rozwiązań implantologicznych oraz wzmacnia rolę cyfrowego projektowania i modelowania biomechanicznego we współczesnej implantologii. Jednocześnie podkreślono, że wiarygodne badania kliniczne pozostają niezbędne do potwierdzenia praktycznego znaczenia wyników uzyskanych metodą FEM.

11. Wnioski redakcyjne

Przegląd systematyczny potwierdza znaczenie metody elementów skończonych jako narzędzia badawczego służącego do oceny biomechanicznej nowoczesnych implantów podokostnowych stosowanych u pacjentów z ciężką atrofią kości szczęk. Dostępne symulacje wskazują na korzystniejszy rozkład naprężeń oraz identyfikują szereg czynników konstrukcyjnych wpływających na stabilność mechaniczną implantów. Ponieważ wszystkie przedstawione dane pochodzą z badań in silico, ich znaczenie kliniczne wymaga potwierdzenia w dobrze zaprojektowanych badaniach klinicznych z zastosowaniem ujednoliconych metod oceny.