Evaluarea diferitelor grosimi ale implanturilor subperiostale asupra rezistenței mecanice și a tensiunilor osoase prin analiza cu elemente finite

Abdulsamet Kundakcioglu, Mustafa Ayhan

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39006845/

Evaluarea diferitelor grosimi ale implanturilor subperiostale asupra rezistenței mecanice și a tensiunilor osoase prin analiza cu elemente finite

1. Referință științifică

• Titlul studiului: Evaluarea diferitelor grosimi ale implanturilor subperiostale asupra rezistenței mecanice și a tensiunilor osoase prin analiza cu elemente finite
• Autori: Abdulsamet Kundakcioglu, Mustafa Ayhan
• Revistă științifică: International Journal of Medical Sciences
• Anul publicării: 2024
• DOI: 10.7150/ijms.91620

2. Context științific

Managementul maxilarelor sever atrofiate rămâne una dintre principalele provocări ale implantologiei dentare și chirurgiei orale. La unii pacienți edentați care prezintă o resorbție osoasă avansată, inserarea implanturilor endoosoase convenționale poate deveni dificilă sau chiar imposibilă fără recurgerea la proceduri de reconstrucție osoasă.

Tehnicile de grefare osoasă sau implanturile zigomatice reprezintă alternative recunoscute, însă acestea pot fi asociate cu o complexitate chirurgicală crescută, o durată mai mare a tratamentului sau un risc mai ridicat de complicații. În acest context, interesul reînnoit pentru implanturile subperiostale personalizate, posibil datorită tehnologiilor digitale CAD/CAM și fabricației aditive din titan, deschide noi perspective terapeutice.

Cu toate acestea, prezența unei structuri metalice direct sub țesuturile moi ridică întrebări cu privire la grosimea optimă a acestor dispozitive. O reducere excesivă a grosimii ar putea compromite rezistența mecanică a implantului, în timp ce un design prea voluminos ar putea crește riscul de expunere a țesuturilor moi.

3. Obiectivul studiului

Obiectivul principal al acestui studiu a fost determinarea grosimii minime a unui implant subperiostal personalizat capabil să reziste solicitărilor fiziologice ale masticației, limitând în același timp tensiunile mecanice transmise osului de susținere.

Autorii au comparat trei modele identice de implanturi fabricate cu grosimi diferite (1 mm, 1,5 mm și 2 mm) pentru a evalua comportamentul lor biomecanic prin analiza cu elemente finite.

4. Metodologie

Acesta este un studiu experimental preclinic bazat pe analiza cu elemente finite (Finite Element Analysis – FEA).

Cercetătorii au utilizat date tomografice provenite de la 11 pacienți tratați cu implanturi subperiostale personalizate pentru a genera un model digital mediu al unui maxilar atrofiat.

Ulterior au fost proiectate trei modele de implanturi cu următoarele grosimi:

• 1 mm (M1)
• 1,5 mm (M2)
• 2 mm (M3)

Implanturile au fost realizate din aliaj Ti6Al4V. A fost aplicată o sarcină verticală de 250 N care simula o forță ocluzală. Parametrii analizați au inclus:

• tensiunile Von Mises în interiorul implantului;
• tensiunile reziduale transmise osului;
• deplasările mecanice;
• riscul de deformare plastică a dispozitivului.

5. Rezultate principale

Diferențele observate între cele trei configurații au vizat în principal rezistența mecanică a implantului și deplasările generate sub încărcare.

Implantul cu grosimea de 1 mm (M1) a prezentat cea mai mare tensiune maximă, cu o valoare de 495,44 MPa, depășind pragul de siguranță stabilit la 415 MPa. Această situație sugerează un risc de deformare plastică în condiții de solicitare funcțională.

Modelele de 1,5 mm și 2 mm au prezentat tensiuni maxime de 173,24 MPa și, respectiv, 144,58 MPa, rămânând cu mult sub pragul critic definit de autori.

În ceea ce privește tensiunile transmise osului, toate cele trei modele au rămas sub limita de siguranță adoptată în studiu. Valorile maxime observate au fost:

• 26,63 MPa pentru M1;
• 25,95 MPa pentru M2;
• 22,15 MPa pentru M3.

Deplasările au fost, de asemenea, influențate de grosime. Modelul cel mai subțire a prezentat o deplasare maximă de 1,44 mm, în timp ce modelul de 2 mm a prezentat o deplasare de aproximativ 0,46 mm.

6. Analiză clinică

Acest studiu oferă o perspectivă interesantă asupra unui aspect rar documentat al reabilitării implantare cu implanturi subperiostale personalizate: compromisul dintre finețea designului și siguranța biomecanică.

Analiza arată că o reducere excesivă a grosimii poate conduce la o creștere semnificativă a tensiunilor mecanice concentrate la nivelul interfețelor de fixare. Aceste zone apar ca fiind punctele cele mai critice ale sistemului implantar. Atunci când grosimea scade la 1 mm, rezistența mecanică devine insuficientă conform criteriilor adoptate de autori.

Din punct de vedere clinic, aceste rezultate sunt deosebit de relevante în tratamentul pacienților cu atrofie maxilară severă, pentru care alternativele convenționale necesită uneori proceduri complexe de reconstrucție osoasă. Studiul sugerează că un design mai subțire nu este în mod necesar sinonim cu o îmbunătățire clinică dacă este însoțit de o pierdere a stabilității mecanice.

Rezultatele indică, de asemenea, că o grosime de 1,5 mm ar putea reprezenta un compromis între reducerea volumului metalic și menținerea unei rezistențe satisfăcătoare. Totuși, această interpretare trebuie abordată cu prudență, deoarece se bazează pe o simulare numerică și nu pe o evaluare clinică pe termen lung.

Studiul nu permite evaluarea directă a ratelor de supraviețuire a implanturilor, a complicațiilor biologice, a stabilității protetice sau a rezultatelor raportate de pacienți.

7. Aplicații clinice

Rezultatele acestei lucrări pot fi utile în mai multe situații clinice care implică protocoale digitale de reabilitare implantară:

• pacienți cu atrofie maxilară severă;
• candidați pentru implanturi subperiostale personalizate realizate prin fabricație aditivă;
• cazuri în care grefele osoase extinse sunt dificil de realizat;
• planificare implantară digitală utilizând fluxuri CAD/CAM;
• optimizarea designului mecanic al implanturilor personalizate.

Acest studiu poate contribui, de asemenea, la orientarea echipelor implicate în proiectarea asistată de calculator a implanturilor subperiostale, evidențiind impactul direct al grosimii materialului asupra distribuției tensiunilor mecanice.

8. Nivel de evidență, limitări și transparență

Acest studiu corespunde unei cercetări experimentale preclinice bazate pe modelare numerică prin analiza cu elemente finite.

Nivelul de evidență clinică este, prin urmare, limitat, deoarece nu a fost realizată nicio comparație clinică prospectivă și nicio evaluare pe termen lung a pacienților în cadrul acestei analize biomecanice.

Printre limitările identificabile:

• rezultate obținute pe baza unui model virtual;
• simularea unei singure încărcări verticale de 250 N;
• absența unei evaluări clinice directe a complicațiilor;
• absența datelor privind supraviețuirea implanturilor;
• imposibilitatea reproducerii tuturor condițiilor biologice reale.

Autorii precizează ei înșiși că concluziile rezultate din analiza cu elemente finite necesită validare clinică pe termen lung.

În ceea ce privește transparența, autorii declară că nu există conflicte de interese.

9. Puncte-cheie ale studiului

• Tipul studiului: Studiu experimental preclinic prin analiză cu elemente finite
• Nivel de evidență: Scăzut până la moderat (modelare biomecanică)
• Populația sau numărul de studii analizate: Model digital construit pe baza a 11 pacienți
• Numărul de pacienți sau implanturi: 11 dosare radiologice utilizate pentru generarea modelului mediu
• Durata urmăririi: Nu se aplică
• Criteriul principal evaluat: Rezistența mecanică și tensiunile osoase în funcție de grosimea implantului
• Rezultatul principal: Modelul de 1 mm depășește pragul de siguranță mecanică adoptat de autori
• Concluzia științifică: O grosime de 1,5 mm pare suficientă în condițiile de simulare studiate
• Limitări potențiale: Studiu numeric fără validare clinică directă

10. Impact științific

Această publicație contribuie la dezvoltarea implanturilor subperiostale personalizate fabricate prin imprimare 3D metalică, un domeniu care cunoaște un interes reînnoit în reabilitarea maxilarelor sever atrofiate.

Contribuția sa principală constă în evaluarea cantitativă a influenței grosimii materialului asupra comportamentului biomecanic al implantului. În timp ce numeroase studii se concentrează asupra rezultatelor clinice sau conceptelor de proiectare, acest studiu se axează pe un parametru tehnic susceptibil să influențeze atât stabilitatea mecanică, cât și integrarea clinică a dispozitivului.

Datele prezentate susțin ideea că reducerea grosimii este posibilă până la anumite limite fără compromiterea rezistenței mecanice. Astfel, acestea oferă informații utile pentru optimizarea viitoarelor proiecte de implanturi subperiostale provenite din fluxuri digitale CAD/CAM.

Totuși, aceste rezultate constituie mai degrabă o bază de reflecție pentru cercetare și inginerie biomedicală decât o validare clinică definitivă.

11. Concluzie editorială

Acest studiu biomecanic oferă date originale privind impactul grosimii implanturilor subperiostale personalizate din titan realizate prin fabricație aditivă. Simulările indică faptul că o grosime de 1 mm ar putea expune implantul unui risc de deformare mecanică, în timp ce o grosime de 1,5 mm pare să mențină performanțe compatibile cu criteriile de siguranță adoptate. Deși promițătoare pentru planificarea digitală în implantologia avansată, aceste rezultate trebuie interpretate în lumina caracterului preclinic al studiului și necesită confirmare prin investigații clinice pe termen lung.