Đánh giá các độ dày khác nhau của implant dưới màng xương đối với độ bền cơ học và ứng suất lên xương bằng phân tích phần tử hữu hạn

Abdulsamet Kundakcioglu, Mustafa Ayhan

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

Đánh giá các độ dày khác nhau của implant dưới màng xương đối với độ bền cơ học và ứng suất lên xương bằng phân tích phần tử hữu hạn

1. Thông tin khoa học

• Tiêu đề nghiên cứu: Đánh giá các độ dày khác nhau của implant dưới màng xương đối với độ bền cơ học và ứng suất lên xương bằng phân tích phần tử hữu hạn
• Tác giả: Abdulsamet Kundakcioglu, Mustafa Ayhan
• Tạp chí khoa học: International Journal of Medical Sciences
• Năm xuất bản: 2024
• DOI: 10.7150/ijms.91620

2. Bối cảnh khoa học

Việc điều trị các xương hàm bị tiêu xương nghiêm trọng vẫn là một trong những thách thức lớn của cấy ghép nha khoa và phẫu thuật miệng. Ở một số bệnh nhân mất răng hoàn toàn với tình trạng tiêu xương tiến triển, việc đặt các implant nội xương thông thường có thể trở nên khó khăn hoặc thậm chí không thể thực hiện được nếu không tiến hành các thủ thuật tái tạo xương.

Các kỹ thuật ghép xương hoặc implant gò má là những lựa chọn thay thế đã được công nhận, nhưng chúng có thể đi kèm với sự gia tăng độ phức tạp của phẫu thuật, kéo dài thời gian điều trị hoặc tăng nguy cơ biến chứng. Trong bối cảnh đó, sự quan tâm trở lại đối với các implant dưới màng xương cá thể hóa, được hỗ trợ bởi công nghệ kỹ thuật số CAD/CAM và công nghệ sản xuất bồi đắp bằng titan, đã mở ra những triển vọng điều trị mới.

Tuy nhiên, sự hiện diện của một cấu trúc kim loại nằm trực tiếp dưới mô mềm đặt ra câu hỏi về độ dày tối ưu của các thiết bị này. Việc giảm độ dày quá mức có thể làm suy giảm độ bền cơ học của implant, trong khi thiết kế quá cồng kềnh có thể làm tăng nguy cơ lộ mô mềm.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xác định độ dày tối thiểu của một implant dưới màng xương cá thể hóa có khả năng chịu được các lực nhai sinh lý đồng thời hạn chế các ứng suất cơ học truyền đến xương nâng đỡ.

Các tác giả đã so sánh ba thiết kế implant giống hệt nhau được chế tạo với các độ dày khác nhau (1 mm, 1,5 mm và 2 mm) nhằm đánh giá hành vi cơ sinh học của chúng bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn.

4. Phương pháp nghiên cứu

Đây là một nghiên cứu thực nghiệm tiền lâm sàng dựa trên phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis – FEA).

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu chụp cắt lớp vi tính của 11 bệnh nhân được điều trị bằng implant dưới màng xương cá thể hóa để xây dựng một mô hình kỹ thuật số trung bình của hàm trên bị tiêu xương.

Sau đó, ba mô hình implant được thiết kế với các độ dày tương ứng:

• 1 mm (M1)
• 1,5 mm (M2)
• 2 mm (M3)

Các implant được chế tạo từ hợp kim Ti6Al4V. Một tải trọng thẳng đứng 250 N mô phỏng lực cắn khớp cắn được áp dụng. Các thông số được nghiên cứu bao gồm:

• ứng suất Von Mises trong implant;
• ứng suất dư truyền đến xương;
• độ dịch chuyển cơ học;
• nguy cơ biến dạng dẻo của thiết bị.

5. Kết quả chính

Các khác biệt quan sát được giữa ba cấu hình chủ yếu liên quan đến độ bền cơ học của implant và độ dịch chuyển sinh ra dưới tải trọng.

Implant có độ dày 1 mm (M1) cho thấy ứng suất cực đại cao nhất với giá trị 495,44 MPa, vượt quá ngưỡng an toàn được thiết lập là 415 MPa. Tình huống này gợi ý nguy cơ biến dạng dẻo dưới tải trọng chức năng.

Các mô hình có độ dày 1,5 mm và 2 mm cho thấy ứng suất cực đại lần lượt là 173,24 MPa và 144,58 MPa, thấp hơn đáng kể so với ngưỡng tới hạn do các tác giả xác định.

Đối với ứng suất truyền đến xương, cả ba mô hình đều nằm dưới giới hạn an toàn được áp dụng trong nghiên cứu. Các giá trị cực đại quan sát được là:

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

Độ dịch chuyển cũng bị ảnh hưởng bởi độ dày. Mô hình mỏng nhất cho thấy độ dịch chuyển cực đại là 1,44 mm, trong khi mô hình 2 mm cho thấy độ dịch chuyển khoảng 0,46 mm.

6. Phân tích lâm sàng

Nghiên cứu này cung cấp một góc nhìn thú vị về một khía cạnh hiếm khi được đề cập trong phục hồi implant bằng implant dưới màng xương cá thể hóa: sự cân bằng giữa thiết kế mỏng và độ an toàn cơ sinh học.

Phân tích cho thấy việc giảm độ dày quá mức có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể các ứng suất cơ học tập trung tại các vùng giao diện cố định. Những khu vực này xuất hiện như các điểm tới hạn nhất của hệ thống implant. Khi độ dày giảm xuống còn 1 mm, độ bền cơ học trở nên không đủ theo các tiêu chí được các tác giả áp dụng.

Từ góc độ lâm sàng, các kết quả này đặc biệt có ý nghĩa trong điều trị những bệnh nhân bị tiêu xương hàm trên nghiêm trọng, những trường hợp mà các lựa chọn điều trị thông thường đôi khi đòi hỏi các thủ thuật tái tạo xương phức tạp. Nghiên cứu cho thấy rằng một thiết kế mỏng hơn không nhất thiết đồng nghĩa với sự cải thiện lâm sàng nếu nó đi kèm với sự suy giảm độ ổn định cơ học.

Các kết quả cũng chỉ ra rằng độ dày 1,5 mm có thể là một sự thỏa hiệp giữa việc giảm thể tích kim loại và duy trì độ bền thỏa đáng. Tuy nhiên, cách diễn giải này cần được xem xét thận trọng vì nó dựa trên mô phỏng số học chứ không phải đánh giá lâm sàng dài hạn.

Nghiên cứu không cho phép đánh giá trực tiếp tỷ lệ sống còn của implant, các biến chứng sinh học, độ ổn định phục hình hoặc các kết quả do bệnh nhân báo cáo.

7. Ứng dụng lâm sàng

Kết quả của nghiên cứu này có thể hữu ích trong nhiều tình huống lâm sàng liên quan đến các quy trình phục hồi implant kỹ thuật số:

• bệnh nhân bị tiêu xương hàm trên nghiêm trọng;
• ứng viên cho implant dưới màng xương cá thể hóa được chế tạo bằng công nghệ sản xuất bồi đắp;
• các trường hợp khó thực hiện ghép xương quy mô lớn;
• lập kế hoạch implant kỹ thuật số sử dụng quy trình CAD/CAM;
• tối ưu hóa thiết kế cơ học của implant cá thể hóa.

Nghiên cứu này cũng có thể hỗ trợ các nhóm tham gia thiết kế implant dưới màng xương bằng máy tính bằng cách làm nổi bật tác động trực tiếp của độ dày vật liệu đối với sự phân bố ứng suất cơ học.

8. Mức độ bằng chứng, hạn chế và tính minh bạch

Nghiên cứu này là một nghiên cứu thực nghiệm tiền lâm sàng dựa trên mô hình số bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

Do đó, mức độ bằng chứng lâm sàng còn hạn chế vì không có nghiên cứu so sánh lâm sàng tiến cứu hoặc đánh giá dài hạn trên bệnh nhân được thực hiện trong khuôn khổ phân tích cơ sinh học này.

Các hạn chế có thể xác định bao gồm:

• kết quả thu được từ một mô hình ảo;
• mô phỏng một tải trọng thẳng đứng duy nhất 250 N;
• không có đánh giá lâm sàng trực tiếp về các biến chứng;
• không có dữ liệu về tỷ lệ sống còn của implant;
• không thể tái tạo đầy đủ các điều kiện sinh học thực tế.

Chính các tác giả cũng nhấn mạnh rằng các kết luận từ phân tích phần tử hữu hạn cần được xác nhận bằng các nghiên cứu lâm sàng dài hạn.

Về tính minh bạch, các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích.

9. Những điểm chính của nghiên cứu

• Loại nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm tiền lâm sàng bằng phân tích phần tử hữu hạn
• Mức độ bằng chứng: Thấp đến trung bình (mô hình cơ sinh học)
• Quần thể hoặc số lượng nghiên cứu được phân tích: Mô hình kỹ thuật số được xây dựng từ 11 bệnh nhân
• Số lượng bệnh nhân hoặc implant: 11 hồ sơ hình ảnh học được sử dụng để tạo mô hình trung bình
• Thời gian theo dõi: Không áp dụng
• Tiêu chí đánh giá chính: Độ bền cơ học và ứng suất xương theo độ dày implant
• Kết quả chính: Mô hình 1 mm vượt quá ngưỡng an toàn cơ học được các tác giả thiết lập
• Kết luận khoa học: Độ dày 1,5 mm có vẻ đủ trong các điều kiện mô phỏng được nghiên cứu
• Hạn chế tiềm tàng: Nghiên cứu mô phỏng số không có xác nhận lâm sàng trực tiếp

10. Tác động khoa học

Công trình này đóng góp vào sự phát triển của các implant dưới màng xương cá thể hóa được sản xuất bằng công nghệ in kim loại 3D, một lĩnh vực đang nhận được sự quan tâm trở lại trong phục hồi các xương hàm bị tiêu xương nghiêm trọng.

Đóng góp chính của nghiên cứu nằm ở việc đánh giá định lượng ảnh hưởng của độ dày vật liệu đến hành vi cơ sinh học của implant. Trong khi nhiều nghiên cứu tập trung vào kết quả lâm sàng hoặc các khái niệm thiết kế, nghiên cứu này tập trung vào một thông số kỹ thuật có khả năng ảnh hưởng đến cả độ ổn định cơ học và sự tích hợp lâm sàng của thiết bị.

Các dữ liệu được trình bày ủng hộ quan điểm rằng việc giảm độ dày là khả thi đến một giới hạn nhất định mà không làm ảnh hưởng đến độ bền cơ học. Do đó, chúng cung cấp những thông tin hữu ích cho việc tối ưu hóa các thiết kế implant dưới màng xương trong tương lai được phát triển từ các quy trình kỹ thuật số CAD/CAM.

Tuy nhiên, các kết quả này mang tính định hướng cho nghiên cứu và kỹ thuật y sinh nhiều hơn là một sự xác nhận lâm sàng cuối cùng.

11. Kết luận biên tập

Nghiên cứu cơ sinh học này cung cấp những dữ liệu ban đầu về tác động của độ dày đối với các implant dưới màng xương cá thể hóa bằng titan được sản xuất bằng công nghệ chế tạo bồi đắp. Các mô phỏng cho thấy độ dày 1 mm có thể khiến implant đối mặt với nguy cơ biến dạng cơ học, trong khi độ dày 1,5 mm dường như vẫn duy trì được các đặc tính phù hợp với các tiêu chí an toàn đã được áp dụng. Mặc dù đầy hứa hẹn đối với việc lập kế hoạch kỹ thuật số trong implant nha khoa tiên tiến, các kết quả này cần được diễn giải trong bối cảnh tiền lâm sàng của nghiên cứu và cần được xác nhận bằng các nghiên cứu lâm sàng dài hạn.