Đánh giá cơ học của implant hàm dưới màng xương cá thể hóa được sản xuất bằng công nghệ in bồi đắp (AMSJI) bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn

E De Moor, S E F Huys, G H van Lenthe, M Y Mommaerts, J Vander Sloten

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34059405/

Đánh giá cơ học của implant hàm dưới màng xương cá thể hóa được sản xuất bằng công nghệ in bồi đắp (AMSJI) bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn

1. Thông tin tài liệu khoa học

• Tên nghiên cứu: Đánh giá cơ học của implant hàm dưới màng xương cá thể hóa được sản xuất bằng công nghệ in bồi đắp (AMSJI) bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn
• Tác giả: E. De Moor, S. E. F. Huys, G. H. van Lenthe, M. Y. Mommaerts, J. Vander Sloten
• Tạp chí khoa học: International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery
• Năm xuất bản: 2022
• DOI: 10.1016/j.ijom.2021.05.011

2. Bối cảnh khoa học

Phục hồi chức năng cho bệnh nhân mất răng toàn bộ kèm tiêu xương hàm trên nghiêm trọng là một trong những thách thức lớn của cấy ghép nha khoa hiện đại. Khi mức độ tiêu xương tiến triển nặng, việc đặt implant nội xương thông thường trở nên khó khăn hoặc đòi hỏi các thủ thuật ghép xương bổ sung nhằm tái tạo thể tích xương cần thiết.

Để giải quyết những trường hợp phức tạp này, nhiều phương pháp đã được phát triển như ghép xương, phục hình All-on-4 hoặc implant gò má. Tuy nhiên, các giải pháp này có thể đi kèm với mức độ xâm lấn cao hơn, yêu cầu kỹ thuật phẫu thuật phức tạp hoặc các nguy cơ biến chứng đặc thù.

Sự phát triển của quy trình số hóa, công nghệ CAD/CAM và in 3D y sinh đã mở ra khả năng chế tạo các implant dưới màng xương được thiết kế riêng cho từng bệnh nhân. AMSJI (Additively Manufactured Subperiosteal Jaw Implant) được phát triển dành cho các trường hợp tiêu xương hàm trên mức độ nặng từ loại V đến VIII theo phân loại Cawood và Howell. Trong bối cảnh đó, việc đánh giá đặc tính cơ học của hệ thống này là bước quan trọng nhằm xác định tính an toàn và độ bền trước khi ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá khả năng chịu lực và hành vi cơ học của implant dưới màng xương cá thể hóa AMSJI thông qua phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis – FEA).

Các tác giả tập trung vào việc xác định phản ứng của implant dưới các điều kiện tải sinh lý và bệnh lý, nhận diện các vùng chịu ứng suất cao nhất, đánh giá nguy cơ mỏi vật liệu và khảo sát khả năng ổn định sinh học nhờ hiện tượng phát triển xương trong các cấu trúc xốp của implant.

4. Phương pháp nghiên cứu

Đây là một nghiên cứu tiền lâm sàng dựa trên mô phỏng số bằng phân tích phần tử hữu hạn (FEA).

Mô hình ba chiều của xương hàm trên và implant AMSJI được xây dựng từ dữ liệu chụp cắt lớp vi tính (CT). Hai mức độ tiêu xương được khảo sát:

• Tiêu xương loại V theo Cawood và Howell.
• Tiêu xương nặng hơn thuộc loại VIII.

Implant được mô phỏng bằng hợp kim titan Ti6Al4V Grade 23 ELI. Các tình huống tải lực khác nhau được thiết lập để tái tạo điều kiện hoạt động thực tế trong khoang miệng:

• Lực cắn trung bình: 200 N.
• Lực cắn tối đa: 1000 N.
• Nghiến chặt răng hai bên (clenching): 1000 N.
• Nghiến răng một bên theo chuyển động trượt (grinding): 500 N.

Các chỉ số được phân tích bao gồm ứng suất von Mises trong implant, biến dạng của xương hàm trên và chuyển động vi mô giữa xương với các vùng cấu trúc xốp của implant.

Số lượng bệnh nhân không được nêu trong dữ liệu hiện có vì nghiên cứu được thực hiện trên các mô hình kỹ thuật số thay vì trên nhóm bệnh nhân lâm sàng.

5. Kết quả chính

Kết quả mô phỏng cho thấy AMSJI có khả năng hoạt động ổn định khi chịu lực cắn trung bình 200 N. Trong điều kiện này, các giá trị ứng suất vẫn nằm dưới ngưỡng mỏi được xác định cho thời gian sử dụng dự kiến là 15 năm.

Ở tất cả các mô hình tải lực, vùng chịu ứng suất cao nhất đều tập trung tại các nhánh nối giữa khung nền của implant và các trụ phục hình. Đây được xác định là khu vực chịu tải trọng cơ học lớn nhất của toàn bộ cấu trúc.

Khi áp dụng lực cắn tối đa 1000 N, mức ứng suất tăng đáng kể và tại một số vị trí đã tiến gần tới giới hạn chảy của vật liệu titan. Tương tự, các tình huống mô phỏng liên quan đến nghiến răng cũng tạo ra ứng suất cao hơn đáng kể so với hoạt động nhai thông thường.

Ở mô hình tiêu xương loại VIII, ứng suất trong implant cao hơn so với mô hình loại V. Kết quả này cho thấy sự tiêu xương tiếp tục sau điều trị có thể ảnh hưởng bất lợi đến độ bền cơ học lâu dài của hệ thống.

Ngoài ra, các chuyển động vi mô giữa xương và cấu trúc xốp vẫn nằm trong ngưỡng được xem là thuận lợi cho sự phát triển của mô xương, cho thấy khả năng tích hợp sinh học và ổn định thứ phát của implant.

6. Phân tích lâm sàng

Nghiên cứu này cung cấp những dữ liệu cơ sinh học quan trọng về khả năng ứng dụng của implant dưới màng xương cá thể hóa trong điều trị các trường hợp tiêu xương hàm trên nghiêm trọng. Mặc dù không phải là nghiên cứu lâm sàng, kết quả giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất cơ học của thiết kế AMSJI trong các điều kiện tải thường gặp.

Một trong những phát hiện đáng chú ý là lực nhai sinh lý thông thường dường như không tạo ra mức ứng suất đủ lớn để gây nguy cơ hư hỏng cấu trúc. Điều này củng cố tiềm năng sử dụng AMSJI như một lựa chọn thay thế cho các thủ thuật tái tạo xương phức tạp ở những bệnh nhân có lượng xương còn lại rất hạn chế.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sự duy trì khối lượng xương còn lại đóng vai trò quan trọng đối với tuổi thọ của implant. Khi mức độ tiêu xương tăng lên, ứng suất cơ học trong hệ thống cũng tăng theo, từ đó có thể thúc đẩy hiện tượng mỏi vật liệu trong dài hạn.

Một yếu tố lâm sàng đáng quan tâm khác là tình trạng nghiến răng. Các mô phỏng cho thấy hoạt động siết chặt hoặc nghiến răng tạo ra tải trọng cơ học cao hơn nhiều so với lực nhai thông thường. Điều này gợi ý rằng bệnh nhân có thói quen nghiến răng có thể là nhóm đối tượng cần được đánh giá thận trọng trước khi chỉ định AMSJI.

Từ góc độ thiết kế, việc xác định các nhánh nối của implant là vùng chịu ứng suất lớn nhất cung cấp cơ sở quan trọng cho các cải tiến trong tương lai nhằm nâng cao độ an toàn của cấu trúc.

7. Ứng dụng lâm sàng

Kết quả nghiên cứu có thể hữu ích trong các tình huống sau:

• Bệnh nhân mất răng toàn bộ kèm tiêu xương hàm trên nghiêm trọng.
• Các trường hợp tiêu xương loại V đến VIII theo phân loại Cawood và Howell.
• Những bệnh nhân không phù hợp hoặc không mong muốn thực hiện ghép xương.
• Các quy trình phục hồi implant được lập kế hoạch bằng công nghệ số.
• Hệ thống phục hình dựa trên thiết kế và sản xuất CAD/CAM.
• Các trường hợp tái tạo hàm mặt phức tạp cần giải pháp cá thể hóa.

Tuy nhiên, việc áp dụng lâm sàng cần được hỗ trợ bởi các nghiên cứu theo dõi dài hạn trên bệnh nhân thực tế.

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

Nghiên cứu này là một nghiên cứu tiền lâm sàng sử dụng phân tích phần tử hữu hạn, do đó cung cấp bằng chứng cơ sinh học nhưng chưa thể chứng minh hiệu quả điều trị trên lâm sàng.

Các kết quả phụ thuộc vào các giả định liên quan đến tính chất vật liệu, điều kiện tải lực và các tham số sinh học được sử dụng trong mô hình. Thực tế lâm sàng có thể khác với điều kiện mô phỏng.

Các tác giả đã công bố xung đột lợi ích tiềm tàng. Maurice Mommaerts giữ vai trò Innovation Manager và Statutory Manager tại công ty CADskills. Stijn Huys phụ trách các hoạt động nghiên cứu phát triển và quản lý chất lượng trong cùng doanh nghiệp.

Nghiên cứu không cung cấp dữ liệu về tỷ lệ sống còn của implant, biến chứng lâm sàng, kết quả phục hình hoặc mức độ hài lòng của bệnh nhân.

9. Những điểm nổi bật của nghiên cứu

• Loại nghiên cứu: Nghiên cứu tiền lâm sàng bằng phân tích phần tử hữu hạn (FEA)
• Mức độ bằng chứng: Thấp đến trung bình (nghiên cứu mô phỏng cơ sinh học)
• Đối tượng nghiên cứu: Mô hình giải phẫu kỹ thuật số
• Số lượng bệnh nhân hoặc implant: Không được nêu trong dữ liệu hiện có
• Thời gian đánh giá: Mô phỏng cho thời gian sử dụng dự kiến 15 năm
• Tiêu chí đánh giá chính: Hành vi cơ học của AMSJI dưới các điều kiện tải khác nhau
• Kết quả chính: Đặc tính cơ học thuận lợi dưới lực cắn sinh lý trung bình
• Kết luận khoa học: AMSJI có vẻ an toàn về mặt cơ học trong điều kiện chức năng bình thường ở bệnh nhân tiêu xương hàm trên nặng
• Hạn chế chính: Mô phỏng số, chưa có xác nhận lâm sàng trực tiếp

10. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đóng góp đáng kể cho lĩnh vực implant nha khoa cá thể hóa được sản xuất bằng công nghệ in 3D dành cho các trường hợp tiêu xương hàm trên nghiêm trọng.

Giá trị nổi bật của công trình nằm ở việc phân tích chi tiết sự phân bố ứng suất, nguy cơ mỏi vật liệu và cơ chế ổn định cơ học của implant dưới nhiều điều kiện tải khác nhau. Việc xác định các vùng chịu lực trọng yếu tạo cơ sở cho các cải tiến thiết kế trong tương lai.

Nghiên cứu cũng hỗ trợ khái niệm tích hợp các cấu trúc xốp vào implant nhằm thúc đẩy sự phát triển của mô xương và tăng cường ổn định sinh học thứ phát.

Mặc dù cần thêm các nghiên cứu lâm sàng để xác nhận những kết quả này, công trình đã cung cấp nền tảng cơ sinh học quan trọng cho sự phát triển của các giải pháp implant cá thể hóa trong điều trị các trường hợp tiêu xương nặng.

11. Kết luận biên tập

Nghiên cứu phân tích phần tử hữu hạn này cho thấy AMSJI có tiềm năng cung cấp độ ổn định cơ học phù hợp cho bệnh nhân bị tiêu xương hàm trên nghiêm trọng khi chịu các tải chức năng thông thường. Kết quả đồng thời nhấn mạnh vai trò của việc bảo tồn xương còn lại và tác động bất lợi tiềm tàng của chứng nghiến răng đối với tuổi thọ của implant. Dù mới dừng ở mức tiền lâm sàng, nghiên cứu đã cung cấp những bằng chứng cơ sinh học quan trọng hỗ trợ sự phát triển tiếp theo của các implant dưới màng xương cá thể hóa được sản xuất bằng công nghệ in 3D.