Đánh giá cơ sinh học của vật liệu khung phục hình trên implant dưới màng xương: phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Büşranur Demir, Ipek Caglar

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41318436/

Đánh giá cơ sinh học của vật liệu khung phục hình trên implant dưới màng xương: phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn

1. Thông tin tài liệu khoa học

• Tiêu đề nghiên cứu: Biomechanical Evaluation of Prosthetic Framework Materials in Subperiosteal Implants: A Finite Element Analysis
• Tác giả: Büşranur Demir, Ipek Caglar
• Tạp chí: BMC Oral Health
• Năm xuất bản: 2025
• DOI: 10.1186/s12903-025-07391-3

2. Bối cảnh khoa học

Phục hồi chức năng bằng implant cho bệnh nhân bị tiêu xương hàm trên nghiêm trọng vẫn là một trong những thách thức lớn của cấy ghép nha khoa hiện đại. Khi thể tích xương còn lại không đủ để đặt implant nội xương thông thường, bệnh nhân thường phải trải qua các thủ thuật ghép xương phức tạp. Những can thiệp này làm tăng mức độ xâm lấn, kéo dài thời gian điều trị và gia tăng nguy cơ biến chứng sau phẫu thuật. Sự phát triển của quy trình lập kế hoạch điều trị kỹ thuật số, công nghệ CAD/CAM và sản xuất bồi đắp đã góp phần đưa implant dưới màng xương cá thể hóa trở lại như một lựa chọn điều trị tiềm năng cho các trường hợp tiêu xương hàm trên nặng.

Mặc dù cơ sinh học của implant nội xương đã được nghiên cứu rộng rãi, số lượng nghiên cứu về implant dưới màng xương thế hệ mới vẫn còn hạn chế. Đặc biệt, ảnh hưởng của vật liệu khung phục hình đến sự phân bố ứng suất trong toàn bộ hệ thống implant – phục hình vẫn chưa được làm sáng tỏ đầy đủ. Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá đặc tính cơ sinh học của các vật liệu khung phục hình khác nhau trong phục hình toàn hàm cố định trên implant dưới màng xương.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của các vật liệu khung phục hình có mô đun đàn hồi khác nhau đến đặc tính cơ sinh học của phục hình toàn hàm cố định được nâng đỡ bởi implant dưới màng xương thiết kế riêng cho từng bệnh nhân. Bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn, nhóm tác giả đã so sánh sự phân bố ứng suất trong xương vỏ, xương xốp, thân implant, vít cố định, vít phục hình và khung phục hình.

4. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện bằng phân tích phần tử hữu hạn ba chiều (Finite Element Analysis – FEA). Mô hình số được xây dựng từ dữ liệu chụp cắt lớp vi tính chùm tia hình nón (CBCT) của một bệnh nhân mất răng toàn bộ hàm trên. Dựa trên mô hình giải phẫu này, các tác giả thiết kế một implant dưới màng xương cá thể hóa gồm hai phần nhằm nâng đỡ phục hình cố định toàn hàm bắt vít. Việc sử dụng dữ liệu hình ảnh đã được hội đồng đạo đức có thẩm quyền phê duyệt.

Bốn loại vật liệu khung phục hình được so sánh gồm hợp kim cobalt–chromium (CoCr), titan (Ti), zirconia (Zr) và polyetheretherketone (PEEK). Từ đó, năm cấu hình phục hình được xây dựng gồm: CoCr phủ sứ, zirconia phủ sứ, titan phủ sứ, titan phủ nhựa acrylic và PEEK phủ composite.

Để mô phỏng lực nhai sinh lý, mô hình được chịu đồng thời tải trọng thẳng đứng 100 N ở vùng răng trước, tải trọng thẳng đứng 150 N và tải trọng xiên 100 N với góc 30° ở vùng răng sau. Ứng suất chính cực đại được tính toán cho xương vỏ và xương xốp, trong khi ứng suất tương đương Von Mises được xác định cho implant, khung phục hình, vít cố định và vít phục hình. Do đây là nghiên cứu mô phỏng bằng máy tính nên không có giai đoạn theo dõi lâm sàng.

5. Kết quả chính

Các mô phỏng số cho thấy vật liệu được sử dụng để chế tạo khung phục hình có ảnh hưởng rõ rệt đến sự phân bố ứng suất cơ học trong toàn bộ hệ thống implant – phục hình. Trong tất cả các cấu hình được đánh giá, khung PEEK phủ composite tạo ra giá trị ứng suất cao nhất ở xương vỏ, xương xốp, thân implant, vít cố định và vít phục hình. Ngược lại, khung hợp kim cobalt–chromium phủ sứ luôn cho mức ứng suất thấp nhất ở phần lớn các cấu trúc được phân tích.

So với khung cobalt–chromium, cấu hình PEEK–composite làm tăng khoảng 14% ứng suất trong xương vỏ, 22% trong xương xốp và gần 96% trong vít phục hình. Trong khi đó, hai cấu hình sử dụng titan — một phủ sứ và một phủ nhựa acrylic — có mô hình phân bố ứng suất gần như giống nhau. Điều này cho thấy đặc tính cơ sinh học của toàn bộ phục hình chịu ảnh hưởng chủ yếu từ vật liệu của khung chịu lực hơn là vật liệu phủ bên ngoài.

Vít phục hình là thành phần chịu tải cơ học lớn nhất với giá trị ứng suất Von Mises cực đại đạt 233,05 MPa, trong khi vít cố định chỉ đạt giá trị tối đa 71,45 MPa. Các vùng tập trung ứng suất cao nhất được ghi nhận quanh trụ phục hình, các vị trí kết nối bằng vít và vùng neo giữ tại khu vực răng nanh cũng như xương gò má. Trong tất cả các mô hình được khảo sát, ứng suất trong xương vỏ và xương xốp đều thấp hơn các ngưỡng sinh học mà tác giả sử dụng để đánh giá.

6. Phân tích lâm sàng

Nghiên cứu này cung cấp những dữ liệu cơ sinh học có giá trị trong một lĩnh vực của implant nha khoa vẫn còn tương đối ít được nghiên cứu. Kết quả cho thấy việc sử dụng vật liệu có độ đàn hồi cao hơn không đồng nghĩa với khả năng phân tán lực nhai hiệu quả hơn. Trái lại, khung phục hình bằng PEEK, vốn có mô đun đàn hồi thấp hơn, lại tạo ra mức tập trung ứng suất lớn nhất ở mô xương, implant và đặc biệt là vít phục hình. Điều này cho thấy độ cứng thấp của vật liệu không tự động mang lại sự phân bố lực thuận lợi hơn.

Ngược lại, khung hợp kim cobalt–chromium cho thấy sự phân bố ứng suất tối ưu nhất trong toàn bộ hệ thống implant – phục hình. Mặc dù bản thân khung chịu ứng suất nội tại cao hơn so với các vật liệu mềm hơn, độ cứng lớn của vật liệu giúp truyền và phân bố lực nhai đồng đều hơn, từ đó hạn chế các vùng tập trung ứng suất tại xương và các thành phần của implant. Kết quả này nhấn mạnh vai trò quan trọng của mô đun đàn hồi của vật liệu khung trong thiết kế cơ sinh học của phục hình toàn hàm trên implant dưới màng xương.

Một phát hiện có ý nghĩa lâm sàng khác là vít phục hình luôn là thành phần chịu tải lớn nhất trong tất cả các mô hình được khảo sát. Điều này cho thấy các kết nối bằng vít có thể là điểm yếu cơ học quan trọng nhất của hệ thống implant dưới màng xương. Vì vậy, khi lập kế hoạch điều trị, ngoài việc lựa chọn vật liệu khung phù hợp, cần đặc biệt chú trọng đến thiết kế và độ bền của các kết nối cơ học này.

Ngoài ra, nghiên cứu cũng ghi nhận rằng hai cấu hình sử dụng titan — một phủ sứ và một phủ nhựa acrylic — có đặc tính cơ sinh học gần như tương đương. Điều này gợi ý rằng trong các phục hình nhiều lớp, vật liệu của khung chịu lực có ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất lớn hơn đáng kể so với vật liệu phủ bên ngoài.

Tuy nhiên, các kết quả này cần được diễn giải trong bối cảnh đây là một nghiên cứu mô phỏng số. Phân tích phần tử hữu hạn cho phép so sánh chính xác các cấu hình khác nhau trong điều kiện được kiểm soát nhưng không thể mô phỏng các quá trình sinh học như lành thương, tái cấu trúc xương, sự khác biệt giải phẫu giữa các cá thể hoặc hiệu quả lâm sàng lâu dài. Do đó, các phát hiện của nghiên cứu nên được xem là nền tảng cơ sinh học quan trọng và cần được xác nhận bằng các nghiên cứu lâm sàng tiến cứu.

7. Ứng dụng lâm sàng

Kết quả của nghiên cứu có thể hỗ trợ quá trình lập kế hoạch kỹ thuật số cho phục hình cố định toàn hàm trên implant dưới màng xương cá thể hóa, đặc biệt ở những bệnh nhân tiêu xương hàm trên nghiêm trọng, khi implant nội xương thông thường hoặc các thủ thuật ghép xương lớn không phải là lựa chọn phù hợp. Nghiên cứu cho thấy việc lựa chọn vật liệu khung phục hình cần được xem là một yếu tố cốt lõi trong thiết kế cơ sinh học, chứ không chỉ là quyết định về mặt thẩm mỹ hoặc công nghệ chế tạo.

Các kết quả cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của các kết nối bằng vít. Do vít phục hình luôn là thành phần chịu ứng suất lớn nhất trong mọi cấu hình được phân tích, độ bền cơ học của chúng cần được xem xét cẩn thận trong quy trình thiết kế và sản xuất CAD/CAM của các phục hình trên implant. Vì toàn bộ kết luận đều dựa trên mô phỏng số, những ứng dụng này nên được xem là các định hướng cơ sinh học chứ chưa phải là khuyến cáo lâm sàng chính thức.

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

Công trình này là một nghiên cứu tiền lâm sàng sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis – FEA). Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi để đánh giá và so sánh đặc tính cơ sinh học của các cấu hình implant – phục hình khác nhau trong điều kiện tải trọng được tiêu chuẩn hóa. Tuy nhiên, các kết quả thu được chỉ mang tính mô phỏng lý thuyết và không thể dự đoán trực tiếp hiệu quả lâm sàng lâu dài, tỷ lệ tồn tại của implant hoặc nguy cơ xuất hiện các biến chứng sinh học và phục hình.

Các tác giả cũng chỉ ra một số hạn chế vốn có của mô hình tính toán. Mô xương được giả định là đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính, trong khi trên thực tế đặc tính sinh học của xương thay đổi đáng kể giữa các bệnh nhân. Các mô mềm quanh implant không được đưa vào mô hình vì mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá sự phân bố ứng suất trong xương và các thành phần của hệ thống implant. Ngoài ra, hình học của ren vít đã được đơn giản hóa nhằm giảm độ phức tạp của mô hình tính toán. Mô hình cũng không mô phỏng được các quá trình sinh học như lành thương, tái cấu trúc xương, tích hợp mô sợi, sự lão hóa của vật liệu hay những thay đổi chức năng diễn ra theo thời gian. Vì vậy, các tác giả nhấn mạnh rằng cần có các nghiên cứu lâm sàng tiến cứu để xác nhận giá trị của những kết quả cơ sinh học này.

Dựa trên các thông tin được trình bày trong bài báo, không có xung đột lợi ích cụ thể hoặc mối liên hệ tài chính với các nhà sản xuất implant hay vật liệu phục hình được báo cáo. Các phần nội dung hiện có cũng không cho thấy nguồn tài trợ từ doanh nghiệp đã ảnh hưởng đến thiết kế nghiên cứu hoặc việc diễn giải kết quả.

9. Những điểm nổi bật của nghiên cứu

• Loại nghiên cứu: Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) ba chiều mang tính tiền lâm sàng.
• Mức độ bằng chứng: Nghiên cứu thực nghiệm cơ sinh học tiền lâm sàng.
• Mô hình nghiên cứu: Mô hình kỹ thuật số ba chiều của hàm trên mất răng toàn bộ được xây dựng từ dữ liệu CBCT.
• Số lượng bệnh nhân: Một bộ dữ liệu CBCT được sử dụng để xây dựng mô hình số.
• Hệ thống implant: Implant dưới màng xương cá thể hóa gồm hai phần.
• Thời gian theo dõi: Không áp dụng.
• Tiêu chí đánh giá chính: Phân bố ứng suất trong xương vỏ, xương xốp, thân implant, khung phục hình, vít cố định và vít phục hình.
• Các vật liệu được so sánh: Hợp kim cobalt–chromium, titan, zirconia và PEEK kết hợp với các vật liệu phủ khác nhau.
• Kết quả quan trọng nhất: Cấu hình PEEK–composite tạo ra ứng suất cơ học cao nhất, trong khi khung cobalt–chromium cho sự phân bố ứng suất thuận lợi nhất.
• Kết luận khoa học: Vật liệu của khung phục hình có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính cơ sinh học của phục hình trên implant dưới màng xương; vít phục hình là thành phần chịu tải cơ học lớn nhất.
• Hạn chế chính: Kết quả chỉ dựa trên mô phỏng số và cần được xác nhận bằng các nghiên cứu lâm sàng tiến cứu.

10. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu này đóng góp đáng kể vào hiểu biết về cơ sinh học của các implant dưới màng xương được thiết kế riêng cho từng bệnh nhân, một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm trở lại nhờ sự phát triển của lập kế hoạch điều trị kỹ thuật số và công nghệ CAD/CAM. Trong khi cơ sinh học của implant nội xương truyền thống đã được nghiên cứu rộng rãi, các dữ liệu liên quan đến implant dưới màng xương hiện đại vẫn còn hạn chế. Việc so sánh trực tiếp nhiều vật liệu khung phục hình trên cùng một mô hình giải phẫu giúp làm sáng tỏ vai trò của mô đun đàn hồi đối với sự truyền tải lực nhai trong phục hình toàn hàm cố định.

Một đóng góp khoa học đáng chú ý khác của nghiên cứu là cách tiếp cận toàn diện đối với toàn bộ hệ thống implant – phục hình. Thay vì chỉ đánh giá implant, các tác giả còn phân tích khung phục hình, vít cố định và các kết nối phục hình. Việc xác định vít phục hình là thành phần chịu ứng suất lớn nhất mở ra những hướng nghiên cứu mới nhằm tối ưu hóa thiết kế các kết nối cơ học và quy trình CAD/CAM trong phục hình toàn hàm trên implant dưới màng xương.

Mặc dù nghiên cứu không chứng minh ưu thế lâm sàng của bất kỳ vật liệu nào, nhưng công trình đã cung cấp nền tảng cơ sinh học vững chắc cho các nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu lâm sàng trong tương lai nhằm đánh giá hiệu quả lâu dài của implant dưới màng xương cá thể hóa.

11. Kết luận biên tập

Phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho thấy vật liệu của khung phục hình giữ vai trò quyết định đối với đặc tính cơ sinh học của các phục hình toàn hàm được nâng đỡ bởi implant dưới màng xương cá thể hóa. Trong các cấu hình được đánh giá, khung hợp kim cobalt–chromium cho sự phân bố ứng suất thuận lợi nhất, trong khi cấu hình PEEK–composite tạo ra mức tập trung ứng suất cao nhất tại xương, implant và đặc biệt là các vít phục hình. Những kết quả này góp phần mở rộng hiểu biết về cơ sinh học của các implant dưới màng xương được thiết kế bằng quy trình kỹ thuật số. Tuy nhiên, do đây là một nghiên cứu tiền lâm sàng, các kết luận cần được xem là bằng chứng thực nghiệm. Các nghiên cứu lâm sàng tiến cứu với thời gian theo dõi dài hạn là cần thiết để xác định liệu những khác biệt về cơ sinh học này có mang lại lợi ích lâm sàng thực sự hay không.