Phân tích phần tử hữu hạn của implant dưới màng xương trong phục hồi mất răng toàn bộ: Nghiên cứu dựa trên hệ thống MaI Implant® của Integra Implants®

Rafal Zielinski, Jerzy Sowinski, Martyna Piechaczek, Jakub Okulski, Marcin Kozakiewicz

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38068210/

Phân tích phần tử hữu hạn của implant dưới màng xương trong phục hồi mất răng toàn bộ: Nghiên cứu dựa trên hệ thống MaI Implant® của Integra Implants®

1. Thông tin thư mục

• Tiêu đề bài báo: Finite Element Analysis of Subperiosteal Implants in Edentulism—On the Basis of the MaI Implant® by Integra Implants®
• Tác giả: Rafał Zieliński, Jerzy Sowiński, Martyna Piechaczek, Jakub Okulski, Marcin Kozakiewicz
• Tạp chí: Materials
• Năm xuất bản: 2023
• DOI: 10.3390/ma16237466

2. Bối cảnh khoa học

Điều trị phục hồi cố định cho bệnh nhân mất răng toàn bộ kèm tiêu xương hàm nặng vẫn là một trong những thách thức lớn của nha khoa cấy ghép hiện đại. Trong nhiều trường hợp, thể tích xương còn lại không đủ để đặt implant nội xương theo phương pháp truyền thống nếu không thực hiện các thủ thuật ghép xương phức tạp.

Mặc dù ghép xương tự thân vẫn được xem là tiêu chuẩn vàng trong tái tạo xương hàm, phương pháp này đòi hỏi phẫu thuật tại vị trí cho xương và có thể làm tăng nguy cơ biến chứng sau mổ. Đối với bệnh nhân cao tuổi hoặc có khả năng tái tạo mô hạn chế, các quy trình tăng thể tích xương thường khó thực hiện hoặc không được chỉ định.

Sự phát triển của công nghệ hình ảnh CBCT, thiết kế CAD/CAM và in 3D đã tạo điều kiện cho sự trở lại của implant dưới màng xương cá thể hóa. Hệ thống MaI Implant® (Maxilla/Mandible Personalized Implant) được thiết kế riêng cho từng bệnh nhân dựa trên giải phẫu xương hàm thực tế, mang lại một giải pháp thay thế tiềm năng trong các trường hợp tiêu xương nghiêm trọng.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm đánh giá hành vi cơ học của implant dưới màng xương MaI Implant® thông qua phương pháp Phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis – FEA).

Các tác giả tập trung khảo sát ảnh hưởng của:

• Cường độ tải lực nhai;
• Hướng tác động của lực;
• Sự biến dạng cấu trúc;
• Độ dịch chuyển của implant;
• Phân bố ứng suất cơ học.

Giả thuyết nghiên cứu đặt ra là implant dưới màng xương cá thể hóa có thể cung cấp độ ổn định cơ học đủ để phục hồi chức năng ở những bệnh nhân mất răng toàn bộ kèm teo xương hàm nặng.

4. Vật liệu và phương pháp

Đây là nghiên cứu mô phỏng số, không bao gồm đối tượng bệnh nhân.

Hai mô hình được xây dựng:

• Một implant dưới màng xương đơn lẻ.
• Một phục hình toàn hàm gồm hai implant dưới màng xương liên kết bằng thanh nối.

Mô hình được thiết kế bằng Autodesk Inventor và phân tích bằng phần mềm Ansys Workbench sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn.

Vật liệu mô phỏng là hợp kim titan Ti-6Al-4V (Grade 5), với các đặc tính cơ học:

• Mô đun đàn hồi: 107 GPa;
• Giới hạn chảy: 1092 MPa;
• Hệ số Poisson: 0,323;
• Khối lượng riêng: 4,405 g/cm³.

Các điều kiện tải được khảo sát gồm:

• 100 N;
• 800 N.

Lực được áp dụng theo ba hướng:

• 90°;
• 60°;
• 30°.

Các chỉ số được phân tích bao gồm độ dịch chuyển, biến dạng và ứng suất von Mises của hệ thống implant.

5. Kết quả chính

Kết quả cho thấy khi tải lực tăng từ 100 N lên 800 N, độ dịch chuyển của toàn bộ cấu trúc implant tăng đáng kể.

Ở mô hình implant đơn lẻ:

• Độ dịch chuyển trung bình tại mặt ngoài tăng khoảng 713%;
• Độ dịch chuyển trung bình tại mặt trong tăng khoảng 702%.

Ảnh hưởng của hướng tải lực còn rõ rệt hơn.

Khi góc tải giảm từ 90° xuống 30°:

• Độ dịch chuyển trung bình ở mặt ngoài các multi-unit tăng khoảng 576%;
• Độ dịch chuyển trung bình ở mặt trong tăng khoảng 551%.

Ứng suất von Mises ghi nhận trong các thành phần implant dao động từ:

23,7 MPa đến 268,5 MPa.

Trong mô hình phục hình toàn hàm, độ dịch chuyển lớn nhất xuất hiện tại thanh nối giữa hai implant, đặc biệt khi chịu tải lệch trục.

6. Phân tích ý nghĩa lâm sàng

Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng chịu lực của implant dưới màng xương phụ thuộc mạnh mẽ vào hướng và cường độ tải nhai.

Tải lực theo phương lệch trục tạo ra ứng suất và biến dạng cao hơn đáng kể so với tải lực dọc trục. Điều này phản ánh khá sát điều kiện thực tế trong khoang miệng, nơi lực nhai thường xuất hiện theo nhiều hướng khác nhau.

Nghiên cứu cũng cho thấy:

• Độ ổn định của các điểm cố định đóng vai trò quyết định;
• Thiết kế cá thể hóa giúp tối ưu hóa phân bố lực;
• Sự ổn định ban đầu của implant ảnh hưởng trực tiếp đến hành vi cơ học của toàn bộ hệ thống.

Theo các tác giả, tình trạng thiếu ổn định trong quá trình cố định implant là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ dịch chuyển quan sát được trong mô phỏng.

7. Giá trị ứng dụng lâm sàng

Kết quả nghiên cứu đặc biệt hữu ích trong các trường hợp:

• Mất răng toàn bộ kèm tiêu xương hàm nặng;
• Bệnh nhân không phù hợp với ghép xương quy mô lớn;
• Phục hình cố định toàn hàm trên nền xương tiêu nhiều;
• Thiết kế implant dưới màng xương cá thể hóa bằng công nghệ CAD/CAM;
• Tối ưu hóa chiến lược cố định implant trong điều trị phức tạp.

8. Hạn chế và mức độ chứng cứ

Nghiên cứu thuộc nhóm tiền lâm sàng và dựa hoàn toàn trên mô phỏng máy tính.

Một số hạn chế cần lưu ý:

• Không có dữ liệu lâm sàng trên bệnh nhân;
• Không đánh giá quá trình tái cấu trúc xương sinh học;
• Không mô phỏng đầy đủ các điều kiện chức năng thực tế trong miệng;
• Không cung cấp dữ liệu về tỷ lệ sống còn lâu dài của implant.

Do đó, các kết quả nên được xem như bằng chứng cơ học hỗ trợ cho quá trình thiết kế và phát triển implant, thay vì bằng chứng lâm sàng trực tiếp.

9. Các số liệu nổi bật

• Loại nghiên cứu: Phân tích phần tử hữu hạn (FEA)
• Mức độ chứng cứ: Nghiên cứu tiền lâm sàng
• Đối tượng: Không có bệnh nhân
• Mô hình khảo sát: Implant đơn và phục hình toàn hàm với hai implant
• Vật liệu: Titan Ti-6Al-4V Grade 5
• Tải lực: 100 N và 800 N
• Góc tải: 90°, 60°, 30°
• Khoảng ứng suất von Mises: 23,7 – 268,5 MPa
• Phát hiện chính: Tải lệch trục làm tăng đáng kể độ dịch chuyển và ứng suất
• Yếu tố quyết định: Độ ổn định của hệ thống cố định implant

10. Ý nghĩa khoa học

Đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên đánh giá chi tiết đặc tính cơ học của hệ thống implant dưới màng xương cá thể hóa MaI Implant® dành cho bệnh nhân tiêu xương hàm nghiêm trọng.

Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa công nghệ CBCT, thiết kế CAD/CAM và sản xuất implant cá thể hóa có thể mở ra hướng điều trị mới cho những trường hợp không thể áp dụng implant nội xương truyền thống.

Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu lâm sàng dài hạn để xác nhận hiệu quả điều trị và độ bền của hệ thống này trong thực hành thường quy.

11. Kết luận biên tập

Phân tích phần tử hữu hạn của hệ thống MaI Implant® cho thấy implant dưới màng xương cá thể hóa có khả năng chịu tải đáng kể trong điều kiện mô phỏng. Tuy nhiên, độ ổn định cơ học của hệ thống chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi hướng tác động của lực và chất lượng cố định implant. Các tải lệch trục tạo ra biến dạng và dịch chuyển lớn hơn đáng kể so với tải dọc trục, nhấn mạnh vai trò quan trọng của lập kế hoạch kỹ thuật số và thiết kế cá thể hóa trong phục hồi implant cho bệnh nhân mất răng toàn bộ có tiêu xương hàm nặng.