Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA) của một Thiết bị Tiền Hàm: Một Loại Implant Dưới Màng Xương Mới để Điều Trị Tình Trạng Teo Xương Hàm Trên Nghiêm Trọng

Alessandro Cipollina, Mario Ceddia, Natalia Di Pietro, Francesco Inchingolo, Margherita Tumedei, Tea Romasco, Adriano Piattelli, Alessandro Specchiulli, Bartolomeo Trentadue

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37622941/

Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA) của một Thiết bị Tiền Hàm: Một Loại Implant Dưới Màng Xương Mới để Điều Trị Tình Trạng Teo Xương Hàm Trên Nghiêm Trọng

1. Thông tin khoa học

• Tiêu đề nghiên cứu: Finite Element Analysis (FEA) of a Premaxillary Device: A New Type of Subperiosteal Implant to Treat Severe Atrophy of the Maxilla
• Tác giả: Alessandro Cipollina, Mario Ceddia, Natalia Di Pietro, Francesco Inchingolo, Margherita Tumedei, Tea Romasco, Adriano Piattelli, Alessandro Specchiulli, Bartolomeo Trentadue
• Tạp chí khoa học: Biomimetics
• Năm xuất bản: 2023
• DOI: 10.3390/biomimetics8040336

2. Bối cảnh khoa học

Việc điều trị tình trạng teo xương hàm trên nghiêm trọng vẫn là một trong những thách thức phức tạp nhất của cấy ghép nha khoa hiện đại. Khi thể tích xương hiện có không còn đủ, các phác đồ điều trị thông thường thường đòi hỏi các thủ thuật tái tạo xương nâng cao hoặc sử dụng các implant chuyên biệt được thiết kế để tận dụng những vùng giải phẫu nằm xa khu vực mất răng.

Mặc dù các phương pháp như ghép xương, nâng xoang hàm, implant gò má hoặc implant chân bướm đã chứng minh được giá trị lâm sàng của mình, chúng vẫn có thể đi kèm với mức độ phức tạp phẫu thuật đáng kể và nguy cơ biến chứng. Trong bối cảnh đó, việc phát triển các thiết bị dưới màng xương được cá thể hóa bằng công nghệ kỹ thuật số đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu đặc biệt năng động.

Nghiên cứu được phân tích nằm trong xu hướng này và đánh giá một thiết bị tiền hàm mới dành cho phục hồi cấy ghép ở các trường hợp hàm trên bị teo xương nghiêm trọng thông qua phân tích cơ sinh học bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của các tác giả là đánh giá đặc tính cơ sinh học của một thiết bị dưới màng xương tiền hàm mới (Premaxillary Device – PD) dành cho phục hồi các trường hợp hàm trên bị teo xương nghiêm trọng.

Nghiên cứu nhằm phân tích sự phân bố ứng suất cơ học phát sinh trong thiết bị, các implant, các trụ phục hình và xương nền nhằm đánh giá tính khả thi về mặt cơ sinh học của phương pháp điều trị này.

4. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này là một nghiên cứu tiền lâm sàng mô phỏng số dựa trên Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA).

Các tác giả đã xây dựng mô hình ba chiều của thiết bị tiền hàm bằng phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính. Sau đó, một mô hình ảo của hàm trên mất răng hoàn toàn với tình trạng tiêu xương nghiêm trọng được tạo ra từ hình ảnh chụp cắt lớp vi tính.

Thiết bị được mô phỏng bằng hợp kim titan Ti6Al4V và được đặt trên xương nền với các đặc tính cơ học đã được mô tả trong y văn. Các mô phỏng được thực hiện bằng phần mềm ANSYS.

Hai điều kiện tải trọng đã được đánh giá:

• tải trọng theo trục 200 N;
• tải trọng xiên 200 N được áp dụng ở góc 45°.

Ứng suất được phân tích theo tiêu chuẩn Von Mises.

Không có bệnh nhân hoặc implant lâm sàng nào được đưa vào nghiên cứu vì nghiên cứu hoàn toàn dựa trên mô phỏng số.

5. Kết quả chính

Các mô phỏng cho thấy sự phân bố ứng suất tương đối đồng đều trên toàn bộ thiết bị tiền hàm.

Dưới tải trọng theo trục 200 N, các ứng suất quan sát được trong thiết bị ở mức vừa phải, thường nằm trong khoảng từ 5 đến 15 MPa. Những vùng chịu ứng suất lớn nhất chủ yếu nằm ở các trụ phục hình và các kết nối ren. Vùng chịu tải cao nhất đạt khoảng 34,4 MPa.

Khi tải trọng được áp dụng theo hướng xiên 45°, ứng suất tăng lên trên toàn bộ hệ thống. Xương nền xuất hiện các giá trị ứng suất từ 3 đến 15 MPa, trong khi các ứng suất trong thiết bị đạt từ 40 đến 250 MPa.

Các trụ phục hình là những thành phần chịu tải lớn nhất với giá trị lên tới khoảng 270 MPa. Mặc dù ứng suất tăng dưới tải trọng xiên, các giá trị này vẫn thấp hơn giới hạn cơ học được ghi nhận đối với hợp kim titan được sử dụng.

Các tác giả kết luận rằng thiết bị cho phép phân bố tải trọng thuận lợi mà không tạo ra các vùng tập trung ứng suất quá mức có thể ảnh hưởng đến độ ổn định cơ sinh học của hệ thống.

6. Phân tích lâm sàng

Nghiên cứu này chủ yếu cung cấp các thông tin cơ sinh học liên quan đến một giải pháp phục hồi dành cho các bệnh nhân bị teo xương hàm trên ở giai đoạn tiến triển.

Điểm đáng chú ý của thiết bị được đánh giá là mục tiêu tránh phải thực hiện một số thủ thuật tái tạo phức tạp vốn thường cần thiết trong các trường hợp thiếu hụt xương nghiêm trọng. Các kết quả cho thấy cấu trúc của thiết bị giúp phân bố ứng suất tương đối đồng đều đến xương nền, đây là một yếu tố quan trọng nhằm hạn chế hiện tượng quá tải cơ học có thể dẫn đến tiêu xương hoặc thất bại implant.

Phân tích cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của tải trọng xiên, vốn có ảnh hưởng lớn hơn đáng kể so với tải trọng theo trục. Quan sát này phù hợp với các nguyên lý cơ sinh học đã được xác lập trong cấy ghép nha khoa, theo đó các thành phần lực bên của lực khớp cắn thường tạo ra những ứng suất quan trọng nhất.

Tuy nhiên, các kết quả này cần được diễn giải một cách thận trọng. Một nghiên cứu FEA không thể tái tạo hoàn toàn sự phức tạp sinh học của môi trường miệng. Các hiện tượng tái cấu trúc xương, sự khác biệt cá thể về chất lượng xương, các vi chuyển động của implant và điều kiện nhai thực tế không thể được mô phỏng đầy đủ. Do đó, các kết quả thu được nên được xem là dữ liệu thăm dò hỗ trợ tính khả thi cơ học của khái niệm này hơn là bằng chứng lâm sàng về hiệu quả của nó.

7. Ứng dụng lâm sàng

Kết quả của nghiên cứu này có thể hữu ích trong nhiều tình huống lâm sàng:

• phục hồi cấy ghép cho các trường hợp hàm trên bị teo xương nghiêm trọng;
• điều trị bệnh nhân mất răng toàn bộ với thể tích xương hạn chế;
• các trường hợp mà thủ thuật ghép xương hoặc nâng xoang được xem là phức tạp hoặc có nguy cơ cao;
• phát triển các thiết bị dưới màng xương cá thể hóa bằng công nghệ CAD/CAM;
• lập kế hoạch kỹ thuật số cho các phục hồi cấy ghép phức tạp.

Nghiên cứu chủ yếu cung cấp thông tin về tiềm năng ổn định cơ sinh học của khái niệm này hơn là hiệu quả lâm sàng dài hạn của nó.

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

Mức độ bằng chứng của công bố này tương đối hạn chế vì đây là một nghiên cứu mô phỏng số tiền lâm sàng dựa trên Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA).

Các hạn chế chính được chính các tác giả thừa nhận. Các vật liệu được giả định là đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính. Ngoài ra, quá trình mô phỏng giả định sự tích hợp xương hoàn toàn. Những giả định này tất yếu đơn giản hóa các điều kiện sinh học thực tế.

Nghiên cứu không cung cấp bất kỳ kết quả lâm sàng nào trên người và cũng không thực hiện so sánh lâm sàng trực tiếp với các phương pháp điều trị khác.

Các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích.

Do đó, mọi sự ngoại suy lâm sàng từ các kết quả này cần được thực hiện một cách thận trọng.

9. Những điểm chính của nghiên cứu

• Loại nghiên cứu: Nghiên cứu tiền lâm sàng sử dụng Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA)
• Mức độ bằng chứng: Thấp đến trung bình (nghiên cứu mô phỏng số thực nghiệm)
• Quần thể nghiên cứu hoặc số lượng nghiên cứu được phân tích: Không áp dụng
• Số lượng bệnh nhân hoặc implant: Không có bệnh nhân nào được đưa vào nghiên cứu
• Thời gian theo dõi: Không áp dụng
• Tiêu chí đánh giá chính: Phân bố ứng suất cơ sinh học
• Kết quả chính: Sự phân bố ứng suất thuận lợi trong xương nền và thiết bị tiền hàm
• Kết luận khoa học: Thiết bị tiền hàm cho thấy đặc tính cơ sinh học phù hợp với khả năng ứng dụng trên các trường hợp hàm trên bị teo xương nghiêm trọng
• Các hạn chế tiềm tàng: Mô hình hóa số, các giả định đơn giản hóa và thiếu xác nhận lâm sàng

10. Tác động khoa học

Công bố này góp phần vào sự phát triển của các thiết bị dưới màng xương hiện đại dành cho phục hồi bệnh nhân bị teo xương hàm trên ở giai đoạn tiến triển.

Đóng góp chính của nghiên cứu nằm ở việc đánh giá cơ sinh học chi tiết một khái niệm điều trị tương đối mới. Các kết quả ủng hộ giả thuyết rằng một thiết bị tiền hàm được cá thể hóa có thể cung cấp sự truyền tải lực phù hợp với khả năng cơ học của cả xương nền và vật liệu implant được sử dụng.

Nghiên cứu cũng minh họa tầm quan trọng ngày càng tăng của các công cụ mô phỏng kỹ thuật số trong việc thiết kế các giải pháp implant mới. Bằng cách xác định các vùng tập trung ứng suất trước khi áp dụng lâm sàng, các phương pháp này có thể góp phần tối ưu hóa thiết kế implant.

Tuy nhiên, đóng góp này về bản chất vẫn mang tính lý thuyết. Các nghiên cứu lâm sàng tiền cứu với thời gian theo dõi trung hạn và dài hạn sẽ cần thiết để xác nhận tính phù hợp lâm sàng cũng như độ bền lâu dài của khái niệm này.

11. Kết luận biên tập

Nghiên cứu này cung cấp một đánh giá cơ sinh học chuyên sâu về một thiết bị dưới màng xương mới dành cho phục hồi các trường hợp hàm trên bị teo xương nghiêm trọng. Các mô phỏng số cho thấy sự phân bố ứng suất thuận lợi và khả năng chịu lực cơ học phù hợp với các điều kiện tải trọng được khảo sát.

Mặc dù những kết quả này rất đáng khích lệ đối với nghiên cứu trong lĩnh vực implant nha khoa kỹ thuật số và tái tạo xương hàm, ý nghĩa của chúng vẫn bị hạn chế do thiếu sự xác nhận lâm sàng. Vì vậy, công bố này được xem là một bước khởi đầu đầy triển vọng trong quá trình phát triển các giải pháp thay thế mới cho những phác đồ tái tạo xâm lấn hơn.