Numerische Untersuchungen der Grenzabmaße enossaler dentaler Implantate

Abstract

Ziel dieser Studie war es, unter Zuhilfenahme der FE-Methode den Einfluss der Reduktion von Implantatdurchmesser bzw. -länge auf die Primärstabilität bzw. Auslenkung der Implantate und der damit entstehenden Spannungen und Verzerrungen im periimplantären Knochen im belasteten Zustand zu untersuchen.<br /> Diese Arbeit lässt sich in zwei Untersuchungsschritte unterteilen. Im ersten Teil wurde eine vergleichende Analyse zwischen Kurz- bzw. Minimplantat-Prototypen und entsprechenden konventionellen Implantaten der Firma Deutaurum durchgeführt (Systematische Untersuchung) und im zweiten Teil wurden ausgesuchte kommerzielle Kurz- und Miniimplantate untersucht und jeweils untereinander verglichen.<br /> Es wurden für die Untersuchungen zunächst idealisierte FE-Knochenmodelle erstellt, die das klinische Haupteinsatzgebiet von Kurz- bzw. Miniimplantaten wiederspiegeln. Während die Geometrien von Implantat-Prototypen aus der, von der Firma Dentaurum vorgelegten CAD/CAM-Daten erstellt und anschließend in das FE-Programm MSC.Marc/Mentat 2007 importiert wurden, mussten die kommerziellen Implantate zunächst mit dem μCT gescannt werden. Die erstellten Schnittbilder der Implantate wurden in ADOR-3D zur Oberflächenmodellen generiert, die anschließend in FE-Programm MSC.Marc/Mentat importiert wurden, wo sie numerisch untersucht wurden.<br /> In den ersten Vergleichsanalysen lagen die Auslenkungen, die Spannungen in der Kortikalis sowie die Verzerrung der Spongiosa sowohl bei den Kurz- als auch bei Miniimplantat-Prototypen deutlich höher als bei den entsprechenden konventionellen Implantaten, was eine erhöhte Belastung des periimplantären Knochens bedeutet.<br /> Im zweiten Teil der Untersuchung hatten die kommerziellen Kurzimplantate ohne oder mit einem sehr flachen Schraubendesign eine deutlich höhere Auslenkung als Kurz-Implantate mit ausgeprägtem schraubendesign. Die kommerziellen Miniimplantate hatten höhere Auslenkungswerte bis 799 μm. Dieser extrem hohe Wert wurde beim dem längsten Implantat (K.S.I-Bauer-Schraube, 18,5 mm) beobachtet.<br /> Der periimplantäre Knochen war sowohl bei Kurz- als auch bei Miniimplantaten im großen Ausmaß überlastet. Die Spannung in der Kortikalis war bei manchen Kurzimplantaten sogar um das Vierfache (390 MPa bei Straumann^® 4,1x6 mm und 429 MPa bei ENDOPORE^® 5,0x5 mm) und bei manchen Miniimplantaten um das Zweifache (218 MPa bei MDI 1,8x10 und 266 MPa BICORTICAL^® 2,5x13 mm) erhöht. Überlastung der periimplantären Knochen in diesem Ausmaß ist sicherlich mit lokalen Knochenschädigungen verbunden. Die Verzerrungswerte der Spongiosa waren dagegen um fast alle Miniimplantate unterhalb der physiologischen Dehnungsgrenzen, was auf der hohen Knochendichte der Unterkiefer-Frontzahnregion, das Haupteinsatzgebiet von Minimplantaten, zurückzuführen ist. Die meisten Miniimplantate haben hohe Spannungswerte in der engsten Stelle des Implantathalsbereiches gezeigt, was dort zur erhöhten Bruchgefahr führt. Am höchsten war die Spannung bei den schmalsten Implantaten (1150 MPa bei MDI 1,8 und 1100 MPa bei 2,1 mm) und am niedrigsten bei MDI 2,4x13 (443 MPa).<br /> Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass in Abhängigkeit der Implantatdurchmesser, Implantatgeometrie und Gewindegestaltung, es durchaus Sinn macht, Kurz- bzw. Miniimplantate bei unzureichendem Knochenangebot und Gefahr der Verletzung wichtiger anatomischer Strukturen zu nehmen. Allerdings müssen Kurzimplantaten über gut ausgeprägtes tiefes Gewinde verfügen, um höhere Auslenkungen und somit Überlastungen des periimplantären Knochen zu vermeiden. Bei Miniimplantaten können höhere Auslenkungen durch die Insertion in Kieferregionen mit hoher Knochendichte (Unterkiefer-Frontzahnregion) vermieden werden. Da bei den Miniimplantaten ein erhöhtes Frakturrisiko besteht, sollten sie keinen großen Belastungen ausgesetzt werden.