Vliv délky implantátu na jeho primární stabilitu


Effect of the Implant Length on its Primary Stability

Dental implantology is one of the fastest developing areas of stomatology. An implantologists needs to have good quality medically proven information so that they can provide the best care for the patience from what today’s science and market offers. Long term correct functioning of the implants is influenced by their design (size, surface, diameter and length) and surgical procedure of the implantation. The subject of this work is the evaluation of the influence of the length of the implant on its primary stability measured by Resonance Frequency Analysis (RFA) and a resulting set of parametric calculations with using the method of the sinite elements.

Key words:
implant design - Resonance Frequency Analysis (RFA) - finite element analysis - implant length


Autoři: L. Dzan;  L. Čapek 1
Působiště autorů: Oddělení ústní, čelistní a obličejové chirurgie KN Liberec, a. s. ;  Katedra mechaniky, pružnosti a pevnosti, Fakulta strojní, Technická univerzita Liberec 1
Vyšlo v časopise: Česká stomatologie / Praktické zubní lékařství, ročník 109, 2009, 3, s. 58-62

Souhrn

Dentální implantologie je jednou z nejrychleji se rozvíjejících oblastí stomatologie a implantolog potřebuje mít k dispozici kvalitní vědecky ověřené medicínské informace, aby mohl poskytnou pacientovi to nejlepší, co dnešní věda a trh nabízí.

Dlouhodobé správné fungování zubních implantátů ovlivňuje řada faktorů, mezi které patří design implantátu (čili tvar, povrch, průměr a délka) a chirurgický postup implantace. Předmětem naší práce je posouzení vlivu délky implantátu na jeho primární stabilitu měřenou rezonanční frekvenční analýzou (RFA) a následně zpracovanou sérií parametrických výpočtů s využitím metody konečných prvků.

Klíčová slova:
design implantátu - rezonanční frekvenční analýza (RFA) - metoda konečných prvků - délka implantátu

ÚVOD

Dentální implantáty se staly od začátku 80. let minulého století běžnou součástí stomatologické praxe. Díky poměrně snadnému přístupu při zavádění umožňují, na rozdíl od většiny ostatních implantátů, i relativně snadnou post-operativní kontrolu jejich stavu. Kvalita zavedení, tedy jeho primární stabilita a následná kvalita ukotvení implantátu v kosti (oseointegrace), tj. sekundární stabilita, tvoří dohromady fundamentální informaci pro implantologa.

S vývojem implantátů souvisí i vývoj metodik zjišťování jejich stability. Metodika měření stability implantátu by měla být především: rychlá, snadno opakovatelná, nedestruktivní a zdraví nezávadná. Je potřeba znát její limity a vyvarovat se možným špatným interpretacím.

V minulosti se v klinické praxi používalo mnoho metod: můžeme zmínit RTG snímky, měření potřebného vytočovacího momentu a histologické rozbory. Další metodou bylo stanovení stability pomocí vibrační analýzy, a to buď přechodnou nebo kontinuální excitací. Na principu přechodné excitace je založen Periotest (Siemens, Bensheim, Německo) [10], původně vyvinutý ke stanovení charakteristik vlastního zubu. Postupně se však pro svou jednoduchost začal hojně využívat i k určování stability implantátů.

Nejnovější a patrně i nejpřesnější metoda je založena na kontinuální excitaci, čili na rezonanční frekvenční analýze (RFA) [16]. První prototyp, který využívá RFA pro zjišťování stability dentálních implantátů, byl sestrojen profesorem Neilem Meredithem začátkem devadesátých let [7, 8, 9, 10]. Následně byl přístroj rozšířen pod obchodní značkou Osstell (Integration Diagnostic AB, Sweden) [12]. V současné době přístroj dospěl do třetí generace a prodává se pod obchodní značkou Osstell Mentor [11, 15]. Osstell® měří rezonanční frekvenci pomocí snímače obsahujícího dvojici piezoelementů, umístěných v segmentu ve tvaru L, který je fixačním šroubem připevněn k implantátu. První piezoelement slouží k rozkmitání celé soustavy (tj. L-segmentu, implantátu a periimplantátové kosti) periodickým sinusovým signálem o frekvenci stoupající od 5 do 15 kHz [10, 13]. Druhý piezoelement registruje odezvu, tedy rezonanční frekvenci. Vyšší naměřené rezonanční frekvence by měly odpovídat vyšší stabilitě implantátu [4, 5, 6]. Zjištěná rezonanční frekvence je automaticky přepočítávána na Implant Stability Quotient (ISQ), který je v rozsahu od 0 do 100 [12]. Závislost ISQ na rezonanční frekvenci je lineární [15]. Hodnota ISQ je zobrazena na displeji. Současně se na displeji vykreslí i graf amplitudového spektra, ze kterého lze usoudit na validitu měření [14, 12].

Při interpretaci výsledků je potřeba znát limity přístroje, které ovlivňují výsledné hodnoty stability. Je zcela evidentní, že přístroj neměří pouze kvalitu spojení implantát–kost, ale výsledná hodnota je ovlivněna řadou biomechanických parametrů. Pro některé parametry je snímač kalibrován individuálně. Utahovací moment, vyvinutý při dotahování fixačního šroubku a snímače, se ukázal jako prakticky nevýznamný [2, 17]. Vliv finálního kroutícího momentu při zavádění implantátu do kosti na výsledné ISQ ale dle námi dostupných informací nebyl dosud zkoumán.

Další parametry, které ovlivňují výslednou hodnotu primární stability, jsou materiálové vlastnosti kostní tkáně a tvar implantátu. Další souvisejí se samotným přístrojem. V literatuře [14, 15] bylo ukázáno, že přístroj v některých případech nezaznamenává první vlastní frekvenci, ale zachycuje až frekvence vyšší, a to v případě, že první frekvence neleží v měřitelném pásmu [1]. Jiné studie ukazují, že výsledek primární stability je výrazně ovlivněn orientací snímače [13, 17].

Tato studie je zaměřená na prokázání vlivu délky implantátu na výsledné hodnoty primární stability.

MATERIÁL A METODIKA

Zadání bylo řešeno pomocí série parametrických výpočtů s využitím metody konečných prvků [3] v programu I-deas 9 (Siemens PLM Software, Texas). Konečno-prvkový model L segmentu, implantátu a kostní tkáně byl namodelován následovně: L segment odpovídá použitému při experimentech, implantát byl zjednodušen tím, že nebereme v úvahu závit a kostní tkáň modelujeme jako homogenní-izotropní materiál. Implantaci považujeme za unikortikální, síla kortikální kosti je 1 mm. Jako prvek byl použit čtyřuzlový čtyřstěn.

Geometrie bloku kostní tkáně byla tvořena kvádrem 30x30x30 mm (obr. 1), délka implantátu byla volena 10, 12, 14 a 16 mm a průměr všech implantátů byl 3,7 mm. Do experimentu bylo zahrnuto celkem 32 pacientů (18 žen a 14 mužů), u nichž byly zavedeny do dolní čelisti v rozsahu 46–36 implantáty firmy Lasak Impladent STI-BIO-C. Snímač byl vždy orientován kolmo na dlouhou osu alveolu (obr. 2), přičemž rameno L segmentu je umístěno orálně. Výsledné hodnoty primární stability ISQ byly zaznamenány a zpracovány v matematickém programu.

Geometrie kostního bloku s L segmentem.
Obr. 1. Geometrie kostního bloku s L segmentem.

Orientace L segmentu snímače v ústní dutině.
Obr. 2. Orientace L segmentu snímače v ústní dutině.

VÝSLEDKY

Z naměřených hodnot jsme stanovili pro příslušné délky průměrné hodnoty. Ze závislosti (je lineární) můžeme vidět, že hodnoty primární stability se zvyšují s délkou implantátu (graf 1, graf 2). Maximální hodnoty průměrných ISQ jsou nejvyšší pro implantát délky 16 mm s hodnotou 69,63 a nejnižší pro implantát délky 10 mm s hodnotou 63,25. Typ závislosti se shoduje jak pro experiment, tak i pro numerické výpočty.

Výsledky závislosti získané z naměřených hodnot.
Graf 1. Výsledky závislosti získané z naměřených hodnot.

Výsledky závislosti zpracované metodou konečných prvků (MKP).
Graf 2. Výsledky závislosti zpracované metodou konečných prvků (MKP).

DISKUSE

Naměřené a vypočtené závislosti můžeme vysvětlit z pohledu základů kmitání. Z nich vyplývá, že rezonanční frekvence (pro zjednodušený model) jsou závislé na tuhosti a hmotnosti dle následujícího vzorce:

jp_5414_f_1
jp_5414_f_1

kde Ω je rezonanční frekvence, k tuhost soustavy a m její hmotnost.

Obecně ale nelze dopředu říci, zdali pro zvyšující se délku implantátu poroste rezonanční frekvence. Ze vzorce je patrné, že rezonanční frekvence závisí na dvou parametrech m a k, přičemž délka implantátu je obsažena v obou, čili délka mění nejen hmotnost, ale i tuhost soustavy.

Vliv jednotlivých parametrů (hmotnosti a tuhosti soustavy) na rezonanční frekvenci můžeme vidět na grafech. Graf 3 popisuje obecně platnou závislost vlastní frekvence na tuhosti soustavy při konstantní hmotnosti soustavy a graf 4 popisuje obecně platnou závislost vlastní frekvence na hmotnosti soustavy při konstantní tuhosti soustavy.

Charakter změny rezonanční frekvence v závislosti na změně tuhosti soustavy (hmotnost je konstantní).
Graf 3. Charakter změny rezonanční frekvence v závislosti na změně tuhosti soustavy (hmotnost je konstantní).

Charakter změny rezonanční frekvence v závislosti na změně hmotnosti soustavy (tuhost je konstantní).
Graf 4. Charakter změny rezonanční frekvence v závislosti na změně hmotnosti soustavy (tuhost je konstantní).

Z naměřené a vypočítané závislosti vidíme, že se zvyšující se délkou implantátů (při zachování jejich průměrů) stoupají hodnoty primární stability. Čili hodnoty rezonančních frekvencí jsou přímo závislé na délce implantátu. Z tohoto lze usuzovat, že délka implantátu se větší měrou podílí na zvýšení tuhosti systému než na zvýšení jeho hmotnosti, a proto s délkou implantátu (při stejném průměru) stoupá jeho primární stabilita.

Při znalosti popsaných zákonitostí pak vyšší primární stabilita u tappered implantátů ve srovnání s klasickými šroubovými implantáty je vysvětlitelná i tak, že vzhledem ke svému tvaru má tappered implantát nižší hmotnost. Porovnání těchto dvou typů implantátů a matematické vyjádření závislostí jejich tvarů a primární stability je předmětem našich dalších měření.

ZÁVĚR

Je velmi dobře známo, že primární stabilita závisí na chirurgickém postupu, kvalitě kosti a na designu implantátu. Do něj řadíme tvar, povrch, délku a průměr implantátu. Z těchto charakteristik je ve světové i domácí literatuře nejmenší pozornost věnována právě délce, která primární stabilitu ovlivňuje tak, že s prodlužující se délkou implantátu primární stabilita stoupá.

Znalosti a pochopení zákonitostí designu implantátu jsou nezbytnou součástí každého předimplantačního procesu, při kterém plánujeme budoucí zákrok. Bez implementace těchto zákonitostí do praxe se žádný implantolog dnes ani v budoucnu neobejde.

Věnováno prof. MUDr. Jiřímu Vaňkovi, CSc., k jeho významnému životnímu jubileu.

Prim. MUDr. Ladislav Dzan

Oddělení ústní, čelistní a obličejové chirurgie

KN Liberec, a.s.

Husova 10

460 63 Liberec 1

e-mail: ladislav.dzan@seznam.cz


Zdroje

1. Al-Nawas, B., Groetz, K. A., Goetz, H., Duschner, H., Wagner, W.: Comparative histomorphometry and resonance frequency analysis of implants with moderately rough surfaces in a loaded animal model. Clin. Oral Impl. Res., 19, 2008, s. 1-8.

2. Cawley P., Pavlakovic B., Alleyne D. N., George R., Back T., Meredith N.: The design of a vibration transducer to monitor the integrity of dental implants. Proc. Instn. Mech. Engrs., 212, 1998, s. 265-272.

3. DeTolla, D. H, Andreina, S., Patra, A., Bujíte, R., Comella, B.: The role of the finite element model in dental implants. J. Oral Implantol., 26, 2000, 2, s. 77-81.

4. Ito, Y., Sato, D., Yoneda, S., Ito, D., Kondo, H., Kasugai, S.: Relevance of resolnance frequency analysis to evaluate dental implant stability: simulation and histomorphometrical animal experiments. Clin. Oral Impl. Res., 19, 2008, s. 9-11.

5. Lachmann, S., Jäger, B., Axmann, D., Gomez-Roman, G., Groten, M., Weber, H.: Resonance frequency analysis and damping capacity assessment. Part I: an in vitro study on measurement reliability and a method of comparison in the determination of primary dental implant stability. Clinical Oral Implants Research, 17, 2006, s. 75- 79.

6. Lachmann, S., Laval, J. Y., Jäger, B., Axmann, D., Gomez-Roman, G., Groten, M., Weber, H.: Resonance frequency analysis and damping capacity assessment. Part II: peri-implant bone loss follow-up. An in vitro study with periost and osstell instruments. Clinical Oral Implants Research, 17, 2006, s. 80-84.

7. Meredith, N., Allene, D., Cawley, P. Quantitative determination of the stability of the implant-tissue interface using resonance frequency analysis. Clinical Oral Implants research, 1996, 7, s. 261-267.

8. Meredith, N., Book, K., Friberg, B., Jemt, T., Sennerby, L.: Resonance frequency measurements of implant stability in vivo. A cross-sectional and longitudinal study of resonance frequency measurements on implants in the edentulous and partially dentate maxilla. Clin. Oral Impl. Res., 8, 1997, s. 226-233.

9. Meredith, N., Shagaldi, F., Allene, D., Sennerby, L., Cawley, P.: The application of resonance frequency measurements to study the stability of titanium implants during healing in the rabbit tibia. Clin. Oral Impl. Res., 8, 1997, s. 234-243.

10. Mihoko A. el at.: Methods used to assess implant stability: current status. Oral and Maxillofacial Surgery, 22, 2007, s. 743-754.

11. OsstellTM Mentor user‘s manuals. Integration Diagnostics AB, Goteborg.

12. OsstellTM user‘s manual. Integration Diagnostics AB, Goteborg.

13. Pattijn, V., Jaecques. S. V. N., De Smet, E., Muraru, L., Van Lierde, C., Van der Perre, G., Haert, I., Vander Sloten, J.: Resonance frequency analysis of implants in the guinea pig model: Influence of boundary conditions and orientation of the transducer. Medical Engineering & Physics, 29, 2007, s. 182-190.

14. Pattijn, V., Lierde, C., Perre, G., Naert, I., Sloten, J.: The resonance frequencies and mode shapes of dental implants: Rigid body behaviour versus bending behaviour. A numerical approach. Journal of Biomechanics, 39, 2006, s. 939-947.

15. Samiotis, A., Batniji, M., Lopez, L., Steveling, H.: Clinical monitoring with RFA of astra implants. Poster J. Dent. Oral Med., 2003, 5, Poster 203.

16. Sjőstrőm, M., Lundgren, S., Nilson, H., Sennerby, L. Monitoring of implant stability in grafted bone using resonance frequency analysis. A clinical study from placement to 6 months of loading. Oral and Maxillofacial Surgery, 34, 2004, s. 45-51.

17. Veltri, M., Balleri, P., Ferrari, M.: Influence of transducer orientation on OsstellTM stability measurements of osseointegrated implants. Clin. Impl. Dent. Rel. Res., 9, 2007, s. 60-63.

Štítky
Chirurgie maxilofaciální Ortodoncie Stomatologie

Článek vyšel v časopise

Česká stomatologie / Praktické zubní lékařství

Číslo 3

2009 Číslo 3

Nejčtenější v tomto čísle

Tomuto tématu se dále věnují…


Kurzy

Zvyšte si kvalifikaci online z pohodlí domova

Příběh jedlé sody
nový kurz
Autoři: MUDr. Ladislav Korábek, CSc., MBA

Krvácení v důsledku portální hypertenze při jaterní cirhóze – od pohledu záchranné služby až po závěrečný hepato-gastroenterologický pohled
Autoři: PhDr. Petr Jaššo, MBA, MUDr. Hynek Fiala, Ph.D., prof. MUDr. Radan Brůha, CSc., MUDr. Tomáš Fejfar, Ph.D., MUDr. David Astapenko, Ph.D., prof. MUDr. Vladimír Černý, Ph.D.

Rozšíření možností lokální terapie atopické dermatitidy v ordinaci praktického lékaře či alergologa
Autoři: MUDr. Nina Benáková, Ph.D.

Léčba bolesti v ordinaci praktického lékaře
Autoři: MUDr. PhDr. Zdeňka Nováková, Ph.D.

Revmatoidní artritida: včas a k cíli
Autoři: MUDr. Heřman Mann

Všechny kurzy
Kurzy Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se