Experimentelle und numerische Untersuchungen des biomechanischen Verhaltens sofortbelasteter Implantate mit unterschiedlicher Insertionstiefe

Abstract

Ziel der Studie war es, unter Zuhilfenahme experimenteller und numerischer Ansätze erstmalig eine vergleichende Analyse der Einflüsse von unterschiedlichen Insertionstiefen, Durchmesser und Längen auf die initiale Beweglichkeit und der damit entstehenden Spannungen und Verzerrungen im umliegenden Knochen sofortbelasteter Implantate zu untersuchen. Insbesondere lag das Augenmerk hierbei auf dem Vergleich von epi-, sub- und suprakrestalen Implantatpositionen.<br /> Hierfür wurden Implantate der Firma Ankylos® und Straumann® in den Positionen epi-, sub- und suprakrestal in ein Rinderippensegment implantiert. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurden die Implantate in einen optomechanischen Messaufbau zur Erfassung der Kraft/Auslenkungs-Charakteristik von Körpern (HexMeS) eingesetzt und belastet. Für die numerische Aalyse wurden Schnittbilder von diesen Modellen mit einem μCT erstellt und entsprechende Oberflächenmodelle mit dem Programm ADOR3D (Advanced Object Reconstruktion) generiert. Diese wurden mit Hilfe des FEProgramms MSC.Marc/Mentat 2005 in FE-Volumenmodelle umgewandelt und analysiert.<br /> Im experimentellen Vergleich der unterschiedlichen Insertionstiefen lagen die initialen Auslenkungen zwischen 25 μm – 50 μm für die unterschiedlichen Insertionstiefen. Die größten Spannungen in den FE_Analysen entstanden am Übergang der Kortikalis zur Spongiosa, da die Kortikalis eine größere Dichte aufweist als die Spongiosa und somit der Auslenkung einen größeren Wiederstand entgegen bringt. Die größten Dehnungen hingegen entstanden in der Spongiosa, dies resultiert aus dem niedrigerem Elastizitätsmodul der Spongiosa. In den numerischen Analysen hatte die Durchmesserzunahme einen deutlichen Einfluss auf die initiale Auslenkung, Spannung und Dehnung (A11 – B11).<br /> Im Vergleich zwischen Ankylos® und Straumann® hatte das Ankylos®-Impantat geringere Werte für Auslenkung, Spannung und Dehnung. Ursache dessen sind Geometrie-unterschiede. So hat das Ankylos®-Implantat ein tieferes, progressiv verlaufendes Gewinde. Die Variation der Insertionstiefe ist ebenfalls von der Grundform 81 des Implantates abhängig. Beim Ankylos®-Implantat verringerten sich mit zunehmender Insertionstiefe die Werte für die entstehenden Spannungen, während sich die Auslenkung verstärkte. Die Dehnungswerte lagen an (B11) bzw. oberhalb (A11) der Grenze des physiologischen Dehnungsbereiches. Bedenkt man, dass es zu initialen Kraterförmigen Knocheneinbrüchen um die Implantate kommt, scheint die subkrestale Insertion von Vorteil zu sein, da sie geringere Spannungswerte liefert. Das Straumann®- Implantat liefert bei subkrestaler Insertion höhere Spannungswerte, dies resultiert aus der tulpenförmigen Gestaltung der Implantathalsregion. <br /> Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass in Abhängigkeit von der Implantatgeometrie es durchaus Sinn macht, die Implantatposition zu variieren. Schaut man sich die Produkterweiterung der beiden Hersteller an, so hat Ankylos® mit seinem Tissue-Care-Concept sowie Straumann® mit seinem Bone-Level-Implantat dem schon Rechnung getragen. Das Straumann®-Bone-Level-Implantat hat zudem keine tulpenförmige Grundform mehr, sondern gleicht mehr der Form des Ankylos®- Implantats. Insofern wurden seitens der Hersteller diese wichtigen Hinweise bereits in die Produktweiterentwicklung aufgenommen.