Numerische Untersuchung zur Sofortbelastung eines vorgefertigten Stegsystems für die zahnärztliche Prothetik an einem patientenspezifischen Modell

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war es, das biomechanische Verhalten eines vorgefertigten Stegsystems (SFI-Bar^®, Cendres + Métaux) auf zwei Implantaten (SIC invent) mittels FEM-Analyse zu untersuchen. Dabei sollte geklärt werden, wie sich die Belastung über den SFI-Bar^®, auf die Implantate und den umliegenden Knochen verteilt. Von besonderem Interesse war es dabei, diese Simulation bei verschiedenen Graden der Idealisierung der zu untersuchenden Modelle durchzuführen und miteinander zu vergleichen. So sollten die Implantate zum einen in einem realitätsnahen, auf einem CT-Scan eines klinischen Falls beruhenden Modell, untersucht werden, zum anderen in einem idealisierten Knochenblock mit einfacher geometrischer Form.<br /> Um einen klinischen Fall zu simulieren, wurden CT-Scans eines Patienten, der mit einer vorgefertigten Stegkonstruktion vorsorgt wurde, benutzt. Aus diesen CT-Aufnahmen wurde ein Finite-Elemente-Volumenmodell des Unterkiefers generiert. Die Stegkonstruktion und die Implantate wurden aus CAD-Daten erstellt und entsprechend der klinischen Situation virtuell in den Unterkiefer integriert. Ein zweites FE-Modell wurde in einen idealisierten Knochenblock eingesetzt. In beiden Modellen wurde der Knochen entsprechend der klinischen Situation differenziert in Kortikalis und Spongiosa, sowie als homogenes Material betrachtet. Weiter wurden die Implantate in einer zweiten Serie als osseointegriert beziehungsweise sofortbelastet simuliert. Nach Berücksichtigung dieser beiden Modellierungsvarianten entstanden insgesamt acht FE-Modelle. Alle Modelle wurden dann jeweils mit 500 N, auf beide Stegenden verteilt, belastet. Es wurde entsprechend die Spannung im Steg und den Implantaten sowie die Verzerrung im Knochen rund um die Implantate ermittelt.<br /> Die Ergebnisse stimmten bei allen betrachteten Modellvarianten in der Tendenz überein. Die Hauptspannung trat im Bereich des Stegs selbst, an den Verbindungen zwischen den Kugeln und in der Steghülse auf. Die Spannung in den Implantaten war geringer als im Steg. Die Dehngrenze der verwendeten Titanlegierung wurde nicht überschritten. Anders ist es aber bei der Verzerrung im Knochen. Hier zeigte sich eine deutliche Abhängigkeit der Belastung von der Idealisierung und der Osseointegration. Erwartungsgemäß lagen die Werte bei der sofortbelasteten Konfiguration etwas höher als bei der osseointegrierten. Auch die Knochendifferenzierung hat einen Einfluss auf die Verzerrung. Die Verzerrung bei den Modellen mit dem spongiösen und kortikalen Knochen lag höher als im homogenen Knochen. Die Ergebnisse lagen überwiegend im physiologischen Bereich. <br /> Dies zeigt, dass aus biomechanischer Sicht dieses Stegsystem für die klinische Anwendung geeignet ist. Da die Ergebnisse der idealisierten und der patientenindividualisierten Modelle keine deutlichen Unterschiede zeigten, wäre für weiterführende Untersuchungen des Stegsystems die Simulation des idealisierten Modells ausreichend.