Гибридный винтовой имплантат с двойной резьбой. Аналитическое и экспериментальное исследование
Гибридный винтовой имплантат с двойной резьбой. Аналитическое и экспериментальное исследование Доктор Ури Арни (Uri Arny), Илан Вейсберг М.Фк и Овед Гихон (Ilan
Weissberg M.Fc & Oved Gihon), инженер-технолог.
Введение
Вместе с ростом популярности использования имплантатов для проведения реставрации зубов, возникает необходимость в инновационном зубном имплантате, который бы мог эффективно переносить нагрузки и обеспечивал бы необходимый уровень стабилизации в челюстной кости.
В этой работе представлены результаты разработки нового гибридного винтового имплантата с двойной резьбой (рис. 1).
По сравнению с классическими имплантатами этот подход позволяет достичь высокой степени фиксации имплантата в челюстной кости путем уменьшения объема высверливаемой кости, а также посредством вступления имплантата в дополнительный контакт с первичной поверхностью.
С целью подтверждения этой концепции в ходе разработки гибридного винтового имплантата с двойной резьбой (ГВИДР) были проведены экспериментальные испытания, а также построены аналитические модели.
Аналитические расчеты основаны на модели конечных элементов, а экспериментальные испытания
проводили на искусственной кости, изготовленной из стекловолокна и конструкционного пенопласта с
целью
воспроизведения механических свойств кости. Выбраны именно эти уникальные
экспериментальные испытания, поскольку клинические испытания на животных неэффективны. Животные имеют другое строение челюсти, и на получение результатов уйдет много времени.
Описание ГВИДР Уникальный зубной имплантат (ГВИДР), представленный на рис. 1, имеет резьбу двух
разных типов: двухзаходную резьбу с узкой канавкой в области контакта с кортикальным
слоем кости и однозаходную резьбу с широкой канавкой в губчатом слое. Эта уникальная
конструкция помогает переносить окклюзионную нагрузку на наибольший по площади участок поверхности в области контакта имплантата с костью, что способствует благоприятному
распределению нагрузки.
Кроме того, благодаря использованию нового метода сверления уменьшается объем удаляемой кости.
Экспериментальный метод
Испытания на смещение при приложении силы проводили на классическом цилиндрическом
имплантате и ГВИДР. Оба имплантата имели диаметр 4,5 мм и длину 13 мм. Имплантаты
вставили в образец искусственной кости (рис. 2). Размеры поперечного сечения этого
образца соответствуют размерам, которые имеет типичная нижняя челюсть, как показано
на рис. 3. На головку имплантата приложили осевую нагрузку до появления признаков отторжения.
В ходе испытаний при статической нагрузке записывали кривые сила – смещение, а также рассчитывали осевую жесткость. Результаты экспериментальных испытаний Экспериментальные испытания показали, что ГВИДР может выдерживать более высокую осевую нагрузку по сравнению с
классическими цилиндрическими имплантатами, как показано на рисунке 4. Они также показали, что жесткость ГВИДР выше жесткости классического цилиндрического имплантата. Жесткость имплантатов
не противоречит измеренному значению осевой жесткости 180 кг/мм, указанному в литературе для
имплантатов системы Branemark (7 мм’) в губчатой кости. Эти результаты повышают надежность
проведенных экспериментальных испытаний. Аналитический метод Модель конечных элементов (МКЭ)
для имплантата, установленного в стандартной челюстной кости, строили с помощью программного обеспечения NASTRAN FEM. Целью данного исследования была оценка степени влияния ГВИДР на
интенсивность и распределение напряжений, вызванных осевой нагрузкой, по сравнению
с влиянием классических цилиндрических имплантатов. Для идентичных типов образцов, описанных выше, построили две аналитические модели. Рассчитывали распределение напряжения
имплантатов в поперечном сечении кости. МКЭ костной системы зубного имплантата построены на основе двухмерных пластинчатых элементов. Модель является симметричной, поскольку
анализировали только осевую (вертикальную) нагрузку, как показано на рис. 5. Результаты анализа
Результаты аналитических расчетов показали, что ГВИДР имеет более благоприятное распределение
напряжений по сравнению с классическим цилиндрическим имплантатом. Максимальное касательное
напряжение в кортикальном слое челюстной кости при использовании ГВИДР на 15% - 20% ниже, чем при использовании классического цилиндрического имплантата, как показано на рис. 6, где изображен
график распределения максимального касательного напряжения в кортикальном слое кости при осевой
нагрузке 40 кг для обоих типов имплантатов. Обсуждение и выводы
Результаты экспериментальных испытаний показали, что при вертикальной нагрузке ГВИДР имел более
высокую несущую способность по сравнению с классическим цилиндрическим имплантатом.
Уникальный метод проведения контрольных экспериментов, рассматриваемый в данном исследовании,
помог сократить время разработки за счет использования образца искусственной кости. Эти
эксперименты выполнялись на основе аналитических расчетов. Более низкие значения касательного
напряжения в кортикальном слое кости, полученные для ГВИДР, по сравнению с классическими
цилиндрическими имплантатами дают ГВИДР такие преимущества, как более продолжительный срок
службы и способность выдерживать более высокие нагрузки. Достичь этого удалось главным образом за
счет инновационной геометрии имплантата и нового метода сверления кости.
Литература:
Лоренс Б. Лам, Биомеханическое обоснование использования коротких имплантатов. Журнал "Оральная
имплантология", подшивка XVII/№ два/1991 г., стр. 126-131 (Lawrence B. Lum,A Biomechanical Rationale for
the use of Short Implants. Journal of Oral Implantology Vol. XVII/No. Tow/1991 pp126-131)
Борчерз Л., Релчарт П, "Трехмерное распределение напряжений вокруг зубного имплантата на различных
стадиях образования пограничного слоя", Журнал "Стоматологическое исследование" 1983 г., 62(2):156-159
(Borchers L. Relchart P. "Three- dimensional stress distribution around a dental implant at different stages of
interface development”. J. Dent Res 1983 62(2):156-159)
Кито М., Мацушита И., Ямауту С., Икедда Х. и Суетсугу Т, "Распределение напряжений гидроксиапатитного
имплантата по методу конечных элементов для двухмерной модели при вертикальной нагрузке" Журнал
"Имплантология" 14:65-71 (Kitoh, M; Matsushita, Y.; Yamautue, S; Ikedda, H.; and Suetsugu, T. The Stress
Distribution of Hydroxyapatite Implant Under Vertical Load by the Two-Dimensional Finite Element Method.
Journal of Implantol 14:65-71)
Дечоу П.С., Наилл Г.А., Шварц-Дабни С.Л. и Ашмэн Р.Б., "Эластические свойства человеческой
надглазничной и нижнечелюстной кости" Американский журнал физической антропологии 90, стр. 291-
306. 1993.г.
(Dechow P.C. Naill G.A. Schwartz-Dabney C.L. and Ash-
man R.B., "Elastic properties of the human supraorbital
and mandibular bone”. Am J Phys Anthropol 90, pp 291-
306. 1993)
Размеры поперечного сечения этого
На головку имплантата приложили осевую нагрузку до появления признаков отторжения.
Они также показали, что жесткость ГВИДР выше жесткости классического цилиндрического имплантата. Жесткость имплантатов
нагрузке 40 кг для обоих типов имплантатов.