Ανάλυση μηχανικής συμπεριφοράς γνάθου με οδοντικά εμφυτεύματα σε περιβάλλον CAE-FEA

Abstract

Nowadays, the treatment planning of oral rehabilitation with dental implants in clinical practice does not include a mechanical analysis of jaw on CAE/FEA environment. So, some complications are sometimes appeared leading to failures at the implant/abutment level, the imposed superstructure or/and the coupling zone between the dental implant and the surrounding bone. The main purpose of the present work is to mention the importance of the finite element method as a new diagnostic tool that serves to the clinician an additional criterion before his/her final decision of how to treat the patient. Initially, a study of the protocols and the file formats for transferring the medical images into the CAE/FEA environment was done. Afterwards, regarding to the bone limits, the acceptable size of a reduced finite element model without alterning the results of analysis was evaluated. In addition, biomechanical factors such as the length, the diameter and the inclination of dental implants as well as the phase of osseointegration, the direction and the area of applied forces were investigated in order to determine their influence on the accuracy of finite element results. A comparison between a dental implant and a physical tooth was followed leading to useful information about the response of the entire system. Then, the affects of bone loss were examined. Finally, focusing on a specific patient configuration capable to represent a reference case study, both, the clinical and theoretical processes were interacted in the aim to determine the optimum manner of restoration before surgery. From an overall point of view, the qualitative evaluation of finite element results could reliable predicts the areas and the structures that are possible to fail. Moreover, under treatment management of different prosthetic reconstructions, the finite element method could sufficiently assist the clinicians to decide which combination of them is preferable. Thus, the clinician has to identify the possible manners of restoration and review them in the light of a well-designed pre-operative treatment planning based on CAE/FEA environment.

Ο προεγχειρητικός σχεδιασμός που εφαρμόζεται κλινικά τη σημερινή εποχή, δεν περιλαμβάνει ανάλυση της μηχανικής συμπεριφοράς της γνάθου με οδοντικά εμφυτεύματα σε περιβάλλον CAE/FEA. Ως αποτέλεσμα, η διεθνής βιβλιογραφία αναφέρει πάρα πολλές περιπτώσεις ασθενών όπου παρουσιάζεται αποτυχία της υπερκατασκευής ή/και απόρριψη του εμφυτεύματος. Κύριος σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να τονίσει το σημαντικό ρολό που κατέχει η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων ως ένα επιπρόσθετο ασφαλές εργαλείο στον τομέα της κλινικής διαγνωστικής έτσι ώστε να αυξήσει το ποσοστό επιτυχίας της θεραπείας με οδοντικά εμφυτεύματα. Για αυτό το λόγο, αρχικά πραγματοποιείται μελέτη διαφορετικών πρωτοκόλλων λήψης των ιατρικών εικόνων καθώς και επικοινωνίας των αρχείων που χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή της διαδικασίας του προεγχειρητικού σχεδιασμού σε περιβάλλον CAE/FEA. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται μελέτη ως προς την επίδραση διαφορετικών παραδοχών στη διαδικασία μοντελοποίησης και ανάλυσης, συμπεριλαμβανομένων των ορίων μοντελοποίησης του φατνιακού οστού της γνάθου, έτσι ώστε να ευρεθεί το ελάχιστο μέγεθος ενός μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων που περιγράφει αξιόπιστα και ρεαλιστικά την κλινική κατάσταση χωρίς να αλλοιώνονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται μελέτη διαφορετικών παραγόντων που επηρεάζουν την εμβιομηχανική απόκριση του συστήματος 'γνάθος-εμφύτευμα' όπως είναι το μήκος, η διάμετρος και η κλίση του εμφυτεύματος, η φάση της οστεοενσωμάτωσης, η διεύθυνση και το σημείο εφαρμογής των δυνάμεων. Επίσης, πραγματοποιείται μελέτη διαφορετικών πεδίων ερευνητικού ενδιαφέροντος όπως είναι, για παράδειγμα, η σύγκριση εμφυτεύματος-φυσικού δοντιού και η οστική απώλεια. Τέλος, μέσω μιας πραγματικής περίπτωσης ασθενή, πραγματοποιείται συσχέτιση της διαδικασίας του προεγχειρητικού σχεδιασμού που εφαρμόζεται κλινικά και ερευνητικά έτσι ώστε να ευρεθεί η βέλτιστη επιλογή προσθετικής αποκατάστασης. Η ποιοτική εκτίμηση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την εφαρμογή της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων σε καθ' έναν τρόπο προσθετικής αποκατάστασης ξεχωριστά υποδεικνύει, μεταξύ άλλων, τις δομές που υφίστανται τη μεγαλύτερη μηχανική καταπόνηση και εμφανίζουν το μεγαλύτερο κίνδυνο αποτυχίας. Άρα, η εμβιομηχανική μελέτη του υπό εξέταση συστήματος 'γνάθος-εμφύτευμα' για κάθε περίπτωση ασθενή είναι δυνατόν να συμβάλλει ουσιαστικά στη διαδικασία λήψης αποφάσεων από τον κλινικό ιατρό και να αυξήσει το ποσοστό επιτυχίας της θεραπείας.