Einheilungsprozess eines Unterkiefer-Implantats unter Berücksichtigung der Revaskularisation<br> Eine orientierende numerische Simulation

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ZZI 03/2000, 129-38

Einheilungsprozess eines Unterkiefer-Implantats unter Berücksichtigung der Revaskularisation
Eine orientierende numerische Simulation

J. Lenz, Q. Rong, C. Freischläger, K. Schweizerhof, H. J. Schindler, D. Riediger

Zusammenfassung:
Das vorgestellte biomechanische Finite Elemente (IE)-Modell unterstellt, dass der nach der Insertion des Implantats ausgelöste Reparationsprozess durch eine von der unversehrten Knochenoberfläche ausgehende Revaskularisation des Reparationsgebietes und eine damit einhergehende Substitution der nekrotischen Zone durch vitales Gewebe gekennzeichnet ist. Da in der Einheilphase das Implantat nicht direkt belastet wird, wird als mechanische Beanspruchung eine Biegespannung verwendet, die durch Deformationen des Unterkiefers unter funktionellen Belastungen verursacht wird. Allen Elementen des Reparationsgebiets zwischen integrem Knochen und Implantat wird in der Ausgangskonfiguration zunächst ein sehr kleiner Elastizitätsmodul zugewiesen. Unter jedem Stimulus wird dann der Elastizitätsmodul derjenigen Elemente, deren Beanspruchung innerhalb eines gewählten „Spannungsfensters" liegt, um einen kleinen, vorgegebenen Wert erhöht. Allerdings wird dieser Zuwachs für ein Element nur dann erlaubt, wenn es wenigstens in jeweils einem Knoten über eine „Brücke" mit Elementen der unversehrten Knochenoberfläche verbunden ist. Die Iteration wird so lange fortgesetzt, bis sich entweder eine vollständige Ossifikation oderasymptotisch ein nicht-vollständiger Verknöcherungsgrad einstellt. Anhand einer speziellen Wahl der Grenzen des „Spannungsfensters“ sowie unterschiedlicher Wachstumsgeschwindigkeiten von Kortikalis und Spongiosa wird schließlich ein Einheilungsprozess vorgestellt, der zu einer ca. 85%igen Verknöcherung sowohl der Kortikalis als auch der Spongiosa, führt.

Healing process of mandibular implants as related to revascularization.

Summary:
This study presents a Finite Element (FE) model jör the simulation of bone remodeling around dental implants during the healing period. This biomechanical model assumes that the repairprocessfollowing implant insertion is characterized by the revascularization of the defect, which originates in the intact bone surface and is associated with a substitution of the necrotic zone by vital tissues. Simulation of the bone remodeling process is based on,fbllowing principles: Since the implants are unloaded during the healing phase, bending stresses, caused by de fbrmation of the mandible during, functional loading, are considered to be the mechanical stimulus,for remodeling. Initially, the Young's modulus assigned to all elements of the repair zone - i.e. the space between intact bone and implantis very low. The repair zone is discretized into three thin layers. For each stimulus the Young's modulus of those elements where the stresses are within a selected "stress window" is increased by an incremental amount. However, such an increment is only permissible, if the respective element has at least one node that connects it via a "bridge"with elements of the intact bone surface, and if this "bridge element" has experienced at least one increase of their Young's modulus as a result ofprevious stimuli. This is reiterated until either complete bone regeneration or an asymptotically incomplete ossification is achieved. The results show that the degree of ossification achieved in cancellous bone tissue is essentially determined by the lower limit of the "stress window"; while the ossification of cortical bone depends on the upper limit. Based on a specific choice of the values limiting the "stress window" and different growth rates,for cortical and cancellous bone, a healing process is described that results in 85% ossification of both the cortical and cancellous bone.


(Stand: 01.03.2000)

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