Автореферат и диссертация по медицине (14.00.21) на тему:Совершенствование технологии определения жесткости крепления дентальных имплантатов

На правах рукописи УДК: 616.314-76-089.843 УНАНЯН Владимир Еремович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ДЕНТАЛЬНЫХ ИМПЛАНТАТОВ

14.00.21 - «Стоматология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

п г'

Москва - 2009

003476978

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный медико-стоматологический университет Росздрава»

Научный руководитель:

заслуженный врач России, доктор медицинских наук, профессор АРУТЮНОВ Сергей Дарчоевич

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор ЕРОШИН Владимир Андреевич

Официальные оппоненты:

заслуженный врач России, доктор медицинских наук, профессор ОЛЕСОВА Валентина Николаевна

доктор медицинских наук, профессор ШИРОКОВ Юрий Евгеньевич

Ведущая организация: ФГУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии»

Защита состоится « В » ОК^УЩ^РУ^2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д. 208.041.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет» Росздрава по адресу: 125206, Москва, ул. Вучетича, д. 9а (почтовый адрес: 127473, Москва, ул. Делегатская д. 20/1)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного медико-стоматологического университета Росздрава (г. Москва, ул. Вучетича, д. 10а)

Автореферат разослан «

4 »(Ы>Ш

о

62009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор

Гиоева Ю.А.

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Одной из основных проблем стоматологии по-прежнему остается профилактика осложнений, возникающих при потере зубов и последующем протезировании. Наиболее физиологичным методом лечения при концевых протяженных включенных и небольших дефектах зубных рядов, особенно при интактных зубах, ограничивающих дефект, и достаточном объеме альвеолярной кости является метод дентальной имплантации (Копейкин В.Н., 1998; Арутюнов С.Д., 1998; Миргазизов М.З. и соавт., 1999; Щербаков A.C., 1999; Робустова Т.Г., 1999; Трезубов В.Н., 2001; Жулев E.H., 2002; Панин A.M. и соавт., 2003; Гветадзе Р.Ш. и соавт., 2004; Широков Ю.Е., 2005; Лосев Ф.Ф. и соавт., 2005; Олесова В.Н., 2009; Buser D., 1994; White G.E., 1993; Хобкек Джон А. и соавт., 2007).

Очень часто для оценки степени остеоинтеграции дентальных импланта-тов используют данные рентгенограмм. Однако основным критерием, определяющим успешность остеоинтеграции дентальных имплантатов, является жесткость их крепления, для оценки которой ряд авторов предлагает осуществлять периотестметрию (Лебеденко И.Ю. и соавт., 2003; Малик М.В. и соавт., 2004; Ряховский А.Н. и соавт., 2009; Misch С.Е. 1990; Teerlink J. et al., 1991; Engel E.et al., 2001).

В настоящее время подвижность дентальных имплантатов рекомендуется исследовать прибором «Osstell mentor» (Швеция), который основан на использовании резонансно-частотного анализа (Олесова В.Н. и соавт., 2005, 2007; Дробышев А.Ю., 2005; Маркин В.А., 2006; Garg А.К., 2007; Aksoy U. et al., 2009; Roze et al., 2009).

Приборы «Periotest» и «Osstell mentor» хорошо известны в практике российской стоматологии и достаточно широко используются для оценки степени остеоинтеграции дентальных имплантатов. Однако данные приборы не лишены недостатков, а их данные в условных единицах порой противоречивы. Ошибки в определении жесткости крепления в челюстной кости денталь-

ных имплантатов приводят к нарушению сроков протезирования, перегрузке и утрате имплантатов. Поэтому для профилактики осложнений при ортопедическом лечении с опорой на внутрикостные дентальные имплантаты необходима методика регистрации, позволяющая устанавливать прямую связь между усилиями, прилагаемыми к искусственной опоре, и ее перемещением и оценивать несущую способность имплантатов в физических единицах.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Повышение эффективности ортопедического лечения больных с зубными протезами с опорой на внутрикостные дентальные имплантаты путем оптимизации методики определения устойчивости имплантатов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. В эксперименте провести сравнительную оценку эффективности приборов «Periotest» и «Osstell mentor» для определения жесткости крепления дентальных имплантатов в кости различной плотности.

2. Разработать методику лазерного тестирования функционального состояния системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти».

3. Определить связь между усилиями, прилагаемыми к дентальным им-плантатам, и их перемещениями на физической модели системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» с помощью предложенной методики лазерного тестирования.

4. На трехмерной математической модели изучить напряженно-деформированное состояние системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» методом конечно-элементного анализа при различных размерах внутрикостной части имплантата.

5. Оценить надежность методики лазерного тестирования устойчивости дентальных имплантатов в челюстной кости путем сравнения результа-

тов, полученных в экспериментах на физической и математической моделях.

6. Сопоставить показатели приборов «Periotest» и «Osstell mentor» с показателями устройства лазерного тестирования по оценке функционального состояния системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» и дать практические рекомендации.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Разработана оригинальная методика лазерного тестирования, позволяющая устанавливать связь между усилиями, прилагаемыми к внутрикост-ным дентальным имплантатам, и их перемещениями и оценивать функциональное состояние системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» в физических единицах.

Установлено пороговое значение коэффициента поперечной жесткости крепления в кости челюсти дентального имплантата, определяемого лазерным тестированием, свидетельствующее о возможности перехода к функциональной нагрузке имплантата.

Получены новые данные о сравнительной эффективности методов пе-риотестметрии и резонансно-частотного анализа, основанных на косвенных данных, с результатами прямого измерения жесткости крепления дентальных имплантатов по методике лазерного тестирования.

Предложена «магнитная заглушка» дентального имплантата и усовершенствована методика применения прибора «Osstel mentor», позволяющая оценить жесткость крепления дентального имплантата в челюстной кости уже на этапе остеоинтеграции до установки формирователей десны, то есть еще на «закрытом» дентальном имплантате.

Получены новые данные о закономерности распределения напряжений в системе «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» с помощью метода конечно-элементого анализа при использовании моделей титановых ден-

тальных имплантатов фирмы Конмет (Россия) с различными размерами внутрикостной части.

По результатам исследований поданы заявки на патенты РФ «Способ регистрации жесткости закрепления дентальных имплантатов» // 2008127242/14(033370) и «Устройство для осуществления мониторинга ос-теоинтеграции дентальных имплантатов и способ его реализации» // 2009103641(004741).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Предложена научно-обоснованная оптимальная методика лазерного тестирования системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» для непосредственной оценки ее функционального состояния.

Созданы предпосылки для изготовления отечественного прибора, устанавливающего методом лазерного тестирования связь между нагрузками, прилагаемыми к дентальному имплантату, и его перемещениями.

Установлено пороговое значение коэффициента поперечной жесткости крепления в челюстной кости дентальных имплантатов, определяемого лазерным тестированием, свидетельствующее о возможности функциональной нагрузки имплантата.

В результате проведенных научно-экспериментальных работ предложена «магнитная заглушка», значительно расширяющая спектр применения прибора «Оз51е11 теШог». Это приспособление позволит проводить индивидуальную оценку функционального состояния системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» на «закрытом» имплантате и сократить сроки комплексной стоматологической реабилитации пациентов.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА Личный вклад автора заключается в подготовке физических и математических моделей системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти», осуществлении экспериментальных исследований: по определению коэффи-

циентов демпфирования приборами «Periotest» различных производителей (500 измерений); определению коэффициентов стабильности с помощью различных образцов приборов «Osstell mentor» (2500 измерений); определению коэффициентов поперечной жесткости крепления имплантатов по методике лазерного тестирования (500 измерений). Автор самостоятельно проанализировал материал и провел статистическую обработку полученных данных.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры стоматологии общей практики и подготовки зубных техников, кафедры ортопедической стоматологии ФПДО, кафедры госпитальной ортопедической стоматологии МГМСУ, включены в программу лекционных и семинарских занятий аспирантов указанных кафедр, слушателей ФПДО МГМСУ.

АПРОБАЦИЯ ДИССЕРТАЦИИ Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на Ломоносовских чтениях секции механики МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва, 2008 г.) на XXX (Москва, 2008) и XXXI (Москва, 2009) Итоговых конференциях молодых ученых МГМСУ; XXI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы стоматологии» (Москва, 2009); и совместном заседании кафедр стоматологии общей практики и подготовки зубных техников, ортопедической стоматологии ФПДО, госпитальной ортопедической стоматологии и лаборатории материаловедения НИМСИ МГМСУ 17 июня 2009 г. (протокол №35).

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 в журналах из перечня ВАК РФ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Низкая воспроизводимость результатов и большой разброс показаний приборов «Periotest», как различного производства, так и отдельно взятого экземпляра, а также риск чрезмерной нагрузки на дентальный им-плантат, возрастающий с увеличением числа измерений, не позволяют рекомендовать периотестметрию для оценки жесткости крепления дентальных имплантатов.

2. Разработанная методика лазерного тестирования жесткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости позволяет устанавливать прямую связь между усилиями, прилагаемыми к имплантату, и его перемещениями, выраженную в физических единицах.

3. Сопоставление результатов экспериментов на физической и математической моделях системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» подтверждает обоснованность и надежность предложенной методики лазерного тестирования жесткости крепления дентального имплан-тата в челюстной кости.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ Диссертация изложена на 107 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, двух глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, включающего 98 работ, из них 59 отечественных и 39 зарубежных автора. Работа иллюстрирована 12 таблицами, 34 фотографиями и рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Для определения точности и стабильности показаний приборов «Periotest» (Германия) и «Osstell mentor» (Швеция) были подготовлены образцы системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти», в которых

использовались дентальные имплантаты фирмы Конмет (Россия) длиной 15 мм и диаметром 4 мм и 4 типа аналогов костной ткани производства компании Osstem Implant (Южная Корея) размерами 15x17x50 мм. Аналоги костной ткани изготовлены из различных материалов: Dl, D2 - дерево, D3 -твердый пенопласт, D4 - бальса.

В каждом из материалов в предварительно просверленные отверстия диаметром 3,5 мм было установлено по 2 дентальных имплантата, один из которых (А) завинчивался почти полностью (над поверхностью материала выступала шейка имплантата на 2,0 мм), а второй (В) завинчивался по верхнюю нитку резьбы (его верхняя кромка выступала на 4,0 мм) (рис. 1 ). Затем имплантаты докручивали динамометрический ключом с усилием 50x10"3 Н*м (5 Н*см).

Рис. 1. Образцы для определения точности и стабильности показаний приборов «Periotest» и «Osstell mentor»

Оценку жесткости крепления дентальных имплантатов в эксперименте проводили приборами «Periotest», «Osstell mentor» и по разработанной нами совместно с сотрудниками Научно-исследовательского института механики МГУ им. Ломоносова М.В. методике лазерного тестирования.

Прибор «Periotest» определяет способность тканей периодонта вернуть исследуемый зуб в исходное положение после действия внешней ударной нагрузки, осуществляемой бойком прибора. Метод периотестметрии был разработан для оценки прочности крепления и характеристик демпфирования естественного зуба, окруженного периодонтальной связкой, и лишь потом стал использоваться для оценки прочности крепления дентальных импланта-тов. Целесообразность его применения при имплантации не очевидна, тем не менее, он довольно широко используется для этих целей в стоматологической практике и научных исследованиях.

Для периотестметрии нами были взяты приборы различных немецких производителей: «Periotest 3218» фирмы Siemens, «Periotest 3218» фирмы Gulden и «Periotest S» фирмы Gulden Medizintechnik.

Принцип действия прибора «Osstell mentor» основан на косвенном определении жесткости крепления имплантата в кости челюсти с использованием резонансно-частотного анализа вынужденных колебаний, которые возбуждаются вимплантате с помощью переменного магнитного поля излучателя прибора. Основная часть экспериментальных исследований с помощью прибора «Osstell mentor» была произведена нами на фирме «Osstell АВ» в шведском городе Гётеборг, где фирма предоставила 8 комплектов новых калиброванных приборов.

Предложенная нами методика лазерного тестирования основана на прямых измерениях угла поворота имплантата под действием поперечной силы (момента). Для этого к имплантату через соединительный штифт прикрепляется коромысло (т.е. рычаг), и лазер. Нагружение дентального имплантата происходит путем подвешивания груза к коромыслу. При этом луч лазера отклоняется, что регистрируется на экране - матричном фотоприемнике. Измеряя полную амплитуду линейного перемещения лазера на экране, вычисляется значение коэффициента поперечной жесткости крепления дентальных им-

плантатов в челюстной кости как отношение вращающего момента к углу поворота имплантата (рис. 2).

Рис. 2. Схема устройства лазерного тестирования: 1- имплантат, 2-модель костной ткани, 3- соединительный штифт, 4- коромысло (рычаг), 5-лазер, 6-экран (матричный фотоприемник)

Описанная выше методика измерения может использоваться и для установления связи между крутящим моментом и углом поворота дентального имплантата вокруг своей оси, то есть для проведения реверсивного торк-теста. Схема измерения изображена на рис. 3.

Рис. 3. Схема устройства лазерного тестирования для проведения торк-теста: 1- имплантат, 2- модель костной ткани, 3- соединительный штифт, 4- коромысло (рычаг), 5- лазер, 6— экран (матричный фотоприемник)

Экспериментальные исследования методом лазерного тестирования проведены на базе Научно-исследовательского института механики МГУ им. М.В.Ломоносова.

Для подтверждения надежности методики лазерного тестирования нами с помощью конечно-элементного анализа трехмерной математической модели в программном комплексе ANS YS проведен анализ модели системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» и изучение таких же образцов по методике лазерного тестирования на физической модели.

Расчеты проведены для трех различных вариантов имплантатов. Образцы, имитирующие кость, представляли собой цилиндр высотой 30 мм и диаметром 20 мм из материала «Боксил Экстра». Физико-механические свойства материалов, используемых в математической модели, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Прочностные характеристики материалов, используемых в математической модели

Материал Модуль Юнга, МПа Коэффициент Пуассона

Боксил Экстра 1,9 0,47

Титан 110000 0,30

Во всех вариантах задавалась одна и та же нагрузка. Поскольку в физическом эксперименте нагрузка задавалась как пара сил, то и в численном решении рассматривалась нагрузка в виде пары сил F=12,5 Н.

В физическом эксперименте проводили замеры угла поворота импланта-та под действием приложенной пары сил и вычисляли коэффициент поперечной жёсткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости.

В ходе экспериментов всего было проведено 500 измерений по определению коэффициентов демпфирования приборами «Periotest», 2500 измерений по определению коэффициентов стабильности с помощью приборов «Osstell mentor» и 500 измерений по определению коэффициентов поперечной жесткости крепления имплантатов по предложенной методике лазерного

тестирования. Кроме того, изучено напряженно-деформированное состояние 3 различных вариантов дентальных имплантатов методом конечных элементов.

Для подтверждения полученных в эксперименте на аналогах костной ткани данных мы провели еще серию экспериментов, но уже на нативной кости. Для этого были взяты нижние челюсти барана и проведена операция имплантации по общепринятой методике. Использовали такие же дентальные имплантаты фирмы Конмет (Россия), что и в предыдущих экспериментах.

Было установлено 10 имплантатов и проведено 100 измерений с применением методики лазерного тестирования и на этих же образцах с помощью прибора «Osstell mentor» (рис. 4).

Рис. 4. Образцы для оценки жесткости крепления дентального имплан-тата в нативной кости

Кроме того, в эксперименте на нативной кости мы отработали методику трансмукозного определения жесткости крепления дентального имплантата с помощью прибора «Osstell mentor», что позволит «раскрывать» имплантат уже только по достижении необходимой степени жесткости крепления (ос-теоинтеграции).

Результаты измерений жесткости крепления имплантатов в моделях челюстной кости представлены в таблицах 2-6.

В таблицах строки соответствуют типам аналогов кости, буквы А и В указывают на уровень крепления имплантатов. Номера столбцов, обозначен-

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ные римскими цифрами, соответствуют различным приборам. В ячейках таблицы приведены среднеарифметические значения по пяти измерениям.

По результатам измерений жесткости крепления имплантатов в моделях челюстной кости прибором «Репо1езЬ>, приведенных в табл. 2, 3, 4 только одно среднее значение из 72 (1,4%) меньше нуля, что должно соответствовать достаточно прочному креплению имплантатов, поскольку значения пе-риотестметрии от -8 до 0 свидетельствуют о здоровом периодонте. Одно из полученных значений (Б4-В - I, табл. 2) явно ошибочно, т.к. при мануальной проверке было заметно, что имплантат подвижен.

Таблица 2

Результаты исследований с помощью прибора «Рег^ев! Б»

фирмы «MEDIZINTECHNIK GULDEN» (Германия), усл. ед.

Системы «кость - имплантат» Приборы «Periotest S» Средние значения Р^

I II III

D1-A 1,32 1,22 2,91 1,82±1,09

D2-A 7,30 4,87 2,31 4,82±2,48

D3-A 3,06 14,17 2,72 6,65±7,52

D4-A 18,90 31,00 7,81 19,23±11,77

D1-B 0,84 6,34 5,39 4,19±3,35

D2-B -3,73 2,16 1,60 0,03±3,76

D3-B 27,93 14,50 5,97 16,10±11,83

D4-B -2,60 16,59 8,63 7,54±10,14

Таблица 3

Результаты исследований с помощью прибора «Рег^еБЬ)

фирмы «GULDEN» (Германия), усл. ед.

Системы «кость - имплантат» Приборы «Репьев! 3218» Средние значения Р^

I II III

D1-A 3,66 5,00 4,33 4,33±0,67

D2-A 5,50 16,30 6,00 9,27±7,03

D3-A 15,00 8,30 7,33 10,21±4,79

D4-A 16,53 7,60 23,00 15,71±7,29

D1-B 6,20 7,67 5,33 6,40±1,27

D2-B 12,42 15,00 3,75 10,39±4,61

D3-B 13,30 5,00 6,33 8,21±5,09

D4-B 11,66 15,33 27,33 18,10±9,23

Таблица 4

Результаты исследований с помощью прибора «Periotest» фирмы «SIEMENS» (Германия), усл. ед.

Системы «кость-имплантат» Приборы «Periotest 3218» Средние значения Ptcp

I II III

DÍ-A ! ,33 -2,00 -1,75 -0,80±2,13

D2-A 4,66 3,00 7,83 5,16±2,67

D3-A 16,66 9,00 7,63 11,09±5,57

D4-A 7,66 26,70 4,75 13,03±13,67

D1-B 2,44 1,75 1,40 1,86±0,58

D2-B JO,33 3,25 1,75 5,11±5,22

D3-B 5,33 3,75 8,50 5,86±2,64

D4-B 14 45,67 29,80 29,83± 15,84

Большое число измерений периотестметрии объясняется большим разбросом результатов и их недостаточной повторяемостью для каждого им-плантата. Например, в табл. 3 значение коэффициента демпфирующей способности (D2-B - I) Pt= 12,42 является средним значением следующей серии измерений: 5, 7, 10, 25, 11, 13, 16. Кроме того, значения, полученные приборами различных производителей, сильно отличаются, а возможность проверить исправность прибора инструкциями фирм-изготовителей не предусмотрена. Разработанный для оценки подвижности зубов, этот прибор, по-видимому, следует использовать по своему прямому назначению. Кроме того, фирмы-изготовители обязаны предложить методику юстировки приборов для исключения грубых ошибок.

При оценке точности и стабильности показаний приборов «Osstell mentoo> (Швеция) была установлена высокая повторяемость результатов (табл. 5).

Таблица 5

Результаты измерения коэффициента стабильности имплантатов

с помощью приборов «Ostell mentor», усл. ед.

Системы «кость- имплантат» Приборы «Osstell mentor»

1 11 III IV V VI VII VIII

D1-A 83 83 83 83 83 83 83 83

84 84 84 84 84 84 84 84

83 83 83 83 83 83 84 83

D2-A 81 80 81 80 80 80 79 79

80 80 80 80 80 80 80 80

81 81 81 81 81 81 81 81

D3-A 66 66 69 70 70 68 70 70

72 72 70,5 70,4 69,8 70 70,6 70,4

66 66 66 66 66 66 66 66

D4-A 60 61 61 61 61 61 61 61

48 48 48 48 48 48 48 48

49 49 49 49 49 49 49 49

D1-B 76 76 75 75 75 75 75 76

75 75 75 75 75 75 75 75

75 75 75 75 75 75 75 75

D2-B 72 72 72 72 72 72 72 72

72 72 72 72 72 72 72 72

72 72 72 72,5 72 72 72 72

D3-B 56 57 57 57 57 57 57 57

57,2 57,3 56 56 56 56 56 56

58 58 58 58 58 58 58 58

D4-B 43 41 43 43 41 61 41 61

39 39 39 39 39 39 39 39

61 62 62 50,2 43 43 52,5 62

Из табл. 5 видно, что при достаточно жестком креплении имплантатов (материалы DI, D2) повторяемость измерений очень высокая. Например, для имплантата, закреплешюго в материале DIA из первого комплекта аналогов, все измерения на всех 8 приборах показали одно и то же значение 83. При уменьшении жесткости крепления (материалы D3, D4) разброс значений растет. Но, несмотря на то, что шкала прибора «Osstell mentor» способна отображать значения от 1 до 100, нами не было получено ни одного значения менее 39, хотя все имплантаты с номерами D4-B в процессе измерений заметно расшатались.

Результаты измерения жесткости крепления имплантатов в челюстной кости (коэффициент поперечной жесткости), полученные по разработанной методике лазерного тестирования, приведены в табл. 6.

Таблица 6

Средние значения коэффициентов поперечной жесткости крепления им-

плантата в челюстной кости, Нхм/рад

Системы «кость - имплантат» Серия измерений лазерным тестированием Средние значения К„

I II III

Э1-А 39,4 41,6 46,7 41,1±1,23

02-А 29,4 21,7 32,7 28,9±0,87

РЗ-А 8,2 25,2 20,2 17,9±0,54

Э4-А 4,0 4,7 3,7 4,3±0,13

01-В 21,3 36,2 16,5 24,7±0,74

П2-В 13,0 21,0 15,4 16,4±0,49

03-В 9,8 8,5 10,8 9,7±0,29

Э4-В 1,6 1,9 0,78 1,4±0,04

В отличие от предыдущих двух методик результаты измерений приведены не в условных, а в физических единицах (Нхм/рад), т.е. отражают прямое состояние жесткости крепления имплантатов, а не дают ее оценку по косвенным данным.

Надежность методики лазерного тестирования была нами проверена с помощью конечно-элементного анализа трехмерной математической модели системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» таких же образцов, на которых проводилось лазерное тестирование.

Для вариантов 1 и 2 (рис. 5) (одинаковая длина имплантатов 13 мм, но разные диаметры (1=3,3 мм и (1=4,0 мм) получены различные значения, как по перемещениям, так и по напряжениям. Уменьшение диаметра имплантата приводит к увеличению значений перемещения примерно на 7%, а также к увеличению максимального значения напряжений примерно на 12%.

Сравнивая варианты 1 и 3 (одинаковый диаметр (1=4,0 мм, но разные длины 11=13 мм и 11=19 мм), видно, что увеличение длины приводит к уменьшению и перемещений (~ на 20%), и максимальных напряжений (~ на 30%).

20% 30%

Больше Перемещения

Рис. 5. Результаты конечно-элементного анализа

Сравнение коэффициентов жёсткости крепления дентальных импланта-тов, полученных в математическом и физическом экспериментах, приведено в таблице 7. Расхождение находится в интервале от 2,5% до 4,2%, что является высокой степенью совпадения и подтверждает надежность разработанной нами методики лазерного тестирования.

Таблица 7

Значения коэффициентов жёсткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости, полученные в математическом и физическом экспериментах, Нм/рад

Физический эксперимент Математическое моделирование Расхождение значений

0,330 0,322 2,5%

0,298 0,286 4,2%

0,518 0,532 2,7%

Наряду с аппаратными методами для раннего и объективного контроля уровня готовности системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» к функциональным нагрузкам достаточно часто используется тест на

реверсивный торк, суть которого сводится к выяснению с помощью динамометрического ключа важного вопроса - выдержит ли имплантат нагрузку при завинчивании абатмента. Однако этот тест надо проводить очень осторожно, не нарушая нормальное заживление костной ткани.

Зная не только вращающий момент, но и одновременно измеряя малый угол поворота имплантата, можно определить коэффициент вращательной жесткости крепления дентального имплантата в челюстной кости. Очевидно, что все эти измерения можно сделать с помощью лазерного тестера, расположив плоскость прибора перпендикулярно оси имплантата. Высокая чувствительность метода позволяет прикладывать очень небольшие нагрузки, делая этот тест безопасным.

На диаграмме (рис. 6) представлено сопоставление показателей прибора «Osstell mentor» (КСИ - коэффициент стабильности имплантата) и лазерного устройства (Кп - коэффициент поперечной жесткости крепления имплантата).

80 60 — 40 20 о

DIA D2A D3A D4A DIB D2B D3B D4B HOstell mentor иЛазеоныйтестео

Рис. 6. Средние значения коэффициентов стабильности и поперечной жесткости крепления имплантатов

Методом наименьших квадратов, пользуясь полученными данными, была построена зависимость коэффициента стабильности от коэффициента поперечной жесткости (рис. 7).

\

При КСИ = 65 К„= 21,2 Нм/рад

КСИ

65

75

50

25

у = 0,9967х +43,888

0

,__, ■>_, _Kii

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Рис. 7. Зависимость коэффициентов стабильности имплантатов от коэффициентов поперечной жесткости

Эта зависимость близка к линейной, но не проходит через ноль. Следовательно, действительный интервал значений, в котором может изменяться КСИ (показатели прибора «Osstell mentor») - от =40 до 100, причем значение КСИ = 100 соответствует значению коэффициента поперечной жесткости 54 Нхм/рад. Следует подчеркнуть, что интервал значений прибора «Osstell menton) 0<КСИ<40 не имеет реального смысла, т.е. попадание измерений внутрь этого интервала говорит лишь о разбросе результатов в пределах погрешности прибора, нарушении методики исследований.

По литературным данным известно, что при значении КСИ>65, имплан-таты готовы воспринимать функциональную нагрузку. По полученной зависимости легко определить, что Кп в этом случае равен 21,2 Нхм/рад. Теперь зная это значение и измеряя Кп по методике лазерного тестирования, можно решать вопросы о готовности имплантатов к функциональной нагрузке или необходимости её отсрочки.

Данные, полученные при оценке жесткости крепления дентального им-плантата в нативной кости, хорошо согласуются с предыдущими экспериментами. При проведении этого исследования нами была предложена мето-

дика траисмукозного определения жесткости крепления дентального им-плантата в челюстной кости. Для этого случая вместо стандартного магнитного штифта нами была предложена специальная магнитная заглушка для дентального имплантата, которая позволяет проводить измерения прибором «Osstell mentor» на этапе продолжающейся остеоинтеграции имплантата через слизистую, не раскрывая его. Это очень удобно в клиническом применении, так как позволяет раскрывать имплантат уже только тогда, когда его жесткость крепления достигает необходимой степени (КСИ>65 или К„>21,2 Нм/рад). Стандартный магнитный штифт, входящий в комплект прибора «Osstell mentor», всегда требует открытия имплантата.

Результаты измерения КСИ обычным и трансмукозным способом, приведены на рис. 8.

04,0 L=15

03,3 L=ll

68 70 72 74 76 78 80

Через слизистую И Обычным способом

Рис. 8. Значения КСИ, полученные в нативной кости стандартным и трансмукозным способами

Из диаграммы следует, что слой слизистой оболочки между магнитной заглушкой и датчиком прибора не влияет на точность показаний прибора «Osstell mentor». Этот факт свидетельствует о пригодности разработанного метода определения жесткости крепления (остеоинтеграции) дентальных им-плантатов в челюстной кости к клинической апробации.

ВЫВОДЫ

1. Оценка жесткости крепления дентальных имплантатов в эксперименте на четырех типах аналогов кости с различными вариантами установки позволила установить высокую стабильность показаний прибора «Osstell mentor» и большой разброс показаний при использовании прибора «Periotest».

2. Разработана методика лазерного тестирования жесткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости, позволяющая устанавливать связь между усилиями, прилагаемыми к имплантату, и его перемещением, выраженную в физических единицах.

3. Совпадение результатов оценки жесткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости на физической и математической (конечно-элементный анализ) моделях системы «дентальный им-плантат - костная ткань челюсти» подтвердили надежность предложенной методики лазерного тестирования.

4. Предложена методика безопасного теста на реверсионный торк с использованием методики лазерного тестирования.

5. Сравнение значений коэффициента стабильности, определяемого прибором «Osstell mentor», и значений коэффициента поперечной жесткости, получаемого по методике лазерного тестирования, показало отсутствие физического смысла показаний прибора «Osstell mentor» в диапазоне от 1 до =39 единиц.

6. Определено пороговое значение коэффициента поперечной жесткости крепления дентального имплантата в челюстной кости -21,2 Н м/рад, свидетельствующее о возможности перехода к функциональной нагрузке дентального имплантата.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для повышения эффективности ортопедического лечения с опорой на дентальные имплантаты и профилактики ошибок и осложнений целесообразно провести клинические испытания предложенного устройства лазерного тестирования жесткости крепления дентальных им-плантатов в челюстной кости с целью скорейшего его внедрения в клиническую практику.

2. Для оценки эффективности костной интеграции дентальных имплан-татов и принятия решения о возможности их функциональной нагрузки необходимо применять только откалиброванные (отъюстированные) приборы.

3. Отсутствие системы калибровки прибора «Periotest» в клинике не позволяет рекомендовать его для функциональной оценки системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти».

4. Для юстировки приборов, оценивающих функциональное состояние системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» целесообразно использовать предложенную систему лазерного теста.

5. Для получения достоверных данных по определению функционального состояния системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» врачи-стоматологи ортопеды должны пройти специальный тренинг-курс по работе на приборах и устройствах, тестирующих жесткость крепления имплантатов в челюстной кости.

6. При использовании прибора «Ostell mentor» целесообразно применение магнитной заглушки имплантата и методики трансмукозного тестирования.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Арутюнов С.Д., Унанян В.Е., Ерошин В.А., Арутюнов A.C., Джалало-ва М.В., Бойко A.B. Приборы и методы диагностики подвижности дентальных имплантатов // Панорама ортопедической стоматологии. -

2008.-№4-С. 17-21.

2. Ерошин В.А., Арутюнов A.C., Унанян В.Е. О методах определения подвижности дентальных имплантатов // Ломоносовские чтения. Тезисы докладов научной конференции. Секция механики. МГУ им. М.В.Ломоносова - М.: Изд-во Московского университета. 2008. -С.79-80.

3. Унанян В.Е., Ерошин В.А., Джалалова М.В., Кики Ф.Р. Сравнительная оценка эффективности применения приборов для измерения подвижности дентальных имплантатов // Труды XXX Юбилейной Итоговой конференции молодых ученых МГМСУ/ - М., - 2008 - С.340-342.

4. Ерошин В.А., Арутюнов A.C., Унанян В.Е., Арутюнов С.Д. Определение подвижности дентальных имплантатов // Стоматология. - М.,

2009. №2. - С.43-46.

5. Ерошин В.А., Арутюнов С.Д., Арутюнов A.C., Унанян В.Е., Бойко A.B. Подвижность дентальных имплантатов: приборы и методы диагностики // Российский журнал биомеханики. - М., 2009. Том 13, №2(44). -С.23-37.

6. Унанян В.Е., Арутюнов A.C. Экспериментальная оценка жесткости крепления дентальных имплантатов методом лазерного тестирования // Труды XXXI Итоговой конференции молодых ученых МГМСУ. - М., -2009.-С.360-361.

Бумага для множительных аппаратов. Печать офсетная.

Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Заказ №827

Типография ООО "ФЭД+", Москва, ул. Кедрова, д. 15, тел. 774-26-96

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Одной из основных проблем стоматологии по-прежнему остается профилактика осложнений, возникающих при потере зубов и последующем протезировании. Наиболее физиологичным методом лечения при дистально неограниченных дефектах зубных рядов, безусловно, является метод дентальной имплантации, что определяет его возрастающую популярность (В.Н.Копейкин, 1998; С.Д.Арутюнов, 1999; М.З.Миргазизов и соавт., 1999; А.С.Щербаков, 1999; Т.Г.Робустова, 1999; В.Н.Трезубов, 1999; Е.Н.Жулев, 2000; А.М.Панин и- соавт., 2003; Р.Ш.Гветадзе и соавт., 2004; Ю.Е.Широков, 2005; Ф.Ф.Лосев и соавт., 2005; В.Н.Олесова, 2009; G.E.White, 1993; D.Buser, 1994; Дж.А.Хобкек и соавт., 2007).

Очень часто для оценки степени остеоинтеграции дентальных имплантатов используют данные рентгенограмм. Однако основным критерием, определяющим успешность остеоинтеграции дентальных имплантатов, является жесткость их крепления, для оценки которой ряд авторов предлагает осуществлять периотестметрию (В.Л. Параскевич, 2002; И.Ю.Лебеденко и соавт., 2003; М.В.Малик и соавт., 2008; М.Д. Перова, 2008; J.Teerlink et al., 1991; E.Engel et al., 2001; C.E.Misch 2006).

В настоящее время подвижность дентальных имплантатов рекомендуется исследовать прибором «Osstell mentor» (Швеция), который основан на использовании резонансно-частотного анализа (В.Н.Олесова и соавт., 2005, 2007; А.Ю.Дробышев, 2005; В.А.Маркин, 2006; A.K.Garg, 2007; U.Aksoy et al., 2009; Roze et al., 2009).

Приборы «Periotest» и «Osstell mentor» хорошо известны в практике российской стоматологии и достаточно широко используются для оценки степени остеоинтеграции дентальных имплантатов. Однако данные приборы не лишены недостатков, а их данные в условных единицах порой противоречивы. Ошибки в определении жесткости крепления в челюстной кости дентальных имплантатов приводят к нарушению сроков протезирования, перегрузке и утрате имплантатов. Поэтому для профилактики осложнений после ортопедического лечения с опорой на внутрикостные дентальные имплантаты необходима методика регистрации, позволяющая устанавливать прямую связь между усилиями, прилагаемыми к искусственной опоре, и ее перемещением и оценивать несущую способность имплантатов в физических единицах.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью настоящей работы является повышение эффективности ортопедического лечения больных с зубными протезами с опорой на внутрикостные дентальные имплантаты путем оптимизации методики определения устойчивости имплантатов.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. В эксперименте провести сравнительную оценку эффективности приборов «Periotest» и «Osstell mentor» для определения жесткости крепления дентальных имплантатов в кости различной плотности.

2. Разработать методику лазерного тестирования функционального состояния< системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти».

3. Определить связь между усилиями, прилагаемыми к дентальным имплантатам, и их перемещениями на физической модели системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» с помощью предложенной методики лазерного тестирования:

4. На трехмерной математической модели изучить напряженно-деформированное состояние системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» методом конечно-элементного анализа при различных размерах внутрикостной части имплантата.

5. Оценить надежность методики лазерного тестирования устойчивости дентальных имплантатов в челюстной кости путем сравнения результатов, полученных в экспериментах на физической и математической моделях.

6. Сопоставить показатели приборов «Periotest» и «Osstell mentor» с показателями устройства лазерного тестирования по оценке функционального состояния системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» и дать практические рекомендации.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Разработана оригинальная методика лазерного тестирования, позволяющая устанавливать связь между усилиями, прилагаемыми к внутрикостным дентальным имплантатам, и их перемещениями и оценивать функциональное состояние системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» в физических единицах.

Установлено пороговое значение коэффициента поперечной жесткости крепления в кости челюсти дентального имплантата, определяемого лазерным тестированием, свидетельствующее о возможности перехода к функциональной нагрузке имплантата.

Получены новые данные о сравнительной эффективности методов периотестметрии и резонансно-частотного анализа, основанных на косвенных данных, с результатами прямого измерения жесткости крепления дентальных имплантатов по методике лазерного тестирования.

Предложена «магнитная заглушка» дентального имплантата и усовершенствована методика применения прибора «Osstel mentor», позволяющая оценить жесткость крепления дентального имплантата в челюстной кости уже на этапе остеоинтеграции до установки формирователей десны, то есть еще на «закрытом» дентальном имплантате.

Получены новые данные о закономерности распределения напряжений в системе «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» с помощью метода конечно-элементого анализа при использовании моделей титановых дентальных имплантатов фирмы Конмет (Россия) с различными размерами внутрикостной части.

По результатам исследований поданы заявки на патенты РФ «Способ регистрации жесткости закрепления дентальных имплантатов» // 2008127242/14(033370) и «Устройство для осуществления мониторинга остеоинтеграции дентальных имплантатов и способ его реализации» // 2009103641(004741).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Предложена научно-обоснованная оптимальная методика лазерного тестирования системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» для непосредственной оценки ее функционального состояния.

Созданы предпосылки для изготовления отечественного прибора, устанавливающего методом лазерного тестирования связь между нагрузками, прилагаемыми к дентальному имплантату, и его перемещениями.

Установлено пороговое значение коэффициента поперечной жесткости крепления в челюстной кости дентальных имплантатов, определяемого лазерным тестированием, свидетельствующее о возможности функциональной нагрузки имплантата.

В результате проведенных научно-экспериментальных работ предложена «магнитная заглушка», значительно расширяющая спектр применения прибора «Osstell mentor». Это приспособление позволит проводить индивидуальную оценку функционального состояния системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» на «закрытом» имплантате и сократить сроки комплексной стоматологической реабилитации пациентов.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА

Личный вклад автора заключается в подготовке физических и математических моделей системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти», осуществлении экспериментальных исследований: по определению коэффициентов демпфирования приборами «Periotest» различных производителей (500 измерений); определению коэффициентов стабильности с помощью различных образцов приборов «Osstell mentor» (2500 измерений); определению коэффициентов поперечной жесткости крепления имплантатов по методике лазерного тестирования (500 измерений). Автор самостоятельно проанализировал материал и провел статистическую обработку полученных данных.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на Ломоносовских чтениях секции механики МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва, 2008 г.) на XXX (Москва, 2008) и XXXI (Москва, 2009) Итоговых конференциях молодых ученых МГМСУ; XXI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы стоматологии» (Москва, 2009); и совместном заседании кафедр стоматологии общей практики и подготовки зубных техников, ортопедической стоматологии ФПДО, госпитальной ортопедической стоматологии и лаборатории материаловедения НИМСИ МГМСУ 17 июня 2009 г. (протокол №35).

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры стоматологии общей практики и подготовки зубных техников, кафедры ортопедической стоматологии ФПДО; кафедры госпитальной ортопедической стоматологии МГМСУ, включены в программу лекционных и семинарских занятий аспирантов указанных кафедр, слушателей ФПДО МГМСУ.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 в журналах из перечня ВАК РФ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Низкая воспроизводимость результатов и большой разброс показаний приборов «Рег^еэ!;», как различного производства, так и отдельно взятого экземпляра, а также риск чрезмерной нагрузки на дентальный имплантат, возрастающий с увеличением числа измерений, не, позволяют рекомендовать периотестметрию для оценки жесткости крепления дентальных имплантатов.

2. Разработанная методика лазерного тестирования жесткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости позволяет устанавливать прямую связь между усилиями, прилагаемыми к имплантату, и его перемещениями, выраженную в физических единицах.

3. Сопоставление результатов экспериментов на физической и математической моделях системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» подтверждает обоснованность и надежность предложенной методики лазерного тестирования жесткости крепления дентального имплантата в челюстной кости.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация изложена на 107 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, двух глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, включающего 98 работ, из них 59 отечественных и 39 зарубежных автора. Работа иллюстрирована 22 таблицами, 34 фотографиями и рисунками.

ВЫВОДЫ

1. Оценка жесткости крепления дентальных имплантатов в эксперименте на четырех типах аналогов кости с различными вариантами установки позволила установить высокую стабильность показаний прибора «Osstell mentor» и большой разброс показаний при использовании прибора «Periotest».

2. Разработана методика лазерного тестирования, жесткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости, позволяющая устанавливать связь между усилиями, прилагаемыми к имплантату, и его перемещением, выраженную в физических единицах.

3. Совпадение результатов оценки жесткости крепления, дентальных имплантатов в челюстной кости на физической и математической (конечно-элементный анализ) моделях системы «дентальный имплантат - костная ткань челюсти» подтвердили надежность предложенной методики лазерного тестирования.

4. Предложена методика безопасного теста на реверсионный торк с использованием методики лазерного тестирования.

5. Сравнение значений коэффициента стабильности, определяемого прибором «Osstell mentor», и значений коэффициента поперечной жесткости, получаемого по методике лазерного тестирования, показало отсутствие физического смысла показаний прибора- «Osstell mentor» в диапазоне от 1 до ~39 единиц.

6. Определено пороговое значение коэффициента поперечной жесткости крепления дентального имплантата в челюстной кости — 21,2 Н»м/рад, свидетельствующее о возможности перехода к функциональной нагрузке дентального имплантата.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для повышения эффективности ортопедического лечения с опорой на дентальные имплантаты и профилактики ошибок и осложнений целесообразно провести клинические испытания предложенного устройства лазерного тестирования жесткости крепления дентальных имплантатов в челюстной кости с целью скорейшего его внедрения в клиническую практику.

2. Для оценки эффективности костной интеграции дентальных имплантатов и принятия решения о возможности их функциональной нагрузки необходимо применять только откалиброванные (отъюстированные) приборы.

3. Отсутствие системы калибровки прибора «Periotest» в клинике не позволяет рекомендовать его для функциональной оценки системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти».

4. Для юстировки приборов, оценивающих функциональное состояние системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» целесообразно использовать предложенную систему лазерного теста.

5. Для получения достоверных данных по определению функционального состояния системы «дентальный имплантат — костная ткань челюсти» врачи-стоматологи ортопеды должны пройти специальный тренинг-курс по работе на приборах и устройствах, тестирующих жесткость крепления имплантатов в челюстной кости.

6. При использовании прибора «Ostell mentor» целесообразно применение магнитной заглушки имплантата и методики трансмукозного тестирования.