Custom-made Subperiosteal Implants: A Finite Element Analysis on Monoblock and Dual Implant Systems in Atrophic Maxilla

Mustafa Ayhan, DDS, PhD ; Abdulkadir Burak Cankaya

Lien vers le texte complet : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37928878/

Custom-made Subperiosteal Implants: A Finite Element Analysis on Monoblock and Dual Implant Systems in Atrophic Maxilla

1. Référence scientifique

• Titre de l’étude : Custom-made Subperiosteal Implants: A Finite Element Analysis on Monoblock and Dual Implant Systems in Atrophic Maxilla
• Auteurs : Mustafa Ayhan, DDS, PhD ; Abdulkadir Burak Cankaya
• Journal scientifique : International Journal of Medical Sciences
• Année de publication : 2023
• Volume et pages : 20(13), 1755-1762
• DOI : 10.7150/ijms.89411

2. Contexte scientifique

La réhabilitation implantaire d’un maxillaire fortement atrophié reste complexe lorsque le volume osseux disponible ne permet pas la mise en place d’implants dentaires conventionnels. Les implants sous-périostés personnalisés constituent une approche destinée à exploiter l’anatomie osseuse résiduelle sans nécessiter l’insertion classique d’un implant dans la crête alvéolaire. Leur conception bénéficie aujourd’hui de l’imagerie tridimensionnelle et des technologies numériques, qui permettent d’adapter la géométrie de l’implant au support osseux.

Au-delà de l’adaptation anatomique, le comportement biomécanique de ces dispositifs représente un enjeu majeur. La manière dont les forces masticatoires se répartissent dans l’implant et sont transmises au maxillaire peut varier selon sa géométrie, son épaisseur et les caractéristiques de sa fixation. L’étude d’Ayhan et Cankaya s’intéresse précisément à cette problématique en comparant, par analyse par éléments finis, deux architectures d’implants sous-périostés sur mesure : une structure monobloc et un système constitué de deux implants indépendants.

3. Objectif de l’étude

L’objectif principal était de comparer le comportement mécanique de systèmes sous-périostés personnalisés monobloc et doubles dans un modèle de maxillaire atrophique. Les auteurs ont étudié la distribution des contraintes, les déplacements des implants et les contraintes transmises à l’os. L’analyse intégrait également différentes épaisseurs d’implant et différents diamètres de vis afin d’évaluer l’influence de ces paramètres sur le comportement biomécanique du système.

4. Méthodologie

Il s’agit d’une étude expérimentale de laboratoire reposant sur une analyse par éléments finis (FEA). Les données tomodensitométriques de 11 patients de plus de 60 ans présentant un volume osseux insuffisant pour un traitement implantaire conventionnel ont servi à élaborer un modèle maxillaire tridimensionnel moyen.

Deux architectures ont été modélisées : un implant monobloc couvrant le maxillaire et un système double composé de deux structures en miroir couvrant séparément les côtés droit et gauche. Huit configurations ont été analysées en combinant des épaisseurs de 1,0 ou 1,5 mm et des diamètres de vis de 1,5 ou 2,0 mm.

Une charge verticale de 50 N dans la région antérieure et de 150 N de chaque côté dans les régions postérieures a été appliquée. Les auteurs ont notamment évalué les contraintes dans les implants et l’os, les déplacements ainsi que les contraintes au niveau des piliers.

5. Résultats principaux

L’analyse met en évidence des comportements mécaniques différents selon l’architecture retenue. Dans les implants monoblocs, les contraintes maximales de von Mises variaient de 131 à 206 MPa, contre 124 à 178 MPa pour les systèmes doubles. Les valeurs observées dans les implants restaient inférieures au seuil retenu par les auteurs pour considérer le matériau Ti-6Al-4V à l’abri d’une déformation plastique dans les conditions statiques modélisées.

La localisation des contraintes maximales était également remarquable : elles se concentraient, pour l’ensemble des configurations, dans la région où la structure implantaire s’étend vers la zone zygomatique.

La réponse osseuse ne suivait cependant pas exactement la même tendance. Les contraintes résiduelles les plus faibles dans le maxillaire, 12 MPa, étaient observées avec les modèles M1 et M3. Les auteurs constatent notamment qu’une structure monobloc fine pouvait favoriser une distribution plus homogène des charges sur le maxillaire. À l’inverse, l’augmentation de l’épaisseur et l’utilisation de vis de plus grand diamètre étaient associées à une augmentation des contraintes osseuses dans leurs simulations.

Les déplacements restaient inférieurs à 0,21 mm sous les charges statiques appliquées. Ils étaient plus importants en région postérieure, généralement supérieurs pour les structures monoblocs et pour les implants de 1 mm d’épaisseur. Les différences entre groupes étaient néanmoins qualifiées de négligeables par les auteurs.

6. Analyse clinique

L’intérêt principal de cette étude réside dans la distinction entre deux phénomènes qui ne doivent pas être confondus : la contrainte mécanique à l’intérieur de l’implant et la charge transmise au support osseux. Une architecture produisant moins de contraintes dans la structure métallique n’est pas nécessairement celle qui minimise les contraintes au niveau du maxillaire.

Les systèmes doubles présentaient ainsi des contraintes de von Mises plus faibles dans l’implant, ce qui suggère un comportement favorable de la structure métallique sous les charges simulées. Les modèles monoblocs pouvaient, en revanche, assurer une répartition plus homogène des contraintes sur le maxillaire et limiter certaines contraintes résiduelles osseuses.

L’étude souligne également l’importance des paramètres de fixation. Selon les auteurs, les caractéristiques des vis pourraient avoir une influence sur les contraintes osseuses plus importante que la seule distinction entre géométrie monobloc et double. Cette observation invite à considérer la conception d’un implant sous-périosté personnalisé comme un système biomécanique global : architecture, épaisseur, fixation et transmission des charges doivent être évaluées conjointement.

Les auteurs évoquent un intérêt potentiel du monobloc dans un contexte de mise en charge immédiate en raison de ses propriétés de distribution et d’absorption des forces occlusales. Cette interprétation doit toutefois rester prudente : il s’agit d’une simulation mécanique sous charge statique, et non d’une démonstration clinique de supériorité en mise en charge immédiate.

7. Applications cliniques

Ces résultats concernent principalement la conception d’implants sous-périostés personnalisés destinés à la réhabilitation de maxillaires présentant une atrophie osseuse importante, lorsque le volume disponible est insuffisant pour une implantation conventionnelle.

Sur le plan de la planification, l’étude suggère que le choix entre une architecture monobloc et double ne devrait pas reposer uniquement sur la résistance mécanique intrinsèque de l’implant. La transmission des contraintes au maxillaire, l’épaisseur de la structure et les paramètres de fixation apparaissent également pertinents.

Les auteurs signalent par ailleurs une plus grande complexité chirurgicale potentielle du monobloc, notamment en raison des exigences de positionnement et d’adaptation d’une structure réalisée en une seule pièce. L’étude ne permet cependant pas de déterminer quelle configuration produit les meilleurs résultats cliniques à long terme.

8. Niveau de preuve, limites et transparence

Le niveau de preuve doit être considéré comme préclinique et biomécanique. Il s’agit d’une étude expérimentale utilisant une analyse numérique par éléments finis et non d’un essai clinique comparatif évaluant les performances des deux architectures chez des patients.

Bien que le modèle tridimensionnel ait été construit à partir des données CT de 11 patients, les simulations ont été réalisées sur un modèle anatomique moyen. Les résultats correspondent donc au comportement théorique des différentes configurations dans les conditions mécaniques définies par les auteurs. Les charges utilisées sont statiques et ne reproduisent pas nécessairement toute la complexité des sollicitations fonctionnelles rencontrées in vivo.

Les auteurs présentent eux-mêmes leur travail comme préliminaire et soulignent le caractère encore limité des comparaisons disponibles avec la littérature. L’étude a reçu l’approbation du comité d’éthique local de l’Université d’Istanbul (2023/12 Rev-1). Les auteurs déclarent l’absence de conflit d’intérêts. La conception des modèles a été réalisée avec la société turque BioTecnica Engineering Medical Company ; l’article ne présente toutefois pas cette collaboration comme un conflit d’intérêts déclaré.

9. Points clés de l’étude

• Type d’étude : étude expérimentale de laboratoire par analyse par éléments finis.
• Niveau de preuve : préclinique / biomécanique ; ne constitue pas une preuve comparative d’efficacité clinique.
• Population ou nombre d’études analysées : données CT provenant de 11 patients éligibles intégrées à la construction d’un modèle anatomique moyen.
• Nombre de patients ou d’implants : 11 patients pour les données anatomiques ; 8 configurations implantaires numériques analysées.
• Durée de suivi : non applicable à l’analyse biomécanique comparative ; aucun suivi clinique longitudinal des performances monobloc versus double n’est rapporté.
• Critère principal évalué : distribution des contraintes et déplacements des systèmes sous-périostés et contraintes transmises au maxillaire.
• Résultat principal : les systèmes doubles présentent globalement des contraintes de von Mises plus faibles dans l’implant, tandis que certaines configurations monoblocs favorisent une distribution plus homogène des contraintes osseuses.
• Conclusion scientifique : la géométrie de l’implant, son épaisseur et les caractéristiques de fixation influencent différemment son comportement mécanique et la transmission des contraintes au maxillaire.
• Limites éventuelles : simulation par éléments finis, modèle anatomique moyen, charges statiques et absence de validation clinique comparative à long terme.

10. Impact scientifique

Cette étude apporte une lecture biomécanique particulièrement utile à la conception numérique des implants sous-périostés sur mesure. Son principal apport n’est pas de désigner une architecture universellement supérieure, mais de montrer que plusieurs objectifs mécaniques peuvent conduire à des compromis différents.

Le système double paraît favorable lorsqu’on considère les contraintes développées dans la structure implantaire elle-même. À l’inverse, certaines configurations monoblocs peuvent mieux répartir les charges transmises au maxillaire. L’étude met également en évidence l’influence de paramètres de conception plus fins, notamment l’épaisseur du dispositif et le diamètre des vis.

Ces données soutiennent ainsi une approche multifactorielle de la conception des implants sous-périostés personnalisés. Elles ouvrent surtout la voie à des travaux complémentaires capables de confronter les prédictions issues de l’analyse par éléments finis aux performances cliniques, biologiques et prothétiques observées chez les patients.

11. Conclusion éditoriale

L’étude d’Ayhan et Cankaya montre que l’architecture d’un implant sous-périosté personnalisé modifie à la fois les contraintes internes au dispositif et leur transmission au maxillaire atrophique. Les systèmes doubles réduisent davantage certaines contraintes implantaires, tandis que le monobloc peut présenter un comportement intéressant pour la répartition des charges osseuses. Ces résultats constituent avant tout des données biomécaniques préliminaires : ils contribuent à guider la réflexion sur la conception des implants sous-périostés, mais ne permettent pas à eux seuls d’établir la supériorité clinique d’une architecture.