Finite Element Analysis (FEA) of a Premaxillary Device: A New Type of Subperiosteal Implant to Treat Severe Atrophy of the Maxilla

Alessandro Cipollina, Mario Ceddia, Natalia Di Pietro, Francesco Inchingolo, Margherita Tumedei, Tea Romasco, Adriano Piattelli, Alessandro Specchiulli et Bartolomeo Trentadue

Lien vers le texte complet : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37622941/

Finite Element Analysis (FEA) of a Premaxillary Device: A New Type of Subperiosteal Implant to Treat Severe Atrophy of the Maxilla

1. Référence scientifique

• Titre de l’étude : Finite Element Analysis (FEA) of a Premaxillary Device: A New Type of Subperiosteal Implant to Treat Severe Atrophy of the Maxilla
• Auteurs : Alessandro Cipollina, Mario Ceddia, Natalia Di Pietro, Francesco Inchingolo, Margherita Tumedei, Tea Romasco, Adriano Piattelli, Alessandro Specchiulli et Bartolomeo Trentadue
• Journal scientifique : Biomimetics
• Année de publication : 2023
• DOI : 10.3390/biomimetics8040336

2. Contexte scientifique

La réhabilitation implantaire d’un maxillaire sévèrement atrophié demeure une situation complexe, en particulier lorsque le volume osseux résiduel ne permet plus une implantation conventionnelle. Plusieurs stratégies sont évoquées dans l’article, notamment les augmentations sinusiennes, les greffes osseuses, la régénération osseuse guidée, l’ostéogenèse par distraction ainsi que les implants zygomatiques ou ptérygoïdiens. Ces solutions peuvent toutefois impliquer des interventions techniquement exigeantes et être associées à des complications.

Dans ce contexte, les auteurs étudient un dispositif prémaxillaire sous-périosté (PD) destiné aux situations d’atrophie maxillaire sévère. L’enjeu n’est pas ici de démontrer son efficacité clinique, mais d’examiner sa cohérence biomécanique. L’analyse par éléments finis (AEF) permet précisément de modéliser la transmission des contraintes entre le dispositif, ses composants implantaires et l’os basal avant d’envisager une validation clinique plus large.

3. Objectif de l’étude

L’objectif principal était d’évaluer le comportement biomécanique d’un nouveau dispositif prémaxillaire sous-périosté placé dans la région antérieure d’un maxillaire présentant une atrophie sévère. Les chercheurs ont utilisé une modélisation tridimensionnelle par éléments finis afin d’étudier la répartition des contraintes mécaniques dans l’ensemble du système, notamment au niveau de l’os basal, du dispositif prémaxillaire, des implants et des piliers, sous différentes orientations de charge.

4. Méthodologie

Il s’agit d’une étude biomécanique numérique par analyse tridimensionnelle par éléments finis, et non d’une étude clinique. Un modèle CAD du dispositif, des implants de fixation et des piliers a été associé à un modèle tomodensitométrique de maxillaire édenté modifié pour reproduire une atrophie sévère. Le dispositif et ses composants étaient modélisés en alliage de titane Ti6Al4V. L’os était considéré comme homogène, isotrope et élastique linéaire ; une ostéointégration de 100 % était supposée.

Le modèle comportait 2 658 021 éléments. Deux situations mécaniques ont été testées sur la surface occlusale du pilier : une charge de 200 N orientée axialement et une charge de même intensité inclinée à 45°.

5. Résultats principaux

Sous une charge axiale de 200 N, le dispositif prémaxillaire présentait des contraintes de Von Mises généralement comprises entre 5 et 15 MPa. La zone de connexion filetée du pilier constituait un secteur plus sollicité, avec environ 34,40 MPa, tandis que les trois premiers filets concentraient des valeurs comprises entre 20 et 45 MPa.

La sollicitation oblique à 45° modifiait nettement le comportement du système. Les contraintes maximales atteignaient 22 MPa autour du col implantaire et des premiers filets, tandis que le pilier devenait le composant le plus sollicité, avec environ 270 MPa contre 34,40 MPa en charge axiale. Dans l’os basal, les concentrations maximales rapportées se situaient principalement à l’interface avec le dispositif, entre 3 et 15 MPa. Les auteurs indiquent par ailleurs que les contraintes calculées restaient sous les limites de résistance retenues pour l’os basal et l’alliage de titane.

6. Analyse clinique

L’intérêt majeur de cette étude réside dans l’identification des zones mécaniquement sensibles d’un concept implantaire encore évalué au stade numérique. Le dispositif prémaxillaire semble, dans les conditions du modèle, répartir les contraintes sur l’os basal sans faire apparaître les niveaux de surcharge que les auteurs considèrent incompatibles avec les propriétés mécaniques retenues. Cette observation constitue un argument biomécanique en faveur de la poursuite de son évaluation, mais elle ne constitue pas une démonstration de succès clinique.

L’effet de l’orientation des forces mérite une attention particulière. Le passage d’une charge axiale à une charge inclinée entraîne une augmentation très importante des contraintes au niveau du pilier. Cette localisation suggère aux auteurs qu’une optimisation du dessin de cette zone pourrait améliorer la résistance mécanique du système. Elle souligne également l’importance potentielle des sollicitations non axiales dans l’évaluation d’une réhabilitation implantaire.

Ces données doivent néanmoins être interprétées dans le cadre strict d’une simulation. Aucun patient n’a été traité dans cette étude et aucune donnée de survie implantaire, de complications biologiques, de résultat prothétique ou de suivi clinique n’est produite. Les résultats décrivent donc une faisabilité biomécanique théorique, et non une efficacité thérapeutique démontrée.

7. Applications cliniques

Les résultats concernent principalement la réflexion biomécanique autour de la réhabilitation des maxillaires présentant une atrophie osseuse sévère, lorsque l’anatomie résiduelle rend l’implantologie conventionnelle difficile. Le dispositif prémaxillaire étudié s’inscrit dans la recherche d’alternatives aux procédures reconstructrices et aux solutions implantaires complexes évoquées par les auteurs.

L’AEF peut également servir à guider l’optimisation du dispositif avant son évaluation clinique : géométrie du pilier, connexion filetée, épaisseur du dispositif et comportement sous charges obliques constituent notamment des paramètres identifiés par la simulation. En revanche, cette étude ne permet pas de définir une indication clinique validée, un protocole chirurgical de référence ou une supériorité par rapport aux greffes osseuses, implants zygomatiques ou autres stratégies de réhabilitation.

8. Niveau de preuve, limites et transparence

Le niveau de preuve clinique est faible, puisqu’il s’agit d’une étude numérique préclinique par AEF, sans patients ni comparaison clinique prospective. Les auteurs reconnaissent plusieurs limites inhérentes au modèle : matériaux considérés comme homogènes, isotropes et élastiques linéaires, hypothèse d’une ostéointégration de 100 %, impossibilité de reproduire complètement l’environnement biologique oral et caractère statique de l’analyse. Ils indiquent que des études supplémentaires, intégrant notamment les forces dynamiques de mastication et les propriétés anisotropes de l’os, ainsi que des essais cliniques, sont nécessaires.

Les auteurs déclarent n’avoir reçu aucun financement externe et ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

9. Points clés de l’étude

• Type d’étude : étude biomécanique numérique 3D par analyse par éléments finis.
• Niveau de preuve : préclinique ; faible niveau de preuve pour l’efficacité clinique.
• Population ou nombre d’études analysées : aucune population clinique.
• Nombre de patients ou d’implants : aucun patient ; nombre d’implants cliniques non applicable.
• Durée de suivi : non applicable.
• Critère principal évalué : distribution des contraintes mécaniques dans l’os basal et les composants du dispositif sous charges axiale et oblique.
• Résultat principal : distribution globalement compatible avec les propriétés mécaniques retenues dans le modèle, avec une augmentation marquée des contraintes sur le pilier sous charge à 45°.
• Conclusion scientifique : le concept présente, selon cette modélisation, un comportement biomécanique favorable justifiant des investigations complémentaires.
• Limites éventuelles : modèle numérique statique, simplification des propriétés biologiques et mécaniques des tissus, ostéointégration supposée complète et absence de validation clinique.

10. Impact scientifique

Cette étude apporte surtout une validation biomécanique préliminaire d’un concept de dispositif sous-périosté destiné au maxillaire sévèrement atrophié. Son apport ne réside donc pas dans la démonstration d’un bénéfice thérapeutique, mais dans la possibilité de caractériser virtuellement la manière dont les charges sont transférées à l’os et aux différents composants.

L’analyse met notamment en évidence une différence majeure entre sollicitations axiales et obliques et identifie le pilier comme une zone potentiellement critique lorsque la charge est inclinée. Ces informations peuvent contribuer à l’optimisation mécanique du dispositif avant des investigations expérimentales ou cliniques plus poussées.

Les auteurs eux-mêmes inscrivent leurs résultats dans cette logique de progression : la modélisation doit être complétée par des simulations plus proches des conditions physiologiques et, surtout, par des études cliniques permettant d’évaluer la pertinence réelle du concept chez les patients présentant une atrophie maxillaire sévère.

11. Conclusion éditoriale

Cette analyse par éléments finis fournit des arguments biomécaniques préliminaires en faveur du dispositif prémaxillaire étudié pour la réhabilitation du maxillaire sévèrement atrophié. La répartition des contraintes apparaît compatible avec les paramètres mécaniques retenus par les auteurs, tout en révélant une forte sensibilité du pilier aux charges obliques. Ces résultats sont prometteurs sur le plan de la conception mécanique, mais leur portée reste préclinique : ils ne permettent pas, à eux seuls, de conclure à l’efficacité, à la sécurité ou à la durabilité clinique de cette approche.