Neue Strategie zur Osseodensifikation während der Osteotomie im unteren Bereich

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 11924 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Das Ziel dieser In-vitro-Studie bestand darin, eine neue Strategie für die Osseoverdichtungstechnik unter Verwendung eines Bohrers gegen den Uhrzeigersinn zur Verdichtung von Knochen mit geringer Dichte zu bewerten und vorzuschlagen. Für die Tests wurden synthetische Knochenblöcke zweier unterschiedlich niedriger Dichten (Typ III und IV) verwendet. Die konventionelle Bohrgruppe (CD-Gruppe) verwendete den Turbobohrer im Uhrzeigersinn und die Osseodensifikationsgruppe (OD-Gruppe) den Turbobohrer im Gegenuhrzeigersinn. Die angewandten Tests waren: (i) Messung der Temperaturschwankung (ΔT) und (ii) Messung des Drehmoments während der Osteotomien, wobei die neue Strategie mit dem herkömmlichen Bohren verglichen wurde. Beide Gruppen wurden ohne (Bedingung c1) und mit (Bedingung c2) Bewässerung getestet, wodurch vier Untergruppen entstanden: CDc1, CDc2, ODc1 und ODc2. Für jede Untergruppe wurden zwanzig Osteotomien durchgeführt, wobei ein Thermoelement im Knochen (1 mm von der Osteotomie entfernt) positioniert wurde, um die erzeugte Temperatur zu messen. Weitere 20 Proben/Gruppe wurden verwendet, um den Drehmomentwert während jeder Osteotomie in beiden synthetischen Knochendichteblöcken zu messen. Der mittlere ΔT-Wert während der Osteotomien in Typ-III-Knochen betrug: 6,8 ± 1,26 °C für die CDc1-Gruppe, 9,5 ± 1,84 °C für die ODc1-Gruppe, 1,5 ± 1,35 °C für die CDc2-Gruppe und 4,5 ± 1,43 °C für die ODc2-Gruppe . Im Typ-IV-Knochen hingegen betrug die ΔT: 5,2 ± 1,30 °C für die CDc1-Gruppe, 7,0 ± 1,99 °C für die ODc1-Gruppe, 0,9 ± 1,05 °C für die CDc2-Gruppe und 2,7 ± 1,30 °C für die ODc2-Gruppe. Das maximale Drehmoment während der Osteotomien betrug: 8,8 ± 0,97 Ncm für CD-Proben und 11,6 ± 1,08 Ncm für OD-Proben im Typ-III-Knochen; und 5,9 ± 0,99 Ncm für CD-Proben und 9,6 ± 1,29 Ncm für OD-Proben im Typ IV-Knochen. Statistische Unterschiede zwischen den Gruppen wurden in Tests und analysierten Bedingungen festgestellt (p < 0,05). Die Verwendung des Bohrers gegen den Uhrzeigersinn zur Osseoverdichtung in Knochen mit geringer Dichte erzeugte ein deutlich größeres Drehmoment eines Bohrers als bei CD und Temperaturschwankungen während Osteotomien. Der von der OD-Gruppe angezeigte Temperaturbereich lag jedoch unter kritischen Werten, die zu Schäden am Knochengewebe führen können.

Der Einsatz von Endostealimplantaten zur Wiederherstellung fehlender Zähne ist in der modernen Zahnheilkunde weit verbreitet, vor allem aufgrund ihrer Vorhersehbarkeit und langfristigen Ergebnisse1,2,3. Mit der Weiterentwicklung des biologischen Wissens über Prozesse im Zusammenhang mit der Osseointegration von Implantaten sind neue Techniken entstanden, die den Einsatz von Implantaten in Bereichen mit Knochendefiziten, sei es hinsichtlich Volumen oder Dichte, unterstützen und/oder ermöglichen. Häufig sind nach Zahnverlust verheilte Knochenkämme aufgrund des zeitweiligen Fehlens innerer Reize durch eine geringe Dichte gekennzeichnet, was die anfängliche Stabilisierung eines Zahnimplantats erschweren kann. Um die anfängliche Stabilität von Implantaten in diesen Bereichen zu verbessern, wurden einige Techniken vorgeschlagen und angewendet, wie z. B. Unterbohren4, die Technik manueller Osteotome, manueller Kompaktoren5 und in jüngerer Zeit die maschinelle Osseoverdichtung6,7,8.

Die Osseoverdichtungstechnik mit rotierenden Instrumenten wurde als Alternative zu anderen Techniken vorgeschlagen, da sie das Knochengewebe auf weniger traumatische Weise und mit größerer Präzision verdichten und/oder erweitern kann7. Der Osseoverdichtungseffekt ist auf das Bohrerdesign zurückzuführen. Es weist viele Flächen und einen negativen Schnittwinkel auf, was möglicherweise die Knochendichte erhöht und gleichzeitig das Knochengewebe während der Osteotomie ausdehnt8. Somit fördert das Design dieser Bohrer die Verdichtung des Knochengewebes, erhöht dessen Dichte seitlich und verbessert apikal die anfängliche Stabilität des Implantats4,5,6,7,8. Diese Tatsache lässt sich in präklinischen und klinischen Studien beobachten, die nach Anwendung der Technik positive Ergebnisse zeigten7,9,10.

Andererseits haben die Bohrer zur Osseoverdichtung ein universelles Design und ihre Verwendung wird an das Design (Makrogeometrie) jedes Implantatsystems angepasst11,12. Es kann sich negativ auf die anfänglichen Stabilitätswerte auswirken. In diesem Sinne kann die Verwendung von Instrumenten, die mit einem angepassten Design hergestellt wurden, das dem Implantat entspricht, angemessener sein12.

Da Knochenverdichtungsbohrer jedoch nicht scharf sind, muss während des Bohrens reichlich gespült werden, um keine übermäßige Erwärmung zu erzeugen13. Hohe Temperaturschwankungen während der Osteotomie können unerwünschte Auswirkungen auf das Knochengewebe haben und möglicherweise Periimplantitis und Implantatverlust (ohne Osseointegration) auslösen. Mehrere Faktoren hängen mit dem Temperaturanstieg während der Osteotomie zusammen, wie z. B. Bohrtiefe, Bohrerdesign und -schärfe, Knochendichte, Bohrgeschwindigkeit, ausgeübter manueller Druck, intermittierende oder kontinuierliche Bewegungen und Spülung14,15,16,17. Gehrke et al.17 haben kürzlich gezeigt, dass die Knochenheilung in direktem Zusammenhang mit dem Trauma steht, das während der Osteotomie und dem Drehmoment beim Einsetzen des Implantats entsteht18,19. Die Aufrechterhaltung eines angemessenen Temperaturniveaus kann hauptsächlich durch Bewässerung erreicht werden. Dieser Punkt wurde von einigen Unternehmen angegangen, die Mechanismen entwickelt haben, um die Bohrer während der Knochenpräparation zu verbessern und kühler zu machen, beispielsweise durch die Schaffung einer speziellen Vorrichtung, die mit dem Bohrer gekoppelt ist und bei Aktivierung des Bohrers beschleunigt wird20. Mit niedrigen Drehzahlen können jedoch ausreichende Temperaturen erreicht werden21. Darüber hinaus kann die Verwendung von Bohrern mit angemessener Schnittleistung und Geschwindigkeit, wie kürzlich von Achour et al.21 gezeigt wurde, einen großen Unterschied bei der Sammlung von Knochenpartikeln und der anschließenden Verwendung dieses Gewebes als Material zum Füllen von Lücken während der Installation machen Implantate.

Für die Osseoverdichtungstechnik mit rotierenden Instrumenten, die als relativ neu gilt, gibt es nur wenige Studien zur Beurteilung der Temperaturschwankungen während des Eingriffs und keine Hinweise auf das ideale Bohrerdesign22. Der Zweck der vorliegenden Studie bestand daher darin, die Auswirkungen auf die Temperatur und das Drehmoment eines Bohrers für die Osteotomie zu bewerten, der sich gegen den Uhrzeigersinn dreht, um eine Osseoverdichtung durchzuführen. In dieser In-vitro-Studie wurden synthetische Knochenblöcke mit geringer Dichte (Typ III und IV) verwendet. Temperaturschwankungen während der Osteotomie (mit und ohne Spülung) und maximale Drehmomentwerte während der Pfannenvorbereitung wurden ermittelt und verglichen. Die Nullhypothese war, dass die Verwendung des Bohrers gegen den Uhrzeigersinn keinen signifikanten Anstieg der lokalen Temperaturschwankungen während der Bettvorbereitung für die Implantatinsertion verursachen würde.

Zweihundertvierzig (n = 240) Osteotomien in Polyurethanschaumblöcken (PFB). Bei den PFB handelt es sich um standardisiertes Material zur Prüfung von Instrumenten und enossalen Implantaten durch die ASTM (American Society for Testing and Materials)23. Es wurden die PFB bei 0,320 g/cm3 (PCF 20) verwendet, die eine niedrige Knochendichte (Knochentyp III) simulieren, und die PFB bei 0,160 g/cm3 (PCF 10), die eine besonders niedrige Knochendichte (Knochentyp IV) simulieren. Beide Blöcke hatten einen kortikalen Anteil von 1 mm bei 0,640 g/cm3 (PCF 40), was eine Knochendichte vom Typ I simulierte. Die Abmessungen der Blöcke betrugen 95 × 45 × 35 mm (Nacional Ossos, Jaú, Brasilien). Diese Blockmodelle, die die verschiedenen Arten der Knochendichte simulieren, wurden in anderen kürzlich von unserer Gruppe veröffentlichten Studien verwendet4,12. Die Wärmeleitfähigkeit des standardisierten Kunststoffblocks beträgt 0,3 W/mK, was der des menschlichen kortikalen Knochens (0,29 W/m/K) entspricht24. Diese Wärmeleitfähigkeitswerte stellten sicher, dass die gemessene thermische Variation in diesem Block derjenigen im menschlichen Knochen entsprach25. Abbildung 1 zeigt ein Bild der beiden verwendeten synthetischen Knochenblöcke.

Repräsentatives Bild der beiden in der vorliegenden Studie verwendeten synthetischen Knochenblöcke.

Alle Osteotomien wurden mit einem einzigen Bohrer (TURBOdrill®, Implant Diffusion International, Montreuil, Frankreich) für ein konisches Implantat von 4,2 × 10 mm (Durchmesser × Länge) bei einer empfohlenen Geschwindigkeit von 1500 U/min durchgeführt. Nach der durchgeführten Osteotomietechnik wurden zwei Gruppen gebildet: konventionelles Bohren (CD-Gruppe) mit dem TURBOdrill im Uhrzeigersinn und Osseoverdichtungsbohren (OD-Gruppe) mit dem TURBOdrill zunächst im Uhrzeigersinn bis zur Perforation des kortikalen Knochens (~ 3 mm) und gegen den Uhrzeigersinn der Rest der Osteotomietiefe. Jeder Bohrer wurde 20 Mal verwendet, d. h. für jede Situation (vier Untergruppen, zwei Arten von synthetischem Knochen und Drehmomenttest) wurde ein neuer Bohrer verwendet, insgesamt also 12 Bohrer. Abbildung 2 zeigt ein Bild des verwendeten TURBOdrill.

Das Bild zeigt die TURBOdrill-Details.

Was die Gestaltung der Schneidkanten betrifft, weist der TURBOdrill einen spitzen Winkel auf einer Seite seiner im Uhrzeigersinn rotierenden Schneidmesser, eine leichte Neigung an der Kante und eine leichte Rundung an der zweiten Kante (nach der Schneidkante) auf, wie in Abb . 3.

Abbildung zeigt die Form der TURBOdrill-Schneidmesser. Die schwarzen Pfeile zeigen den spitzen Winkel für das Schneiden im Uhrzeigersinn und die grünen Pfeile zeigen das abgerundetere, untere Design der Hinterkante der Klinge. Gelber Pfeil zeigt die Drehrichtung im Uhrzeigersinn an.

Beide Gruppen wurden unter zwei Bedingungen getestet. Die erste Bedingung (c1) bestand darin, die Osteotomien ohne Spülung durchzuführen, und die zweite Bedingung (c2) bestand darin, die Osteotomien unter Verwendung einer intensiven Spülung von 50 ml/min mit destilliertem Wasser bei Raumtemperatur (19 ± 1 °C) durchzuführen. Daher wurden für die Auswertungen vier Untergruppen gebildet: CDc1, CDc2, ODc1 und ODc2.

Für jede Untergruppe wurden ein synthetischer Knochenblock und ein neuer Bohrer verwendet, wobei insgesamt 20 Osteotomien für jede Untergruppe durchgeführt wurden. Zunächst wurde die Position jeder Osteotomie auf dem Modell markiert; Dann konnten wir die seitlichen Perforationen anbringen, an denen die beiden Typ-K-Sensoren (Mod. TP-01, Lutron Electronics Co., Inc., Coopersburg, PA, USA) installiert wurden, um die Temperatur während des Bohrens zu messen. Diese Perforationen wurden mit einem kugelförmigen Hartmetallbohrer (1 mm Durchmesser und 2 mm Tiefe) hergestellt und der Abstand dieser Perforationen 1 mm vom Enddurchmesser der Hauptbohrung (Osteotomie) berechnet, wie schematisch in Abb. 4 dargestellt. Die Temperaturschwankung hängt von der Dichte des Materials ab, daher wurden die Messungen im kortikalen Teil durchgeführt, wo die Dichte größer ist und die Werte der Temperaturschwankung größer sind, wie in einer früheren Studie gezeigt wurde16.

(a) Bild des TURBOdrill, der zum Starten der Osteotomie positioniert ist, und des in der Perforation installierten Thermoelements Typ K. (b) Bild nach Abschluss der Osteotomie, das den Abstand bei 1 mm vom Sensor zeigt.

Für die Osteotomien wurde eine automatisierte Systemmaschine zum Bohren verwendet. Dieses Gerät wurde in anderen früheren Studien14,16,20 verwendet und ermöglichte die Steuerung der Bohrparameter (Geschwindigkeit, angewendete Last, Bewässerungsvolumen und mit/ohne intermittierende Bewegungen). Die in unserer Studie verwendeten Parameterwerte waren: 2 kg Belastung, intermittierende Bewegungen (4, 8 und 10 mm) und eine Spülung von 50 ml/min (in Bedingung c2). Die vor Bohrbeginn gemessene Temperatur (iT) und die während des Bohrvorgangs gemessene Maximaltemperatur (mT) wurden zur Berechnung der Temperaturschwankung (ΔT) verwendet, die für vergleichende und statistische Analysen verwendet wurde. Gemessen wurde die maximale Temperatur, die während des gesamten Prozessors erreicht wurde (vom Anfang bis zum Ende des Bohrvorgangs plus die Zeit, in der die Temperatur zu sinken begann). Außerdem ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass nach Abschluss jeder Übung das folgende Verfahren erst nach Stabilisierung des Raumtemperaturwerts durchgeführt wurde.

Weitere 80 Osteotomien wurden an beiden Dichteblöcken durchgeführt (n = 20 pro Gruppe), um den maximalen Drehmomentwert während des Bohrens zu messen. Hierzu wurde ein computergestütztes Bohr- und Drehmomentmessgerät CME-30 nm (Técnica Industrial Oswaldo Filizola, São Paulo, Brasilien) verwendet, das die gleichen Parameter wie Drehzahl (1500 U/min) und Last (2 kg) sowie intermittierende Bewegungen des Bohrgeräts beibehielt Test anterior, jedoch ohne Spülung. Der Drehmomenttest wurde nur ohne Spülung durchgeführt, da die Testmaschine keine Flüssigkeitsverwendung zulässt. Abbildung 5 zeigt ein Bild der Osteotomien und des Drehmomentmessgeräts.

Das Bild zeigt das Gerät, mit dem das maximale Drehmoment bei Osteotomien gemessen wird.

Transversale Schnitte wurden in 3 Knochenblöcken jeder Gruppe in beiden Dichtetypen durchgeführt, die zufällig ausgewählt wurden, um mögliche Unterschiede in der Dichte nach der Durchführung jeder Osteotomietechnik zu überprüfen. Die Bilder wurden mit einem Stereomikroskop (Wild Photomacroskop M400, Wild Leitz, Heerbrugg, Schweiz) aufgenommen.

Die Daten wurden für beide synthetischen Knochenblöcke mithilfe des ANOVA One-Way-Tests statistisch verglichen, um Unterschiede zwischen den beiden Gruppen unter den beiden vorgeschlagenen Bedingungen (ohne und mit Spülung) zu überprüfen. Darüber hinaus wurde der Mehrfachvergleichstest von Bonferroni verwendet, um den Unterschied zwischen den beiden Gruppen im gleichen Zustand und der Knochendichte im gleichen Zustand, aber mit unterschiedlichen Knochendichten, zu bestimmen. Zur Analyse der Daten wurde GraphPad Prism Version 5.01 für Windows (GraphPad Software, San Diego, CA, USA) verwendet, wobei p < 0,05 als statistisch signifikanter Unterschied betrachtet wurde.

Insgesamt wurden 160 Werte der Temperaturschwankung erfasst, die sich aus der Differenz zwischen der Maximaltemperatur und der bei jeder Osteotomie gemessenen Anfangstemperatur ergaben. Auf diese Daten wurde der Normalitätstest (Kolmogorov-Smirnov-Test) angewendet, der eine Normalverteilung innerhalb der Gruppen feststellte.

Signifikante Unterschiede wurden beim Vergleich der Temperaturschwankungen bei Osteotomien mit und ohne Spülung innerhalb jeder Gruppe und bei derselben Art von Knochendichte festgestellt (p < 0,0001). Beim Vergleich der zwischen den Gruppen unter gleichen Bedingungen (mit oder ohne Spülung und gleicher Knochendichte) gewonnenen Daten wurden ebenfalls statistisch signifikante Unterschiede festgestellt. Tabelle 1 zeigt die Mittelwerte (± Standardabweichung), das Konfidenzintervall sowie den statistischen Vergleich der Temperaturschwankungen innerhalb und zwischen Gruppen. Abbildung 6 zeigt die Verteilung dieser Daten anhand von Balkendiagrammen.

Grafik, die ΔT während der Osteotomien beider Gruppen unter den beiden vorgeschlagenen Bedingungen und zwei synthetischen Knochenblöcken zeigt.

Insgesamt wurden 80 Spitzendrehmomentwerte berechnet und analysiert. Bei beiden Knochendichten waren die in der CD-Gruppe erhaltenen Drehmomentwerte deutlich niedriger als diejenigen, die während des vorgeschlagenen Osseodensifikationsverfahrens (OD) erhalten wurden. Die ermittelten Mittelwerte betrugen: 8,8 ± 0,97 Ncm für CD-Proben und 11,6 ± 1,08 Ncm für OD-Proben im Knochen mit Dichte Typ III; und 5,9 ± 0,99 Ncm für CD-Proben und 9,6 ± 1,29 Ncm für OD-Proben im Typ-IV-Dichteknochen (Abb. 7). Beim Vergleich der Drehmomentwerte zwischen denselben Gruppen, jedoch mit unterschiedlichen Knochendichten (Typ III vs. Typ IV), zeigten die Werte ebenfalls statistisch signifikante Unterschiede (p < 0,0001).

Boxplot-Grafiken, die die Verteilung der während der Osteotomien gemessenen maximalen Drehmomentwerte und den statistischen Vergleich zwischen beiden Gruppen und den beiden synthetischen Knochenblöcken zeigen.

In den Bildern, die nach Querschnitten der Blöcke bei beiden Dichten erhalten wurden, konnte die Verdichtung des synthetischen Knochens in den Proben aus der OD-Gruppe beobachtet werden, bei denen der Bohrer entgegen dem Uhrzeigersinn verwendet wurde. Während bei den Proben der CD-Gruppe, bei denen der Fräser im Uhrzeigersinn verwendet wurde, kein Anstieg der Dichte beobachtet wurde. Abbildung 8 zeigt Bilder beider Gruppen bei beiden untersuchten Dichten.

Repräsentative Bilder beider Gruppen in beiden untersuchten Dichten. In beiden Fällen war es möglich, die Kondensation des medullären und kortikalen Knochenanteils in den Proben der OD-Gruppe im Vergleich zu den Proben der CD-Gruppe zu beobachten. Vergrößerung 10fach bzw. 100fach.

Ziel dieser In-vitro-Studie war es, die Auswirkungen auf die Temperatur und das Drehmoment eines Bohrers zur Osteotomie/Verdichtung zu bewerten, der sich gegen den Uhrzeigersinn dreht, um die Osseoverdichtung zu fördern, mit und ohne Spülung. Zur Nachahmung der Knochen wurden synthetische Knochenblöcke niedriger Dichte (Typ III und IV) verwendet. Das als Osseodensifikationstechnik bekannte Modell mit Drehung gegen den Uhrzeigersinn für die Osteotomievorbereitung wurde unter Verwendung von Bohrern entwickelt, die die Lateralisierung von autogenem Knochen fördern, der in die umgebende Spongiosastruktur gebohrt wird, wodurch die umgebende Knochenumgebung erweitert und die lokale Dichte erhöht wird. Es kann auf drei verschiedene Parameter wirken: (i) Es sammelt den Knochenstaub und verteilt ihn an den Wänden der Implantathöhle, wodurch die Knochendichte und damit die anfängliche Stabilität des Implantats erhöht werden. Diese Tatsache wurde in unserer Studie (Testgruppen) deutlich beobachtet26,27; (ii) da es sich um eine umgekehrte Bohrtechnik handelt, wirkt es sich auch auf die Alveolarkammspaltung aus28; und (iii) wenn die Bohrer im hinteren Bereich des Oberkiefers verwendet werden, können sie Knochenpartikel in den Sinus maxillaris drücken, wodurch ein Sinus-Lifting-Effekt entsteht29.

Die Temperaturschwankung und das maximale Drehmoment wurden mit einem gegen den Uhrzeigersinn rotierenden Bohrer erfasst und bewertet und mit herkömmlichem Bohren im Uhrzeigersinn verglichen. Unsere Ergebnisse zeigten höhere und signifikantere Werte für beide Parameter in der Testgruppe. Mishra & Chowdhary30 zeigten, dass die beim Bohrvorgang entstehende Wärme eine multifaktorielle Ursache haben könnte. Daher schlugen die Autoren für die Osteotomievorbereitung eine Bohrgeschwindigkeit von 2500 U/min mit einer Kraft von 2–2,4 kg vor, die weniger Hitze erzeugt. Diese Tatsache wurde von Sharawy et al.31 bestätigt, die eine sichere Bohrgeschwindigkeit bei 2500 U/min mit verringertem Risiko von Knochenschäden zeigten.

Darüber hinaus wurde diese Bohrgeschwindigkeit drei Jahre lang evaluiert, wobei bei der Osseointegration des Implantats bei allen Knochentypdichten eine Überlegenheit von 99 % festgestellt wurde31. In unserer Studie verwendeten wir eine Rotationsgeschwindigkeit von 1500 U/min und eine Belastung von 2 kg in den Knochen Typ III und IV, was eine kontrollierbare Temperaturvarianz ermöglichte. Ähnliche Ergebnisse aus der Studie von Tehemar32 ergaben, dass ein geringer Handdruck im Bereich von etwa 2 kg während der gesamten Vorbereitung des knöchernen Gehäuses mit geringerer Hitze ausgeübt werden kann. Darüber hinaus wird in der Fachliteratur berichtet, dass Temperaturen über 47 °C zu Knochennekrose aufgrund thermischer Schädigung führen können27. In Übereinstimmung damit deutet eine systematische Überprüfung33 darauf hin, dass Knochennekrose bei Temperaturen zwischen 47 und 55 °C auftreten kann, wenn 1 Minute lang gebohrt wird. Daher wird eine reichliche Spülung empfohlen, die eine einfache Lösung für alle Knochenbohrungen darstellt.

Darüber hinaus können Unterbrechungen des Bohrvorgangs (mindestens alle 5 s für 10 s) das Risiko erhöhter Temperaturen drastisch verringern30, und die mehr als 50-malige Wiederverwendung von Bohrern kann ein weiterer Faktor für die Knochenerwärmung und übermäßige Schädigung des Gewebes sein, was zu einer Beeinträchtigung der Knochenqualität führt Osseointegrationsprozess34. Dieser Punkt wurde von Allsobrook et al.35 bestätigt, die darauf hinwiesen, dass Bohrer für bis zu 50 Osteotomien verwendet werden können, ohne die Temperaturen zu erhöhen und schädlich zu sein.

Bezüglich der Lebensfähigkeit der Zellen oder einer besseren Knochenaktivität erzielten einige Autoren höhere und günstigere Ergebnisse nach der Verwendung manueller Instrumente oder beim Bohren mit niedriger Geschwindigkeit (200 U/min, ohne Spülung) im Vergleich zum Standardbohrverfahren für Implantate (Geschwindigkeit > 800 U/min mit reichlicher Spülung)36. Andererseits erfordern langsamere Drehzahlen eine längere Bohrzeit, wodurch möglicherweise mehr Reibungswärme entsteht. Reingewirtz et al.37 fanden jedoch einen positiven Zusammenhang zwischen dem Temperaturanstieg und der Rotationsgeschwindigkeit. Sie testeten eine Drehzahl von 600 U/min und reduzierten dadurch die Hitzetemperatur beim Knochenschneiden und die Bohrgeschwindigkeiten in dichtem Knochen.

Das Bewässerungssystem, bei dem hauptsächlich reichlich Salzlösung zum Einsatz kommt, hat sich seit Jahrzehnten als wirksame Kühlungslösung erwiesen38. Für die Kühlung oberflächlicher Bohrlochebenen gilt die externe Kühlung als beste Option. Ansonsten ist bei tieferen Löchern das interne System zur Kühlung die bessere Wahl. In unserer Studie verwendeten wir das traditionelle externe Bewässerungssystem, ähnlich für alle Gruppen. Daher scheint eine Kombination aus externer und interner Kühlung vorteilhaft zu sein, insbesondere beim Bohren kompakter, hitzeempfindlicher Knochen14,39.

Zur Messung der beim Bohren entstehenden Temperatur gibt es viele Methoden. Eine davon war die Echtzeit-Infrarot-Thermografie, die die Ergebnisse farblich auf einem Monitor ausdrückt40,41; Ein anderes ist ein abgeschirmtes Thermoelement, bei dem ein Mikroprozessor-Thermometer die erhaltenen Daten aufzeichnet31,35,37,42,43,44; oder die Verwendung eines digitalen Thermometers zur Quantifizierung der Temperatur34, das ebenfalls in dieser Studie verwendet wird. Reingewirtz et al.37 und Eriksson und Adell44 verwendeten ein Thermoelement mit günstigen Ergebnissen, während Sharawy31 die Temperatur mithilfe von vier Thermoelementen an verschiedenen Stellen rund um die Bohrstelle überwachte, was als genauer angesehen werden kann.

Wie bereits beschrieben weisen die Leitfähigkeitswerte der in der vorliegenden Studie verwendeten synthetischen Polyurethanblöcke einen niedrigen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten auf, was zu einem Wärmestau direkt vor den Schneidkanten führt45. Anschließend wurde der Sensor so nah wie möglich an der Perforationsstelle installiert und auch am Ende jeder Osteotomie in Position gehalten, bis der Temperaturwert zu sinken begann.

Es wurde eine direkte Korrelation hinsichtlich des Bohrdrehmoments beobachtet, das in zwei verschiedenen Knochentypen (Typ III und IV) getestet wurde: Je höher die Knochendichte, desto höher das Bohrdrehmoment, ähnlich den in der Literatur berichteten Ergebnissen46. Allerdings wurden für die Osseoverdichtungsbohrung (OD-Gruppe) mit dem TURBOdrill gegen den Uhrzeigersinn für beide Knochen höhere Werte gefunden. Die Drehmomente bei unterschiedlichen Knochendichten weisen darauf hin, dass das Instrument auf die Knochendichte ähnlich reagiert, wie sich Drehmomente beim Einsetzen von Implantaten verhalten46. Darüber hinaus konnte diese Variable in unserer Studie konstant gehalten werden, auch wenn das Kraftniveau mit zunehmender Drehzahl des Bohrers aufgrund einer Verringerung der mittleren Reibung zwischen Bohrer und Knochen erheblich reduziert werden kann47.

Daraus lässt sich schließen, dass die Verwendung des Bohrers gegen den Uhrzeigersinn zur Osseoverdichtung in Knochen mit geringer Dichte zu einem deutlich größeren Drehmoment und einer höheren Temperaturschwankung bei Osteotomien führte, was die Nullhypothese zwischen konventionellem Bohren und Osseoverdichtungsbohren widerlegt. Der von der OD-Gruppe angezeigte Temperaturbereich lag jedoch unter kritischen Werten, die zu Schäden am Knochengewebe führen können.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Der Autor Sergio Alexandre Gehrke wurde durch das Postdoktorandenstipendium Nr. 2021/PER/00020 des Universitätsministeriums im Rahmen des Programms „Hilfe zur Requalifizierung des spanischen Universitätssystems der Universität Miguel Hernandez“ mit der Modalität „Margarita Salas“ für die Ausbildung von gefördert junge Ärzte.“ Die Gründer hatten keinen Einfluss auf das Studiendesign, die Datenerfassung und -analyse, die Entscheidung zur Veröffentlichung oder die Erstellung des Manuskripts.

Ein Teil dieser Arbeit wurde vom Ministerium für Wissenschaft und Innovation unterstützt – Grant PID2020-116693RB-C21, finanziert von MCIN/AEI/https://doi.org/10.13039/501100011033.

Außerordentlicher Professor am Department of Cariology and Comprehensive Care, New York University, New York, NY, 10010, USA

Raphael Bettach

Paris, Frankreich

Gilles Boukhris & Sergio Alexandre Gehrke

Institut für Bioingenieurwesen, Universität Miguel Hernández Elche, Alicante, Spanien

Piedad N. De Aza

Abteilung für Werkstofftechnik, Päpstliche Katholische Universität Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasilien

Eleani Maria da Costa & Sergio Alexandre Gehrke

Abteilung für innovative Technologien in Medizin und Zahnmedizin, Universität Chieti-Pescara, 66100, Chieti, Italien

Antonio Scarano

Forschungsabteilung, Bioface/PgO/UCAM, Calle Cuareim 1483, 11100, Montevideo, Uruguay

Antonio Scarano & Sergio Alexandre Gehrke

Abteilung für Parodontologie und Oralmedizin, University of Michigan School of Dentistry, Ann Arbor, MI, 48109, USA

Gustavo Vicentis Oliveira Fernandes

Abteilung für Biotechnologie, Katholische Universität Murcia (UCAM), Murcia, Spanien

Sergio Alexandre Gehrke

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SAG, RB, GB und AS führten die experimentelle Analyse durch; SAG, GVOF und PNA führten die Analyse durch; SAG und EMC verfassten den Hauptmanuskripttext und SAG bereitete die Abbildungen 1–6 vor. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Correspondence to Sergio Alexandre Gehrke.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Bettach, R., Boukhris, G., De Aza, PN et al. Neue Strategie zur Osseoverdichtung während der Osteotomie in Knochen geringer Dichte: eine experimentelle In-vitro-Studie. Sci Rep 13, 11924 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39144-z

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Eingegangen: 23. Februar 2023

Angenommen: 20. Juli 2023

Veröffentlicht: 24. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39144-z

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