Radiologische und metallographische In-vitro-Untersuchung des Implantat-Abutment-Komplexes dentaler Implantate vor, bei und nach zyklischer mechanischer Belastung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unter Nutzung der synchrotronbasierten Radio- und Tomographie konnten die Vorgänge in konischen Implantat-Abutment-Verbindungen unter extraaxialer Belastung quantifiziert und visualisiert werden. Hierbei zeigte sich in der ersten Untersuchung, dass ein Mikrospalt in allen untersuchten Systemen auch ohne Belastung vorhanden war. Dieser Mikrospalt variierte zwischen 0.1 - 0.8 µm. Unter Belastung mit physiologischen Kräften in einem Winkel von 30° bzw. 90° zeigte sich eine Vergrößerung dieses Mikrospalts auf bis zu 28 µm. Nach Ermüdungsbelastung nach DIN ISO EN 14801:2007 vergrößerte sich der Mikrospalt in Ruhe und unter statischer Belastung und erreichte Werte von > 30 µm bei Implantaten mit Standarddurchmesser des Implantatkörpers (SDI) von Ø 3.5 – 5 mm. Bei durchmesserreduzierten Implantaten des gleichen Herstellers (narrow diameter implants=NDI) (Ø ≤ 3.5 mm) war bei gleicher Last eine deutliche größere Mikrospaltöffnung zu verzeichnen, ebenfalls war eine größere bleibende Deformation im Bereich der Implantatschulter eine Intrusion des Abutments in den Implantatkörper sichtbar. In-situ fatigue synchrotronbasierte Untersuchungen zeigten die Mikrobewegungen des Abutments im Implantatkörper und eine Korrelation von Mikrospaltbildung und Kraftapplikation. Die visualisierten Mikrobewegungen verursachten Verschleiß in der Implantat-Abutment Verbindung die mittels elektronenmikroskopischer Untersuchungen identifiziert wurden. Es zeigten sich deutliche Spuren von Abrieb (fretting und adhesive wear) und Abriebpartikel in allen untersuchten Implantatsystemen nach Ermüdungsbelastung. Die metallographische Analyse der geschädigten Bereiche wird derzeit durchgeführt. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen zeigte sich eine Abhängigkeit des Einbettmediums (Material zur Verankerung des Implantatkörpers) und der Schädigungsmechanismen (Deformation vs. Verschleiß). In einem dem Knochen ähnlichen Medium (resilientes System) zeigte sich eine größere Einwirkung auf die Implantatschulter (Mikrospaltgröße) bis hin zur starken Deformation (90 µm Auslenkung der Implantatschulter) im Gegensatz zu einem starren Verankerungssystem (Metallzylinder) gemäß DIN ISO EN 14801:2007 bei dem ein höherer Materialverschleiß (Abrieb) in der IAV ersichtlich wurde. Die Ergebnisse erlauben die Hypothese, dass bei Überbelastung von konischen IAV eine Fehlbelastung des Knochen auftreten könnte. Es gilt die Relationen von Krafteinwirkung und daraus resultierender Knochenreaktion zu bestimmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ex vivo and in vitro synchrotron-based micro-imaging of biocompatible materials applied in dental surgery. Proc. SPIE. 2010;7804,78040E
Rack A, Stiller M, Nelson K, Knabe C, Rack T, Zabler S, Dalügge O, Riesemeier H, Cecilia A, Goebbels J
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In vitro synchrotronbased radiography of micro-gap formation at the implant-abutment interface of twopiece dental implants. J Synch Rad. 2010;17(2):289-294
Rack A, Rack T, Stiller M, Riesemeier H, Zabler S, Nelson K
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Quantitative studies on inner interfaces in conical metal joints using hard X-ray inline phase contrast radiography. Rev Sci Instrum. 2010; 81(10):103703
Zabler S, Rack T, Rack A, Nelson K
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Coherent Synchrotron-Based Micro-Imaging Employed for Studies of Micro-Gap Formation in Dental Implants. AIP Conf Proc (XRM2010). 2011;1365:445-448
Rack T, Zabler S, Rack A, Stiller M, Riesemeier H, Cecilia A, Nelson K
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Fatigue induced deformation of taper connections in dental Titanium implants. Int J Mat Res. 2012;103(2):207-216
Zabler S, Rack T, Rack A, Nelson K
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An in vitro pilot study of the abutment stability during loading in new and fatigue-loaded conical dental implants using synchrotron-based radiography. Int J Oral Maxillofac Impl. 2013;28(1):44-50
Rack T, Zabler S, Rack A, Riesemeier H, Nelson K
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Die Implantat-Abutment Verbindung. Implantologie. 2013;21(4)
Nelson K, Zabler S, Wiest W, Schmelzeisen R, Semper-Hogg W
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Implant abutment connection. In: Ewers R, Lambrecht TJ (eds). Oral Implants: Bioactivating Concepts, 2013:157-61. ISBN 978-1-85097-233-4 (B9073)
Nelson K, Semper-Hogg W, Kirsch A
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In-situ fatigue analysis of microgaps in dental implants. Proc. SPIE. 2014;9212-53
Wiest W, Zabler S, Fella C, Balles A, Dittmann J, Rack A, Nelson K, Hanke R
