📄 geneeskunde

Dependency of dental implants’ primary stability on rotational speed of insertion: In-vitro investigations in synthetic and natural bone

Deze in-vitro studie, waarbij gebruik is gemaakt van CNC-gestuurde insertie in synthetisch en natuurlijk bot, toont aan dat het verhogen van de rotatiesnelheid van 5 naar 25 rpm verschillende primaire stabiliteitsindicatoren significant verbetert, terwijl het verder verhogen van de snelheid naar 50 rpm geen aanvullend voordeel oplevert.

Oorspronkelijke auteurs: Mahdi Farrokhi Kashtiban, Tahereh Mirzaie, Gholamreza Rouhi

Gepubliceerd 2026-10-22

📖 4 min leestijd☕ Koffiepauze-leesvoer

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Mahdi Farrokhi Kashtiban, Tahereh Mirzaie, Gholamreza Rouhi

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Wanneer een tand verloren gaat, kan er een titanium schroef in het kaakbot worden geplaatst om een nieuwe kroon op zijn plaats te houden. Om deze kunstmatige wortel een permanent onderdeel van het lichaam te laten worden, moet deze eerst een kritieke wachttijd overleven waarin hij volledig vertrouwt op een stevige mechanische grip binnen het bot. Deze initiële grip, bekend als primaire stabiliteit, vormt het fundament voor het biologische proces dat het metaal uiteindelijk met het levende weefsel versmelt. Als de schroef zelfs maar een klein beetje wiebelt tijdens die eerste weken, mislukt het genezingsproces. Hoewel chirurgen weten dat de vorm van de schraaf en de kwaliteit van het bot ertoe doen, is één variabele een mysterie gebleven: verandert de snelheid waarmee de schroef in het bot wordt gedraaid de manier waarop deze zich houdt?

Om dit te beantwoorden, ontwierpen onderzoekers aan de Amirkabir Universiteit van Technologie in Iran een nauwkeurig experiment om te testen hoe de rotatiesnelheid van een tandimplantaat de initiële stabiliteit beïnvloedt. Ze gebruikten zestig identieke schroeven, elk vier millimeter breed en tien millimeter lang, en plaatsten deze in twee verschillende soorten materiaal. Het ene materiaal was een blok rigide polyurethaanschuim, een synthetische stof die vaak in laboratoria wordt gebruikt omdat de eigenschappen ervan perfect uniform en herhaalbaar zijn. Het andere was vers bot van een koeienrib, wat de complexe, onregelmatige structuur van menselijk bot nabootst. Om ervoor te zorgen dat menselijke handen of vermoeidheid de resultaten niet zouden beïnvloeden, voerde een computergestuurde machine elke plaatsing uit. De machine draaide de schroeven met drie specifieke snelheden in de materialen: een langzame vijf rotaties per minuut, een gemiddelde vijfentwintig rotaties per minuut en een snelle vijftig rotaties per minuut.

Het team mat de stabiliteit van elke schroef met behulp van verschillende methoden. Ze registreerden de maximale kracht die nodig was om de schroef erin te draaien, de totale energie die tijdens het draaiproces werd verbruikt, en een resonantiescore die aangeeft hoe stevig de schroef in zijn gat zit. Ze voerden ook een destructieve test uit waarbij ze de schroef recht naar beneden duwden totdat deze faalde, waarbij ze maten hoeveel kracht en energie de bot-schroefcombinatie kon weerstaan voordat deze brak. De resultaten onthulden een duidelijk patroon in het synthetische schuim: naarmate de snelheid toenam van vijf naar vijfentwintig rotaties per minuut, verbeterden de stabiliteitsindicatoren aanzienlijk. De schroeven zaten steviger, vereisten meer energie om eruit te worden geduwd en vertoonden hogere resonantiescores. Echter, toen de snelheid verder toenam van vijfentwintig naar vijftig rotaties per minuut, verbeterde de stabiliteit niet verder. De extra snelheid leverde simpelweg geen extra grip op.

Het verhaal verliep iets anders in het natuurlijke koeienbot. Hier veranderde de snelheid van plaatsing de kracht die nodig was om de schroef erin te draaien niet significant, noch veranderde het de totale energie die tijdens het proces werd verbruikt. Toch vertelden de andere stabiliteitsmaten een vergelijkbaar verhaal als het schuim. De resonantiescore en de energie die nodig was om de schraaf eruit te duwen, namen beide significant toe wanneer de snelheid van vijf naar vijfentwintig rotaties per minuut ging, maar ook hier bood het verhogen van de snelheid naar vijftig rotaties per minuut geen extra voordeel. De onderzoekers merkten op dat het synthetische schuim en het natuurlijke bot verschillend reageerden wat betreft de kracht die nodig was om de schroef erin te draaien, wat suggereert dat het schuim niet perfect kopieert hoe echt bot op snelheid reageert. Dit verschil benadrukt dat hoewel synthetische materialen nuttig zijn voor gecontroleerde tests, ze de complexe, snelheidsafhankelijke gedragingen van levend bot niet volledig kunnen nabootsen.

Uiteindelijk suggereert de studie dat het sneller indraaien van het implantaat dan vijfentwintig rotaties per minuut geen extra voordeel biedt in termen van initiële stabiliteit voor de geteste materialen en omstandigheden. De grootste winst in houdkracht vindt plaats wanneer men overgaat van een zeer lage snelheid naar een matige snelheid. Nog sneller gaan maakt het implantaat niet meer zeker, hoewel het de klus wel in minder tijd klaart. De bevindingen wijzen erop dat chirurgen mogelijk niet moeten streven naar hogere snelheden om betere resultaten te bereiken, en dat de keuze voor vijfentwintig rotaties per minuut een 'sweet spot' zou kunnen zijn die een balans vindt tussen efficiëntie en maximale initiële stabiliteit.

Technische Samenvatting: Afhankelijkheid van de primaire stabiliteit van tandimplantaten van de rotatiesnelheid bij insertie

Probleemstelling
Primaire stabiliteit is een cruciale voorwaarde voor osseointegratie en het langetermijnsucces van tandimplantaten. Hoewel het algemeen bekend is dat primaire stabiliteit afhangt van botkwaliteit, de macrogeometrie van het implantaat en de chirurgische techniek, blijft de specifieke invloed van de rotatiesnelheid bij insertie (IR-snelheid) onduidelijk. De bestaande literatuur presenteert tegenstrijdige bevindingen: sommige in-silico studies suggereren dat de IR-snelheid geen significant effect heeft op het maximale insertietorque (MIT), terwijl experimentele studies in synthetisch schuim aangeven dat het verhogen van de IR-snelheid het MIT kan verminderen en de Implant Stability Quotient (ISQ) kan veranderen. Bovsierent heeft eerder experimenteel bewijs grotendeels beperkt gebleven tot synthetische substraten (PU-schuim) en niet-destructieve stabiliteitsmaten, waardoor er een hiaat bestaat in het begrip van hoe de IR-snelheid de mechanische sterkte van het implantaat-botinterface beïnvloedt in natuurlijk bot. Deze studie beoogt te bepalen of en hoe de IR-snelheid de primaire stabiliteit beïnvloedt over zowel synthetische als natuurlijke botsubstraten met behulp van een uitgebreide set stabiliteitsindicatoren.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een in-vitro experimenteel ontwerp waarbij 60 identieke tandimplantaten (4 mm diameter, 10 mm lengte) werden ingebracht in twee verschillende substraten:

Synthetisch bot: Rigid polyurethaan (PU) schuim met een dichtheid van 0,2 g/cm³.
Natuurlijk bot: Rinderen (bovine) ribben van een enkele 2,5 jaar oude stier, geselecteerd via CT-imaging om een uniforme botkwaliteit te garanderen (gemiddeld 500 Hounsfield Units, overeenkomend met Type 4 bot).

Om menselijke variabiliteit te elimineren, werden alle boor- en insertieprocedures uitgevoerd met een Computer Numerical Control (CNC) machine. De implantaten werden ingebracht bij drie rotatiesnelheden: 5 rpm (laag), 25 rpm (medium) en 50 rpm (hoog), wat een klinisch relevant bereik vertegenwoordigt. Tien implantaten werden getest per snelheid per substraat.

De primaire stabiliteit werd beoordeeld aan de hand van zes complementaire metrieken:

Insertiefase: Maximaal Insertietorque (MIT) en Insertie-energie (IE).
Resonantierespons: Implant Stability Quotient (ISQ) gemeten via Osstell.
Mechanische Sterkte (Destructief): Push-in testparameters, inclusief push-in stijfheid, push-in ultieme belasting en push-in energie (PIE).

Statistische analyse werd uitgevoerd met Welch's ANOVA en pairwise Welch's t-testen met Holm-correctie voor meervoudige vergelijkingen.

Belangrijkste Resultaten
De studie toonde aan dat het effect van de IR-snelheid op de primaire stabiliteit afhankelijk is van zowel het type substraat als de specifieke stabiliteitsindicator die wordt gebruikt:

Synthetisch Bot (PU-schuim):
- MIT: Toonde een statistisch significante algemene afhankelijkheid van de IR-snelheid ( $p=0,0466$ ), waarbij het gemiddelde torque toenam van 5 naar 25 rpm. Echter, geen pairwise vergelijkingen bleven significant na de Holm-correctie.
- IE: Nam significant toe van 5 naar 25 rpm en van 5 naar 50 rpm, maar er was geen significant verschil tussen 25 en 50 rpm.
- ISQ & PIE: Beiden namen significant toe wanneer de snelheid steeg van 5 naar 25 rpm en van 5 naar 50 rpm. Geen significant verschil werd gevonden tussen 25 en 50 rpm.
- Ultieme Belasting: Nam significant toe van 5 naar 25 rpm en van 5 naar 50 rpm, zonder significante verandering tussen 25 en 50 rpm.
- Stijfheid: Er werd geen significant effect van de IR-snelheid gedetecteerd ( $p=0,078$ ).
Natuurlijk Bot (Bovine Rib):
- MIT & IE: Geen van beide metrieken vertoonde een significante afhankelijkheid van de IR-snelheid ( $p=0,246$ en $p=0,949$ , respectievelijk).
- ISQ: Nam significant toe van 5 naar 25 rpm ( $p=0,012$ ), maar er werd geen significant verschil waargenomen tussen 5 en 50 rpm of 25 en 50 rpm.
- Ultieme Belasting: Toonde een significante toename van 5 naar 50 rpm ( $p=0,024$ ), hoewel de toename van 5 naar 25 rpm niet statistisch significant was ( $p=0,055$ ).
- PIE: Nam significant toe van 5 naar 25 rpm en van 5 naar 50 rpm, met geen significante verandering tussen 25 en 50 rpm.
- Stijfheid: Er werd geen significant effect van de IR-snelheid gedetecteerd ( $p=0,121$ ).

Belangrijkste Bijdragen en Claims
De primaire bijdrage van dit werk is de systematische vergelijking van de effecten van de IR-snelheid op zowel synthetisch als natuurlijk bot met behulp van een gecontroleerde CNC-omgeving en een multi-metrische beoordelingsstrategie. De auteurs claimen het volgende:

Optimale Snelheidsrange: Het verhogen van de IR-snelheid van 5 naar 25 rpm verbetert verschillende stabiliteitsindicatoren, met name ISQ en push-in energie, in beide substraten. Een verdere verhoging naar 50 rpm levert echter geen significante extra verbeteringen in deze metrieken op.
Substraat Discrepantie: De studie benadrukt een divergentie tussen synthetisch en natuurlijk bot met betrekking tot de snelheidsafhankelijke eigenschappen. Terwijl PU-schuim een afhankelijkheid van MIT en IE vertoonde ten opzichte van de IR-snelheid, vertoonde natuurlijk bot dat niet. De auteurs suggereren dat PU-schuim de niet-homogene, anisotrope en snelheidsafhankelijke eigenschappen van natuurlijk bot niet volledig repliceert, met name wat betreft de torque- en energiemetrieken.
Onafhankelijkheid van Stijfheid: De elastische stijfheid van de implantaat-substraat constructie (gemeten via push-in stijfheid) lijkt ongevoelig voor de IR-snelheid in beide substraten, wat suggereert dat hoewel de vloeigrens-eigenschappen (ultieme belasting, energie) beïnvloed kunnen worden door de insertiesnelheid, de initiële elastische respons stabiel blijft.
Mechanisme van Verbetering: De auteurs stellen voor dat de verbeterde stabiliteit bij hogere snelheden (5 naar 25 rpm) mogelijk te wijten is aan een verminderde insertietijd, wat de accumulatie van microbeschadiging en microbarsten in het materiaal nabij de implantatiedraden beperkt. Omgekeerd suggereert het gebrek aan verbetering boven de 25 rpm een plateau in dit voordeel.

Significantie
Het artikel concludeert dat hoewel het verhogen van de IR-snelheid van 5 naar 25 rpm voordelen biedt voor primaire stabiliteitsindicatoren zoals ISQ en push-in energie, het verder verhogen van de snelheid naar 50 rpm slechts beperkte extra voordelen biedt. De bevindingen waarschuwen onderzoekers om resultaten uit synthetisch bot (PU-schuim) niet direct te extrapoleren naar natuurlijk bot, vooral wanneer zij MIT en IE als stabiliteitsindicatoren gebruiken. De studie benadrukt de noodzaak van een zorgvuldige interpretatie van stabiliteitsmetrieken bij het differentiëren tussen substraattypen en suggereert dat de huidige klinische IR-snelheden (tot 50 rpm) geen verdere optimalisatie vereisen voor de gemeten specifieke stabiliteitsmetrieken, mits de snelheid ten minste 25 rpm is.

Meer zoals dit