48Ricerca applicata Applicazione della funzione integrale e valori di coppia media e coppia di picco come identificazione del rapporto impianto-osso intraoperatorio: dati preliminari Paolo Arosio RIASSUNTO La definizione della stabilità primaria per l applicazione nell implantologia del carico immediato diventa fondamentale per selezionare i dispositivi che possono essere sollecitati nell immediato post-operatorio rispetto a quelli che richiedono i tempi biologici dell osteointegrazione. L utilizzo della chiave dinamometrica o dei fisiodispenser che forniscono indicazioni sul torque massimo di inserzione non soddisfano più questi requisiti. La ricerca in corso si propone di individuare il valore di contatto osso-impianto durante la fase chirurgica (ora individuabile solo dopo il prelievo bioptico), registrando i valori di coppia di picco, coppia media e la funzione integrale derivante dall attrito che sviluppa l impianto nella sua progressione nel tessuto osseo. L utilizzo di utensili a diametri crescenti ha consentito di selezionare preoperatoriamente il valore di resistenza all inserzione finale dando al clinico finalmente la possibilità di decidere la stabilità primaria o compressione in funzione del quadro anamnestico del paziente o della procedura implanto-protesica individuata. SUMMARY Application of the integral function as well as mean torque and peak torque values in the identification of intraoperatory implant-to-bone ratio: preliminary data The definition of primary stability for the application of the immediate load in implantology is a key issue in order to select the correct devices which are suitable for post-operative immediate load compared to implants that require osseointegration and related biological times. The use of dynamometric wrench or physiodispensers which provide useful information on maximum insertion torque values does not fulfill anymore these requirements. Ongoing researches suggest that the bone-implant contact values (now detectable only after biopsy sampling) can be provided during the surgical phase by recording the peak torque values, mean torque values and integral function resulting from the friction developed by the implant during its progression into the bone tissue. The use of increasing diameter tools allowed the preoperative selection of the correct resistance to final insertion, offering the clinician the possibility to decide the primary stability or compression according to the patient s clinical conditions or the anticipated implant-prosthetic procedure. Implantologia Orale 2007;4:48-53 Il carico immediato rappresenta per l implantologia osteointegrata il prossimo traguardo della diffusione capillare sia per le crescenti esigenze dei pazienti, sia per i dati che emergono dalla studio della fisiologia ossea perimplantare sottoposta al carico precoce o immediato. La determinazione della possibilità di eseguire un carico protesico nell immediato post-chirurgico non può prescindere da una accurata pianificazione con esami radiologici già ampiamente descritti in letteratura, ma rimane sempre, per il professionista, la difficoltà di individuare la corretta tipologia ossea per scegliere la strategia di inserzione che consenta di raggiungere la stabilità primaria, oggi univocamente riconosciuta di almeno 32 N dell inserto implantare, soprattutto quando questo deve essere sottoposto a una funzionalizzazione immediata 1,2,3. La ricerca si propone di fornire al clinico la misura precisa dell ingaggio tra osso e impianto, con un sistema implantologico sviluppato e personalizzato per un controllo dell inserzione costituito da impianti, un tray chirurgico e un fisiodispenser in grado di convertire i valori della resistenza all inserzione in funzioni matematiche. La sistematica utilizzata consente di individuare con precisione la tipologia ossea e di scegliere l atteggiamento clinico coerente con il nostro piano di trattamento o l istofisiopatologia del paziente trattato. PREMESSE Oltre alle prime indagini con la microtac 4, è stato condotto uno studio parallelo su pazienti scegliendo di caricare immediatamente i dispositivi sulla base del lavoro espresso dall impianto per stabilizzarsi nell alveolo e non al suo valore di picco. Si escludono i dettagli relativi alle procedure protesiche per ottenere le mesostrutture in quanto ampiamente descritti in letteratura,per concentrare l attenzione sulla tecnica chi-
1. Esempio di grafico di lettura ottenuto con il motore TMM di IDI Evolution. rurgica e sulla procedura intraoperatoria che consente di decidere a quale valore stabilizzare il dispositivo intraosseo in condizioni ossee sempre estremamente disomogenee. L applicazione di sequenze standard o protocollate non consente infatti di adattarsi con precisione alla estrema variabilità che si registra tra i vari siti implantari o nel contesto dello stesso alveolo. MATERIALI E METODI Sono stati presi in considerazione 30 pazienti senza particolari criteri di selezione, sono stati applicati i dispositivi intraossei per l occasione corredati della possibilità di rilevare, insieme ai valori di coppia media (Cm) e coppia di picco (Cp), l integrale della funzione Forza Profondità. Lo strumentario utilizzato, della metodica GSI (Guided Security Implant) IDI Evolution, è costituito da una serie di dispositivi sia frese che maschiatori assortiti nel diametro tale da consentire la scelta del grado di sovra- o sottopreparazione che deve essere attuata in quella particolare tipologia ossea per non trovarsi con un impianto eccessivamente comprimente o al contrario con scarsa stabilità primaria. Lo strumento di lettura utilizzato è un fisiodispenser che in fase di lettura in maschiatura fornisce al clinico un grafico corredato da valori numerici che esprimono con esattezza la qualità dell osso cimentato evidenziando le variazioni di densità riscontrabili anche nello stesso sito implantare (figura 1). La qualità della lettura è dovuta a un processore che dopo 5 anni di ricerca e sviluppo garantisce affidabilità e precisione nelle misurazioni. I valori che compaiono nel grafico di misurazione sono (figura 1): A: la profondità in decimi di millimetro raggiunta dal lettore o dall impianto dal momento in cui si impegna nel tessuto osseo; I: l integrale della funzione espresso in newton; 2. Grafico che mostra scarsa resistenza e qualità ossea fino al completo inserimento dell impianto dove si registra una stabilizzazione sulla corticale crestale o profonda. 3. Grafico che mostra immediata cimentazione dell impianto con osso di buona qualità, buona resistenza all inserzione fino alla stabilizzazione al completo inserimento dell impianto. Cm: il valore di coppia media della funzione espressa in newton; Cp: il valore della coppia di picco della funzione espressa in newton; grafico della funzione forza/profondità. Il valore di una registrazione di questo tipo è ampiamente più esaustiva di quella che si può ottenere con una semplice rilevazione dinamometrica ottenuta con le chiavi oggi a disposizione. Nell esempio che segue sono riportati due inserimenti, entrambi con il valore massimo della forza di inserzione regolato sui 30 N (valore in basso a destra Cp: coppia di picco raggiunta) e con entrambi gli impianti che raggiungono questo valore. La visualizzazione grafica dei due inserimenti evidenzia con chiarezza che, malgrado si riesca a ottenere lo stesso valore di picco, la qualità della stabilizzazione dei due impianti è sensibilmente diversa, espressa inizialmente dal valore dello sforzo medio di inserzione (valore in basso a sinistra Cm: coppia media) nel primo caso di 6 N/cm (figura 2) e nel secondo caso di 24 N/cm (figura 3), e in seguito dalla semplice interpretazione delle curve forza/profondità che mostrano come per il secondo impianto la forza da dover applicare per raggiungere il completo inserimento è sicuramente maggiore di quella espressa nell inserimento del primo impianto; indice questo sicuramente di un maggiore contatto con osso mineralizzato o osso di migliore qualità. Questo primo approccio all interpretazione dei valori estrapolabili dalla lettura eseguita con il motore IDI Evolution mette in risalto che non può essere sufficiente accontentarsi di una misurazione massima eseguita con le chiavi dinamometriche: la possibilità di avvalersi di un valore medio di resistenza all inserzione consente un interpretazione più fine della resistenza incontrata dall impianto nella sua progressione nell alveolo.a tale proposito il secondo esempio mostra come sia possibile evidenziare a quale livello si incontrano le resistenze maggiori o dove è presente l osso di Ricerca applicata 49
50Ricerca applicata 6. 1 a lettura: coppia media 2 e coppia di picco 3 con un integrale di 170 N. 4. Osso più denso incontrato apicalmente o coronalmente: apicalmente quando l impianto scende in un osso poco rappresentato e incontra una zona di maggiore densità all apice,coronalmente quando la geometria dell impianto (più largo in testa) si impegna nella corticale crestale. minore qualità (figure 4 e 5).La qualità dei dati ha fornito lo spunto per ampliare le informazioni ottenibili con il pacchetto di valori gestiti dal motore chirurgico e la considerazione più logica è quella di ricercare la correlazione tra l integrale che si riesce a ricavare dai dati in nostro possesso e la qualità del rapporto osso-impianto ottenuto. Per l approfondimento di questo aspetto è stata scelta la tecnica della microtac, ormai ampiamente descritta dai ricercatori, soprattutto istologi, per ottenere visualizzazioni tridimensionali a livelli microscopici. Sono stati eseguiti inserimenti di impianti in differenti tipologie ossee animali fresche, selezionate le due classi ossee estreme e una intermedia che rispecchiano la classificazione proposta da Trisi Rao 5 in soft, normal e hard (S-N-H). Gli impianti presentavano le stesse caratteristiche morfologiche: diametro 3,75 mm e lunghezza 10 mm, diametro del corpo 3 mm e passo spira 0,75 mm; la testa dell impianto si allarga a 4 mm. Come la procedura Guided Security Implants di IDI Evolution suggerisce, è stata eseguita la preparazione di tutte e tre le tipologie ossee con una fresa di diametro 2,8 mm fino alla lunghezza di 11 mm, un preparatore di testa di 4 mm di diametro ed è stata eseguita la lettura con una sonda (con la morfologia di un maschiatore) di diametro 3,4 mm a 30 giri al minuto e una forza impostata a 30 N. I risultati delle letture consentono all operatore di avere un idea della tipologia ossea con cui si andrà a cimentare e quindi decidere come gestire la preparazione dell alveolo implantare in funzione della stabilità primaria che si vuole ottenere. 7. 2 a lettura: coppia media 4 e coppia di picco 11 con un integrale di 402 N. 5. Osso più denso incontrato coronalmente: le prime spire si impegnano in un osso di buona qualità per poi procedere in uno meno rappresentato nell aspetto minerale. 8. 3 a lettura: coppia media 17 e coppia di picco 30 con un integrale di 464 N, con una profondità di lettura di soli 4 mm. Le letture numero 1 e numero 2 (figure 6 e 7) sono rispettivamente compatibili con le tipologie ossee S e N (è in corso da parte della IDI Evolution una ricerca parallela per arrivare a definire con precisione con questo sistema di lettura la correlazione esatta tra tipologia ossea e valori registrati di I, Cm e Cp), mentre la lettura numero 3 (figura 8) sicuramente ci pone di fronte alla tipologia ossea H in quanto il lettore non è riuscito a impegnarsi che per pochi millimetri malgrado una forza operativa impostata a 30 N. Da queste indicazioni, l operatore può decidere l atteggiamento clinico conseguente. Per l osso tipo S e N non è necessaria nessuna preparazione ulteriore, mentre per l osso tipo H è meglio aumentare il diametro della preparazione per evitare di traumatizzare eccessivamente l osso durante le fasi di maschiatura o inserimento. Preparando l alveolo con una fresa da 3,2 mm ed eseguendo nuovamente la lettura con la sonda da 3,4 il risultato è un grafico con una Cm di 9, una Cp di 19 e un integrale di 981 N (figura 9). L esperienza clinica acquisita dopo 5 anni di utilizzo di una sistematica di questo tipo consente di prevedere il comportamento dei dispositivi sopratutto in tipologie ossee estreme come il tipo H dove se non si esegue un ulteriore passaggio con un maschiatore di diametro superiore o corrispondente al diametro dell impianto e se non si alza il torque di lavoro, si rischia di non riuscire ad alloggiare completamente l impianto. Sempre per la zona con l osso tipo H è stato quindi passato un maschiatore con diametro 3,6 (risultato lettura: Cm 19 Cp 38 e integrale 1919 con torque di esercizio di 45 N) e
9. Nuova lettura nell osso tipo H dopo preparazione del corpo implantare a 3,2 mm. Grafico e valori evidenziano la resistenza incontrata dal lettore nella sua progressione. Ricerca applicata 10.Tipo S: coppia media 2 e coppia di picco 7 con un integrale di 210 N. 11.Tipo N: coppia media 6 e coppia di picco 19 con un integrale di 754 N. 12.Tipo H: coppia media 17 e coppia di picco 35 con un integrale di 2312 N. quindi si è proceduto all inserimento dell impianto. I risultati dell inserimento degli impianti nelle tre diverse tipologie ossee sono riportati nelle figure 10, 11 e 12. La lettura in inserzione da noi definita come resistenza all inserzione è oggettiva e visualizza il rapporto che si è instaurato tra l impianto e l osso circostante inteso come forze interfacciali. L approfondimento di questo rapporto è la base della ricerca che stiamo conducendo con l ausilio di diverse università utilizzando come mezzi di indagine l istologia e le microtac. In queste tre immagini si osserva la microtac eseguita sui tre campioni delle rilevazioni dinamiche di inserimento. Le immagini (figura 13 a,b,c) consentono immediatamente di discernere le tre diverse tipologie ossee (da sinistra S, N e H), ma diventa interessante affiancare a queste immagini quelle del grafico in inserzione dell impianto. sì basso lascia intendere che la stabilità primaria di questo impianto è decisamente scarsa sia per la percentuale di contatto tra osso e impianto che si è raggiunta sia per la qualità dell osso con cui l impianto si confronta (figura 14b). Osso Normal Nell immagine microtac (figura 15b) si vede come il contatto tra osso e impianto sia percentualmente maggiore rispetto alla situazione precedente; la coppia media (Cm 006) lascia intendere che, anche se presente una maggiore quantità di tessuto, il suo livello di mineralizzazione è scarso infatti la curva ha un picco in corrispondenza dei 7-8 mm quando la spira incontra una zona di maggiore densità minerale apprezzabile verso l apice dell impianto (figura 15a). Il punto di maggiore resistenza all inserzione (Cp 019) si ha in corrispondenza di quell area (gia apprezzabile in fase di 51 Osso Soft La prima cosa osservabile è che non tutte le superfici dell impianto si trovano a contatto diretto con il tessuto osseo mineralizzato il che, associato all evidente scarsa tenacia delle trabecole ossee, spiega una resistenza all inserzione così bassa (Cm 002); la coppia di picco (Cp 007) si realizza negli ultimi 2 mm dell inserimento ed è dovuta alla porzione più larga dell impianto che si impegna nella scarsa corticale presente in questa tipologia di osso (figura 14a). L integrale coa b c 13. Immagine tridimensionale ricostruita con microtac. Osso tipo soft (a), normal (b) e hard (c).
52Ricerca applicata 14. Osso tipo soft. Grafico di inserimento (a); elaborazione sezione con micro CT (b). 15. Osso tipo normal. Grafico di inserimento (a); elaborazione sezione con micro CT (b). lettura) che oltrepassata offre un altra zona di osso di bassa qualità. L integrale ha un valore medio basso (I 754) che raggiunge questo livello grazie al rapporto dell impianto con la corticale crestale e la zona mineralizzata profonda. Osso Hard In questo caso più del 70% della superficie implantare è a stretto contatto con il tessuto osseo, si apprezza la leggera sovrapreparazione del corpo implantare (diametro 3,2 a fronte di un corpo implantare di 3 mm) e si riesce a leggere anche la congruenza tra la preparazione con i maschiatori e l allettamento dell impianto (figura 16 a,b,c). Il grafico mostra che la progressione dell impianto nell alveolo preparato incontra un progressivo incremento della resistenza dovuta all aumento della superficie di attrito con una coppia media elevata (Cm 17) (figura 17 a,b); anche in questo a a b b caso il picco della resistenza all inserzione (Cp 35) non viene raggiunto al massimo della profondità ma a circa 7 mm, poi trova una zona di minore resistenza verso i 9-10 mm meglio identificabile con l elaborazione che consente la visualizzazione della microtac tipo radiologica (figura 16 c). L integrale risulta elevato (I 2312) anche con un impianto lungo solo 10 mm, condizione generata dall alto grado di mineralizzazione dell osso corticale e soprattutto dal suo spessore. CONSIDERAZIONI Anche se si tratta di indagini preliminari, appare evidente come sia più completa la prestazione del clinico che dispone di una lettura e di un grafico che supporta la sua pratica chirurgicoimplantologica piuttosto che l utilizzo strumenti in grado di indicare semplicemente un limite indipendentemente dal percorso effettuato. Basti pensare all applicazione della sistematica nelle procedure che prevedono il carico immediato dell impianto. Nei due esempi illustrati nelle figure 18 e 19 entrambi i dispositivi hanno raggiunto i 30 N di stabilizzazione ma anche solo intuitivamente appare evidente che la misurazione di destra offre un rapporto superficie implantare-tessuto osseo più favorevole in relazione alla quantità di contatto e/o alla sua qualità. Se visualizziamo l integrale delle due curve, espressione del lavoro eseguito per vincere la resistenza all inserzione, si apprezza ancora di più la differenza tra i due substrati ossei. Possiamo sicuramente affermare che il contatto tra osso e impianto nel grafico della figura 21 in termini di quantità e/o qualità è decisamente maggiore che nella lettura del grafico della figura 20. A rinforzare la riflessione i dati che arrivano dagli ultimi studi sull isto-fisiologia dell osteointegrazione che ci sensi- a b c 16. Immagini della micro CT che mostrano il leggero aumento della preparazione del corpo implantare (a) e la congruenza della preparazione tra maschiatore e impianto (b). Immagine radiologica di insieme (c).
17. Osso tipo hard. Grafico di inserimento (a); elaborazione sezione con micro CT (b). bilizzano sulla fase osteoclastica precoce che riduce la stabilità primaria dell impianto nelle prime settimane di guarigione indipendentemente dal carico. La conoscenza del valore di resistenza all inserimento può contrariamente essere letto come la quantità di sollecitazione del tessuto osseo durante l applicazione del dispositivo e diventare lo strumento per la valutazione del grado di compressione che l impianto esercita sul tessuto osseo perimplantare, dato che può essere considerato nel quadro anamnestico del paziente. CONCLUSIONI Con l applicazione dell elettronica e dell informatica a un fisiodispenser è nata la possibilità di controllare quella che per anni e stata definita sensibilità operativa o esperienza che spesso faceva la differenza tra i professionisti che si occupano di implantologia. L oggettivazione di un dato fino a ora empirico o statico amplia i parametri della ricerca, consente una trasmissione a b o archiviazione delle valutazioni intraoperatorie più precisa e fornisce un parametro in più, importante per la valutazione statistica del successo chirurgico. Il numero delle ricerche e i clinici che si mettono a disposizione per eseguirle sono sempre maggiori per le potenzialità che esprime questa metodica che subito dai primi utilizzi appare come l effettivo strumento intraoperatorio che supporta il clinico nella creazione dell interfaccia ideale osso-impianto per favorire i processi di osteointegrazione o la discriminazione delle procedure postoperatorie. BIBLIOGRAFIA 1. Neugebauer J,Traini T,Thams U, Piattelli A, Zoller JE. Peri-implant bone organization under immediate loading state. Circularly polarized light analyses: a minipig study. J Periodontol. 2006 Feb;77(2): 152-60. 2. Ottoni JM, Oliveira ZF, Mansini R, Cabral AM. Correlation between placement torque and survival of single-tooth implants. Int J Oral Maxillofac Implants. 2005 Sep-Oct;20(5):769-76. 3. Calandriello R,Tomatis M, Rangert B. Immediate functional loading of Branemark System implants with enhanced initial stability: a prospective 1- to 2-year clinical and radiographic study. Clin Implant Dent Relat Res. 2003;5 Suppl 1:10-20. 4. Rüegsegger P, Koller B, Müller R.A microtomographic system for the nondestructive evaluation of bone architecture. Calcif Tiss Int, 58,199:24-9. 5. Trisi P, Rao W. Bone classification: clinical-histomorphometric comparison. Clin Oral Implants Res. 1999 Feb;10(1):1-7. 6. Testori T,Weinstein R,Wallace S. La chirurgia del seno mascellare e alternative terapeutiche. Ed.ACME, 2005. 7. Linde J, Karring T, Lang NP. Parodontologia clinica e odontoiatria impiantare. Milano, Ed. Edi Ermes, 2006. 8. Mozzati M,Arata V,Ambrogio P, Burello V. Il carico immediato in implantologia. Ed. RC Libri, 2006. Ricerca applicata 18. Esempio di stabilizzazione a 30 N in osso poco mineralizzato. 19. Esempio di stabilizzazione a 30 N in osso ben mineralizzato. 20. In rosso l integrale della funzione forza/ profondità. 21. In rosso l integrale della funzione forza/ profondità. 53