Dokument: Micro finite element analysis of continuously loaded orthodontic mini-implants – a micro-CT study in the rat tail model

Titel:	Micro finite element analysis of continuously loaded orthodontic mini-implants – a micro-CT study in the rat tail model
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=70476
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20250811-110629-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kerberger, Robert [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 632,6 KB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.08.2025 / geändert 11.08.2025
Beitragende:	Prof. Dr. Becker, Kathrin [Gutachter] PD Brunello, Giulia [Gutachter] Prof. em. Dr. Jäger, Andreas [Gutachter]
Stichwörter:	Bone remodeling, Implantmigration, micro-finite element analysis
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	The phenomenon of implant migration describes the displacement of orthodontic mini-implants (OMIs) under constant forces and contradicts the basic principles of physiological bone remodelling. The fundamental biomechanical mechanism of this unexpected behaviour is not yet understood. This dissertation aimed to evaluate the influence of local stresses on bone remodelling and implant migration around static-loaded OMIs. Two mini-implants were inserted into a single caudal vertebra of 61 rats. Static mechanical loading at different forces (0.0, 0.5, 1.0, 1.5 N) was achieved by connecting the implants with a nickel-titanium contraction spring. Longitudinal in vivo data was collected by performing micro-CT scans of each specimen at specific time points: immediately after surgery, 1, 2 (n = 61), 4, 6 and 8 (n = 31) weeks post-op. Nine volumes of interest (VOIs) were defined around each implant. Micro-finite element models were calculated to examine peri-implant stress values. Bone remodelling was analysed by calculating changes in bone volume between subsequent scans. Statistical analysis employed a linear mixed model and likelihood-ratio-tests, followed by Tuckey post-hoc-Test in case of significance. Stresses tended to increase towards week two while decreasing values were observed afterwards. The highest stress values were calculated in the proximal top region (the cortical bone median of the implants). The bone remodelling analysis revealed that in most cases bone degraded within the first two weeks, followed by bone gain up to week eight. This pattern was especially apparent in the group of 1.5 N loading. The study suggests that static stresses influence peri-implant bone remodelling. Implant migration could be explained by the influence of both the trauma from implant insertion and static loading and seemed to be reduced by a following consolidation phase with a high amount of bone gain and adaption to the loading conditions. Das Phänomen der Implantatmigration beschreibt die Verschiebung orthodontischer Mini-Implantate (OMIs) unter Einwirkung konstanter Kräfte und widerspricht den Grundprinzipien des physiologischem Knochenumbaus. Die grundlegende Biomechanik hiervon ist bis jetzt noch nicht verstanden. Ziel dieser Dissertation war es, den Einfluss lokaler Spannungen auf den Knochenumbau und die Implantatmigration kontinuierlich belasteter OMIs zu untersuchen. Zwei Mini-Implantate wurden jeweils in einen Schwanzwirbel von 61 Ratten eingesetzt. Eine kontinuierliche mechanische Belastung wurde durch die Verbindung der Implantate mit einer Nickel-Titan-Kontraktionsfeder unterschiedlicher Kräfte (0,0, 0,5, 1,0, 1,5 N) erreicht. Longitudinale in-vivo Daten wurden mittels mikro-CT von jedem Tier zu bestimmten Zeitpunkten erhoben: sofort und 1, 2 (n = 61), 4, 6 und 8 (n = 31) Wochen nach der Operation. Neun Volumes of interest (VOI) wurden um jedes Implantat definiert. Um die Spannungswerte in der Umgebung des Implantats zu untersuchen, wurden Mikro-Finite-Elemente-Modelle erstellt. Knochenumbau wurde anhand der Veränderung des Knochenvolumens aufeinanderfolgender Scans analysiert. Für die statistische Analyse wurden ein gemischt lineares Modell und Likelihood-Ratio-Tests verwendet, gefolgt von einem Tuckey-Post-hoc-Test im Falle von Signifikanz. Tendenziell stiegen die Spannungen bis zur zweiten Woche an. Danach zeigten sich abnehmende Werte. Die höchsten Spannungswerte wurden in der oberen proximalen Region berechnet. Ein initialer Knochenabbau wurde in den meisten Fällen bis Woche zwei, gefolgt von einem Knochenaufbau bis Woche acht, beobachtet. Dieses Muster wurde insbesondere in der Gruppe mit einer Belastung von 1,5 N festgestellt. Die Studie legt nahe, dass kontinuierliche Belastungen den peri-implantären Knochenumbau beeinflussen. Implantatmigration könnte durch den Einfluss von Insertionstrauma und kontinuierlicher Belastung ermöglicht worden sein und schien durch eine anschließende Konsolidierungsphase mit hohem Knochenaufbau und Anpassung an die Belastungsbedingungen limitiert zu werden.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	11.08.2025
Dateien geändert am:	13.08.2025
Promotionsantrag am:	14.01.2025
Datum der Promotion:	29.07.2025