Dental Implantation: Ultrasound Transmission Velocity to Evaluate Critical Bone Quality - An Animal Model

Zusammenfassung

Ziel: In der Zahnärztlichen Implantologie ist die präoperative Bestimmung der Knochenqualität ein wichtiger Aspekt im Hinblick auf den Langzeiterfolg der Behandlung. Das Einbringen von Implantaten in Gebiete mit einem großen Anteil von wenig mineralisierten spongiösen Knochen erhöht das Risiko eines anschließenden Implantatversagens. Die Messung der Ultraschall Transmissionsgeschwindigkeit (UTG) erwies sich als eine nichtinvasive und verlässliche Methode zur Einschätzung der mechanischen Eigenschaften von Knochen. Das Ziel dieser Studie war die Korrelation von histomorphometrischen Knocheneigenschaften mit den UTG-Werten von Unterkiefer- und Beckenkammknochen in einem Tiermodell. Material und Methoden: 12 native (nicht aufgearbeitete) Proben von Schweineunterkieferknochen sowie 14 Beckenkammknochen wurden mittels UTG-Messung und konventioneller Histomorphometrie untersucht. Die UTG-Werte wurden bikortikal durch drei verschiedene Untersucher an drei verschiedenen Stellen jeweils viermal ermittelt. Knochenproben wurden von den jeweiligen identischen Stellen entnommen und auf eine Dicke von ungefähr 50 µm geschliffen. Mithilfe der Durchlichtmikroskopie wurde der Gesamtanteil an mineralisiertem Knochen bestimmt. Eine Knochendichte von weniger als 40 % wurde als „kritisch” definiert. Ergebnisse: Die mediane Knochendichte lag bei 43 % für Unterkiefer- und 23 % für Beckenkammknochen. Die medianen UTG-Werte des Unterkiefers (1756 m/s) lagen signifikant höher als bei den Beckenkammknochen (1613 m/s). Der intraindividuelle Korrelationstest ergab eine positive, statistisch signifikante Korrelation zwischen der präoperativen UTG-Messung und dem Mineralisationsgrad (r = 0,54). Die ROC-Analyse ermittelte einen UTG-Wert von 1767 m/s, um „kritischen” Knochen mit einer Sensitivität von 75 % zu identifizieren. Schlussfolgerung: In diesem Ex-vivo-Modell erwiesen sich die UTG-Messungen als verlässliche Methode zur Identifizierung von eingeschränkter Knochenqualität vor der Implantation.

Abstract

Purpose: In dental implantology, preoperative evaluation of bone quality is an important aspect for the long-term success of the treatment. The insertion of implants into regions with a great portion of poorly mineralised cancellous bone, in particular, increases the risk of subsequent implant failure. The measurement of Ultrasound Transmission Velocity (UTV) proved to be a non-invasive and valid method for the assessment of mechanical properties of bone. The aim of this study was to correlate conventional histomorphometric bone properties with UTV-values from mandibular and iliac crest bone specimens in an animal model. Materials and Methods: 12 native (no sample preparation) porcine specimens from mandibular bone and 14 from iliac crest bone, respectively, were studied both by UTV measurement and by conventional histomorphometry. UTV-values were measured bicortically by three different investigators four times at each site. Bone samples from identical sites were obtained and ground down to a thickness of approx. 50 µm. Transmission light microscopy was used to assess the overall percentage of mineralised bone. Mineral bone density less than 40 % was defined as “critical”. Results: The median bone density was 43 % for mandibular bone and 23 % for iliac crest bone, respectively. The median UTV values of the mandible (1756 m/sec) were significantly higher than those of the iliac crest specimens (1613 m/sec). Intra-individual correlation testing illustrates a positive, statistically significant correlation between presurgical UTV measurement and the grade of mineralisation (r = 0.54). ROC analysis defined a UTV breakpoint of 1767 m/sec to identify critical bone with a sensitivity of 75 %. Conclusion: In this ex-vivo model, UTV measurements have proven to be a reliable method for identifying critical bone quality prior to implantation.

Key words

dental implants - bone quality - bone density - ultrasound transmission velocity (UTV)

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