即時荷重歯科インプラントに関連する骨におけるバイオメカニクスとひずみマッピング

Biomechanics and strain mapping in bone as related to immediately-loaded dental implants.

抄録

歯槽骨ソケットの形状および骨とインプラントの接触がインプラントのバイオメカニクスに及ぼす影響と、その結果として生じる骨内のひずみ分布を調査した。死体下顎の側切歯抜歯後、インプラントを即時埋入し、骨-インプラント接触面積、安定性インプラントバイオメカニクス、骨ひずみを測定した。マイクロX線顕微鏡（μ-XRM）と組み合わせたin situバイオメカニカルテストでは、骨-歯根膜（PDL）-歯複合体（791～913 N/mm）と比較して、骨-インプラント複合体（701～822 N/mm）の剛性が低いことが示された。X線断層像は、剛性低下の原因が骨とインプラントの接触制限によるものであることを示した。エネルギー分散型X線分光法（EDS）を用いて、骨の不均一な元素組成が同定された。この研究の新しい側面は、新しい実験力学的手法、すなわちデジタル体積相関法を適用したことであり、これにより荷重をかけたインプラントと接触している歯槽骨の体積におけるひずみをマッピングすることができた。同定された表面および表面下のひずみ集中は、骨とインプラントの形状、骨の質、インプラントの埋入位置、およびインプラントの設計に基づき、骨とインプラントの接触を通じて骨に伝達される荷重の現れであった。3D歪みマッピングにより、歪み集中は骨とインプラントの接触部のみならず、インプラントと直接接触していない骨にも及んでいることが示されました。観察されたひずみ集中の意味について、メカノバイオロジーの観点から考察した。インプラント即時埋入治療の外科的合併症のもっともらしい説明がなされたが、結果の外挿は、今後、より多くの死体標本および/またはin vivoモデルを用いた系統的な研究によってのみ正当化される。

The effects of alveolar bone socket geometry and bone-implant contact on implant biomechanics, and resulting strain distributions in bone were investigated. Following extraction of lateral incisors on a cadaver mandible, implants were placed immediately and bone-implant contact area, stability implant biomechanics and bone strain were measured. In situ biomechanical testing coupled with micro X-ray microscopy (µ-XRM) illustrated less stiff bone-implant complexes (701-822 N/mm) compared with bone-periodontal ligament (PDL)-tooth complexes (791-913 N/mm). X-ray tomograms illustrated that the cause of reduced stiffness was due to limited bone-implant contact. Heterogeneous elemental composition of bone was identified by using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The novel aspect of this study was the application of a new experimental mechanics method, that is, digital volume correlation, which allowed mapping of strains in volumes of alveolar bone in contact with a loaded implant. The identified surface and subsurface strain concentrations were a manifestation of load transferred to bone through bone-implant contact based on bone-implant geometry, quality of bone, implant placement, and implant design. 3D strain mapping indicated that strain concentrations are not exclusive to the bone-implant contact regions, but also extend into bone not directly in contact with the implant. The implications of the observed strain concentrations are discussed in the context of mechanobiology. Although a plausible explanation of surgical complications for immediate implant treatment is provided, extrapolation of results is only warranted by future systematic studies on more cadaver specimens and/or in vivo models.