インプラント支持下顎スクリュー支持下顎補綴物のバイオメカニクス．3次元有限要素法による研究

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J Prosthet Dent.2020 Jul;124(1):68.e1-68.e10. S0022-3913(20)30083-4. doi: 10.1016/j.prosdent.2020.01.015.Epub 2020-03-19.

インプラント支持下顎スクリュー支持下顎補綴物のバイオメカニクス．3次元有限要素法による研究

Biomechanics of 3-implant-supported and 4-implant-supported mandibular screw-retained prostheses: A 3D finite element analysis study.

Ahmed A Elsayyad
Nadia A Abbas
Nouran M AbdelNabi
Reham B Osman

PMID: 32199642 DOI: 10.1016/j.prosdent.2020.01.015.

抄録

問題点の説明:

完全無歯顎のリハビリテーションに必要なインプラントの数については議論の余地があります。より多くのインプラントを使用することで、良好な生体力学的転帰が得られる可能性があります。しかし、これは高コストにつながり、複雑な外科的処置を必要とする可能性がある。したがって、望ましい転帰をもたらすことができる最小数のインプラントを使用すべきである。

STATEMENT OF PROBLEM: The number of implants required for the rehabilitation of completely edentulous mandibles has been controversial. The use of a greater number of implants can produce favorable biomechanical outcomes. However, this will lead to high costs and may require complex surgical procedures. Therefore, the minimum number of implants that can produce desirable outcomes should be used.

目的:

この3次元有限要素法による研究の目的は、下顎3インプラント支持型プロテーゼと4インプラント支持型プロテーゼのバイオメカニクスを比較することであった。対照的な咬合は上顎完全義歯または自然歯とした。

PURPOSE: The purpose of this 3D finite element study was to compare the biomechanics of mandibular 3-implant-supported to 4-implant-supported prostheses. The opposing occlusion was a maxillary complete denture or natural dentition.

材料と方法:

2つの有限要素解析下顎解剖モデルを作成しました。4インプラント支持型プロテーゼモデルでは、下顎側切歯と第二小臼歯領域にインプラントを実質的に両側に配置しました。3インプラント支持モデルでは、インプラントは正中線上と第二小臼歯部に両側に配置されました。スクリュー保持型ポリメチルメタクリレートプロテーゼを設計した。標準的なテッセレーション言語ファイルをコンピュータ支援設計のソリッドモデルに変換するためにリバースエンジニアリングを使用した。上顎完全義歯と自然歯列を模擬して、垂直荷重と斜め荷重を2回負荷した。インプラント周囲骨に発生するフォン・ミーゼス応力と等価ひずみ、インプラントのフォン・ミーゼス応力、補綴物の最大垂直変位を記録した。

MATERIAL AND METHODS: Two finite element analysis mandibular anatomic models were created. Implants were virtually placed in the mandibular lateral incisor and second premolar region bilaterally in the 4-implant-supported prosthesis model. For the 3-implant-supported model, they were placed in the midline and bilaterally in the second premolar region. Screw-retained polymethyl methacrylate prostheses were designed. Reverse engineering was used to convert standard tessellation language files into computer-aided design solid models. Vertical and oblique loading was applied twice: simulating an opposing maxillary complete denture and a natural dentition. Von Mises stresses and equivalent strains generated in the peri-implant bone, implants' von Mises stresses and the maximum vertical displacement of the prosthesis were recorded.

結果:

上顎完全義歯と対峙した場合，3 インプラント支持型（2.3xD7;10 &#x3BC ε）と 4 インプラント支持型（2.3xD7;10 ε）の最大ひずみ値は，4 インプラント支持型（2.3xD7;10 &#x3BC ε）と 4 インプラント支持型（2.3xD7;10 &#x3BC ε）の方が高い値を示した．上顎完全義歯で対峙した場合，3-インプラント支持型（2.3×10 με）および4-インプラント支持型（1.6×10με）モデルは、報告された骨吸収の異なる閾値限界（3×10、3.6×10、6.6×10με）よりも小さかった。上顎自然歯列で対向した場合、3インプラント支持型(4.10×10με)と4インプラント支持型(3．88×10 με）モデルは、他の報告されている閾値（3×10, 3.6×10 με）とは対照的に、骨吸収の最高閾値（6.6×10 με）よりも小さかった。両方のデザインにおいて，荷重の大きさと方向に関係なく，記録されたインプラントの最大フォン・ミーゼス応力(126MPa)と義歯の変位(3.24×10μm)は，文献で報告されているチタンの降伏強度(960～1180MPa)と変位値(5.2×10～8.8×10μm)よりも小さいものであった．

RESULTS: All recorded outcomes reported higher values for the 3-implant-supported prosthesis compared with the 4-implant-supported models for both applied loads. When opposed by a maxillary complete denture, maximum strain values for the 3-implant-supported (2.3×10 με) and 4-implant-supported (1.6×10 με) models were less than the different threshold limits for the bone resorption reported (3×10, 3.6×10, 6.6×10 με). When opposed by a maxillary natural dentition, maximum strain values for the 3-implant-supported (4.10×10 με) and 4-implant-supported (3.88×10 με) models were less than the highest reported threshold limit for bone resorption (6.6×10 με) in contrast with other reported threshold limits (3×10, 3.6×10 με). In both designs irrespective of the magnitude and direction of loading, the maximum recorded von Mises stresses of the implants (126 MPa) and denture displacement (3.24×10 μm) were less than titanium's yield strength of (960 to 1180 MPa) and the displacement values (5.2×10 to 8.8×10 μm) reported in the literature.

結論:

完全義歯と対峙した場合，3および4本のインプラント支持設計の生体力学的結果は生理的許容範囲内であった．自然歯列と対峙した場合，インプラントのフォン・ミーゼス応力と義歯の変位値は両デザインともに良好な力学的範囲内であったが，インプラント周囲応力とひずみは，骨吸収の閾値である6.6×10μεを除き，報告されているほとんどの骨の生理学的許容範囲を超えていた．

CONCLUSIONS: When opposed by a complete denture, recorded biomechanical outcomes for the 3- and 4-implant-supported designs were within physiologic limits. When opposed by a natural dentition, the von Mises stresses of the implants and denture displacement values for both designs were within a favorable mechanical range, whereas peri-implant stresses and strain exceeded most reported physiologic tolerance levels of bone except for the 6.6×10 με threshold limit for the bone resorption reported.