骨レベルの歯科インプラント埋入および皮質厚がオッセオインテグレーションに及ぼす影響．In SilicoおよびIn Vivo解析

Influence of Bone-Level Dental Implants Placement and of Cortical Thickness on Osseointegration: In Silico and In Vivo Analyses.

抄録

本研究の目的は、骨レベル型位置の歯科インプラントを骨レベルの上下0.5mmに配置した場合のバイオメカニクス的反応を研究することである。さらに、歯科インプラントから皮質骨および海綿骨への機械的荷重の伝達により、皮質骨の厚みがオッセオインテグレーションに与える影響を明らかにしました。検討した厚みは，1.5mmと2.5mmである．数値シミュレーションは，有限要素法（FEM）に基づいたモデルで行った．FEMモデルを検証するために、in silicoの結果を、30匹のニュージーランドウサギを用いたin vivo試験で得られた組織学的分析と比較した。FEM解析は，骨レベルの歯科インプラントを下顎骨に挿入し，100 Nの軸荷重を加えた3次元コンピュータモデルを用いて行った．骨成長の界面領域は、in vivo組織学的プロセスで得られた骨-インプラント接触（BIC）、関心領域（ROI）、全骨面積（BAT）パラメータを、走査電子顕微鏡（SEM）で分析することで評価した。骨レベルのインプラントは、ウサギの脛骨に挿入され、脛骨あたり2本のインプラントが設置された。これらのパラメータは、移植後3週間または6週間後に評価された。FEM解析の結果、骨面より0.5mm下に埋入した場合、他の埋入位置と比較して、応力分布の値が低くなることが示された。この機械的応力の低さは、in vivo試験と相関があり、この位置は移植3週間または6週間後に最も高いBIC値を示すことが示された。この埋入位置では、骨レベルまで垂直的な骨成長が観察された。また、厚みが小さいほど機械的荷重の伝達が良好であり、オッセオインテグレーションが良好になることが示された。インシリコとin vivoの結果から、皮質骨の下0.5mmに埋入したインプラントは、新生骨形成、機械的安定性の向上、最適なオッセオインテグレーションの観点から、最高のバイオメカニクスおよび組織学的挙動を示すと結論づけられた。

The purpose of this research is to study the biomechanical response of dental implants in bone-level type locations, 0.5 mm above and below the bone level. In addition, the influence of the thickness of the cortical bone on osseointegration is determined due to the mechanical loads transfer from the dental implant to the cortical and trabecular bone. The thicknesses studied were 1.5 mm and 2.5 mm. Numerical simulations were performed using a finite element method (FEM)-based model. In order to verify the FEM model, the in silico results were compared with the results obtained from a histological analysis performed in an in vivo study with 30 New Zealand rabbits. FEM was performed using a computerized 3D model of bone-level dental implants inserted in the lower jawbone with an applied axial load of 100 N. The analysis was performed using different distances from the bone level and different thicknesses of cortical bone. The interface area of bone growth was evaluated by analyzing the bone-implant contact (BIC), region of interest (ROI) and total bone area (BAT) parameters obtained through an in vivo histological process and analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Bone-level implants were inserted in the rabbit tibiae, with two implants placed per tibia. These parameters were evaluated after three or six weeks of implantation. FEM studies showed that placements 0.5 mm below the bone level presented lower values of stress distribution compared to the other studied placements. The lower levels of mechanical stress were then correlated with the in vivo studies, showing that this position presented the highest BIC value after three or six weeks of implantation. In this placement, vertical bone growth could be observed up the bone level. The smallest thickness of the study showed a better transfer of mechanical loads, which leads to a better osseointegration. In silico and in vivo results both concluded that the implants placed 0.5 mm below the cortical bone and with lower thicknesses presented the best biomechanical and histological behavior in terms of new bone formation, enhanced mechanical stability and optimum osseointegration.