3次元有限要素解析によるAll-on-4治療コンセプトにおける異なる補綴材料とインプラント後方角度の生体力学的比較

Biomechanical comparison of different prosthetic materials and posterior implant angles in all-on-4 treatment concept by three-dimensional finite element analysis.

抄録

本研究は、All-on-4インプラント支持型上顎固定性補綴物における異なる補綴材料とインプラント後方角度のバイオメカニクス的挙動を3次元有限要素解析により評価することを目的とした。RhinocerosとVRMesh Studioを使用して、完全無歯顎の上顎模型を作製した。All-on-4設計により、前方垂直インプラントと17°および30°角度の後方インプラントを埋入した。3Dスキャナーを使用し、直線と角度のあるマルチユニットアバットメントをスキャンしました。2種類の補綴上部構造（モノリシックジルコニアフレームワークとジシリケートリチウムベニア（ZL）およびモノリシックジルコニア強化ケイ酸リチウム（ZLS））を模型化した。補綴構造と後方インプラントの角度に応じて4つのモデルを設計した。後方垂直両側荷重と前方斜め荷重を行った。主応力（骨組織-PmaxとPmin）とvon Mises等価応力（インプラントと補綴構造）を解析した。すべてのモデルにおいて、Pmax応力値が最も高く算出されたのは、皮質骨における後方両側荷重の場合であった。ZL-17およびZL-30モデルにおいて、後方両側荷重下で最も高いvon Mises応力レベルは、それぞれ後方インプラントで発生した（260.33MPaおよび219.50MPa）。いずれの荷重下でも、ZLモデルと比較してZLSモデルで補綴構造物の応力レベルが高いことが示された。インプラント材料と歯槽骨組織に生じる応力分布については、インプラントの後方角度による差は認められなかった。ZLSおよびZL補綴構造物は、上顎のAll-on-4リハビリテーションに確実に使用できる。

The study aimed to evaluate the biomechanical behaviors of different prosthetic materials and posterior implant angles in All-on-4 implant-supported fixed maxillary prostheses with three-dimensional (3D) finite element analysis. The model of complete edentulous maxilla was created using the Rhinoceros and VRMesh Studio programs. Anterior vertical and 17°- and 30°-angled posterior implants were positioned with All-on-4 design. Straigth and angled multi-unit abutments scanned using a 3D scanner. Two different prosthetic superstructures (monolithic zirconia framework and lithium disilicate veneer (ZL) and monolithic zirconia-reinforced lithium silicate (ZLS)) were modeled. Four models designed according to the prosthetic structure and posterior implant angles. Posterior vertical bilateral loading and frontal oblique loading was performed. The principal stresses (bone tissues-Pmax and Pmin) and von Mises equivalent stresses (implant and prosthetic structures) were analyzed. In all models, the highest Pmax stress values were calculated under posterior bilateral loading in cortical bone. The highest von Mises stress levels occured in the posterior implants under posterior bilateral load (260.33 and 219.50 MPa) in the ZL-17 and ZL-30 models, respectively. Under both loads, higher stress levels in prosthetic structures were shown in the ZLS models compared with ZL models. There was no difference between posterior implant angles on stress distribution occurred in implant material and alveolar bone tissue. ZLS and ZL prosthetic structures can be reliably used in maxillary All-on-4 rehabilitation.