all-on-4コンセプトにおけるカンチレバーの長さが異なる傾斜インプラント周囲の応力の生体力学的解析

Biomechanical analysis of stress around the tilted implants with different cantilever lengths in all-on-4 concept.

抄録

背景:

多くの臨床研究において、All-on-4コンセプトの高い成功率が報告されている。本研究では、2次元光弾性法を用いて、All-on-4システムにおける異なる傾斜遠位インプラントとカンチレバーの長さによる応力分布を比較し、コンピュータ支援設計（CAD）とラピッドプロトタイピング（RP）によりAll-on-4インプラント光弾性モデルを確立することを目的とした。方法：下顎無歯顎のCTデータを取得した．下顎無歯顎のAll-on-4インプラントの遠位傾斜インプラントホールを3種類作製し，Mimic，Geomagic Studio，光造形機を用いて光弾性モデルを作製した．その後、従来の方法で最終的な光弾性モデルを作製した。3つのモデルには、それぞれ4本のNobelSpeedy Replaceインプラントが臼歯間領域間に埋入されていた。後方2本のインプラントは、精神孔の手前0度、15度、45度遠位に埋入した。4本のインプラントは、コバルトクロム合金のフレームワークで固定されていた。3つの光弾性模型はそれぞれ、フレームワーク上の5点（下顎第一大臼歯の中心窩、カンチレバーの長さ0mm、5mm、10mm、15mm）で150Nの垂直荷重を受けた。模型に生じた応力をデジタルカメラで撮影し、応力フリンジパターンの最高値を記録した。

BACKGROUND: Many clinical studies have reported the high success rate of the All-on-4 concept. In the present study, we aimed to compare the stress distribution with different tilted distal implants and cantilever lengths in an All-on-4 system using the two-dimensional photoelastic method and to establish the All-on-4 implant photoelastic model by computer-aided design (CAD) and rapid prototyping (RP).  METHODS: The data of the human edentulous mandible were acquired by computed tomography (CT). Three human edentulous mandible All-on-4 implant models with different distally inclined implant holes were fabricated using Mimic, Geomagic Studio software, and a light solidifying fast shaping machine. Then the final photoelastic models were established through the traditional method. Each of the three models had four NobelSpeedy Replace implants between the interforaminal regions. The two posterior implants were placed 0, 15, and 45 degrees distally before the mental foramen. The four implants were splinted by wrought cobalt-chromium alloy frameworks. Each of the three photoelastic models was submitted to a 150 N vertical load at five points on the framework: the central fossa of the mandibular first molar, and 0 mm, 5 mm, 10 mm, and 15 mm of the cantilever length. The stress produced in the models was photographed with a digital camera, and the highest value of the stressed fringe pattern was recorded.

結果:

CADとRPにより構築されたAll-on-4インプラント光弾性モデルは、制御性が高く、修正が容易であった。インプラントの位置と傾斜は正確で、受動的にフレームワークを埋入することができた。同じ傾斜のAll-on-4遠位インプラントに比べ、傾斜した1本のインプラント周囲の応力値は高かった。下顎第一大臼歯の中心窩で荷重をかけた場合、0度遠位インプラントと45度遠位インプラントがそれぞれ最も高い応力と最も低い応力を示した。同じ傾斜角の遠位インプラントでは、カンチレバーの長さが長くなるにつれて、インプラント周囲の骨応力が増加した。

RESULTS: The All-on-4 implant photoelastic model established by CAD and RP was highly controllable and easy to modify. The position and inclination of implants were accurate, and the frameworks could be passively emplaced. The stress values were higher around a single tilted implant compared with the distal implant in All-on-4 with the same inclination. The 0-degree distal implant and 45-degree distal implant demonstrated the highest and lowest stress when loading at the central fossa of the mandibular first molar, respectively. With the same inclination of distal implant, the peri-implant bone stress increased as the length of cantilever increased.

結論:

CADとRPを用いてAll-on-4インプラント光弾性モデルを構築する方法は、制御性が高く、便利で、迅速かつ正確であった。また、カンチレバーの長さを短くした完全固定式補綴物にスプリントされた傾斜インプラントは、垂直遠位インプラントに比べて応力レベルを増加させることはなく、応力分布に対するカンチレバーの影響は、インプラントの埋入による影響よりも大きいことが示された。

CONCLUSION: The method of establishing the All-on-4 implant photoelastic model by CAD and RP was highly controllable, convenient, fast, and accurate. The tilted implants splinted in the fully fixed prosthesis with reduced cantilever lengths did not increase the stress level compared with the vertical distal implants.And this illustrated that the influence of cantilever on stress distribution was greater than the influence of implant inlination.