有限要素解析を用いた歯科インプラントの長さと直径の包括的な生体力学的評価：システマティックレビュー

A comprehensive biomechanical evaluation of length and diameter of dental implants using finite element analyses: A systematic review.

抄録

背景:

現在、様々な歯科インプラントが臨床現場で使用されているが、欠損歯の咬合力に耐えるのに最適な歯科インプラントのタイプを選択するためのエビデンスは限られている。有限要素解析（FEA）は、骨とインプラント内の生体力学的応力の分布を研究するために、歯科インプラント学に適用されている信頼性の高い技術である。

BACKGROUND: With a wide range of dental implants currently used in clinical scenarios, evidence is limited on selecting the type of dental implant best suited to endure the biting force of missing teeth. Finite Element Analysis (FEA) is a reliable technology which has been applied in dental implantology to study the distribution of biomechanical stress within the bone and dental implants.

目的:

本研究の目的は、FEAを用いて歯科インプラントの長さと直径に関する生体力学的特性を評価するためにシステマティックレビューを行うことである。

PURPOSE: This study aimed to perform a systematic review to evaluate the biomechanical properties of dental implants regarding their length and diameter using FEA.

材料と方法:

PubMed/MEDLINE、Scopus、Embase、Web of Scienceにおいて、2003年10月から2023年10月までに英語で発表された査読付き研究を包括的に検索した。データは、面積、骨層、骨の種類、インプラントの設計、インプラントの材質、インプラントの直径、インプラントの長さ、応力単位、荷重の種類、実験的検証、収束解析、境界条件、有限要素モデルの各部、安定係数、研究変数、主な所見というトピックに基づいて整理した。本研究はPROSPEROにCRD42022382211で登録されている。

MATERIAL AND METHODS: A comprehensive search was performed in PubMed/MEDLINE, Scopus, Embase, and Web of Science for peer-reviewed studies published in English from October 2003 to October 2023. Data were organized based on the following topics: area, bone layers, type of bone, design of implant, implant material, diameter of implant, length of implant, stress units, type of loading, experimental validation, convergence analysis, boundary conditions, parts of Finite Element Model, stability factor, study variables, and main findings. The present study is registered in PROSPERO under number CRD42022382211.

結果:

検索結果は852件で、このうち40件が組み入れ基準を満たし、本研究で選択された。インプラントの直径と長さは、それぞれ皮質骨と海綿骨の応力分布に有意に影響することが判明した。インプラントの直径は、インプラント周囲の応力集中を最小化し、顎堤の過負荷を回避するための重要な因子であることが確認された。応力軽減の観点からは、骨密度が低下するにつれて、インプラントの長さがますます重要になる。

RESULTS: The query yielded 852 results, of which 40 studies met the inclusion criteria and were selected in this study. The diameter and length of the dental implants were found to significantly influence the stress distribution in cortical and cancellous bone, respectively. Implant diameter was identified as a key factor in minimizing peri-implant stress concentrations and avoiding crestal overloading. In terms of stress reduction, implant length becomes increasingly important as bone density decreases.

結論:

歯科用インプラントの直径は、インプラントの長さよりも、静的および即時荷重条件下での骨応力分布の低減とインプラントの安定性の向上に重要である。直径の大きい短いインプラントは、直径の小さい長いインプラントよりも低い応力を発生させることが判明した。インプラントシステム、カンチレバーの長さ、スレッドの特徴、アバットメントカラーの高さなど、その他の潜在的な影響力を持つ設計因子も、インプラントの性能に影響を与える可能性があるため、今後のインプラントの設計において考慮する必要がある。

CONCLUSIONS: The diameter of dental implants is more important than implant length in reducing bone stress distribution and improving implant stability under both static and immediate loading conditions. Short implants with a larger diameter were found to generate lower stresses than longer implants with a smaller diameter. Other potential influential design factors including implant system, cantilever length, thread features, and abutment collar height should also be considered in future implant design as they may also have an impact on implant performance.