異なる材料を用いた上顎後面におけるインプラント保持補綴物の生体力学的挙動：有限要素法による検討

Biomechanical behavior of implant retained prostheses in the posterior maxilla using different materials: a finite element study.

抄録

背景:

本研究の目的は、有限要素解析(FEA)を用いて、異なる補綴材料を使用した上顎後部のインプラント保定補綴物の中軸および遠位の軸外延長部の生体力学的挙動を評価することである。

BACKGROUND: The aim of this study is to evaluate the biomechanical behavior of the mesial and distal off-axial extensions of implant-retained prostheses in the posterior maxilla with different prosthetic materials using finite element analysis (FEA).

方法:

匿名患者の無傷の上顎骨のコーンビームCT（CBCT）画像に基づき、3つのインプラント構成と補綴物デザイン（固定式、メシアルカンチレバー、ディスタルカンチレバー）による3次元（3D）有限要素モデルを設計し、モデリングした。3DモデリングソフトウェアMimics Innovation Suite（Mimics 14.0 / 3-matic 7.01; Materialise, Leuven, Belgium）を使用した。すべてのモデルは、FEパッケージMarc/Mentat（ver.2015; MSC Software, Los Angeles, Calif）にインポートされた。次に、個々のモデルに300Nの個別のアキシャル荷重をかけた。軸荷重下でのプロテーゼ、インプラント、骨のVon mises応力値が計算された。

METHODS: Three dimensional (3D) finite element models with three implant configurations and prosthetic designs (fixed-fixed, mesial cantilever, and distal cantilever) were designed and modelled depending upon cone beam computed tomography (CBCT) images of an intact maxilla of an anonymous patient. Implant prostheses with two materials; Monolithic zirconia (Zr) and polyetherketoneketone (PEKK) were also modeled .The 3D modeling software Mimics Innovation Suite (Mimics 14.0 / 3-matic 7.01; Materialise, Leuven, Belgium) was used. All the models were imported into the FE package Marc/Mentat (ver. 2015; MSC Software, Los Angeles, Calif). Then, individual models were subjected to separate axial loads of 300 N. Von mises stress values were computed for the prostheses, implants, and bone under axial loading.

結果:

インプラント(111.6MPa)と骨(100.0MPa)のフォンミーゼス応力が最も高かっ たのは、PEKK材を使用した遠位カンチレバーモデルであり、インプラント(48.9MPa)と骨(19.6MPa)のフォンミーゼス応力が最も低かっ たのは、ジルコニア材を使用した固定式モデルであった。ジルコニア材料を使用した遠位カンチレバー・モデルでは、人工歯内のフォンミーゼス応力が最も高い値（105MPa）を示したが、PEKK材料を使用した固定モデルでは、人工歯内の応力が最も低い値（35.4MPa）を示した。

RESULTS: The highest von Mises stresses in implant (111.6 MPa) and bone (100.0 MPa) were recorded in distal cantilever model with PEKK material, while the lowest values in implant (48.9 MPa) and bone (19.6 MPa) were displayed in fixed fixed model with zirconia material. The distal cantilever model with zirconia material yielded the most elevated levels of von Mises stresses within the prosthesis (105 MPa), while the least stresses in prosthesis (35.4 MPa) were recorded in fixed fixed models with PEKK material.

結論:

本研究の結果から、剛性の高いジルコニア材 料を使用したカンチレバーのないインプラント固定 式の補綴物の組み合わせは、より優れた生体力学的挙 動と骨およびインプラント周囲の応力分布を示した。補綴材料として、弾性率の低いPEKKは、特に遠位カンチレバーを使用した場合に、インプラントと周囲の骨により多くの応力を伝達した。

CONCLUSIONS: In the light of this study, the combination of fixed fixed implant prosthesis without cantilever using a rigid zirconia material exhibits better biomechanical behavior and stress distribution around bone and implants. As a prosthetic material, low elastic modulus PEKK transmitted more stress to implants and surrounding bone especially with distal cantilever.