即時荷重歯科インプラントの有限要素解析に力学生物学的細胞機能を追加する

Adding mechanobiological cell features to finite element analysis of an immediately loaded dental implant.

抄録

有限要素解析（FEA）は、主にインプラント学において、歯科材料の挙動を解析するために使用されてきた。しかし、FEAは機械的解析であり、荷重をかけたインプラントの治癒過程の生物学的特性をシミュレートしようとした研究はほとんどありません。本研究では、混合則を用いて、歯槽骨ソケットおよび骨-インプラント接合界面における即時インプラントの生物学的治癒過程をFEAによりシミュレーションした。構造物の3次元幾何学モデルを取得し、材料特性は文献から導出した。混合則を用いて治癒期間（即時荷重と初期荷重）をシミュレートし、in vivoの研究に基づく各細胞タイプの濃度が最終的な弾性率に影響を与えた。100Nの咬合荷重を軸方向および斜め方向にシミュレートした。モデルの最大主ひずみと最小主ひずみを評価し、Frostのメカノスタットを用いて骨の過負荷を評価した。頸部付近の治癒領域と皮質骨組織に高いひずみ集中が認められた。骨過負荷は、即時荷重条件でより高かった。本研究で使用した方法は、生物学的治癒プロセスのシミュレー ションに役立ち、FEAの結果を臨床に関連付けるのに有用であろう。

Finite element analysis (FEA) has been used to analyze the behavior of dental materials, mainly in implantology. However, FEA is a mechanical analysis and few studies have tried to simulate the biological characteristics of the healing process of loaded implants. This study used the rule of mixtures to simulate the biological healing process of immediate implants in an alveolus socket and bone-implant junction interface through FEA. Three-dimensional geometric models of the structures were obtained, and material properties were derived from the literature. The rule of mixtures was used to simulate the healing periods-immediate and early loading, in which the concentration of each cell type, based on in vivo studies, influenced the final elastic moduli. A 100 N occlusal load was simulated in axial and oblique directions. The models were evaluated for maximum and minimum principal strains, and the bone overload was assessed through Frost's mechanostat. There was a higher strain concentration in the healing regions and cortical bone tissue near the cervical portion. The bone overload was higher in the immediate load condition. The method used in this study may help to simulate the biological healing process and could be useful to relate FEA results to clinical practice.