インプラント支持固定式フルアーチ下顎補綴における下顎の撓みと頂部骨応力分布：3次元有限要素解析

Mandibular Flexure and Crestal Bone Stress Distribution on an Implant-Supported Fixed Full Arch Mandibular Prosthesis: Finite Element Analysis in Three Dimensions.

抄録

目的 この研究の目的は、3次元有限要素解析を用いて、4つの下顎完全アーチ上部構造が下顎屈曲時の顎堤骨の応力分布に与える影響を評価・分析することである。材料と方法 異なるインプラント保定フレームワークデザインを持つ下顎の4つの有限要素モデルを開発した。このうち3つのモデルは、正中線からそれぞれ11.8mm、18.8mm、25.8mmの間隔で6本の軸状インプラントを埋入した。1つのモデルは、正中線から8.4mm、13.4mm、18.4mm の間隔で、2本の傾斜インプラントと4本のアキシャルインプラントを1枚のフレームワークでスプリントしたものである。応力分布を解析するために、完成品を有限要素シミュレーショ ン用のANSYS R 18.1ソフトウェア（Sirsa, Haryana, India）に転送し、モデルを構築し、両端を拘束し、50N、100N、 150Nの両側垂直荷重をフレームワークの遠位部に加えた。結果 4つの3D FEMにそれぞれ両側荷重を加え、Von Mises応力と全変形量を評価した結果、1つのフレームワークで6本の軸状インプラントを支持したモデルが最も大きな全変形量を示し、4本の軸状インプラントと2本の遠位傾斜インプラントを支持したモデルが最も大きなVon Mises応力を示した。結論 この3D FEAの制約の中で、下顎の撓みとインプラント周囲の骨応力は、フレームワークの分割方法と下顎運動の性質に影響されることが明らかになった。骨応力が最も少ない3種類のフレームは、軸状インプラントに2ピースフレームワークを装着した場合に生じる下顎の変形によって示される。インプラントの数に関係なく、6本のインプラントでスプリ ントされたシングルフレームでは、インプラントの角 度にかかわらず、インプラント周囲の骨応力が最も高 く、下顎の屈曲が認められる。臨床的意義 無歯顎に関しては、骨とインプラントの界面や補綴物の上部構造 のさまざまな度合いで、インプラント支持修復システムの応力を軽減す ることが、インプラント治療の基本的な目標の1つである。適切な設計と低い弾性率を持つフレームワークは、機械的なリスクを軽減します。さらに、インプラントの本数を多くすることで、カンチレバーやインプラント間のスペーシングを防ぐことができます。

Aim This study's objective was to assess and analyze, using 3D Finite Element Analysis, the impact of four mandibular complete arch superstructures on the distribution of stress in the crestal bone during mandibular flexure. Materials and methods Four Finite element models of the mandible with different implant-retained framework designs have been developed. Three of these models had six axial implants placed at intervals of 11.8 mm, 18.8 mm and 25.8 mm from the midline, respectively. One model had two tilted implants and four axial implants splinted with a single piece of framework at intervals of 8.4 mm, 13.4 mm and 18.4 mm from the midline. For analyzing the stress distribution, the finished product was transferred to ANSYS R 18.1 software (Sirsa, Haryana, India) for finite element simulation, the models were constructed, the ends were restrained, and bilateral vertical loads of 50N, 100N and 150N were applied to the distal part of the framework. Results Bilateral loads were applied to each of the four 3D FEM and after assessment of Von Mises Stress and Total Deformation, a finding was made that the model with six axial implants supported by a single piece of framework underwent the highest total deformation and the model with four axial implants and two implants with distal tilts displayed most significant Von Mises stress. Conclusion Within the constraints of this 3D FEA, it was determined that mandibular flexure and peri-implant bone stress were affected by the way the framework is divided and the nature of mandibular movement. The three types of frames with the least bone stress are demonstrated by the mandibular deformation that results from two-piece frameworks on axial implants. Regardless of the number of implants, the single framework splinted with six implants shows a flexure in mandible with the highest bone stress around the implant irrespective of the angulation of the implant. Clinical significance When it comes to edentulous jaws, reducing stress in implant-supported restorative systems at varying degrees of the bone and implant interfaces and superstructures of prosthetics is one of the fundamental goals of implant treatment. A framework with proper design and a low modulus of elasticity reduces mechanical risk. Additionally, a larger number of implants helps to prevent cantilevers and spacing between the implants.