学位研

究紹介197

学 位 研 究 紹 介

CT データを用いた上顎骨モデルにおけるインプラント有限要素解析 : 従来型モデルとの比較検討とその応用
Finite Element Analysis of an
Implant-embedded Maxilla Modelfrom CT Data: Comparison with theConventional Model and One Application
口腔生命科学専攻

口腔健康科学

生体歯科補綴学分野

奥村暢旦

Division of Bio-Prosthodontics
Department of Oral Health Science
Course of Oral Life Science

られた DICOM データをデータ変換し，大規模構造解析用要素分割ソフトを用いて，上下的には上顎歯槽骨から上顎洞約 2/3 まで，前後的には上顎骨前鼻棘から蝶形骨翼状突起，左右的には両側頬骨側頭突起基部までを含む「広範囲モデル」を構築した。この広範囲モデル右側第一大臼歯部に 4.1× ８mm のシリンダーインプラントを構築し，四面体要素にて要素分割，インプラント中央軸方向に 100N の荷重条件（図１）と上顎洞上部および両側頬骨側頭突起の拘束を設定し解析した。応力解析結果を von Mises 相当応力にて表示した（図２）。さらに，広範囲モデルの結果からモデルサイズを決定し（近遠心20mm，頬舌 9.5mm，高さ 13mm），右上臼歯部歯槽骨と上顎洞 2/3 に限局した部分モデル（海綿骨の有無により，「モデル１，２」）を同解析ソフトにて構築した（図Niigata University Graduate School of Medical and Dental3a,b）。四面体要素にて要素分割し，広範囲モデルと同Sciences様な荷重・拘束条件にて（図 3c）インプラント周囲骨

Nobuaki Okumuraにおける応力分布を解析し，von Mises 相当応力にて表示することで広範囲モデルと比較した。

【目的】

過度の咬合負担は，インプラントの成否に影響するリスクファクターとされている。
この力学的問題の検討に，３次元有限要素解析（3D － FEA）はこれまで広く用いられてきたが，その大部分は下顎の部分的なモデルを用いたものである。上顎においてはインプラントの成功率

図１

広範囲モデル全体及びインプラント拡大（矢印：荷重）

図２

広範囲モデル von Mises 相当応力表示 a: 咬合面側全体図及びインプラント頚部拡大図 b: 上顎洞底側全体図及びインプラント先端付近皮質骨拡大図

図３

 : モデル１（断面図）
a，b: モデル２（断面図），c: 要素分割モデル１（矢印：荷重，拘束）が劣るとされているにも関わらず十分な検討が行われてこなかった。特に上顎臼歯部に関しては依然として多くの検討すべき点が存在するが，実際に力学的な環境を厳密にシミュレートするためには，まず FEA モデルのサイズ・荷重条件を生体と近似する必要があり，その上でより詳細な検討を行うべきである。
そこで，頭蓋骨から導出したモデル（広範囲モデル）を構築・応力解析し，その解析結果による応力分布を考慮した単純な片側上顎臼歯部モデル（部分モデル）を構築し，応力解析を行った。両者の解析結果を比較することで部分モデルの有用性を検討した。
その後，この部分モデルを応用した臼歯部分モデルを用いて，上顎の皮質骨の厚さ・インプラントの形態および直径による骨応力への影響について検討を行った。

【方法】

ヒト無歯顎乾燥頭蓋骨のヘリカル CT 撮影によって得－ 97 －198

新潟歯学会誌

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（2）
：2009

その後，上記の結果を考慮して，単純化した海綿骨周（２）広範囲モデルの応力は，インプラントの頸部周囲囲を皮質骨で被覆し，上顎洞を含む臼歯部分モデルを構の皮質骨および根尖付近の上顎洞底部皮質骨に集中し，築した（近遠心 30 ㎜，頬舌 9.9mm，高さ 29mm）（図４）。

そこから近遠心に１歯分程度周囲に拡がるという分布傾

その際，歯槽骨頂部の皮質骨厚さをモデル３：1.5 ㎜，向を示した。モデル１，２も同様な応力分布を示した（図モデル４：1.0 ㎜，モデル５：0.5 ㎜，モデル 6：0 ㎜と２）。

設定した。それぞれについてシリンダー（直径 4.1mm） （３）歯槽頂部の皮質骨が薄くなるに従い，皮質骨の最とスクリュー（直径 4.1mm と 4.8mm）のインプラント大応力値の増加が認められ（表１），モデル６においては，モデルを構築し，垂直方向に 100N もしくは頬舌方向に垂直荷重時の応力が上顎洞底にまで及んでいた（図５）。

50N の荷重を加え，合計 12 モデル・24 パターンについ（４）モデル６における海綿骨の最大応力値の増加は頬てインプラント周囲骨の応力分布を検討し，応力値を比舌荷重時に顕著であり，モデル３もしくは４と比較した較した。

場合，インプラントの形態および直径に関わらず，最大【結応力値は 300％以上増加した（表１）。

果】（５）シリンダーや直径の太いインプラントは，歯槽頂部に皮質骨が存在する場合，頬舌荷重時に骨応力をある（１）広範囲モデルの構築を通じて，CT 撮影によって程度軽減したが，その影響は同部皮質骨の厚さに比べて得られた解剖学的形態を可及的に維持したうえで，モデ弱かった（表１）。

ルに反映し解析することが可能となった。

【考察】

今回，上顎骨 CT データを導出し，応力解析を行った
結果，下顎での手法と同様な臼歯部部分モデルを研究対象とする上で必要な同等性が解析結果から得られた。部
分モデルサイズに関しては，インプラント近遠心に１歯相当の範囲および 11mm 程度の高さの上顎洞を備えていれば，広範囲モデルに近似した力学的に整合性の高い
図４モデル３

結果を得られることが確認され，その有用性が示された。

4.8 ㎜スクリュー 断面図

今後，効率的な解析が可能な臼歯部部分モデルを研究対象として用いた，上顎におけるインプラントと周囲骨との力学的関係について様々な検討を加えることで，将来の臨床ツールとして期待されると考える。
歯槽頂部の薄い皮質骨は，インプラント周囲骨に高い応力集中を導き，インプラント失敗のリスクを高める可
図５4.1 ㎜スクリュー垂直荷重皮質骨断面図 von Mises 相
当応力表示 a : モデル３ b : モデル６能性が示唆された。さらに同部皮質骨が欠損している場
合には，より高い応力が海綿骨に分布し，特に頬舌方向に荷重を加えた場合に顕著となる。力学的観点からは，歯槽頂部に皮質骨が存在し咬表１
皮質骨最大応力値
モデル３
シリンダー 4.1（垂直） 23.407（頬舌） 52.984
スクリュー 4.1（垂直） 25.659（頬舌） 65.659
スクリュー 4.8（垂直） 20.419（頬舌） 49.163
海綿骨最大応力値
モデル３
シリンダー 4.1（垂直）
1.164
（頬舌）
1.51
スクリュー 4.1（垂直）
1.413
（頬舌）
2.351
スクリュー 4.8（垂直）
1.424
（頬舌）
1.762

モデル４27.485
57.64829.34378.04923.69451.745モデル４1.55
1.916
1.497
2.434
1.453
1.854

モデル５
42.20281.42939.52999.20736.34375.691
モデル５
1.728
2.779
2.852
5.1962.4814.254

モデル６9.101
10.6399.889
10.3688.352
10.385モデル６2.955
8.943
2.872
103.1
9.277

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合力の頬舌方向への作用が強い症例には，シリンダーインプラントもしくはより太い直径のインプラントを選択することで，インプラント周囲骨への応力をある程度軽減することが可能となる。しかし，シリンダーインプラントの初期固定・太い径のインプラントの埋入手技の難易度などを考慮すると，上顎臼歯部の成功率を高めるためには，インプラントの選択よりも歯槽頂部皮質骨の厚さに基づいた術前検討を十分行った上で，適応症例を判断することが重要であると考える。