日大歯学 , Nihon Univ Dent J, 89, 71-77, 2015

インプラント支持を利用した片側遊離端部分床義歯の力学的解析−インプラント埋入位置の影響−
渋谷哲

勇

日本大学大学院歯学研究科歯学専攻（指導：石上友彦 教授）

要旨：近年，遊離端欠損症例において，インプラント支持を利用した可撤性部分床型オーバーデンチャー（IARPD）による補綴治療の頻度が高くなりつつある。IARPD はインプラント固定性装置に比べ，外科的侵襲が少なく，インプラントによる咬合支持域の確保により義歯の機能性と安定性が向上するといわれているが，詳細は明らかではない。そこで本研究では，下顎片側遊離端欠損症例において IARPD で補綴治療した場合を想定し，欠損部顎堤へのインプラント埋入位置の相違が支台歯，義歯および床下組織に及ぼす力学的影響を三次元有限要素法を用いて検討した。解析モデルは，下顎左側第二小臼歯，第一大臼歯および第二大臼歯欠損とし，従来の遊離端義歯のみで補綴治療を想定したモデルをコントロールとし，インプラント埋入部位の異なる IARPD での補綴治療を想定した 3つのモデルの計 4 モデルとした。インプラント埋入位置は，下顎左側第二小臼歯，第一大臼歯および第二大臼歯相当部とした。その結果，インプラント埋入位置が最も遠心にあるモデルが，義歯および，直接支台装置を設置している支台歯の沈下を抑制することが認められた。
以上のことから，下顎左側第二小臼歯，第一大臼歯，第二大臼歯欠損症例に対し，IARPD で補綴治療をする場合，インプラントは最も遠心の第二大臼歯相当部に埋入することで，義歯の安定や支台歯の保護に大変有用であると考えられた。
キーワード：IARPD，片側遊離端欠損，有限要素法，インプラント，筋荷重緒およぼす力学的影響についても検討する必要がある。

言

そこで本研究は，下顎片側遊離端欠損症例において近年，インプラントを補助的な咬合支持要素とし，上IARPD で補綴治療をした場合を想定し，欠損部顎堤へ部構造体を根面板形態として応用したオーバーデンのインプラント埋入位置の相違が支台歯，義歯，およびチ ャ ー タ イ プ の 可 撤 性 部 分 床 義 歯（Implant Assisted

義歯床下組織におよぼす力学的影響を三次元有限要素法

Removable Partial Denture；以後 IARPD）が多く使用を用いて検討することで，インプラント埋入位置選択のされつつある。このような補綴処置は，インプラント埋根拠を明らかにすることを目的とした。

入本数が少なく，かつ短いインプラントでも応用するこ材料および方法とができるため，インプラント治療の中でも外科的侵襲が少ない 1）。また，インプラントを支台装置として応用

1.

三次元有限要素モデルの構築することで，支台歯間線を中心とした回転運動を制御し，解析モデルの構成要素は，皮質骨，海綿骨，顎堤粘膜，義歯の沈下防止に有用であると報告されている 1-4）ことか

歯，歯根膜，義歯床，支台装置，床連結子，金属冠，イら，インプラントによる支持能力の補助は，義歯の安定

ンプラントおよびアバットメントとした（第 1 図）。
解析モデルは，下顎左側第二小臼歯，第一大臼歯およに極めて有用であると考えられる。しかし，今だ文献的5）根拠に乏しく，詳細は明らかではない 。これまでの研び第二大臼歯が欠損した症例を想定し，欠損部位へのイ究で，下顎片側遊離端欠損症例に従来通りの遊離端義歯ンプラント埋入無しのモデルをモデル A，第二小臼歯相（Conventional Removable Partial Denture； 以 後当部，第一大臼歯および第二大臼歯相当部にそれぞれイCRPD）のみで補綴治療した場合と，同症例に対し第一大ンプラントを 1 本埋入したモデルをモデル B，C および臼歯相当部にインプラントを埋入し IARPD による補綴D とし，計 4 モデルを製作した（第 2 図）。部分床義歯の治療した場合を，三次元有限要素法を用いて比較検討し，

設 計 は， 内 田 6）の 方 法 と 同 様 と し， 左 側 第 一 小 臼 歯 に6）IARPD の有用性が報告されている 。しかし，欠損部顎RPI クラスプ，右側第一小臼歯に近心レスト，右側第一堤へのインプラント埋入位置の相違が義歯および生体に大臼歯に近心レスト付二腕鉤を設置し，リンガルバーに（受付：平成 27 年 1 月 21 日）〒 101 8310 東京都千代田区神田駿河台 1 8 1371

て連結した（第 1 図）。モデル B，C，および D のインプ

ANSYS Re.14.5（ANSYS Inc；以後 ANSYS）および 3 次

ラント体は，仮想咬合平面に対し垂直に埋入し，アバッ元ダイレクトモデラー（Space Claim Co.；以後 SCDM）

トメントとインプラントの中心軸を一致させた。インプを用いて下顎骨外形を構築した。皮質骨，海綿骨，顎堤

ラント上面部は皮質骨骨頂部の高さと一致させ，アバッ粘膜および義歯床のモデル寸法は，上条 11），藤田 12），忠トメント上縁は，顎堤粘膜最上縁と同等の高さとした（第隈 13）および寺倉 14）の報告（第 1 表）を参考に ANSYS およ3 図）。インプラント体と皮質骨の骨接触率は 100% を想び SCDM を用いて構築した。インプラントはブローネ

定した7-9）マルクシステム（Brånemark System MK Ⅲ RP，Nobel。

解析モデルの下顎骨外形は，頭蓋骨複製模型（P10-SB.1,Biocare Holding AG）のカタログ値を参考にプラットニッシン）をデュプリコーン（松風）を用いメーカー指示

ホ ー ム の 直 径 を 4.1 mm， イ ン プ ラ ン ト の 直 径 をにて印象採得後，デブコン ET（藤倉応用化工）を注入・3.75 mm，長さ 10.0 mm のスクリュータイプとした。

成型したものをモデル原型とした。この原型をマルチ本 解 析 モ デ ル で は， 各 構 成 要 素 全 接 触 面 に 対 し て，ディテクター CT（Asteion Super4 Edition，東芝）により

ANSYS の自動接触プログラムにより，接触要素を設定撮像し，その撮像データを基に高木 10）の方法に準拠し，した 15）。

汎 用 CAD プ ロ グ ラ ム Rhinoceros Ver.1.0（Robert

解析モデルの構築に用いた絶対座標系は，XY 平面がMcNeel & Associates），汎用有限要素解析プログラム

前頭面，YZ 平面が矢状面，XZ 平面が水平面となる直交座標系であり，咬合平面は XZ 平面と平行になるように設定した。
2.

材料特性値
皮質骨 16），海綿骨 16），歯 17），顎堤粘膜 18），全部金属

冠 19），支台装置 19），床連結子 19），義歯床 20），インプラ第1図

解析モデルの構成要素

第3図

解析モデル：アバットメント

第1表

第2図

解析モデル

72

解析モデルの寸法（厚径：mm）

IARPD の力学的解析

ントおよびアバットメント 21）の材料特性値は従来の報告

5.

解析項目を参考に設定した。歯根膜の材料特性値は，荷重変位特支台歯および義歯床の変位についての解析とその評価性が生体における実測値と近似するように設定した 22）

は，支台歯および義歯床の皮質骨に対する相対的な変位（第 2 表）。

について行った。さらに，各計測点の X，Y および Z 軸

3.

方向の変位量を算出し，それらを二乗した値の合計の平荷重条件方根を総変位量として評価した。

荷重条件は，左右両側臼歯部における噛みしめ時の筋23）の支台歯における計測点は，頬側咬頭頂と根尖部とし（第報告を参考に，第 3 表，第 4 表に示す各筋の走行方向お5 図），義歯床の計測点は，義歯床内面の 16 点とした（第よび収縮量を，全体座標（X，Y，Z）におけるベクトルに6 図）。インプラント支台装置頸部周囲皮質骨の応力解析換算し，算出した。その値を咬筋浅部，咬筋深部，内側は，義歯床下相当部皮質骨における最小主応力分布図お翼突筋，側頭筋前部，側頭筋中部，側頭筋後部，外側翼よび最小主応力値について行った。

収縮を想定した荷重とした。荷重量は，Korioth ら突筋下頭，外側翼突筋上頭および顎二腹筋前部の付着相結当部に与えた。
4.

拘束条件

果

1． 支台歯の変位について

高木 10）の報告を参考に，両側荷重時は両側下顎頭上面直接支台装置を設置した下顎左側第一小臼歯におけるを完全拘束とした。また，上顎左右第一大臼歯の中心窩

咬合面観および頬側面観の支台歯変位ベクトルを第 7 図および遠心窩，ならびに下顎左右第二大臼歯の中心窩相当部にあたる天然歯および義歯床上の人工歯の咬合接触第4表

点 12 ヶ所 23）を完全拘束とした（第 4 図）。

第2表

第3表

解析モデルの材料特性値

筋力の単位ベクトル

第4図73

拘束条件

筋力の大きさに示す。CRPD モデルであるモデル A において，歯冠部差は認められなかった。間接支台装置を設置した下顎右計測点が歯根部計測点と比較して遠心へ大きく変位し，側第一大臼歯における咬合面観および頬側面観の支台歯歯軸は遠心方向に傾斜しながら沈下した。モデル A と比変位ベクトルを第 9 図に示す。すべてのモデル間で変位較して，IARPD モデル（モデル B，C および D）におけ方向および量に大きな差は認められなかった。

る歯根部計測点の沈下方向への変位が極めて抑制され支台歯の総変位量のグラフを第 10 図に示す。総変位た。歯冠部計測点における遠心方向への変位は，モデル量は，直接支台装置を設置した左側第一小臼歯において，A，B，C，D の順で減少した。

歯冠部計測点（L4 a），歯根部計測点（L4 b）ともに，モデ間接支台装置を設置した下顎右側第一小臼歯におけるル A，B，C，D の順で減少した。間接支台装置を設置

咬合面観および頬側面観の支台歯変位ベクトルを第 8 図

している下顎右側第一小臼歯（R4）と下顎右側第一大臼歯に示す。すべてのモデル間で変位方向および量に大きな（R6）において，モデル間での総変位量に大きな差は認められなかった。

第5図

支台歯における計測点

第6図

義歯床における計測点

第7図

支台歯の変位ベクトル図：下顎左側第一小臼歯

74

第8図

支台歯の変位ベクトル図：下顎右側第一小臼歯

第9図

支台歯の変位ベクトル図：下顎右側第一大臼歯

第 10 図支台歯の総変位量

IARPD の力学的解析

ラント支台装置頸部周囲皮質骨の最小主応力値のグラフ

2． 義歯床の変位についてを第 14 図に示す。モデル B，C，D の順で圧縮応力の軽舌側面観，咬合面観および頬側面観における義歯床の微な増加を認めた。

変位ベクトルを第 11 図に示す。CRPD モデルであるモデル A において，義歯床全体が遠心舌側方向かつ沈下方考向へ変位していた。すべての IARPD モデルにおける義歯床の変位方向は，モデル A と同様であったが，すべて1.

察支台歯の変位についての計測点において，モデル B，C，D の順で変位量が減すべての IARPD モデル（モデル B，C および D）にお少した。さらに，沈下方向への変位量は，モデル B，C，ける歯根部計測点の沈下方向への変位は，モデル A と比D の順で顕著に減少した。

較して，極めて抑制されているのが認められた。これは，総変位量のグラフを第 12 図に示す。すべての計測点インプラントの支持能力により義歯床の沈下方向におけにおいて，モデル A，B，C，D の順で総変位量が減少る変位が抑制されたためと考えられる。Cunha ら 24）は，した。

IARPD における欠損部インプラント埋入位置に関して，3． 義歯床下相当部皮質骨の応力について

本研究と同様に第二小臼歯，第一大臼歯，第二大臼歯の義歯 床 下 皮 質 骨 の最小主応力分布を第 13 図に 示 す。

3 ヶ所を比較したところ，いずれの位置にインプラント

モデル B においてインプラント頸部遠心部に負の最小主を埋入しても支台歯の変位を十分抑制することができる応力，すなわち圧縮応力の集中が認められ，モデル C，と報告しており，本研究における IARPD モデルの変位D の順で遠心頬側部へと応力集中部位が頬側へ広がる変様相と一致している。

化が認められた。全ての IARPD モデルにおけるインプまた，直接支台装置を設置した歯冠部計測点における遠心方向への変位は，モデル A，B，C，D の順で減少した。これにより，より遠心部へのインプラント埋入が直接支台装置を設置した支台歯の変位の抑制に有用であ

第 11 図義歯床の変位ベクトル図

第 13 図第 12 図

義歯床の総変位量

第 14 図 インプラント周囲皮質骨の最小主応力値

75

義歯床下皮質骨の最小主応力分布

ることを示唆している。Ohkubo ら 25）は，遊離端欠損部堤粘膜最上縁と同等の高さを付与し，把持機能がないも前方に，インプラントを埋入することは，欠損側隣在歯のとしたが，支台歯および義歯の沈下を抑制するには，のクラスプを省略でき，審美向上に寄与することができインプラント支持のみで十分な効果が認められたと考えるかもしれないが，インプラント支持能力を十分に利用られる。

するには，より遠心側にインプラントを埋入することが，3.

義歯床下相当部皮質骨の応力について力学的に有効であると報告しており，本研究におけるCRPD モデルであるモデル A は，すべての IARPD モ

IARPD モデル（モデル B，C および D）における歯冠部デル（モデル B，C および D）と比較して，顕著な応力集計測点の変位様相の結果と一致している。

中を示さなかった。モデル A において，義歯床と義歯床CRPD モデルであるモデル A において，支台歯の歯冠下皮質骨の間に顎堤粘膜が介在することで，義歯床から部計測点が歯根部計測点と比較して遠心へ大きく変位伝わる応力が顎堤粘膜に緩衝されたためと考えられる。

し，歯軸は遠心方向に傾斜しながら沈下した。片側遊離モデル B において，インプラント頸部遠心部に圧縮応力

端義歯において，直接支台装置を設置している支台歯は，が集中し，モデル C，D の順で遠心頬側部へと応力集中支台歯の歯根膜と義歯床下粘膜の被圧変位量の差によ部位が頬側へ広がる変化が認められ，モデル B，C，D

26,27），本研究におけの順で，インプラント頸部遠心部における圧縮応力の軽るモデル A の下顎左側第一小臼歯の変位様相が一致して微な増加を認めた。これは，噛みしめ時の筋収縮を想定いることから，片側遊離端義歯における直接支台装置をした荷重時における皮質骨の上方，近心および頬側方向設定している支台歯の挙動を再現していると考えられへのたわみの影響 24）により，遠心部にあるインプラントる。

ほど，遠心頬側部へ圧縮応力が集中したと考えられる。

り，遠心方向に傾斜しながら沈下し間接支台装置を設置した下顎右側第一小臼歯と下顎右また，力点である咀嚼筋付着部に近接した，より遠心部側第一大臼歯においては，モデル間での変位に大きな差にあるインプラントが圧縮応力の軽微な増加をしめしたは認められなかった。すなわち，アバットメントの高さと考えられる。

を，顎堤粘膜最上縁と同等とし，把持機能がないものと以上のことから，下顎左側第二小臼歯，第一大臼歯，した本研究では，インプラントによる支持能力の向上は，第二大臼歯欠損症例に対し，IARPD で補綴治療をする

直接支台装置を設置した支台歯の保護には有効である

場合，インプラントは最も遠心の第二大臼歯相当部に埋が，間接支台装置を設置した支台歯には，インプラント入することで，インプラント支台装置としての支持効果による支持能力が機能しなかったと考えられる。

は高く，義歯の挙動を抑制し，直接支台装置を設置した

2.

支台歯の沈下および傾斜を抑制することが示唆された。

義歯床の変位について
モデル A と比較して，すべての IARPD モデル（モデ結ル B，C および D）における義歯床の遠心舌側への変位方論

向はモデル A と同様であったが，すべての計測点におい本研究は，下顎片側遊離端欠損症例において，インプてモデル B，C，D の順で変位量が減少し，かつ沈下方ラント支持による部分床型オーバーデンチャーを想定

向への変位量もモデル B，C，D の順で顕著に減少した。

し，歯牙欠損部顎堤へのインプラント埋入位置の相違が，

これは，遊離端欠損症例に対してインプラントによる支台歯，義歯床および義歯床下皮質骨に及ぼす力学的影支台装置を応用することで，支持様式が歯根膜粘膜支持響について三次元有限要素法を用いて検討した結果，以から，歯根膜粘膜支持およびインプラントによる支持と下の結論を得た。

なることにより義歯床の変位量が減少し，さらに，支台1.

支台歯の変位において，直接支台装置を設置してい歯から遠位の遊離端欠損部にインプラントによる支持がる下顎左側第一小臼歯では，モデル A では沈下しなあることで，より義歯床の挙動が抑制されたためと考えがら遠心傾斜しているのに対し，インプラント支持られる。Brudvik ら 4）は，遊離端欠損症例を IARPD にを有するモデル B，C，および D は，沈下および遠て補綴治療をする場合，インプラントをできるだけ遠心心方向への変位が抑制された。変位量は，歯冠部，に埋入することで，義歯床の安定を図ることができると歯根部ともに，モデル A，B，C，D の順で減少した。

述べているが，本研究における IARPD モデルの結果は，間接支台装置を設置している下顎右側第一小臼歯お4）

よび第一大臼歯については，すべてのモデル間で変Brudvik ら の報告を支持する内容であった。

位に大きな差は認められなかった。

CRPD モデルであるモデル A において，義歯床全体が2.

遠心舌側方向かつ沈下方向へ変位し，片側遊離端義歯の挙動として，西田ら 27）の報告と一致している。

義歯床の変位方向において，すべてのモデルで，遠心舌側および沈下方向であり，変位量は，すべての計測点において，モデル A，B，C，D の順で減少しまた，本研究におけるインプラントアバットメントのた。

高さは，インプラント支持機能のみを評価するため，顎76

IARPD の力学的解析

3.

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義歯床下相当部皮質骨の応力において，インプラント頸部周囲皮質骨部に圧縮応力の集中が認められた。モデル B において，インプラント頸部遠心部に圧縮応力が集中し，モデル C，D の順で遠心頬側部へ応力集中部位が頬側へ変化し，かつ圧縮応力の軽微な増加を認めた。

稿を終えるにあたり，懇切なるご指導およびご校閲を賜りました日本大学歯学部石上友彦教授に深い感謝の意を表します。また，専攻の立場からご指導を賜った日本大学歯学部祇園白信仁教授，清水典佳教授および米山隆之教授に心より感謝いたします。
あわせて，本研究に対して多大なるご助言を頂きました日本大学歯学部大山哲生専任講師，ならびに本学局部床義歯学講座医局員，補綴学専攻大学院生各位，また，研究にご協力頂きました本学部放射線学教室に感謝の意を表します。
本研究は，平成 26 年度大学院歯学研究科研究費（学生研究費）の助成を受け行われました。

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