モーダル解析によるオッセオインテグレーションとスクリュー連結状態の検査機器の開発

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K09649
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宮下 牧子 東北大学, 大学病院, 医員 (40814405)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 啓一 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30178644) ; 小川 徹 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (50372321) ; 内藤 英樹 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50361142)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: モーダル解析 / オッセオインテグレーション / スクリュー連結状態

Outline of Annual Research Achievements

歯科インプラント治療においては，良好で強固な初期固定，それに続く確実なオッセオインテグレーションの獲得が重要であり，適切にその状態を把握することは，適切な荷重時期の決定やインプラントの長期安定性の獲得に繋がり，その生存率を大きく左右する．また歯科インプラント臨床上の偶発症として，アバットメントスクリューの緩み，スクリューの破折等が挙げられ，インプラント補綴終了後のメインテナンス時にスクリューのわずかな緩みを検出できれば，予期しない上部構造の脱落や破折を未然に防ぐことができる．
本研究は，インプラント体埋入から上部構造装着に至る治療過程，さらにその後のメインテナンス時において，インプラント体のオッセオインテグレーション状態ならびに上部構造連結状態をチェアサイドで簡便に評価しうる検査機器の開発を目的とし，共振周波数分析 (Resonance Frequency Analysis: RFA) およびモードシェイプ特性や振動減衰特性を用いて物体の動的特性を多角的評価するモーダル解析を応用して, インプラント・オッセオインテグレーションの進行度や状態の詳細, 上部構造装着後のアバットメント連結状態（スクリューの緩み）を評価する．
昨年度は, これまで申請者らが施行した共振周波数分析結果およびμＣＴデータを用いてスライスデータを取り込み, インプラント体とその周囲骨の三次元有限要素解析（FEA）モデルを構築し, 減衰特性や各モードの振幅の比率を算出するために周波数応答解析を行った. センサ取付位置の節点の応答をグラフ化し，これまで施行した実験と同じスペクトル図を作成した.

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

三次元有限要素解析モデルの構築および周波数応答解析が, 当初の計画よりも時間を要してしまった.
現在, 作成したスペクトル図と, 得られた共振周波数，モード解析および周波数応答解析により，モーダルパラメータの抽出を行う方法, 条件について, 比較検討中である.

Strategy for Future Research Activity

今年度は, 雄性ニュージーランドウサギ脛骨に全身麻酔下にて，両側脛骨に各3本ずつチタン製インプラントを埋入し，インプラント埋入モデルの作成を行う. ウサギ脛骨モデルにて, カスタムメイドの共振周波数分析装置を用いて，インプラントに低周波から高周波の微弱振動を与えた際の変位を時系列波形として，埋入後から8週まで経時的に記録し，高速フーリエ変換（FFT）にて共振周波数へ変換する．埋入後8週で屠殺後，皮膚を剥離し，インプラントおよび骨を露出し，10Nでスクリューを締結した時点をスターティングポイント（10N, 0°）とし，スクリューの緩みの異なる13条件での時系列波形を記録し，同様に共振周波数へ変換する．前年度に有限要素解析にて算出したモーダルパラメータおよび動物実験により得られた固有振動特性を用い，モーダル解析を実施し，動的特性，減衰特性を検索する．

Causes of Carryover

（理由）当初計画していた今年度の実験が効率的に進行したことに伴い発生した未使用額であり, 次年度の研究遂行により使用する予定である.
（使用計画）当初予定していた各種実験器具の購入, 動物実験、研究打ち合わせおよび研究成果発表旅費として使用予定である.