最適化手法を用いた骨質評価法とインプラント形状の選択法の確立

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24592892
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 高山 芳幸 北海道大学, 大学病院, 講師 (30236369)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 紘子 (佐々木紘子) 北海道大学, 大学病院, 助教 (10511686) ; 横山 敦郎 北海道大学, 歯学研究科(研究院), 教授 (20210627)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: インプラント / 有限要素法 / 海綿骨 / 最適化

Outline of Annual Research Achievements

近年，欠損補綴の一手法として確立されたデンタルインプラントであるが，埋入する部位の骨の量と質によっては，サイズの大きなインプラントを用いたり，あるいは骨造成等が必要となるようなことがある．その判断基準は明確な数値的基準に乏しく術者の経験に負うところが大きいと考えられる．
そこで，最適化手法を応用して，骨質を表すパラメータ（皮質骨厚，海綿骨のヤング率）を種々変化させた有限要素解析を行い，骨の最大ひずみを評価値として応答局面を作成して，影響を解析した．その結果，皮質骨厚よりも海綿骨のヤング率の物性の影響が大きいことが示された．次に，インプラントのサイズを種々変更し，Mechanostat theory (Frost)に基づいてインプラントの適否を検討したところ，海綿骨のヤング率が0.5GPa以上であれば，インプラントのサイズを大きくすることで生理的なひずみの限界値を超えないことが示された．しかし，この値を下回る場合には，ひずみを生理的な範囲に抑制することは困難と考えられ，ひとつの目安となり得ることが示された．
さらに，最大相当歪みが生理的な適正値とされる値を超える場合は，インプラント先端部周囲の海綿骨に最大歪みがみられたことから，この部分の歪みを小さくするような形状や材質のインプラントが，力学的により好ましいと予想された．
しかし，CTデータから構築した有限要素(FE)モデルによる解析では，最適化計算の結果と比較して，歪みの値はやや低いが，最大相当歪みの現れる位置が異っていた．これは，最適化計算に用いたモデルの骨の物性が，皮質骨と海綿骨のそれぞれで一様であるとの仮定していたのに対し，CTから作成したモデルでは，骨の物性が部位によって大きくに異なっていたことが原因と考えられた．今後は，CTから多数のFEモデルを構築して解析を行い，傾向を分析することが必要であると考えられた．