JP2011217911A - 歯科用インプラントのフィクスチャー - Google Patents

Abstract

【課題】オッセオインテグレーティッドインプラントのフィクスチャー形状に係り、特に根尖部の形状を考慮し、荷重に対して過度の集中を回避して長期安定性を確保できる歯科用インプラントのフィクスチャーを提供する。
【解決手段】歯科用インプラントのフィクスチャー根尖部３２における応力分散を可能とする根尖部形状について、略半球形状の根尖部３２に、複数の溝を３４横方向に設けた歯科用インプラントのフィクスチャーである。溝３４の断面形状は、略三角形である。また、溝は滑らかなくびれ形状であってもよい。溝３４の数は、根尖部３２に２〜４本である。溝の形状は、深さＬが根尖部根元の外形Ｄの５％〜１５％である。
【選択図】図６

Description

本発明は、喪失した歯を補綴するための人工的な歯科用インプラントに係り、歯の咀嚼機能による加圧に適応したインプラントにおけるフィクスチャーの根尖部形状に関する。

虫歯や歯周病により喪失した歯の機能再獲得のために、金属やセラミックス等の人工材料により置換して喪失した口腔機能を補う手段としては、義歯を歯根に埋めたり、完全に歯根まで喪失した場合は、健康な歯にブリッジをかけ義歯を置いたり等の治療手段がある。さらに現在、この歯科置換医療の先端的治療法の一つとして、口腔インプラント治療が実施されている。口腔インプラント治療とは、喪失歯部位の顎骨にチタン製人工歯根を植立する手段である。

喪失歯部位の顎骨、すなわち歯槽骨に人工歯根を埋入する場合、通常の金属等の人工材料では、歯槽骨の結合組織が人工材料を取り囲み排除しようとするため、動揺が徐々に大きくなり人工歯根としての機能を失っていった。

１９５２年スウェーデンのペル・イングヴァール・ブローネマルクが、チタンと骨が完全に結合する事を偶然発見し、その後、チタンがある一定の条件で骨に埋入された場合、チタンに対する骨の拒否反応は全くといってよいほど起こらず、そればかりかチタンの表面を覆う酸素の膜を通して強い結合が生まれることを明らかにした。そして１９６５年、初めて人工歯根としての臨床応用をスタートした。以来、口腔インプラント治療は飛躍的な進歩を遂げることとなった。結合組織を介在することなくチタンと骨が直接結合する骨結合方式は、骨を表すラテン語のオス（ｏｓ）と結合を表す英語のインテグレーション（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が組み合わされ、オッセオインテグレーション（ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれている。

オッセオインテグレーションは、骨と金属が直接結合する現象であり、チタン表面の酸化膜と骨との接触面に働く力が生体の分子を酸化膜へと結合させ、骨性癒着を生じさせる。したがって、インプラントの成功は、いかにオッセオインテグレーションを獲得するかが重要となっている。

無機物質である骨や歯は、ハイドロキシアバタイトを主成分としており、オッセオインテグレーションの成長を促すために、フィクスチャー表面にハイドロキシアバタイトをコーティングする方法が提案されている（例えば特許文献１等参照）。

インプラントが体内に埋入された場合、異物の体内埋入に対して生体では埋入部周辺生体内のマクロファージ、および異物検知細胞により検知活動が開始されるが、ハイドロキシアパタイト、あるいはインプラントの基体を構成する金属材料表面にハイドロキシアパタイトがコーティングされていると、これらが骨の組織組成に近いため異物検知細胞は生体組織として判定し、細胞および骨の結合が早期に進行するからであるとされている。

歯槽骨に埋入されているフィクスチャーの力学的安定性の面からの考察として、形状的な工夫もされている。この場合、過度の圧力は骨の吸収となるが、「骨の力学的要請度に応じて骨の造り替えを行って強度を変えていく。」というＷｏｌｆｆの法則を基本としている。過度の圧力を避け、いかに構造的に適度の圧力に分散させるかの形状的な検討はいくつかの例がある。

フィクスチャーのルート部（根幹部）が基本的に円筒形状である場合、この形状は、適合されたインプラントの手術後の所望される主たる安定性を得られず、数年もすれば、緩くなってくる。これは、骨性癒着した部分に過度な力が加わり、骨の吸収を生ずるからであり、このため、ストレートな円筒形状は最も相応しい形状とはなっていないとして、ルート部が、主として放物線形状の外側輪郭（外形）を有する形状が提案されている（例えば、特許文献２等参照）。

また、咀嚼機能は最大荷重がインプラントに垂直に加わるとして、インプラント底面部を水平とした形状の提案もある（例えば特許文献３等参照）。

自然の歯は帯結合の植立によって顎骨と結合している歯根膜を有し、咀嚼に対応する微小な可動性の機能を持っている。骨性癒着の歯は、この微小可動性機能がなく、繰り返しの加圧により必ず破損するため、人工歯根の植立後、本来の歯周靭帯のような線維組織が生成するような形状の人工歯根の提案も試みられている。ここで提案された人工歯根は、一端に歯冠部、反対端に根尖を有する円柱状であって、軸方向に沿って側面部に膨出部と陥凹部が交互に形成されることを特徴としている（例えば特許文献４等参照）。

また、人工歯根を、外筒と内部歯根の二重構造として、外筒と内部歯根を樹脂接着剤によって固着して、本来の歯周靭帯の機能をこの樹脂接着剤を緩衝材として代行させる方法の提案もある（例えば特許文献５等参照）。

特開２００６−３１４７６０号文献 特表２００３−５１３６８４号文献 特開２００６−２６９５５８号文献 特開平６−１５４２４６号文献 特開平７−２１３５４０号文献

オッセオインテグレーションを原理としたオッセオインテグレーティドインプラントは、歯の欠損から生ずる口腔機能を回復するための補綴治療である。歯槽骨にインプラントを埋入し、骨と直接結合する方式であり、オッセオインテグレーションの成立と維持が長期的な成功に必須である。このオッセオインテグレーションの成立には、インプラントの材料、形状、表面性状のインプラントに起因する要素と、骨の状態や荷重状態が重要な要素となる。

荷重状態は、成立したオッセオインテグレーションが長期に維持されるためには最も重要な要素と考えられている。荷重状態が不適切でインプラント周囲の歯槽骨に過度に荷重が集中する部分があると、その結果、骨の微小損傷により骨吸収が生じてオッセオインテグレーションが喪失するからである。

歯は、その咀嚼機能や歯軋りなど、必然的にさまざまな方向からの荷重が加わると考えられ、食物を噛むという機能からすれば、荷重のコントロールはできず、インプラントを行った場合は、その物理的、形状的な効果により、荷重を集中させないで分散させる形状を考えなければならない。

しかしながら、従来のフィクスチャー形状は、歯槽骨上部への応力は考慮されているものの、根尖部に対しては十分な考慮がされておらず、平面的な根尖部か、円形状の根尖部とした形状となっていた。

本発明は、オッセオインテグレーティッドインプラントのフィクスチャー形状に係り、特に根尖部の形状を考慮し、荷重に対して過度の集中を回避して長期安定性を確保できる歯科用インプラントのフィクスチャーを提供することを目的としている。

本発明は、歯科用インプラントのフィクスチャー根尖部における応力分散を可能とする根尖部形状について、略半球形状の根尖部に、複数の溝を横方向に設けた歯科用インプラントのフィクスチャーである。

溝の断面形状は、略三角形であることを特徴としている。また、溝は滑らかなくびれ形状であってもよい。溝の数は、根尖部に２〜４本である。

溝の形状は、深さが根尖部根元の外形の５％〜１５％であることを特徴とした歯科用インプラントのフィクスチャーである。

本発明による形状の根尖部を歯科用インプラントのフィクスチャーに適用することにより、特にフィクスチャー下部における咬合等による荷重を分散させて骨の吸収を防ぎ、長期に渡って安定なインプラントを行なうことができる効果を有する。

インプラントが歯槽骨に与える応力を解析のための解析モデルの図 半球状と円錐状のフィクスチャー根尖部を示す図 解析モデルをインプラント中心部で切断した図 加重条件を示す図。 半球状と円錐状の根尖部を有するフィクスチャーに対する応力解析結果。 本発明によるフィクスチャー根尖部 本発明によるフィクスチャー根尖部に対する応力解析結果。 本発明による他のフィクスチャー根尖部 本発明によるフィクスチャー根尖部を適用したフィクスチャー形状の例

インプラントは代用歯として使用されるが、咀嚼による咬合作用により、上鵜構造からアバットメントを介してフィクスチャーに咬合力が加えられることになる。フィクスチャーは歯槽骨に埋入されているため、上鵜構造に加えられた荷重は、フィクスチャーから歯槽骨に伝わり、歯槽骨に応力が発生する。この応力が適当な値である場合は、Ｗｏｌｆｆの法則により歯槽骨の再生、強化が行われるが、過剰な咬合力を加えた場合は、骨の破壊や吸収を引き起こし、ついには破綻する。

このため、インプラントへの咬合圧により歯槽骨に発生する応力を把握して、応力が集中しない形状とすることが必要であり、特にフィクスチャーの根尖部の形状と応力の関係に注目して有限要素法による解析を行った。

図１は、インプラントによる歯槽骨への応力解析を行うための有限要素法による解析モデル１０を示している。ここでは、インプラントの歯槽骨１２に埋入される部分であるフィクスチャー形状と応力との関係を明らかにすることを目的としており、フィクスチャーにアバットメントを加えたインプラントモデル１４としている。図１において、歯槽骨１２におけるメッシュは、インプラントモデル１４の近辺の応力を詳細に解析するために、他の部位よりも要素分割を細かいメッシュとした。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は図１に示した方向である。

図２は、従来一般に用いられているフィクスチャー形状を応力解析のために簡単化したモデルである。図２（Ａ）は、円筒状の本体部２２と半球状の根尖部ＡからなるフィクスチャーモデルＡ２０を示している。図２（Ｂ）は円筒状の本体部２２と三角錐形状の根尖部２８からなるフィクスチャーモデルＢ２６を示している。

図３は、具体的な応力解析を行うためのモデルであり、ここでは、フィクスチャーモデルＡ２０をインプラントモデル１４に適用している。また、解析の計算時間を短縮させるため、全体モデルの１／２の対象形モデルとした。

インプラントモデル１４の物性値は、ヤング率を１１６、ポアソン比を０．３とし、また、歯槽骨１２部分の物性値は、ヤング率を０．２０３、ポアソン比を０．４とした。拘束条件は、全体モデルの１／２の対象形モデルのため、歯槽骨部分の遠心面を全拘束、近心面を対象形拘束とした。

図４は荷重条件を示した図である。荷重は、鉛直下方４５度の方向に総荷重として１００Ｎ（ニュートン）を加えている。図４に示すように、荷重Ｆはアバットメント部１６のアバットメント上面１６ａにおいては等分布荷重としている。

図５に、図２で示したフィクスチャーモデルＡ２０と、フィクスチャーモデルＢ２６における解析結果を示した。図５（ａ）はフィクスチャーモデルＡ２０のミーゼス応力分布を、図５（ｂ）はフィクスチャーモデルＢ２６のミーゼス応力分布を示している。アバットメント上面１６ａに鉛直方向４５°下向きに１００Ｎの等分布加重を加えたときのミーゼス応力を、０〜１０ＧＰａ（ギガパスカル）の範囲で２０段階に濃度表現し、１０ＧＰａ以上の要素は１０ＧＰａと同濃度としている。

フィクスチャーモデルＡ２０に対してのミーゼス応力は、根尖部Ａ２４に略一様に強い力が作用しており、最大ミーセス応力は、図５（ａ）中に矢印で示した要素の１４．２ＧＰａであった。フィクスチャーモデルＢ２６に対してのミーゼス応力も、根尖部Ｂ２８に略一様に強い力が作用しており、最大ミーセス応力は、図５（ｂ）中に矢印で示した要素の２２．３ＧＰａであり、角部に強い力が作用している。

本発明は、このような従来から多く用いられているフィクスチャーの根尖部形状に対して、応力を分散させることができる新たな根尖部形状を提案するものであり、略半球形状の根尖部に、複数の溝を横方向に設けている。溝の断面形状は、略三角形、または溝は滑らかなくびれ形状であってもよい。溝の数は、根尖部に２〜４本である。溝の形状は、深さが根尖部根元の外形の５％〜１５％であることを特徴としている。

図６に具体的な実施形態を示す。

図６（ａ）に示したフィクスチャーモデルＣ３０は、略半球状の根尖部Ｃ３２に溝３４を２つ設けた例であり、溝３４−１、３４−２は、断面形状を三角形として、フィクスチャーモデルＣ３０の縦方向に垂直な面を備えている。溝３４の深さＬは、図６（ａ）に示したように、溝３４が無い場合の根尖部Ｃ表面３２ａから最も深い位置として定義し、幅Ｗは、三角形の断面形状の表面の幅として定義した。深さＬは、根尖部Ｃ３４の根元、即ち本体部２２の外径Ｄに対して９％としている。また、深さＬは、幅Ｗより小さい値である。

図６（ｂ）に示したフィクスチャーモデルＤ４０では、略半球状の根尖部Ｄ４２に溝４４を３つ設けた例であり、溝４４−１、４４−２、４４−３は、断面形状を三角形として、フィクスチャーモデルＤ３０の縦方向に水平な面を備えている。溝４４の深さＬは、図６（ｂ）に示したように、溝４４が無い場合の根尖部Ｄ表面４２ａから最も深い位置として定義し、幅Ｗは、三角形の断面形状の表面の幅として定義した。深さＬは、根尖部Ｄ４４の根元、即ち本体部２２の外径Ｄに対して７％としている。また、深さＬは、幅Ｗより小さい値である。

溝の深さＬは、深すぎると角部に荷重が集中し、また、浅すぎても荷重の分散効果が少なく、本体部２２の外径Ｄに対して５〜１５％程度が望ましく、さらに幅Ｗよりも小さな値とすることが望ましい。

図７は、図６で示したフィクスチャーモデルＣ３０とフィクスチャーモデルＤ４０での解析結果を示している。解析条件は、フィクスチャーモデルＡ２０及びフィクスチャーモデルＢ２６と同様であり、アバットメント上面１６ａに鉛直方向４５°下向きに１００Ｎの等分布加重を加えたときのミーゼス応力を、０〜１０ＧＰａ（ギガパスカル）の範囲で２０段階に濃度表現し、１０ＧＰａ以上の要素は１０ＧＰａと同濃度としている。

図７（Ａ）は、フィクスチャーモデルＣ３０のミーゼス応力分布を示している。図５に示した従来形状に対して、強い応力が掛かる要素は根尖部の先端部と根尖部の根元部分に分散し、分布幅も狭くなっている。このフィクスチャーモデルＣ３０の場合は、最大ミーゼス応力は、図７（Ａ）の矢印の部分であり、値は１７、７ＧＰａであった。

図７（Ｂ）は、フィクスチャーモデルＤ４０のミーゼス応力分布を示している。図５に示した従来形状に対して、強い応力が掛かる要素は根尖部の先端部と根尖部の根元部分に分散し、フィクスチャーモデルＣ３０の分布幅よりもさらに狭くなっている。このフィクスチャーモデルＤ４０の場合、最大ミーゼス応力は、図７（Ｂ）の矢印の部分であり、値は１４、２ＧＰａであった。フィクスチャーモデルＤ４０では、従来のフィクスチャーモデルＡ２０に対して、ミーゼス応力の最大値はほとんど変わらず、根尖部形状に依存した応力の分散が顕著である。

図８は、他の根尖部形状を示した実施形態の例である。図８（Ａ）のフィクスチャーモデルＥ５０は、根尖部Ｅ５２における溝５４の断面形状は三角形であるが、その角度を変えている。また、図８（Ｂ）のフィクスチャーモデルＦ６０では、さらに根尖部Ｆ６２において、溝６４の角部を滑らかにしている。溝を設けた場合であっても、溝の角部での応力集中を緩和し、最大応力を抑えるためである。

図９は、本発明における根尖部形状をフィクスチャーに適用した例を示している。既に、フィクスチャー上部の応力緩和に有効な形状として、特願２００９−２９６８２６にて発明者が提案した形状であり、その根尖部に本発明のフィクスチャーモデルＤを適用している。図９において、フィクスチャー形状７０は、カラー部７２、頚部７４、本体部７６と根尖部Ｄ４２からなり、頚部７４にはその上部に微小突起７８と本体部７６よりわずかに径の小さい括れ８０を有している。ガイド８２は、フィクスチャーを歯槽骨に埋入するためのネジの役割を果たしている。本フィクスチャー形状７０は、その上部は頚部７４にある微小突起７８と括れ８０により、また下部は、横方向に設けた３本の溝４４により、応力が分散されて緩和する効果を有し、さらに応力に対する長期的な安定化が図れる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。

１０ 解析モデル
１２ 歯槽骨
１４ インプラントモデル
１６ アバットメント部
１６ａ アバットメント上面
２０ フィクスチャーモデルＡ
２２ 本体部
２４ 根尖部Ａ
２６ フィクスチャーモデルＢ
２８ 根尖部Ｂ
３０ フィクスチャーモデルＣ
３２ 根尖部Ｃ
３２ａ 根尖部Ｃ表面
３４，３４−１，３４−２ 溝
４０ フィクスチャーモデルＤ
４２ 根尖部Ｄ
４４，４４−１，４４−２，４４−３ 溝
５０ フィクスチャーモデルＥ
５２ 根尖部Ｅ
５４ 溝
６０ フィクスチャーモデルＦ
６２ 根尖部Ｆ
６４ 溝
７０ フィクスチャー形状
７２ カラー部
７４ 頚部
７６ 本体部
７８ 微小突起
８０ 括れ
８２ ガイド

Claims (6)

1. 略半球形状の根尖部に、複数の溝を横方向に設けたことを特徴とする歯科用インプラントのフィクスチャー。
   
2. 請求項１に記載の歯科用インプラントのフィクスチャーにおいて、
   前記溝は、断面形状が略三角形であること、
   を特徴とした歯科用インプラントのフィクスチャー。
   
3. 請求項１に記載の歯科用インプラントのフィクスチャーにおいて、
   前記溝は、滑らかなくびれ形状であること、
   を特徴とした歯科用インプラントのフィクスチャー。
   
   
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の歯科用インプラントのフィクスチャーにおいて、
   前記溝の数は、２〜４本であること、
   を特徴とした歯科用インプラントのフィクスチャー。
   
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の歯科用インプラントのフィクスチャーにおいて、
   前記溝の深さは、根尖部根元の外径の５％〜１５％の深さであること、
   を特徴とした歯科用インプラントのフィクスチャー。
   
6. 請求項５に記載の歯科用インプラントのフィクスチャーにおいて、
   前記溝の幅は、前記溝の深さより広いこと、
   を特徴とした歯科用インプラントのフィクスチャー。

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