歯根と界面の応力分布に及ぼす不均一な歯科用支柱の影響：三次元有限要素法による解析

Influence of inhomogeneous dental posts on stress distribution in tooth root and interfaces: Three-dimensional finite element analysis.

抄録

問題提起:

ポストアンドコアクラウン修復において，柔軟なポストを使用すると象牙質に応力が集中し，硬いポストを使用すると界面に応力が集中する．フレキシブルポストとリジッドポストの両方の弱点を解決するために、ポスト用に不均一な材料（機能的に傾斜した材料と呼ばれる）が提案されている。

STATEMENT OF PROBLEM: In post-and-core crown restorations, the use of flexible posts concentrates stresses at the dentin and the use of stiff posts concentrates stresses at the interfaces. A class of inhomogeneous materials (called functionally graded materials) has been proposed for posts to resolve the weaknesses of both flexible and rigid posts.

目的:

本研究の目的は、非均質ポストを設計し、ポスト・アンド・コアクラウン修復物の応力分布に及ぼす影響を調査することである。

PURPOSE: The purpose of this in vitro study was to design an inhomogeneous post and investigate its influence on the stress distribution of post-and-core crown restorations.

材料と方法:

第一小臼歯の3次元模型を作成するために、抜去歯を装着し、切片を作製し、写真を撮影した。ポスト・アンド・コアクラウン修復物は、フェルールの有無にかかわらず模型化した。下顎歯の周囲組織、歯根膜、皮質骨および海綿骨を模型化した。繊維強化複合材料（FRC）、金属、非均質ポストを有限要素解析で検討し、応力分布の結果を比較した。

MATERIAL AND METHODS: An extracted tooth was mounted, sectioned, and photographed to create a 3-dimensional model of the first premolar tooth. The post-and-core crown restoration was modeled with and without a ferrule. The surrounding tissues of the mandibular tooth, periodontal ligament, and cortical and trabecular bones were modeled. Fiber-reinforced composite (FRC), metallic, and inhomogeneous posts were investigated by finite element analysis and the stress distribution results compared.

結果:

FRCポストは、残存象牙質における最大引張応力（MTS）が最も高く（90.4～93.2MPa）、指数n=10（FGM10）でグレーディングした非均質ポストは、フェルールの有無にかかわらずMTSが最も低かった（72.3～74.8MPa）。

RESULTS: FRC posts resulted in the highest maximum tensile stress (MTS) at the remaining dentin (90.4 to 93.2 MPa), while inhomogeneous posts graded by index n=10 (FGM10) caused the lowest MTS, both with and without a ferrule (72.3 to 74.8 MPa).

結論:

FRC支柱の使用により、金属支柱よりも象牙質に MTSが集中し、象牙質と接着界面のMTSは減少した。非均質ポスト（FGM10）は、象牙質と界面の応力を同時に低減することで、柔軟ポストと硬質ポストの両方の弱点を解決した。フェルール効果により、象牙質と界面の応力が減少した。

CONCLUSIONS: The use of FRC posts concentrated more MTS at the dentin and less MTS at the dentin-adhesive interface than metallic posts. Inhomogeneous posts (FGM10) resolved the weaknesses of both flexible and rigid posts by simultaneously reducing stresses at the dentin and interface. The ferrule effect resulted in fewer dentin and interface stresses.