有限要素法を用いたマージンエレベーションの深いクラスⅡ窩洞のインレー設計の検討

Investigating inlay designs of class II cavity with deep margin elevation using finite element method.

抄録

背景:

本研究では、実験計画法と計算科学的手法を併用し、インレーの形状設計と材料選択を考慮することで、齲蝕窩洞に対するディープマージンエレベーションテクニックの力学的性能を評価する。その目的は、ディープマージンエレベーションテクニックに対する設計パラメータの影響を理解し、バイオメカニクスの観点から設計ガイドラインを提供することである。

BACKGROUND: This study evaluates the mechanical performance of deep margin elevation technique for carious cavities by considering the shape designs and material selections of inlay using a computational approach combined with the design of experiments method. The goal is to understand the effects of the design parameters on the deep margin elevation technique and provide design guidelines from the biomechanics perspective.

方法:

小臼歯のインレー形状を定義するための7つの幾何学的設計パラメータを指定し、自動モデリングにより、全体的な応力分布に対するキャビティ形状と材料選択の影響を調査した。材料の選択には、コンポジットレジン、セラミック、二ケイ酸リチウムを用いた。圧縮荷重下での歯とインレーの機械的挙動を評価するために、有限要素解析を行った。次に、材料に発生する応力に大きな影響を与えるパラメータを特定するために分散分析を行った。最後に，応答曲面法を用いて，設計パラメータを変えた修復歯の応力応答を解析した．

METHODS: Seven geometric design parameters for defining an inlay's shape of a premolar were specified, and the influence of cavity shape and material selection on the overall stress distribution was investigated via automated modelling. Material selection included composite resin, ceramic, and lithium disilicate. Finite element analysis was performed to evaluate the mechanical behavior of the tooth and inlay under a compressive load. Next, the analysis of variance was conducted to identify the parameters with a significant effect on the stress occurred in the materials. Finally, the response surface method was used to analyze the stress responses of the restored tooth with different design parameters.

結果:

歯堤幅が大きい修復歯は，3種類のインレー材料すべてにおいて優れた機械的性能を示したが，他の設計パラメータの影響はインレー材料の選択によって異なった．ディープマージンエレベーション層の高さは，修復歯の機械的性能に有意な影響を与えなかった．

RESULTS: The restored tooth with a larger isthmus width demonstrated superior mechanical performance in all three types of inlay materials, while the influence of other design parameters varied with the inlay material selection. The height of the deep margin elevation layer insignificantly affected the mechanical performance of the restored tooth.

結論:

インレーの適切な幾何学的設計は、修復歯の機械的性能を向上させ、天然象牙質の掘削量を少なくすることができる。さらに、本研究で評価した荷重条件下では、深いマージンエレベーション層は歯質の強度に大きな影響を与えなかった。

CONCLUSIONS: A proper geometric design of inlay enhances the mechanical performance of the restored tooth and could require less volume of the natural dentin to be excavated. Furthermore, under the loading conditions evaluated in this study, the deep margin elevation layer did not extensively affect the strength of the tooth structure.