コンタクトスポーツ用ハイブリッド咬合スプリント・マウスガードの生体力学的挙動評価．3D-FEAによる解析

Biomechanical Behavior Evaluation of a Novel Hybrid Occlusal Splint-Mouthguard for Contact Sports: 3D-FEA.

抄録

背景:

コンタクトスポーツを行う際、顔面外傷はよく発生する。しかし、ハイブリッドオクルーザルスプリントマウスガード（HMG）の性能、特に圧縮荷重時の性能に関するデータは不足している。本研究では、従来のカスタムマウスガード（MG）とHMGの装着が歯、骨、装置自体に及ぼすバイオメカニクス的影響を評価することを目的とした。

BACKGROUND: Orofacial injuries are common occurrences during contact sports activities. However, there is an absence of data regarding the performance of hybrid occlusal splint mouthguards (HMG), especially during compressive loading. This study amid to evaluate the biomechanical effects of wearing a conventional custom mouthguard (MG) or the HMG on the teeth, bone, and the device itself.

研究方法:

総変形量と応力集中を評価するために、2つの異なるデザインのマウスガード装置を装着する頭蓋骨モデルを選択し、複製した。1つのモデルには4mmの厚さのMGを、もう1つには同じ厚さの新しいHMGを装着した。両モデルとも有限要素に細分化した．摩擦のない接点を用い，咬合時の圧縮荷重を模擬した非線形解析を行った．

METHODS: To evaluate the total deformation and stress concentration, a skull model was selected and duplicated to receive two different designs of mouthguard device: one model received a MG with 4-mm thickness and the other received a novel HMG with the same thickness. Both models were subdivided into finite elements. The frictionless contacts were used, and a nonlinear analysis was performed simulating the compressive loading in occlusion.

結果:

結果は，フォンミーゼス応力マップ（MPa）および全変形量（mm）で示された．従来型MGでは歯牙への応力集中が大きく，HMGでは応力の大きさが小さく，良好な機械的応答が得られた．HMGはMGよりも咬合面の応力（7.05MPa）が大きい（6.19MPa）．

RESULTS: The results were presented in von-Mises stress maps (MPa) and total deformation (mm). A higher stress concentration in teeth was observed for the model with the conventional MG, while the HMG design displayed a promising mechanical response with lower stress magnitude. The HMG design displayed a higher magnitude of stress on its occlusal portion (7.05 MPa) than the MG design (6.19 MPa).

結論:

ハイブリッドマウスガード（HMG）は，（1）咀嚼時の顎変位，（2）上顎・下顎の歯に発生する応力を低減することができた．

CONCLUSION: The hybrid mouthguard (HMG) reduced (1) jaw displacement during chewing and (2) the generated stresses in maxillary and mandibular teeth.