マウスガードが有歯を保護する能力：3次元有限要素法による解析

The ability of mouthguards to protect veneered teeth: A 3D finite element analysis.

抄録

背景/目的:

プロおよびアマチュアのスポーツ選手は、ベニア修復を行うことがある。本研究の目的は、ベニア前歯部修復物に対するマウスガードの保護効果を調査することである。

BACKGROUND/AIMS: Professional and amateur athletes might have veneer restorations. The aim of this study was to investigate the protective effect of mouthguards on veneered anterior restorations.

方法:

カスタムメイドのマウスガードを装着した場合と装着していない場合の衝撃状態をシミュレーションするために、非線形動的解析を行った。コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを用いて、右上中切歯を含むヒト上顎のスライスを設計した。模型は、粘膜、皮質骨、海綿骨、歯根膜、象牙質、エナメル質、歯髄組織で構成した。エナメル質を作製し（フェザーデザイン）、インダイレクトベニア（厚さ1.0mm）で修復し、マウスガード（厚さ4mm）を装着した場合と装着しない場合の両方の状態を模擬するために複製した。両モデルとも、コンピュータ支援エンジニアリング（CAE）ソフトウェアを用いて有限要素に細分化した。摩擦のない接触が使用され、剛体球が1m秒でモデルに衝突する衝撃がシミュレートされた。 固定は骨の根元で定義された。5種類の修復材料（レジンコンポジット，ハイブリッドセラミック，ジルコニア強化ケイ酸リチウム，二ケイ酸リチウム，ジルコニア）を用いて，ベニアの弾性率を評価した．Von Mises応力、最小主応力、最大主応力（MPa）を求め、視覚的比較のためにプロットした。

METHODS: A nonlinear dynamic analysis was performed to simulate conditions during an impact with or without a custom-made mouthguard. Using a computer-aided design (CAD) software, a slice of a human maxilla was designed containing an upper right central incisor. The model was composed of mucosa, cortical bone, trabecular bone, periodontal ligament, dentin, enamel, and pulp tissue. The enamel was prepared (feather design), restored with an indirect veneer (1.0 mm thickness), and duplicated to simulate both conditions with or without a mouthguard (4 mm thickness). Both models were subdivided into finite elements using the computer-aided engineering (CAE) software. Frictionless contacts were used, and an impact was simulated in which a rigid sphere hit the model at 1 m s . Fixation was defined at the base of the bone. The elastic modulus of the veneer was assessed by using five different restorative materials (resin composite, hybrid ceramic, zirconia-reinforced lithium silicate, lithium disilicate, and zirconia). Von Mises stress, minimal principal stress, and maximum principal stress (in MPa) were obtained and plotted for visual comparison.

結果:

フォンミーゼスの結果は、マウスガードを装着していないモデルで、ベニアの頸部唇側領域に高い応力集中を示した。各モデルの定量結果を観察すると、圧縮応力（709MPa）および引張応力（58MPa）が最も高かったのは、マウスガードなしのジルコニアベニアで、最も低かったのはマウスガードありのレジンコンポジットベニアであった（8MPaおよび5MPa）。マウスガードは歯質にかかる応力を軽減することができ、すべての条件において破折のリスクも軽減した。

RESULTS: Von-Mises results showed higher stress concentrations in the veneer's cervical labial region for models without a mouthguard. Observing the quantitative results for each model, the highest compressive (709 MPa) and tensile (58 MPa) stresses occurred in the situation without a mouthguard with a zirconia veneer, while the lowest occurred in resin composite veneer with a mouthguard (8 and 5 MPa). The mouthguard was able to reduce the stresses in the tooth structure and it also reduced the risk of fracture in all conditions.

結論:

マウスガードは、外傷時に発生する応力を減衰させる作用があるため、間接ベニアの製作に使用した修復材料にかかわらず、歯の外傷の影響を軽減するのに有益であった。マウスガードにかかる衝撃応力が同じであれば、より剛性の高い修復材料を使用したベニア歯にはより大きな応力がかかり、保護効果は低くなる。

CONCLUSIONS: Mouthguards were beneficial in reducing the effects of dental trauma regardless of the restorative material used to manufacture the indirect veneer, since they act by dampening the generated stresses during the trauma event. Equal impact stresses on a mouthguard will lead to higher stresses in veneered teeth with more rigid restorative materials leading to a less protective effect.