近心接触が存在する場合の下顎第一大臼歯の構造応答：拮抗歯と代替荷重を適用した有限要素解析

Structural response of mandibular first molars in the presence of proximal contacts: finite element analysis with antagonist teeth and alternative loading applications.

抄録

目的:

下顎大臼歯の機能的荷重下における力学的応答を、拮抗歯とさまざまな荷重アプリケーションおよび構成を用いて比較すること。

OBJECTIVES: To compare the mechanical responses of a mandibular molar under functional loads using antagonist teeth and different loading applications and configurations.

方法:

ヒト下顎骨と上顎骨のコーンビームCTを用いて、4種類の下顎骨形態（1歯モデル（下顎第一大臼歯-M）、メシアル（mM）、ディスタル（md）または両近心コンタクト（mMd）を含む）と、拮抗歯を用いた咬合荷重アプリケーション、または代替有限要素（FE）モデル（点荷重（PL）、分布面荷重（SL）、剛性金属球（MS））を含む16種類の3次元モデルを構築した。FE解析を行いました。等価フォンミーゼス（VM）応力は、下顎第一大臼歯の象牙質全体と歯根膜に沿って計算した。最大VM応力は、異なる下顎骨の構成と荷重アプリケーションの間で比較された。

METHODS: A cone-beam computed tomography of a human mandible and maxilla was used to build 16 different three-dimensional models, including four mandibular configurations [single-tooth model (first mandibular molar-M), and inclusion of mesial (mM), distal (Md) or both proximal contacts (mMd)] and occlusal load applications either with antagonist teeth or alternative Finite Element (FE) models [point load (PL), distributed surface load (SL) and rigid metal sphere (MS)]. FE analysis was performed. Equivalent von Mises (VM) stress was calculated along the entire dentin and periodontal ligament of the first mandibular molar. Maximum VM stresses were compared among the different mandibular configurations and loading applications.

結果:

50Nおよび100Nにおける最大および最小VM応力は、それぞれ1歯SLモデル（5.78MPaおよび11.5MPa）および拮抗歯と近心接触による咬合荷重（2.08MPaおよび3.58MPa）に対応した。最大VM応力は一貫して中根の歯頸部に位置し、隣接歯が存在すると減少した。

RESULTS: The highest and lowest VM stress at 50 and 100 N corresponded respectively to the single-tooth SL model (5.78 and 11.5 MPa) and to occlusal load application with antagonist teeth and proximal contacts (2.08 and 3.58 MPa). Maximum VM stresses were consistently located at the cervical area of the mesial root and decreased when adjacent teeth were present.

結論:

最大応力は下顎大臼歯の中歯根の歯頸部に位置するが、生体力学的挙動は近心接触の有無と使用する荷重方法によって異なる。単一歯モデルは最悪の構造シナリオを表している。

CONCLUSIONS: Highest stresses are located in the cervical area of the mesial root of mandibular molars, but the biomechanical behavior depends on the presence of proximal contacts and the loading methodologies used. Single-tooth models represent the worst structural scenario.

臨床的妥当性:

拮抗歯と近心接触をFEモデルに組み込むことで、デンタルバイオメカニクスシミュレーションのバイオフィデリティが向上し、より正確な臨床条件への外挿が可能になります。

CLINICAL RELEVANCE: Incorporating antagonist teeth and proximal contacts into FE models enhances the biofidelity of dental biomechanics simulations, enabling more accurate extrapolation to clinical conditions.