フェルールの高さとポストコア材料が切歯の応力分布に及ぼす影響の有限要素解析

The Finite Element Analysis of the Impact of Ferrule Height and Post-Core Materials on Stress Distribution in Incisors.

抄録

目的:

フェルールの高さとポストコアの材料はポストコア修復において重要な因子であり、両者の相互作用についてはさらなる検討が必要である。本研究では、有限要素解析を用いて、フェルールの高さを変化させた異なる材質のポストコア模型の応力分布を評価した。

OBJECTIVE: Ferrule heights and post-core materials are key factors for post-core restorations, and the interaction between them needs further investigation. This study used finite element analysis to evaluate the stress distribution of post-core models with different materials and varying ferrule heights.

方法:

上顎中切歯の3次元有限要素モデルを作成し、フェルールの高さが異なる3つのグループを追加した：2mm、1mm、0mmである。一方、ポストコアを形成するために様々な材料を設計した：ジルコニア、チタン、ファイバーグラス、PEEK、CFR-PEEK（PEEKを30%炭素繊維で強化したもの）である。100Nの荷重を歯冠の口蓋面に歯の縦軸に対して45°の角度で加えた。フォン・ミス（VM）応力のピーク値を記録した。

METHODS: A 3-dimensional finite element model of the maxillary central incisor was constructed, along with 3 additional groups with different ferrule heights: 2 mm, 1 mm, and 0 mm. Meanwhile, various materials were designed to form the post-core: Zirconia, Titanium, Fiberglass, PEEK, and CFR-PEEK (PEEK reinforced by 30% carbon fiber). A 100 N load was applied at an angle of 45° with the tooth's longitudinal axis on the palatal surface of the crown. The peak von Misses (VM) stress values were recorded.

結果:

フェルールの高さが高くなるにつれて、ポストコアおよびポストセメント界面で応力の減少が観察されたが、歯根およびセメント界面の応力は増加した。一方、ポストコアのVM応力のピークはすべての群で減少したが、硬い材料群（ジルコニア/チタン）のVM応力はより有意に減少した。さらに、ポストコアおよびセメント界面のVM応力のピークは増加し、0 mmフェルールPEEK群のVM応力が最も高かった。

RESULTS: As the ferrule height increased, a stress reduction was observed at post-core and post-cement interfaces, while the stress in root and cement interfaces increased; meanwhile, the peak VM stress of the post-core decreased among all groups, while that of rigid material groups (Zirconia/Titanium) decreased more significantly; in addition, the peak VM stress at post-core and cement interfaces increased, and that of the 0 mm ferrule PEEK group was the highest.

結論:

フェルールの高さとポストコアの材料は、ポストコア修復物 の応力分布に影響する。フェルールの高さを十分に大きくすることで、高剛性材料の応力集中を効果的に補うことができるため、0 mmフェルールの症例ではPEEKポストコアを慎重に使用すべきである。

CONCLUSION: Ferrule heights and post-core materials affect stress distribution on post-core restorations. A sufficiently large ferrule height can effectively compensate for the stress concentration of highly rigid materials, and PEEK post-core should be carefully used in 0 mm ferrule cases.

臨床的意義:

本研究は、歯科医師が様々なフェルール高さに応じて適切なポストコア材料を選択するための示唆を与えるであろう。

CLINICAL RELEVANCE: This study would provide suggestions for dentists to choose appropriate post-core materials according to various ferrule heights.