振動数125-150Hzの電動歯ブラシが歯および支持構造に及ぼす影響．有限要素法による研究

Effect of 125-150 Hz Vibrational Frequency Electric Toothbrush on Teeth and Supporting Structures: A Finite Element Method Study.

抄録

目的:

この有限要素法(FEM)研究の目的は，振動数125～150Hzの電動歯ブラシが歯および関連構造物に及ぼす安全性を評価することである．

AIM AND OBJECTIVE: The aim of this finite element method (FEM) study was to assess the safety of 125-150 Hz vibrational frequency electric toothbrush on teeth and associated structures.

材料と方法:

健康な男性患者のコンピュータ断層撮影（CT）画像を用いて、上顎、下顎およびそれらの歯列を含む頭蓋骨全体の3次元（3D）幾何学モデルを作成した。上顎と下顎の前歯部にそれぞれ唇側と舌側から15gの力を加えて線形静的解析を行い、上顎と下顎の歯列、上顎と下顎、および頭蓋骨全体に生じる一次変位（矢状変位、垂直変位、横断変位）と主応力レベルを算出した。

MATERIALS AND METHODS: A three-dimensional (3D) geometric model of entire skull having maxilla, mandible, and their dentitions was created using a computed tomography (CT) image of a healthy male patient. Linear static analysis was carried out by applying 15 g of force on anterior part of maxilla and mandible from labial and lingual sides each to calculate the primary displacement (sagittal, vertical, and transversal) and principal stress levels generated on the maxillary and mandibular dentition, on the maxilla and mandible and on the whole skull.

結果:

上顎前歯に唇側から15gの力を加えると、歯および支持構造に平均0.003mmのたわみと0.004MPaの応力が生じた。上顎前歯に口蓋側から15gの力を加えると、平均0.017mmのたわみが生じ、歯および支持構造に0.017MPaの応力が加わった。下顎前歯に唇側から15gの力を加えると、平均0.078mmのたわみが生じ、歯および支持構造物に0.051MPaの応力が加わった。下顎前歯に舌側から15gの力を加えると、平均0.077mmのたわみが生じ、歯および支持構造物に0.051MPaの応力が生じた。

RESULTS: A force of 15 g applied to maxillary anterior teeth from labial side caused a mean deflection of 0.003 mm and stress of 0.004 MPa on the teeth and supporting structures. A force of 15 g applied to maxillary anterior teeth from palatal side caused a mean deflection of 0.017 mm and stress of 0.017 MPa on the teeth and supporting structures. A force of 15 g applied to mandibular anterior teeth from labial side caused a mean deflection of 0.078 mm and stress of 0.051 MPa on the teeth and supporting structures. A force of 15 g applied to mandibular anterior teeth from lingual side caused a mean deflection of 0.077 mm and stress of 0.051 MPa on the teeth and supporting structures.

結論:

適用した荷重と境界条件に対して、上顎、下顎、およびそれらの歯列には、非常に小さいか無視できる程度の応力が観察された。15gの力を発生させる150Hzの振動数では、上顎骨、下顎骨およびそれらの歯列に有害な影響は生じなかった。したがって、125～150Hzの振動数が最適であると考えられる。

CONCLUSION: For the applied loads and boundary conditions, very small or negligible amount of stresses were observed in maxilla, mandible, and their dentitions. The vibrational frequency of 150 Hz producing 15 g of force did not produce any harmful effects on maxilla, mandible, and their dentitions. Hence, 125-150 Hz of vibrational frequency can be considered optimum.

臨床的意義:

125～150 Hzの振動を用いた電動歯ブラシは、歯および関連構造に無視できる程度の応力を発生させる。

CLINICAL SIGNIFICANCE: An electric toothbrush using the vibration of 125-150 Hz produces negligible stress on teeth and associated structures.