有限要素解析によるおしゃぶりの機能比較

Functional comparison of pacifiers using finite element analysis.

抄録

背景:

おしゃぶりは、口蓋の解剖学的構造と吸啜時にかかる力に関連して、上顎の成長に影響を与えることが示されている。本研究では，ブランドとサイズによって識別される異なるデザインとサイズ（すなわち，フィット感）のおしゃぶりを年齢別の口蓋モデルに配置し，非栄養性吸啜に関連する蠕動性舌機能および口腔内圧力を受けたときの接触面積と力の両方に関して，機械的挙動を比較評価する．

BACKGROUND: Pacifiers have been shown to affect maxillary growth related to the anatomic structure of the palate and forces placed upon it during sucking. This study compares and evaluates the mechanical behavior of pacifiers of different design and size (i.e., fit), identified by brand and size, positioned in age-specific palatal models with respect to both contact area and force when subjected to peristaltic tongue function and intraoral pressure related to non-nutritive sucking.

方法:

非線形有限要素解析により，おしゃぶりと口蓋の動的な力学的相互作用をシミュレートした．時間的に変化する外圧荷重を加え，非栄養性吸啜と舌の蠕動運動から生じる口腔内圧を表現した．また，シリコンゴム製のおしゃぶりバルブは，超弾性材料モデルを用いて表現した．

METHODS: Nonlinear finite element analyses were used to simulate dynamic mechanical interaction between the pacifiers and palates. Time-varying, external pressure loads were applied which represent intraoral pressure arising from non-nutritive sucking and peristaltic behavior of the tongue. The silicone rubber pacifier bulb was represented using a hyperelastic material model.

結果:

有限要素解析の結果、変形、応力、ひずみ、接触面積、接触力などが明らかになった。機械的相互作用は，おしゃぶり-口蓋間の接触面積と力の空間分布で評価した．得られた口蓋相互作用プロファイルを定量的に比較し，おしゃぶり装着が口蓋の2つの部位（口蓋ボールトとテクトラルウォール）に提供される支持に特にどのような影響を及ぼすかを評価した．

RESULTS: Results from the finite element analyses include deformation, stress, strain, contact area, and contact force. Mechanical interaction was evaluated in terms of the spatial distribution of the contact area and force between the pacifier and the palate. The resulting palatal interaction profiles were quantitatively compared to assess how pacifier fit specifically affects the support provided to two areas of the palate, the palatal vault and the Tektal wall.

結論:

おしゃぶりは、従来型、矯正型にかかわらず、そのフィット感（デザインやサイズ）に応じて口蓋との相互作用が異なる。有限要素解析は，おしゃぶりのデザインが機能的な力学にどのように影響するかを評価し，生体サイズのガイダンスを提供するための効果的なツールである．

CONCLUSIONS: Pacifiers interact with the palate differently based on their fit (i.e., design and size) regardless of whether they are labeled conventional or orthodontic. Finite element analysis is an effective tool for evaluating how a pacifier's design affects functional mechanics and for providing guidance on biometric sizing.