3種類の歯冠材料の機械的挙動のFEA比較：エナメル，セラミック，ジルコニア．

FEA Comparison of the Mechanical Behavior of Three Dental Crown Materials: Enamel, Ceramic, and Zirconia.

抄録

歯内療法を受けた歯の修復は、修復歯科学における主要な課題の1つである。歯の構造は複雑な集合体であり、それを構成する材料であるエナメル質と象牙質は非常に異なる力学的挙動を示す。そのため、セラミックやジルコニアなどの材料は応力負荷抵抗値が大きく異なるため、修復治療の分野において歯冠の代替材料を見つけることは非常に重要な課題である。本研究の目的は、様々な典型的な臨床条件と咀嚼荷重のもとで、セラミックとジルコニアのどちらの材料が修復歯の挙動を最適化するかを評価することである。この目的のために有限要素解析（FEA）の枠組みを開発した．修復歯の3DモデルをFEAソフトウェア（Ansys Workbench R23）に入力し、四面体要素にメッシュ分割します。咬合面の5つの接触点に280Nの垂直力，45°傾斜力，水平力を加えた．数値計算の結果，セラミッククラウンを含む修復歯で軸荷重を受けた場合に生じる最大応力は約39.381MPaであり，天然歯で計算された62.32MPaに近い値であった．ジルコニアクラウンの場合，45°の荷重方向を除いて，応力はセラミッククラウンの応力よりもはるかに高く，水平荷重の場合，ジルコニアクラウンの応力ピークはセラミッククラウンの応力のほぼ3倍である（それぞれ163.24 MPa対56.114 MPa）．したがって、ジルコニアクラウンはエナメルやセラミックよりも高い応力を示し、ブラキシズムのようなパラファンクションの場合に増加する可能性がある。臨床医が2つの材料のどちらを選択するかは、患者の病状に基づいて評価されるべきである。

The restoration of endodontically treated teeth is one of the main challenges of restorative dentistry. The structure of the tooth is a complex assembly in which the materials that make it up, enamel and dentin, have very different mechanical behaviors. Therefore, finding alternative replacement materials for dental crowns in the area of restorative care isa highly significant challenge, since materials such as ceramic and zirconia have very different stress load resistance values. The aim of this study is to assess which material, either ceramic or zirconia, optimizes the behavior of a restored tooth under various typical clinical conditions and the masticatory load. A finite element analysis (FEA) framework is developed for this purpose. The 3D model of the restored tooth is input into the FEA software (Ansys Workbench R23)and meshed into tetrahedral elements. The presence of masticatory forces is considered: in particular, vertical, 45° inclined, and horizontal resultant forces of 280 N are applied on five contact points of the occlusal surface. The numerical results show that the maximum stress developed in the restored tooth including a ceramic crown and subject to axial load is about 39.381 MPa, which is rather close to the 62.32 MPa stress computed for the natural tooth; stresses of about 18 MPa are localized at the roots of both crown materials. In the case of the zirconia crown, the stresses are much higher than those in the ceramic crown, except for the 45° load direction, while, for the horizontal loads, the stress peak in the zirconia crown is almost three times as large as its counterpart in the ceramic crown (i.e., 163.24 MPa vs. 56.114 MPa, respectively). Therefore, the zirconia crown exhibits higher stresses than enamel and ceramic that could increase in the case of parafunctions, such as bruxism. The clinician's choice between the two materials should be evaluated based on the patient's medical condition.