ヒト歯周靭帯の多孔性繊維性過弾性損傷モデル：マイクロコンピュータ化断層撮影有限要素モデルの適用

歯周靭帯（PDL）は、歯を下顎の骨梁と結びつける柔らかい生物学的組織です。それは負荷伝達において重要な役割を果たし、主に骨吸収と最も一般的な歯周病の原因となっています。いくつかの数値研究がPDLの生体力学的応答を分析していますが、ほとんどはその多孔質繊維構造を考慮せず、PDLに対する損傷を分析したのは少数しかありませんでした。この研究では、PDLの多孔質繊維性過弾性損傷材料モデルの革新的な数値製剤を提示します。このモデルでは、2つの別々の軟化現象を考慮します。荷重中の繊維アライメントと繊維破壊です。材料モデルの特性評価のパラメーターは、文献からの実験データを使用して適合しました。さらに、特性評価に使用される実験テストは、材料パラメーターを検証するために計算的にモデル化されました。マイクロコンポーター化された断層撮影によって得られた人間の下顎の一部の有限要素モデルが開発され、提案された構成モデルがPDLに実装されました。我々の結果は、PDLの損傷が主に間質性液の過剰圧力のために発生する可能性があることを確認しますが、PDL線維ネットワークを損傷するために大きな力を適用する必要があります。さらに、この研究では、PDL損傷と骨リモデリングプロセスの関係のいくつかの側面を明確にしています。

The periodontal ligament (PDL) is a soft biological tissue that connects the tooth with the trabecular bone of the mandible. It plays a key role in load transmission and is primarily responsible for bone resorption and most common periodontal diseases. Although several numerical studies have analysed the biomechanical response of the PDL, most did not consider its porous fibrous structure, and only a few analysed damage to the PDL. This study presents an innovative numerical formulation of a porous fibrous hyperelastic damage material model for the PDL. The model considers two separate softening phenomena: fibre alignment during loading and fibre rupture. The parameters for the material model characterization were fitted using experimental data from the literature. Furthermore, the experimental tests used for characterization were computationally modelled to verify the material parameters. A finite element model of a portion of a human mandible, obtained by microcomputerized tomography, was developed, and the proposed constitutive model was implemented for the PDL. Our results confirm that damage to the PDL may occur mainly because of overpressure of the interstitial fluid, while large forces must be applied to damage the PDL fibrous network. Moreover, this study clarifies some aspects of the relationship between PDL damage and the bone remodelling process.