基礎研究

矯正拡大装置のミニスクリューの位置、有限要素法を用いての検討(2023)

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矯正拡大装置にミニスクリューの位置の検討、有限要素法を用いた検討

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今回は、2023年Scientific Reportsに投稿された論文を紹介します(インパクトファクター4.997)。

有限要素法(Finite Element Method: FEM)を用いて、拡大装置のミニスクリューの位置の違いによる拡大パターンを評価することを目的としています。

是非最後までご覧いただき、お忙しい先生方の情報収集にお役立てください。

Contents
  1. 題目・著者
  2. 研究背景
  3. 結果
  4. 考察
  5. 結語
  6. 方法
  7. 引用文献
  8. 記事監修
  9. 免責事項
  10. 矯正海外論文サイト公式Instagramお知らせ

題目・著者

【題目】

Miniscrews position for a tissue bone borne palatal C‑expander
afects the displacement pattern of nasomaxillary complex: a fnite
element study

【著者】

Jin‑Young Choi1, HyeRan Choo2, Min‑Jung Kim1, Kyu‑Rhim Chung1 & Seong‑Hun Kim1

1: Department of Orthodontics, Graduate School, Biocreative Orthodontic Strategy (BOS) Center, Kyung Hee University, Seoul, Korea.

2: Division of Plastic and Reconstruction Surgery, Neonatal and Pediatric Craniofacial and Airway Orthodontics, Department of Surgery, Stanford Orthodontic AIrway Plate Treatment Center, Stanford University School of Medicine, Lucile Packard Children’s Hospital, Palo Alto, CA, USA.

*email: bravortho@khu.ac.kr

研究背景

上下顎水平的不調和(Transverse maxillomandibular discrepancy)は、一般的な骨格的不正咬合であり(1)、外科的急速拡大術(SARPE:surgically assisted rapid palatal expansion)の有効性が示されている(17)。しかし、これらの外科的方法は侵襲的であり、患者への負担が大きい(18)。そのため、歯や骨を固定するエキスパンダーが開発され、その有効性を評価するための研究が行われている(19-22)。

中でもC-expanderは、 tooth-bone-borne の口蓋拡大装置と比較して、臼歯部の傾斜や頬側の歯槽骨の減少が少ないことが示されている。これは、C-expanderが拡大のための固定を歯に依存していないという事実に起因している(21)。現在、エキスパンダーにおけるミニスクリューの位置が解剖学的構造の３次元的変化に及ぼす影響を調査した研究は限られている。

【目的】有限要素法を用いてtissue-bone-borne palatal C-expanderのミニスクリューの位置による拡大パターンの違いを評価することである。

結果

表１：各実験モデルにおける第一大臼歯と第二大臼歯の角度の変化

各実験モデルにおける第一大臼歯と第二大臼歯の角度の変化を示した表
ⒸChoi et al. (2023)

モデルBはモデルAと比較して、第一大臼歯と第二大臼歯はより大きな傾斜を示した。

モデルC~Fの臼歯軸は、モデルG~Jの臼歯軸に比べて大きな変化を示した。

表２：N,Z,ANT,TPS-M,TPS-LにおけるX,Y,Z軸方向の変化量

N,Z,ANT,TPS-M,TPS-LにおけるX,Y,Z軸方向の変化量を示した表、Choi et al.(2023)
ⒸChoi et al.(2023)

*X軸が正の値は頬側方向への移動、Y軸が正の値は前方への移動、Z軸が正の値は上方への移動を示す。

すべてのモデルにおいてX軸は正の値、Y軸とZ軸は負の値であった。

⇒すべてのポイントが頬側、後方、下方向に移動した。

臼歯軸の変化が最も小さかったモデルはAであった。

モデルC~FとモデルG~Jを比較すると、ANTポイントで顕著な違いがみられ、ミニスクリューが比較的前方に位置するモデルC~Fでは、側方への拡大が大きくみられた。TPS-M点とTPS-L点の拡大は、両グループともほぼ同じであった。

ANT/TPS-MとANT/TPS-Lの比較は、モデルCが最も大きく、モデルIで最も小さかった。

図１：口蓋拡大後のX,Y,Z軸における各点の絶対的変化量

口蓋拡大後のX,Y,Z軸における各点の絶対的変化量を示したグラフ、CHoi et al.(2023)
ⒸChoi et al (2023)

A:N点、B:Z点、C:ANT点、D:TPS-M点、E:TPS-L点のすべての点で頬側、後方、下方に変化が生じた。

図２：X,Y,Z軸におけるANT/TPS-MとANT/TPS-Lの割合

X,Y,Z軸におけるANT/TPS-MとANT/TPS-Lの割合を示したグラフ。Choi et al. (2023)
ⒸChoi et al.(2023)

表３：各モデルのC-expanderの応力分布

C-expanderの応力分布を示した図。Choi et al. (2023)
ⒸChoi et al. (2023)

考察

モデルI

ANTとTPS-Mおよび、ANTとTPS-Lの側方変位量が他のモデルに比べて有意に小さかったことが示された。

⇒モデルIでは、口蓋後部の拡大が前部よりも効果的であったことを示唆している。

N点が最も側方への変位が大きかった。

⇒モデルIで指定したようにミニスクリューを配置することが、特に後方領域で鼻腔の拡大を達成するために最も効果的なアプローチである可能性が示唆される。

モデルA：最も一般的なパターン

ANT点、TPS-M/L点、Z点の横方向の変化は、同じ条件下で他のモデルに比べて最も小さかった。

⇒モデルAは、最も好ましくないスクリュー配置であると考えられる。他のモデルとの違いは、スクリューの垂直的な位置にあり、モデルAでは6本のスクリューすべてがCEJから7mm以下に位置している。

口蓋の前方と後方を同程度に拡大する必要がある場合

モデルCを推奨する。X軸方向のANT/TPS-MとANT/TPS-Lの値が1に近いため。

＊モデルD、FもモデルＣと前歯部の拡大量は同程度であるが、後方部の拡大量が大きい。後方部の積極的な拡大を行いたい場合はモデルD、Fは推奨される。

上顎弓の形状を考慮し前歯部の拡大を最小限に抑える必要がある場合

モデルIを推奨する。モデルIにおけるANT/TPS-MとANT/TPS-Lの減少は後方部の拡大量の増加ではなく、前歯部の拡大量によるものであるため。

＊モデルIとモデルJのスクリューの位置は類似しているが、応力分布はモデルIの方がモデルJよりも後方部に集中している。

ミニスクリューンの埋入位置を検討する際のポイント

●治療目的や患者の特定のニーズ

・審美的な理由から、鼻の拡大を避けたい場合

　⇒モデルGのパターン

・頬骨部の変化に抵抗する患者の場合

　⇒モデルAおよびモデルCのようにZポイントの変化が最小限となるパターン

●埋入位置の解剖学的特徴の考慮

・上顎洞領域の穿孔を防ぐために、ミニスクリューの適切な長さと埋入の深さを決定するには、骨と軟組織の厚さを把握できるCT評価が必要である。

まとめの考察

本研究では、C-エキスパンダーの配置に一般的な数であるミニスクリューを片側に使用することを前提に計算と解析を行った。

しかし、ミニスクリューの本数は変更可能であり、2本または4本という選択肢もある。使用するミニスクリューの数によって、骨格の変化にどのような違いが生じうるかについては、さらなる研究が必要である。

本研究では、CFJ下7mmおよび15mmにミニスクリューを埋入した場合を想定しているが、実際の臨床においては、患者固有の解剖学的構造によって拡大による反応が異なる可能性がある。

結語

tissue- and bone-borne expander組織骨結合型エキスパンダーに使用するミニスクリューの位置は、大臼歯の傾きと骨上のランドマークの変位に大きな影響を与えた。

本研究の結果から、鼻腔の最大限の能動的拡大および口蓋後部/前部と比較した相対的拡大を達成するために、モデルIで見られたパターンに従ってミニスクリューを配置することが推奨される。

口蓋の前方部と後方部で同程度の拡大量を達成するためには、モデルCで示したようにミニスクリューを配置することが推奨される。

方法

表４：有限要素モデルの構築

有限要素法のモデルの構築を示した図。Choi et al. (2023)
ⒸChoi et al. (2023)

表3：有限要素モデルにおける機械特性

有限要素モデルにおける機械特性を示した表。Choi et al. (2023)
ⒸChoi et al. (2023)

図５：各モデルのスクリュー配置

有限要素モデルのミニスクリュー配置を示した図。Choi et al. (2023)
ⒸChoi et al.(2023)

モデルA：ミニスクリューを第一小臼歯と第二小臼歯の歯根の間、第二小臼歯と第一大臼歯の間にセメントエナメル接合部(CEJ)から７mm下の位置に配置。

モデルB：ミニスクリューの位置はモデルAと同じ、CEJから15mm下の位置に配置

モデルCDEF：第一小臼歯と第二小臼歯との間、第二小臼歯と第一大臼歯との間にCEJから7mmと15mmの位置で3本のミニスクリューを選択的に配置

モデルGHIJ：第二小臼歯と第一大臼歯の間、第一小臼歯と第二小臼歯との間に、CFJから7mmと15mmの両方に選択的に配置

図６：頭蓋骨、口蓋骨のランドマーク

頭蓋骨、口蓋骨のランドマークを支援した図。Choi et al. (2023)
ⒸChoi et al. (2023)

Z：正面からみて頬骨弓の最も外側の点

N：上顎骨表面の梨状孔の最も外側の点

ANT：両側上顎犬歯を結ぶ線上で、口蓋縫合から側方2mmの点

TPS-M：口蓋横縫合線上の口蓋縫合から2mm側方の点

TPS-L：口蓋横縫合部の最も外側

引用文献

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