様々なマルチレイヤーの矯正用クリアアライナーの有効性：シミュレーションスタディ

Efficacy of various multi-layers of orthodontic clear aligners: a simulated study.

抄録

背景:

見えない矯正治療において、矯正用クリアアライナーの材料は複合熱成形フィルムが中心となっている。しかし，多層材料からなるクリアアライナーの矯正効果については，未だ不明な点が多い．本研究では、上顎前歯の一括後退に対する多層クリアアライナーのバイオメカニクス的効果を評価することを目的とした。

BACKGROUND: In the invisible orthodontic treatment, composite thermoforming film materials have become the focus of orthodontic clear aligners. The orthodontic efficacy of clear aligners which consisted of multi-layers materials remains unclear. This study aims to evaluate the biomechanical effects of various multi-layers of clear aligners on en-mass retraction of maxillary anterior teeth.

方法:

第一小臼歯抜歯後のクリアアライナーによる上顎前歯のen-mass retractionをシミュレーションするために，患者別3次元非線形有限要素モデル数値解析を構築した．フィルム材料の割合が異なる4種類の多層クリアアライナーのシミュレーションを行った．4種類のクリアアライナーによる見えない矯正の生体力学的反応を計算した．全方向の歯牙変位，歯根膜の静水圧，クリアアライナーの矯正変形，歯槽骨の応力分布を比較検討した．

METHODS: A patient-specific 3D non-linear finite element model numerical analysis was constructed to simulate the en-mass retraction of maxillary anterior teeth with clear aligner after extraction of the first premolars. Four kinds of multi-layers clear aligners with different proportion of film materials were simulated. The biomechanical responses of four different clear aligners on invisible orthodontics were calculated. The tooth displacement in all directions, the hydrostatic pressure of periodontal ligament, the orthodontic deformation of clear aligner, and the stress distribution of alveolar bone were compared and investigated.

結果:

すべての実験モデルにおいて，歯槽骨の最大等価変形量，歯のベクトル変位量，歯根膜の圧縮・引張応力は，軟層の厚さの増加とともに減少した．また，クリアアライナーの弾性ひずみは，軟質層と硬質層の比率の増加に伴い減少した．

RESULTS: In all experimental models, the maximum equivalent deformation of alveolar bone, the vector displacement of tooth and the compressive/tensile stress of periodontal ligament decreased with the increase of soft layer thickness. The elastic strain of clear aligners also decreased with the increase of the ratio of soft/hard layers.

結論:

多層クリアアライナーは、歯の移動、歯根膜の応力分布、歯槽骨の力学的負荷において、特に軟層と硬層の比率が50％以上の場合、単層クリアアライナーより優れている。さらに、マルチレイヤーカリアライナーの副作用は、シングルレイヤーのものに比べて著しく少ない。

CONCLUSIONS: The multi-layers clear aligner is better than the single-layer clear aligner in tooth movement, stress distribution of periodontal ligament and mechanical loading of alveolar bone, especially when the ratio of soft layer to hard layer is more than 50%. Moreover, the side effects of the multi-layers clear aligner are significantly less than those of the single-layer one.