抜歯症例における矯正用クリアアライナーのデザインの違いが上顎中切歯に及ぼす影響：生体力学的研究

Effects of different designs of orthodontic clear aligners on the maxillary central incisors in the tooth extraction cases: a biomechanical study.

抄録

背景:

抜歯症例において、クリアアライナーを用いて中切歯の3次元的な移動をコントロールすることは、見えない矯正治療において重要であるが、困難である。本研究の目的は、異なるパワーリッジデザインスキームにおけるクリアアライナーを使用した抜歯症例の中切歯のバイオメカニクス的影響を検討し、矯正歯科クリニックへの適切なアドバイスを提案することである。

BACKGROUND: Controlling the 3D movement of central incisors during tooth extraction cases with clear aligners is important but challenging in invisible orthodontic treatment. This study aimed to explore the biomechanical effects of central incisors in tooth extraction cases with clear aligners under different power ridge design schemes and propose appropriate advice for orthodontic clinic.

方法:

様々なパワーリッジデザインにおける前歯の後退または後退なしをシミュレーションするために、一連の有限要素モデルを構築した。これらのモデルはすべて、抜歯した第一小臼歯を含む上顎歯列、歯槽骨、歯根膜、クリアアライナーで構成されている。そして、それぞれのモデルにおいて生体力学的効果を分析し、比較しました。

METHODS: A series of Finite Element models was constructed to simulate anterior teeth retraction or no retraction with different power ridge designs. These models all consisted of maxillary dentition with extracted first premolars, alveolar bone, periodontal ligaments and clear aligner. And the biomechanical effects were analysed and compared in each model.

結果:

パワーリッジなしで前歯を後退させたモデルと、1本のパワーリッジで前歯を後退させなかったモデルでは、中切歯は歯冠舌側傾斜と相対的突出を示した。ダブルパワーリッジで前歯を後退させないモデルでは、中切歯は歯冠唇側傾斜と相対的な侵入を示す傾向があった。ダブルパワーリッジによる前歯の後退モデルでは，中切歯は1種類目のモデルと同様の傾向を示したが，パワーリッジの深さが深くなるにつれて，歯冠の後退値は徐々に減少し，歯冠の押し出し値は増加した．シミュレーションの結果，中切歯の歯根膜の頸部および先端部にvon-Mises応力集中が認められた．また、隣接歯のクリアアライナー連結部とパワーリッジ部にもvon-Mises応力集中が認められ、パワーリッジの追加によりクリアアライナーが唇側と舌側に広がった。

RESULTS: For the model of anterior teeth retraction without power ridge and for the model of anterior teeth no retraction with a single power ridge, the central incisors exhibited crown lingual inclination and relative extrusion. For the model of anterior teeth no retraction with double power ridges, the central incisors tended to have crown labial inclination and relative intrusion. For the model of anterior tooth retraction with double power ridges, the central incisors exhibited a similar trend to the first kind of model, but as the depth of the power ridge increased, there was a gradual decrease in crown retraction value and an increase in crown extrusion value. The simulated results showed that von-Mises stress concentration was observed in the cervical and apical regions of the periodontal ligaments of the central incisors. The clear aligner connection areas of adjacent teeth and power ridge areas also exhibited von-Mises stress concentration and the addition of power ridge caused the clear aligner to spread out on the labial and lingual sides.

結論:

中切歯は、抜歯症例においてトルクが失われ、突出しやすい。ダブルパワーリッジは、補助的な設計がない場合、一定の歯根トルク効果があるが、それでも歯牙後退期の歯牙傾斜を救うことはできない。歯牙移動の場合、1ステップのアライナーデザインを2ステップのプロセスに変更することが、より良い臨床手順である可能性があります。

CONCLUSIONS: The central incisors are prone to losing torque and extruding in tooth extraction cases. Double power ridges have a certain root torque effect when there are no auxiliary designs, but they still cannot rescue tooth inclination during tooth retraction period. For tooth translation, it may be a better clinical procedure to change the one-step aligner design to two-step process: tilting retraction and root control.