下顎骨に仮固定用として装着されたミニスクリューの生体力学的検討；患者固有の有限要素解析

A biomechanical investigation of miniscrews placed on a mandible for temporary anchorage; a patient-specific finite element analysis.

抄録

ミニスクリューは、矯正治療において広く使用されている一時的な骨格固定装置であり、その成功は、埋入部位、角度、テクニック、およびスクリュー寸法に依存する。本研究では，歯，皮質骨，海綿骨からなる下顎模型を用いて，ミニスクリューの長さ，挿入角度，力の方向が及ぼす影響を検討することを目的とした．ミニスクリューを埋入した患者のデンタルボリューメトリックトモグラフィー（DVT）スキャン1本を下顎骨のモデリングに使用し、有限要素解析を行った。モデル変数には、ミニスクリューの長さ（6mm、8mm、10mm）、挿入角度（-15°、45°、60°、90°）、力の方向（30°、45°、60°）が含まれた。最小応力は6mmで18.61MPa、最大応力は10mmで37.11MPaであった。挿入角度によると、最も応力が小さかったのは60°で、最も応力が大きかったのは腹側の15°であった。力方向では、最も低い応力は60°で、最も高い応力は45°であった。しかし、挿入角度と力の方向には有意な差は見られなかった。ミニスクリューの長さでは、統計的に有意な差が認められた。その結果、60°の角度で挿入された6mmが最良の結果となり、最も低い応力を引き起こすことができた。ミニスクリューの長さを長くすると、下顎骨にかかる応力が増加する。また、力の方向が高くなるため、パワーアームが短くなると応力は減少する。

Miniscrews are temporary skeletal anchorage devices that are widely used in orthodontic treatment, and their success depends on the placement area, angle, technique, and screw dimensions. This study aimed to investigate the effects of miniscrew lengths, insertion angles, and force directions on a mandible model consisting of teeth, cortical and cancellous bones. One Dental Volumetric Tomography (DVT) scan from a patient who had miniscrews were used for mandibular bone modeling to perform finite element analysis. The model variables included miniscrew lengths (6, 8, and 10 mm), insertion angles (-15°, 45°, 60°, and 90°), and force directions (30°, 45°, and 60°). The minimum and maximum stresses were calculated as 18.61 and 37.11 MPa at 6 mm and 10 mm, respectively. According to the insertion angles, the lowest stress was observed at 60°, while the highest stress was found at 15° in the ventral direction. At force directions, the lowest stress was at 60°, and the highest stress was at 45°. However, there were no significant differences in insertion angles and force directions. A statistically significant difference was determined in miniscrew length. As a result, the best result was calculated to be 6 mm inserted at a 60° angle, which could induce the lowest stress. Increasing the miniscrew length will increase the stress on the mandible. In addition, because of the higher force direction, stress decreases with shorter power arms.