ネジの形状、皮質骨の厚さ、歯科矯正用ミニネジの負荷によって生じる応力の大きさと分布: 有限要素解析

Scientific Reports volume 12、記事番号: 12367 (2022) この記事を引用

1148 アクセス

1 引用

メトリクスの詳細

皮質骨の厚さは、ミニスクリューの安定性を制御する主要な要因であると考えられています。 三次元 (3D) 有限要素 (FE) モデルを使用して、ねじ山形状の異なる 2 つのミニスクリュー (タイプ A および B) と 3 つの異なる厚さの皮質骨の応力分布を調査しました。 より具体的には、2 つの異なるミニスクリューの 3D FE モデルが作成され、異なる皮質骨の厚さを表す円筒形の骨モデルに斜めまたは垂直に配置されました。 ミニスクリューに力が加えられたとき、スクリューの表面とインプラント周囲の骨の応力分布が FE 手法を使用して評価されました。 ミニスクリューの安全性は、修正された Soderberg 安全係数を使用して評価されました。 スクリューヘッドの変位は、スクリューのタイプに関係なく、皮質骨の厚さが減少するにつれて増加しました。 タイプ A ミニスクリューでは、皮質骨の厚さが変化しても、スクリュー表面の最小主応力は一定のままでした。 最小主応力も皮質骨表面に現れました。 タイプ A のミニスクリューを垂直に配置し、上向きの牽引力を加えて斜めに配置したタイプ B のミニスクリューでは、最小主応力の絶対値がより低くなりました。 どちらのミニネジも許容可能な安全係数値を持っていました。 これらを総合すると、歯科矯正医は骨の特性を考慮して各患者に適したミニスクリューを選択して使用する必要があります。

臨床歯科矯正では、ミニスクリューは骨に直接埋め込まれ、さまざまなタイプの歯の動きに絶対的な固定を提供します1、2。 また、ミニプレートと比較して、生体適合性、不快感の軽減、侵襲性の軽減、および配置の制限がほとんどありません。 ミニスクリューは、直径が小さく長さが短いにもかかわらず、現代の歯科矯正治療で利用できる効率的な治療法です1、2、5。 これらの理由から、ミニスクリューは歯科矯正医と患者の両方に広く受け入れられています6,7。

一方で、ミニネジの臨床使用にはいくつかのリスクと懸念が伴います。 ネジの破損は、ミニネジの臨床使用において最も望ましくない副作用の 1 つである可能性があります 8。 適切に配置されたミニネジでも失敗する可能性があります。 ミニスクリューの成功率は約 80% であると報告されています8。 歯科インプラントの高い成功率 (96 ～ 99% の範囲であると報告されている) を考慮すると、歯科矯正用ミニスクリューの失敗率は比較的高くなります9。 また、ネジの破損は、設置後早期に発生しやすい。 したがって、一次安定性はネジの破損に関連する最も一般的なパラメータであり、その強化は臨床従事者にとって緊急の課題です。

歯科矯正用ミニスクリューの主な安定性は、多くの要因と関連しています9、10、11、12、13、14、15。 たとえば、歯科矯正用ミニネジの一次安定性は、皮質骨の特性、ネジの設計、インプラント周囲組織の炎症、加えられる力と密接に関連していることが研究で報告されています16、17、18。 一般に、皮質骨の脆弱性がミニスクリューの安定性を制御する主要な要因であると考えられており 19,20、皮質骨が薄いと一次安定性が不十分であるため、皮質骨の厚さがミニスクリューの設置を成功させる上で不可欠な要因となります 21,22。 骨密度の低下もネジ破損の一般的な原因です23。

ミニスクリューとインプラント周囲の骨に生じる応力の分布と大きさを評価する三次元 (3-D) 有限要素 (FE) モデルを使用して、さまざまな臨床的特徴をシミュレートできます。 高濃度の応力が周囲の骨に過負荷をかけ、その領域の骨の微小骨折を刺激します24。 骨内の応力の分布と大きさは、ミニネジの有効性を調査するために使用でき、ネジの破損のリスクを予測できる可能性があります 25、26、27。 Ghorbanyjavadpour et al.28 は、3D FE モデルを使用してミニスクリューを骨に挿入する際に生じる応力を調査し、ほとんどの応力と歪みは皮質骨では十分に許容されるが、海綿骨では許容されないことを示唆しました。 しかし、皮質骨の厚さが応力分布とネジの安定性に及ぼす影響についてはほとんど情報がありません。