可撤性人工歯根用改良ポリエーテルエーテルケトンクラスプの保持力と疲労性能

Retention and fatigue performance of modified polyetheretherketone clasps for removable prosthesis.

抄録

目的:

ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は金属に代わる可撤性部分床義歯（RPD）の材料として検討されている。しかし，金属製RPDと比較して保持力は強くない．本研究では，PEEK製クラスプの臨床的性能を向上させるための新たな戦略を検証するために，クラスプアームがアンダーカットに係合する割合を変化させた場合の保持力と疲労性能について検討した．

PURPOSE: Polyetheretherketone (PEEK) is considered as an alternative to metal material for removable partial denture (RPD). However, the retentive force is not strong as a metal RPD. This study investigated the retention and fatigue performance of PEEK clasps with different proportions of clasp arm engaging the undercut to verify a new strategy to improve their clinical performance.

方法:

PEEKクラスプの末端1/3、2/3、および全体がアンダーカットに係合する3群(n=10/群)と、対照群として従来のコバルトクロム(CoCr)クラスプ群(n=10)を作製した。保持力は万能試験機で初期および1500サイクルの間隔で測定し、合計15,000サイクルの疲労サイクルを行った。疲労サイクルは、疲労試験機を用いてクラスプの挿入と取り外しを繰り返すことで実施した。各クラスプは、疲労試験前後にTrios3スキャナーでスキャンし、デジタルモデルを得た。クラスプの変形は、Geomagic wrap (2021)で2つのモデルの位置合わせを行い、二乗平均平方根(RMS)で評価した。走査型電子顕微鏡（SEM）と有限要素解析は，クラスプアームの摩耗とフォンミーゼス応力を観察するために実施した．Kruskal-Wallis H 検定を用いて、保持力とRMSを比較し、Bonferroniによる多重比較を行った。

METHODS: Three groups (n = 10/group) of PEEK clasps with their terminal 1/3, 2/3 and the whole of retentive arms engaging the undercut were fabricated along with a group (n = 10) of conventional cobalt-chrome (CoCr) clasps as control group. Retentive forces were measured by universal testing machine initially and at an interval of 1500 cycles for a total of 15,000 fatigue cycles. The fatigue cycles were conducted by repeated insertion and removal of the clasp using fatigue testing machine. Each clasp was scanned by Trios3 scanner before and after fatigue test to obtain digital models. The deformation of the clasp was evaluated by root mean square (RMS) through aligning the two models in Geomagic wrap (2021). Scanning electron microscopy (SEM) and finite element analysis were carried out to observe the abrasion and the von Mises stress of the clasp arm. Kruskal-Wallis H test was used to compare the retentive forces and the RMSs of the studied groups followed by Bonferroni multiple comparisons.

結果:

アンダーカットに係合したPEEKクラスプアーム全体は、他のPEEKクラスプ群よりも平均保持力が高く（7.99±2.02N）（P<0.001）、CoCrクラスプ（11.88±2.05N）に近かった。PEEKクラスプのRMSはCoCrクラスプより低く（P<0.05）、PEEKクラスプ間の差は統計的に有意ではなかった（P>0.05）。SEM観察の結果，すべてのクラスプにおいて，アンダーカットに係合する部分に表面摩耗の痕跡が観察された．応力集中は主に保持腕の初期部分に生じた。各群の最大フォンミーゼス応力はPEEKの圧縮強度を下回った。

RESULTS: The whole of PEEK clasp arm engaging the undercut provided higher mean retentive forces (7.99 ± 2.02 N) than other PEEK clasp groups (P < 0.001) and was closer to CoCr clasps (11.88 ± 2.05 N). The RMSs of PEEK clasps were lower than CoCr clasps (P < 0.05) while the differences among PEEK clasps were of no statistical significance (P > 0.05). SEM showed that evidences of surface abrasion were observed on the section that engaged the undercut for all groups of clasps. The stress concentration mainly occurred on the initial part of the retentive arm. The maximum von Mises stress of each group was below the compressive strength of PEEK.

結論:

アンダーカットに係合するPEEKクラスプアームの割合は保持力に正の影響を及ぼし，PEEKクラスプの耐疲労性はCoCrクラスプよりも優れていた．クラスプアームがアンダーカットに係合する割合を増やすことで、PEEK製クラスプの保持力を向上させることは可能な方法である。この技術革新をさらに検証するためには、臨床試験が必要である。

CONCLUSIONS: Proportions of PEEK clasp arm engaging the undercut positively influenced the retentive force and the fatigue resistance of PEEK clasps was superior than CoCr clasps. It is a feasible method to improve the retention of PEEK clasps by increasing the proportion of clasp arm engaging the undercut. Clinical trials are needed to further verify this innovation.