前歯部後退時における抜歯腔部における形状設計の異なるクリアアライナーの生体力学的効果

Biomechanical effects of clear aligner with different shape design at extraction space area during anterior teeth retraction.

抄録

目的:

本研究は、抜歯腔（CAES）部における形状設計の異なるクリアアライナー（CA）のスペースクローズ時の生体力学的影響を検討することを目的とした。

OBJECTIVE: This study aimed to investigate the biomechanical effects of clear aligner (CA) with different shape designs at extraction space (CAES) area during space closing.

材料と方法:

下顎歯列、歯根膜、アタッチメントおよび対応するCAの有限要素法（FEM）モデルを作成した。コントロール群にはCAESの連結ロッドの設計をモデル化した．CAESの高さを-4mmから+4mmまで変化させた8つの試験群を設計した．歯の変位傾向を計算した．PDL，歯およびCAにおける最大主応力を解析した．また、グローバル座標系とローカル座標系の両方を用いて、個々の歯の動きを評価した。

MATERIALS AND METHODS: A finite-element method (FEM) model of mandibular dentition, periodontal ligaments, attachments, and corresponding CA was established. The connecting rod design of CAES was modelled for the control group. Eight test groups with different heights of CAES from -4 mm to +4 mm were designed. Tooth displacement tendencies were calculated. The maximum principal stress in PDLs, teeth, and CAs was analysed. Both global coordinate system and local coordinate system were also used to evaluate individual tooth movements.

結果:

すべての群において、応力はCAESの舌側外表面に集中した。CAES低下群では、CAESにおける応力値と応力分布面積の両方が増加した。CAES低下群では、前歯の移動が減少し、犬歯の傾斜傾向が減少した。

RESULTS: Across all groups, stresses concentrated on the lingual outer surface of CAESs. For the lowered CAES groups, both the stress value and the stress distribution area at CAESs were increased. The lowered CAES groups showed reduced movement in anterior teeth and less tipping tendency of the canines.

結論:

CAESの形状は前歯の移動に生体力学的な影響を与えるため、アライナーの設計において考慮すべきである。この結果から、CAESの高さを高くすることで前歯の後退が促進される一方、CAESを低くすることで歯根の移動が制御されやすくなることが示唆された。CAESの形状の変化は、抜歯症例におけるクリアアライナーの生体力学的改善の可能性を示すものであり、検討する価値がある。

CONCLUSION: The shape of CAES has a biomechanical impact on anterior teeth movement and should be considered in aligner design. The results suggest that increasing the height of CAES can enhance anterior teeth retraction, while lowered CAES may facilitate controlled root movement. Changes in the shape of CAES represent a potential direction for biomechanical improvement of clear aligner in extraction cases and are worth exploring.