クリアアライナーの力とモーメントの分析：材料特性と設計が小臼歯の回転に及ぼす影響

Force and moment analysis of clear aligners: Impact of material properties and design on premolar rotation.

抄録

目的:

様々なマージンデザインの熱成形ポリエチレンテレフタレートグリコール(PETG)およびダイレクトプリントTC-85クリアアライナー(CA)が小臼歯の回転時に発生する力とモーメントを定量的に分析し、比較すること。

OBJECTIVE: To quantitatively analyze and compare the forces and moments generated by thermoformed polyethylene terephthalate glycol (PETG) and direct-printed TC-85 clear aligners (CAs), with various margin designs, during premolar rotation.

方法:

合計132個のCAを作製し、4群に分けた（各群n = 33）。グループCは、歯肉マージン2mmの熱成形PETGアライナー。グループEはダイレクトプリントTC-85アライナーで歯肉マージンは等しく、グループGはダイレクトプリントTC-85アライナーで歯肉マージンは2mmであった。最後に、グループTは、ダイレクトプリントTC-85アライナーを使用し、メシアルエンプラスに1mmの厚みを追加しました。力とモーメントは、6軸力/モーメント変換器を用いて、2°、3°、4°の回転で測定しました。測定はすべて37℃で行い、口腔内の状態をシミュレートした。力は頬舌側、前後方向、垂直方向で測定し、モーメントは中顎側、頬舌側、回転平面で測定した。

METHODS: In total, 132 CAs were fabricated and divided into four groups (n = 33 per group). Group C consisted of thermoformed PETG aligners with a 2 mm gingival margin. Group E comprised direct-printed TC-85 aligners with equi-gingival margin, whereas Group G utilized direct-printed TC-85 aligners with 2 mm gingival margins. Finally, Group T featured direct-printed TC-85 aligners with an additional 1 mm thickness at the mesial embrasure. The forces and moments were measured using a 6-axis force/moment transducer at 2°, 3°, and 4° of rotation. All measurements were conducted at 37°C to simulate intraoral conditions. Forces were measured in the buccolingual, anteroposterior, and vertical directions, while moments were measured in the mesiodistal, buccolingual, and rotational planes.

結果:

PETGアライナー(グループC)は、頬側および後方への力が回転角度に関わらず有意に増加した( < 0.05)が、侵入力は一定であった。対照的に、TC-85アライナーはすべての回転角度において一貫した力を維持した。ダイレクトプリントアライナーは、PETGアライナーよりも有意に低い侵入力を示した( < 0.001)。グループTは、有効な回転モーメントを維持しながら、不要な力を減少させた。さらに、すべてのダイレクトプリントアライナーは、熱成形アライナーよりも予測可能な力の伝達パターンを示した。

RESULTS: The PETG aligners (Group C) showed significantly increased buccal and posterior force across the rotation angles ( < 0.05), whereas the intrusive force remained consistent. In contrast, the TC-85 aligners maintained consistent forces across all rotation angles. Direct-printed aligners demonstrated significantly lower intrusive forces than PETG aligners ( < 0.001). Group T exhibited reduced unwanted forces while maintaining effective rotational moments. Furthermore, all direct-printed aligners showed more predictable force delivery patterns than thermoformed aligners.

結論:

ダイレクトプリントTC-85アライナーは、従来のPETGアライナーと比較して、優れた力の一貫性と望ましくない副作用の減少を示した。わずかな設計変更は回転効率を著しく改善するものではなかったが、不要な侵入力を効果的に減少させた。

CONCLUSIONS: Direct-printed TC-85 aligners demonstrated superior force consistency and reduced unwanted side effects compared with traditional PETG aligners. Although marginal design modifications did not significantly improve rotational efficiency, they effectively reduced unwanted intrusive forces.