超弾性 NiTi コイルスプリング内蔵型急速拡大装置と従来型急速拡大装置が発揮する矯正力の比較

原

著

超弾性 NiTi コイルスプリング内蔵型急速拡大装置と従来型

急速拡大装置が発揮する矯正力の比較

Comparison of orthodontic force exerted by rapid maxillary

expansion with built-in superelastic NiTi coil spring and

con-ventional rapid maxillary expansion

石川　里奈

１

_{、川村　尚彦}

１

_{、山崎　敦永}

１

_{、保田　好隆}

２

_{、溝口　到}

３

_{、飯嶋　雅弘}

１

１_{北海道医療大学歯学部口腔構造・機能発育学系歯科矯正学分野} ２_{保田矯正歯科}

３_{東北大学大学院歯学研究科顎口腔矯正学分野}

Rina Ishikawa

1

_{, Naohiko Kawamura}

1

_{, Atsue Yamazaki}

1

_{, Yoshitaka Yasuda}

2

_{, Itaru Mizoguchi}

3

_,

Masahiro Iijima

1

1_{Division of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Department of Oral Growth and Development, School of Dentistry,} Health Sciences University of Hokkaido

2_{Yasuda Orthodontic Offi ce}

3_{Division of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Tohoku University Graduate School of Dentistry}

キーワード：矯正歯科治療、急速拡大装置、rapid maxillary expansion、RME、screw expander

　　　Rapid maxillary expansion（RME）using screw expander has long been popular in clinical ortho-dontics. Recently, a new RME with built-in superelastic NiTi coil spring was commercially introduced. The purpose of this study was to investigate the forces delivered by the RME with built-in superelas-tic NiTi coil spring. Two conventional RMEs were used for comparison. Three commercially available RMEs ware selected. The arms of the RMEs were standardized and holded with a pair of grips at-tached to a universal testing machine（EZ test, Shimadzu, Kyoto）．All the RMEs were first activated 1 or 2 quarter-turns and the forces delivered were measured for 10 minutes at room temperature（25℃） （n = 5）．Results were compared using ANOVA and Tukey’s test, with p set at < 0.05 for statistical

significance. The forces delivered were increased with increasing activation in all the RMEs. The RME with built-in superelastic NiTi coil spring showed a significantly lower forces than the other two RMEs in all conditions of the activation. The forces delivered by RME increase with increasing each activa-tions, but almost constant right after each activation. The RME with built-in superelastic NiTi coil spring produces significantly lower forces due to the effect of the NiTi coil spring.

　急速拡大装置（以下 RME）を用いた上顎の急速拡大は、古くから臨床に適用されてきた。近年、超弾性 NiTi コイ ルスプリングが内蔵された RME が市販された。本研究では、超弾性 NiTi コイルスプリングが内蔵された RME と従 来型の RME ２種、計３種類により生じるそれぞれの矯正力を比較した。RME のアーム部分のデザインを標準化 し、万能試験機（EZ test、島津製作所）に取り付けた一対の治具で保持した。各 RME を 1/4 回転または 1/2 回転ア クチベートし、生じた矯正力を室温（25℃）下で 10 分間測定した。この過程を５回繰り返した。測定結果は、一元 配置分散分析と Tukey 検定を用いて比較した（p < 0.05）。すべての RME において、アクチベート量が増加するに つれて生じる矯正力も増加した。超弾性 NiTi コイルスプリングが内蔵された RME は従来型の RME と比較して、約 40％～60％小さい力を発揮した。RME によって生じる力はアクチベートに伴い増加し、各アクチベート間の矯正 力はほぼ一定である。超弾性 NiTi コイルスプリングが内蔵された RME は、NiTi コイルスプリングの超弾性効果に よって有意に小さく持続的な矯正力を発揮することが示された。

緒　　　言

　 急 速 拡 大 装 置（rapid maxillary expansion； 以 下 RME）は、1860 年に Angell によって初めて臨床応用 された1、2）_{。その後、1961 年に Haas が RME の設計と} その治療効果についての報告をして以来、現在に至る まで数多くの臨床報告がある2-11）_{。RME は装置を維} 持する金属製の帯環と太いワイヤー、拡大スクリュー か ら 構 成 さ れ る。RME の 最 大 の 治 療 効 果 は、 ス ク リューを回転させることで発生する顎整形力が、正中 口蓋縫合を離開させることである。離開した縫合部に は、新しい骨が誘導、形成され空隙部が閉鎖し、鼻上 顎複合体の側方拡大が可能となる。断続的に加えられ る顎整形力により、拡大時には 4.5～9.0 ㎏ほどの力が 加わる12）_{。このようなキログラム単位の強い顎整形力} により、上顎歯列弓は拡大されアーチレングスディス クレパンシーを改善し、臼歯部交叉咬合の改善につな がる13）_{。また、舌房容積の回復による口呼吸、いびき、} 鼻閉、睡眠時無呼吸症候群および舌の位置の改善など の効果も報告されている14-17）_。 　一方、RME は歯に固定源を求めるため、歯根吸収 や歯肉退縮のリスクがある他、骨格系の後戻りは少な いものの歯系の後戻りが生じやすいと報告されてい る18-20）_{。また、顎整形力の作用は鼻上顎複合体全体に} および、鼻骨周囲の不快感や疼痛、皮下に内出血をお よぼす場合もある。そのため、適応症や使用方法に十 分留意する必要がある21）_。 　RME が発揮する矯正力に関する報告は多数存在す るが、正中口蓋縫合の離開により矯正力の応力様相が ど の 様 に 変 化 し て い く か は 未 だ 不 明 な 点 が 多 い。 Robert らは RME の初期荷重と時間の経過に伴う矯正 力の減衰について調査を行い、１回のアクチベートで 約３～10 ポンド（1.36～4.54 ㎏f）の矯正力を発揮する が、その後縫合の離開による減衰が生じると述べてい る22）_{。また、Liu らのシステマティックレビューによ} ると、過去の RME の長期効果を分析した研究におい て、RME による拡大後、同装置が受動的なリテーナー として最低３か月～最大 12 か月間口腔内に維持され ることが多いという23）_{。この RME を用いた保定の期} 間内に拡大した幅径が減少する現象がみられるという 報告もあり、これには装置自体の剛性不足による歪み やスクリューの逆回転による後戻りが影響している可 能性が考えられる18、24、25）_{。これらの問題を受け、各} メーカーはより良い治療結果に導くよう RME の剛性 を高めたり、スクリューに逆回転防止機構を付与した りと、さまざまな工夫を施している。 　近年、超弾性 NiTi コイルスプリングを組み込んだ 新しい RME（メモリーアナトミックエクスパンダー、 フォレスタデント・ジャパン株式会社、東京）が市販 された。本研究では、超弾性 NiTi コイルスプリング が内蔵された RME と従来型の市販 RME が発揮する 矯正力について比較検討を行った。

方　　　法

　本研究には、試料として超弾性 NiTi コイルスプリ ングが内蔵された RME（メモリーアナトミックエク スパンダー、フォレスタデント・ジャパン株式会社、 東京；MAE）を用いた（図１）。比較として、従来型 の RME（アナトミックエクスパンダー、フォレスタ デント・ジャパン株式会社、東京；AE）、従来型の RME に逆回転防止機能を内蔵した RME（スナップ ロックエクスパンダー、フォレスタデント・ジャパン 株式会社、東京；SLE）を用いた。MAE、AE および SLE の １ 回 転 当 た り の 拡 大 量 は、 そ れ ぞ れ 0.7㎜、 0.8㎜および 0.9㎜であった。臨床での使用環境を再現 するため、日本人の平均的な大臼歯間距離（37.5㎜） と口蓋深さ（17.5㎜）を具備したエポキシ製顎模型 （i21D-400C、株式会社ニッシン、京都）上で、RME 図１　使用した３種類のスクリューエクスパンダー 　（Ａ）メモリーアナトミックエクスパンダー（MAE） 　（Ｂ）アナトミックエクスパンダー（AE） 　（Ｃ）スナップロックエクスパンダー（SLE） （A） （B） （C）

図２　スクリューエクスパンダーの標準化 エポキシ模型を用いて各スクリューエクスパンダーのアーム 部分のデザインを標準化した（臼歯間距離 37.5㎜）。 図３　計測に用いた万能試験機と治具 各スクリューエクスパンダーを一対の治具で保持し、万能試 験機（EZ test、島津製作所、京都）に装着して計測を行った。 のアーム部分を口蓋形態に沿うように屈曲し、すべて の試料においてアーム部分のデザインを統一した（図

２）26-27）_{。屈曲した RME を小型卓上試験機（EZ test、}

島津製作所、京都）に取り付けた一対の治具で保持し た（図３）。矯正力（㎏f）の記録には、専用ソフトウェ ア（Trapezium 2、島津製作所、京都）を使用した。室 温環境下（25℃）において、各 RME を 1/4 回転また は 1/2 回転アクチベートし、生じた矯正力を 10 分間 測定した。この過程をそれぞれ５回繰り返し、１つの RME において計 50 分間の計測を実施した。50 分間 の計測ののち、再びスクリューを初期位置に戻し、各 RME において５回ずつ計測を行った。各 RME の最終 的な総アクチベート量は、5/4 回転または 5/2 回転で あり、これらは 0.875 ～ 2.25㎜のアクチベート量に相 当する。 　統計学的分析は統計解析ソフト（SPSS Stastics 25、 IBM、シカゴ）を用いて実施した。各群の平均値の差 の検定は一元配置分散分析を用い、その後の多重比較 には Tukey 検定を用いた。p < 0.05 を有意差ありとし た。

結　　　果

　各 RME アクチベート後の矯正力を図４と図５に示 す。すべての RME において、アクチベート量が増加 するにつれて生じる矯正力も増加した。１回目のアク チベートに際し、1/4 回転における MAE、AE および SLE の平均矯正力はそれぞれ 0.34 ㎏f、0.58 ㎏f および 0.59 ㎏f、1/2 回 転 に お け る MAE、AE お よ び SLE の 平 均 矯 正 力 は そ れ ぞ れ 0.82 ㎏f、1.35 ㎏f お よ び 1.65 ㎏f であった。２回目のアクチベートに際し、２ 回の 1/4 回転（すなわち 1/2 回転）における MAE、AE および SLE の平均矯正力はそれぞれ 0.78 ㎏f、1.31 ㎏f および 1.50 ㎏f、２回の 1/2 回転（すなわち１回転）に おける MAE、AE および SLE の平均矯正力はそれぞ れ 1.57 ㎏f、2.78 ㎏f および 3.98 ㎏f であった。10 分間 での計測では、すべての RME において持続的な矯正 力を示し、減衰は確認されなかった。 　各 RME アクチベート後の矯正力の分布を図６と図 ７に示す。すべての RME において、アクチベート量 が増加するにつれて生じる矯正力も増加した。また、 すべての回転量において、各 RME 間に有意差が確認 された。特に、MAE は他の２つの RME と比較して、 約 40～60％小さい力を発揮した。 図４　各スクリューエクスパンダーアクチベート後の矯正力（1/4 回転） すべてのスクリューエクスパンダーにおいて、アクチベート量が増加するにつれて生じ る矯正力も増加した。１回のアクチベートにおける平均矯正力は、0.34～0.59 ㎏ f であった。 図５　各スクリューエクスパンダーアクチベート後の矯正力（1/2 回転） すべてのスクリューエクスパンダーにおいて、アクチベート量が増加するにつれて生じ る矯正力も増加した。１回のアクチベートにおける平均矯正力は、0.82～1.65 ㎏ f であった。 㻜 㻞 㻠 㻢 㻤 㻝㻜 㻝㻞 㻜 㻝㻜 㻞㻜 㻟㻜 㻠㻜 㻡㻜 ▹ ṇ ຊ 䠄 㼗㼓 㼒䠅 ▹ṇຊ䠄 㼗㼓 㼒䠅 ▹ṇຊ䠄 㼗㼓 㼒䠅

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考　　　察

　本研究では、超弾性 NiTi コイルスプリングが内蔵 された RME と従来型の RME の発揮する矯正力につ いて比較検討を行った。１～５回のアクチベートにお け る MAE、AE お よ び SLE の 平 均 矯 正 力 は、1/4 回 転においてそれぞれ 0.34～1.94 ㎏f、0.58～3.29 ㎏f お よび 0.59～4.84 ㎏f、1/2 回転においてそれぞれ 0.82～ 4.11 ㎏f、1.35～6.82 ㎏f お よ び 1.65～10.36 ㎏f で あ っ た。したがって、MAE は内蔵された超弾性 NiTi コイ ルスプリングによって、従来の RME と比較して約 40 ～60％小さい矯正力が発揮されることが示された。よ り小さい矯正力によってもたらされる利点に関して、 以下に考察する。 　矯正力の大きさが歯、歯周組織および歯の移動様相 に与える影響を調べた研究がいくつかある。Gonzales らは、ラットを用いて矯正力の違いが歯の移動量と歯 根吸収へ及ぼす影響を調べ、弱い矯正力を付与した群 は強い矯正力を付与した群に比較して歯の移動量が大 きく、歯根吸収も少なかったと報告している28）_。した がって、より小さい矯正力を発揮する MAE は、臨床 図６　各スクリューエクスパンダーアクチベート後の矯正力の分布（1/4 回転） MAE は、他の２つのスクリューエクスパンダーと比較して、約 40～60％小さい力を発揮 した。検定には、一元配置分散分析および Tukey 検定を用いた。異符号間は５％水準で有 意差があることを示す。 図７　各スクリューエクスパンダーアクチベート後の矯正力の分布（1/2 回転） MAE は、他の２つのスクリューエクスパンダーと比較して、約 40～60％小さい力を発揮 した。検定には、一元配置分散分析および Tukey 検定を用いた。異符号間は５％水準で有 意差があることを示す。

使用において効率の良い歯の移動を実現することがで き、望ましくない歯の傾斜や歯根吸収のリスク軽減に 繋がると考えられる。ただし、これは RME という装 置の特性上、正中口蓋縫合が離開するのに十分な矯正 力を発揮し、その上でより小さい矯正力が歯や歯周組 織 に 加 え ら れ た 場 合 で あ る。MAE の よ う な 超 弾 性 NiTi コイルスプリングが内蔵された RME のより小さ な矯正力が正中口蓋縫合を離開するのに十分であるか どうかや、縫合離開後の歯の移動や歯周組織への影響 に 関 し て は、 い く つ か の 臨 床 報 告 が み ら れ る。 Wichelhaus らは、従来の RME は 1/4 回転当たり約２ ～５㎏f の矯正力を発生し、制御不能な歯根傾斜と歯 根吸収をもたらしたのに対し、超弾性 NiTi コイルス プリングが内蔵された RME は、より軽く、より生理 的な矯正力を加えることを可能にすると報告してい る29）_{。この矯正力の大きさは、従来の RME の 1/3 で} あるが、臨床用途においては骨縫合を離開させるのに 十分な力であると述べている。また、Koray らは、超 弾性 NiTi コイルスプリングが内蔵された RME は、比 較的力弱い矯正力かつ短時間で上顎骨の拡大を可能に し、従来の RME と同様の骨格変化をもたらしたと述 べている30）_{。Marzban らは、NiTi 合金を使用した拡} 大装置による症例を報告しており、上顎の側方拡大は 固定歯の頰側への傾斜を最小限に抑えることができる と報告している31）_{。実際に口腔内に RME を装着した} 場合、生体では正中口蓋縫合の離開によって矯正力は 減衰するため、矯正力が口腔内で持続することはない。 しかし、RME が発揮する初期荷重は実際に固定歯が 負担する荷重であるためより小さいほうが望ましいと 推察される。 　超弾性をもつ NiTi の一般的特性として、ひずみに 対して持続的で安定した応力を生み出すとされている。 本研究では、矯正力の測定時間を 10 分間に設定して いたため、矯正力の減衰までを確認することはできな かった。さらに長時間にわたって矯正力の測定を行う ことで、MAE では矯正力の持続性が、一方で従来の RME（AE や SLE）では矯正力の減衰が記録されるこ とが予想される。この各金属の特性による矯正力の減 衰のほかに、RME のスクリューの逆回転によって矯 正力が減衰する可能性も考えられる24、25）_{。しかし、今} 回の測定においては、最もアクチベート量の大きい５ 回の 1/2 回転（すなわち 5/2 回転）においても矯正力 の 減 衰 は 確 認 さ れ な か っ た た め、 今 回 選 択 し た 各 RME と各アクチベート量の組み合わせにおいてスク リューの逆回転が生じる可能性は限りなく低いと考え られる。 　今回用いた３種類の RME は１回転当たりの拡大量 が異なるものであったが、本来であれば１回転当たり の拡大量が同じ RME を用いた比較が望ましかったと 考えられる。しかし、現在市販される RME の中から １回転当たりの拡大量の等しい組み合わせで３種類の 試料を準備することが困難であった。そこで本研究で は、より臨床使用に即した比較を行うという趣旨で、 １回転当たりのアクチベートによる矯正力を比較した。 今回の手法では、拡大量を揃えての比較ができないと いう欠点があるため、拡大量を揃えて矯正力を比較で きる研究モデルを考案する必要がある。 　今回はエポキシ製顎模型で標準化した RME を用い て、生体外で矯正力の比較検討を行ったが、この結果 はそのまま口腔内における RME の矯正力に適用でき るとは限らない。実際の口腔内に装着した RME が発 揮する矯正力によって、歯の側方拡大量がどのように 変化するかを測定することはきわめて困難である。ま た、側方拡大量のみならず、拡大に伴う歯の頬側傾斜 やそれに伴う口蓋側咬頭の挺出など、三次元的な歯の 動きを明らかにすることが求められてくると考えられ る。近年、口腔内スキャナが歯科業界に普及し、それ に伴ってスキャン精度も著しく向上してきている。口 腔内の RME のスクリューをアクチベートし、経時的 に口腔内スキャナによるスキャンを実施することで、 RME による歯列弓ならびに個々の歯の動きを三次元 で解釈することができるようになる。したがって、今 回の研究結果が実際の口腔内での歯の動きに及ぼす影 響を明確にするために、口腔内スキャナを利用した研 究が今後求められてくるであろう。

結　　　論

　RME によって生じる矯正力はアクチベートに伴っ て増加し、各アクチベート間の力はほぼ一定であった。 超弾性 NiTi コイルスプリングが内蔵された RME は、 NiTi コイルスプリングの超弾性特性により有意に小 さく持続的な矯正力を発揮した。

文　　　献

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