Posted at the Institutional Resources for Unique Collection and Academic Archives at Tokyo Dental College, Available from http://ir.tdc.ac.jp/
Title
Stress distribution in the mini-screw and alveolar
bone during orthodontic treatment : a finite
element study analysis
Author(s)
黒田, 俊太郎
Journal
歯科学報, 116(1): 66-67
URL
http://hdl.handle.net/10130/3957
Right
論 文 内 容 の 要 旨 １．研 究 目 的 歯科矯正用アンカースクリュー（以下 mini-screw）は矯正治療において，有用な固定源であることが認知さ れ，広く応用されている。Mini-screw の成功率は７０％という報告があり，これを左右する要因の一つとし て，歯の牽引時における mini-screw に加わる応力が挙げられる。そこで本研究において，mini-screw から歯 の牽引を想定した有限要素解析モデルを作成し，mini-screw 本体および周囲骨に加わる応力を解析したので 報告する。 ２．研 究 方 法 コンピューター上でシミュレーションした mini-screw（６mm，８mm，１０mm，１２mm）の上端に長軸に垂 直に２N の力を加える。その時の mini-screw，皮質骨および海綿骨での応力分布を有限要素解析法を用いて 調べ，考察を行った。その際，設定した点における von Mises equivalent stress，解析図横断面，皮質骨表面 における分布と応力の contour figure，皮質骨と海綿骨との界面における応力分布，mini-screw のみの応力， 骨のみの応力を調査した。 ３．研究成績および結論 Mini-screw の応力は皮質骨に集中し，また骨上長さが長いほど大きくなっていた。皮質骨での応力は mini-screw の骨内長さが長いほど，また骨上骨内比が小さいほど小さくなり，さらに mini-mini-screw での応力に比 べ，骨での応力は約６０％に減少した。応力は皮質骨と海綿骨の界面に沿って広く分布し，mini-screw 骨内長 さは皮質骨における応力に影響を与えていなかった。mini-screw および周囲骨の応力分布を有限要素解析法 を用いて考えると，各点によって mini-screw の骨上長さに影響されるもの，骨内長さに影響されるもの，骨 上骨内比に影響されるものと様々異なっていることが示された。また，皮質骨の厚さが１．２mm あれば mini-screw の骨上骨内比を大きくしても小さくしても mini-mini-screw の応力は小さくなるものの，変形や骨の破壊な どには至らず安定するということが示唆された。つまり，骨上骨内比が小さいほど，mini-screw は側方荷重に 対しては安定するという仮説を立てたが，mini-screw の安定のためには，骨上骨内比よりも皮質骨厚さの方 を重要視しなければならないということが示唆された。臨床においては CT などを用いて術前の検査を充分に 行ない，皮質骨の厚さを測定し，mini-screw の埋入位置を考慮した治療計画の立案が不可欠であるといえる。 氏 名（本 籍） くろ だ しゅん た ろう
黒
田
俊 太 郎
（東京都） 学 位 の 種 類 博 士（歯 学） 学 位 記 番 号 第 ２０１６ 号（乙第７６３号） 学 位 授 与 の 日 付 平成２５年９月１１日 学 位 授 与 の 要 件 学位規則第４条第２項該当学 位 論 文 題 目 Stress distribution in the mini-screw and alveolar bone during orthodontic treatment : a finite element study analysis
掲 載 雑 誌 名 Journal of Orthodontics 第４１巻 ４号 ２７５−２８４頁 ２０１４年 論 文 審 査 委 員 （主査） 末石 研二教授 （副査） 小田 豊教授 阿部 伸一教授 片田 英憲講師 歯科学報 Vol．１１６，No．１（２０１６） ６６ ― ６６ ―
論 文 審 査 の 要 旨 歯科矯正用アンカースクリュー（以下 mini-screw）は補綴用歯科インプラントに比べて脱落率が高いことが 知られている。本論文では，歯の歯冠歯根比にあたる mini-screw の骨上骨内比が小さいほど側方荷重に対し て安定するという仮説を立て，有限要素解析法を用いて実験を行った。解析のモデルは上顎第２小臼歯と第一 大臼歯間頬側歯槽部に mini-screw を埋入し犬歯の遠心移動，前歯部の後方移動のために牽引している様子を シミュレーションしている。mini-screw（６mm，８mm，１０mm，１２mm）の上端に長軸に垂直に２N の力を加 えた時の mini-screw，皮質骨および海綿骨での応力分布と各点における von Mises stress 値について検討し た。解析結果により，今回設定した条件に従えば，mini-screw の骨上骨内比を大きくしても小さくしても， mini-screw や骨には大きな影響を与えず，側方荷重に対して安定するということが示唆された。本論文審査 は，平成２５年７月３日に行われた。黒田俊太郎専攻生より，論文概要が提示された後，各審査委員より本論文 に対して⑴有限要素解析モデルの設定の根拠について，⑵解析モデルの海綿骨は骨梁構造をなさず，均質一様 な構造物としているがその理由について，⑶各々の材料の yield stress について，論文の中では物理的な限界 値としてとらえられている。限界値以下の応力が持続的にかかるということの生物学的影響についてどう考え るか，などの質疑が行われた。これらの内容について，⑴マイクロ CT などを用い臨床に近づけたものにする と，要素が多くなり実験系としては複雑なものになってしまう。今回は有限要素解析の特徴を生かし，なるべ く変数を減らして単純なキュービック状にした。また６面すべてを皮質骨で覆ったのは，隣在歯根を囲ってい る歯槽硬線を考慮に入れたためである。⑵今回の解析結果より，海綿骨への応力分布は mini-screw に比べる と４％しかなく著しく小さいこと，また，先述したが有限要素解析の特性を生かし解析結果に汎用性を持たせ るため骨梁構造の再現は行わなかった。⑶Yield stress 以下であっても長い期間矯正力を歯根膜の介在なしに 加えることは少ないながらも骨にダメージがあると考えられる。しかし，今回算出された mini-screw 周囲皮 質骨におけるデータ２５MPa 前後であるならば，生体の修復機能が充分に働き，大きな問題とならないのでは ないか，とすべての質疑に対して妥当な回答が得られた。 その結果，本研究で得られた知見は大いに今後の歯科学の進歩，発展に寄与するものであり，学位授与に値 するものと判定した。 歯科学報 Vol．１１６，No．１（２０１６） ６７ ― ６７ ―
