博士（歯学）宇賀 大 学位論文題名、
審美矯正ワイヤに適したブラケットの試作
(Bracket suitabie for esthetic orthodontic wires)
学位論文内容の要旨
【緒言】
近 年 、 歯 科 矯 正 治 療 に お い て 審 美 的 要 求 が 強 く 求 め ら れ 、 ブ ラ ケ ッ ト、 結 紮 線 に 関 し て は 透 明 で 耐久 性 の あ る も の が 開 発 さ れ 臨 床 に 広 く 使わ れて いる 。し かし 、 矯 正 治 療 に 必 要 不 可 欠 の ワ イ ヤ に 関 し て は 金 属 製 の も の が ほ と ん で あ り、 審 美 的 に優れたワイヤの臨床応用が望まれている。
著 者 ら が 研 究 開 発を 進 め て い る 繊 維 強 化 プ ラ ス チ ッ ク 型 審美 矯正 ワイ ヤ（ 以下 、 FRPワ イ ヤ ） は 、透 明 性 が 高 く 審 美 的 に 優 れ 、 こ れ ま で の 基 礎 的 研 究 か ら臨 床 応 用 に 十 分 な 曲 げ 強 さ を 有 す る 結 果 が 得 ら れ て い る 。 マ ル チ ブ ラ ケ ッ ト 装 置を 使 用 し た 矯 正 治 療 で は 、 矯 正 用 ワ イ ヤ の 弾 性 回 復 カ を 利 用 し 歯 の 移 動 を 行 う ため 、 ワ イ ヤ を ブ ラ ケ ッ ト に 装 着 す る 際 に は 歯 列 の 乱 れ に 対 応 し た た わ み 変 形 を 与 え る 必 要 が あ り 、 乱 れ の 程度 が 大 き い 場 合 で は ワ イ ヤ に 永 久 変 形 を生 じる こと があ る。 ｀ こ の 対 応 策 と し て 臨 床 で は 、 弾 性 ひ ず み の 大き い 超 弾 性Ni‑Ti系 矯 正 用 ワイ ヤ や 、 弾 性 ひ ず み の 小 さ い 矯 正 用 金 属 線 を 用 い る 場 合 に は 、 ワ イ ヤ に ル ー プ など を 屈 曲 し て ブ ラ ケ ッ ト 間 の 長 さ を 調 節 し て い る が 、FRPワ イ ヤ は 、 超 弾 性 や 塑性 変 形 に よ る 十 分 な 加 工 性 を 有 し て い な い た め 、 金 属 性 の ワ イ ヤ と 同 様 な た わ み変 形 を 与 えることが難しい。
本 研 究 で はFRPワ イ ヤ の 臨 床 へ の 適 用 範 囲 を 拡 大 す る こ と を 目 的 と して 、 破 壊 の 原 因 と な る ブ ラ ケ ッ ト ス ロ ッ ト 辺 縁 の 応 力 集 中 を 低 減 し 、 か つ 審 美 的に 優 れ た ブラケットを試作し、その効果を検討した。
【審美矯正ワイヤの作製】
生体親和性に富む(25.0) Ca0‑(18.13) P205‑(31.49) Si02‑く25.38）Al203 (wt％）（以下、
CPSA)ガ ラ ス 繊 維 とUDMAマ ト リ ッ ク ス か ら な るFRPワ イ ヤ （ 直 径0.5mm、 ガ ラ ス 繊 維 径20ルm、 繊 維 体 積 分 率50％ 、 ガ ラ ス 繊 維 一 方 向 配 向 、 円 形 断面 ） を 光 重 合 法 に よ り 作 製 し た 。 な お 、 乾 燥 状 態 と100℃ の 蒸 留 水 に 三 時 間 浸 漬し た 状 態 のものを使用した。
【ブラケットの試作と評価方法】
ブ ラ ケ ッ ト は 、 近 遠 心 幅4mm、 ス ロ ッ ト 幅0.022イ ン チ(0.56mm)の ポ リ カ ー ボ ネ イ ト 製 （ ク リ ア ブ ラ ケ ッ ト ： 三 金 工 業 社 製 ） （ 以 下 、 従 来 型 ブ ラ ケッ ト ） お よ び そ れ を 改 造 し た4種 類 の 試 作 ブ ラ ケ ッ ト を 使 用 し た 。 以 下 で は 、 従来 型 ブ ラ
ケットに結紮線によるせん断カを支える台（以下、支台）を設けたものをRO 型 とし、さらにワイヤの曲率を大きくするために曲率半径0.5 ，1.0 ，2.0 mm の台（以 下、曲率台）をそれぞれ追加した R05 ，Rl ，R2 型とした。
FRP ワイヤの破壊におよぼすブラケット形状の影響について調べるために、片 持ちばりによる破壊試験行った。得られた荷重‐たわみ曲線よルワイヤの破壊が開 始する点を限界たわみおよび限界荷重と定義し評価に用いた。．さらに、歯に作用 する矯正カは荷重‐たわみ曲線の除荷時荷重値に相当するため、ヒステリシス試験 を行い矯正カに与えるスロット辺縁形状の影響を調べた。負荷時および除荷時に おけるたわみ2.0 mm( 乾燥条件）および1.0 mm( 浸漬条件）での荷重値をそれぞれPL およびPD とし、 (PD /PL)x100 （％）を荷重維持率と定義して用いた。次に、実用的 な大きさを維持したまま、支台および曲率台の効果を発揮することを可能にする ため、ブラケットウィングにV 字型の切れ込みを付与し、さらにスロット辺縁を 曲面化した新しいブラケット（以下、改良型ブラケット）を設計および試作した。
片持ちばりによる破壊およびヒステリシス試験と歯列弓形状を再現した治具に ブラケットを 5 個使用した実際の臨床に近い 5 箇所結紮歯列弓状曲げ（以下、結 紮曲げ）によるヒステリシス試験を行い、従来型ブラケットと比較した。さらに、
ワイヤの口腔内長期装着を想定し、応力緩和試験を行った。得られた緩和曲線か らたわみを与えた直後の最大荷重と 10 分後の荷重値をPM およびPR とし、(PR /PM) xi00 （％）を緩和保持率と定義し従来型と比較した。
顎模型の人工歯上に従来型と改良型ブラケットを接着して、実際の矯正治療を 実 験 的 に 再 現 し 、 FRP ワ イ ヤ を 結 紮 し た 際 の 変 化 を 観 察 し た 。
【結果】
RO‑‑‑R2 型を用いた場合、片持ちばりによる破壊試験で、限界たわみは曲率半 径が大きくなるほど増加し、 R2 型で従来型の約 1.4 倍の 3.5mm を示した。荷重も 同様の傾向を示した。ヒステリシス試験では、すべての試験片とも良好な弾性回 復を示し、荷重維持率は、従来型を用いた場合の34 ％にたいして、71 〜87 ％と曲 率半径が大きくなるほど増加した。また、水中浸漬したワイヤを用いた場合には、
従来型の27 ％にたいして、 70 〜 88 ％とより顕著な増加を認めた。改良型を用いた 場合、片持ちばりによる破壊試験で、限界たわみは従来型の約 1 ．38 倍の3.3mm を示し、ヒステリシス試験では、乾燥条件で85 ％、浸漬条件で82 ％の荷重維持率 を示し、R05 型とほば同等の結果であった。条件が実際の臨床に近い結紮曲げに よるヒステリシス試験では、良好な弾性回復が認められ、従来型にたいして7 倍 の荷重維持率を示した。さらに、応力緩和試験では急激な荷重降下は生じず、2.5 倍の緩和保持率を示し、長時間にわたり一定荷重を保持できることが確認できた。
顎模型を使用した実験で改良型ブラケットを使用した場合、FRP ワイヤに破壊を 生じさせずに結紮することができた。
【考察と結言】
FRP ワイヤの破壊の主要な原因であるブラケット辺縁部における応力集中を低
減することを目的として、実用的な大きさを維持したまま、結紮線のせん断カを
回避し、ワイヤの曲率を大きくした試作改良型ブラケットの形状は、ワイヤの最
大変形範囲を拡大し、さらに、破壊感受性が高い湿潤環境下の口腔内でより叢生
量の大きな歯群のブラケットに術者が安全に結紮できることが示された。以上か
ら、試作改良型ブラケットの導入は、より多くの臨床例ヘ応用するうえで有効な
手段であることが示唆された。
学位論文審査の要旨
学 位 論 文 題 名
審美矯正ワイヤに適したブラケットの試作
(Bracket suitabie for esthetic orthodontic wires)
審査は主査・副査が一同に会して口頭でなされ、はじめに本論文の要旨の説明を求めた。申請者 からは以下のような内容についての論述がなされた。
マルチブラケット装置を使用した矯正治療では、矯正用ワイヤに曲げ変形を与え、その弾性回復 カで歯の移動を行うため、叢生の程度が大きい場合ではワイヤに永久変形を生じることがある。こ うした条件下では、現在開発中の繊維強化プラスチック型審美矯正ワイヤは、金属ワイヤと同様に 大きなたわみを与えることは難しいのが現状である。そこで、同ワイヤの臨床ーの適用範囲の拡大 を目的として、破壊の原因となるブラケットスロット辺縁の応力集中を低減し、かつ審美的に優れ たブラケットを試作し、その効果を検討した。
【ワイヤ、ブラケットの試作と評価方法】
CPSAガ ラ ス 繊 維 とUDMAレ ジ ン か ら な るFRPワ イ ヤを 光 重 合法 に よ り作 製 し、 乾 燥 状態 と 100℃の蒸留水に3時間浸漬した状態のものを以下使用した。
ポリカーボネイト製の従来型ブラケット(CB)およびそれを改造した4種類の試作ブラケットを作 製した。すなわち、従来型ブラケットに結紮線によるせん断カを支える台（以下、支台）を設けた ものをRO型とし、さらにブラケットに接する辺縁に曲率半径0.5，1.0，2.0 mmの台（以下、曲率台）
をそれぞれ追加したR05，Rl，R2型とした。
FRPワイヤの破壊におよぼすブラケット形状の影響を調べるため、片持ちばり曲げ破壊試験を行 った。得られた荷重‐たわみ曲線よルワイヤの破壊が開始する点を限界たわみおよび限界荷重と定 義し評価した。さらに、ヒステリシス試験を行い矯正カに与えるスロット辺縁形状の影響を調べた。
たわみ2.0 mm(乾燥条件）および1.0 mm(浸漬条件）での負荷時にたいする除荷時荷重値の比率を荷重 維持率と定義し評価した。次に、上記の支台および曲率台の効果を発揮し、実用性を考慮した新し いブラケット（以下、改良型ブラケット： IB)を試作した。このIBを用いて、片持ちばり曲げ破壊お よびヒステリシス試験と歯列弓形状を再現した結紮曲げヒステリシス試験を行い、またワイヤの口 腔内長期 装着を想 定し応力 緩和試験を行い、得られた緩和曲線から最大荷重値に対する10分後の 荷重値の比率を緩和保持率と定義し評価した。
最後に、顎模型に従来型と改良型ブラケットを接着して、実際の結紮操作を実験的に再現し、FRP ワイヤの変化を観察した。
郎 夫
昇
一
順 文
田 野
畑
飯 亘
大
授 授
授
教 教
教
査 査
査
主 副
副
【 結 果】
試 作ブ ラ ケッ トRO〜R2型を 用いた 場合、片 持ちばり 曲げ破壊 試験の限 界たわみ、 荷重は、
曲 率 半 径 が 大 き い ほ ど 増 加 し 、R2型 の た わ み はCBの 約1.4倍 の3.5mmを示 し た 。ヒ ス テリ シ ス 試験 で は 、CBの 荷重 維 持率34％に 対 し て、 試 作ブ ラ ケ ット71〜87％と 曲 率 半径 が 大き く な るほ ど 増 加し た 。 また 、 浸漬 条 件 では 、CBの27％ に 対 して 、70〜88％ と よ り顕 著 な増 加 を 認め た 。IBを 用 いた 場 合、 片 持 ちぱ り 曲げ 破 壊 試験 の 限 界た わ みはCBの約1.38倍 、ヒ ス テ リシ ス 試 験で は 、 荷重 維 持率 が 乾 燥条 件 で85％ 、浸 漬 条件で82％とCBの約190％ 増を示 し 、 結 紮 曲 げ ヒ ス テ リ シ ス 試 験で も 、CBの7倍 と大 き く 増加 し た。 さ ら に、 応 力 緩和 試 験 で は急激 な荷重降下 は生じず 、2.5倍の緩 和保持率 を示し、 長時間に わたり一． 定荷重を 保持 で き るこ と が 確認 で き た。 顎 模型 を 使 用し た 実験 で も 結紮 操 作に よ る ワイ ヤ の 破壊 が 少な い こ とが 確 認 され た 。
以上の結果から学位申請者は、ブラケット形状の改良によりFRPワイヤの破壊の主な原因である ブラケット辺縁部における応力集中を低減し、叢生量のより大きな歯列まで適用を拡大できること を明らかにし、そして試作改良型ブラケットのFRPワイヤを臨床応用するうえでの有効性を結論し た。
以 上 の論 述 に 引き 続 き各 審 査 委員 よ り口 頭 で 試問 が 行 われ た 。試 問 内 容は 実 験方 法 、 結 果の 信 頼 性、 考 察 、今 後 の展 望 お よぴ 関 連分 野 の 内容 な ど多 岐 に わた る も ので あ った が 、 申請 者 は いず れ に も明 快 な回 答 、 説明 を 行っ た 。
本研究において申請者は、開発を進めてきた審美矯正用FRPワイヤの機械的特性をブラケット形 状 の改良に より補完し た。加え て本論文 はその理 工学的な 背景を明 快に説明したものである。
現在、矯正臨床において、患者の心理的背景から、審美的な矯正用ワイヤが求められており、複 合材料を応用した開発が進められている。本研究で開発された試作改良型ブラケットはFRPワイヤ の早期臨床応用の実現に寄与するだけでなく、本研究で明解に説明されたFRPワイヤの破壊に関す る理工学的、材料学的な説明は、今後の研究，開発に対して大きく寄与するものと考えられる．加 えて、試問の内容から、申請者は臨床的ならびに基礎的な広い学識を有しているものと認められた。
従 っ て 、 申 請 者 は 博 士 （ 歯 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 を 有 す る も の と 認 め ら れ た 。
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