9 ─ 167 In comparison with conventional micro-saws and rotat- ing cutting devices, devices that utilize ultrasonic vibra-tion to cut bone are less invasive and are being used more frequently in clinical settings, and a number of re-search reports have been published. The objective of this study was to compare the cutting efficiency, cutting area and noise at the time of cutting for each of five different ultrasonic bone cutting devices. Using costal bone from pigs with a cortical bone thick-ness of approximately 1.5 mm, we cut the bone using the Piezon Master Surgery （PMS）, Piezosurgery3 （PS）, Piezosurgery Touch （PST）, Piezotome （PT）, and Piezo-tome2 （PT2） to create a square cutting area measuring 1×1 cm （n＝40）. Evaluation items included the time re-quired for cutting, cutting area and noise at the time of cutting. Data were assessed using Levene’s test, followed by variance analysis and multiple comparison testing. Spearman’s correlation coefficient was used to identify correlations between each evaluation item. Significant differences in the time required for cutting were observed for all of the devices other than between the PS and PT2, and the PST and PT2. The cutting time was shortest with the PST and increased in the order of PT2, PS, PT and PMS. Significant differences in the cutting area were observed for all of the devices other than between the PMS and PT, and the PS and PST. The cutting area was largest with the PMS and decreased sequentially in order of the PT, PS, PST and PT2. Significant differences in the cutting noise were observed for all of the devices other than between the PMS and PST, and the PS and PT2. The cutting noise was loudest with the PT2 and de-creased sequentially in order of the PS, PMS, PST and PT. The results of correlation analysis showed a strong correlation between cutting time and cutting area. A positive correlation was observed between the cut-ting time and cutting area, but the cutting times, cutting areas and cutting noise were different for each of the de-vices, suggesting that practitioners need to take these factors into consideration when selecting an ultrasonic bone cutting device.
Key words：ultrasound bone cutting device, cutting ef-ficiency, cutting noise
1）日本歯科大学新潟生命歯学部歯科補綴学第 2 講座 2）日本歯科大学新潟病院口腔インプラント科 3）日本歯科大学生命歯科学講座 1） Department of Crown and Bridge Prosthodontics, The Nippon Dental University School of Life Dentistry at Niigata 2） Oral Implant Care Unit, The Nippon Dental University Niigata Hospital 3） Department of Life Science Dentistry, The Nippon Dental University 平成 28 年 4 月 26 日受付
超音波骨切削器具の違いによる切削効率と切削面積および騒音の比較
小澤 誠
1）上田 一彦
2）廣安 一彦
2）中村 雅裕
1）五十嵐健輔
3）瀬戸 宗嗣
2）勝田 康弘
1）渡邉 文彦
1）Comparison of Cutting Efficiency, Cutting Area and Noise among Different
Ultrasound Bone Cutting Devices
OZAWA Makoto
1），UEDA Kazuhiko
2），HIROYASU Kazuhiko
2），NAKAMURA Masahiro
1），
緒 言
超音波振動切削機器は，従来使用されてきたマイク
ロソーや回転切削器具と比較すると低侵襲であり，現
在，支台歯形成や外科処置など多領域にわたって使用
されている
1～5）．この理由として従来使用される回転
切削機器に比較し，神経や血管を含め軟組織に対して
の損傷が少ないこと，キャビテーション効果による低
出血性，術野の明瞭化が挙げられる
6～10）．また，組織
学的にも回転切削器具と比較して超音波切削器具を用
いた場合には組織への侵襲が少なく手術部周囲骨の治
癒が早いとの報告もある
11～13）．このことから超音波振
動を用いた切削機器が骨切除，骨移植，上顎洞底挙上
術，スプリットクレスト，下歯槽神経移動術，インプ
ラント埋入窩形成，インプラント体除去といった外科
処置時に臨床応用がされ，その有用性について報告さ
れている
1～5，14，15）．しかし，この外科処置への有用性
に関する報告の多くは術式や症例報告などであり，超
音波骨切削器具を用いた切削の利点について報告して
いるものの，各種の超音波骨切削器具の切削効率，切
削時の被切削体の切削ロス，切削時の騒音などについ
て比較した基礎研究は少ない．超音波骨切削器具は従
来使用されてきたマイクロソーや回転切削器具による
骨切削に比べると切削に要する時間は長くなるが，比
較的早期に切削面での新生骨の添加が生じると報告さ
れている
16～18）．しかし，一方で超音波切削器具の場合
にはブレードなどのインサートチップを必要とする
が，切削時の振動によるブレードのネック部で破折が
生じることがある．また，切削時に発生する熱の影響
にも注意する必要があると報告されている
19）．これら
切削時間や骨の切削された幅に関しては駆動源やブ
レードのぶれ，刃型，刃の厚み等に関係していると考
えられる．このため，ブレードの早期交換，振動数の
規制，刃部やネック部の厚みを変えるなどの対応が求
められる．
本研究の目的は，現在臨床応用されている 5 種の超
音波骨切削器具を用いて，それぞれの機器の切削効
率，切削面積および切削時騒音を比較検討することで
ある．
材料および方法
1. 被削体の準備と製作
被削体はヒトの骨質と類似していることから豚肋骨
を用いた．肋骨は屠殺後に冷凍保存し，切削面が平滑
で，かつ皮質骨の厚みが約 1.5 mm 程度となるような
部位を選択した．肋骨の選定は，骨を横断したのちに
皮質骨の厚さを電子ノギスで計測した．肋骨は 5 種の
切削器具について，それぞれ 40 試料ずつ合計 200 試
料を用意した．試料は試験時に自然解凍し，試料の骨
膜を完全に除去したのち，切削範囲がすべての試料で
一致するよう 1×1 cm の正方形のガイドを製作して，
それを正確に骨切削面にトレースを行い，その周囲を
切削するように設定した．
2. 使用器材
本実験に用いた超音波骨切削器具は，Piezon Master
Surgery（EMS，Nyon，Switzerland，以下 PMS），
Piezosurgery3（mectron，Carasco，Italy，以下 PS），
Piezosurgery touch（mectron，Carasco，Italy，以下
PST），Piezotome （Acteon Satelec，Mérignac，
France，以下
PT），Piezotome2（Acteon Satelec，Méri-gnac，France，以下 PT2）の 5 種とした．切削時に
用いたブレードは，それぞれの機器専用の切削用チッ
プから，類似したストレートタイプのものを選択し，
20 試料切削ごとに新しい物と交換した．また切削に
おける機器の設定は，各々メーカーによる推奨値を選
択した（表 1）．
3. 切削方法と評価
切削には，臨床で頻繁に超音波骨切削器具を応用し
ている熟練した術者 2 名が，各々 10 試料切削ごとに
交代し注水下にて行った（図 1）．また，切削圧は
150 g程度となるよう事前に秤を用いて訓練を行った．
切削における評価項目は切削に要した時間，切削面
積および切削時の騒音の 3 項目とした．
切削に要する時間の設定は，あらかじめ記した切削
範囲の皮質骨を切削するのに要した時間とした．
切削面積については骨切削部の総面積とし，切削し
た試料の上面から規格写真を撮影し，画像ソフトウェ
ア（NIH Image Ver. 4.0.3.2，National Institutes of
Health，USA）を用いて二値化イメージに変換後，
その面積を算出した（図 2）．
切削時の騒音の測定にはデジタル騒音計（SM-325
®，
ASONE，大阪）を用いて行った．測定は手術時の環
境に類似するよう配慮し，患者の耳珠までの距離と術
者の肘までの距離が近似していることから，肘部で計
測するよう設定し，右後方より騒音の最大値を測定し
た．
得られたデータの平均値を求め，統計解析ソフト
（SPSS
®17.0，IBM，N.Y.，USA）を用いて，Levene
検定後，分散分析と多重比較検定を行い（a＝0.05），
統計学的に分析した．また，各評価項目における相関
関係については，Spearman による相関分析を行った
（a＝0.05）．
結 果
切削に要した時間では，分散分析で有意差があり（p
＜0.001），Levene 検定では等分散を認めなかったた
め Scheffe による多重比較検定を行った．PS-PT2，
PST-PT2 間以外のすべてにおいて有意差が認められ
（p＜0.01），PST で最も短く，次いで PT2，PS，PT，
PMS の順で長かった（図 3）．また 100 秒を超過する
ものでは，ばらつきが大きい傾向にあった．
切削面積では，分散分析で有意差があり（p＜0.001），
Levene 検定で等分散を認めたため Turkey による多
重比較検定を行った．PMS-PT，PS-PST 間以外のす
べてにおいて有意差が認められ（p＜0.001），PMS で
最も大きく，次いで PT，PS，PST，PT2 の順に小さ
かった（図 4）．
騒音に関しては，分散分析で有意差があり（p＜
0.001），Levene 検定では等分散を認めなかったため
Scheffe
による多重比較検定を行った．PMS-PST，PS-PT2 間以外のすべてにおいて有意差が認められ（p＜
0.001），PT2 で最も大きく，次いで PS，PMS，PST，
PT の順に小さかった（図 5）．
相関分析の結果では，切削時間と切削面積に関して
高い正の相関関係が認められた（p＜0.05）（表 2）．
考 察
1. 切削効率と切削面積
切削時間に関しては最も長い時間を要したのは
PMS であり，最も短かったのは PST，次いで PT2 で
あった．切削面積では PMS が最も大きな値であり，
PT2 が最も小さな値を示し，次いで PST であった．
このことから，切削時間の短いほうが，切削面積とし
て現れる骨欠損量（骨切削面の bone loss）も少量と
なり，切削効率が良いことが考えられる．刃部が薄く
シャープであれば，被削体との摩擦抵抗が少なく切削
が早いことによると推測される．また LEA らは，超
音波スケーラーでは繰り返し使用時のチップ先端の摩
耗によりチップの振幅が低下すると報告しており
20），
今回の実験においてもこれと同様に，ブレードの摩耗
による切削効率の低下やブレードの骨との接触面積の
使用機器 モード設定数 使用モード 使用ブレード ブレード厚さ （mm） 略称 PIEZON MASTER SURGERY Piezosurgery3 PIEZOSURGERY TOUCH PIEZOTOME Ⅰ PIEZOTOME Ⅱ 2 6 6 4 4 Surgery Cortical Cortical Mode 1 Mode 1 SL1 OF7 OF7 BS1 BS1 0.65 0.55 0.55 0.6 0.6 PMS PS PST PT PT2 図 1 被削体の切削拡大が懸念されるが，適時交換することにより，ブ
レードの摩耗による切削効率の低下は最小限に抑える
ことが可能となったと考えられる．またチップの材質
については，すべての機器でステンレスを使用してい
るが，PS と PST では窒化チタンによりコーティング
されており，そのため耐摩耗性に優れ切削時間にも影
響を及ぼしたのでないかと考えられる．切削荷重に関
しては，100～150 g の荷重が良いとの報告もあり
21，22），
PARMAR らの報告によると，200 g の荷重ではチッ
図 2 切削面積（a：切削後の規格写真，b：切削部位のマーキング，c：切削部の二 値化イメージ） 表 2 Spearman の相関分析（r：相関係数，p：有 意確率，p＜0.05） r p 切削時間×切削面積 切削時間×騒音 切削面積×騒音 0.900 －0.600 －0.800 0.037 0.285 0.104 図 3 切削に要した時間；異なった文字（a～d）のデ ータ間に有意差があることを示す（p＜0.01） 図 4 切削面積；異なった文字（a～c）のデータ間に 有意差があることを示す（p＜0.001） 図 5 切削時の騒音；異なった文字（a～c）のデータ 間に有意差があることを示す（p＜0.001）プの振動が減弱するとしている
．今回の実験ではこ
の 100～150 g 荷重を厳守したものの，わずかな力加
減やブレードの骨に対する接触角度の変化により，切
削時間にばらつきが生じた可能性がある．
しかし，切削面積においては，PS と PST 間に有意
差を認めなかったことより，ブレードの厚みについて
考慮する必要がある．今回使用した機器の PS と PST
は共通のチップが使用可能であり，PT と PT2 におい
てはチップを装着する部分の形状は異なるが，先端の
ブレードの形状は同一であった．また，それぞれのブ
レードの厚さは，PMS で 0.65 mm，PS・PST で 0.55
mm，PT・PT2 で 0.6 mm であり，PMS のものが最
も厚いブレードであった．PT を用いてブレードの厚
さを 0.4 mm と 0.6 mm とした際の切削効率を比較す
ると，厚さ 0.6 mm のブレードよりも厚さ 0.4 mm の
もののほうが，切削時間は短く，切削面積も小さ
い
23）．この予備実験と今回の実験結果を合わせて考察
すると，薄いブレードを用いたほうが厚いものを用い
たときと比較して，摩擦抵抗が少なく切削時間が短く
切削後の骨欠損量の少ないという結果が得られ，その
ため切削時間と切削面積に相関関係が認められたので
はないかと考える．
しかし，ブレードの厚さを薄くすることによって，
ブレード自体の機械的強度が低下することも考慮する
必要があり，今後，それぞれの機器においてブレード
の材質や製造方法も含めた臨床的に最適な厚みを熟慮
する必要があると考える．また PARMAR らは，荷
重が増加するとともに，チップの振動パターンが線形
から短径の大きい楕円へと変化すると報告してい
る
21）．また，別の報告では，200 g の荷重ではイニシャ
ルタップ時に滑動が生じるとしている
22）．これらのこ
とからも，切削時のわずかな力加減やブレードの骨に
対する接触角度の変化により，切削面積に影響を受け
ている可能性を考慮する必要がある．また，各機器が
有するチップの振幅や振動の軌跡により切削時間や切
削面積は影響を受けると予想されるが，今回の研究か
らではこの関係性については言及することができず，
今後検討する必要がある．
2. 切削時の騒音
騒音の発生に関しては，周波数の違いによる影響が
考えられるが，各メーカーが仕様に示している周波数
の数値は PMS で 24～32 kHz，PS で 24～29 kHz，PST
で 24～36 kHz，PT で 28～36 kHz，PT2 で 28～36
kHz であり今回の実験結果からは，騒音と周波数の
明らかな関係は見いだせなかった．しかし，最も高い
騒音の値を示した PT2 では切削時間が短く，大きな
切削面積を示した PMS と PT に関しての騒音は低い
値を示したことから考えると，切削時間，切削面積と
騒音は負の相関関係の傾向にあると考えられる．ま
た，超音波切削器具の骨切削への応用に関しては，長
時間の使用による聴力外傷に注意する必要があるとの
報告もあり
24），騒音に関しては従来の切削器具と比較
した際の利点は低いものと思われる．
結 論
以上の結果より，切削時間と切削面積に関しては正
の相関関係にあることが示唆された．
各機器には切削時間や切削面積および騒音でそれぞ
れに違いがあり，術者はそれらを考慮し，超音波骨切
削器具を選択する必要があることが示唆された．また
切削時間にはブレードの厚みが関与していることか
ら，適切なブレードの厚みを決定することが必要であ
る．
本論文において，開示すべき利益相反状態はない．文 献
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