JP2016529067A - 歯列矯正器具並びに当該器具の作製方法及び使用方法 - Google Patents
歯列矯正器具並びに当該器具の作製方法及び使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2013年9月6日に提出された米国仮出願第61/874571号明細書に基づく優先権を主張するものである。当該仮出願の開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、概して歯列矯正器具に関し、より具体的には、金属製歯列矯正器具並びに当該器具の作製方法及び使用方法に関するものである。
アーチワイヤは、曲げ応力及び/又はねじり応力を歯列矯正ブラケットに加えることにより、回転させる力、傾ける力、押し出す力、押し入る力、並進させる力、及び/又はトルクを与える力といった、見た目の良い所望の位置へ歯を動かすように傾向付けられた復元力がもたらされる。アーチワイヤを各ブラケットスロット内に保持するために、小さなエラストマー製Oリングや金属細線といった従来の結紮糸が使用され得る。個々の結紮糸を各ブラケットに適用する際に突き当たる問題を解決するために、アーチワイヤをブラケットスロット内に保持するためのラッチやクリップ、スライド部等の可動部又は可動部材を用いることにより、結紮糸を必要としない自己結紮型歯列矯正ブラケットが開発されている。
超弾性を示す形状記憶合金(SMA)製のアーチワイヤは、歯列矯正治療において使用するために利用可能である。現在、アーチワイヤ製造業者は、使用中に患者の歯列弓のすべての歯に加えるべき力に応じて、特定のオーステナイト終端温度Afを狙って得ている。Afを下げることにより、使用中にワイヤはより大きな剛性及び弾性を示す。Afを上げることにより、ワイヤはより軟質になり、より展延性を示すようになる。従って、所望のAfを狙って得ることにより、アーチワイヤは、目標とする既知の負荷をすべての歯に対して与える性能を治療中に発揮するようになる。
図6に示すCuNiTiの丸形アーチワイヤは、所定回数のパルス照射でレーザー処理されたものである。当該CuNiTiアーチワイヤのベース合金組成は、Cu5原子%、Ni44.8原子%、Ti49.8原子%、及びCr0.2原子%であった。当該CuNiTiアーチワイヤは、Ormco Corporationから市販されており、Damon Copper Ni−Ti(登録商標)として販売されていたものである。当該アーチワイヤを、ピーク出力30%、滞留時間0.01ミリ秒で動作するスポットサイズが50μmのレーザービームによるファイバーレーザーで処理した。図6に示すアーチワイヤを1パルスだけレーザー処理し、その後当該アーチワイヤを図6に示す各点においてエネルギー分散型分光器(EDS)で分析した。EDSの情報を図7にプロットする。同様に、アーチワイヤを計3パルス、計5パルス、及び計10パルスで処理し、それぞれに対応する追加レーザー処理についてEDSで分析した。図7に示すように、概してEDS測定点3と測定点12との間で、相対的にチタンの原子パーセントが増加し、これに対応してニッケルの原子パーセント及び銅の原子パーセントが概ね低下している。これらの相対的な変化から、ニッケル及び銅が、おそらくは昇華により、処理エリアから除去されることが示唆される。
次いで図3及び図8〜11を参照すると、例1に記載したものと同じ組成を有する0.014インチ×0.025インチの長方形型CuNiTiアーチワイヤの選択された区域をファイバーレーザーで処理した。区域12は未処理のまま残した。未処理区域12の機械的性質のデータを図8に示す。図示するように、負荷をかけていない状態における相変態プラトー応力(30で示す)は約175MPaを超える。
次いで図14A、14B、15A、及び15Bを参照すると、例1と同じ組成を有する別のCuNiTiアーチワイヤを例2に記載のプロセスに従って処理した。一組のアーチワイヤは0.018インチ×0.025インチの長方形アーチワイヤとし、別組のアーチワイヤは直径0.018インチの丸形アーチワイヤとした。図14A及び14Bの「長方形型FX」グラフに示されるように、例2と同様、処理により、平均プラトー応力は同様の50MPa、100MPa、及び150MPaとなった。これらはそれぞれ、長方形アーチワイヤについての記号「S_50」、「S_100」、及び「S_150」に対応する。また、「S_Base」は未処理のベースアーチワイヤ材料を表す。図15A及び15Bの「丸形FX」グラフに示されるように、例2と同様、処理により、平均プラトー応力は同様の50MPa、100MPa、及び150MPaとなった。これらはそれぞれ、丸形アーチワイヤについての記号「R_50」、「R_100」、及び「R_150」に対応する。また、「R_Base」は未処理のベースアーチワイヤ材料を表す。
データ取得速度:2000Hz;
チャンネルサンプリング数:非移動平均400サンプル;
ワイヤ速度:0.05mm/s;
ワイヤ増分:0.5mm;
全ワイヤ距離:2.5mm;
角度増分:2°;
運動角度範囲:0°、2°、4°、6°、8°(図14A、14B、15A、及び15Bの「角度(°)」)
同様に、別の4本のCuNiTiアーチワイヤを、例2で「50MPa」相変態プラトー応力について記載された手順に従って処理した。即ち、ピーク出力60%、スポットサイズ50μm、滞留時間0.01ミリ秒のファイバーレーザーで処理した。当該アーチワイヤは、0.014インチの丸形アーチワイヤ(下記表の「14丸形」)、0.018インチの丸形アーチワイヤ(下記表の「18丸形」)、0.014インチ×0.025インチの長方形アーチワイヤ(下記表の「14長方形」)、及び0.018インチ×0.025インチの長方形アーチワイヤ(下記表の「18長方形」)とした。
0.018インチ×0.025インチのCuNiTiアーチワイヤを、レーザービームスポットサイズ50μm、スケジュール0.01ミリ秒、ピーク出力35%のファイバーレーザーで処理した。処理後のアーチワイヤ(図17において「35%P−10μs」で示す)及び同じ組成の未処理のアーチワイヤ(図16において「018×025−BM」で示す)に対して、レーザー処理によりベース金属組成に対して疲労抵抗が劣化するかどうかを判断する目的で、引張試験を10回繰り返した。
例5の0.018インチ×0.025インチのアーチワイヤを、アルバータ大学で開発された歯列矯正シミュレーター(OSIM)で使用した。OSIMの結果を図18に示す。図では、「力の絶対限界(N)」(Absolute Force Limits)が、凡例の「力の平均位置」(Average Force Location)に示す様々な位置においてアーチワイヤにより歯に加わる力に対応する。特に、各アーチワイヤについて、歯列弓の中央(切歯)位置を1−1で示し、小臼歯(bicuspid)(犬歯)位置を1−3で示し、小臼歯(premolar)位置を1−5で示す。また、図18は測定された力の方向を示す。即ち、「VERTICAL」は咬合−歯肉方向において測定された力を指し、「HORIZ OUT」は外側方向(唇方向)において測定された力を指し、「HORIZ IN」は内側方向(舌方向)において測定された力を指す。
例6の0.018インチ×0.025インチのCuNiTiアーチワイヤに対して腐食性能評価を行った。この試験では、アーチワイヤからのニッケルイオンの浸出を、体温で保温した人工唾液溶液中で7日の期間にわたって測定した。誘導結合プラズマ発光分光(ICP−OES)システムを使用して、1週間の試験中に所定期間で溶液中のニッケルイオンの量を検出した。各アーチワイヤについてのニッケルイオンの量を図22に示す。
臨床医は、クラウン又はバンドを使用して歯列矯正器具を患者の歯列に取り付けることができる。通常、クラウン及び/又はバンドは、歯の表面に正確に合致するように、患者の歯の一部の金型から作成される。クラウン又はバンドを歯に保持するために、歯とクラウン又はバンドとの間で接着剤等の結合剤を使用する。クラウン又はバンドと歯との間の結合部の質は、接着剤を付与して歯列矯正器具を歯に装着する人の技能に依存するものであるため、当該結合部が装着部の弱点となることが多い。装着がうまく機能しなくなる場合、障害発生部は当該結合部であることが多い。よって、クラウン及び/又はバンドの装着部における結合障害が発生する可能性を低下させる必要がある。
歯列矯正用停止具及び歯列矯正用フックは、金属から成るものであることが多い。装着中、これらをアーチワイヤに圧着することができる。しかしながら、時間が経つと、展延性のために金属が弛緩してくる。その結果、停止具又はフックをアーチワイヤに保持する力が弱まり、これにより、停止具又はフックが部分的に又は完全にアーチワイヤから外れてしまう。この状態では、停止具又はフックが機能しなくなり、臨床医の介入が必要となる。よって、停止具及びフックを、歯列矯正治療の間、より完全に所定位置に固定した状態で保つ必要がある。
図39及び図40に示す停止具及びフックは、例えば、所定のパルス数でレーザー処理される。例えば、NiTiフックのベース合金組成物は、上述のようにファイバーレーザーで処理され得る。例えば、パルス持続時間を約10マイクロ秒として、出力を30%〜80%の範囲で変えることができる。滞留時間及びオーバーラップも変えることができる。このようにして、グリップ力又はクランプ力の変動が制御された、カスタマイズされた停止具/フックを作製することができる。図41を参照すると、本発明の一実施形態に係る停止具/フックは、スライドが始まる負荷が予め決定されるように作製され得る。言い換えれば、アーチワイヤと停止具との間の摩擦の大きさを制御することができる。これは、クランプ力を制御することにより実現することができる。クランプ力が大きくなると摩擦が増加する。
自己結紮型ブラケットは従来知られている。しかしながら、現在の自己結紮型ブラケットは多部品の組立体であることが多い。例えば、現在の金属・セラミック製自己結紮型ブラケットは、少なくとも二つの部品から組み立てられるものであることが多い。当該少なくとも二つの部材とは即ち少なくとも、アーチワイヤスロットを画定するブラケット本体部と、アーチワイヤを挿入可能な開位置とアーチワイヤスロット内にアーチワイヤを捉える閉位置を有する、可動式クリップ又はスライド等の結紮部材と、の二つである。クリップ又はスライドはブラケット本体部に対して移動する。このようなブラケットは、複数の小さな部品が一貫して互いにフィットするようにするために必要な、部品間の厳しい許容誤差で製造するという複雑さに部分的に起因して、費用が掛かる。更に、二つの部品の組立体では、分離した部品を飲み込んだり吸い込んだりしてしまうことにより患者が被害を受けるリスクが生じ得る。従って、自己結紮型歯列矯正ブラケットに関するこれらの問題及びその他の既知の問題を解決することが望ましい。
歯列矯正ブラケットは、通常、接着剤を使用して歯に結合される。市販の接着剤は、結合強度が制限されている。歯列矯正治療中、歯列矯正ブラケットに加わる衝撃及びせん断力により接着剤の結合部が破壊されることがあり、これによりブラケットが歯から外れたり脱着したりする場合がある。接着剤の結合部が破損すると、患者は、ブラケットを再結合又は交換してもらうために、臨床医の医院に行くスケジュールを別途立てなければならなくなる。これは患者及び臨床医の双方にとって不便である。更に、結合部破損から修理までに要する時間、当該緩んだブラケットは、歯列矯正治療を進めるには役に立たない。従って、この効果がない期間が治療時間全体に可算されることになり得る。
112、134、152 本体部
114、136 側壁
116 冠状部
118 頂端縁
120、142、164 開口部
124、144、170 内面
126、146、173、184、246、340、440 処理領域
128、175 未処理領域
130、147、168 外面
132 バンド
138 冠状縁
140 頂端縁
150 停止具
154 第1部分
156 第2部分
158、160 レッジ、リップ
162 長手軸
166 第3部分
172 フック
174、178、182 リブ
176 第1周縁部
177 第2周縁部
180 半円状隙間空間
210、310、410、500 歯列矯正ブラケット
212、312、412、512 本体部
214、316、414、516 アーチワイヤスロット
215 アーチワイヤ
216、218、368、372、416、418 結合ウィング
220、320、420 舌側部
222、322、422 咬合側部
224、324、424 歯肉側部
226、326、426 近心側部
228、328、428 遠心側部
230、330、430 唇側部
231 近心部分
232、334、433 ベース面
233 遠心部分
236 結紮部
237 中央部分
238 間隔
240 歯肉側壁部
242 咬合側壁部
244 突出部
245 ブリッジ
248 テーパ領域
250 近心面部分
252 遠心面部分
254 中央面部分
314、514 結紮クリップ
332、432 パッド
334、336、338 スロット表面
344 唇側部分
346 歯肉側部分
348 舌側部分
360、520 歯肉側本体部分
362、518 咬合側本体部分
364 棚状部材
366 ブリッジ部材
370 ツール用リセス
446 近心端面
448 遠心端面
450 アーチ状領域
452 唇側表面
Claims (28)
- 少なくとも二つの異なる金属元素から成るベース合金組成を有する形状記憶合金と、前記ベース合金組成の前記金属元素のうち少なくとも一つが減少した合金組成を有する処理領域と、から成る部分を備える歯列矯正器具。
- 前記形状記憶合金がニッケルチタン合金(NiTi)であり、前記処理領域の前記合金組成は、前記ベース合金組成に対してニッケルが減少したものであることを特徴とする、請求項1に記載の歯列矯正器具。
- 前記形状記憶合金が銅クロムニッケルチタン合金(CuCrNiTi)であり、前記処理領域の前記合金組成は、前記ベース合金組成に対してニッケル及び/又はチタンが減少したものであることを特徴とする、請求項1に記載の歯列矯正器具。
- 前記形状記憶合金が銅アルミニウムニッケル合金(CuAlNi)であり、前記処理領域の前記合金組成は、前記ベース合金組成に対して少なくとも銅が減少したものであることを特徴とする、請求項1に記載の歯列矯正器具。
- 前記形状記憶合金が銅アルミニウムニッケル合金(CuAlNi)であり、前記処理領域の前記合金組成は、前記ベース合金組成に対して少なくともアルミニウムが減少したものであることを特徴とする、請求項1に記載の歯列矯正器具。
- 前記ベース合金組成が第1オーステナイト終端温度を有し、前記処理領域が前記第1オーステナイト終端温度より高いオーステナイト終端温度を有することを特徴とする、請求項1に記載の歯列矯正器具。
- 前記部分がアーチワイヤの一部、停止具の一部、フックの一部、クラウンの一部、バンドの一部、又は歯列矯正ブラケットの一部を形成していることを特徴とする、請求項1に記載の歯列矯正器具。
- 前記歯列矯正器具がアーチワイヤであり、前記アーチワイヤが一端から他端まで測定した長さを有し、前記部分が前記アーチワイヤの前記長さ方向に沿った第1区域を含むことを特徴とする、請求項1に記載の歯列矯正器具。
- 前記アーチワイヤは第2区域を形成する未処理領域を含み、前記未処理領域が前記ベース合金組成を有し、前記第2区域が前記第1区域と隣り合っていることを特徴とする、請求項8に記載の歯列矯正器具。
- 歯列矯正アーチワイヤを設置するための歯列矯正器具であって、
少なくとも二つの異なる金属元素から成るベース合金組成を有する形状記憶合金から成るC字状本体部であって、前記アーチワイヤに係合するように構成されると共に第1部分、第2部分、及び第3部分並びに処理領域を備えるC字状本体部を備え、
前記第1部分及び前記第2部分は、互いに対向すると共に前記第1部分と前記第2部分との間に開口部を画定し、前記第3部分は、前記第1部分と前記第2部分との間に延在すると共に前記開口部と対向しており、
前記処理領域は、前記第1部分、前記第2部分、及び前記第3部分のうち少なくとも一つの一部を形成しており、前記処理領域において前記ベース合金組成の前記金属元素のうち少なくとも一つが減少していることを特徴とする、歯列矯正器具。 - 前記C字状本体部は、加熱されると開位置と閉位置との間を移行するように構成されており、前記閉位置においては、機械的入力なしで前記アーチワイヤに係合するように構成されていることを特徴とする、請求項10に記載の歯列矯正器具。
- 前記第1部分、前記第2部分、又は前記第3部分のうち少なくとも一つの内面に沿って前記処理領域が露出していることを特徴とする、請求項10に記載の歯列矯正器具。
- 前記C字状本体部が周縁部を有し、前記内面は、前記アーチワイヤと接触すると塑性変形するように構成された少なくとも一つのリブを含むことを特徴とする、請求項10に記載の歯列矯正器具。
- 歯に設置するための歯列矯正器具であって、
少なくとも二つの異なる金属元素から成るベース合金組成を有する形状記憶合金から成る本体部であって、前記歯を受容するための開口部を画定する頂端縁を有する側壁を含む本体部を備え、
前記側壁は、前記ベース合金組成の前記金属元素のうち少なくとも一つが減少した処理領域を更に含むことを特徴とする、歯列矯正器具。 - 前記本体部は、前記歯と接触するように構成された内面であって前記処理領域を含む内面を更に備えることを特徴とする、請求項14に記載の歯列矯正器具。
- 前記内面の前記処理領域は、人間の体温又はその近傍の温度において、前記本体部の未処理領域より高い展延性を有することを特徴とする、請求項14に記載の歯列矯正器具。
- 前記本体部が、接着剤なしで前記歯に対して所定位置に留まるように構成されていることを特徴とする、請求項14に記載の歯列矯正器具。
- 前記本体部は、動作温度まで加熱すると、変形して拡がった状態から収縮状態へ移行するように構成されていることを特徴とする、請求項14に記載の歯列矯正器具。
- アーチワイヤを歯と結合させるための歯列矯正ブラケットであって、
少なくとも二つの異なる金属元素から成るベース合金組成を有する形状記憶合金から成るブラケット本体部であって、歯に据え付けられるように構成されたブラケット本体部を備え、
前記ブラケット本体部は、前記アーチワイヤをその中に受容するように構成されたアーチワイヤスロットと、前記ブラケット本体部の少なくとも一部を形成する処理領域であって、前記ベース合金組成の前記金属元素のうち少なくとも一つが減少した処理領域と、を含むことを特徴とする、歯列矯正ブラケット。 - 前記ブラケット本体部は、前記歯列矯正ブラケットが自己結紮型歯列矯正ブラケットとなるように、開位置と閉位置とを有する一体型結紮部材を更に備え、前記一体型結紮部材が前記処理領域を含むことを特徴とする、請求項19に記載の歯列矯正ブラケット。
- 前記処理領域は、歯列矯正治療中に超弾性を示すように構成されていることを特徴とする、請求項20に記載の歯列矯正ブラケット。
- 前記ブラケット本体部が前記ベース合金組成を有する未処理領域を含み、前記未処理領域が歯列矯正治療中に超弾性を示さないことを特徴とする、請求項19に記載の歯列矯正ブラケット。
- 通常の口腔の動作温度未満の温度範囲において、前記処理領域が形状記憶特性を有することを特徴とする、請求項19に記載の歯列矯正ブラケット。
- 歯列矯正器具を製造する方法であって、
少なくとも二つの異なる金属元素から成るベース合金組成を有する形状記憶合金から成る前記歯列矯正器具をエネルギー源に曝すステップと;
前記エネルギー源で前記歯列矯正器具の表面を処理することにより、前記表面を含む領域から前記金属元素のうち少なくとも一つを除去し、これにより前記ベース合金組成に対して少なくとも一つの金属元素が減少した処理領域を形成するステップと、
を含む方法。 - 前記歯列矯正器具がアーチワイヤ、停止具、フック、バンド、クラウン、及び歯列矯正ブラケットから成る群のうちの一つであることを特徴とする、請求項25に記載の歯列矯正器具の製造方法。
- 歯列矯正器具を使用する方法であって、
前記歯列矯正器具は、少なくとも二つの異なる金属元素から成るベース合金組成を有する形状記憶合金から成ると共に、前記ベース合金組成から少なくとも一つの金属元素が減少した組成を有する処理領域を含み、
通常の口腔温度とは異なる温度で前記歯列矯正器具を保存する保存ステップと;
前記歯列矯正器具を患者の口内に装着することにより、前記処理領域の相分率が前記ベース合金組成の相分率と異なるものとなる装着ステップと、
を含む方法。 - 前記保存ステップが、前記通常の口腔温度未満の温度で保存する工程を含むことを特徴とする、請求項26に記載の使用方法。
- 前記装着ステップ後、治療中に、前記歯列矯正器具の温度を下降させることにより、オーステナイトに対するマルテンサイトの割合を増加させると共に前記処理領域の一部を含む前記歯列矯正器具を塑性変形させるステップを更に含むことを特徴とする、請求項26に記載の使用方法。
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