4. 考　察

　本研究では、中空構造を有するジルコニア人工歯の破折抵抗性に対する壁厚と裏層用充填レジンの存在による影響を調査した。 我々の知る限り、中空ジルコニア人工歯の破折抵抗性に対する壁厚の影響を評価した研究は本研究が初めてである。この研究では、ジルコニア製人工歯の破折抵抗性は壁厚の増加に伴い有意に増加し、帰無仮説1は棄却された。レジン充填が破折抵抗性に影響を与えないとする帰無仮説2は、壁厚が非常に薄い歯（b = 0.30 mm）のみで棄却された。

人工歯に必要な破壊抵抗性を評価する際には、複数の要因を考慮する必要がある[51–54]。これまでの研究では、3Dプリントで製作された第一小臼歯のレジン歯の破壊抵抗性が調査されている。既製のレジン人工歯の破壊抵抗性は約80Nから250Nの範囲であることが報告されているが、3Dプリントで製作されたレジン人工歯の破壊抵抗は約160Nであることが報告されている[51]。本研究では人工歯に異なる歯形（小臼歯ではなく大臼歯）が使用されました。しかし、前述のテキストで示された閾値は、臼歯領域のすべての歯に対して定義されたものである。さらに、咬合力に関する過去の研究では、年齢、性別、義歯の使用、義歯の種類が咬合力に影響を与えることが報告されている[52-54]。これらの知見を考慮すると、人工歯の破壊荷重は約300Nで十分である。

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　過去の研究結果を本研究に適用したところ、b = 0.30 mmの歯は、平均破断力が173 N未満、最小破断力が97 N未満であり臨床使用には不適切であることが観察された。b = 0.50 mm のジルコニア人工歯の平均破断抵抗は約 250 N でしたが、記録された最低の破断抵抗は 173 N 未満でしたが、最初のグループで有望な破断抵抗を示したのは、壁厚 b = 0.75 mm のもので、試験されたすべてのジルコニア歯が 310 N を超える破断力に耐え、平均破断抵抗は 500 N に迫るものでした。最後の2つの試験グループ（b = 1.0 mm）の人工歯は、555 N 以上で破損しました。したがって、現在のデータに基づくと、3Dプリントされたジルコニア人工歯の臨床使用は、壁厚が b = 0.75 mm 以上の場合にのみ推奨できます。高い咬合力が予想される場合は、少なくとも b = 1.00 mm の厚さを使用すべきです。

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　ジルコニアクラウンに関しては、マージンの厚みが減少するにつれて、破折抵抗も著しく減少するという研究報告がある[35]。同様に、この研究でも、壁厚みが減少するにつれて、破折抵抗も大幅に減少した。曲げが支配的な問題であると予想されるように、壁厚みの二乗は破折抵抗に比例していた。図6に示されるように、レジン充填を施した薄壁歯（b = 0.30 mm）は、試験グループの中で唯一、全体的な挙動にうまく適合しませんでした。曲げが支配的な問題では、破折時のジルコニア壁のたわみはb-1に比例するため、このグループはレジン充填による破折抵抗の相対的な増加が最も高い値を示しました。したがって、充填による支持力は壁厚の減少に伴い増加した。壁厚がb = 0.30 mmの場合、平均破折力はレジン充填により89 Nから172 Nに増加する可能性があった。壁厚がさらに厚くなると、この絶対差は減少し、また、壁厚の増加に伴い総破折力が大幅に増加するため、相対的な影響はさらに減少する。充填材が人工歯の破壊力に著しく影響を与えるのであれば、充填材には、より高いヤング率を持つ材料を使用すべきであり、高充填率なコンポジットレジンを使用することには大きな関心が寄せられている。

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　しかし、0.30mmの条件では、充填歯は回帰直線から大きく外れた結果を示しました。このように充填歯の方が中空歯より高い破折抵抗性を示すのは、0.30mmの条件のみであり、統計的に有意な差が認められた。しかし、他の条件下では、中空歯と充填歯の破折抵抗性に有意な差は認められなかった。これは、壁厚が0.30mmのジルコニア歯の破壊抵抗が義歯床用レジンよりも低く、充填レジンによって補強されたためと考えられる。一方、0.50mm以上の壁厚では、充填レジンよりも高い破壊抵抗を示し、義歯床用レジンが歯の破壊抵抗に寄与していないことが示唆された。材料の最大たわみは材料の厚みに反比例するため、材料が薄いほどたわみ量は大きくなる。したがって、厚さ0.30mmのたわみは他の条件よりも大きく、歯内部のレジンがたわみを支えていることが示唆された。このように、歯内部にレジンが存在することは、壁厚が0.30mm以下の場合に、破断抵抗に影響を及ぼすが、0.50mm以上の破断抵抗には影響を及ぼさなかった。

しかし、光学顕微鏡およびSEM観察結果から、口腔内での破損の危険性を防ぐためには、壁厚に関わらず人工歯の内部を樹脂で充填することが有益であると考えられる。中空構造の歯とは異なり、光学顕微鏡観察では、充填歯の咬合面で完全破損は観察されなかった。また、SEM観察結果から、人工歯の破断面は中空構造側に観察された。これは、咬合面から垂直荷重が負荷された場合、内部の中空構造にストレスが集中し、破損に至ったと考えられる。ジルコニア人工歯は、レジン充填の補強によって完全破損を防止できたと推測される。

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　結果として、ジルコニアの壁厚が0.75mm以上あれば、レジン充填の有無に関わらず、人工歯として十分な破損抵抗性を有していると考えられる。しかし、ジルコニア人工歯の内部をレジンで充填することは、完全破損のリスクを防ぐのに有効である可能性がある。

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　SEMによるジルコニア人工歯の破断面の詳細観察では、空隙の数は少なかった。したがって、プリントされたジルコニアの内部特性は比較的均一であった。つまり、この研究におけるジルコニア人工歯の製造プロセスには大きな問題は見られなかったが、焼結時間の短縮に向けた改善は必要である。

 

　本研究で3Dプリントにより設計・製造された中空構造を有するジルコニア人工歯をミリング加工で製作することは技術的に不可能であることに留意すべきである。そのため、ミリングなどの従来の技術を用いた対照群は含まれていない。しかし、今後の研究では、この3Dプリント法と他の確立された製造技術との比較分析を行うべきであり、このような比較は、3Dプリントされたジルコニア人工歯の臨床的関連性をさらに検証し、その潜在的な利点を評価するために不可欠である。

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　右下顎第一大臼歯を人工歯として使用した。その理由は、本研究で使用したジルコニア材料は非透過性なタイプであり、審美的に前歯に使用するには不適切であったこと、第一大臼歯は咬合負荷が最も大きい歯であるため、その破折抵抗性は重要であること、また、臼歯部で咬合の垂直的寸法が安定していれば、より審美性の高い前歯に人工歯を使用することができる。したがって、前歯部として使用される透光性の高いジルコニア人工歯では、結果が異なる可能性があり、引き続きこれらの問題については、さらに調査が必要である。

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　さらに、この研究では、既製のポーセレン人工歯の小穴とほぼ同じ大きさの小穴を歯の基底面に使用しました。人工歯の破損抵抗は、これらの小穴のサイズと形状を変更することで影響を受ける可能性があるため、さらなる研究が必要です。

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　この研究では、レジン充填が強度を高めるメカニズムを理解することが重要でした。この研究では、レジン充填が特に薄い壁の耐破折性を向上させることが示されましたが、充填材料の特性や配置が耐破折性にどのように影響するかを理解するには、さらなる調査が必要です。例えば、コンポジットレジンなどの異なる種類のレジン材料や、さまざまな充填技術が強度に与える影響を系統的に評価することで、より耐久性の高い人工歯の開発につながる可能性があります。また、ジルコニアの長期的な耐久性と耐摩耗性に対するレジンの充填効果を評価するには、長期的な研究が必要です。

最後に、患者の個々のニーズに合わせカスタマイズされた人工歯の開発が不可欠である。患者個々の咬合力や咬合様式を考慮した人工歯の設計により、破損リスクを低減し、快適性を向上させることができる。これには、患者個々の口腔内スキャンデータに基づくパーソナライズされた設計や、人工知能を用いた最適な設計の自動化などが含まれる。