4. 考　察

 

　これまでの研究では、作業模型からのずれ[18–20]や、フレームワークの歪みによって複数の基準点で生じる隙間[10,13,21–23]を測定することで、部分床義歯（RPD）フレームワークの製作精度を評価してきた。しかし、ほとんどの研究では、フレームワークのずれは主要コネクターのみで測定されており、適合性に特に重要なレストについては評価が行われていなかった。隙間の量は、シリコーン印象材の厚さを測定することで評価された。しかし、この方法では、印象材を除去する際に歪みや破れが生じる。さらに、測定部位を特定することが難しく、シリコーン印象材の厚さの検出限界は約0.03 mmである[21]。クラスプと支台歯間の隙間は、0.5 mmの矯正用ワイヤーを用いて測定できるが、この方法は客観性に欠ける[23]。本研究では、フレームワークの製作データと設計データをソフトウェアで重ね合わせることで、定量的かつ包括的な精度評価が可能となった。データをカラーマップとして表示することで、変位方向の3D評価も可能になった。本研究で使用したソフトウェアの誤差範囲は、点間測定で0.012 mm、表面測定で0.015 mmであった。

 

　本研究では、鋳造パターンの印刷にマテリアルジェッティング法を用いた。この方法により、29～32 µmの精度で滑らかな表面を印刷できる。しかし、使用した材料は紫外線で硬化するため、日光による劣化で歪みが生じる可能性がある[24]。この影響を避けるため、本研究では鋳造パターンを印刷後速やかに埋没した。金属合金の鋳造収縮は、凝固収縮と凝固温度から室温までの熱収縮によって生じる。本研究では、鋳造収縮率が2.3%であるコバルトクロム合金を使用した[25]。

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　Sternら従来鋳造法で製作された金属義歯におけるレストと対応するレストシート間の平均間隔は173～215 µmと報告されている[21]。一方、Dunhamらは、同じ値を193±203 µm（範囲0～828 µm）と報告している[22]。本研究で製作したフレームワークにおけるレストのずれ（絶対変位値）は、AM-Cast法とSLS法のいずれのフレームワーク条件においても、この範囲内であった。

　しかしながら、本研究で製作したフレームワークにおけるレストの側方および内側方向の変位は、測定部位によって設計データとの関連で観察されたため、フレームワークを模型に試着する際には、レストとレストシートの完全な位置合わせを妨げる可能性のあるものがないか、各部位を注意深く検査する必要がある。しかしながら、本研究で製作したフレームワークにおいて、レストの側方および内側方向の変位が測定部位によって設計データとの関連で観察されたため、フレームワークをモデルに試着する際には、レストとレストシートの完全な位置合わせを妨げる可能性のある要因がないか、各部位を注意深く検査する必要がある。

　Leeら[10]は、3Dプリント樹脂パターンを用いた鋳造法で製作したフレームワークの近心プレートにおいて、70.37～152.5 µmの変位を報告している。本研究においても、AM-Castフレームワークの近心プレートで同様の値が得られた。

　

　SLSフレームワークの近心プレートにおける精度は、AM-Castフレームワークと比較して良好であったが、誤差の程度は部位によって大きく異なった。今回の結果は、近心プレートの構造がクラスプアームおよびレストから独立しているか（歯番号45）、あるいは結合しているか（歯番号34および37）によって、精度が影響を受ける可能性を示唆している。コネクターに関して、AM-Castフレームワークの舌側バーの歯支持側接合部において、大きな横方向のずれが観察された。この部位は、鋳造パターンと補強バーの接合部と一致していた。補強バーがスプルーとして機能しているため、接合部で局所的な鋳造収縮が生じた可能性がある[26]。したがって、鋳造パターンに補強バーを配置する場合、フレームワークの適合に影響を与えない保持グリッドに補強バーを追加するか、補強バーにリザーバーを追加する必要がある。一方、SLSフレームワークでは、舌側バーの中央部で大きな局所的なずれが観察された。これは、SLS中に発生した座屈歪みによるものと考えられる[27]。このような残留応力は適合だけでなく強度にも影響を与えるため[28]、焼結条件に関するさらなる調査が必要である。近年、コンピュータ支援エンジニアリング（CAE）を用いてSLS中の歪みと残留応力を予測するシミュレーションに注目が集まっている[29]。 CAEは製品の最適化だけでなく、製造時間とコストの削減も実現できるため、さらなるソフトウェア開発と普及が期待されている。

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　クラスプアームにおいて、AM-Castフレームワークのアカーズクラスプとリングクラスプの先端部で横方向の変位が観察されました。同様の結果は、フレームワークを用いずに3Dプリントパターン鋳造で製作したアカーズクラスプ単体の研究でも得られています[30]。一方、AM-CastフレームワークのアンダーバルジクラスプであるRPIクラスプの先端部では、内側方向の変位が観察されました。これは、スプラバルジクラスプとは逆方向の変位です。Firtellらは、スプラバルジクラスプとアンダーバルジクラスプの先端部で精度が異なり、スプラバルジクラスプの先端部は規定よりもアンダーカットが少なく、アンダーバルジクラスプの先端部は規定よりもアンダーカットが多いことを報告しています[31]。

今回の研究結果は、鋳造パターンの歪みと収縮が先端部の変位に及ぼす影響は、クラスプアームの形状によって異なることを示唆しています。 SLSフレームワークのクラスプアームはAM-Castフレームワークに比べて全体的な精度は良好でしたが、リングとRPIクラスプアームの中央部では大きなずれが見られました。細長いクラスプは舌側バーと同様の歪みを受けやすいため、SLSを使用する際には注意が必要です。

　SLS装置は大型で、多額の設備投資が必要です。一方、鋳造パターン、歯型、カスタムトレー、スプリントなどを樹脂から積層造形によって作成できる3Dプリンターは小型で比較的安価です。フレームワークはコンピュータ数値制御（CNC）切削加工技術を用いて製作することもできますが、切削加工中にかなりの金属が無駄になり、切削工具が損傷するため、コストパフォーマンスが悪くなります。そのため、CNC切削加工技術は臨床現場では使用されていません。各CAD/CAM技術は、経済性、生産性、環境、その他の利点と欠点を慎重に検討した上で選択する必要があります[32]。現在の実験条件下では、SLSフレームワークはAM-Castフレームワークと比較して、全体的な誤差と四分位範囲が小さく、SLSの方が優れた製作精度と再現性を持つことが示唆されました。

 

　本研究には以下の限界があります。従来のワックスアップの形状と完全に同一の設計データを取得することが困難であったため、従来の鋳造法で製作されたフレームワークを実験条件に含めることができませんでした。CAD/CAM技術を用いて製作されたフレームワークと従来の方法を比較するためには、他の実験手法や解析装置の開発が必要です。さらに、典型的な部分無歯顎下顎を表すために、1つの設計パターンのみを使用しました。無歯顎部位と範囲によって、様々な設計が可能です。特に、SLSフレームワークで精度が問題となった主要コネクターの形状は、上顎では大きく異なります。このばらつきの程度は、さらなる研究の必要性を示しています。

 

5. 結論

　AM-CastとSLSの間で、RPD金属フレームワークの製作精度は、構造構成要素によって異なりました。しかし、全体的な誤差はAM-CastフレームワークよりもSLSフレームワークの方が小さく、SLSの方が優れた製作精度と再現性を持つことが示唆されました。利益相反：本研究に関して利益相反はありません。