[分析] 電子ビーム溶融（EBM）技術を用いて3Dプリントした純チタンクラウンの適合性に関する研究

フルクラウン修復の適合性は、修復物の品質と修復効果を臨床的に評価するための重要な指標であり、修復物の精度と装着状態を反映します。適合性は、新しい技術や新しい材料が臨床現場に適用できるかどうかを判断するための客観的な指標です。その中で、辺縁適合性は修復の成否を左右する鍵であり、修復物の保持力や審美性に直接影響するだけでなく、二次う蝕や歯周病の発生を減らし、支台歯や歯周組織の健康を守ります。電子ビーム溶融法（EBM）は、近年出現した先進的な金属ラピッドプロトタイピング製造技術です。純チタン製クラウンのEBM印刷に関する関連研究報告はありません。したがって、本研究では、EBM、選択的レーザー溶融法 (SLM)、CAD/CAM、ロストワックス鋳造法で製造された純チタン単冠の辺縁適合と内部適合を比較することにより、EBM 技術を使用して純チタン冠を 3D プリントすることの実現可能性を調査しました。
1 材料と方法
1.1 主な材料と設備
1.1.1 EBM に必要な材料と機器電子ビーム溶融ラピッドプロトタイピングプリンター (EBMA2、Arcam、スウェーデン)、純チタン粉末 (Ar-cam、スウェーデン)、光学スキャンシステム (DentalWings、ヴィーラント、ドイツ)。

1.1.2 SLM に必要な材料と機器選択的レーザークラッディングマシン (EOSINTM280、EOS、ドイツ)、純チタン粉末 (EOS、ドイツ)、光学スキャンシステム (DentalWings、ヴィーラント、ドイツ)。

1.1.3 CAD/CAM 切断に必要な材料と設備 CAD/CAM システム 1 (Ultrasonic 20 linear、DMG、ドイツ)、CAD/CAM システム 2 (Organical Multi、R+K、ドイツ)、純チタンプレブロックの切断 (Nanjing Baotai Special Materials Co., Ltd.)。

1.1.4 鋳造に必要な材料と設備鋳造ワックス（レンフェルト、ドイツ）、チタン鋳造機（XJ-Ⅱ、山西西京医療機器有限公司）、純チタン包埋材（SYMBIONTC、日進株式会社、日本）、サンドブラスト機（BasicMaster、レンフェルト、ドイツ）、アルミナ砂（80メッシュ、レンフェルト、ドイツ）。

1.1.5 その他の材料および機器 Nikon SMZ-1500 実体顕微鏡 (ニコン株式会社、日本)、Conte「ウォーターキューブ」シリコーンゴム印象材 (Conte Dental Group、スイス)、超硬質石膏 (Hubei Benuo Dental Materials Co., Ltd.)。

1.2 試料の準備
1.2.1 標準モデルの製作標準アバットメントのデジタルモデルは、AutoCAD 2004 ソフトウェアを使用して、次の仕様で設計されました：高さ 5 mm、ネック直径 4 mm、収束度 5°、鈍い内側線角度の 90° ショルダー、ショルダー幅 1 mm、ベース高さ 3 mm。また、ベースクラウンを正確に所定の位置に導くために、歯の表面と軸表面の間の角に約 4 mm2 の小さな傾斜が作成されました。上顎前歯列弓の配置をシミュレートするために、6 つのソケットが設計されています。40Cr 材料で作られた 6 つの標準支台歯デジタルモデルと支台歯を配置するための金属プレートが、CNC 切断機、ワイヤー切断機などの機器で加工されます (図 1)。標準支台歯を配置・固定した後、コンテシリコーンゴムで高品質印象を31本採取し、超硬質石膏模型31個を流し込み、各模型を型枠に切り出した（図2）。模型の 1 つを光学的にスキャンし、残りの石膏模型をランダムに 6 つのグループに分け、各グループに 5 つの模型を入れました。1 つのグループを選択して 5 つの純チタン単冠 (11 個の単冠) を鋳造し、他の 5 つのグループを使用して、それぞれ EBM グループ、SLM グループ、DMG 切削グループ、R+K 切削グループ、鋳造グループの純チタン冠用のシリコーンゴムギャップ印象を作製しました。
1.2.2 EBM グループ、SLM グループ、DMG 切断グループ、および R+K 切断グループでの修復物の製作 1 つのモデルがランダムに選択され、DentalWings スキャンシステム DWOS ソフトウェアを使用してスキャンおよび設計されました。修復物の厚さは 1 mm、ギャップの厚さは 40 μm に設計されました。5 つの純チタン単冠は、それぞれ電子ビーム溶融ラピッドプロトタイピングプリンター、Ultrasonic 20 linear (DMG)、および Organic Multi (R+K) 切断装置を使用して作成されました。 EOSM280を使用して純チタンクラウンを製作する際、補正パラメータを100μmに設定し、純チタンシングルクラウンを5個製作しました。試してみて、サンドブラストの必要はありません。20秒間高圧スチーム洗浄してから使用してください。
1.2.3 鋳造群における修復物の製作 5つの模型に2層のスペーサー（各層の厚さは約20μm）を適用し、肩から1.5mm以内にはスペーサーを適用しなかった。ワックスメルターを使用してワックスを溶かし、ワックスディッピング+ワックスドリップ法を使用して修復物のワックスモデルを作成しました。ワックスモデルの内面と外面は滑らかで透明で、厚さは1mmで均一である必要がありました。完成したワックスモデルを純チタン包埋材で埋め込み、チタン鋳造機を使用して純チタンクラウンを鋳造しました。この方法を使用して、5つの純チタンシングルクラウンを製造しました。圧力0.2MPaでノズルをクラウン内面から2cm離し、Al2O3砂粒子（直径80μm）を使用してクラウン内面を30秒間サンドブラストし、その後高圧蒸気で20秒間洗浄し、装着感を確認した後、使用のために保管した。
1.2.4 シリコーンゴム試料の作製EBM グループ、SLM グループ、DMG 切削グループ、R+K 切削グループ、鋳造グループの純チタン単冠（25 個）を、ランダムに割り当てられた 5 つのアバットメント石膏模型上に配置しました。軽量シリコーンゴム体をクラウンに注入し、50N の圧力を加えて、修復物と支台歯形成物の間に接着ギャップを作りました（図 3）。ライトボディが完全に固まった後、クラウンの外縁にある余分なライトボディと金属クラウンを慎重に除去し、結合ギャップを表すライトボディフィルムを取得します。軽いフィルムを重い体で固定してサンドイッチ構造を形成し、シリコーンゴムが固まった後、1 mmの厚さのスライス試験片にスライスしました（図4）。合計25個のシリコーンゴムギャップ印象試験片を作製しました。 1.3 試料測定シリコーンゴムギャップ印象試料をNikon SMZ-1500実体顕微鏡で100倍に拡大し、NikonACT-2Uソフトウェアを使用してクラウンの内面と型の表面との間の垂直ギャップを測定した。測定ポイントは図 4 に示されています。ポイント A1 と A2 はエッジの垂直クリアランスを表します。ポイント B1 と B2 はショルダーの中心の垂直クリアランスを表します。ポイント C1 と C2 は軸面の中心の垂直クリアランスを表します。ポイント D は面の中心の垂直クリアランスを表します。点 A1 と A2 は限界適応度を表し、残りの点は内部適応度を表します。各ポイントを2つの半分の辺で3回測定し、平均値を算出しました。 1.4 統計解析SPSS 17.0 ソフトウェアを使用して、5 つのグループの異なる部分の測定結果に対して、両側 α = 0.05 を検定レベルとして一元配置分散分析を実行しました。
2 結果5 群の純チタン単冠の辺縁および内部隙間の測定結果を表 1 に示す。各群の中央の垂直隙間が最も大きく、辺縁隙間が最も小さかった。純チタンクラウンの 5 つのグループの辺縁ギャップには統計的な差がありました (P < 0.05)。切削グループのギャップは最も小さく、フィット感は最も良く、次に EBM および SLM3D 印刷グループの順で、鋳造グループの辺縁ギャップは最も大きかったです。EBM グループと SLM グループの間、および DMG グループと R+K グループの間には、クラウンの辺縁フィット感に統計的な差はありませんでした (P > 0.05)。
EBM および SLM グループの肩の中心適合性は、DMG、R+K、およびギプスグループよりも良好でした (P<0.05)。EBM および SLM グループ間、DMG および R+K グループ間、およびカッティンググループおよびギプスグループ間では、肩の中心適合性に統計的な差はありませんでした (P>0.05)。 EBM および SLM グループの軸面の中心垂直ギャップは、DMG、R+K、鋳造グループのそれよりも大きく、R+K グループのそれは鋳造グループのそれよりも大きかった (P<0.05)。EBM および SLM グループ間の軸面の中心適合性には統計的差はなく (P>0.05)、DMG グループの軸面の中心適合性は R+K グループよりも良好であった (P<0.05)。 EBM グループの中心適合性は、SLM、DMG、鋳造グループよりも優れていました (P<0.05)。SLM グループの中心適合性は、DMG、R+K、鋳造グループよりも悪く、R+K グループは DMG および鋳造グループよりも優れていました (P<0.05)。5 つの純チタンクラウングループの全体的な内部適合性には統計的な差はありませんでした (P>0.05)。
3 考察修復物の良好な辺縁部および内部適合は臨床医の焦点であり、また修復物の長期寿命の前提条件でもある。適合性は広い概念であり、通常は歯の準備の表面と修復物の組織表面との間の隙間の大きさ、つまり、修復物が歯の準備物に接着された後の接着剤の厚さを指します。アメリカ歯科医師会（ADA）は、理想的な接着層の厚さは 25 ～ 40 μm であると考えていますが、この要件を臨床応用で達成するのは困難です。現在、クラウンの境界適合性は、通常、マクリーンとファン・フラウンホーファーの研究結果に基づいています。クラウンエッジ全体の垂直ギャップの臨床最大許容範囲は 120μm であり、これはほとんどの学者によって認められています。クラウンの内部適合に関して、Mou らは、接着後、臨床的に許容される内部適合範囲は 200 ～ 300 μm であると信じていました。異なる製造方法がクラウンの適合性に与える影響を研究するために、この実験では、純チタンクラウンの厚さを1mm、標準アバットメントの収束度を5°、ショルダー上の隙間の厚さを40μmに設定し、いずれも臨床基準を満たしました。
3.1 適合性検査方法の選択一般的な適合性判定方法には、目視観察とプローブ検査、顕微鏡測定、印象法、スライス切断、マイクロCT などがあります。観察には肉眼観察とプローブプロービングが使用され、定量的な指標はなく、観察者の主観的な影響に大きく影響されます。スライスカットは修復物と金型を破壊し、患者は臨床的に修復物を摩耗させることはできません。口腔内では顕微鏡とマイクロCTによる直接測定を行うことはできません。そのため、現在、臨床現場でより一般的に使用されている方法は、軽いシリコーンゴム体を使用して接着ギャップを複製し、次に重い体を使用して軽い体のフィルムを固定することです。重い体が完全に固まった後、複合構造をスライスに切断し、ギャップ印象の厚さを実体顕微鏡で観察および測定します。この方法は、印象法とスライス法を組み合わせたものです。操作が簡単で簡単なだけでなく、修復物と金型を損傷することもありません。測定データは包括的（エッジギャップと内部ギャップを含む）で、比較的正確で信頼性が高く、繰り返し測定できます。

3.2 製造工程実験の結果、 EBM グループと SLM グループで製造された純チタン単冠の縁適合性は、鋳造グループのものよりも優れていることが示されました。これは、純チタンが高温条件下で非常に酸化されやすく、鋳造工程で気孔が発生しやすく、修復物の品質に影響を与えるためです。従来の鋳型材料はワックス材料であり、比較的柔らかく、製造および埋め込み中に変形および収縮しやすく、修復物の精度に影響を与え、さらに修復エッジの密閉性に影響を与えます。鋳造工程では、埋め込み材料の膨張係数、金属の冷却収縮、およびオペレーターの技術熟練度などの要因により、純チタンクラウンが満足のいく適合性を達成することが困難になります。 EBM と SLM は 3D プリントの重要な部分であるため、金属修復物の製造の各ステップはコンピューターによって正確に制御され、ワックスパターンの変形や埋め込み材料の影響を回避します。
実験では、CAD/CAM グループの純チタンクラウンのエッジフィットが最も良好でした。これは、EBM3D 印刷技術と比較して、CNC 切削技術が冷間加工でコンピューター制御されているため、修復の精度が向上し、修復に対する温度の影響を回避できるためです。鋳造技術と比較して、手作業による製造のランダム性とワックスモデルの除去と埋め込みプロセスによる変形を回避し、より優れたフィットを保証します。この研究では、EBM 3D 印刷グループと SLM 3D 印刷グループ間、および DMG 切断グループと R+K 切断グループ間の限界適合性に統計的な差はありませんでした。

結果は、純チタン単冠の 5 つのグループの全体的な内部フィットに有意差がないことを示しました。EBM および SLM3D 印刷グループのショルダーの中心フィットは、DMG、R+K 切削および鋳造グループよりも優れていました。これは、EBM および SLM が高温プロセスであり、金属修復物が処理中に膨張するためと考えられます。一方、EBM グループと SLM グループ、DMG グループと R+K グループ、切削グループと鋳造グループの間では、ショルダーの中心フィットに統計的な差はありませんでした。 EBM および SLM グループの軸面の中央垂直ギャップは、DMG、R+K、鋳造グループのそれよりも大きかった。その理由は、EBM で印刷された単一クラウンの内面の滑らかさが悪く、完全に所定の位置に固定するためにわずかに研磨する必要があり、EBM グループの軸面の中央垂直ギャップが大きくなったためである。SLM で単一クラウンを印刷すると、高温が修復物に影響を与え、所定の位置に固定できなくなったため、補正パラメータが設定され、内部のフィットに影響を及ぼした。実験では、EBM グループと SLM グループの間で中心軸の適合性に統計的な差はなく、DMG グループの中心軸の適合性は R+K グループよりも優れていましたが、これは 2 つの切断システムの違いによるものと考えられます。
表面の中心適合に関しては、EBM 群は DMG 群よりも優れていましたが、これは EBM クラウンの内面が DMG 群よりも粗く、支台歯表面の中心までの距離が短くなったためです。SLM 群は EBM、切削、鋳造群よりも劣っていましたが、これはおそらく補正係数が内部適合に影響したためです。鋳造群の中心適合は EBM 群や R+K 群よりも劣っていましたが、これは鋳造単冠の製作にはギャップ材のコーティング、ワックスパターンの作成、埋め込みなどの複数のステップが含まれており、予測できない手作業によるエラーや埋め込み鋳造の膨張と収縮のエラーが伴い、鋳造クラウンの内部適合に影響するためです。口腔純チタン修復物の主な加工方法としては、ロストワックス精密鋳造技術、CAD/CAM切削加工、3Dプリント技術などがあります。

現在、EBM技術を口腔冠修復に適用した報告はなく、SLMを口腔純チタン冠修復に適用した報告もない。しかし、コバルトクロム合金に関する研究は数多くある。例えば、XuらはSLMコバルトクロム合金単冠の境界適合性を研究し、その結果は（102.86±40.54）μmであった。Li Guoqiangらは走査型電子顕微鏡下でコバルトクロム合金単冠の接着面の各測定点で接着剤の厚さを観察した。クラウンネックエッジ、試験片の下部1/3領域、軸角、表面中心の隙間は（36.51±2.94）μmであった。 (49.36±3.31) μm、(56.48±3.35) μm、(42.20±3.60) μm。Dang YuqiらはSLM製コバルトクロム合金クラウンの適合性を研究し、エッジ、ショルダー中心、軸表面中心の平均クリアランス、表面中心の平均クリアランスはそれぞれ(46.54±8.4) μm、(112.78±13.80) μm、(108.63±21.68) μm、(203.29±34.61) μmでした。この実験では、SLM純チタン単冠のエッジ、ショルダー中心、軸表面中心、表面中心の平均隙間は、それぞれ（38.63±6.82）μm、（73.43±15.09）μm、（108.05±11.72）μm、（210.19±10.93）μmでした。マージンフィットと内部フィットは臨床的に許容できる範囲内でした。
この実験では、切削グループのエッジ適合性が最も優れており、CAD/CAM切削技術が依然として最も加工精度の高い修復加工技術であることを示しています。ただし、加工中に大量の材料が無駄になることは避けられず、硬い金属を切削する際にドリルビットがひどく摩耗するため、ドリルビットを頻繁に交換する必要があり、コストも増加します。 EBM 技術と SLM 技術の加工精度は切削技術ほど良くはありませんが、エッジギャップは臨床的に許容される 120μm よりもはるかに小さく、修復物のエッジフィットは、臨床要件を完全に満たすことができる従来のロストワックス鋳造による修復物よりも劣っています。さらに、EBM および SLM 技術は、CAD/CAM 切削技術に比べて材料を節約してコストを削減し、鋳造よりもプロセスが簡単で精度が高いため、EBM および SLM 技術は独自の利点により、歯科修復物の製造における新興の新技術になる可能性があります。編集者: Antarctic Bear 著者: Mao Jinghong Chen Kenan Gao Bo

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