(57)【要約】【課題】歯列矯正時の固定源と移動後の保定を確実にし、かつ保定期間を短縮することで、より効率的な歯の移動と保定を可能とする装置を提供する。【解決手段】超音波トランスデューサーを内蔵し、歯列矯正患者の矯正部に対して超音波を照射する超音波治療ヘッドモジュール、および該超音波の制御を行う制御手段を備えることを特徴とする歯科矯正用歯列固定装置。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサーを内蔵し、歯列矯正患者の矯正部に対して超音波を照射する超音波治療ヘッドモジュール、および該超音波の制御を行う制御手段を備えることを特徴とする歯科矯正用歯列固定装置。
【請求項２】
該超音波治療ヘッドモジュールを歯列矯正患者の矯正部位に固定する歯列固定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の歯科矯正用歯列固定装置。
【請求項３】
該制御手段が、該超音波トランスデューサーから超音波パルスを出力制御する手段であることを特徴とする請求項１、２記載の歯科矯正用歯列固定装置。
【請求項４】
該制御手段が、超音波周波数が２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、バースト幅が１０μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、繰り返し周期が５Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、超音波出力が５〜７５ｍＷ／ｃｍ2の範囲で超音波を出力制御する手段であることを特徴とする請求項３記載の歯科矯正用歯列固定装置。
【請求項５】
該制御手段が、超音波周波数が１．５ＭＨｚ、バースト幅が２００μｓｅｃ、繰り返し周期が１．０ｋＨｚ、超音波出力が３０ｍＷ／ｃｍ2の範囲で超音波を出力制御する手段であることを特徴とする請求項４記載の歯科矯正用歯列固定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯列固定装置に関する。さらに詳しくは、超音波照射により矯正学的歯の移動時の固定源あるいは保定期間の短縮に適用する歯科矯正用歯列固定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯科領域では、歯並びの悪さ、噛み合わせ不良などの不正咬合を矯正し、噛み合うようにして、きれいな歯ならびにする歯科矯正治療が行われている。
【０００３】
不正咬合をそのままにしておくと、 食べ物がよく噛めないという他に、むし歯や歯槽膿漏になり易く、口臭の原因になり、また言葉が明瞭でなくなる、顎関節に負担をかけるなどの問題も生じる。更に最近では、自身の容姿に対するコンプレックス解消の面からも歯科矯正が行われている。
【０００４】
一般には顎の発育をコントロールするバイオネーター、顎と歯列幅を拡大する拡大装置や、個々の歯を排列するブラケットなどの矯正装置を通じて、顎の骨や歯にゆっくりと力をかけて、歯ならびや噛み合わせを治していく。矯正学的歯の移動については、数年にわたり歯に力をかけて少しづつ歯の位置を矯正して行くものであるが、移動させた歯の保定にも歯の移動に要した期間かそれ以上の期間が必要とされ、一般的には2〜3年間、一カ月おきに歯科医に通い、100万円近い費用がかかっている。
【０００５】
このような力学的歯科矯正技術のほか、一般歯科における物理的エネルギーの臨床応用では、超音波発振器を利用した歯科用機器があり、歯石除去用、根管拡大用、根管洗浄用、充填物合着や除去用あるいは器具清掃など幅広い用途が知られている。しかしながら歯科矯正学領域における超音波振動の応用についての報告は少なく、矯正学的歯の移動方法に関しても、従来より行われてきた静荷重負荷にかわり超音波などの振動的な負荷を用いる方法が考えられるが（非特許文献１：Jack et al.: Am J Orthod. 74:577-586,1978）、それを歯の移動力として用いる可能性について検討を加えた研究がわずかにあるのみである。
【０００６】
江俣はサルの上顎側切歯に振動力を負荷し、速度共振特性を測定して負荷中の歯周組織のバネ定数と粘性減衰定数の変化を求めた結果、振動力負荷のほうが静荷重負荷に比べて、力学的に効果があると述べている（非特許文献２：江俣他：歯基礎誌 21: 571-585, 1979）。
【０００７】
また、清水は振動力負荷は静荷重負荷に比べて歯の移動力として効果的であるとの見解を示している（非特許文献３：清水：日矯歯誌45:56-72, 1986）。また、大前らは超音波により、矯正学的歯の移動が促進されたことを報告している（非特許文献４：大前他：日本矯正歯科学会雑誌, 60(4):201, 2001）。さらに、超音波は歯根膜細胞に直接作用して、基質蛋白の合成に影響を与えることが報告されている（非特許文献５：Harle J, et al. Ultrasound in Med Biol 27: 579-586, 2001）。
【０００８】
その一方で、機械的刺激が骨折治癒に有効というのは、さまざまな研究者が実験的にも臨床的にも検討し、Duarteは、超音波による骨組織への機械的刺激を利用すれば非侵襲的に骨形成の促進ができると考え、1980年から1985年にかけて、動物モデルをもちいて治療に適した超音波の条件を検討した。この研究の一部は、1983年にウサギ骨切モデルに対して低出力超音波パルスを照射した結果、正常な骨修復過程が促進されたとして論文発表された(非特許文献６：Arch Orthop Trauma Surg, 101: 153-159, 1983)。さらにXavierとDuarteは1983年にヒト臨床において27例に低出力超音波パルスを照射し、正常な骨折修復過程が加速され、また偽関節の治癒も誘導しうることを報告した(非特許文献７：Rev Brasil Ortop, 18: 73-80, 1983)。
【０００９】
その後Duarteから基本特許（特許文献１：米国特許第4,530,360号）のライセンスを受けた米国Exogen社は、超音波骨折治療機セーフスTM（ＳＡＦＨＳTM）を開発し、臨床試験において、脛骨骨幹部骨折(非特許文献８：Heckman et al.: JBone and Jiont Surg, 76A: 25-34, 1994)ならび橈骨遠位端骨折(非特許文献９：Kristiansen et al.: J Bone and Joint Surg, 79A: 961-973, 1997)などの治癒促進効果を証明した。
【００１０】
なお、セーフスTMの超音波を骨折部位に照射すると局所の血流が増加することが、イヌを用いた実験で明らかにされた(Goldberg et al. 北米放射線学会で発表、1997/11)。また米国や欧州での難治性骨折に対する有効例をみると、血行が不全なために偽関節化した症例に対して効果を示したことが紹介されて、「血行促進」が重要なメカニズムとして想定されている。さらにBolanderやRyabyらは一連の実験で、セーフスTMの超音波が骨形成と骨吸収、非コラーゲン蛋白合成、およびコラーゲン表現型の発現に対する直接作用を有することを示唆している。また、セーフスTMの超音波により、In vitroのマウス破骨細胞形成系において破骨細胞の形成が抑制されることが報告されている（東ら、第17回日本骨代謝学会発表1999年6月26日、特許文献２：WO 01/25404）。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第4,530,360号明細書
【特許文献２】
国際公開第０１／２５４０４号パンフレット
【非特許文献１】
Jack et al.: Am J Orthod. 74:577-586,1978
【非特許文献２】
江俣他：歯基礎誌 21: 571-585, 1979
【非特許文献３】
清水：日矯歯誌45:56-72, 1986
【非特許文献４】
大前他：日本矯正歯科学会雑誌, 60(4):201, 2001
【非特許文献５】
Harle J, et al. Ultrasound in Med Biol 27: 579-586, 2001
【非特許文献６】
Arch Orthop Trauma Surg, 101: 153-159, 1983
【非特許文献７】
Rev Brasil Ortop, 18: 73-80, 1983
【非特許文献８】
Heckman et al.: J Bone and Jiont Surg, 76A: 25-34, 1994
【非特許文献９】
Kristiansen et al.: J Bone and Joint Surg, 79A: 961-973, 1997
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
歯科矯正治療中には以下のような組織反応がおこる。すなわち、矯正力を歯に作用させると、歯は力の作用方向へ移動する。そのとき、作用方向の歯根膜は圧迫され、その部分の歯槽壁は吸収される。一方、反対側の歯根膜はひろくなり、その部分の歯根膜線維は牽引され歯槽壁に骨新生をきたし、その結果、歯は力の作用方向へ移動していく。
【００１３】
矯正治療の目的で歯の移動をおこなう場合、矯正装置によって力が作用する領域とそれに抵抗する領域（固定源）が生じる。固定源が十分に大きければ、歯の移動を効果的に行なうことが可能であるが、逆に固定源が不十分であった場合は不安定となり、相反的に固定源が移動する。矯正治療が終了すると、移動した歯や顎が後戻りしないように、移動に要した期間とほぼ同じ期間の保定を行なう。保定が不十分であると、移動した歯や顎が元に戻ってしまう場合がある。
【００１４】
本発明は、このような歯列矯正時の固定源と移動後の保定を確実にし、かつ保定期間を短縮することで、より効率的な歯の移動と保定を可能とする装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはかかる課題に対して鋭意検討した結果、歯列矯正患者の矯正部位へ機械的・力学的刺激を与えることにより被圧縮側の破骨細胞の形成を抑制することで歯槽骨の吸収が抑制され、矯正力による歯の移動を阻害することを見出し、本発明に到達したものである。
【００１６】
すなわち本発明は、超音波トランスデューサーを内蔵し、歯列矯正患者の矯正部に対して超音波を照射する超音波治療ヘッドモジュール、および該超音波の制御を行う制御手段を備えることを特徴とする歯科矯正用歯列固定装置を提供するものである。また本発明は、かかる超音波治療ヘッドモジュールを歯列矯正患者の矯正部位に固定する歯列固定手段を備えたことを特徴とする歯科矯正用歯列固定装置を提供するものである。
【００１７】
又は本発明は、かかる制御手段が、該超音波トランスデューサーから超音波パルスを出力制御する手段であることを特徴とし、中でも超音波周波数が２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、バースト幅が１０μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、繰り返し周期が５Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、超音波出力が５〜７５ｍＷ／ｃｍ2の範囲で超音波を出力制御する制御手段であることを特徴とし、特に該制御手段が、超音波周波数が１．５ＭＨｚ、バースト幅が２００μｓｅｃ、繰り返し周期が１．０ｋＨｚ、超音波出力が３０ｍＷ／ｃｍ2の範囲で超音波を出力制御する手段であることを特徴とする歯科矯正用歯列固定装置を提供するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、歯列矯正部位へ超音波を照射することにより、患部に一定のパターンを有する機械的・力学的刺激（メカニカルストレス）を与え、矯正学的歯の移動時の固定源を確実にし、保定期間の短縮を可能とすることを特徴とする歯列固定装置である。
【００１９】
以下に、本発明の歯科矯正用歯列固定装置の実施態様例を示す。本発明の歯列固定装置は、超音波トランスデューサーを内蔵し、歯列矯正患者の矯正部位に対して超音波を照射する超音波治療ヘッドモジュール、該超音波の制御をする制御手段を備え、矯正部位に該超音波治療ヘッドモジュールを固定する手段を備える。
【００２０】
かかる超音波トランスデューサーは圧電セラミック製であり、電圧をかけると微小な歪みが生じる性質を利用して、超音波波形合成装置で作られた電気信号をトランスデューサーの圧電セラミックに与え、トランスデューサー表面に縦方向の振動（超音波）を作り出している。
【００２１】
使用する超音波は低出力超音波パルスであり、超音波周波数が２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、バースト幅が１０μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、繰り返し周期が５Ｈｚ〜１０ｋＨｚ、超音波出力が５〜７５ｍＷ／ｃｍ2の範囲のものが治療効果として期待できるものであり、その中でも特に、超音波周波数が１．５ＭＨｚ、バースト幅が２００μｓｅｃ、繰り返し周期が１．０ｋＨｚ、超音波出力が３０ｍＷ／ｃｍ2のものが好ましい。
【００２２】
制御手段は、かかる超音波トランスデューサーから照射する超音波を合成する超音波波形合成機能、出力制御、記憶演算手段、電源のON/OFF制御機能を備える。各機能は超音波治療ヘッドモジュールに一体内蔵させても、超音波治療ヘッドモジュールと本体に分割しても良い。
【００２３】
歯列矯正部位に対して該超音波治療ヘッドモジュールを固定する手段は、顔面の口周辺、特に顎乃至頬にかけて超音波治療ヘッドモジュールを皮膚表面から歯列矯正部位に向けて超音波を照射するよう固定する手段であり、矯正部位に合わせて適宜、固定位置を調整可能なものが好ましい。また本発明の歯列固定装置は、歯肉から直接超音波を歯列矯正部位に対して照射する様に適用することも可能である。
【００２４】
以下に、本発明の歯科矯正用歯列固定装置を、本体部分と超音波治療ヘッドモジュールに分割した例を、図面を用いて更に詳細に説明する。
本発明の歯科矯正用歯列固定装置の外観は、図１に示すように本体部分と超音波治療ヘッドモジュールを備える。
【００２５】
［本体］
本体は図２に示すように電源、記憶演算装置、入出力装置で構成される。
【００２６】
１）電源：
電池は充電不可能な高容量タイプのリチウム電池を用いる。電源スイッチはなく、前面パネルの操作により電源が入り、20分間の治療が完了すると自動的に電源が切れる。また、誤操作による超音波出力がないように、スタートボタンは２回押されなければ超音波は出力されない。なお、治療ヘッドも同じ電池から電力を供給される。
【００２７】
２）記憶演算装置：
プリント基板にはCPU（中央制御装置）が搭載されており、治療時間の管理ばかりでなく、治療ヘッドの動作や装着状態の監視および自己診断を行う。また、バックアップメモリに患者の治療記録が記憶され、必要に応じて取り出せるよう設計する。
【００２８】
３）入出力装置：
操作スイッチ、液晶表示盤、ブザーの他に、接続ケーブルを通して治療ヘッドモジュールの制御と電力供給が行われる。治療ヘッドモジュールの制御信号としては、超音波パルスバースト巾200Hz、繰返し周期1KHzの信号を送る。また、治療ヘッドからはトラブル信号が送り返される。
【００２９】
［超音波治療ヘッドモジュール］
超音波治療ヘッドモジュールは、図３に示すように、発振装置、超音波波形合成装置、超音波生成装置および以上検出装置で構成される。本体への接続ケーブルは一体型となっている。
【００３０】
１）発振装置：
1.5MHzの超音波信号を生成する。
【００３１】
２）超音波波形合成装置：
本体からの制御信号と1.5MHz超音波信号を合成して、治療用超音波、すなわち超音波周波数：1.5MHz、超音波出力：30mW/cm2、バースト幅：200μsec、繰返し周波数：1kHzの信号特性を有する波形の電気信号を生成する。
【００３２】
３）超音波生成装置：
圧電セラミックには電圧をかけると微小な歪みが生じる性質がある。これを利用して超音波波形合成装置で作られた電気信号をトランスデューサー内部の圧電セラミックに与え、トランスデューサー表面に縦方向の振動(超音波)を作り出して治療に応用する。圧電セラミックの背面には、超音波吸収体を貼り付け、超音波もれを防止する。
【００３３】
４）異常検出装置：
治療ヘッドは固定具への固定と超音波伝導用ゼリー不足を検出して本体に送信し、液晶表示とアラームで患者に警告する。治療ヘッドと固定具との固定不良の検出には、固定部分の物理的な接触を導電性の有無で判定する。ゼリー不足の検出は、ゼリー不足による超音波振動子の共振状態の変化を、駆動電流が通常より増加することを検出して行う。
【００３４】
［使用方法］
歯列矯正患者の矯正部位に対して、1日1回20分間、矯正部位の皮膚上に超音波治療ヘッドモジュールをあて、超音波を照射する。照射には、超音波治療ヘッドモジュールを頬から歯の矯正部位に対して直角に当たるように超音波治療ヘッドモジュール固定具を装着し使用する。
【００３５】
【実施例】
本発明の歯科矯正用歯列固定装置の歯列固定効果について、ラットを実験材料として用い、ラットの矯正学的歯の移動に及ぼす低出力超音波パルスの影響を、歯槽骨の組織変化と歯の移動距離について調べることで確認した。
【００３６】
［試験方法］
実験動物は12週齢のWister系雄性ラット8匹(330-390g)である。上顎切歯に結紮したコイルスプリングを用いて5gの力で上顎左側第１臼歯を近心へ牽引した。
【００３７】
実験群の構成は、低出力超音波パルス（周波数1.5MHz，バースト幅200μ秒，繰り返し周波数1kHz，出力30mW/cm2）を毎日定刻に20分間照射する実験群が4匹、矯正力のみを作用させる対照群が4匹である。
【００３８】
2週間の実験期間の後、屠殺し、頭部X線写真撮影後、上顎骨を一塊にして切り出し脱灰標本を作成した。また、HE(ヘマトキシリン・エオシン染色)標本から圧縮側における吸収窩と歯根膜空隙の面積を、TRAP（酒石酸耐性酸性ホスファターゼ染色）標本から破骨細胞の数を評価した。頭部X線写真から歯の移動距離を評価した。
【００３９】
［結果］
組織標本から、実験群では対照群に比較して吸収窩と歯根膜空隙の面積が小さく、TRAP標本の結果から、超音波照射した実験群の破骨細胞数が対照群に比較して少なくなっていた（図４）。また、歯の移動距離を上顎第1臼歯の近似位置（正中線方向への移動距離）で評価した結果、実験群の移動距離が対照群に比較して短かくなっていた（図５）。
【００４０】
これまで、矯正学的歯の移動は次のように説明されている。歯に持続的な矯正力が加わると被圧縮側では歯根膜が圧迫されて血流が減少する。血流の減少は単核細胞を刺激して破骨細胞が形成され、歯槽骨が吸収されて歯の移動が起こる。
【００４１】
本実施例の結果から、持続的矯正力が加わった歯へ低出力超音波パルスを照射すると、被圧縮側の破骨細胞の形成を抑制することで歯槽骨の吸収が抑制され、矯正力による歯の移動を阻害することが示唆された。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の歯科矯正用歯列固定装置により、歯列矯正部位に超音波を照射することで、矯正学的歯の移動時の固定源を創出し、あるいは保定期間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の歯科矯正用歯列固定装置の外観図。
【図２】本発明の歯科矯正用歯列固定装置の本体部分の構成を示すブロックダイヤグラム。
【図３】本発明の歯科矯正用歯列固定装置の超音波治療ヘッドモジュールの構成を示すブロックダイヤグラム。
【図４】破骨細胞の比較。
【図５】歯列移動距離の比較。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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