透明マウスピース型矯正装置(クリアアライナー)の咬合面に、圧力を測るセンサーをまるごと埋め込んだ装置が登場しました。歯の8か所に取り付けられたセンサーが咬んだときに出る信号を人工知能で分析し、不正咬合の種類を判別するとともに、指しゃぶりや歯ぎしりのように不正咬合を悪化させる癖までリアルタイムで見分けます。中国・四川大学華西口腔病院の研究チームが2024年に発表したこの装置は、別途の電池なしで咬む力そのものから電気を作って作動する点で、従来の咬合力センサーとは異なります。
歯が計画どおりに動いたかを扱ったクリアアライナー、計画どおりに歯は動くのかでは、治療結果を後からスキャンで確認する方法を見ました。今回の装置は、治療が進む間にアライナーの中でどんな力がやり取りされているかをその瞬間に捉える点が異なります。
電池なしで咬む力を電気に変える
これまでの咬合力センサーは大部分が抵抗式または静電容量式で、いずれも電源が供給されないと作動しません。口の中に入れる装置に配線と電池を一緒に埋め込むのは難しく、小型化の妨げになっていました。今回の装置は、圧電材料(圧力を受けると自ら電気を作る材料)で作った薄いナノファイバー膜をアライナーの咬合面8か所に埋め込むことでこの問題を回避しました。上顎と下顎の前歯、小臼歯、大臼歯の位置に一つずつ、合計16か所から出る電気信号は、歯が触れるたびに強さと位置、時間が一緒に記録され、Bluetoothでスマートフォンに無線で伝えられます。
大臼歯の信号バランスが不正咬合の種類を教える
不正咬合は通常、上下の第一大臼歯が接する位置を基準に1級、2級、3級に分け、これに上下の前歯が接しない開咬と、顎が一方に偏る下顎偏位を加えて5つに区分します。これまではこの分類を見分けるためにレントゲン写真を撮り、石膏で作った歯の模型を目で確認する必要がありました。研究チームは不正咬合患者の歯の模型を機械に咬ませて咬む状態をそのまま再現しながら、センサーが捉えた信号を人工知能に学習させました。上下16か所の信号をまとめて入力したときは精度が95%を超え、上顎または下顎の片方の信号だけを入力したときより種類がはるかにはっきりと分かれました。2級不正咬合では上顎前歯より下顎前歯の信号が弱く現れ、3級ではその逆に現れるというように、力が集中する部位そのものが診断の根拠になりました。
ただしこの結果は、患者が実際にアライナーを装着したまま咬んだり話したりする状況で得たものではなく、歯の模型を機械に咬ませた状態で再現した信号を学習したものです。口の中で唾液に濡れ、温度が変わる実際の環境でも同じ精度が出るかはまだ確認されていません。
口唇を噛んでも、歯ぎしりをしても信号に残る
指しゃぶりや口唇を噛む、歯ぎしりのような癖は、成長期の顎と歯列の力のバランスを崩し、不正咬合を悪化させる原因として挙げられてきました。問題は、こうした癖をこれまで保護者や患者本人の観察に頼って確認してきたという点です。この装置を装着して試験した結果、指しゃぶりや口唇を噛む際には前歯付近だけに圧力信号が現れ、歯ぎしりの際には左右の大臼歯の信号が交互に強くなるという明確な違いがありました。
装着中に信号を継続して送る方式のため、癖が現れるその瞬間をそのまま捉えられるという意味です。ただしこの試験は少数の健康な成人にのみ適用されたもので、矯正治療を受けている患者でも同じ信号差が保たれるかはさらに確認が必要です。装着時間だけを測っていたスマートリテーナーが矯正終了後の順応度を扱ったのに対し、この装置は治療が進む間の咬む力と癖そのものを捉える点で異なる領域を狙っています。
アライナーに圧電センサーを埋め込み、咬む力を無線で測る方式は、レントゲン写真と石膏模型に依存していた不正咬合の診断を、装着中のリアルタイム信号に移そうとする試みです。不正咬合のタイプ分類と癖の検出はいずれもまだ実験室段階の結果であり、診療室で実際に装着した患者を対象に再検証することが次の課題として残っています。