迅速に骨接合する歯科矯正用骨膜下アンカレッジデバイスの開発

• Project/Area Number: 15J06344
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Orthodontics/Pediatric dentistry
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 上園 将慶 東京医科歯科大学, 医歯学総合研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 歯科矯正 / アンカレッジデバイス / 有限要素解析 / 歯科矯正学 / 骨膜下デバイス / 骨接合

Outline of Annual Research Achievements

本年は昨年度に立案した新規形状に関して、1.デバイス設計の健常性および、2.デバイスと骨の接合強度の検討を行った後、3.前臨床試験を行った。
1. 検討には有限要素解析を用いた。新規デバイスの三次元メッシュモデルを作製し、規定方向、荷重下における三次元モデルの最大主応力分布の計算を行って、デバイス各部位に過度な応力集中がないか検討した。応力集中部位があった場合には、厚みや曲率を変更して、臨床での使用上、デバイスの破壊が生じないよう改変した。
2. 検討には引き続き有限要素解析を用いた。1.の実験を通じ、改変したデバイスが皮質骨および海綿骨から構成される骨に植立されている三次元メッシュモデルを作製し、臨床で想定される大きさ、方向の荷重下で皮質骨および海綿骨に生じるvon Mises応力分布の計算を行って、デバイスと骨の接合強度の推定を行った。当初は骨表面５ mm四方程度に密着するようなデバイス形状を想定していたが、詳細な解析を行った結果、大きさに選択の余地があることが明らかとなった。上記までの研究によって最適化された形状の試作デバイスをTi6Al4V合金で作製し、ドライベンチテストを行った。試作デバイスを厚さ1.0 mmの模擬皮質骨に設置し、対照群は既承認の歯科矯正用骨接合デバイスとした。試験の結果、設置時に皮質骨に生じたdefused damage areaは小さかったが、骨接合強度は既承認品と同程度であった。
3. 試作デバイスをマイクロミニピッグの顎骨に設置し、マイクロCT画像の観察、除去試験を行った。手術から4週間後に検体を周囲の骨と一塊に摘出し、評価を行った所、CT画像では、デバイスの上面および中空部での新生骨形成が認められ、除去試験では想定内の方法でデバイスの完全な除去が可能であった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Shape Optimization of Bone-Bonding Subperiosteal Devices with Finite Element Analysis (2017)
  • Author(s): Ogasawara Takeshi、Uezono Masayoshi、Takakuda Kazuo、Kikuchi Masanori、Suzuki Shoichi、Moriyama Keiji
  • Journal Title: BioMed Research International Volume: 2017 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1155/2017/3609062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 顎顔面矯正学の現在と未来-顎顔面矯正学分野の目指すもの (2016)
  • Author(s): 上園将慶
  • Journal Title: 矯正臨床ジャーナル Volume: 32 Pages: 67-72
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 舌縮小術を施行し矯正歯科治療単独で咬合の改善を図ったBeckwithWiedemann症候群の1例。 (2017)
  • Author(s): 上園将慶、小川卓也、山口總、森山啓司。
  • Organizer: 第41回日本口蓋裂学会総会。
• [Presentation] 骨格性上顎前突症患者におけるモーションキャプチャーを用いた発音時口唇動態解析の試み。 (2017)
  • Author(s): 高橋由紀、東堀紀尚、伊藤洋介、上園将慶、門田千穂、秋山咲子、疋田理奈、鈴木聖一、森山啓司。
  • Organizer: 第27回特定非営利活動法人日本顎変形症学会総会・学術大会。
• [Presentation] ハイドロキシアパタイト／コラーゲンナノ複合体コーティングの新生骨誘導能に関する基礎的検討。 (2017)
  • Author(s): 上園将慶、高久田和夫、菊池正紀、鈴木聖一、森山啓司。
  • Organizer: 9th Worlf Implant Orthodontic Conference.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 骨格性Ⅱ級不正咬合患者の発音時における口腔周囲軟組織動態の解析。 (2017)
  • Author(s): 高橋由記、東堀紀尚、舩橋健太、松村健二郎、伊藤洋介、上園将慶、門田千穂、秋山咲子、疋田理奈、鈴木聖一、森山啓司。
  • Organizer: 第76回日本矯正歯科学会学術大会。
• [Presentation] 歯科矯正用アンカレッジデバイスへの応用を目指した新規HAｐ/Colコーティング法の開発。 (2017)
  • Author(s): 門脇佳緒里、打越哲郎、上園将慶、菊池正紀、森山啓司。
  • Organizer: 第76回日本矯正歯科学会学術大会。
• [Presentation] HAp/Colによる急速な骨膜下骨誘導は母骨の吸収機転を伴う。 (2017)
  • Author(s): 平塚泰三、高久田和夫、菊池正紀、上園将慶、鈴木聖一、森山啓司。
  • Organizer: 第76回日本矯正歯科学会学術大会。
• [Presentation] Shape optimization of subperiosteal devices using finite element analysis. (2017)
  • Author(s): Ogasawara T, Uezono M, Takakuda K, Kikuchi M, Suzuki S, Moriyama K.
  • Organizer: ASIAN PACIFIC ORTHODONTIC CONFERENCE 2018 Residents’ Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 片側性唇顎口蓋裂患者における下鼻甲介の位置と二次的顎裂部骨移植術後の骨架橋形態ならびに顎裂幅の相関． (2016)
  • Author(s): 上園将慶，小川卓也，原田清，森山啓司．
  • Organizer: 第40回日本口蓋裂学会総会
• [Presentation] 歯科矯正用骨膜下デバイスの 形状および新生骨形態が骨接合強度に及ぼす影響の有限要素解析 (2016)
  • Author(s): 小笠原毅、上園将慶、高久田和夫、菊池正紀、平塚泰三、鈴木聖一、森山啓司
  • Organizer: 第75回日本矯正歯科学会大会
• [Presentation] Mechanical properties of newly formed bone around subperiosteal devices evaluated with micro-indentation test. (2016)
  • Author(s): Masayoshi UEZONO, Kazuo TAKAKUDA, Taizo HIRATSUKA, Takeshi OGASAWARA, Sho OSHIMA, Taira SATO, Masanori KIKUCHI, Shoichi SUZUKI, Kiyoshi HARADA and Keiji MORIYAMA.
  • Organizer: 10th World Biomaterials Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Yield Strength of Newly Formed Bone Around Subperiosteal Anchorage Devices (2016)
  • Author(s): Masayoshi UEZONO, Kazuo TAKAKUDA, Taizo HIRATSUKA, Takeshi OGASAWARA, Masanori KIKUCHI, Shoichi SUZUKI, Kiyoshi HARADA and Keiji MORIYAMA
  • Organizer: 95th General Session of the IADR
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 唇顎口蓋裂患者の矯正治療に影響を及ぼす因子の検討-下鼻甲介の垂直的位置と骨架橋形態の相関について- (2015)
  • Author(s): 上園将慶，小川卓也，原田清，森山啓司．
  • Organizer: 第74回日本矯正歯科学会大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡，福岡県，福岡市．
  • Year and Date: 2015-11-18
• [Presentation] 有限要素解析を用いた骨膜下デバイスの形状最適化． (2015)
  • Author(s): 小笠原毅，上園将慶，平塚泰三，大島翔，佐藤平，菊池正紀，鈴木聖一，高久田和夫，森山啓司．
  • Organizer: 第23回顎顔面バイオメカニクス学会大会．
  • Place of Presentation: アクロス福岡，福岡県，福岡市．
  • Year and Date: 2015-11-16
• [Presentation] Characterristic orofacial phenotypes in a patient diagnosed with orofaciodigital syndrome1. (2015)
  • Author(s): Morita J, Tsuji M, Uezono M, Moriyama K.
  • Organizer: 8th International Orthodontic Congress.
  • Place of Presentation: London, UK.
  • Year and Date: 2015-09-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A CASE OF HOLOPROSENCEPHALY WITH UNILATERAL CLEFT LIP AND PALATE TREATED WITH MAXILLARY DISTRACTION OSTEOGENESIS IN ADOLESCENCE. (2015)
  • Author(s): Jun-chi Takada, Takuya Ogawa, Chiemi Sato, Masayoshi Uezono, Kei-ichi Morita, Keiji Moriyama.
  • Organizer: 8th International Orthodontic Congress.
  • Place of Presentation: London, UK.
  • Year and Date: 2015-09-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 上顎前歯部歯槽骨切り術によって上顎の著しい前突感が改善された1症例-三次元再構築画像を用いた軟組織変化の検討-． (2015)
  • Author(s): 上園将慶，松本力，東堀紀尚，鈴木聖一，樺沢勇司，原田清，森山啓司．
  • Organizer: 第74回東京矯正学会学術大会．
  • Place of Presentation: ベルサール新宿グランド，東京都，新宿区．
  • Year and Date: 2015-07-16
• [Presentation] A CASE OF HOLOPROSENCEPHALY WITH UNILATERAL CLEFT LIP AND PALATE TREATED WITH MAXILLARY DISTRACTION OSTEOGENESIS IN ADOLESCENCE. (2015)
  • Author(s): Jun-ichi Takada, Takuya Ogawa, Chiemi Sato, Masayoshi Uezono, Kei-ichi Morita, Keiji Moriyama.
  • Organizer: International Seminar on Cleft Lip and/or Plate and Related Craniofacial Anomalies
  • Place of Presentation: Tokyo Medical and Dental University, Tokyo
  • Year and Date: 2015-06-08
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] 医療用デバイス，歯科用，頭頸部外科用及び整形外科用デバイス構造，並びに骨への医療用デバイスの接合方法 (2016)
  • Inventor(s): 上園将慶，高久田和夫，森山啓司，鈴木聖一
  • Industrial Property Rights Holder: 上園将慶，高久田和夫，森山啓司，鈴木聖一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 医療用デバイス，歯科用，頭頸部外科用及び整形外科用デバイス構造，並びに骨への医療用デバイスの接合方法． (2016)
  • Inventor(s): 上園将慶，高久田和夫，森山啓司，鈴木聖一
  • Industrial Property Rights Holder: 東京医科歯科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-02-25
  • Overseas