能動的人工顎関節の開発

• Project/Area Number: 20K10168
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57060:Surgical dentistry-related
• Research Institution: Jichi Medical University
• Principal Investigator: 早坂 純一 自治医科大学, 医学部, 客員研究員 (90438664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 去川 俊二 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (90324194) ; 勝又 明敏 朝日大学, 歯学部, 教授 (30195143) ; 森 良之 自治医科大学, 医学部, 教授 (70251296)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 人工顎関節 / Resin frame法下顎再建システム / 下顎骨再建 / 顎関節再建 / 口腔がん / 歯科口腔外科学 / 歯科放射線学 / 形成外科学

Outline of Research at the Start

下顎骨再建は、３D模型による術前シミュレーションにより下顎骨形態の再現性は向上してきた。しかし、悪性腫瘍等の切除に伴い顎関節も欠損した場合、機能的再建は困難である。そのため、顎運動の起点と下顎の可動範囲を制御する顎関節の再建を含めたシステムの確立が必要とされてきた。
本研究では、これまでの手術経験と研究結果として開発した「Resin frame法下顎再建システム」を拡張して、広範囲下顎欠損症例に対し汎用性があり、脱臼および感染、磨耗に対するリスクを下げる機構と材料を用いた人工顎関節のプロトタイプの開発を行い、患者のQOLを向上させることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

悪性腫瘍等で顎関節が欠損した際に、顎関節機能を回復させるための人工顎関節の可動システムについての研究を実施した。悪性腫瘍により顎関節が切除されその再建を必要とする症例では、顎関節を構成する組織のほとんどが切除されていることが多い。そのような症例において既存の下顎窩と下顎頭を再現した装置や下顎頭のみの装置で顎関節再建を行うと、人工下顎頭は本来の蝶番運動や滑走運動は行えず健側の下顎運動に伴う受動的な動きになり、患側の下顎の下垂や偏位が生じることがわかった。
つまり、下顎頭だけでなく顎関節を構成する筋肉・靭帯が欠損する症例では、既存の人工顎関節装を適応しても元来の顎関節運動を再現させることは不可能であり、下顎偏位が生じ咬合不全や顔貌の変形を生じることが推測できる。よって、この様な症例における人工顎関節による顎関節再建では、本来の複雑な顎関節運動を再現するのではなく、健側の下顎運動に対して再建側下顎の予想困難な受動的な動きを制限することが最重要となるため、患側における下顎の可動域を制限できる人工顎関節構造の設計を行った。人工顎関節において、下顎窩に相当する稼働制御部の大きさや装置固定部と稼働制御部の位置関係に関してはCTデータから中央値を算出して決定し、３D Computer Aided Designを用いて設計した。
さらに、温存された患側の側頭筋を開発している人工顎関節と連結させることで能動的な下顎運動を付与できる可能性を見出した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

汎用性を高めるためには人工顎関節の固定における操作性の向上・再建骨や温存された下顎骨と人工下顎頭との固定操作および顎関節切除後の下顎偏位についての検討が必要となったが、コロナ禍の影響で予定していた講習会の中止や研究分担者の施設への移動が制限され必要な情報を収集することができなかったため。

Strategy for Future Research Activity

今後はデザインした人工顎関節データと顎顔面骨の３DCTデータを3DCADデザイン用ソフトウェアを使用して装着させ、人工顎関節の形態修正を行い汎用性を高める。また、完成したプロトタイプを顎関節ロボットに装着して、必要な強度・材質についてComputer Aided Engineeringを行う。