Novel clinical strategy for fabricating facial prostheses using 3D facial expression model

• Project/Area Number: 21K10032
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57050:Prosthodontics-related
• Research Institution: Aichi Gakuin University
• Principal Investigator: 吉岡 文 愛知学院大学, 歯学部, 講師 (50468998)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松川 良平 愛知学院大学, 歯学部, 講師 (40645735) ; 尾澤 昌悟 愛知学院大学, 歯学部, 教授 (50323720)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: エピテーゼ / モーフィング / 皮膚の粘弾性

Outline of Research at the Start

エピテーゼの製作法は複雑な工程と熟練した技術、芸術的な感性が必要とされてきた。これまで、適合性の高いエピテーゼの製作を行うために、３Dデジタル技術を応用して‘動く顔面模型’すなわち三次元顔面表情運動モデルの製作方法を構築してきた。本研究においては人工知能を応用して、より精度の高い顔面表情運動モデルを簡便に作成し、さらに皮膚の弾性、シリコーン材料の粘弾性を考慮して、動的なモデル上でのエピテーゼの設計方法を構築する。これにより、運動時にも欠損部に適合したエピテーゼの製作方法を確立することで、顔面の動きに追随する、より自然な装着感のエピテーゼを簡便に製作することができると考えられる。

Outline of Annual Research Achievements

顔面表情運動モデル上でエピテーゼを製作する方法を確立する研究に着手した。完成した顔面表情運動モデル上でエピテーゼの設計を行い、模型を得た。エピテーゼの設計時には無表情時および最大表情時（開口/笑顔）を除いた、三時点（30％、50％、70％）の表情を抽出し、それぞれのモデル上でエピテーゼを設計した。得られたエピテーゼの設計データは、ワックスパタンとして、模型データとともに造型された。材料にはモデリングワックスおよび、造型用石膏材料を用いた。
さらに、エピテーゼの適用範囲周囲の皮膚の弾性を皮膚粘弾性測定装置（Cutometer，Courage+Khazaka社）を用いて計測した。皮膚の粘弾性特性について、顔面表面の各所で数値が異なり、男女差もあるため、予備実験として、顔面表面の様々な箇所を計測し、粘性や弾性の各パラメータと顔表面の変形との相関を調べた。また顔面表情運動モデル上で表情変化時の変化量を計測した。模型上で5種類の弾性を持つシリコーン材料を用いてそれぞれエピテーゼを製作し、完成したエピテーゼを患者に試適した。本来エピテーゼは専用の皮膚用接着剤を用いて維持されるが、本研究ではエピテーゼの顔面への適合性をより厳密に検査するため、接着剤は用いず、粘着剤を介して顔面に試適した。患者に自由に顔表面の運動を行ってもらい、脱落するまでの時間を計測した（脱落試験）。3分経過しても脱落が見られない場合には適合良好とした。これを各材料で製作したエピテーゼに対しそれぞれ5回ずつ行い、脱落までの時間の平均値を調べた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画に基づき、当初の計画通り、研究が進行している。

Strategy for Future Research Activity

今後は当初の研究計画に従い、顔面表情運動モデル上でエピテーゼを製作する方法を確立する。すなわち、欠損部周囲の表情変化時の変化量および顔面表面の皮膚弾性、エピテーゼ辺縁の厚み、欠損形態との相関関係についても検討し、皮膚弾性やエピテーゼの形状に適したエピテーゼ材料の選択基準を構築する。