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筋骨格を有するテーラーメイド有限要素解析を用いた力学的補綴装置設計システムの開発

Research Project

Project/Area Number 21K17053
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 57050:Prosthodontics-related
Research InstitutionTsurumi University

Principal Investigator

木原 琢也  鶴見大学, 歯学部, 学部助手 (50796399)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords有限要素解析 / CT / AI / 咀嚼筋 / 咬合 / CAD/CAM / デジタルデンティストリー
Outline of Research at the Start

患者の歯列・骨の解剖学的形態データに筋肉・咬合力の口腔機能データを統合したテーラーメイド有限要素解析モデルの作成を通じて、歯の破折や顎関節の変形を防ぎ、残存組織を長期的に守るための力学的シミュレーションを可能とし、補綴装置の設計にフィードバックするシステムとして現在の歯科臨床(特にCAD/CAMワークフロー)への組み込みを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

過大な咬合力やブラキシズムは様々な組織への応力の集中を生じさせ、補綴装置や歯根の破折、顎関節の変形など様々な悪影響を及ぼす可能性がある。そこで本研究では患者の歯列・骨の解剖学的形態データに筋肉・咬合力の口腔機能データを統合したテーラーメイド有限要素解析モデルの作成を行い、補綴装置の材料選択や設計にフィードバックするシステムの開発を行うことを目的とする。
臨床現象と応力解析結果の比較検証を進めるため、まずは症例データベースの構築を行った。治療中もしくは治療後の患者から診療録情報、口腔内診査情報と口腔内写真、歯列形態データ、CT(Computed Tomography)画像、咬合力(T-ScanⅢ)、咬合接触データ(シリコーンバイト)を有する症例を抽出し、すべてのデジタルデータを症例ごとにまとめて解析ができるように整えた。症例は歯根破折や歯槽骨の吸収など応力が原因で不具合が生じたと考えられる症例とした。歯列形態データは印象採得し得られた歯列石膏模型をスキャンする方法もしくは、口腔内スキャナーで取得する方法で取得した。これまで本研究により開発してきた技術より、深層学習を用いた学習によりCT画像から自動セグメンテーションし、上顎骨および下顎骨、咀嚼筋の三次元モデルを生成した。歯列形態もしくはレジストレーション用のジグを介して上下顎骨形態と歯列形態の統合を行った。その後、歯列形態に対して咬合接触データと咬合力データを位置づけることによりテーラーメイドの三次元モデルを構築した。有限要素解析ソフト(Voxelcon)を用いて三次元モデルをボクセル化し応力解析が可能な状態とし、本研究の基盤となるデータベースを構築した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度は臨床現象と応力解析結果の比較検証を進めるため、症例データベースの構築を行った。次年度に行う研究を円滑に行うためのデータ整理およびモデル製作ができたため、順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

今後も計画通り、症例ごとに咀嚼筋を活用したテーラーメイド有限要素解析モデルを生成し、臨床現象と応力解析結果を比較する研究を進めていく予定である。具体的にはトラブルが発生した部位と応力集中部位の整合性と応力値を評価する。また、生体三次元モデルの緻密化、咬合力データや顎運動データを用いた患者個別の有限要素解析が行えるよう研究を進めていく。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Prediction of missing tooth shape from dental 3D scan data for automated dental treatment planning2023

    • Author(s)
      Nakatani Ryota, Masaki Yuto, Otake Yoshito, Ikawa Tomoko, Shigeta Yuko, Kihara Takuya, Shigemoto Shuji, Ogawa Takumi, Soufi Mazen, Sato Yoshinobu
    • Journal Title

      IEICE Technical Report

      Volume: 122 Pages: 52-56

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Designing anterior cantilever resin-bonded fixed dental prostheses based on finite element analysis2022

    • Author(s)
      Kihara Takuya、Shigeta Yuko、Ikawa Tomoko、Sasaki Keita、Shigemoto Shuji、Ogawa Takumi
    • Journal Title

      Journal of Prosthodontic Research

      Volume: 67 Issue: 3 Pages: 418-423

    • DOI

      10.2186/jpr.JPR_D_22_00103

    • ISSN
      1883-1958, 1883-9207
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of mucocompressive splints for free gingival grafts via medical engineering in patients with reconstructed mandibles2022

    • Author(s)
      Kihara T , Ikawa T , Shigeta Y , Shigemoto S , Ando E , Hirai S , Harada N , Kawamura N , Nakaoka K , Hamada Y , Ogawa T Ihara , Keita Sasaki , Kentaro Hirai , Takumi Ogawa
    • Journal Title

      Journal of Prosthodontic Research

      Volume: 66 Issue: 4 Pages: 646-650

    • DOI

      10.2186/jpr.JPR_D_21_00160

    • NAID

      130008143827

    • ISSN
      1883-1958, 1883-9207
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Strength characteristics of dental porcelain due to surface conditions2022

    • Author(s)
      Nakamura Y, Shigeta Y, Kihara T, Ando E, Ogawa T
    • Journal Title

      Tsurumi University dental journal

      Volume: 48 Pages: 49-55

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Clinical application of dual-structured CAD/CAM restoration with glass-fiber reinforced composite resin2022

    • Author(s)
      Ikawa T, Shigeta Y, Kihara T, Hayashi K, Tsumita M, Shigemoto S, Ihara K, Ogawa T
    • Journal Title

      Japanese Journal of Dental Esthetics

      Volume: 48 Pages: 49-55

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A novel tooth-supported removable bridge without preparation of abutment teeth: A case report2022

    • Author(s)
      Nakamura Y, Shigeta Y, Ando E, Kihara T, Ikawa T, Shigemoto S, Kawamura N, Ogawa T
    • Journal Title

      The Journal of Japanese Society of Stomatognathic Function

      Volume: 28 Pages: 57-72

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Considerations for the selection of interim restoration materials using wear test results2022

    • Author(s)
      Kihara Takuya、Ikawa Tomoko、Shigeta Yuko、Shigemoto Shuji、Ihara Keisuke、Sasaki Keita、Hirai Kentaro、Ogawa Takumi
    • Journal Title

      Journal of Prosthodontic Research

      Volume: 66 Issue: 1 Pages: 176-183

    • DOI

      10.2186/jpr.JPR_D_20_00103

    • NAID

      130008140763

    • ISSN
      1883-1958, 1883-9207
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of surface treatment on bond strength of fiber-reinforced CAD/CAM epoxy resin2021

    • Author(s)
      Ando E, Kihara T, Shigeta Y, Sasaki K, Ikawa T, Hirai S, Shigemoto S, Ihara K, Kawamura N, Ogawa T
    • Journal Title

      The Journal of the Japan Academy of Digital Dentistry

      Volume: 11 Pages: 95-101

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Evaluating the Feasibility of Using Augmented Reality for Tooth Preparation2024

    • Author(s)
      Takuya Kihara, Andreas Keller, Takumi Ogawa, Mehran Armand, Alejandro Martin-Gomez
    • Organizer
      IEEE VR 2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 顎骨再建・咬合再建症例の補綴装置による咀嚼能率の予備的検討2024

    • Author(s)
      佐野吏香, 井川知子, 木原琢也, 河村 昇, 原田直彦, 重田優子, 重本修伺, 小川 匠
    • Organizer
      令和5年度日本補綴歯科学会西関東支部学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 有限要素解析を用いた前歯接着ブリッジの設計支援2022

    • Author(s)
      木原琢也,重田優子,井川知子,佐々木圭太,重本修伺,小川 匠
    • Organizer
      一般社団法人日本デジタル歯科学会第13回学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 最終補綴装置に用いるCAD/CAM用高分子材料の耐摩耗性2022

    • Author(s)
      小島勘太郎,木原琢也,井川知子,佐野吏香,重田優子,重本修伺,小川 匠
    • Organizer
      日本補綴歯科学会第131回学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 咬合接触部位の変更により咬合違和感を改善した症例2022

    • Author(s)
      平井真也,重本修伺,藤田和彦,鈴木俊貴,木原琢也,井川知子,重田優子,小川 匠
    • Organizer
      令和4年度日本補綴歯科学会西関東支部・東関東支部合同学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 低侵襲可撤性ブリッジの提案 ―1症例を通して―2022

    • Author(s)
      安藤栄里子,重田優子,木原琢也,井川知子,河村 昇,鈴木清貴,中村善治,重本修伺,小川 匠
    • Organizer
      令和3年度日本補綴歯科学会西関東支部・東関東支部合同学術大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 顎骨再建症例における医用画像工学技術を用いた粘膜圧迫用シーネの製作2021

    • Author(s)
      木原琢也,井川知子,重田優子,重本修伺,河村 昇,小川 匠
    • Organizer
      日本補綴歯科学会第130回記念学術大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 顎関節患者における運動解析-全運動軸に関する検討-2021

    • Author(s)
      伊藤崇弘,重本修伺,佐野吏香,木原琢也,井川知子,平林里大,重田優子,平井真也,小川 匠
    • Organizer
      日本顎口腔機能学会第66回学術大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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