急性期顎骨骨折治療に応用可能な次世代型3Dモデルおよびナビゲーションシステムの開発

Research Project

Project/Area Number	23K09324
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	Aichi Gakuin University
Principal Investigator	木村将士愛知学院大学, 歯学部, 歯学部研究員 (80619164)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords	顎骨骨折 / 3Dモデル / ナビゲーション / 複合現実 / 3Dプリンター
Outline of Research at the Start	近年、3Dプリンターにより作製された人体臓器の立体モデル(3Dモデル)やMixed Reality(複合現実;MR)による手術支援技術は飛躍的に進展し多くの医療で応用されている。顎の骨折の整復手術では精度の高い手術が求められるため、3Dモデルの導入や術中ナビゲーションの必要性が高い。申請者は多くの特性を有する新たな3Dモデルを考案すると共に3Dモデル作製過程で得られるデータを術中ナビゲーションに応用することを想定し本計画を立案した。
Outline of Annual Research Achievements	近年、3Dプリンターにより作製された人体臓器の立体モデル(3Dモデル)やMixed Reality(複合現実;MR)による手術支援技術は飛躍的に進展し多くの医療で応用されている。顎の骨折の整復手術では精度の高い手術が求められるため、3Dモデルの導入や術中ナビゲーションの必要性が高い。申請者は多くの特性を有する新たな3Dモデルを考案すると共に3Dモデル作製過程で得られるデータを術中ナビゲーションに応用することを想定し本計画を立案した。初年度は3Dプリンターの院内使用の申請とデータベースの構築から開始した。また、急性期の顎顔面骨骨折治療に特化するため、いくつかの特性を付与した3Dモデルの造形を行っている。模型の作製には2色造形可能な3Dプリンターを使用し骨折部周囲の歯根や下顎管を着色し、手術時合併症を軽減するような特性を付与した。これらの造形には詳細なプリンターの印刷条件設定が必要であり、フィラメントの種類、造形温度、充填率、充填様式について最適な条件を検討した。現時点で臨床応用可能な精度での3Dモデルの造形が出来ており、初年度の目標としては概ね達成出来ている。また、臨床適院内臨床研究審査委員会の承認を得た後、臨床応用も開始した。現在までに適応した症例については手術までの待機期間に模型造形が完了できており、治療計画立案に有用な模型が早期に造形可能であることが示された。以上の結果より、今後、本モデルにより手術計画を行うことが今後の選択肢になり得ると考えられた。次年度ではこれらの結果を国内学会にて報告予定である。また、このように2色で造形された3Dモデルはその他の口腔外科疾患に対する応用も可能であり、初年度には顎骨腫瘍切除においてこれらの技術を応用し、その一部を国際雑誌に報告した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度は3Dプリンターの院内使用の申請を行い、承認を得るとともに3Dモデルの造形に必要なソフトウェア(Mimics InPrint)の配備を終えた。また、プリンターの印刷条件について検討を行い、概ね臨床応用が可能な精度での造形が可能となっており、初年度の目標としては概ね達成出来ている。骨折症例に対する適応も順次行っており、次年度に国内学会での報告を予定している。またこれらの模型の造形方法を顎骨腫瘍切除においても応用し、その一部を国際雑誌に報告している。
Strategy for Future Research Activity	現在、概ね良好な精度で顎骨の3Dモデルが造形出来ているが、次年度はさらに造形の安定化を図るとともに、より透過性の高い顎骨3Dモデルの造形が出来るような材料、印刷条件、表面処理などについて検討する予定である。また、2色造形の3Dモデルは汎用性が高く、口腔外科領域の他疾患の治療にも有用性が高いと考えられる。顎骨の腫瘍や顎変形症治療などにも応用できる可能性があり、今後その適応範囲について模索していく予定である。