矯正用ワイヤーの設計システムの確立-デロネイ格子生成法によるモデリングと最適化手法による決定-

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12557181
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 相馬 邦道 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (10014200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久野 昌隆 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (80282763) ; 大坪 邦彦 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (20272601) ; 割田 博之 東京医科歯科大学, 歯学部・附属病院, 講師 (30262207)
• Keywords: 矯正用ワイヤー / 設計システム / モデリング / 最適化

Research Abstract

矯正歯科臨床において、各患者ごとに治療効率のよい最適な治療法を決定することは、大変重要である。しかしながら、従来、矯正装置の選択とくにマルチブラケット法におけるアーチワイヤーの設計は、臨床的観点から術者の経験に基づいて行われてきた。
本研究は、超弾性型Ti-Ni合金矯正用ワイヤーの改良、計算力学解析手法などの当該学問領域の発展をもとに、より効率のよい矯正治療法の確立をめざして、デロネイ格子生成法によるモデリングを組込み、システム全体を最適化アルゴリズムにより構築してコンピュータ・シミュレーションによるシステムを確立することを目的とし検討したものである。
1.解析モデルの検討
(1)デロネイ格子生成法により作製した歯および歯周組織モデルの妥当性の検討を行った。
咬合力負荷時における歯根膜・歯槽骨などの歯周組織に加わる応力の検討、および歯の変位様相の妥当性の検討を行った。
(2)非線形材料ワイヤーの静力学モデルの妥当性の検討を行った。
設計された矯正用ワイヤーモデルと、実際の矯正用ワイヤーの材料特性との比較検討を行った。
(3)歯・歯周組織モデルと矯正ワイヤーモデルとの統合を行った。
2.統合した解析モデルの妥当性の検討を行った。
矯正力負荷時における歯の変位、移動様相についての検討を行った。また、矯正力負荷時の歯の移動にともなう歯周組織の変化様相の検討も行った。
3.解析モデルに対する最適化手法の導入とその検討を行った。
上記統合モデルに対して最適化手法を導入することによる本システムの検討を行った。

Research Products

• [Publications] T.Ishida: "Mechanical analysis of super-elasticity with stress-hysteresis: Finite element modeling of Ti-Ni orthodontic wire"Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 3. 611-616 (2001)
• [Publications] J.H.Yu: "FEM tooth model of joint elements"Journal of oromaxillofacial biomechanics. 7・1. 1-6 (2001)
• [Publications] Y.Shima: "Bending properties of hollow super-elastic Ti-Ni alloy wires and compound wires with other wire inserted"Journal of Material Science: Materials in Medicine. 13・2. 169-173 (2002)
• [Publications] Y.Shima: "Anisotropic orthodontic force from the hollow super-elastic Ti-Ni alloy wire by transforming the wire cross-section"Journal of Material Science: Materials in Medicine. 13.2. 197-202 (2002)