Treatment plan using computational fluid dynamics considering sleep disorder after orthognathic surgery

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K11260
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 大村 進 横浜市立大学, 附属市民総合医療センター, 准教授 (50145687)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩井 俊憲 横浜市立大学, 附属病院, 助教 (00468191)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 顎矯正手術 / 流体解析 / 気道 / シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

閉塞型睡眠時無呼吸症候群や顎変形症の治療効果は気道の形態学的検討は数多くなされているが，機能的検討はほとんど行われていない．本邦の顎変形症患者の多くは下顎前突症であり，顎矯正手術では下顎を後方に移動させる必要がある．これまでの顎骨を移動させる治療計画は良好な咬合状態と顔貌形態を考慮してきたが，下顎後退術による医原性の睡眠時呼吸障害が生じるリスクは検討されてこなかったため，本研究では，顎変形症患者の顎骨移動による呼吸に及ぼす影響を流体解析によるairflowシミュレーションを行うことで機能的に評価し，気道の形態と呼吸機能の関連について検討することで，睡眠呼吸障害のリスクを考慮した新しい治療計画を立案する．
各患者のCTのaxial画像のDICOMデータを3次元画像処理ソフトウェア（Mimics）にインポートし，関心領域（マスク，選択領域）として骨と気道を抽出（セグメンテーション）し，ボリュームレンダリングすることで，それぞれの3次元モデルを構築した．次に，構築した3次元モデルの気道表面性状は粗く正確な流体解析を行うには表面を平滑にする必要があるため，作製した形状データを3-maticで平滑化（スムーシング）．メッシュ化した後，ファイルをアウトプットすることで流体解析の前準備を終え，流体解析用ソフトウェア（ANSYS FLUENT）にデータをインポートし，流体解析を行い，airflowシミュレーションを行った．流量を変化させることで，気道の最小断面積と咽頭部の圧力損失の近似曲線を算出した．