3Dプリンターを用いた歯内治療シミュレーションシステムの創出

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K11555
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 後藤 康治 九州大学, 歯学研究院, 准助教 (00170473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 英史 九州大学, 歯学研究院, 教授 (10284514) ; 友清 淳 九州大学, 大学病院, 講師 (20507777)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 3Dプリンター / シミュレーションシステム / 歯内治療 / 熱溶解積層方式 / マテリアルジェッティング方式

Outline of Annual Research Achievements

難治性根尖性歯周炎の原因の一つとして、複雑な根管の解剖学的形態があげられる。コーンビームCT（以下CBCT）により三次元的な根管形態の把握が可能となり、難治性根尖性歯周炎の診断に活用されるようになったが、治療自体は術者の経験に頼ることが多かった。そこで本研究では、CBCT画像データから3Dプリンターによる立体造形モデル（以下3Dモデル）を作製し、これを用いて実用性の高い歯内治療シミュレーションシステムを創出し、精緻な治療を行うためのトレーニング方法を確立することを目的とした。本研究で使用する3Dプリンターは、診療室で使用できるように、低価格化が進み家庭用として普及し始めた熱溶解積層方式（以下FDM方式）を選択した。機種を選定するため根管模型のSTLデータを、FDM方式の3Dプリンターを取り扱っている各社へ送り、3Dモデルのサンプル作製を依頼した。このサンプルを作製する段階で、3Dプリンターに付属する専用ソフトの機能が、プリンター本体の性能と同じように重要であることが確認できた。サンプルの検討で最終的に2機種に絞り、プリンター本体の造形性能や付属する専用ソフトの操作性等についてこれらの機種の技術者と情報交換を行い、今回導入した機種を選定した。FDM方式の3Dプリンターに使用する樹脂はABS樹脂とPLA樹脂が一般的であるので、これらの樹脂で3Dモデルを作製し、その切削感を抜去天然歯と比較した。どちらの樹脂の切削感も抜去天然歯とは異なり、切削感のシミュレーションを行うことは難しいことが明らかとなった。切削感のシミュレーションを行うための解析を行い、光硬化性樹脂を用いた、業務用に開発された高価なマテリアルジェッティング方式の3Dプリンターで作製した3Dモデルを使用することで可能となることを確認した。切削感のシミュレーションが必要な症例では、3Dモデルの外注で対応することとした。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度の研究実施計画では、早い段階で3Dプリンターを導入し、これを用いて天然歯3Dモデルを作製することになっていたが、候補となるFDM方式の3Dプリンターの数が多く、プリンター本体の性能および付属する専用ソフトの調査、3Dモデルのサンプル作製の依頼とサンプルの解析等を行ったため、機種の選定に多くの時間がかかってしまった。また、FDM方式の3Dプリンターを導入した後の、天然歯3Dモデル造形に使用する樹脂の選定でも、プリンター指定のABS樹脂とPLA樹脂によって作製した3Dモデルでは切削感のシミュレーションに問題があることが判明し、現在市場で販売されている各種樹脂を用いて3Dモデルを作製し、評価を行っている。なお、厳密な切削感のシミュレーションには、光硬化性樹脂を用いたマテリアルジェッティング方式の3Dプリンターで作製した3Dモデルを外注して使用する必要があることは確認できている。

Strategy for Future Research Activity

初年度に実施予定であった、歯種、歯根の数、根管の数、根管の弯曲度で分類した抜去天然歯の3D画像データを、エックス線マイクロCTスキャナーを用いて取得し、このデータを用いて平成28年度で導入されたFDM方式の3Dプリンターで天然歯3Dモデルを作製し、歯内治療シミュレーションモデルに使用するための解析を行う。
（方法）抜去天然歯を前歯単根、小臼歯単根、小臼歯2根、大臼歯2根、大臼歯2根、大臼歯4根のグループに分類する。各グループの歯を頬舌方向および近遠心方向からデンタルエックス線写真撮影を行い、根管の弯曲度により、0～5度、5～15度、15～25度、25度以上のサブグループに分類する。各サブグループの歯から、エックス線マイクロCTスキャナーを用いて、スキャナーの空間分解能を現有設備のCBCTとほぼ同じに設定して3Dデータを取得し、今回導入したFDM方式の3Dプリンターで天然歯3Dモデルを作製する。次に、この3Dデータをマテリアルジェッティング方式の3Dプリンターによる造形を行っている業者へ送り、光硬化性樹脂を用いた天然歯3Dモデルを作製する。これらの3Dモデルを歯内治療シミュレーションモデルに使用するための解析を行う。

Causes of Carryover

3Dモデルを歯内治療シミュレーションに使用する際、平成28年度で導入したFDM方式の3Dプリンター作製した3Dモデルでは、切削感のシミュレーションで問題があることが判明した。この切削感のシミュレーションに使用する3Dモデルは、マテリアルジェッティング方式の3Dプリンターで、光硬化性樹脂を用いて作製する必要があり、このために3Dデータをもとに3Dモデル作製の外注を行う。この外注費用の確保が必要となった。また、現有設備のエックス線マイクロCTスキャナーが故障したため、学内の他の部局の設備を使用することとなり、その使用料の確保も必要となった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

抜去天然歯の3D画像データを、使用料を支払い学内の他の部局に設置されているエックス線マイクロCTスキャナーを用いて取得し、このデータを用いて平成28年度で導入されたFDM方式の3Dプリンター、および外注費用を支払いマテリアルジェッティング方式の3Dプリンターで天然歯3Dモデルを作製し、歯内治療シミュレーションモデルに使用するための解析を行う。