密着タイプ義歯安定剤による顎堤粘膜への影響：ＳＰＨ法による三次元シミュレーション

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K20483
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 平山 大輔 東京医科歯科大学, 歯学部附属病院, 医員 (10758634)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 義歯安定剤 / 粘弾性解析 / 粒子法

Outline of Annual Research Achievements

申請者が以前に作成した、SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）法による2次元粘弾性解析プログラムを元に、3次元の粘弾性計算プログラムをfortranにて作成した。このプログラムでは3次元のシミュレーション解析における粘弾性体・弾性体のひずみ、応力について計算できるものとした。作成したプログラムについて、簡単な立方体を用いたシミュレーション解析を行い、計算の整合性を確認した。このプログラムにより、密着タイプ義歯安定剤を使用した場合の義歯の変位・顎堤粘膜への影響について、3次元の実態に即した状態で数値的に解析することが可能になると考えられる。
また、今回の研究では大変形体である密着タイプ義歯安定剤のシミュレーションに必要な為、SPH法による3次元粘弾性計算プログラムを作成たが、同計算プログラムは今後、頬粘膜や印象材、裏層材など粘弾性を有し大変形するものの解析計算にも応用でき、歯科分野における新なシミュレーション解析に貢献するものと思われる。
上記の3次元プログラムをテスト解析する為のシミュレーションモデルとして、蝋堤つき石膏製無歯顎模型（NC-N4; Nisin Dental Products Inc.）をコーンビームCTによりスキャンし、STLに変換したデータをもとに、蝋堤、密着タイプ義歯安定剤、粘膜、皮質骨から構成される3次元の切片を作成した。蝋堤には義歯としての物性値を、その他の構成要素にはそれぞれ固有の物性値を設定して、蝋堤に荷重した際の数値的な検証を開始している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現状の問題点として、テスト解析の際に大きく変形する安定剤を精度良く表現するため、粒子サイズを直径0.1mm程度に設定すると、シミュレーションモデル全体での粒子数が増大する結果、解析計算中に生じる変数の数がOSで管理できる上限を越え、オーバーフローを生じてしまうことが挙げられる。当初の計画ではテスト解析を28年度中に終える予定であったが、現段階では遅れを生じている。

Strategy for Future Research Activity

テスト解析中に生じるオーバーフローの問題は、SPH法ではシミュレーションモデル内の粒子径は全て均一に設定する必要があるという条件により生じる問題である。義歯や皮質骨などの計算精度が求められない（変形しない為）部材についても、安定剤のように大変形し計算精度が求められる部材と同一の粒子径でモデルを作製する必要性が生じる結果、粒子数が増大することが原因となっている。よって今後の方策として、シミュレーションモデルの粒子数を減らす方向を検討し、計算結果に影響が少ないと思われるものに関しては、部材の中身をくり抜いた状態で粒子モデルをつくるなどの対策をとる。
また、シミュレーション計算を行うOSを現在のwindowsから、計算処理時のメモリ容量に余裕があるlinuxに変更することを検討する。それに伴うプログラムの仕様変更と、プログラム実行中に生じる変数を減らす為の計算過程の見直しを併せて行っていく。
従来から行ってきたシミュレーションモデルの作成方法では、まず解析対象物をコーンビームCTでスキャンし、DICOMデータをSTL変換し、粒子化することでシミュレーションモデルを作成してきたが、この手法では多大な労力と時間を要しているのが現状である。昨今、光学スキャナーが従来よりも低価格で普及してきており、スキャンの精度も改善されてきている。よって光学スキャナーで解析対象物の取り込みを行ってSTL画像を作成し、3次元モデルをより簡易的に作成する方法を併せて検討していく。
これらの準備が整った後、種々の密着タイプ義歯安定剤についてのシミュレーション解析を行っていく予定である。

Causes of Carryover

作成した3次元プログラムの実行中に生じたオーバーフローの問題により、当初購入予定だった解析用ワークステーションの構成とＯＳの選定を再考する必要があったため、次年度使用額が発生した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

解析用ワークステーションとシミュレーションモデル作成用光学スキャナーの導入、今年度中の学会発表での使用を計画している。