2018 Fiscal Year Research-status Report
赤外線ナビゲーションシステムで歯科インプラント手術を安全に行う支援ロボットの開発
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17K11805
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田中 宏佑 九州大学, 歯学研究院, 共同研究員 (80792895)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大内田 理一 九州大学, 大学病院, 助教 (20325468)
小栗 晋 九州大学, 先端医療イノベーションセンター, 学術研究員 (10756919)
橋爪 誠 九州大学, 先端医療イノベーションセンター, 名誉教授 (90198664) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ロボット支援手術 / ナビゲーション手術 / 歯科インプラント学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的は歯科インプラント手術を，より安全に行うための歯科インプラント手術支援ロボットの開発である。手術部位の動きに対し，赤外線を用いた歯牙固定によるリファレンスおよびマーカーによって位置変動を検知し，術前CT上のインプラント設計ポジション通りにインプラント床形成を行う歯科インプラント手術支援ロボットの開発である。産業用ロボットでは，現在生産ラインにおいて高価な高精度基盤に備え付けた盲目的な作業のみならず，カメラ等で対象物の位置を検知して作業や検品が行われている。いわゆる「眼」を持ったロボットが活躍している。歯科インプラント手術は前者の画一的大量生産的盲目的アプローチでは行えず，１症例１症例各々症例に応じたいわばオーダーメイドの手術である。そこでロボットを応用するにあたり後者の「眼」を持たせる事が必要不可欠である．すなわち高精度なロボットのみでは施術は不可能で，高精度なナビゲーションシステムが必要不可欠である。
高精度ナビゲーションシステムについて
本年度はハードウェアの更新として板状マーカーの開発、さらに金属歯冠修復物が多数装着されている口腔内では，CT撮影時ハレーションにて金属ピンマーカーが見えにくい場合が起こる可能性があるため，3Dプリンターにて試作した規格化した金属マーカーが埋め込まれた円盤を咬合平面上のハレーションの起こりにくい場所に設置するステントマウスピースをブラッスアップし量産体制モデルを開発した。
ソフトウェアの更新として、よりユーザーフレンドリーな設計操作と埋入設計ポジション再現のブラッシュアップを行ない、手術の安全性の向上や補綴操作の予知性を高めることに貢献出来るシステムとした。本年度は実際のナビゲーション表示において，術者の直感的操作で出来るインプラントポジション設計と術中表示が出来るインターフェイスを開発し，特許申請をさらに2件行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
１.ナビゲーションシステムのハードウェアの試作及び改善
歯牙欠損術部に対するドリルの位置を表示するために，CT画像と位置センサーの座標系を統一させなければならない。これをレジストレーションと言い、ナビゲーション全体の精度を決めるに重要な作業である。同顎の残存歯の有無や配置を考慮し、これをマーカーの固定源としたマウスピースでレジストレーションを行うが、安定性が良くCT撮影時と手術時で着脱時に位置の再現性が良くなくてはならない。本研究ではこれまで製作してきたマウスピース型レジストレーション法をさらに設計改善し、精度はそのままに操作性や消毒滅菌性を向上し、また球状マーカーを円盤状としてコスト削減しながらも術中認識不能に陥らない安定した手術器具のトラッキング機能を確立した。
２.ナビゲーションシステムソフトウェアの洗練及びプログラム
従来のインプラント手術は、術前に撮影したCT画像から埋入位置や角度を検討し、3DCTでポジションを決定したとしても、術者は術中自分の頭の中で、３次元位置関係を再構成しなければならなかった。そこで我々は、自動セグメンテーションとグラフィックライブラリを用い、対象とドリル先端等術具の３次元位置関係が直感的にわかるディスプレー技術を用い、直感的インターフェースを有し，臨床使用に支障のない処理速度と動作の安定性が保障される新しい手術ナビゲーションシステムを開発してきた。本研究では、さらに術者によるユーザーフレンドリーなインプラント設計操作や、一連の操作の入力を洗練したプログラムを作成した。高精度ナビゲーションシステムについて臨床応用からのフィードバックを受けて、上記の1,2の点において注力し、まずナビゲーションシステムのPMDA認証に重点をおいて進めているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
PMDA承認申請用の高精度歯科インプラント手術ナビゲーションシステムを完成し、申請を行いつつ、並行してブレーキシステムによる可動制限機能を持ったロボットアームを試作していき、ハードウェア、ソフトウェアともに両者を融合できるように進め、試作機を開発する。
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| Causes of Carryover |
歯科インプラントナビゲーションシステムのブラッシュアップにより、PMDA承認申請するための最終的なハードウェアのパッケージをフィックスして、それにロボットアームをオプションとして組み合わせたくそのタイミングを図っているため。
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