顎矯正手術計画時のCT・歯列位置合わせ誤差検証：メタルアーチファクトによる影響

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K19275
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 今井 治樹 横浜市立大学, 附属市民総合医療センター, 指導診療医 (80735837)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 顎矯正手術 / メタルアーチファクト / CT

Outline of Annual Research Achievements

顎矯正手術計画の立案に際し、頭部CTに歯列データを統合した複合モデルが利用されているが、このとき問題となるのが口腔内金属によるアーチファクトである。アーチファクトが存在するとCT上の歯列が不明瞭となり、口腔内から採得した歯列データの正確な位置合わせが困難となる。しかしながら、どの程度のアー チファクトであれば大きな精度低下を招くことなく複合モデルを作成可能なのか、その許容範囲については報告がなされておらず判断基準がない。本研究ではこの点に着目し、ファントムの上顎歯列上に装着した金属の数と位置を変化させてCT撮影を行い、メタルアーチファクトに伴うCT・歯列データの位置合わせ誤差に ついて検証を行うこととした。
歯および歯槽骨のCT値が人体と近似するよう、低粘度エポキシ樹脂にハイドロキシアパタイトとジルコニア粉末を配合した歯牙着脱式の上顎歯列ファントムを作製した。これに装着可能な金銀パラジウム合金製補綴物を準備し、その数や分布にバリエーションを与えることで複数のアーチファクトモデルを作製しCT撮影を行った。歯列データは口腔内スキャナーを用いて採得し、両者を顎矯正用ソフトウエア ProPlan CMF (Materialise)にインポートした。位置合わせ誤差検証のため、各アーチファクトモデルについて通法通り歯列部分での位置合わせに加えてアーチファクトの影響を受けないファントム基底部での重ね合わせを行い、コントロールとした。続けて歯列上に7点のランドマークを設定し、コントロールおよびアーチファクトモデル間で座標値のずれを求めることで、前後/左右/上下方向における位置合わせ誤差を算出した。その結果、アーチファクトは金属製補綴物の増加に伴い増大し、CT・歯列データの位置合わせ誤差は最大0.5mm程度であった。また上下方向の誤差が前後および左右方向に比較し大きい傾向を示した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

ファントムのデザインの検討や作製に想定以上の時間を要したこと、また新型コロナウイルス感染拡大の影響により研究へのエフォートが予定通り確保できなかったことが挙げられる。

Strategy for Future Research Activity

これまで上顎片顎での検討を行ってきたが、メタルアーチファクトに伴うCT・歯列データの位置合わせ誤差は想定していたよりも小さなものであった。
そこで現在、上顎同様に金属製補綴物を装着可能な下顎歯列ファントムを作製しており、今後は上下顎での検討を行う予定である。咬合接触している上下の歯牙がいずれも金属製補綴物を有している場合、アーチファクトにより歯冠形態や上下の歯の境界が把握困難となるため、位置合わせ誤差が増大する可能性が見込まれるためである。
なお研究を遂行する上での課題としては、手動操作によるアーチファクトの除去工程がある。除去の程度により結果にバラつきが生じる可能性があるため、計測を複数回行うことや、アーチファクト軽減ソフトウエアの適応、あるいは最近ではAIによりアーチファクトを自動除去する技術も登場しているため、それらが 応用できないか検討する予定である。

Causes of Carryover

研究の進捗状況の遅れにより、予定していた物品の購入が完了していないこと、新型コロナウイルスの影響により参加を予定していた学会がWeb開催に変更となったこと等が挙げられる。翌年度分として請求した助成金と合わせ、追加のファントム作製費用および学会参加費などとして使用予定である。