振動解析を用いた関節頭の機能的な位置付けへの挑戦-顎変形症、骨折、再建において-

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K10087
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松下 和裕 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (10399933)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 振動計測 / 顎変形症 / 顎関節

Outline of Annual Research Achievements

下顎枝分割術を施行後、予定の位置で良好に上下の歯牙が嵌合し、顎関節の症状は無く、機能的に安定した咬合関係を長期維持するためには、骨片固定を行う際の関節窩に対する関節頭の位置づけがとても重要である。ただ、日常の臨床において、これは専ら術者の経験に頼っているのが実情である。よって、この手技の精度向上には客観的で容易に、かつ正確に関節頭を関節窩内の良好な位置に誘導する基準が望まれる。後世を育成する観点でも必要であると思われる。MRIで関節円板の位置関係は評価でき、高頻度に前方転位していることが確認できるが、それはあくまでも静的な状況であり、前方に転位した結果、関節窩内での力の伝達様態に関しての情報は不明である。そこで、探傷技術にヒントを得て、分割した下顎枝に振動を与え、関節窩内での構造を探る。
今回の研究を遂行するのに関し、加振方法、受振方法、分析方法の３つの観点から評価・検討しなくてはならない。加振は、口腔内での施行を念頭に置き、口腔内で通常つかえる器械を検討した。そこで、歯科用の切削器具の応用を考え、歯科機材のメーカーに適応の可否を相談した。歯科用エンジン、タービン、超音波スケーラー他、振動を発生できる器械を検討した。軟組織での振動の減衰が比較的抑えられ、低周波の方が一般的に望ましいとの過去報告より1000～5000Hz前後の周波数を算出できる装置を考えた。
振動の受振に関しては、頭蓋振動計測の技術を参考にし、過去の報告を参考に類似の計測器械を制作した。
予備実験として、口腔内に超音波スケーラーを入れて歯を振動させ、頭部に装着したヘッドセットでその計測の可否を確認した。結果、どの歯に振動を加えても、ヘッドセットで受振できることが確認でき、今回考案した加振・受振のシステムを用いての実験の可能性が確認できた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

橋や鉄橋の探傷技術や地表面の多層構造解析などの振動を用いた解析方法を参考にして、顎関節内部を解析する方法を検討した。加振方法として、新たに振動装置を制作するのではなく、口腔内で使用することを大前提とし、実際の臨床の場で使われている装置の利用・応用を考えた。歯科用の切削器具に焦点を合わせ、エンジンドリル、レシプロカルソー、タービン、超音波スケーラーなどを考えた。その際、頭蓋振動解析を行った過去の報告より、1,000～3,000Hz程度の周波数が望ましいと判断した。その周波数を発生できる装置を選択した。そのため、60,000rpm～180,000rpm程度の振動が必要であり、歯科用のドリルは30,000～40,000rpmであるため使えない。一方、歯科用タービンは300,000rpm（5,000Hz）程度であるが、圧縮空気の圧力を抑えることでの180,000rpm（3,000Hz）振動を出せることが判明し、歯科用のスケーラーを基本に加振器の駆動装置の開発を行った。
一方、受振に際し、頭蓋に伝わった振動を骨から直接受振するのは侵襲が大きく煩雑であるため、より低侵襲に容易に測定できるよう、経皮的に受振することを目指した。頭蓋振動解析を行った過去の研究論文を参考にし、リオン社製の圧電式加速度ピックアップ（PV-94）を聴力検査に用いているヘッドセットに組みこんだ。受信信号の増幅や描出に関しキーエンス社製のBNC端子台(OP-66853)、高速アナログ計測キット(NR-HA08)、PCダイレクトインターフェースユニット(NR-500)を介してパソコンに取りこんだ。ビュアーは同社のWAVE LOGGERを用いた。下顎骨への加振として、下顎歯牙に振動を加え、その振動が頭蓋で計測できることを実験した。スケーラーの出力を変更させることで、受振周波数が変わり、この実験型の有用性が確認できた。

Strategy for Future Research Activity

下顎に加振することにより、頭蓋に伝わった振動を経皮的に受振できることは確認できた。ただ、その周波数は単一の周波数であり、どのレンジが一番効率良いかは不明である。受振の周波数は加速度ピックアップにつながったビュアーで確認できるが、実際の加振した際の振動数は不明であるため、その確認と、その減衰の関係をまず調べなくてはならない。ついで、下顎に振動を加える手法として歯を加振したが、骨へ実際に加振する方法も検討する。
受振に関し、ヘッドセットに組み込んだ加速度ピックアップでの計測スタイルは変えないが、安定したデータを収集するためのヘッドセットの形状や皮膚への設置方法、手術を想定した際、帽子や滅菌の覆布をかけたときの検出感度などについても検討する。
さらに、加振、受振の工夫や環境の改善に加え、本来の目的である関節頭と関節窩の間の軟組織の状況を解析ソフトで検討する。そのデータを加振、受振の方法にフィードバックする。

Causes of Carryover

加振装置の工夫に時間がかかっており、その完成が次年度にまたがるため未使用額がふえた。しかし、次年度には確実に購入するため、未使用額は減少する。