Analysis of mechanical effect of Hotz plate on maxillary growth in cleft children using finite element method

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K10160
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 飯田 征二 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40283791)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 口唇口蓋裂 / Hotz床 / 有限要素解析 / 顎発育誘導 / 手術前矯正

Outline of Annual Research Achievements

乳児期の顎発育に対しては舌位や舌圧の関わりが少なくなく、特に、口蓋骨の連続性が失われている完全口唇口蓋裂患児では、その影響は大きい。顎発育誘導目的 でHotz床装着がなされている患児においても、これら舌の活動がHotz床を介して上 顎骨に伝わり顎発育に関連しているのは明らかである。しかしながら、舌位や舌圧ならびにHotz床形態や組成との関わりについて詳細に検討された報告はない。本研究では、完全口唇口蓋裂患者におけるHotz床の顎発 育誘導に対して、口蓋床の外殻形態の舌側形態がどのような効果を示すかを、有限 要素解析法を用いて検討を行った。
初年度においては構成するレジンの組成により口蓋粘膜面に対して作用する応力は大きく異 なる。研究では解析の基本となる口蓋裂口腔内モデルならびに口蓋床モデルを 作成するとともに、口蓋床の組成レジンによる応力作用の違いを明らかとし、もって、適切な口蓋床の構成を検討するものとした。
臨床で得られた完全口唇口蓋裂患者の口腔内模型より、典型的な裂形態を 示す症例の模型をのうち片側性ならびに両側性を各1例を、口蓋裂口腔内モデルと して抽出した。ついで、これら模型を3Dスキャナーで取り込んだ後、三次元画像構 築ソフトウエアによりPC上で展開し、口蓋襞などの粘膜面の凹凸を平坦化させ、三次元有限要素解析（ANSYS)に向けた口蓋モデルとした。シミュレーションとして作成するHotz床モデルとして・Model 1: 厚さ2mmでの均一に口蓋面を覆った硬性レジン口蓋床モデル(材料定数 は硬性レジンに設定) と:厚さ2mmで粘膜面側1mmを軟性レジン、1 mmの外殻を硬性レジンで構成し た複合口蓋床モデル の二つを作成して比較し、一定の方向での口蓋側からの圧力では一つの素材である前者での直接的な応力が作用していることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

床の組成による口蓋裂粘膜への応力の作用に差が生じることが明らかとなり、Hotz床の特徴である軟性レジンの有効性が単純な方向での応力での優位性の確立には至らなかった。哺乳床では舌圧の作用方向が床面全体に作用するため、これによる応力作用について方法を検討する必要があると考えられた。また、総義歯の安定などと同様な観点で軟性レジンによる有効性を明らかにする必要が生じてきており、より多角的な方面からの解析が必用となってきている。

Strategy for Future Research Activity

レジンの組成による口蓋粘膜への応力分布についてより詳細な検討を行うとともに、舌による口蓋面全体への応力作用状況の再現方法などを検討することを課題とし、さらに軟性レジンによる床安定への効果を数値化して、その有効性を明らかとすることを目的として、研究を推進していく予定である。また、顎発育誘導で最も問題となりうる両側性の症例での中間顎の位置補正に対しての舌圧以外での効果的な方法であるPNAMでの唇側からの応力作用についても併せて検討していく必要があると考えている。

Causes of Carryover

本申請でもっとも重要である有限要素解析ソフトは、予算内にて予定通り購入をおこなっているが、当初参加を予定していた学術集会が中止あるいはWeb開催となるなど学術集会での活動が制限された結果、次年度使用額が生じたものである。今年度の学術集会に関しても、現地出席がかなうものは限られる予定であるが、対面開催のものについては、参加を検討し、当初の予定である本年度の消耗品あるいは英語翻訳、ソフトウエアに関する技術指導などに当てる予定である。