ラティス構造の人工骨により自家骨移植なしで挑むハイブリッド型顎骨再建法の開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K10132
• Research Institution: Iwate Medical University
• Principal Investigator: 山田 浩之 岩手医科大学, 歯学部, 教授 (90267542)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川井 忠 岩手医科大学, 歯学部, 講師 (50547263) ; 小野寺 慧 岩手医科大学, 歯学部, 助教 (60788743) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 下顎骨再建 / チタン合金 / ラティス構造

Outline of Annual Research Achievements

顎骨の一部に欠損が生じた場合には、自家骨移植が最も標準的な治療であり、移植骨を支える金属トレーやプレートが併用される。しかしながら、未だ十分な強度と患者固有の形態を両立できる金属材料は開発されていない。さらに、移植骨の採取部位の損傷も患者の大きな負担になっている。そこで、本研究では移植骨を用いない下顎骨再建法を開発する。金属積層造形法による個々の患者の顎骨外形を持ち、咬合力にも耐え得るラティス構造を付与したチタン製人工下顎骨と骨補填剤料を併用したハイブリッド型の下顎骨再建法の開発を目指す。
2022年度は、電子ビーム積層造形装置（Arcam社製）を用いてTi-6Al-4V ELIを材料として造形した試験片に対して、強度試験を行い、われわれのシステムで造形する人工下顎骨の基礎的データを収集する計画である。
ヒトの咬合力はこれまでの論文報告から最大約2000Nと考えられているため、われわれが新たに作製する人工下顎骨にはそれ以上の力に耐えうる強度が要求される。また、ヒトの皮質骨に近いヤング率を有することが望ましいと考えられるため、まず、有限要素解析ソフト（ANSYS）のMaterial Designerでラティス構造１セルの暫定ヤング率を計算することにした。現在、28種類のラティス構造の解析を行ったところまで研究は進行している。ヒトの皮質骨と近似するヤング率を有するラティス構造の人工下顎骨は、ヒトの下顎骨に類似する機械的性質を整えられると考えている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

われわれが新たに作製する人工下顎骨には2000Ｎ以上の力に耐える強度が要求される。また、ヒトの皮質骨に近いヤング率を有することが望ましいと考えられるため、まず、有限要素解析ソフト（ANSYS）のMaterial Designerでラティス構造１セルの暫定ヤング率を計算することにした。現在、28種類の構造の解析を行ったところまで研究は進行している。2022年度は、チタン合金の造形物の強度試験までを行う予定であったため、やや遅れているが、この解析結果に基づき、実在する3次元モデルを作製することで効率よく今後の実験を進めることができる。

Strategy for Future Research Activity

研究の進行状況はやや遅れが生じているが、基本的な研究計画には変更がない。2023年度はコンピューターソフトを用いて解析した結果に基づき、実在する3次元モデルを作製する。これらのモデルに対して強度試験を行い、解析結果の精度を検証する。解析結果と実際の実験の結果が一致すれば、効率よく実験を進めることができる。さらに、金属積層造形法により作製したチタン製人工下顎骨の強度を測定する予定である。2024年度は、チタン製人工下顎骨と骨補填剤料を用いた動物実験で骨新生能を評価する。

Causes of Carryover

コンピューターシミュレーションは順調に進んでいるが、実在するチタン合金による3次元モデルが作製されていないために次年度使用額が生じた。現在、モデルの設計図は完成しているため、2023年度は速やかに造形物の作製に移行できると考えている。したがって、2022年度に使用すべき予算を2023年度分と合わせて使用できる計画である。