2013 Fiscal Year Research-status Report
顎変形症患者の手術前後の三次元形態分析と予測精度に関する研究
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25463148
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| Research Institution | Tokyo Dental College |
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Principal Investigator |
高木 多加志 東京歯科大学, 歯学部, 准教授 (90192145)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 顎変形症 / 三次元手術シミュレーション / 三次元セファロ分析 / 顎矯正手術 |
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| Research Abstract |
【目的】顎矯正手術は、頭部X線規格写真分析による治療計画が行われる。しかし、顎顔面骨格を二次元的に分析する計画には限界もありＸ線ＣＴ画像を用いた三次元計画は有効である。ところが、三次元セファロ分析による診断や治療精度に関する研究はなく、三次元治療システムの医学的妥当性についての検証がなされていない。そこで、手術シミュレーションシステムの精度検証が重要であり、顎骨移動の正確性やそれに伴う軟組織予測の三次元的精度について医学的根拠（EBM）の確立が急務と考える。【実施計画】Ｘ線CTで採取したDICOM3ファイルからSimPlantO&Oで三次元画像を構築し、頭蓋上下顎骨を分離して術前シミュレーションを行い、骨切位置を実手術へ転写する方法として、専用ジグと術中計測による顎骨移動を行った。さらに、術後1ヶ月で撮影したX線CT画像より同様に三次元画像を構築して、両者をICP法による重ね合わせを行って三次元精度について検討した。【成果】手術シミュレーションによる上下顎骨の移動を実手術へ転写するために専用ジグ（上顎用T-gage、下顎用L-gage）を開発した。また、Le Fort I型骨切り術は三次元的移動の術中計測が容易なTrapped Osteotomy、下顎枝矢状分割法はshort split法を用いた術式へ改良した。術前、術後のX線CT画像から得られた三次元画像は、大後頭孔最前方縁（Basion）と左右の頬骨前頭縫合部眼窩縁（Zy）の３点によるICP（iterative closest point）法による重ね合わせが、最も判読が容易で位置あわせの指標として適切であった。術前、術後の移動した上下顎骨の位置の誤差は、カラーマッピング法で表示して検討したがは最大で1mm程度であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究遂行にあたって、もっとも難題であった点は術前シミュレーション三次元画像と術後三次元画像を重ね合わせて、その誤差を表示することであった。予備研究から、手術シミュレーションソフトウエア（SimPlantOMS）と三次元測定・工学分析用のソフトウエア（3-matic）との連携がソフトウエア開発元の分社化でソフトウエア間のファイルの受け渡しが心配された。しかし、研究初年度内に手術シミュレーションソフトウエアの改良によって、3-maticで行っていた三次元比較分析が単体ソフトウエア（SimPlantO&O）のみで三次元画像の合成とICP法による重ね合わせが可能となり、三次元精度の検証が行える環境をある程度整備することができた。現段階では、術前シミュレーションと術後の上下顎骨の位置の誤差は、カラーマッピング法による検討のみであるが、今まで検討されなかった三次元シミュレーションの精度検証について達成は出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
手術シミュレーションと術後実手術よりの三次元画像の精度検証に関して、ＩＣＰ法による三次元位置合わせの有効性、および両者の一致精度についてのカラーマッピング法による精度検証は、当初の研究計画通りに行えた。硬組織における精度の検証については、今後は定量的な解析手法へ発展が可能かを検討したい。研究初年度に購入予定であった三次元測定・工学分析用のソフトウエア（3-matic）または、代替えとなるソフトウエアによる定量解析が可能かどうかを検討する方針である。また、初年度に硬組織で行った手法と同様に、軟組織の変化予測（シミュレーション）と実際の術後変化の一致精度については、SimPlantO&Oによる硬組織と同様の手法におけるの検討を行う計画である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究計画で申請の顎矯正手術の手術シミュレーションソフトウエアSimPlantOMSと歯列矯正治療計画系のSimPlantORHTOの２つのソフトウエアを連携させた三次元セファロ分析と歯列矯正治療シミュレーション（術前矯正）、顎矯正手術シミュレーションが、研究所年度に三次元的比較が総合的に行なえるソフトウエアSimPlantO&Oへバージョンアップ（改良）されたため、研究計画で導入予定の術中の上下顎骨の位置決め精度の検証を三次元測定・工学分析用のソフトウエアである3-maticを併用しなくても、位置合わせ精度の検証まで可能な：ことが判明した。そのため、研究初年度はＩＣＰ法による位置合わせの検証と治療シミュレーションと実手術の三次元位置の精度検証について評価することとなり、3-maticの購入を次年度へ移行することで、発生するライセンス契約期間を延長することにした。
SimPlantO&Oにより、ＩＣＰ法による三次元位置合わせの有効性、および両者の一致精度についてのカラーマッピング法による精度検証（定性的）は、当初の研究計画通りに行え、本研究期間のソフトウエア使用ライセンスも問題がない。研究２年度の硬組織の定量的な解析手法では、三次元測定・工学分析用のソフトウエア（3-matic）を中心としたソフトウエアによる定量解析手法で検討する方針であり、ソフトウエア導入の費用（初期導入・年間ライセンス）が必要となる。
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