ボリュームレンダリングを用いた歯科用手術・診断シミュレーションシステムの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13557176
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 荘村 泰治 大阪大学, 歯学研究科, 助教授 (10154692)
• 研究分担者: 中村 隆志 大阪大学, 歯学部附属病院, 助教授 (20198211) ; 高橋 純造 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (80029149) ; 古郷 幹彦 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (20205371) ; 吉田 篤 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (90201855)
• キーワード: ボリュームレンダリング / バーチャルリアリティ / 歯科用手術シュミレーション / 三次元形状計測 / 口唇口蓋裂 / コンピュータ

研究概要

我々は三次元形状計測装置VIVlD900およびX線-CTで計測した歯列や顔面の3Dサーフェスデータおよぴボリュームデータをバーチャルリアリティによるハプティックデバイ久PHANToMを用い操作することで、以下にあげた歯科独自の手術・診断支援システムを開発することができた。
(1)インプラント手術支援:PHANToMを用いた顎骨穿孔の疑似体験シミュレーション,対合歯との咬合を考慮したインプラント埋入位置決めのシミュレーション、およびインプラント埋入位置決め用骨上ステントのCAD/CAM法による作製法を開発することができた。
(2)顎切り手術シミュレーション:CTで撮影したDICOMデータから3次元CT骨像を構築し、PHANToMを操作してLeFortI、SSRO、IVROなどの顎切り術のシミュレーションを行うシステムを作製することができた。このシステムでは、骨切り後の骨片の移動・回転における骨片間の隙間や干渉量を定量的に求め、CGで描画することができ、手術法の比較による最良術式の検討が可能になった。また、3D Printingという最新の迅速成型装置による骨の造形も行い、実寸骨模型を用いたシミュレーションも可能となった。
(3)CT像の歯列部におけるアーチファクトの除去:CTで計測した頭蓋顔面や歯列データには、しばしば金属修復物に起因するアーチファクトが存在する。そこで、レーザ計測した顔面とCTで計測したバイトをインターフェイスとして用いて,上下顎骨と上下歯列の位置を統合した。この方法によって,アーチファクトのある歯列部を除去し、歯列模型データで置き換えることが可能になった。
(4)CTによる歯列模型の3次元形状計測:歯列模型形状の3次元形状計測によるデジタル化は臨床上有用である。近年の医療用CTの精度は飛躍的に向上した。そこで,CTを用いて歯列模型計測を試みたところ、精度、分解能は最新のレーザ計側装置よりは幾分劣るものの、計測および3次元構築3D化の容易さは遥かに優れており、この3次元データは、矯正や外科手術に応用できるようになった。

研究成果

• [文献書誌] Kitagawa, T., Kohara, H., Sohmura, T., Takahashi, J., Tachimura, T., Koga, M.: "Dentalveolar Growth of Complete UCLP Patients by Early Two-Stage Furlow and Push Back Method ; Preliminary Results"Cleft Palate-Cran J.. in press.
• [文献書誌] Kitagawa, T., Kohara, H., Sohmura, T., Takahashi, J., Enomoto, A., Tanaka, E., Matsuya, T., Koga, M.: "How to Inhibit Postoperative Palatal Contraction Following Palatoplasty? Dental Arch Development due to Artificial Anti-molding Action and Natural Molding Action ; Clinical Trial"Ann.Plastic.Surg.. in press.
• [文献書誌] Nagao, M., Sohmura, T., Kinuta, S., Kojima, T., Wakabayashi, K., Nakamura, T., Takahashi, J.: "Application of Dentition and Facial Morphology Integration System for Occlusal Correction"Dent.Mater.J.. in press.
• [文献書誌] Sohmura, T., Nagao, M., Wakabayashi, K., Kojima, T., Kinuta, S., Nakamura, T., Takahashi, J.: "High-resolution 3-D shape Integration of Dentition and Face Measured by new laser scanner"IEEE Trans Medical Imaging. in press.
• [文献書誌] Sohmura, T., Hojo, H., Nakajima, M., Wakabayashi, K., Nagao, M., Iida, S, Kitagawa, T., Kago, M., Kojima, T., Matsumura, K., Nakamura, T., Takahashi, J.: "A Prototype of Simulation of Orthognathic Surgery Using a Vitual Reality Haptic Device"Int.J.Ora.Maxil.Surge. in press.