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 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 13557176
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 外科系歯学
• 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, 大学院・歯学研究科, 助教授 (20198211) ; 高橋 純造 大阪大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (80029149) ; 古郷 幹彦 大阪大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (20205371) ; 吉田 篤 大阪大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (90201855)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• キーワード: ボリュームレンダリング / 歯科手術シミュレーション / インプラント / 外科矯正 / 三次元計測 / 口唇口蓋裂 / コンピュータ / バーチャルリアリティ / virtual reality

研究概要

3次元形状計測装置VIVID900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び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スPHANToMを用い操作することで、以下の歯科独自の手術・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を用い顎切り術のシミュレーションを行った。これにより骨切り後の骨片の移動・回転による骨片間の隙間や干渉量を定量的に求め、CGで描画ができた。また、迅速成型装置3D Printingによる骨の造形も行い、実寸骨模型による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、CTで計測した顔面と上下歯列をバイトをインターフェースとして統合した。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: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測装置よりは幾分劣るものの、計測および3D化の容易さは遙かに優れていた。そこで、この3次元データを、矯正や外科手術に応用し活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., Kogo, M.: "Dentoalveolar Growth of Complete UCLP Patients by Early Two-Stage Furlow and Push Back Method ; Preliminary Results"Cleft Palate-Cran J.. (accepted). (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kitagawa, T., Kohara, H., Sohmura, T., Takahashi, J., Enomoto, A., Tanaka, E, Matsuya, T., Kogo, 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.. 52(4). 333-339 (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [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. 23(1). 24-30 (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Nagao M, Sakai 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. (accepted). (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Hojo H, Nakajima M, Wakabayashi K, Nagao M, Iida S, Kitagawa T, Kogo M, Kojima T, Matsumura K, Nakamura T, Takahashi J: "A Prototype of Simulation of Orthognathic Surgery Using a Virtual Reality Haptic Device"Int J Ora Maxil Surg. (accepted). (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Wakabayashi K, Lowmunkong R, Hojo H, Kusumoto N, Okuda H, Kojima T, Nakamura T, Yatani H, Takahashi J: "3D Shape Measurement of Dental Cast Using Medical X-ray CT."Dent Mater J. (accepted). (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Hojo H, Kusumoto N, Nishida M, Lowmunkong R, Wakabayashi K, Nakamura T, Takahashi J, Yatani H: "A novel method of removing artifact due to metallic dental restorations in facial bone 3-D CT image"Int J Ora Maxil Surg. (accepted). (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kitagawa, T., Kohara, H., Sohmura, T., Takahashi, J., Tachimura, T., Kogo, M.: "Dentoalveolar Growth of Complete UCLP Patients by Early Two-Stage Furlow and Push Back Method; Preliminary Results"Cleft Palate-Cran J.. (accepted 25 July 2003).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kitagawa, T., Kohara, H., Sohmura, T., Takahashi, J., Enomoto, A., Tanaka, E, Matsuya, T., Kogo, 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.. 52(4). 333-339 (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [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. 23(1). 24-30 (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Nagao M, Sakai 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. (accepted 14 Jan.2004).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Hojo H, Nakajima M, Wakabayashi K, Nagao M, Iida S, Kitagawa T, Kogo M, Kojima T, Matsumura K, Nakamura T, Takahashi J.: "A Prototype of Simulation of Ortho-gnathic Surgery Using a Virtual Reality Haptic Device"Int.J.Ora.Maxil Surg.. (accepted 9, Feb.2004).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Wakabayashi K, Lowmunkong R, Hojo H, Kusumoto N, Okuda H, Kojima T, Nakamura T, Yatani H, Takahashi J.: "3D Shape Measurement of Dental Cast Using Medical X-ray CT"Dent.Mater.J.. (accepted 14 Jan. 2004).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sohmura T, Hojo H, Kusumoto N, Nishida M, Lowmunkong R, Wakabayashi K, Nakamura T, Takahashi J, Yatani H.: "A novel method of removing artifact due to metallic dental restorations in facial bone 3-D CT image"Int.J.Ora.Maxil Surg. (accepted 30, April 2004).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より