CAD・CAEによる人工顎関節の設計・製作とその臨床応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13470435
• Research Institution: OKAYAMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 菅原 利夫 岡山大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (10116048)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水川 展吉 岡山大学, 歯学部附属病院, 講師 (00263608) ; 三島 克章 岡山大学, 歯学部附属病院, 講師 (60304317) ; 川本 知明 岡山大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (00325119) ; 山田 朋弘 岡山大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (60335619)
• Keywords: DICOM / 三次元画像構築 / 三次元CAD / 三次元有限要素法 / 三次元応力解析 / 三次元CAM / 切削器具 / 人工顎関節

Research Abstract

研究目的:私たちは、独自に開発したポリエチレン製の下顎窩とチタン製の下顎頭からなる人工顎関節を用いて人工顎関節全置換術の術式を確立してその優れた機能性と臨床面での安全性などを証明してきた。そして、この開発した人工顎関節は種々の顎関節の疾患に対応できるようにすなわち汎用性を高めるために大きさに相異はあるものの、基本的な形態が同じである既製型とした。しかしながら、患者の顎関節の形態によっては、ポリエチレン製の下顎窩を充分に適合させて設置し難い症例に遭遇することがあり、患者個々の形態に適応した人工顎関節を設計および作製する必要性に迫られた。このため、CAD、CAMを用い、患者のCTより顎関節部の三次元再構築を行い、画像上で人工顎関節を設計し、削りだしによる人工顎関節の作製法を開発した。さらに画像上で作製した人工顎関節の噛み締め時の応力解析を三次元有限要素法を用いて行い、その耐久性および安全性を確認した。また、この解析の信頼性を検証するために各々の材料における荷重変位曲線を実際の破壊試験の値と比較して検討し、その信頼性を検証した。研究結果:CAD、CAMにおける人工顎関節の設計および作製法の概要は以下のとおりである。顎関節周囲のCT撮影を行い、得られたDICOMデータを三次元構築した後、必要な部位のみを取り出してパラソリッドファイルに変換した。そのファイルを3DCADに認識させ、ソリッドモデルとし、顎関節部の面データを得た。顎関節部の面データを基に3DCAD上で人工下顎窩および人工下顎頭を作成した。それぞれのモデルを組み合わせて人工顎関節全置換術モデルとし、三次元応力解析ソフトを用いて噛み締め時の応力解析を行い、人工顎関節の耐久性、安全性を確認した。作成した人工下顎窩及び人工下顎頭の3DCAD上のデータを3DCAMに認識させ、切削器具を連動させて各々の材料のブロックを切削し作製し、適合性を確認した。

Research Products

• [Publications] 菅原利夫, 川本知明: "人工顎関節の開発"顎顔面バイオメカニクス学会誌. 7・1. 77-80 (2001)
• [Publications] 川本知明, 菅原利夫 他: "人工顎関節の応力解析に関する基礎的研究-超高分子量ポリエチレンと擬似骨の荷重変位曲線について-"顎顔面バイオメカニクス学会誌. 7・1. 135-138 (2001)
• [Publications] Tomoaki Kawamoto, Toshio Sugahara: "Properties of Bioabsorbable Ultra High Strength Poly-L-lactid (PLLA) Device"Proc. of 7^<th> Japan International SAMPE Symposium and Exhibition. 7. 455-458 (2001)
• [Publications] 川本知明, 菅原利夫 他: "三次元有限要素法を用いた噛み締め時の歯及び下顎骨に発生する応力の解析-下顎臼歯部の歯の欠損状況の違いによる比較-"顎顔面バイオメカニクス学会誌. 8・1. 44-47 (2002)
• [Publications] 菅原利夫, 川本知明, 三島克章 他: "リウマチ病セミナーXII"永井書店. 282 (2001)