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精 度 の 高 い 歯 列 画 像 を 有 す 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成
三 條 恵 介
明 海 大 学 大 学 院 歯 学 研 究 科
歯 学 専 攻
（ 指 導 ： 須 田 直 人 教 授 ）
Reconstruction of Three-dimensional Craniofacial
Image with High Accurate Dentition Image
Keisuke SANJO
Meikai University Graduate School of Dentistry
2 要 旨
不 正 咬 合 を 有 す る 先 天 性 疾 患 や 顎 変 形 症 の 患 者 は ， 複 雑 な 顎 顔 面
形 態 の 変 形 を 伴 う こ と が 多 く ， 三 次 元 的 な 形 態 情 報 に よ り ， 正 確 な
診 断 を 行 う 必 要 が あ る 。 そ の た め ， 現 在 ， multi-detector
computed tomography（ MDCT） の Digital Imaging and
Communication in Medicine（ DICOM） デ ー タ を 基 に 再 構 成 さ れ た
三 次 元 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル が 多 く 用 い ら れ て い る 。 MDCT に よ る デ ー タ に は ， 口 腔 内 に 装 着 さ れ た 矯 正 装 置 に よ る ア ー チ フ ァ ク ト や ， 上 下 顎 歯 の 咬 合 接 触 に よ り 歯 冠 形 態 の 再 現 が 困 難 に な る と い っ た 問 題 が あ る 。 そ の た め ， 近 年 ， シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル 再 構 成 に あ た り ， DICOM デ ー タ の 歯 列 部 を ， レ ー ザ ス キ ャ ン 等 で 採 得 さ れ た 歯 列 模 型 の stereolithography (STL)デ ー タ に よ り 置 換 し た 三 次 元 モ デ ル の 再 構 成 が 試 み ら れ て い る 。 し か し な が ら ， こ れ ら 複 数 の 画 像 統 合 の 最 適 な 条 件 は 確 立 さ れ て お ら ず ， そ の 統 合 精 度 に 関 し て も 不 明 な 点 が 多 い 。 そ こ で 本 研 究 で は ， DICOM デ ー タ や STL デ ー タ よ り 再 構 成 し た 画 像 を ， 4μm の 空 間 分 解 能 を 有 す る μ CT の デ ー タ よ り 再 構 成 し た 画 像 を 真 値 と し ， 各 種 画 像 デ ー タ の 形 態 精 度 を 検 討 し た 。 そ し て ， DICOM デ ー タ と STL デ ー タ の 画 像 重 ね 合 わ せ 法 を 検 討 し ， 精 度 の 高 い 歯 列 画 像 を 有 す 三 次 元 モ デ ル の 再 構 成 を 試 み た 。 研 究 方 法 と し
3 て ， 歯 ， 骨 組 織 ， 軟 組 織 の CT 値 に 近 似 し た 試 験 片 を 作 製 し ， MDCT や 非 接 触 型 三 次 元 レ ー ザ 計 測 器 （ 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ ） よ り 得 ら れ た 画 像 デ ー タ と 真 値 を 比 較 し 形 態 精 度 を 検 証 し た 。 さ ら に 各 々 の 試 験 片 の DICOM デ ー タ の 最 適 な ウ イ ン ド ウ レ ベ ル (WL)を 真 値 と の 比 較 に よ り 検 討 し た 。 最 適 な 重 ね 合 わ せ 法 の 検 証 は ， 画 像 表 面 に 任 意 に リ フ ァ レ ン ス ポ イ ン ト （ RP） を 設 定 す る ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 と ， 画 像 表 面 全 体 に RP を 設 定 す る サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 の 精 度 を 比 較 し 検 討 を 行 っ た 。 重 ね 合 わ せ に は Iterative closest point (ICP） 法 を 用 い た 。 最 適 な WL に て 再 構 成 し た ヒ ト 乾 燥 下 顎 骨 の DICOM デ ー タ と 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ に よ る STL デ ー タ を ， 実 験 １ で 求 め た 最 適 な 重 ね 合 わ せ 方 法 に よ り ， 歯 列 部 に RP を 設 定 し 画 像 重 ね 合 わ せ を 行 い ， 統 合 精 度 の 検 証 を 行 っ た 。 さ ら に 患 者 の DICOM デ ー タ と 歯 列 模 型 の STL デ ー タ を 用 い ， 口 蓋 粘 膜 表 面 に RP を 設 定 し ， 最 適 な WL， 最 適 な 重 ね 合 わ せ 法 を 用 い て 画 像 統 合 し ， そ の 統 合 精 度 を 検 証 し た 。 結 果 と し て ， STL デ ー タ の 形 態 精 度 は 真 値 と 比 較 し ±40μm と 精 度 が 高 か っ た 。 ま た ， DICOM デ ー タ よ り 画 像 を 再 構 成 す る 際 の WL は 試 験 片 の CT 値 に よ り 大 き く 異 な り ， 物 性 の 違 い に 応 じ た 最 適 な WL の 選 択 に よ り ， 形 態 精 度 は 向 上 し た 。 一 方 ， 重 ね 合 わ せ 精 度 は ， ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 よ り ， サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 が 著 し く 高 か っ た 。 乾 燥 下 顎 骨 で は ， 最 適 な WL， サ
4 ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 を 用 い る こ と で ， RP を 設 定 し た 歯 列 部 で ±155μm， RP 設 定 領 域 外 の 骨 表 面 に お い て も ±270μm の 精 度 で 統 合 が 可 能 で あ っ た 。 患 者 試 料 を 用 い ， 軟 組 織 の 最 適 な WL に て 再 構 成 し た 口 蓋 粘 膜 形 態 画 像 を 用 い 重 ね 合 わ せ を 行 な う こ と で ， 歯 列 部 に お け る 画 像 統 合 精 度 は ±270μm と な っ た 。 考 察 と し て ， 最 適 な 統 合 条 件 下 に お け る 口 蓋 粘 膜 形 態 を 用 い た 画 像 統 合 法 に よ り ， 上 下 顎 の 歯 の 咬 合 接 触 を 再 現 し た 精 度 の 高 い 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 が 可 能 と な っ た 。
5 Abstract
Many congenital and jaw deformity patients exhibit craniofacial deformity. Since
precise examination is essential for these cases, three-dimensional (3D) simulation
models of craniofacial structure reconstructed from multi-detector computed tomography
(MDCT) are frequently used. However, oral orthodontic appliances and the occlusion of
upper and lower teeth make reproduction of the exact tooth shape difficult. Thus, trials
are underway to generate 3D models in which the dentition reconstructed from digital
imaging and communications in medicine (DICOM) data is replaced by laser-scanned
images. However, the integration accuracy and the optimum conditions for integration of
MDCT and laser-scanned images are not known. Examining these points, a 3D model of
craniofacial structure with accurate dentition was reconstructed in this study.
As materials, test pieces having CT values comparable to those of enamel, bone tissue
and soft tissue were prepared. DICOM data and stereolithography (STL) data obtained
from a 3D non-contact laser scanner were compared with data from an industrial μCT
(true values). The optimum WLs of test pieces were determined by comparison with these
true values. The integration accuracy was examined both by point and surface-based
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The different WLs showed a wide variation in images of test pieces reconstructed from
DICOM data, indicating that the optimum WL is an important factor for accuracy. Using
each optimum WLs, test pieces of tooth, and soft and bone tissues showed a high accuracy
with a difference from the true value of less than 75 μm. The difference between images
from STL data and the true value was also less than 43 μm. The surface based registration
was more reliable than the point-based registration at superimposition. In images utilizing
the optimum WL and the surface based registration, the superimposition accuracy
between DICOM and STL data of the dry mandible was 148 and 279 μm at the dentition
and at the bone surface, respectively. The accuracy of the patient’s craniofacial structure
was within 245 μm in the whole dentition. The present study demonstrates that highly
accurate craniofacial 3D images with tooth contact can be generated by optimizing
7 緒 言 不 正 咬 合 を 有 す る 先 天 性 疾 患 や ， 顎 変 形 症 の 患 者 は 複 雑 な 顎 顔 面 形 態 の 変 形 を 伴 う こ と が 多 い 。 こ の よ う な 顎 顔 面 形 態 の 異 常 を 持 つ 患 者 に 対 す る 顎 矯 正 手 術 は ， 近 年 の 術 式 の 改 良 や 新 し い 技 術 導 入 に よ り 1 - 4 ）， そ の 手 術 成 績 が 向 上 し て い る 。 顎 矯 正 手 術 に 際 し て ， 術 前 に 行 わ れ る 手 術 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と し て ， 頭 部 X 線 規 格 写 真 の ト レ ー ス 図 を 用 い た cephalometric prediction や 歯 列 模 型 を 用 い た model surgery が 多 く 行 わ れ て き た 5 )。 し か し な が ら ， cephalometric prediction は ， 三 次 元 的 に 複 雑 な 顎 顔 面 頭 蓋 の ロ ー ル ， ピ ッ チ ， ヨ ウ を 含 む ６ 自 由 度 を 基 に し た 移 動 に 際 し て ， 二 次 元 情 報 だ け に よ り 術 後 予 測 を 行 う も の で あ る 6 )。 ま た ， model surgery で は ， 作 業 が 煩 雑 で テ ク ニ カ ル エ ラ ー が 生 じ や す い と い う こ と や ， 得 ら れ る 情 報 が 歯 列 模 型 上 の 領 域 に 限 定 さ れ る た め ， 近 位 ・ 遠 位 骨 片 間 の 干 渉 や 術 後 の 顎 顔 面 骨 格 の 対 称 性 を 評 価 す る こ と が で き な い と い う 欠 点 が あ る 7 ）。 近 年 ， 三 次 元 的 な 検 査 法 と し て ， multi-detector computed tomography （ MDCT ）8 ）が 広 く 用 い ら れ て い る 。 CT は 1973 年 に Hounsfield 9 ）に よ り 開 発 さ れ ， 開 発 当 初 は ， シ ン グ ル ス ラ イ ス CT に よ る 撮 影 が 頭 部 で 約 4 分 と い う 長 い 撮 影 時 間 を 要 し ， ス ラ イ ス 厚 が 10 ㎜ と 厚 い た め ， 形 態 精 度 の 低 い 画 像 し か 得 ら れ な か っ た 。 そ の 後 ， マ ル チ ス ラ イ ス CT の 開 発 や X 線 検 出 器 数 の 増 加 に よ り 撮 影 時 間 が 短 縮 さ れ ， 画 像 の 解 像 度 が 向 上 し た 。 現 在 は ， Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM) デ ー タ と し て 各 種 モ ダ リ テ ィ ー あ る い は 画 像 解 析 シ ス テ ム と の 共 有 が 可 能 と な り ， 三 次 元 画 像 の 再 構 成 ， 顎 矯 正 手 術 に お け る 術 後 の シ ミ ュ レ
8 ー シ ョ ン と し て 広 く 利 用 さ れ て い る 1 0 - 1 2 ）。 特 に MDCT は ， 対 軸 方 向 の 連 続 デ ー タ が 得 ら れ る こ と か ら ， 三 次 元 的 に 複 雑 な 顎 顔 面 頭 蓋 や 骨 片 移 動 が 必 要 な 症 例 に お い て 有 用 性 が 高 く 1 1 , 1 2 ) ， 近 年 は 様 々 な ソ フ ト ウ ェ ア の 開 発 に よ っ て ， 術 前 か ら 骨 切 り 部 位 や 骨 片 の 移 動 量 を 把 握 す る こ と も で き ， い く つ か 研 究 成 果 が 報 告 さ れ て い る 1 3 , 1 4 ）。 し か し な が ら ， 顎 顔 面 頭 蓋 を 対 象 と し た CT 撮 影 に よ り 得 ら れ る DICOM デ ー タ は ， 咬 合 接 触 部 位 が 一 塊 と な っ て 抽 出 さ れ る こ と に よ り ， 歯 冠 咬 合 面 形 態 の 再 現 が 困 難 で あ る 。 ま た ， ブ ラ ケ ッ ト な ど の 矯 正 装 置 や 補 綴 装 置 の 装 着 に よ っ て 生 じ る ア ー チ フ ァ ク ト に よ り ， 歯 面 形 態 が 正 確 に 再 現 で き な い と い っ た 問 題 点 が あ る 1 4 ）。 こ の よ う な 問 題 点 を 解 決 す る た め に ， 顎 顔 面 頭 蓋 の DICOM デ ー タ の 歯 列 領 域 を レ ー ザ ス キ ャ ン に よ り 採 得 さ れ た 画 像 で 置 換 し ， 両 画 像 の 統 合 に よ り 形 態 精 度 の 向 上 を 図 っ て い る 1 4 - 1 9 ）。 こ の よ う な 三 次 元 画 像 に は 画 像 の 形 態 精 度 ， 再 構 成 を 行 う 際 の 最 適 な 条 件 等 の 不 明 な 点 が あ る 。 そ の 一 つ で あ る DICOM デ ー タ よ り 画 像 を 再 構 成 す る 際 の 画 像 形 態 の 精 度 に 影 響 す る と 考 え ら れ る window level（ WL） ， window width (WW)2 0 , 2 1 ）に 関 し て も 検 討 が 十
分 で は な い 。 さ ら に ， 両 画 像 の 重 ね 合 わ せ 法 に 関 し て ， 過 去 に い く つ か の 手 法 が 報 告 さ れ て い る も の の 1 4 , 2 2 - 2 5 ）， CT 撮 影 を 複 数 回 行 わ
な け れ ば な ら な い 方 法 2 3 ）や ， マ ー カ ー 付 き ス プ リ ン ト の 作 製 が 事
前 に 必 要 と な る 方 法 1 4 ）な ど ， い ず れ も 簡 便 と は 言 い 難 い 。
近 年 ， 前 述 し た ス プ リ ン ト 作 製 と い っ た 煩 雑 な 準 備 が 不 要 で ， 高 精 度 の 重 ね 合 わ せ 法 を 可 能 と す る Iterative Closest Point （ ICP） 法 2 6 , 2 7 ）が 注 目 さ れ て い る 。 ICP 法 に は リ フ ァ レ ン ス ポ イ ン ト （ RP）
9 ね 合 わ せ 法 （ point-based registration） ， 画 像 の サ ー フ ェ ス 全 体 を RP と し て 設 定 す る サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 （ surface-based registration）2 6 ） が あ る 。 本 研 究 で は ， 歯 列 模 型 の 三 次 元 画 像 と し て ， レ ー ザ ス キ ャ ン に よ り 得 ら れ た stereolithography （ STL） デ ー タ を 用 い た 。 そ し て ， 画 像 統 合 に お け る 様 々 な 最 適 条 件 を 明 ら か に す る た め に ， 1 ） 取 得 し た DICOM デ ー タ と STL デ ー タ よ り 再 構 成 し た 三 次 元 画 像 の 形 態 誤 差 の 検 証 ， ２ ） 顎 顔 面 頭 蓋 を 構 成 す る 様 々 な 組 織 の 最 適 な WL の 検 討 ， ３ ） DICOM デ ー タ と STL デ ー タ の 最 適 な 重 ね 合 わ せ 方 法 を 検 討 し た 。 さ ら に こ れ ら の 検 討 結 果 を も と に ， DICOM デ ー タ と STL デ ー タ の 画 像 統 合 精 度 が 200μm 前 後 と 顎 矯 正 手 術 に お い て 臨 床 応 用 可 能 な 2 5 ） ， 精 度 の 高 い 歯 列 画 像 を 含 む 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 を 試 み た 。
10 研 究 方 法 研 究 方 法 は ， 実 験 Ⅰ － Ⅳ よ り 構 成 さ れ る 。 実 験 Ⅰ で は ， 様 々 な 組 織 の 最 適 な WL と 試 験 モ デ ル の 三 次 元 画 像 形 態 の 検 討 を 行 っ た 。 実 験 Ⅱ で は ， 三 次 元 画 像 の 統 合 に お け る 重 ね 合 わ せ 法 を 検 討 し た 。 実 験 Ⅲ で は ， ヒ ト 乾 燥 下 顎 骨 の 三 次 元 画 像 を 再 構 成 し た 。 最 後 に 実 験 Ⅳ で は ， 顎 顔 面 頭 蓋 の DICOM デ ー タ を 用 い て ， 上 顎 歯 列 部 を STL デ ー タ で 置 換 し た 三 次 元 画 像 を 再 構 成 し た （ Fig. 1） 。 ま た ， 本 研 究 は 明 海 大 学 歯 学 部 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 得 て 実 施 さ れ た （ 承 認 番 号 A1315） 。 実 験 Ⅰ ： 歯 ， 皮 質 骨 ， 歯 肉 口 蓋 粘 膜 の 最 適 な WL と 試 験 モ デ ル の 三 次 元 画 像 形 態 の 検 討 1） 試 料 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 を 再 構 成 す る 上 で ， 歯 ， 皮 質 骨 ， 歯 肉 • 口 蓋 粘 膜 の CT 値 に 近 似 し た 試 験 モ デ ル を 作 製 し ， そ の 形 態 的 な 誤 差 を 検 証 し た 。 試 験 モ デ ル と し て ， エ ナ メ ル 質 の CT 値 は 2,000HU 以 上 と 非 常 に 高 く 2 8 ）， 代 替 材 料 に よ る 試 験 モ デ ル の 作 製 が 困 難 で あ っ た た め ， 歯 の 試 験 モ デ ル と し て ヒ ト 抜 去 歯 を 使 用 し た 。 歯 種 と し て ， エ ナ メ ル 質 の 厚 さ が 唇 舌 的 ・ 近 遠 心 的 に 比 較 的 均 一 な 上 顎 中 切 歯 2 9 ， 3 0 ）を 用 い た 。 皮 質 骨 の 試 験 モ デ ル （ 骨 フ ァ ン ト ム ） と し て ， タ フ ボ ー ン フ ァ ン ト ム BE-H（ 京 都 科 学 ， 京 都 ） を 用 い た 。 歯 肉 •口 蓋 粘 膜 の 試 験 モ デ ル （ 軟 組 織 フ ァ ン ト ム ） と し て ， タ フ ウ ォ ー タ ー フ ァ ン ト ム WD （ 京 都 科 学 ， 京 都 ） を 用 い た 。 骨 フ ァ ン ト ム と 軟 組 織 フ ァ ン ト ム は ， 長 方 形 の 底 面 を 持 つ 錐 台 形 と し て 作 製 し ， 上 底 を
11 幅 6 ㎜ と 長 さ 16 ㎜ ， 下 底 を 幅 8 ㎜ と 長 さ 20 ㎜ ， 高 さ を 7 ㎜ と し ， ア ン ダ ー カ ッ ト の な い 形 態 と し た （ Fig. 2） 。 2） 各 試 験 モ デ ル の 三 次 元 画 像 デ ー タ の 取 得 μ CT（ METROTOM800, Germany） に よ り ， 各 試 験 モ デ ル を 撮 影 し た 。 撮 影 条 件 は 管 電 圧 と 管 電 流 は 各 々 130kv と 61mA に て 行 っ た 。 本 μ CT の 空 間 分 解 能 は ， 4μm と 極 め て 小 さ い こ と が 知 ら れ て い る 3 1 ）。 そ こ で 本 研 究 で は ， μ CT で 得 ら れ た 計 測 結 果 を 真 値 と し て 用 い た 。 各 試 験 モ デ ル の 撮 影 は ， 明 海 大 学 付 属 明 海 大 学 病 院 の MDCT （ SOMATOM Emotion6, SIEMENS, Germany） に よ り 行 っ た 。 撮 影 は ， 試 験 モ デ ル を 水 中 に 浸 漬 し ， 管 電 圧 と 管 電 流 は 各 々 130 kV と 60mAs， 再 構 成 ス ラ イ ス 厚 と 再 構 成 ス ラ イ ス 間 隔 は 各 々 1.25 ㎜ と 0.6 ㎜ の 条 件 で 行 っ た 。 各 試 験 モ デ ル の STL デ ー タ の 取 得 は ， 非 接 触 型 三 次 元 計 測 器 で あ る 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ （ R-700, 3Shape, Denmark） に よ り 行 っ た 。 3） 三 次 元 画 像 の 再 構 成 取 得 し た DICOM デ ー タ と STL デ ー タ の 三 次 元 画 像 の 再 構 成 は ， 三 次 元 画 像 解 析 ソ フ ト （ Qualify, Geomagic, USA） を 用 い た 。 DICOM デ ー タ を 用 い た 三 次 元 画 像 の 再 構 成 は ， 関 心 領 域 （ region of interest, ROI） と し て 設 定 し た 試 験 モ デ ル の CT 値 を WL と し て 用 い た 。 た だ し ， 上 顎 中 切 歯 は エ ナ メ ル 質 の み に ROI を 設 定 し ， CT 値 を 計 測 し た 。 使 用 し た 三 次 元 画 像 解 析 ソ フ ト は ， 複 数 の フ ァ イ ル 形 式 の 異 な っ た デ ー タ を 解 析 す る こ と が 可 能 で あ り ， 画 像 の 重 ね 合 わ せ 精 度 の 評
12 価 ， 複 数 の デ ー タ 間 の ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 の 算 出 ， 形 態 精 度 の 評 価 が 可 能 で あ る 。 4） 各 種 組 織 の 最 適 な WL を 用 い た DICOM デ ー タ よ り 再 構 成 し た 三 次 元 画 像 の 形 態 誤 差 各 試 験 モ デ ル の 真 値 と ， WL を 変 化 さ せ て 再 構 成 し た DICOM デ ー タ の 画 像 を ICP 法 に よ り 画 像 重 ね 合 わ せ を 行 っ た 。 こ の 重 ね 合 わ せ の 結 果 ， 最 も 形 態 誤 差 が 小 さ い WL を 歯 ， 皮 質 骨 ， 歯 肉 ・ 口 蓋 粘 膜 の 最 適 な WL と し ， 最 適 な WL に お け る 形 態 誤 差 を DICOM デ ー タ の 画 像 形 態 誤 差 と し た 。 形 態 誤 差 は ， ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 と ， ポ リ ゴ ン 位 置 を 三 次 元 的 に カ ラ ー マ ッ プ 上 で 比 較 す る こ と に よ り 評 価 し た 3 2 ）。 5） STL デ ー タ よ り 再 構 成 し た 三 次 元 画 像 の 形 態 誤 差 の 検 討 μ CT に よ り 得 ら れ た 各 試 験 モ デ ル の 真 値 と ， 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ に よ り 得 ら れ た STL デ ー タ を ， 実 験 Ⅰ － 4） と 同 様 の 方 法 で 重 ね 合 わ せ ， ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 と ポ リ ゴ ン 位 置 を 三 次 元 的 に カ ラ ー マ ッ プ 上 で 比 較 す る こ と に よ り 形 態 誤 差 を 評 価 し た 。 実 験 Ⅱ ： 画 像 統 合 に お け る 重 ね 合 わ せ 法 の 検 討 以 下 の 実 験 Ⅲ で は 乾 燥 下 顎 骨 ， 実 験 Ⅳ で は 実 際 の 患 者 よ り 取 得 し た DICOM デ ー タ と 歯 列 石 膏 模 型 の STL デ ー タ を 重 ね 合 わ せ ， 画 像 統 合 精 度 を 検 証 す る 。 そ の 際 に 用 い る 最 適 な 重 ね 合 わ せ 法 の 検 討 は ， 正 常 歯 列 を 有 す 上 顎 歯 列 エ ポ キ シ 模 型 （ ア ソ イ ン タ ー ナ シ ョ ナ ル ，
13 東 京 ） を 用 い 行 っ た 。 前 述 し た 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ に よ り こ の エ ポ キ シ 模 型 を レ ー ザ ス キ ャ ン し ， 得 ら れ た STL デ ー タ を 用 い て ， 同 一 の 三 次 元 画 像 を 2 つ 構 築 し た 。 こ れ ら ２ つ の 画 像 を ， ICP 法 に よ る ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ ， あ る い は サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ を 行 い ， 各 重 ね 合 わ せ 方 法 の 精 度 を 比 較 し た 。 ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 で は ， ⅰ ） 上 顎 歯 列 に 任 意 に リ フ ァ レ ン ス ポ イ ン ト （ RP） を 3 点 設 定 し ， そ の 設 定 範 囲 を 変 化 さ せ た 場 合 の 精 度 （ Fig. 3A） , ⅱ ） 歯 列 に 任 意 に RP を 設 定 し ， 一 定 範 囲 内 の RP 数 を 増 減 さ せ た 場 合 の 精 度 （ Fig. 3B） を 検 討 し た 。 サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 で は ， ⅲ ） 歯 列 部 に RP を 設 定 し た 場 合 の 精 度 （ Fig. 3C） ， ⅳ ） 口 蓋 粘 膜 に RP を 設 定 し た 場 合 の 精 度 （ Fig. 3D） を 検 討 し た 。 上 記 の 検 討 を 同 一 評 価 者 が 計 10 回 ， 5 名 の 異 な る 評 価 者 が 計 10 回 ず つ 行 い ， そ の 平 均 と 標 準 偏 差 を 求 め た 。 平 均 値 の 差 の 検 定 に は IBM SPSS Statistics Ver.19 for Windows を 用 い ， one way analysis of variance (one-way ANOVA)を 行 っ た 。 な お ， 有 意 水 準 は 5％ と し た 。 実 験 Ⅲ ： ヒ ト 乾 燥 下 顎 骨 の 三 次 元 画 像 の 再 構 成 実 験 Ⅰ － 2） と 同 じ 条 件 で ， Hellman の 歯 齢 Ⅲ A 期 （ 第 一 大 臼 歯 萌 出 完 了 期 ） に あ る ヒ ト 乾 燥 下 顎 骨 の DICOM デ ー タ と STL デ ー タ を ， 各 々 MDCT と 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ で 取 得 し た 。 DICOM デ ー タ の 三 次 元 画 像 の 再 構 成 は ， 実 験 Ⅰ で 求 め た 歯 と 皮 質 骨 の 最 適 な WL を 基 に ， 歯 列 領 域 と 骨 体 領 域 を 各 々 別 個 に 行 っ た 。 乾 燥 下 顎 骨 の DICOM デ ー タ
14 と STL デ ー タ の 2 種 の 画 像 デ ー タ の 重 ね 合 わ せ は ， 歯 冠 表 面 に RP を 設 定 し ， 実 験 Ⅰ で 検 討 し た 結 果 を 参 考 に 行 っ た 。 実 験 Ⅳ ： 上 顎 歯 列 部 を STL デ ー タ で 置 換 し た DICOM デ ー タ に よ る 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 1） 印 象 採 得 と 石 膏 模 型 作 製 に 伴 う 形 態 精 度 の 低 下 の 検 討 実 験 Ⅱ で 用 い た 上 顎 歯 列 の エ ポ キ シ 模 型 を ， ア ル ジ ネ ー ト 印 象 材 （ ア ル グ レ ス ， 睦 化 学 工 業 株 式 会 社 ， 三 重 ） に よ り 印 象 採 得 し た 。 印 象 採 得 は ， 毎 回 同 一 サ イ ズ の 金 属 ト レ ー （ Extend-O○R ， TP Orthodontic Japan, 東 京 ） を 用 い て ， 混 水 比 （ W/P） 2.35 の 印 象 材 で ， 通 法 ど お り 5 回 行 な っ た 。 模 型 材 は 模 型 用 硬 質 石 膏 （ ノ リ タ ケ ス ト ン Ex， ク ラ レ ノ リ タ ケ デ ン タ ル 株 式 会 社 ， 大 阪 ） を 印 象 面 に 注 入 し ， 石 膏 硬 化 後 24 時 間 以 上 経 過 さ せ 作 製 し た 。 こ の よ う に し て 作 製 さ れ た 5 個 の 上 顎 歯 列 の 石 膏 模 型 を 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ で ス キ ャ ン し て 取 得 し た STL デ ー タ と ， エ ポ キ シ 模 型 を 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ で 直 接 ス キ ャ ン し て 取 得 し た STL デ ー タ を ICP 法 に よ り 重 ね 合 わ せ る こ と に よ り ， エ ポ キ シ 模 型 と 5 つ の 石 膏 模 型 の 形 態 誤 差 の 平 均 と 標 準 偏 差 を 求 め ， 印 象 採 得 と 石 膏 模 型 作 製 に 伴 う 形 態 精 度 の 低 下 を 検 討 し た 。 2） 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 明 海 大 学 病 院 矯 正 歯 科 を 受 診 し 顎 変 形 症 と 診 断 さ れ た 14 歳 女 性 の 顎 顔 面 頭 蓋 の DICOM デ ー タ と ， 上 顎 歯 列 の 石 膏 模 型 の STL デ ー タ を 資 料 と し て 用 い た 。 CT 撮 影 の 際 ， 舌 が 口 蓋 粘 膜 に 接 触 す る の を 防 止 す る た め ， ワ ッ ク ス バ イ ト を 咬 合 し た 状 態 で 撮 影 し た 。
15 顎 顔 面 頭 蓋 DICOM デ ー タ の 取 得 は ， 各 々 MDCT と 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ に よ り 実 験 Ⅰ と 同 条 件 で 行 っ た 。 DICOM デ ー タ よ り 口 蓋 粘 膜 形 態 を 再 構 成 す る 際 ， 実 験 Ⅰ で 検 討 し た 軟 組 織 の 最 適 な WL を も と に 行 っ た 。 上 顎 歯 列 の 印 象 採 得 は ， 上 記 実 験 Ⅳ -1 ） と 同 様 に ， 混 水 比 （ W/P ） 2.35 の ア ル ジ ネ ー ト 印 象 材 （ ア ル グ レ ス ， 睦 化 学 工 業 株 式 会 社 ， 三 重 ） を 用 い て ， 金 属 ト レ ー （ Extend-O○R ， 東 京 ） に よ り 通 法 ど お り 行 な っ た 。 歯 列 模 型 は 模 型 用 硬 石 膏 （ ノ リ タ ケ ス ト ン Ex ） を 用 い て 石 膏 硬 化 後 24 時 間 以 上 経 過 さ せ 作 製 し た 。 完 成 し た 上 顎 歯 列 の 石 膏 模 型 を 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ で レ ー ザ ス キ ャ ン し ， STL デ ー タ を 採 得 し た 。 DICOM デ ー タ と STL デ ー タ の 2 種 の 画 像 デ ー タ の 重 ね 合 わ せ は ， 実 験 Ⅰ で 検 討 し た 結 果 を 参 考 に 行 っ た 。 な お ， 重 ね 合 わ せ 部 位 と し て ， 歯 冠 表 面 と 口 蓋 粘 膜 に RP を 設 定 し ， 歯 列 部 に お け る 重 ね 合 わ せ 精 度 を 検 証 し ， 2 つ の 方 法 を 比 較 し た 。
16 結 果 実 験 Ⅰ ： 各 種 組 織 の 最 適 な WL と 試 験 モ デ ル の 三 次 元 画 像 形 態 の 検 討 1） 試 験 モ デ ル の WL の 最 適 化 と DICOM デ ー タ よ り 再 構 成 さ れ た 三 次 元 画 像 の 形 態 誤 差 μ CT を 用 い て ， MDCT で 採 得 し た 種 々 の 組 織 の DICOM デ ー タ の 最 適 な WL を 検 討 し た 。 歯 に お け る μ CT と MDCT の 三 次 元 画 像 上 の ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 は ， WL が 1,400HU と 1,500HU で 75μm と 最 小 値 と な っ た （ Fig. 4A） 。 さ ら に カ ラ ー マ ッ プ の 評 価 を 加 え ， 1,500HU を 歯 の 最 適 な WL と し た 。 次 に ， 骨 フ ァ ン ト ム を 用 い て 最 適 な WL を 検 討 し た 結 果 ， WL 400HU で ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 が 64μm と 最 小 に な っ た （ Fig. 4B） 。 カ ラ ー マ ッ プ の 評 価 に お い て も WL が 400HU で 最 も 誤 差 が 小 さ く ， 400HU を 皮 質 骨 の 最 適 な WL と し た 。 最 後 に ， 軟 組 織 フ ァ ン ト ム を 用 い て 最 適 な WL を 検 討 し た 結 果 ， WL -500HU で ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 が 54μm と 最 小 に な っ た （ Fig. 4C） 。 カ ラ ー マ ッ プ の 評 価 に お い て も WL -500HU で 最 も 誤 差 が 小 さ い と 考 え ら れ ， -500HU を 歯 肉 •口 蓋 粘 膜 の 最 適 な WL と し た 。 2） STL デ ー タ よ り 再 構 成 さ れ た 三 次 元 画 像 の 形 態 誤 差 各 試 験 モ デ ル に お け る μ CT と STL デ ー タ に よ る 三 次 元 画 像 上 の ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 は ， 歯 ， 骨 フ ァ ン ト ム ， 軟 組 織 フ ァ ン ト ム で ， 各 々 28μm， 43μm， 42μm で あ っ た （ Fig. 5） 。 こ れ ら の 誤 差 は カ ラ ー マ ッ プ 上 に お い て も ， 約 40μm で あ っ た 。 骨 と 軟 組 織 フ ァ ン ト
17 ム の 形 態 誤 差 は ほ ぼ 同 じ で ， 歯 は 骨 や 軟 組 織 フ ァ ン ト ム に 比 べ 約 65％ 形 態 誤 差 は 小 さ か っ た 。 実 験 Ⅱ ： 画 像 統 合 に お け る 重 ね 合 わ せ 法 の 検 討 正 常 歯 列 を 有 す 上 顎 歯 列 エ ポ キ シ 模 型 を 用 い て ， 三 次 元 画 像 の 統 合 に お け る 様 々 な 重 ね 合 わ せ 法 の 精 度 に つ い て 検 討 を 行 っ た 。 同 一 評 価 者 に お い て ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 で は ， ま ず RP 数 を 3 点 と し て ， RP の 設 定 範 囲 を 変 化 さ せ た （ Fig. 6A） 。 そ の 結 果 ， 重 ね 合 わ せ 精 度 は ， Fig. 3 で 示 し た area④ に RP を 設 定 す る と 195.2 ±152.5μm と 最 も 精 度 が 高 く ， area① は 1,345.9±955.6μm と 最 も 精 度 が 低 か っ た 。 area ② ， area ③ ， area ⑤ ， area ⑥ で は ， 各 々 593.1 ± 340.0μm ， 264.8 ± 64.3μm ， 214.3 ± 85.8μm ， 222.9 ± 112.9μm と な っ た 。 こ の よ う に 設 定 範 囲 が 最 小 の area① が 最 も 精 度 が 低 く ， 設 定 範 囲 が 最 大 の area⑥ よ り も 範 囲 の 小 さ い area④ の 方 が 高 精 度 で あ っ た 。 次 に RP の 設 定 範 囲 を 一 定 に し て RP 数 を 増 加 さ せ た 結 果 ， そ の 精 度 は ， 3 点 が 最 も 高 精 度 で 178.8±6 2.2μm， 9 点 が 最 も 精 度 が 低 く 439.4±407.8μm で あ っ た （ Fig. 6B） 。 RP 数 が 4 点 ， 5 点 ， 6 点 ， 7 点 , 8 点 の 時 の 精 度 は ， 各 々 432.3±159.3μm， 355.9±174.4μm， 362.8±227.1μm， 196.6±107.2μm， 288.8±151.2μm で あ っ た 。 こ の よ う に RP が 3 点 と 7 点 の 時 の 精 度 は ， RP 数 が 4 点 ， 9 点 の 時 に 比 べ て 約 2 倍 高 か っ た 。 サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 で は ， 同 一 評 価 者 に お い て RP の 設 定 領 域 が 歯 列 部 と 口 蓋 粘 膜 部 で ， 重 ね 合 わ せ 精 度 は 各 々 6.68.5 ± μm と 9.0±8.5μm（ Fig. 6C） で あ っ た 。
18 次 に 5 名 の 評 価 者 間 の 差 に つ い て 検 討 し た （ Table 1） 。 ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 に お い て area④ に 3 点 の R P を 設 定 し た 場 合 の ， 5 名 の 評 価 者 の 平 均 精 度 は 246.4～ 568.7μm と な り ， 評 価 者 間 に 有 意 差 は な か っ た 。 次 に 設 定 範 囲 を 一 定 に し て RP を 3 点 設 定 す る と ， 5 名 の 評 価 者 の 平 均 精 度 は 170.4～ 336.9μm と な り ， 評 価 者 間 に 有 意 差 は な か っ た 。 サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 に 関 し て ， 歯 列 表 面 を RP と し た 5 名 の 平 均 精 度 は 4.3 ～ 8.5μm と な り ， 評 価 者 間 に 有 意 差 は な か っ た 。 口 蓋 粘 膜 表 面 を RP と し た 5 名 の 平 均 精 度 は 6.2～ 9.7μm と な り ， 評 価 者 間 に 有 意 差 は な か っ た 。 以 上 の 結 果 か ら ， ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 に 比 べ る と ， サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 は ， 著 し く 重 ね 合 わ せ 精 度 が 高 く ， 評 価 者 間 の 差 も 小 さ か っ た 。 ま た サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 に お け る RP 設 定 領 域 と し て ， 歯 列 と 口 蓋 粘 膜 を 比 べ る と ， 両 者 と も ほ ぼ 同 程 度 の 精 度 が 得 ら れ た 。 そ こ で 実 験 Ⅲ と Ⅳ で は ， こ れ ら 両 者 の 部 位 を 用 い た サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 を 用 い る こ と と し た 。 実 験 Ⅲ ： ヒ ト 乾 燥 下 顎 骨 を 用 い た 解 剖 学 的 形 態 を 用 い た 検 証 実 験 Ⅰ で 求 め た 歯 と 皮 質 骨 の 最 適 な WL を 用 い て ， MDCT に よ り 取 得 し た DICOM デ ー タ よ り ， 乾 燥 下 顎 骨 を 再 構 成 し た 。 歯 冠 表 面 に 面 状 に RP を 設 定 し サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ を 行 な っ た 結 果 ， ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 は 歯 列 部 と 皮 質 骨 部 で ， 各 々 148μm と 279μm で あ っ た （ Fig. 7B） 。 カ ラ ー マ ッ プ の 比 較 か ら も 歯 列 部 と 皮 質 骨 の 誤 差 平 均 は ， 各 々 約 155μm と 約 270μm で あ り ， 皮 質 骨 の 誤 差 は 歯 列 部 よ り 大 き か っ た （ Fig. 7A） 。
19 実 験 Ⅳ ： 患 者 の DICOM デ ー タ と STL デ ー タ の 口 蓋 粘 膜 形 態 を 利 用 し た 画 像 統 合 1） 印 象 採 得 と 石 膏 模 型 作 製 に 伴 う 形 態 精 度 の 低 下 の 検 討 上 顎 歯 列 エ ポ キ シ 模 型 の STL デ ー タ と ， 5 つ の 石 膏 模 型 の STL デ ー タ を ICP 法 に よ り 重 ね 合 わ せ た と こ ろ ， 石 膏 模 型 １ 〜 5 の ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 は ， 92μm， 99μm， 99μm， 95μm， 82μm で 平 均 と 標 準 偏 差 は 93.4±7.0μm で あ っ た （ Table 2） 。 2） 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 実 験 Ⅰ で 求 め た 歯 ， 皮 質 骨 ， 歯 肉 •口 蓋 粘 膜 の 最 適 な WL 値 を 用 い て ， MDCT に よ り 取 得 し た DICOM デ ー タ よ り 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 を 再 構 成 し ， そ の 上 顎 歯 列 を 石 膏 模 型 の STL デ ー タ で 置 換 し た 画 像 を 示 す （ Fig. 1） 。 歯 列 表 面 と 口 蓋 粘 膜 表 面 に RP を 設 定 し サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ を 行 う と ， ポ リ ゴ ン 位 置 の 誤 差 平 均 は 各 々 180μm と 245μm と な っ た （ Fig. 8C） 。 カ ラ ー マ ッ プ を 用 い た 検 討 に よ っ て も 同 程 度 の 評 価 が 得 ら れ た （ Fig. 8B） 。
20 考 察 こ れ ま で も ， 画 像 統 合 法 を 用 い た 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 方 法 は い く つ か 報 告 さ れ て お り ， そ の 臨 床 応 用 も 試 み ら れ て い る 1 4 , 1 8 , 1 9 , 2 2 - 2 5 )。 し か し な が ら ， こ れ ら の 手 法 は ， マ ー カ ー 付 ス プ リ ン ト 1 4 ）や ， CT 撮 影 が 複 数 回 必 要 と な る た め 2 3 ）， 煩 雑 な 作 業 や ， 患 者 へ の 負 担 が 必 要 で あ っ た 。 そ こ で 本 研 究 で は ， 患 者 よ り 直 接 1 回 撮 影 し た DICOM デ ー タ と STL デ ー タ を 用 い ， 最 適 な WL の 設 定 と ， 矯 正 装 置 に よ る ア ー チ フ ァ ク ト の 影 響 を 受 け に く い 口 蓋 粘 膜 形 態 を 利 用 し た ICP 法 に よ る サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ を 行 う こ と で ， 高 精 度 な 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 を 再 構 成 し た 。 1． 様 々 な 組 織 の 形 態 誤 差 に 与 え る WL の 影 響 種 々 の 組 織 の 最 適 な WL の 検 討 に あ た り ， 三 次 元 画 像 形 態 を 比 較 す る 際 の 真 値 と し て ， 測 定 誤 差 4.0μm の μ CT に よ る 測 定 値 を 用 い た 。 こ れ ま で も 様 々 な 画 像 の 形 態 精 度 検 証 に あ た り ， μ CT の 画 像 デ ー タ が 利 用 さ れ て き た 3 3 - 3 5 ）。 こ れ ら の 報 告 に お い て も μ CT の 測 定 誤 差 は 3.0～ 9.0μm と ， 本 実 験 と 同 程 度 で あ っ た 。 本 研 究 で 用 い た MDCT の 空 間 分 解 能 は 500μm で あ り 3 6 )， よ り 正 確 に 組 織 の 三 次 元 画 像 形 態 を 抽 出 す る 為 に は ， WL の 調 節 に よ り 画 像 形 態 の 補 正 を 行 う 必 要 が あ っ た 2 0 )。 そ こ で μ CT に よ り 取 得 し た 歯 ， 骨 ， 軟 組 織 フ ァ ン ト ム の 各 試 験 モ デ ル の 真 値 と ， さ ま ざ ま な WL に て 画 像 を 再 構 成 し た 各 試 験 モ デ ル の 三 次 元 画 像 形 態 を 比 較 し ， 各 々 の 組 織 の 最 適 な WL を 検 討 し た 。 歯 ， 骨 ， 軟 組 織 フ ァ ン ト ム の 最 適 な WL は 各 々 1,500HU， 400HU， -500HU と ， 組 織 間 で 大 き く 異 な り ， 複 数 の 組 織 で 同 じ WL を 用 い る こ と は 形 態 精 度 を 大 き く 低 下 さ せ る
21 原 因 に な る と 考 え ら れ た 。 こ の よ う な WL の 最 適 化 に よ り ， 画 像 形 態 誤 差 は 歯 ， 骨 ， 軟 組 織 で 各 々 75μm ， 64μm ， 54μm に 向 上 し た （ Fig. 4） 。 2． 形 態 精 度 に お け る 形 状 の 影 響 試 験 モ デ ル の 形 態 と し て ， 歯 は 骨 や 軟 組 織 フ ァ ン ト ム と は 異 な る 形 態 で あ っ た 。 歯 は 曲 面 の み か ら な る 形 態 ， 骨 と 軟 組 織 フ ァ ン ト ム は 6 つ の 平 面 か ら な る 直 線 的 な エ ッ ジ の 存 在 す る 形 態 で あ っ た 。 試 験 モ デ ル を 全 て 同 一 の 形 状 に す る こ と は ， エ ナ メ ル 質 の CT 値 が 2,000HU 以 上 の た め 困 難 で あ っ た 2 8 ）。 曲 面 の み の 形 態 か ら な る 歯 は ， 直 線 的 な エ ッ ジ が 存 在 す る 骨 ， 軟 組 織 フ ァ ン ト ム の 試 験 モ デ ル で は ， 歯 科 用 デ ジ タ イ ザ に て 取 得 し た STL デ ー タ の 三 次 元 画 像 形 態 の 精 度 評 価 に 影 響 が あ っ た こ と が 考 え ら れ る 。 す な わ ち ， 上 顎 中 切 歯 の 画 像 形 態 誤 差 は 28μm と ， 骨 や 軟 組 織 フ ァ ン ト ム の 43μm， 42μm に 比 べ ， 約 65％ 画 像 形 態 誤 差 が 小 さ か っ た （ Fig. 5） 。 STL デ ー タ は ポ リ ゴ ン の 集 合 体 で あ り ， エ ッ ジ の 頂 点 に ポ リ ゴ ン が 存 在 し な い と ， 形 状 を 正 確 に 再 現 で き な い と 考 え ら れ て い る 3 7 ）。 こ れ に 対 し て ， 明 ら か な エ ッ ジ を 持 た な い 歯 で は ， 形 態 誤 差 が 小 さ く な っ た と 考 え ら れ る 。 し か し な が ら ， そ の 差 は 数 十 μm 程 度 で あ り ， 精 度 に 及 ぼ す 影 響 は 小 さ い も の だ っ た と 考 え ら れ る 。 3． 本 研 究 の 画 像 統 合 に お け る 重 ね 合 わ せ 法 画 像 の 重 ね 合 わ せ 法 の 検 討 に お い て ， ICP 法 に よ る ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 と サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 を 様 々 な 条 件 に て 行 な
22 っ た 。 ま た ， 重 ね 合 わ せ 精 度 の 再 現 性 を 評 価 す る た め に ， 同 一 の 評 価 者 ， 異 な る 5 名 の 評 価 者 に よ る 検 討 を 各 々 計 10 回 行 な っ た 。 そ の 結 果 よ り ， ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 に 比 べ サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 は 30 倍 程 度 重 ね 合 わ せ 精 度 が 高 く ， 計 測 者 間 の 差 も 小 さ か っ た （ Fig. 6, Table 1） 。 サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 で は ， 選 択 し た 領 域 全 て の メ ッ シ ュ 構 造 を RP と す る た め ， 口 蓋 粘 膜 部 で 約 5 万 点 ， 歯 冠 部 で 約 8 万 点 の RP を 使 用 し た 。 こ の よ う に サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 は ， ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 に 比 べ は る か に 多 く の RP を 扱 い ， そ れ ら の RP 同 士 を 繰 り 返 し 計 算 に よ り 位 置 合 わ せ を 行 う こ と で ， 高 精 度 で 安 定 し た 重 ね 合 わ せ が 可 能 で あ る 2 6 ）。 そ の た め ， ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 に 比 べ 重 ね 合 わ せ 精 度 が 高 く ， 評 価 者 間 の 差 も 少 な か っ た と 考 え ら れ る 。 興 味 深 い 点 と し て ， ポ イ ン ト 画 像 重 ね 合 わ せ 法 で 3 つ の RP を 用 い た 場 合 ， 最 も 広 範 囲 の area⑥ よ り も 狭 い area④ の 方 が 評 価 者 内 の 精 度 が 高 か っ た 。 こ れ は ， area④ の RP の 設 定 部 位 と な る 上 顎 第 一 小 臼 歯 の 頬 側 咬 頭 は ， 他 の 歯 に 比 べ 鋭 角 的 な 形 で あ り 3 8 )， RP 設 定 部 位 と し て 再 現 性 が 高 か っ た た め と 考 え ら れ る 。 4.再 構 成 さ れ た 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 実 験 Ⅰ に て 検 討 し た 歯 冠 ， 骨 ， 軟 組 織 の 最 適 な WL ， 画 像 重 ね 合 わ せ 法 を 用 い て ， 実 験 Ⅲ に て ヒ ト 乾 燥 下 顎 骨 の 歯 列 部 形 態 を 用 い 重 ね 合 わ せ を 行 っ た 結 果 ， そ の 計 測 誤 差 は 歯 列 部 に お い て 148μm， 皮 質 骨 部 で は 279μm と な っ た （ Fig. 7） 。 こ の 結 果 は 試 験 モ デ ル を 用 い た 際 の 画 像 形 態 誤 差 に 比 べ 大 き な 差 を 生 じ た 。 そ の 理 由 と し て ，
23 実 験 Ⅰ の 試 験 モ デ ル で は ， 中 切 歯 一 歯 の み の 最 適 な WL を 基 に 行 っ た 検 討 で あ っ た の に 対 し ， 乾 燥 下 顎 骨 で は ， 多 く の 歯 種 が 存 在 す る た め ， 石 灰 化 度 や エ ナ メ ル 質 の 厚 さ も 異 な り ， 多 様 な WL が 存 在 す る 2 9 , 3 0 , 3 9 ）。 そ れ ら が 歯 列 部 や 皮 質 骨 の 画 像 重 ね 合 わ せ 精 度 に 影 響 を 与 え た と 考 え ら れ る 。 実 験 Ⅳ に お け る 患 者 資 料 を 用 い た 顎 顔 面 頭 蓋 で は ， 歯 列 部 表 面 と 口 蓋 粘 膜 表 面 を RP と し 重 ね 合 わ せ を 行 な っ た 結 果 ， 誤 差 は 各 々 180μm， 245μm と な っ た （ Fig. 8） 。 こ の 誤 差 は ， 患 者 資 料 も 乾 燥 下 顎 骨 と 同 様 に ， 多 歯 種 間 で 最 適 な WL が 異 な っ た た め と 考 え る 。 口 蓋 粘 膜 表 面 を RP と し た 画 像 重 ね 合 わ せ 法 の 結 果 が ， 歯 列 部 表 面 を RP と し た 手 法 に 比 べ 誤 差 が 大 き い 理 由 と し て ， 印 象 採 得 を 行 う 際 の 印 象 圧 に よ っ て 口 蓋 粘 膜 形 態 の 再 現 性 に 差 が 生 じ る こ と が 報 告 さ れ て い る 4 0 ）。 Table 2 の 結 果 に お い て も ， エ ポ キ シ 模 型 を 直 接 ス キ ャ ン し た 場 合 と ， ア ル ジ ネ ー ト 印 象 後 ， 石 膏 模 型 を 作 製 し た 場 合 の 精 度 に は ， 平 均 93.4±7.0μm の 差 が あ っ た 。 こ の よ う な 誤 差 を 最 小 限 に す る た め に は ， 今 後 ， シ リ コ ン 系 印 象 材 の 選 択 や ， 口 腔 内 ス キ ャ ナ に よ る 非 接 触 型 三 次 元 計 測 に よ る デ ジ タ ル 印 象 が 必 要 と 考 え ら れ る 。 5． 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 誤 差 本 研 究 で は ， 精 度 の 高 い 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 を 行 う 目 的 と し て ， DICOM デ ー タ よ り 画 像 再 構 成 す る 際 の 各 組 織 の 最 適 な WL の 検 討 ， ICP 法 に よ る サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 と ， 口 蓋 粘 膜 形 態 を 利 用 し た 顎 顔 面 頭 蓋 DICOM デ ー タ と 上 顎 歯 列 模 型 STL デ ー タ の 画 像 統 合 を 試 み た 。 そ の 結 果 ， 両 画 像 デ ー タ の 統 合 を 245μm の 誤
24 差 で 行 う こ と が 可 能 で あ っ た （ Fig. 8） 。 過 去 の 報 告 に お け る 画 像 統 合 法 お け る 統 合 精 度 は ， マ ー カ ー 付 バ イ ト プ レ ー ト を 用 い る 手 法 に よ り 1200μm 1 4 ） ， 前 額 部 や 鼻 柱 な ど の 軟 組 織 形 態 を 利 用 し た 手 法 に よ り 370μm 2 4 ）， マ ー カ ー 付 印 象 ト レ ー を 用 い た 手 法 に よ り 200μm 1 8 ）， で あ っ た 。 こ の よ う に 本 研 究 の 結 果 は ， 煩 雑 な 作 業 を 必 要 と せ ず に ， 先 行 研 究 と 同 精 度 で 画 像 統 合 が 行 な う こ と が 可 能 だ っ た と 評 価 で き る 。 一 方 で CT 撮 影 を 複 数 回 行 う こ と に よ り ， 135μm 2 2 ）の 精 度 で 統 合 可 能 だ っ た と 報 告 さ れ て い る が ， 被 ば く 線 量 の 増 加 を 考 え る と 臨 床 応 用 は 困 難 と 考 え ら れ た 。 STL デ ー タ を 用 い て CAD/CAM に よ り ， 顎 矯 正 手 術 で 使 用 す る サ ー ジ カ ル ス プ リ ン ト を 作 製 し た 過 去 の 報 告 で は ， ス プ リ ン ト の 精 度 は 240±230μm で あ り ， 従 来 用 い ら れ て き た サ ー ジ カ ル ス プ リ ン ト と 同 等 の 適 合 精 度 が 得 ら れ た と い う 報 告 や 4 1 ）。 手 術 時 に 実 際 に 使 用 し ， 有 用 性 が 高 か っ た と い う 報 告 も あ る 。 本 研 究 で 再 構 成 し た 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 は 非 常 に 高 精 度 で あ り ， サ ー ジ カ ル ス プ リ ン ト の 作 製 も 可 能 と な る た め ， 臨 床 応 用 を 行 な っ て い く 上 で も 有 用 で あ る と 考 え ら れ る 。
25 結 語 患 者 よ り 取 得 し た 顎 顔 面 頭 蓋 の DICOM デ ー タ と 上 顎 歯 列 模 型 の STL デ ー タ の 画 像 デ ー タ を 用 い ， 各 組 織 の 最 適 な WL の 設 定 と ， 口 蓋 粘 膜 形 態 を 利 用 し た ICP 法 に よ る サ ー フ ェ ス 画 像 重 ね 合 わ せ 法 を 用 い る こ と で ， 245μm の 誤 差 に て 高 精 度 な 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 の 再 構 成 が 可 能 で あ っ た 。 今 後 の 展 望 と し て ， 複 数 の 異 な る 患 者 デ ー タ を 用 い て も ， 本 研 究 の 結 果 と 同 様 な 統 合 精 度 が 得 ら れ る か の 検 証 と ， 本 手 法 に て 再 構 成 し た 三 次 元 顎 顔 面 頭 蓋 画 像 を 用 い ， CAD/CAM を 応 用 し た サ ー ジ カ ル ス プ リ ン ト の 作 製 を 検 討 し て い る 。
26 謝 辞 稿 を 終 え る に あ た り ， 本 研 究 の 機 会 を 与 え て 戴 き ， 終 始 御 指 導 と 御 鞭 撻 を 賜 り ま し た 明 海 大 学 大 学 院 歯 学 研 究 科 歯 学 専 攻 機 能 発 達 医 療 系 歯 科 矯 正 学 須 田 直 人 教 授 ， な ら び に 大 塚 雄 一 郎 講 師 に 深 甚 な る 謝 意 を 表 し ま す 。 ま た 論 文 審 査 に あ た り ， 御 指 導 御 校 閲 を 賜 り ま し た 本 学 大 学 院 歯 学 研 究 科 歯 学 専 攻 再 生 再 建 医 療 系 歯 科 放 射 線 学 奥 村 泰 彦 教 授 な ら び に 生 体 材 料 系 歯 科 材 料 学 中 嶌 裕 教 授 ， 再 生 再 建 医 療 系 補 綴 学 藤 澤 政 紀 教 授 に 厚 く 御 礼 申 し 上 げ ま す 。 な お ， 本 研 究 を 行 う に あ た り 種 々 の 御 理 解 ， 御 支 援 を 戴 き ま し た 歯 科 矯 正 学 分 野 な ら び に 歯 科 放 射 線 学 分 野 の 諸 先 生 方 に も ， 心 よ り 御 礼 申 し 上 げ ま す 。
27 文 献 1) 鈴 木 剛 史 ， 他 ： 東 京 医 科 歯 科 大 学 顔 面 矯 正 学 分 野 に お け る ３ ０ 年 間 の 顎 変 形 症 治 療 に 関 す る 検 討 ． 日 顎 変 形 誌 ， 20： 220—227， 2010． 2) 吉 岡 泉 ， 他 ： 宮 崎 大 学 医 学 部 付 属 病 院 歯 科 口 腔 外 科 に お け る 最 近 １ ０ 年 間 の 顎 矯 正 手 術 症 例 の 検 討 ． 日 顎 変 形 誌 ， 2 0 ： 292 − 296， 2010． 3) 新 真 紀 子 ， 他 ： 昭 和 大 学 歯 科 病 院 に お け る １ ０ 年 間 の 顎 変 形 症 治 療 に 関 す る 検 討 ． 日 顎 変 形 誌 ， 22： 264−269， 2012． 4) 成 田 亜 希 子 ， 他 ： 明 海 大 学 病 院 矯 正 歯 科 に お け る 過 去 １ ０ 年 間 の 顎 変 形 症 に 関 す る 統 計 的 検 討 ． 日 顎 変 形 誌 ， 23 ： 181 – 190 ， 2013．
5) Turvey, T., et al. ： Surgical−orthodontic treatment planning for simultaneous mobilization of the maxilla and mandible in the correction of dentofacial deformities. Oral Surg Oral Med Oral Pathol, 54 : 491−498, 1982.
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32 Figure legend
Fig. 1
Craniofacil DICOM image in which the dentition was replaced by STL data.
Fig. 2
The size of bone and soft tissue phantom. These phantom having CT values comparable to those of bone tissue and soft tissue were prepared.
Fig. 3
Reference points in point and surface-base registration. A: Point-based registration by three reference points marked in six different areas
B: Point-based registration by three to nine reference points C: Surface-based registration utilizing dentition (denoted by black)
D: Surface-base registration utilizing palatal mucosa (denoted by black)
Fig. 4
Optimum WLs in each tissue. Accuracy of images reconstructed by DICOM data. Each accuracy was represented distance between polygons shown in color images and bar graphs. Data of enamel (A), bone (B) and soft (C) tissues are shown.
33 Fig. 5
Accuracy of images reconstructed by STL data. Each accuracy was represented distance between polygons shown in color images and bar graphs.
Fig. 6
Integration accuracy between different integration methods using two identical 3D images of STL data.
A: Point-base registration by three reference points marked in six different areas.
B: Point-base registration by three to nine reference points C: Surface-base registration utilizing dentition and palatal mucosa.
The accuracy was measured at image integration by one examiner. Each accuracy was represented as the d istance between polygons in color images and bar graphs. Data are represented as Mean+SD in each bar graph.
Fig. 7
Integration accuracy between DICOM and STL data of the dry mandible. Each accuracy was represented as distance between polygons shown in color images (A) and bar graphs (B). Integration accuracy of dentition and alveolar bone are represented separately in the bar graph.
34 Fig. 8
Craniofacial 3D image and its image accuracy.
A and B : Integration accuracy superimposed at dentition and palatal mucosa. Each accuracy was represented as distance between polygons shown in color images(A) and the bar graph(B).
8㎜ 20㎜ 6㎜ 8㎜ 20㎜ 16㎜ 7㎜ 6㎜ 8㎜
Fig. 2
A
B
area① area② area③ area④ area⑤ area⑥ 1 2 3 4 5 6 7 8 9C
D
Point-based registration
Surface-based registration
Fig. 3
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
D
is
tan
ce
b
et
w
een
p
o
ly
g
o
n
(μm) (HU) （μm） -270 -155 -40 +40 +155 +270A. Tooth
B. Bone tissue
C. Soft tissue
WLs WLs WLs 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
D
is
tan
ce
b
et
w
een
p
o
ly
g
o
n
D
is
tan
ce
b
et
w
een
p
o
ly
g
o
n
(HU) (HU) (μm) (μm) 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 200 300 400 500 600 700 800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0(HU) (HU) (HU)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (μm)
D
is
tan
ce
b
et
w
een
p
o
ly
g
o
n
Tooth Bone tissue Soft tissue
-270 -155 -40 +40 +155 +270
Enamel Bone tissue Soft tissue
（μm）
area① area② area③
area④ area⑤ area⑥
3 points 4 points 5 points 6 points
7 points 8 points 9 points
Dentition Palatal mucosa
Superimposed at dentition Superimposed at palatal mucosa (μm) (μm) (μm) D ist ance bet w een pol y gon D ist ance bet w een pol y gon D ist ance bet w een pol y gon 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 500 1000 1500 2000 2500 0 500 1000 1500 2000 2500 -270 -155 -40 +40 +155 +270
Area Number of reference points
A
B
C
（μm）
0 40 80 120 160 200 240 280
Dentition Alveolar bone (μm) D ist ance bet w een pol y gon -270 -155 -40 +40 +155 +270 （μm）
A
B
Fig. 7
B
0 50 100 150 200 250 (μm) D ist ance bet w een pol y gonSuperimposed at dentition Superimposed at palatal mucosa
（μm） -270 -155 -40 +40 +155 +270
C
Superimposed at dentition Superimposed at palatal mucosaFig. 8
Table 1 Integration accuracy on different integration methods between different 5 examiners. examiner 1 2 3 4 5 P Point-based registration area④ 246.4±158.1 327.0±177.7 237.3±151.8 568.7±435.0 286.3±181.9 0.615 3 points 170.4±131.1 336.9±376.3 208.9±194.8 208.6±96.7 260.3±134.1 0.459 Surface-based registration dentition 4.3±3.8 4.6±3.8 7.8±5.3 4.9±4.4 8.5±7.1 0.21 palatal mucosa 9.7±6.7 6.2±9.2 8.2±7.9 9.6±5.2 7.7±5.3 0.79 area④ : Point-based registration by three points marked in area④ of Fig. 1A.
3 points : Point-based registration by three points(1, 2 and 3) shown in Fig. 1B. dentition : Surface-based registration at dentition shown in Fig. 1C.
palatal mucosa : Surface-based registration at palatal mucosa shown in Fig. 1D Distance between polygons are shown. Data are represented as Mean±SD.
Table 2 Integration accuracy between original epoxy models and plaster models.
Models Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 Model 5 mean±SD
Distance between polygon（μm） 92 99 99 95 82 93.4±7.0
