イデ・アイデア雑記ブログ 
  記事の上部テキストです 丈夫じゃないけど、、

2010年02月03日

矯正歯科ネット 相談室 返答追記

先日、矯正歯科ネット相談室を通じ
http://www.kyousei-shika.net/exec/consult.html

ご相談いただいた方への
http://idea88.sblo.jp/article/34939239.html
追加記載です。

掲載ページhttp://www.kyousei-shika.net/exec/consult_reply/-/4491.html


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あいさんへの追加報告

 こちらのブログにコメントをいただきました。ありがとうございます。
 貴重な意見となると思いますので、矯正歯科ネットー(相談室)にも反映していただくように依頼をしておきます。

さて、近年それなりに数多くのポータルサイトが立ち上がり、ボランティアでの相談という企画も多く見受けられます。実は、相談を受けてしまったが、自分はぜんぜん専門外だという方のお答えもあるようです。
 それはそれで、実は意味があって、その答えに満足いかない場合にはご自身の足で医院に相談に向かうきっかけとなってくれるのです。

 しかし、困るのは「質問を受けた・あまり知らないとは言いたくない」という意識で誤った知識をお渡ししてしまう場合です。
 
 今回の質問は「口腔外科の手術の後の問題」についてですが、矯正歯科の私が相談しています。言葉足らずな文章では気持ちがうまくつたわらず、「この人は矯正科なのに、外科のことをえらそうに答えているなあ」という印象かと心配しました。
 ですので、その意見のバックボーンとなる研究などについてここにメモします。

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<履歴・三次元研究>
 私は東京医科歯科大学歯学部を卒業した同年に、同大学の顎顔面矯正学講座の専攻生として入局しました。通常の歯科大学で言う「矯正科」なのですが、医科歯科の場合それが2つあるんです。私が入った講座では一般的な矯正はもちろん勉強しますが、特に口蓋裂などの先天的疾患を有している困難症例や顎変形症症例の治療に関する臨床研究を多く行なっていました。
 専攻生としては顎変形症グループに入れさせていただき、「三次元研究」のお手伝いをさせていただきました。

「三次元研究」の内容ですが、私が携わった範囲ですと
・歯列模型を精密にレーザースキャンして得られた点群データを基にCAD上での各種分析を行なうこと。
・顔面軟組織をスキャンして得られた点群データを基にCAD上での各種分析を行なうこと。
・CTスキャンから得られた三次元データを基にCAD上での各種分析を行なうこと。
・上記異なる3計測器のデータを統合し、一層高度に活用すること。
が主項目となります。

また、これらの研究は顎変形症の手術前後の分析に限ることではなく、一般症例や口蓋裂の治療時などにも広く適応して各種分析が行なわれております。これに関連し、一時期松本歯科大学の矯正科にも在籍させて頂きました。そして、大学退局後も個人的に研究を続けており、他の大学との共同発表もさせていただいております。

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ここからさき、あまりにも長く専門的ですので、一般の方でしたら無理に読まれなくて良いと思います。
ですが、もし興味を持ってこの場所にこられたメディカル関係者の方や機械工学系の方でしたらご一読ください。


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<顎変形症の変化予測>
顎変形症の手術ですが、矯正科が術前矯正を行い、それにあわせて口腔外科や形成外科で手術をしていただくのが基本となります。そのときの顎の動きですが、下顎だけを切るという場合には、下顎の移動位置は歯列によって決められてしまうので、治療計画は矯正治療計画によってほぼ決まってしまいます。

ということは、歯列の移動を分析し、それにあわせて骨が動いて、結果としてはその上のお肉の具合も変化していくということを緻密に分析すれば非常に正確な予測が出来るだろうということです。

歯列模型を用いて、奥歯の移動距離が右側△mm、左が◇mmという移動予定は一般的に手術前に外科医と相談しています。これは1次元的な数字です。左右対称な患者さんの顎を左右同じだけ切り下げているといっても、実際には顎の上下の動きや回転などがあるはずで、それは数字には表れていません。さらに、お顔が左右非対称な場合には骨きりの量も左右で異なり、下顎の骨は複雑に回転しながら三次元的に移動しており、それを奥歯の移動量の一次元の数字からイメージすることは困難でした。

そこで、歯列模型を精密にレーザースキャンしたデータをCADで分析します。
術前の模型情報と、手術後の咬合状態の両方をスキャンします。
上顎は同じ形ですが、下顎歯列の位置が変化しているデータになります。
その上で、下顎歯列の特徴点同士を設定し、演算することで下顎という塊がどのような軸で移動と回転をしたかがわかります。

次に、骨の三次元データをCTスキャンから得ます。
このCTスキャンは骨の情報と歯の情報(硬組織)、それにお顔の表情(軟組織)の情報も三次元的に得ることが出来るものですが、撮影条件によって歯列部分はあまり精密にはわかりません。歯の詰め物などが大きく影響しますし、もとより機械的精度がありません。
歯並びを精密に撮影しようと工夫する場合もありますが、その場合には顎を本来の位置からずらして、何かを咬ませたりしているので骨やお肉のデータとしては不適切になってしまいます。近年、デンタルCTの普及が進んでいて、その利用法として同じ日になんどもCTを撮影する活用方法が発表されていますが、医科歯科では治療本来の目的以外では撮影が非常に制限されていますので、複数回の撮影は出来ません。

そこで、CTでしか骨の情報は得ることが出来ないので、骨の形をきちんと認識できる撮影方法でCTは撮影します。歯並びの部分は、歯列模型のデータのほうが細かく正確なので、それを重ね合わせます。ここで、簡単に重ね合わせるといいますが、各種計測器にはそれぞれ固有にデータの歪みが生じるうえに、片方のデータはあまり鮮明ではないのですから、どことどこを合わせればよいのかが難しいものです。「大体、全体が重ねあうように位置づける」では意味がありません。

そこで、CTと模型の情報をきちんと重ね合わせるために、CT撮影時に障害とならない材料で計測の基準点となるものを作成し、それを装着した状態でCT撮影と模型計測を行ないます。模型は同じ模型をなんども計測できますから、基準点ありの場合と、なしの場合のデータが得られます。

これで、(骨ー基準点)(基準点ー基準点つき模型)(基準点つき模型ー基準点なし模型)と重ね合わせ、正確な骨と歯列のデータを得ます
それから、軟組織ですが、現行している三次元計測器はレーザーで計測するものと白色光で計測するものに2分されます。当時医科歯科で開発していたのは白色パタン光で三次元情報と顔の色情報を同時に得るものでした。これはレーザーではないので目に悪くありませんし、表情の研究などの為に複数回撮影しても一般的には為害作用はありません。
この撮影時においても、CT撮影時と同様の基準点を装着して撮影したものと、基準点なしで撮影したものを準備し、これをCTデータと重ね合わせます。

そういった工夫をすることで、やっと歯と骨とお肉のデータがきちんと重なるのです。
たとえ、3種類の計測器を持っていても、適当に重ね合わせているというのは望ましくありません(尚、近年機械的精度の格段の向上があり、他の様式での重ね合わせの精度も上がってきています)。そして、これら適切な処置を行なったデータが多く蓄積されていくことで、治療前後の変化様相が学術的にも理解され、そして患者さんへの情報として提供され、安心につながればよいと考えられました。

また、基礎データが蓄積されれば、骨のデータを得ずに歯列とお顔のデータから変化を予測できるのではないかという可能性も期待されていました。

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<データ蓄積の困難さ>
あいさんも治療をお受けになって感じたかと思いますが、お口の中の写真をきちんと撮ったり、レントゲンを準備したり、歯形を取るのはそれなりに労力が求められます。それに加えて、CTや顔貌の三次元計測を繰り返し行なうことは大変です。医科歯科大学は非常に症例数が多いのですが、それでも何回も必要な資料がきちんとそろうのは患者さんの都合もあり難しいことでした。
お顔の重ね合わせについてはタイからの留学生だったパイブーン先生(指導教官は本橋先生)という方が論文にしていますが、額から鼻までを重ね合わせて顎の動きについて比較をしています。しかし、その作業を行なうのが今のように高性能なコンピューターではなかったので、非常に大変でした。

・まず、計測器がフルオーダーに近い製品で非常に高額。
・それを操作するコンピューターの性能が高くないといけないということで、ものすごく高額なワークステーションを使用。
・しかも、当時はウィンドウズではなくUNIXという言語を使用していた。
・それでも今の家庭用ノートPCより性能は低く、タイピングのタイミング一つでフリーズして、すぐに熱暴走。
・データの保存はハードディスクに簡単に「保存」ではなく、データテープからの読み起こしが必要なマシンもありました。
・CADソフトも建築設計用のCADを流用しておりました。

といいながらも、すぐにパソコンの性能が上がってきて、ウィンドウズNTワークステーションで動かせるCADソフトウェアが導入されました。このマシンであれば、お顔のデータなどを立体表示して確認したり、動かしたり、重ね合わせたり、その違いを距離数字、体積、それらに関連した色表示まで半自動的に短時間に行なえるようになりました。
そこで、おでこと鼻の上半分までを基準として立体的に精密な重ね合わせを行う技法で顔貌の重ね合わせをパイロットスタディーとして60人分行ないました。
・手術によるお顔の動き具合は各部位の変化量を算出し、カラーマッピング表示しました。
・手術時の顎の移動距離を一覧にし、移動距離の順番に並べなおしを行ないました。
・顎の移動が左右で異なるものはその差の順番に並べました。

 その結果なのですが、「結局、個人差がすごくある」という私見に到達します。また、骨のデータを得ずに術後の顔貌シミュレーションを行なうことには無理があります。
 このような研究結果を広く知ってもらうには、学会発表だけでなく「論文を出す」という形があります。学会は発表時にその内容を見ていただかないと伝わらないのですが、論文は後に検索してもらったりして多くの人々、海外の人にも伝えることが出来ます。
 しかし、「文章」にしてわかるようにしないといけないのです。また、「図」は載せられますが、カラーだと値段が高くなります。そして一般的には枚数の制限があります。動画を掲載することは出来ません。

 その為、三次元の動きを研究した場合でも、最終的には「AとBの動きに関してはCの関係があり、式にすると***である」という文章に集約することが望まれます。

 実際に3D−CADを操作しているとわかる事は、3Dの認識をするには2次元に印刷したデータでは難しいということであり、得た成果を表現するにはできれば動画として4D分析表示するということが必要ということに到達します。

 この4D表示を行なえば、「個人差がこれだけすごいから、数式化は難しいです。母数がもっとたくさんないとなあ」という発表もできたかもしれないのですが、「良い結果が得られませんでした」という発表はあまり評価をされませんし、論文にはなっておりません。

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<シミュレーションの将来について>
 で、単純な左右の歯列移動量と顔の変化を数式関連付けるのは難しいのですが、歯列の三次元移動量と骨の形と、お肉の厚みを個々に分析すればそれは一定の成果が得られます。日々、PCの性能が向上してますので、以前と異なり処理にはそれほど時間がかかりません。
 しかし、治療前に手術後の顔貌シミュレーションを行なうことにはまだ問題があります。
1)手術の誤差・手術後のなじみ
2)リアリティーさの向上
3)表情と自己認識のアルゴリズム(3D)
4)リアルで良いことと悪いこと        などなど

1)手術の誤差・手術後のなじみ について

 矯正治療の歯の動きの細かさは0.5mm単位くらいで進めるものなんですが、口腔外科での設定は1mm単位あるいはそれ以上に誤差が生じることがあります。骨を切るノコギリの刃の幅がそれなりにあるということや、切ってみないとわからないお肉の硬さの具合、手術時の出血程度、骨と骨の固定方法の違いその他、理由は多岐にわたるのですが、ある程度の誤差はあるものだということです。
その誤差は手術直後に既に発生しているものもあれば、術後数ヶ月あるいはそれ以上を経て徐々に顎の位置が変わってしまう場合など、様々にあります。誤差があるから手術が失敗ということではなく、総合的に治療を進めることが必要です。その誤差を含めて治療結果を得るように矯正医が取り計らえるとより理想的なのでしょう。

また、以前に比べると下顎単独ではなく、上下顎同時の手術の安定性が増して、症例数も増えてきました。上下顎同時の場合、手術の変化は歯列だけで設定されるのではなく、顔貌のバランスや手術術式に左右されてきます。
そうなると一層不確定要素が増してくるということになり、シミュレーションは難しくなります。

2)リアリティーさの向上 について
 最初、医科歯科で行なっていた顔貌のシミュレーション機械は、顔の真ん中の部分だけしか表現できませんでした。また、顔の色合いについても色数が制限されていたのであまりリアルではありませんでした。
 人の顔は非常に複雑な凹凸があるので、簡単にはお顔の三次元データを得ることができないのです。顎の角の形や、首のまわり、耳の形や鼻の横もアンダーカットの部分になります。それに、髪の毛が非常に難しい素材です。
 普段患者さんはこれらすべてを自分の目で簡単に見ています。それが突然お顔が宙に浮かんだような塗り絵みたいな顔のシミュレーションを見てもあまり自分だということは認識しにくかったでしょう。しかし、そういった研究があってこそ、その後の開発につながっているものなので、非常に大きな功績であったと考えています。
 
 最近は多数の計測器を同時操作も可能なのでアンダーカットは少なくなりました。全周囲の画像をまとめることも可能です。また、色表示についてもリアルカラー表示で画素数も増えています。

3)表情と自己認識のアルゴリズム(3D)
 得られた顔貌のデータですが、顔の色を載せないと非常にうすっぺらな感じがします。
 実際の顔を見ていれば鼻や口ははっきりと輪郭があるのに、単色の三次元データだとわかりにくくなります。また、肌の色を載せても影が出ない表情はマネキンのような感じがします。  

 表情は非常に複雑なものです。笑っているのか、怒っているのか、写真ではわからない顔もあります。
 その前後の表情によって、同じ形をしていても受ける印象は違うことがあります。 複雑な条件を考慮した上で、人の顔は認識されています。

 それにくわえ、自分が自分を見るとき、普通どのように見ていますか?

 3D画像を回転させてみていますという人はまずいないでしょう。
 通常の写真を見るか、鏡の中の自分を見ていると思います。

 通常の写真は鏡の中の自分とは左右が反対になっていて、立体感はありません。
 
鏡の中の自分は、他人が見る自分と左右が逆になっていますが、両目で見ているので立体感があります。
 
 この立体感というのがまた難しいものです。私個人では日本矯正歯科学会にポスターを2回とRTDで発表をしています。利き手があるように、目にも利き目があります。また、物を見るときの姿勢も人により異なります。
 ですから、「正しいシミュレーション」を行なって提示していて、多くの人が「正しいね」と言っても、本人だけは「違う」と感じる場合があると考えられます。
 3D立体動画を任意の角度から見ることが出来るシステムを作ることでその誤差は減らせるものであると期待されます。

4)リアルで良いことと悪いこと
 今、映画のアバターが3D立体動画で行なわれています。画像がリアルすぎて悪影響があるなどとも言われるくらい、インパクトがあるようです。毎年の3D画像展やバーチャルリアリティー展などでは、そのリアル3D空間が自分の体動にあわせて変化するシステムなどが展示されています。面白いですよ。
 
 さて、日々進歩するVR環境なのですが、非常にリアルに体感できるシミュレーションシステムを構築することは不可能ではありません。そうすると、術前から患者さんは術後の自分のボディーイメージを構築することができていて、術後の自分に違和感を感じないのでしょうか??

 答えはNoでしょう。立体視の感覚は非常に難しいものです。またもし、その問題をクリアするとして、逆に問題も生じてきます。それはかならずある技術的な誤差についてです。
 術後のイメージが出来てない場合、新しいボディーイメージに驚きますが、新たにボディーイメージを構築すれば良いと考えられます。
 しかし、あまりにリアルなシミュレーションができてしまうと強固なボディーイメージが出来上がってしまいます。そのイメージと実際が多少でも異なっている場合、逆にそのイメージを払拭してから再度構築しなおしを行なわなければなりません。
 それなりに良い出来のシミュレーションであればあるほど、微妙な違いが気になってしまうでしょう。そうなると、あまり表示精度が良くないシミュレーションのほうが適切であったのかもしれないと悩む分野です。
 また、術後の誤差を考慮したり、腫れ具合を考慮すると非常に多数のシミュレーションを提示することになります。その広い幅の中である程度の一致が得られれば本来のシミュレーションは成功なのでしょうが、患者さん側としては、幅広いシミュレーションの中での最も良い部分だけを記憶に残し、ボディーイメージを構築してしまう可能性もあります。
  
 そこで、現在私が考えうる最善の方法としては:実際の類似症例の変化については客観的に提示すること。患者さん一人一人で結果は異なるが、「やりたい」と思うならお手伝いさせてくださいと提案をするスタイルです。

 しかしながら、シミュレーションをあきらめ、やめてしまうのではありません。
 今後多くのデータを蓄積することは治療成果を医療者側が客観的に評価することにつながるので、技術向上にかならずつながります。ただ、WEB論文の形態が進化には必要であると予言します。逆に言えば、CADデータを認めなかったり、動画投稿論文を認めない学閥は先細りです。そうならなければ3D,4Dの分野での進歩は難しいものです。他国との、過去との情報共有ができず、やはり自分だけの経験でしか生かせない分野となってしまうのです。

 私が手伝わせていただいた研究は2000年前後でした。それから10年経ちますが、学会発表の内容はあまり変化していません。それは、以前はPCも低性能だったのでデータとして不満足でした。それが新しい機械になると、新しいシステムを再度構築しなおして、それから精度検証も行わないといけないからです。今でも毎年、別々の大学でシステム構築に関する発表が行なわれています。

 まだ、今しばらくは精度が向上する余地がありますので、同じ大学でもシステム変更を行なった時点である意味最初からになります。一定期間を経て、技術的に精度は向上余地無しとなったあとで、それぞれの医療機関同士でのデータの相互利用が可能となるでしょう。そこまで進まないと、十分なデータ蓄積が進まないのではないかと思います。

 今までは「うちのシステムは精度が良い、使える」という発表ばかりですが、今後は「うちのも、他のも精度が良い、相互に使ってみてよい結果だった」という発表になることが期待されます。

 手前味噌ですが、歯列模型のデータに関してはすでにこの段階にあり、数年前に学会でも他大学との共同発表をさせていただいております。

 本日は以上です。


posted by Orthodontist Hajime FURUKAWA at 22:26| Comment(2) | TrackBack(0) | お知らせ
この記事へのコメント
久しぶりにブログの方を拝見したところ、さらに詳細な追記をしていただいており驚きました。
より専門的な内容で、そうした情報を知ることができたことと、個人の相談にも関わらず一歩も二歩も踏み込んだ内容を教えていただけたことに心から感謝しております。

実際はわからないことも多いのですが(笑)、大まかにでも自分の悩みであった術後の容貌に関する三次元研究の現状を知れたことで、矯正について理解を深めることができ、自分をより客観的に見つめることができました。本当にありがとうございました。


布留川先生は日々お忙しいかと思いますが、天候の変わりやすい季節柄、どうぞお体にはお気をつけください。

あい








Posted by あい at 2010年02月24日 22:01
 自分が勉強してきたことで、後に残すべき考え方などがたくさんあるのですが、大学教授になったわけではないのでなかなか啓蒙活動や執筆活動などは出来ないのが現状です。

 考え方、知見など、論文になっていないと、学会のたびに多くの方から同じような質問をいただくのも実際のところです。

 なので、何かの機会につけて忘れてしまわないようにメモ的に記載などを残しておこうかなと思うのもありますので、あいさんに対してだけ記載をしたのではなく、矯正や顎変形症の勉強をしている人から質問を受けたときに参考になればという面もありますので、気にしないで下さい。

 ですから


「実際はわからないことも多いのですが(笑)、」

 という率直なメッセージがすごく嬉しいですよ。

「全部理解できちゃいました」って言われたら、矯正科で勉強している先生たちの立場が無いですから、、、

 今日はとても暖かかったです。明日は関東は春一番が吹くかもという予報です。私、花粉症があるので、恐ろしい季節になりました。

 あいさんもお元気でお過ごしください。暖かくなってから機会がありましたら、当院にもぜひお立ち寄りください。

 
Posted by イデア矯正歯科 布留川 創 at 2010年02月24日 23:17
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