コンピュータ断層撮影データとモーショントラッキングを用いたバーチャル歯科咬合

Virtual Dental Articulation Using Computed Tomography Data and Motion Tracking.

抄録

歯科咬合は、歯科修復物の設計や補綴・矯正咬合の分析において、極めて重要かつ基本的な位置を占めています。しかし、一般的なデジタル咬合器は、従来のフェイスボウを使用した場合、歯型模型を咬合器の作業スペースに効果的に変換することが難しく、使い勝手が悪いという問題がありました。本研究では、コンピュータ断層撮影（CT）データを直接利用して複雑な顎運動を数学的にモデル化し、より効率的で正確な歯科修復物の分析・設計を可能にする、パーソナライズされたバーチャル歯科咬合器を開発しました。CTデータを活用することで、バーチャル咬合の数学的モデリングのためにフランクフルトの水平面が確立され、面倒なフェイスボウの移動が不要になりました。歯科治療前に患者のCT画像を取り込み、顎の動きを追跡した後、顎の追跡情報を咬合数理モデルに組み込みました。シミュレーションデータ（バーチャル咬合器）と実測データとの間で顎の動きを比較することで、パーソナライズド咬合アプローチの検証と分析を行った。その結果、提案したバーチャル咬合器は2つの重要な機能を達成した。第一に、頭蓋CTデータから得られた解剖学的関係を介して、デジタル歯列模型を仮想咬合器に転送することにより、従来のフェイスボー転送プロセスを置き換える。第二に、オプティカルトラッキングにより得られた顎運動の軌跡を数学的咬合モデルに組み込むことで、フレシェット距離が1.7mmと小さいパーソナライズされたバーチャル咬合を作成することができます。このバーチャル咬合器は、歯科医師が顎関節に関する診断情報を得たり、患者に合わせた咬合分析の設定を可能にする貴重なツールとなります。

Dental articulation holds crucial and fundamental importance in the design of dental restorations and analysis of prosthetic or orthodontic occlusions. However, common traditional and digital articulators are difficult and cumbersome in use to effectively translate the dental cast model to the articulator workspace when using traditional facebows. In this study, we have developed a personalized virtual dental articulator that directly utilizes computed tomography (CT) data to mathematically model the complex jaw movement, providing a more efficient and accurate way of analyzing and designing dental restorations. By utilizing CT data, Frankfurt's horizontal plane was established for the mathematical modeling of virtual articulation, eliminating tedious facebow transfers. After capturing the patients' CT images and tracking their jaw movements prior to dental treatment, the jaw-tracking information was incorporated into the articulation mathematical model. The validation and analysis of the personalized articulation approach were conducted by comparing the jaw movement between simulation data (virtual articulator) and real measurement data. As a result, the proposed virtual articulator achieves two important functions. Firstly, it replaces the traditional facebow transfer process by transferring the digital dental model to the virtual articulator through the anatomical relationship derived from the cranial CT data. Secondly, the jaw movement trajectory provided by optical tracking was incorporated into the mathematical articulation model to create a personalized virtual articulation with a small Fréchet distance of 1.7 mm. This virtual articulator provides a valuable tool that enables dentists to obtain diagnostic information about the temporomandibular joint (TMJ) and configure personalized settings of occlusal analysis for patients.