歯科矯正医療への数値シミュレーション活用

矯正治療と力
学位論文では、患者さんから得られたデータだけを見ていました。しかし、データを見ていると一定の傾向は出るのですが、予測しようとすると「ちから」、特に咀嚼筋という「噛む力を生み出す筋肉」の影響が無視できなくなりました。さらに深く掘り下げた研究をする為には、力の変化だけを見るのではなく、力をよく分析する必要があると考え、「噛む力」を測ってみました。筋電図というもので、筋肉の活動をデータで示せるのですが、筋肉だけ見ていても、よくわかりませんし、「噛む力」だけ見ていても、なぜそういう結果が出るかわかりませんでした。 そこで、「顎の骨の形」と「噛み合わせの力」の両方を3次元で見られるものを探して、見つかったのが数値シミュレーションでした。矯正治療と力は、切っても切り離せない関係にあります。実際の矯正歯科治療では、歯に力を加えて、骨に力が伝達され、生体反応として、骨の改造が起こります。日々、診察や治療をしていると、この生体反応と力の関係がワンセットになっていることが多く、この関係を調べることができれば、今までわからなかったこともわかるようになると思い、数値シミュレーションについて取り組むようになりました。

丹原先生 : 右も左もわからなかったので、どうやって始めたら良いのか自分で考えました。工学博士でも、工学部を出たわけでもなく、歯科医なので。アメリカでの研究期間をきっかけに勉強を一から独学で始めました。最初は古い2Dの線形解析の事例なども調べましたが、コンピュータの進歩によって過去に困難だった解析もできるようになってくるのですね。今は、今まで見えなかったことが見えるようになってきたので、何をやっても面白いです。

教育ツールとしても利用
視覚化できるというのが数値シミュレーションの最大のメリットですが、視覚化は、教育にも役立ちます。診察の時に、矯正歯科治療のことを初めてご説明する患者さんや、大学院生に説明するときにも思いますが、矯正歯科治療で歯がどれくらい動いているかわからず戸惑います。数値シミュレーションの結果を一緒に見ながら、視覚的に、歯を引っ張る方法や動く方法を見ることができると、その場でディスカッションできますので、教育ツールにもなります。理論で説明しても、なかなかわかりづらいこともありますし、目で見るのが一番わかりやすい。毎日、学生といっしょに患者さんを診療できるなら良いのですが、それは難しいですし、シミュレーションツールを使って、どんどん歯に与える力やねじれなどを一緒に見ることができるのは嬉しいです。事前に現象を理解した上で、診療できると、診療の重要性はさらに高くなります。

生体反応と力の関係
最近は、基礎研究分野への応用を考えております。こちらは、先ほどお話したネズミの歯の事例です。本当に人間とは構造が違います。サイズは3mmくらいなので、基礎研究でも「ちから」については、ほとんど調べられていません。昔から引っ張る研究はされており、人間の歯と同じように動くと想定されているのですが、実際に数値シミュレーションを実施すると、これまで考えられてきた動きとは少し異なることがわかってきました。最近は、生体と力の関係は注目されています。培養している細胞に力を加えただけで、全然違う細胞になり、力を受けている環境自体が細胞の成長を決めているという話もありますが、世界的に見ても、特に歯の移動に関して応力解析による力の分布と組織変化に関する研究はあまり行われていないようです。

丹原先生 : 将来的には工学部と連携したいと思います。しかし、工学部と同じ専門的なソフトウェアを使い、どんどん工学的な分野に入っていき過ぎると、臨床が取り残されてしまう可能性もあります。厳密な数値結果を追及していくのは大事なことですが、臨床から離れ過ぎてしまうと、臨床から得られる恩恵やフィードバックが少なくなってしまいます。工学的な知識は多くありませんが、医学の分野で臨床の人間が数値シミュレーションに関わることに意味があるのではないかと思います。新潟大学でも産学連携や医工連携を行っておりますが、両者が一方だけに任せず、それぞれ両方の分野に入っていく気構えがないと連携は成立しないと言われています。研究では、やりたいことがたくさんありますが、今後は矯正治療に特化した力の加え方のパターン化や、術後の予測、患者さんの歯並びが悪くなった原因にもアプローチしていきたいと考えています。