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3Dプリンター

 3Dプリンター(図1)とは立体的な構造物を製作することができる機器です。フィギュア(図2)、車の模型(図3)などを製作する場合にはパソコン上に3Dソフトを用いて、立体像を作りそのデータをSTLデータに書き出します。このSTLデータで始めて3Dプリンターを動かすことができ、フィギュアを作ることができます。実際にある物や人物をスキャンニングする時に使用するのが3Dスキャナーです。3DスキャナーのデータをSTLデータにして、3Dプリンターで造形すると、実際の人物や物の模型を製作することができます。STLデータを拡大すると三角形が沢山集まって形態を作っていることが分かります(図4)。
3Dプリンターの歯科への応用について書きました。




図1
3Dプリンター Mojo(Stratasys社)を使用しています。




図2
3Dプリンターで製作した人形



図3
3Dプリンターで製作したNSX
ホンダのサイトからSTLデータをダウンロードすることができます。
http://www.honda-3d.com/


図4
STLデータを拡大すると三角形が沢山集まって形態を作っていることが分かります。


ケース1  インプラント埋入

ここではパソコン上でインプラントのポジショニング(位置と方向)を決め、それを示す円筒形(φ3mmで長さ35mm)の棒を歯槽骨の所に造形します。その棒に合わせて手術用のステント(手術用ガイド)を製作すれば、パソコン上で決めたポジショニングと同じ位置と方向でインプラントを埋入することが出来ます。




図1-1 交通事故で右上の2番目の歯が欠損しています。そこには仮の歯が入っています。




図1-2 欠損している部分を中心に撮影したCT画像



図1-3 DICOMデータファイルの中身221個のファイルがあります。当然範囲が広がれば数が増えます。


図1-4 DICOMデータをSTLデータに変換して、3Dプリントすることができます。予想印刷時間は5時間51分です。


図1-5 3Dプリントが終了した3D模型です。クリーム色をしているのがモデル材で白いのがサポート材です。




図1-6 完成した3D模型欠損部を正面にして撮影



図1-7 図1-4で製作したSTLデータを3Dソフト(Mac用のCheetah 3D)にインポートしました。


図1-8 インプラントの位置や方向を合わせてφ3mmで長さ35mmの棒を作りました。


図1-9 STLデータを3Dプリントすると上顎骨にインプラントの位置や方向を示す棒が付着して、3D模型が完成します。




図1-10 3Dモデルを鼻腔底方向から撮影



図1-11 3Dモデルを口蓋側から撮影



図1-12 計画した場所に正確にインプラント埋入することができました。


ケース2  歯周病の骨欠損




図2-1 歯周病がひどくなり歯を抜いたケースのCT画像です。




図2-2 3D模型 残っている歯の周りの骨がなくなり、歯根が見えています。



図2-3 3D模型 咬合面方向から見た抜歯窩


ケース3  サイナスリフトによる骨再生




図3-1 右上の奥歯を失って、インプラントができるだけの骨が存在しません。また上顎洞には、隔壁があり2つに仕切っています。




図3-2 上顎骨を頬側から撮影



図3-3 上顎洞方向から細い隔壁が存在します。


図3-4 3D模型を上顎洞の前上方から撮影 隔壁は上顎洞の内側壁の方が高くなっています。


図3-5 サイナスリフトの手術で骨を再生することができました。
紫色の線が上顎洞底で、緑色の線で囲まれた部分が骨を再生した部分です。インプラント埋入には十分な、骨量です。


3Dプリンターの医療への応用

骨を造形するにはCTが骨の3Dスキャナーの役割をします。しかし、3Dスキャナーは物や人物の表面の形態だけで、内部の構造はスキャンすることはできません。CTはエックス線を照射するので体の内部の骨や歯をスキャンすることができます。CTで得られたDAICOMデータを用いて、STLファイルに書き出します。3Dプリンターに繋いだパソコンにSTLデータを入力すると、CTで撮影された骨の形態が再現されます。MRIでは血管や臓器を造形するデータを得ることができます。


3Dモデルの製作の流れは下のサイトを参考にして下さい。
http://www.nakagawa-dental.jp/html/medical/3d.html

 3Dモデルのいい点はCT画像が頭の中の視覚的なイメージであるのに対して3Dモデルは実物があることで、3Dモデルを初めて見る人は、必ず触りたがります。私も骨が欠損している所を見れば分かるのに、触ってしまいます。ディスプレイ上3D画像と3Dモデルの情報量は全く違うものです。それでは実物と同じですかと聞かれると、実物とは違います。CTの装置の性能に依存し、CTで得られたデータの3D化です。



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