本研究では、埋伏過剰歯の抜去を支援するため、マーカーレス登録を用いたステレオカメラベースの拡張現実(AR)アプローチを提案します。このワークフローは、埋伏過剰歯の定位における視覚的な支援を提供し、臨床における実行可能な補助的アプローチとして活用できる可能性があります。
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本研究では、埋伏過剰歯の抜去を支援するため、マーカーレス登録を用いたステレオカメラベースの拡張現実(AR)アプローチを提案します。このワークフローは、埋伏過剰歯の定位における視覚的な支援を提供し、臨床における実行可能な補助的アプローチとして活用できる可能性があります。
深く埋伏した過剰歯の外科的摘出は、その隠れた位置や、歯胚や神経などの重要構造への近接性から、小児歯科において困難な処置です。従来のフリーハンド法は、3D画像の主観的な精神的再構成に依存することが多く、過度な骨削除や医原性損傷を招く可能性があります。本研究では、カメラベースの3D ARナビゲーションシステムを用いて埋伏過剰歯の定位を支援する標準化されたプロトコルを提示します。術前のコーンビームCT(CBCT)データと口腔内スキャンを統合し、患者個別の仮想計画を作成することでデジタルワークフローを確立しました。手術中、高解像度カメラが術野をキャプチャし、埋伏過剰歯の仮想モデルがコンピュータ画面上のライブカメラ映像に重ね合わせられるため、定位支援のための視覚的な参照が可能になります。ARナビゲーションインターフェースにより、外科医はさまざまな組織層の透過度を調整して内部観察を強化し、調整可能な定位信頼度しきい値を介して画像レジストレーションを微調整することができます。さらに、最も正確なアライメントが達成された時点で表示を固定できるため、重要な操作中の視覚的な安定性が確保されます。このプロトコルは、深く埋伏した過剰歯を有する患者の臨床例で実証されました。予備的な結果から、本システムは埋伏過剰歯の定位支援に向けた直感的な空間ガイダンスを提供することが示されました。ワークフローは臨床的に実現可能であることが証明され、隣接歯の根への損傷などの術中合併症は認められませんでした。結論として、カメラベースのARナビゲーションは、埋伏過剰歯の抽出を支援するための従来技術に対する潜在的な補助的アプローチとなり得ます。内部構造のリアルタイム可視化と、レジストレーションおよび透過度のインタラクティブな制御を提供することで、本プロトコルは複雑な小児歯科介入におけるデジタルイノベーションの臨床導入を支援します。
過剰歯とは、歯列における正常な歯の数を超えて存在する歯のことである。これらは一般的な歯科的発生異常であり、特定の症候群の口腔内症状として現れることもある。臨床的には、過剰歯は上顎前歯部に最も多く観察される。一部の過剰歯は単に歯数が増加しているだけであり、無症状のままとなる場合があるが、隣接歯の異常萌出、歯根吸収、歯列不正、嚢胞形成などの合併症を引き起こす可能性がある1,2。したがって、過剰歯が永久歯の萌出を妨げている場合、合併症のリスクがある場合、またはその後の治療計画に影響を及ぼす場合には、通常、外科的抜歯が必要となる。
過剰歯の管理において、早期診断とタイムリーな介入は極めて重要です。介入のタイミングおよび外科的アプローチの選択は、過剰歯の空間的な位置と密接に関連しています。抜歯の最適なタイミングについては依然として議論がありますが、多くの臨床医は、すでに永久歯の萌出に影響を与えている場合や、合併症のリスクがある場合には早期介入を推奨しています3,4。外科的手法の選択は、主に臨床検査および放射線学的検査に基づいています。過剰歯の抜歯前には一般的にCBCTが用いられます。これは、過剰歯の数、位置、根尖形態、および周囲の解剖学的構造との関係を三次元的(3D)に評価できるためです。これらの情報は、歯の正確な位置、唇側または口蓋側の位置、骨埋没の程度、および適切な外科的アプローチを決定するのに役立ちます2,5。
現在、従来のフリーハンドによる抜歯は、主に術前の画像に対する術者の空間的な解釈と、経験に基づく位置特定に依存しています。位置特定の誤差は、過剰な骨削除を招き、隣接する歯根や重要な解剖学的構造を損傷させる可能性があります3,6。低侵襲コンセプトの発展とデジタル技術の進歩により、複雑な埋伏歯や過剰歯の抜除に、3Dプリンターによる個別化ガイド、ダイナミックナビゲーション、混合現実(MR)、およびロボット支援技術が適用されています7,8,9,10。これらの手法は、位置特定の向上、手術時間の短縮、および骨削除量の削減において有用性を示しています。しかし、これらの技術には制限もあります。3Dプリンターによる個別化ガイドは、通常、術前の設計、モデル処理、ガイドの造形、および後処理が必要であり、準備時間とワークフローの複雑さを増大させる可能性があります。一次診療所や設備が限られた施設では、ガイドの作製を外部の加工センターに依存することが多く、準備時間がさらに延長される場合があります。ダイナミックナビゲーションやロボット支援システムでは、通常、追加のトラッキングデバイスとレジストレーション手順が必要です。限られた口腔内手術空間において、これらのシステムは機器配置と手術操作の複雑さを増し、術者の術野や器具操作に影響を及ぼす可能性があります。混合現実は強力な視覚化能力を持っていますが、仮想空間と実空間のレジストレーション精度およびダイナミックトラッキングの安定性が、依然として臨床応用の制限要因となっています。さらに、機器の高コストおよびこれらの技術に伴う習得期間の長さが、外来での埋伏過剰歯抜除における広範な普及を妨げる要因となる可能性があります。
これらの限界に対処するため、本プロトコルで用いるAR法では、主にコンピュータ、ステレオカメラ、およびARナビゲーションソフトウェアからなる比較的シンプルなハードウェア構成を採用しています。AR技術は、歯原性嚢胞摘出術、デンタルインプラント埋入、顎矯正手術、顎顔面外傷手術、および埋伏第三臼歯の抜歯を含む口腔外科および顎顔面外科の手術に試験的に導入されており、術中の可視化および空間的定位において有用性が示されています11,12,13,14,15,16。したがって、本プロトコルでは、過剰歯の抜去を支援するために、ステレオカメラに基づいたマーカーレスのレジストレーションAR法を提案します。術前に、3D再構築のためにCBCTデータおよび口腔内スキャンモデルを取得します。過剰歯および隣接歯のデジタルモデルを再構築し、ARナビゲーションシステムにインポートします。術中、ステレオカメラが術野をリアルタイムでキャプチャします。システムは歯列形態に基づいてマーカーレスレジストレーションを行い、過剰歯の仮想モデルを画面上に表示されるライブカメラ画像に重ね合わせることで、定位のための術中視覚リファレンスを提供します。このワークフローは、従来のフリーハンド手術による定位が困難と予想される、深く埋伏した過剰歯に特に適しています。
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本手順は、中国・昆明の昆明医科大学附属口腔病院の人類研究倫理委員会のガイドラインに従って承認され、実施されました(承認番号:KYKQ2025MEC0077)。臨床画像および術中画像の使用と公開について、患者およびその法定後見人から書面による同意を得ました。
1. 装置の準備
2. 術前画像診断および患者の準備(図1)
3. 3DスキャンデータとCBCT由来の再構成データのレジストレーション
4. 認識のための前歯部データの分離(図 2B)
5. ARナビゲーションの開始
注意: Intel RealSense D415カメラは、1080p、30 fpsでのRGB画像取得のみに使用され、その深度センシング機能はトラッキングやレジストレーションには使用されませんでした。カメラのキャリブレーションパラメータはソフトウェア開発中に事前定義されており、ARレジストレーションに使用されました。その後の使用において追加のキャリブレーションは不要でした。本システムでは、患者固有の3次元前歯部模型を歯列マーカーとしてレジストレーションを行いました。システムは、この3D模型の投影輪郭および幾何学的特徴を、ライブRGBカメラ映像内の患者の前歯部と照合しました。自動レジストレーション後、仮想的な過剰歯模型が、術前に定義された前歯部模型との空間的な位置関係に従って表示されました。
6. 術前準備
7. AR支援下における外科的アプローチの確立
注意:本手順は、AR技術に精通した担当口腔外科医、手術助手、およびAR手術アシスタントで構成されるチームで実施してください。
8. 埋伏過剰歯の露出および抜去
9. 術後管理
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矯正歯科のコンサルテーション中に17歳の女性患者にCBCT検査を行ったところ、上顎前歯部に2本の過剰歯が埋伏していることが判明した。矯正歯科医による評価の結果、2本の過剰歯と1本の残存乳歯の抜去が推奨された。口腔内検査では残存乳歯が確認されたが、過剰歯はいずれも口腔内に萌出していなかった。CBCTでは、右上顎側切歯の根尖上に、完全な骨性埋伏を伴う倒立した過剰歯が認められた。もう1本の過剰歯は、左上顎中切歯と側切歯の間の口蓋側にあり、唇舌方向に配向し、完全には骨に覆われていなかったため、定位の困難さは比較的低かった。状態、治療計画、潜在的なリスク、および代替治療法について患者と家族に十分な説明を行い、同意を得た後、右上顎側切歯の根尖上にある倒立した骨性埋伏過剰歯をAR支援を用いて抜去することとした。もう1本の過剰歯および残存乳歯は、従来の手法を用いて抜去した。
周術期の結果は以下の通りであった:デジタルデザインに15分を要した。手術中、前歯部を歯列マーカーとして使用した。初期の手動アライメント完了後、ARシステムが自動的にマッチングとレジストレーションを行ったため、追加のポイントベー...
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過剰歯は一般的な歯の発生異常であり、隣接歯の異常萌出、歯根吸収、歯列弓の不整、嚢胞形成などの合併症を引き起こす可能性があります。永久歯の萌出を妨げる過剰歯、合併症のリスクがある過剰歯、またはその後の矯正治療計画に影響を及ぼす過剰歯については、通常、外科的摘出が主要な治療選択肢となります。粘膜を貫通して萌出して直接視認できる過剰歯や、骨を突き抜けて粘膜切開後に視認可能な過剰歯は、比較的容易に摘出できます。対照的に、骨内に完全に埋伏した過剰歯は、術野で直接観察することができません。これらの歯の唇側・口蓋側の位置、骨窓のサイズ、および外科的アプローチの決定は、主に術前画像に対する術者の空間的解釈と臨床経験に依存するため、特に経験の浅い若手外科医にとってこれらの症例はより困難になります。従来の外科的手法を用いて埋伏過剰歯を摘出することも可能ですが、その成否は術者の経験に大きく依存します。術中の位置特定が実際の歯の位置からずれた場合、過剰な骨削除が行われ、隣接歯の歯根や重要な解剖学的構造を損傷させるリスクが高まります。現在、埋伏過剰歯の摘出にさまざまなデジタル技術が応用されており、歯の位置特定、骨の保存、および合併症の低減において予備的な成果を示...
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著者は、英語の校閲および翻訳支援のみを目的としてDeepSeekを使用しました。AIによる支援を受けたすべての文章は著者によって確認および修正されており、原稿の最終的な内容については著者が全責任を負います。
本研究は、昆明医科大学複雑顎顔面奇形診断治療チーム(2024XKTDTS08)、雲南省臨床医学センター研究プロジェクト(2024YNLCYXZX0227, 2024YNLCYXZX0229)、雲南口腔疾患臨床研究センター(202505AJ310001)、雲南省高レベル人材育成支援計画(YNWR-MY-2020-086)、および昆明医科大学教育教学研究プロジェクト(2026-JY-Z-18)の支援を受けて行われました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.5% ポビドンヨード | N/A | N/A | 手術前の口腔内および口腔外の消毒に使用。 |
| 3-0 非吸収性シルク縫合糸 | Johnson (Suzhou) Medical Devices Co., Ltd. | 組織の縫合。 | |
| 4% アジカイン塩酸塩(エピネフリン含有) | 局所麻酔に使用。 | ||
| カメラ | Intal RealSense | D415 | マーカー認識のためのリアルタイム視界の取得に使用。 |
| CBCT | Quantitative Radiology s.r.1.Verona, Italy | New Tom 3G | 歯および周囲構造の画像取得に使用。 |
| キュレット | N/A | N/A | 抜歯窩のキュレットおよび残留歯嚢組織の除去に使用。 |
| 歯科用エレベーター | N/A | N/A | 分割した歯冠および歯根断片の脱離および除去に使用。 |
| E3D CMF | Hunan Liuwei Jinghang Digital Technology Co., Ltd., Hunan, China. | https://www.e3d-med.com/ | ARナビゲーションソフトウェア。 |
| Geomagic Wrap 2021 | 3D Systems Corporation | version 2021 | 口腔内スキャンモデルの処理および、レジストレーションマーカーとして使用するための前歯のセグメンテーション。 |
| 止血ガーゼ | N/A | N/A | 創閉鎖後の圧迫止血に使用。 |
| 口腔内スキャナー | SHINING 3D | Aoralscan 3 CA3-C80046J04;https://www.shining3d.cn/ | デジタル歯列データの取得に使用。 |
| J45-LED 外科用ハンドピース | Guangdong JINME Medical Technology Co., Ltd. | 45-TUP; https://www.jinmedental.cn/ | 過剰歯上の骨除去および歯冠と歯根の分割に使用。 |
| ノートパソコン | Lenovo Group Limited | Legion Y7000 IRX9; Intel Core i7-13650HX CPU; NVIDIA GeForce RTX 4060 Laptop GPU, 8 GB GDDR6; 24 GB DDR5 RAM; 512 GB SSD. | ARソフトウェアの実行。 |
| Mimics | Materialise | version 21.0 | 3次元再構成に使用。 |
| 滅菌ドレープ | N/A | N/A | 頭部、顔面、頸部を覆い、手術領域のみを露出させるために使用。 |
| 滅菌スリーブ | N/A | N/A | 術中の画像取得時に、カメラデータケーブルと小型支持ブラケットを覆うために使用。 |
| USB 3.0 ケーブル | N/A | N/A | 画像取得のためにカメラをノートパソコンに接続するために使用。 |
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