Determination of optimal design of orthodontic appliances using artificial intelligence and simulation of long-term tooth movement

利用人工智能确定正畸矫治器的最佳设计并模拟长期牙齿移动

• 批准号: 21K17188
• 负责人: ヌエン アン・チュアン
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K17188/
• 关键词: 歯の移動; 歯槽骨リモデリング; 人工知能; 共分散進化戦略; ３次元形状計測; 有限要素法; 骨改造; シミュレーション; 矯正装置

本年度は、骨密度と骨リモデリング量の相関を調べるために、ラットを用いた実験的歯の移動を行った。10週齢ウィスター系雌のラットを対象に、固定源としてラット上顎前方部に歯科矯正用アンカースクリューを埋入し、10g の NiTi スプリングを用いて第一 臼歯の近心傾斜移動を行った。また、アンカースクリューと第二・第三臼歯はワイヤーで連結、固定した。移動前後のmicro CT 画像から歯の移動量を計測した。第二・第三臼歯を基準として、Iterative Closest Point アルゴリズムを用いて 3 次元の重ね合わせを行い、矯正力による第一臼歯の移動量を回転行列と並進量として計算した。歯槽骨密度はBone mineral density（BMD）が既知の標本を用いてキャリブレーションを行い、Hounsfield Unit（HU）から計算することとした。Mimicsを用いて移動前の micro CT データの HU値を全座標について出力し、BMDの3 次元マップを生成した。その結果、骨密度と骨吸収により生じる移動量は有意に相関しており、骨密度が大きい部位では歯の移動が遅くなる事が示唆された。

今年，我们使用大鼠进行了实验性牙齿迁移，以研究骨密度与骨重塑量之间的相关性。在10周龄的Wistar雌性大鼠中，将一个正畸锚螺钉插入上颌大鼠的前部，作为固定源，并使用10G NITI弹簧进行第一磨牙的介体运动。此外，将锚螺钉和第二和第三磨牙连接并用电线固定。牙齿移动的量是根据运动前后的微型CT图像测量的。使用第二和第三磨牙作为参考，使用迭代最接近的点算法进行三维叠加，并将由于正畸力引起的第一摩尔的运动计算为旋转矩阵和翻译量。使用骨矿物质密度（BMD）的已知样品校准牙槽骨密度，并根据Hounsfield单位（HU）计算。使用模拟物，对于所有坐标，在移动前的微CT数据的HU值都均为所有坐标，并生成了BMD的3D映射。结果表明，骨骼密度和骨吸收产生的迁移量显着相关，这表明牙齿运动在骨密度较大的区域较慢。

项目成果

Simulation of orthodontic tooth movement during activation of an innovative design of closing loop using the finite element method

使用有限元法模拟闭环创新设计激活过程中的正畸牙齿移动

• DOI: 10.1016/j.ajodo.2020.04.026
• 发表时间: 2021
• 期刊: American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
• 影响因子: 3
• 作者: Anh Tuan Nguyen;Hamanaka Ryo;Jinnai Sachio;Komaki Hiroya;Yamaoka Satoshi;Tominaga Jun-ya;Koga Yoshiyuki;Yoshida Noriaki
• 通讯作者: Yoshida Noriaki