日補綴会誌 Ann Jpn Prosthodont Soc 7 : 326-331, 2015

依 頼 論 文◆企画論文：補綴臨床における CAD/CAM ワークフローの現状と未来

補綴臨床における CAD/CAM ワークフローの現状と未来
CAD/CAM によって全部床義歯製作のワークフローはどう変わるのか
水口俊介，金澤学

CAD/CAM Technology will change the workflow of complete dentures
Shunsuke Minakuchi, DDS, PhD and Manabu Kanazawa, DDS, PhD
抄 録
全部床義歯製作の CAD/CAM 化によって，製作工程における情報伝達は数値データとなり，義歯形態の数値解析の可能性や製作過程での情報伝達エラーの減少，工程自体の簡素化，使用材料の進歩等が期待できる．また教育や臨床指導に適用すれば義歯の品質のボトムアップにもつながる．しかしながら CAD/CAM化が極めて困難な部分，すなわちデンチャースペースの印象採得，顔面形態や軟組織の機能を考慮した義歯形態のシミュレーション，人工歯と義歯床との接着には問題が残る．今後の技術開発を期待したい．

和文キーワード
全部床義歯，CAD/CAM，デンチャースペースの印象，データベース化，CAD/CAM 用人工歯Ⅰ．緒

海外では商業ベースのシステムが稼働している．義歯製作の CAD/CAM 化によって，従来法では解決できなかった多くの問題が解決される可能性がある．製作工程における情報伝達は数値データとなり，義歯形態の数値解析の可能性や製作過程での情報伝達エラーの減少，工程自体の簡素化，使用材料の進歩等が期待できる．さらにはこれらを臨床指導に適用すれば義歯の品質のボトムアップにもつながる．しかしながらいまだ乗り越えられない問題や CAD/CAM 化によって生じる新たな問題も見えてきた．本稿では全部床義歯製作の CAD/CAM 化によりどのようにワークフローが変化するのか，そしてそのなかで歯科医と歯科技工士がどのように関与してゆけばよいのかについて考えてみたい．

言

全部床義歯を構成するものは人工歯と義歯床のみである．そしてその形態自体に義歯が必要とされる維持，安定といった機能的要素と審美性が含まれている．
そのため，予備印象から研磨に至るきわめて多くのステップが必要となり，歯科医や歯科技工士はその過程で，実に多くの知識やセンスを義歯形態の中に盛り込まなければならない．製作工程における情報伝達手段は個人トレーによる印象，顎間関係の記録された咬合床，ろう義歯等であるが，無歯顎患者の上下顎堤間に広がる空間は大きいため，患者の形態情報の取り込みや義歯形態の決定に歯科医や歯科技工士の技量の差が大きく影響し，結果的に不十分な性能の義歯が製作されてしまう可能性がある．
近年の IT 技術の飛躍的な進歩の恩恵を受け，補綴物の制作に CAD/CAM が導入されるようになった．固
定性補綴装置では口腔内での光学印象や CAD/CAM 技術による補綴装置のデザインと製作が実用化されている．有床義歯の領域では CAD/CAM 技術によるフレームの製作が実用化されつつあり，全部床義歯領域でもⅡ．全部床義歯製作 CAD/CAM 化のためのこれまでの研究
Maeda らは CAD/CAM による全部床義歯製作手法についての報告の中で，義歯の形態は上下顎一体型のトレーによりデンチャースペースの印象採得を行い，その印象の形態をデータ化し，そのなかに人工歯

東京医科歯科大学大学院高齢者歯科学分野（TMDU）
Gerodontology and Oral Rehabilitation, Graduate School of Medical and Dental Sciences, Tokyo Medical andDental University (TMDU)

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CAD/CAM によって全部床義歯製作のワークフローはどう変わるのか

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完成

予備印象

デンチャースペー
スの印象採得

個人トレー製作

精密印象

人工歯の接着切削加工で義歯床を製作

印象体から義歯のCADデータを取得

ろう義歯試適
画像・試適用義歯による試適操作

作業模型
咬合床の製作咬合採得

歯肉形成
埋没・重合削合，研磨

Scanning

人工歯排列

CADによる人工歯排列・研磨面形成

咬合器装着
ゴシックアーチ描記装置製作

咬合器再装着ゴシック・アーチ描記
人工歯選択

図 1 外側のループは旧来のワークフロー，内側のループはCAD/CAM 義歯のワークフローである．デンチャースペー
スの印象は印象採得と咬合採得に当たる．人工歯排列とろう義歯は咬合器上ではなく CAD ソフトウエア上で行われる．このフローの中にバーチャル咬合器を導入することも可能である．義歯床は埋没重合によらずアクリルブロックから切削加工により製作し，人工歯を接着する．の配列位置を設定する手法を示した 1）．Bursh らは咬合器に装着された模型を三次元的にスキャンし，データ化された上下の模型上で人工歯を排列する方法を紹介した 2）．ここではコンピュータの中の配列から実際の咬合器上への排列への転写は特殊な器具を用いなければならず，咬合器上に移した後は通法と同様である．中野田は既製の人工歯を，解剖学的ランドマークを参照に無歯顎堤上で排列するための基準を有歯顎者と無歯顎者の模型計測データより算出し，その人工歯を CAM により切削されたワックスの中に植立し，ろう義歯を製作する方法を提案した 3）．Kanazawa らは人工歯を分離した床用レジンのみの部分をマシニング
センタにて削り出し，そこに人工歯を接着する手法を提案しその精度検証を行った 4）．高精度のスキャナーや工作機械，操作性の良いソフトウエアによってこれらは実現可能となった．レーザー焼結による全部床の金属床フレームの製作も可能となった 5）．さらにコンピュータ上で審美的要素を考慮し，顎位や排列位置を決定することを目的とした研究も見られるようになった．全部床義歯製作過程において試適という過程は不可欠であるが，排列や咬合高径を大きく改変しなければならないような時には手間がかかるため，これを簡略化する方法が必要である．村田ら6）は，上顎全部床義歯装着者について，その顔貌の三次元形状とテクスチャを採得・合成し，咬合高径を 3 mm，6 mm 挙上下した場合や前歯列を ±3 mm，6 mm 突出した状態の平均顔パターンを製作の後，その平均を動かすことで図 2 デンチャースペースのデータ取得．顎間関係などを修正したコピーデンチャーや既成トレーを用いる．既成トレーには工夫が必要である．（文献（12）より改変引用）

形態変化を予測し，実際の形態と比較し，高精度で予測できることを報告した．これは，咬合高径の変更や排列位置の変更をコンピュータ上で行い，ディスプレイ上で患者自身が確認できるシステムに発展すると考えられる．

Ⅲ．全部床義歯製作 CAD/CAM 化の基本的なフロー
ここでは現在実用化可能と考えられる CAD/CAM による製作の手順を概説する．まずデンチャースペースの印象採得である．義歯粘膜面の印象と顎間関係を同時に採得するわけであるが，この部分の手技はデジタル化されておらず，旧来の咬座印象に類似した手法を用いるか，旧義歯の複製義歯を改良し印象として用いるかである．後述するが，この印象採得に関してはデジタル化に即した様々な工夫が提案されている．
採得したデンチャースペースの印象は光学スキャ
ナーか CT によって 3 次元データ化する．精度的には光学スキャナーに軍配が上がるが，普及度の点ではコーンビーム CT に軍配が上がる可能性がある．さらに複雑な形態のデンチャースペースの印象を一気に読み取れる光学スキャナーはなく，何らかの方法で分割し，それぞれをスキャンした後に座標を結合するという手法を取らなければならない．
得られたデータは CAD ソフト上に表示され，その中に含まれる指標に従い人工歯が排列される．この時，個々の人工歯を対合歯と咬合させた状態で前歯部群や臼歯部群にブロック化し排列し，アーチや個々の歯の微調整を行うなどの操作の改良により時間は短縮される．また，顎堤，顔貌などの顎態データとともに人工歯排列をデータベース化すれば先人の臨床知識や経験をその中に取り込むことができ，排列の品質も向上す日補綴会誌328

7 巻 4 号（2015）

ころが残っていると考える．

Ⅳ．デンチャースペースの印象とシミュレーション

図 3 3 次元 CAD ソフトを用いて人工歯排列と歯肉形成を行う．

切削加工

図 4 義歯データから人工歯の部分を外し，床部分を切削加工し人工歯を接着する．（文献（12）より改変引用）

シミュレーションモデル

図 5 CT 画像から顎骨，舌，顎舌骨筋の粒子モデルを作成．（文献（13）より改変引用）ると考えられる．
ろう義歯試適に関しては，現在商業ベースで実施されている２つのシステム（DENTCA, Ava-Dent）ともに臨床ステップを設定していないようである．試適を省くことで診療回数を減じることができるが，これには議論が残るところである．
人工歯の位置や研磨面形態が確定した後，義歯データから人工歯部分を取り外し，義歯床部分（商用レジンで形成される部分）のみのデータとする．この義歯床部分をマシニングセンタで削り出す．従来のロストワックス法ではないため重合度の高いレジンや，まったく新しい材料を使用することができる．削りだした
義歯床に人工歯を接着する．この時の人工歯の浮き上がりや位置変化の問題や接着剤の問題などに加え，CAD/CAM に使用する人工歯に関しては議論すべきと全部床義歯製作 CAD/CAM 化の中で最も重要な部分であるが，旧義歯の性能や形態に問題が少ないのであれば，旧義歯や旧義歯の複製義歯を個人トレーおよび咬合床とするのが妥当である 4）．適切な旧義歯がない場合は，咬合採得と印象採得を同時にできる既成ト
レーや従来の咬座印象の手法を用いる．
1．既成トレーを用いる方法
既成トレーを用いる方法の問題点とはトレーを的確に顎堤に適合させるのが難しく，熟練を要するということである．まず，上顎唇頬側の印象材の厚みを調整しリップサポートをコントロールするのが困難である．トレーが短い場合，上顎唇側辺縁がほとんどトレーの裏打ちがなくシリコーン印象材のみになったり，逆にトレーがあるために薄くできないことが多い．したがってその後に続く仮想咬合平面の設定や咬合高径の設定にエラーがはいりやすくなる．つまり，唇側が分厚い上顎咬合床で，正確なリップサポートと咬合高径の策定をせよ，という状況になってしまう．次に義歯後縁部についてである．既成トレーの適合の状況により，臼後隆起部と上顎結節部が当たってしまい，所定の咬合高径まで閉口できなくなってしまうことがある．この問題を解決するために DENTCA では，印象採得後に第 2 大臼歯相当部で印象体を離断したもので咬合採得を行う方法を取っている．Ava-Dent では，印象採得と咬合採得は別のトレーで行い，それぞれの印象体を 3D データ化するが，咬合採得用のトレーは後縁が短くなっており上記のエラーが出にくくなっている．ただ，上下顎の印象データと咬合採得用トレーで採得した顎間関係記録とを，顎堤を介して連結するため，ここでエラーが生じる可能性が大である．
2．個人トレーを準備する場合
通法どおり予備印象採得を行い，研究用模型上で個人トレーを制作する方法と，近年普及してきた口腔内スキャナーを利用する方法が考えられる 7）．口腔内で印象材を用いる場合は BPS システムのように予備印象採得時に大まかな顎間記録が可能なようにしておけば，製作するトレーにゴシックアーチ描記装置を組み込んでおくと顎間関係記録も正確に取得できる．
口腔内スキャナーは近年急激に普及してきたが，いずれ粘膜の印象もその守備範囲に入ってくると考えられる．粘膜の印象を正確に取得するためにはセンサの改良やセンサ部の小型化，画像処理のアルゴリズムの改変が必要であるが，将来，可動粘膜と不動粘膜の境CAD/CAM によって全部床義歯製作のワークフローはどう変わるのか

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試適用義歯マスターデータの作成
上顎義歯

下顎義歯

Up2mm
Minus2mm

Plus2mm

閉口時顔貌

上下顎義歯

Standard
C5C3Down2mm

義歯と顔貌の統合

ランドマーク付顔貌図 6 CAD/CAM を用いた義歯作製においては，チェアサイドにて排列を修正できないため，予め数通りの形態を作製しておく必要がある．試適用義歯マスターデータを基本データとし 7 種の試適用義歯データを作成した．（文献（14）より改変引用）

ランドマーク付上下顎義歯

図 8 上下顎義歯装着時の閉口状態の顔貌とランドマーク装置介在状態の顔貌を顔面用光学スキャナで撮影し，義歯は，上顎義歯，下顎義歯，上下顎義歯とランドマーク装置を介在させた上下顎義歯を CBCT により撮影し STL データとした．ランドマーク装置を介して上下それぞれの義歯と顔貌を統合した．（文献（15）より改変引用）

造形+2mm

3次元造形機
着色+2mm

前歯部豊隆

咬合高径-2mm+2mm+2mm

紫外線硬化性樹脂

図 7 1 個のろう義歯から，咬合高径と前歯の排列位置を変化させた 7 種の試適用義歯データを作成し，紫外線硬化性樹脂にて造形後，歯冠用硬質レジンを用いて着色した．（文献（14）より改変引用）

図 9 試適用義歯データ作成．（文献（15）より改変引用）試適用データから RP により試適用義歯を製作し，装着した時の顔貌とシミュレーション後の顔貌を比較し，シミュレーション法の検討を行った．

界などは検出可能になるのではないかと考えている．
ただ理想的には，CT や MRI 画像からデンチャースペースのモデルを構築し，周囲組織の機能をシミュレートしそれに合致したトレーやパイロットデンチャーを製作することである．全部床義歯の形態は義歯周囲軟組織との機能的協調の結果であるという観点から，Ｘ線映画法や圧センサ，写真，ビデオ機器による機能時の義歯周囲軟組織の挙動の解析が行われた 8–11）．すなわち数値的なニュートラルゾーンテクニッ
クやフレンジテクニックを念頭に置いたものであったが，当時の IT 技術のレベルに起因するものではあるが，義歯周囲軟組織の挙動から義歯の具体的な形態を導きだしている研究はない．この部を CAD/CAM 化することが真の CAD/CAM 化であると考える．現在，非線形かつ大変形を扱うことのできる数値解析手法によりデンチャースペースのモデル構築とシミュレーションを試みているが臨床応用はまだ遠い 13）．

Ⅴ．人工歯排列と試適人工歯排列は，現段階ではデンチャースペースの印
象に記録された排列のガイドやパイロットデンチャーの排列に準じて行われる．CAD ソフト上で排列するのは誰でもできるわけではなく，人工歯排列の能力を有する歯科技工士や歯科医でなければかなり手間がかかるものであるが，顎堤・顔貌・歯列をデータベース化することによって，それまでの臨床経験の蓄積を数値として活用でき，排列の手間やスピードは改善されると考えられる．これまで顎堤と歯列の関係を検索した

日補綴会誌

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CADソフトでの排列・歯肉形成試適用義歯による試適操作

顔貌シミュレーションによる義歯形態の検討

バーチャルとリアルの試適操作

図 10 義歯デザイン，義歯試適および顔貌シミュレーションの関係．（文献（16）より改変引用）

研究は比較的多くみられるが，顔貌との関係も含め解析した研究はみられない．デジタル化された情報からは多くの有効な数値を導きやすく解析の質は格段に進歩すると考えられる．
CAD/CAM においては，試適という操作は完全にコンピューター上で行われるべきものと思われがちである．しかしながら実際に患者の口腔に試適用義歯を装着し，同意を得るシステムも必要ではないかと考えられた．
Inokoshi ら14）は，光硬化型の Rapid Prototyping を用いて咬合高径，リップサポート，人工歯のサイズを変えた 7 種類の試適用義歯を製作し試適操作を行い（RP 法），従来のろう義歯を用いた試適操作との違いを検討した．その結果，患者からの評価では，審美性，完成義歯の予測可能性，快適性，安定性，全体的な満足度いずれにおいても有意な差は認めらなかった．歯科医師からの評価では，審美性・適合性に関して従来法は RP 法に比べ有意に得点が高く，チェアタイムに関しては，RP 法は従来法に比べ有意に得点が高かった．
近年 3D プリンターの進歩は目覚ましく，試適用の義歯は比較的簡単に作れる可能性が出ている．ただ完成義歯に要求される審美性や耐久性，長時間口腔内に装着可能な安全性を満足するような３D プリンタ用の材料はまだない．
Katase ら15） は，上記の試適用義歯を入れた時の顔面形態と顔貌シミュレーションの誤差について検討した．顔面形態と義歯の 3D データを統合するためのランドマークを設定したジグを製作し，義歯装着時の閉口状態の顔貌と，ランドマーク介在状態の義歯を装着した顔貌を撮影しデータ化した．さらに上顎義歯，下顎義歯，咬合させた状態の上下顎義歯とランドマーク

7 巻 4 号（2015）

装置を介在させた上下顎義歯を CBCT により撮影し，ランドマークを介してデータ上記顔貌データと統合した．これらにより閉口状態の顔のなかに上下顎義歯が入った 3D データを作成した．試適用義歯は猪越の方法に準じ，咬合高径とリップサポートを変化させた 6種類の試適用義歯を製作した．これらの義歯を装着した状態の顔面形態とシミュレーション結果との誤差を検討した結果，リップサポートおよび高径の変化によるシミュレーションは実際の顔面形態と 0.2～0.4 mmの差異しかみられず，極めて高精度にシミュレーションが可能であることが判明した．顔面計測の光学スキャナーが進歩し，形態データと色やテクスチャーデータを統合できるようなシステムが一般化すれば，実際の試適用義歯は必要なくなる可能性もある．さらに軟組織のシミュレーションによって，義歯形態の変化に合わせて連続的に顔貌変化を表現することができるようになることが望ましい．人工歯排列位置や研磨面形態を含む義歯データと顔貌データが統合されたデータベースが充実すれば，より顔貌にマッチした義歯形態の決定が正確かつ容易となるであろう．

Ⅵ．義歯床の切削と人工歯の接着
現在の人工歯は硬質レジンを含んだ多層構造，透明感を表現できる審美性，安定した咬頭嵌合と咬合様式を実現できる咬合面形態を有している．これと同様なものを義歯床から連続した材料で作ることはまだ不可能であり，歯科補綴学の叡智が多く含まれている人工歯を活用しない手はないと考えられる．義歯床に人工歯の規定面と male-female の関係となる形態を切削し，そこに人工歯をはめ込み接着させる手法が現在では妥当と考えている．この手法に則るとすると，CAD/CAM 義歯用の人工歯とは，咬合面や基底面の形状や歯頚線の位置，咬合接触点，歯列の形態の情報を含んだ CAD データとしての人工歯と，そのデータと同型の実物がペアになったものと考えるべきであろう．
既成人工歯を義歯床と接着させる方法では，義歯床と人工歯の間にはある程度の遊びが必要であるが，それが大きすぎると所定の位置にはめ込むことはできな
い．精密な義歯床―人工歯関係のために様々な基底面のデザインとオフセット値（遊びの値）が検討されている 17）．しかしながら人工歯と義歯床の境界は材料学的には弱点となるため，何とか連続体として製作できる技術が望まれる．

Ⅶ．CAD/CAM 化の意義と未来臨床および技工操作の省力化や，重合法に依存しな

CAD/CAM によって全部床義歯製作のワークフローはどう変わるのか

い新しい材料の適用がまず CAD/CAM 化の意義として考えられる．しかしながら，最大の意義とは，各ステップの情報伝達が数値になるということであろう．このことはいったん義歯の形状をデータ化してしまえば，いつでも義歯が提供できるということである．阪神大震災では，災害発生が明け方であったため，義歯を外した状態で被災した高齢者が多く，義歯製作の支援要求が強かったと聞く．東日本大震災では多くの歯科医院が津波のために閉院を余儀なくされたため義歯に関する対応がなかなかできなかったと聞く．大災害の対応のため国民の医療情報が集約され複数の場所に保存されるプロジェクトが進行しているそうである．義歯のデータも医療情報の一部として保存され，活用できる状況になるとよい．
教育に及ぼす影響も大きい．全部床義歯には周囲軟組織との機能的協調，適切な顔面形態の回復を考慮した義歯形態を付与することが重要であり，上下顎堤間の自由度の大きい空間の中に口腔機能や顔面形態に合致するように設定しなければならない．したがって，同一の書籍や手法に則ったとしても，現実には義歯の形態・品質は術者間で非常にばらつきが大きい．デジタル化の意義とは，義歯形態決定のための顎堤や顔貌などのさまざまな基準を数値データとして提供し，シミュレーション技術により最適形状を推定・検証するという手法が可能となるということである．この方法が確立すると，患者―術者―IT がお互いに協力し合うような，マン−マシンシステムとしての義歯製作支援システムを製作でき，義歯の品質のボトムアップが期待できる．またこれをシミュレーション教育に適用すれば学生教育用患者の減少を補ってくれるバーチャ
ル患者や，在宅での全部床義歯製作になどの遠隔歯科医療に大きく貢献することとなる．また近年，歯科補綴学の卒前教育の時間を削減させざるを得ない状況になりつつあるが，ワークフローの中での歯科医師と歯科技工士の分業を数値データを介して明確かつ確実にし，それぞれの教育を重点的かつ効率的にして，教育の時間的コストを削減できると考えられる．さらに，今後無歯顎補綴の需要が増加する国々における日本の臨床技術の供与に貢献できるのではないかと期待している．
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著者連絡先：水口 俊介〒 113-8549 東京都文京区湯島 1-5-45 東京医科歯科大学大学院高齢者歯科学分野
Tel: 03-5803-5582
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