日大歯学 , 96（2）, 69-73, 2022

特別依頼原稿

第 74 回日本大学歯学会特別講演寄稿

日本大学歯学部 100 年の歴史と歯科用小照射野高精細コーンビーム CT の開発
新井嘉則

日本大学歯学部歯科放射線学講座

要旨：日本大学歯学部は 1916 年に佐藤運雄先生によって創設された。そのわずか 8 年後の 1924 年に日本大学歯学部歯科放射線学講座が開設された。これは，レントゲン博士が X 線を発見して 29 年目で，世界でも有数の歴史ある講座となった。とくに 1984 年には安藤先生と篠田先生が開発した超高感度テレビカメラを応用した，世界初のデジタル口内法撮影装置が稼働していた。また，西連寺先生が開発した世界で 3 番目となるパノラマ装置も現役で画像診断に使用され，さらには，フィンランド製のデジタル制御の多機能パノラマ装置も臨床応用されていた。
これらの 3 つの機器は，のちの歯科用小照射野高精細コーンビーム CT（歯科用 CBCT）の開発の重要な基礎技術となった。また，筆者が研究に行き詰っていた 1992 年に，顎関節の研究をしていた本田和也先生から，“顎関節の 3次元画像を観察したい”との要望をいただいた。私は，即座にそれは“不可能”とお答えしたが，必要であれば開発すべきだと考え，歯科用 CBCT の開発に着手することになった。さらに，1995 年に幸運にもパノラマ発祥の地である Turku University（Finland）へ留学することができた。当時の Erikki Tammisalo 先生のご指導のもとに，歯科用 CBCT の開発をスタートした。1995 年の 12 月に顎関節の 3 次元的な画像の再構成に成功した。しかし，その画質は劣悪で実用化の道は遠いと考えられた。帰国後も研究を継続し，1997 年 12 月には日本大学歯学部付属歯科病院で臨床研究をスタートさせた。3 年間で 3,500 症例を重ねることができ，その有効性を証明することができた。
また，安全性は岩井一男先生の精密な被曝線量測定実験で証明がなされた。2000 年 12 月に“歯科・頭頸部用小照射野 X 線 CT 装置”として初の薬事認可を取得した。この技術は日本大学からモリタ製作所に技術移転を行い，得られたライセンス料は新校舎の建設にも寄与することとなった。以上のように，本学の先人たちの研究成果を基礎として，歯科用 CBCT の開発がなされた。ここに，あらためて各位に深く御礼を申し上げたい。
キーワード：X 線，コンピュータ断層，歯科，コーンビーム CT

The 100th anniversary of Nihon University School of Dentistry andthe development of limited volume and high-resolution X-ray cone-beamcomputed tomography for dentistry
Yoshinori Arai
Department of Oral and Maxillofacial Radiology, Nihon University School of Dentistry

Abstract: The Nihon University School of Dentistry was founded in 1916 by Professor Kazuo Sato. Only
eight years later, in 1924, the Department of Oral and Maxillofacial Radiology was established. This was the29th year since Dr. Roentgen discovered X-rays, making it one of the world's leading departments. In 1984,
when I joined the department as a graduate student, the world's first digital intraoral radiography system,
which applied the Silicon Intensifier-image tube and television signal system developed by Professors Andoand Shinoda, was in operation. In addition, the world's third panoramic X-ray tomography developed by Dr.
Sairenji was still in active use for image diagnosis, and a digitally controlled multifunctional panoramic X-ray
tomography made in Finland was also in clinical use. These three devices became important basic
technologies for the later development of limited volume and high-resolution X-ray cone-beam computed
tomography for dentistry (dental CBCT). In 1992, when I got stuck in my research, I received a requestfrom Professor Kazuya Honda, who was researching temporomandibular joints, to "be able to observe 3D
images of temporomandibular joints." I immediately answered that it was "impossible", but thought that it（受付：令和 4 年 8 月 24 日）
責任著者連絡先：新井嘉則
日本大学歯学部歯科放射線学講座〒 101-8310 東京都千代田区神田駿河台 1-8-13

TEL：03-3219-8104
FAX：03-3219-8354
E-mail：arai.yoshinori@nihon-u.ac.jp

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should be developed if necessary, and started developing a dental CBCT. In 1995, I was fortunate enough tostudy abroad at Turku University (Finland), the birthplace of panoramic X-ray tomography. In December
1995, I succeeded in reconstructing a three-dimensional image of the temporomandibular joint. However, theimage quality was so poor that it was considered far from practical use. After returning to Japan, I
continued this research, and in December 1997, started clinical research of dental CBCT at Nihon University
Dental Hospital. 3,500 cases were taken in 3 years, and its effectiveness was proved. In addition, the safety
was proved by Dr. Kazuo Iwai's precise exposure dose measurement experiments. In December 2000, I
obtained the first pharmaceutical approval for a “limited volume and high-resolution cone-beam computed
tomography for Dentistry”. This technology was transferred from Nihon University to J. Morita MFG(Kyoto, Japan), and the licensing fees obtained contributed to the construction of the new dental schoolbuilding in 2021. As described above, the dental CBCT was developed based on the research results of ourpredecessors. Once again, I would like to express my deep gratitude to all of you.
Keywords: X-ray, computed tomography, dental, cone beam CT実用化している。

はじめに

一方，1972 年にイギリスの Hounsfield6）はフィルムで歯科用小照射野高精細コーンビーム CT（以下，歯科用はなく，X 線センサーと電子計算機を応用した世界で初CBCT）は低被曝で高解像力の歯及び顎骨の画像診断を提めて医科用の CT の開発に成功した。当初は頭部専用の供し，現在は本邦において年間 73 万件以上の撮影（令和ものであった。ペンシル型の細い X 線ビームを使用して3年

令和 3 年 6 月審査分）がスキャンすることから長時間の撮影が必要とされた。し行われている。本学付属歯科病院においても年間 3,500

かし，脳出血の 3 次元的な画像診断を可能とし，医学の件前後の撮影が実施され，埋伏歯の抜歯，根管治療およ発展に大きく貢献した。

社会医療診療行為別統計

びインプラントの埋入などの歯科臨床に不可欠となってコーンビーム CT の最初のアイデアは 1974 年の Robbいる。しかしながら，1990 年代初頭までは，歯科に特化

ら 7）による。コーン状の X 線ビームと被写体を回転させした小照射野の歯科用 CBCT の実現は，理論的に開発がるターンテーブルと画像倍増管とコンピュータから構成不可能と考えられていた。これに対し，新井は独自の理された。3 次元的な画像を一括して得ることができるも論によって，小照射野の歯科用 CBCT に開発に成功しのであった。このコーンビームはちょうどパノラマの垂た 1）。

直スリットビームと，高橋らの回転断層撮影装置の水平スリットビームを掛け合わせた形態と考えられた。

歯科用 CBCT 開発の背景

こ の コ ー ン ビ ー ム CT の 数 学 的 な 理 論 は 1984 年 にComputed Tomography（CT）の数学的な理論は 1917

Feldkamp8）によった。コーンビームによって斜めから 2

年に Radon が提唱した。この理論は，“無限遠からのす次元のスクリーンに投影される像に関して，その詳細をべての方向からの投影データを逆投影することによっ理論化した。1986 年には豊福ら 9）はコーンビームとターて，正確な断層画像が再構成できる”というものであっンテーブルと画像倍増管およびコンピュータを使用してた。このためには，大型の X 線装置や回転機構および膨顎骨の 3 次元画像の再構成に成功している。ここでは，大な計算が必要とされることから，長らく実用化されな歯列弓に沿って画像を再構築することで，顎骨の展開像かった。の再構成にも成功し，コーンビーム CT の歯科応用の有2）

高橋ら は 1950 年代に回転断層撮影装置の開発を行っ効性が示された。

3）た。これは 2 つのターンテーブルと水平スリットによる1998 年にはイタリアの Mozzo ら 10）によって，頭部領X 線ビームを使用した。1 つ目のターンテーブルにフィ域に特化したコーンビーム CT の発表が行われた。患者

ルムを水平において，患者を 2 つ目のターンテーブルには仰臥し，頭部をガントリーに入れて撮影する方式で立たせた。この 2 つのターンテーブルを同期させて撮影あった。顎骨全体の撮影が可能で，骨折やインプラントする方法であった。胸部の軸位断の撮影に成功している。

治療に応用された。しかしながら，口内法 X 線撮影に比同時期に，フィンランドの Paatero はターンテーブル較して解像力が低い問題点があった。

4）の上にフィルムを垂直に立てて，馬蹄形に湾曲させてお歯科用 CBCT の開発の系譜

いて，患者を同期して回転させ，垂直の X 線スリットビームでスキャンすることで顎骨のパノラマ像を得ることに

口内法 X 線撮影では通常は直径 6 cm 程度の照射野が成功している。西連寺ら 5）も同様の装置の開発に成功し，使用される。それに対して西山 11）は 1977 年に小照射野70

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令和 4 年 12 月

で撮影することで，画質の向上と低被曝化が可能であるパノラマの基礎実験で使用したターンテーブルが使用さことを報告した。ここでは，照射野を直径 2 cm に限定し，れた。その後，多機能断層撮影装置 Scanora18）に超高感照射面積を通法に比較して 1/9 にした。これによって，度テレビカメラシステムを搭載して撮影実験を行った。

散乱線の発生を抑えてコントラストが上昇することを示

ここでは，被曝線量の低減と散乱性の低減を考えて，した。さらに，下顎臼歯部の根尖に発生した病巣に対しコーンビームを小照射野にして実験を行った。Radon2）て，小照射野が診断能を向上させることを示した。このによる CT の数学理論では，被写体全体を X 線で照射す

成果はのちの小照射野の歯科用 CBCT の開発の基本理論る必要がある。したがって，小照射野では CT 画像を得の一つとなった。また，安藤ら 12）は 1978 年に SIT（Siliconることは不可能とされていた。この理論に反して，小照Intensifier Tube）を応用した超高感度テレビカメラシス射野での実験を行った。その結果，各点の絶対的な X 線テムを使用して，テレビ画像による口内法 X 線撮影装置

吸収率を求めることはできないが，相対的な X 線吸収率の開発に成功している。ここでも，小照射野の X 線発生の差を求めることは可能であることを示すことに成功し装置が応用された。篠田らた。

はそれらを発展させて，フ13）

レームメモリーによる画像加算器を使用して画質を飛躍

その後，画質の改善と計算速度の改善が実施された。

的に向上させた。この超高感度テレビカメラシステムと最適化された専用の 2 次元センサーを開発した。計算速フレームメモリーも歯科用 CBCT の基本的な構成要素の度の改善のために開発言語は C が採用された。1997 年

一つとなった。に Intel から Pentium Ⅱ 400 MHz が供給された。これにMcDavid ら 14）は， 多 機 能 X 線 パ ノ ラ マ 撮 影 装 置

よって，パーソナルコンピュータで，撮影後 10 分以下

Zonarc をベースとして，フィルムの回転速度を制御するで 3 次元画像を得ることができるようになった 19）。当時ことで，断層面の位置を自由に可変することに成功した。

は 3 次元画像にはミニコンと呼ばれた専用の計算が使用

1988 年には，この Zonarc に安藤らが使用した超高感度されていたが，汎用品のパーソナルコンピュータで可能テレビカメラシステムと篠田ら 15）が使用したフレームメとしたことは大きな成果であった。

モリーを応用して，デジタルパノラマ装置の開発を行っこれを受けて，1997 年 12 月から日本大学歯学部付属た。ここでは，ビデオ画像を加算するときに，その位置歯科病院で，直径 4 cm 高さ 3 cm の撮影範囲を持った歯をシフトさせることで，デジタルパノラマ断層像を合成

科 用 CBCT の 臨 床 応 用 が 開 催 さ れ た。2000 年 ま で にした。加算時にシフト量を変化させることで，自由に断3,500 症例が実施され，有効性が証明された 20,21）。その間層面の位置を変化させることが可能となった。これにに，1 例の問題も発生しなかった。また，安全性に対し

よって，1 回の撮影で多断層の画像を再構成することがては，被曝線量の精密実験を行った。岩井によって低被可能となった。

曝が示され，安全性が立証された 22）。その後，日本大学

その後，1994 年には veraview（モリタ製作所，京都）産官学連携知財センター（NUBIC）からモリタ製作所に技に搭載されたデジタルパノラマ装置が開発された 16）。し術移転がなされた。モリタ製作所で“3DX multi image

かしながら，当時の X 線センサーとコンピュータの能力micro CT”が開発され，以上の多数の論文による報告か不足から，従来のフィルム法に比較して，被曝線量が大ら“歯科・頭頸部用小照射野 X 線 CT 装置”の薬事項目がきく，画質も悪いことから実用化されることはなかった。

新設され，第一号の認証を得た（図 1）23）。

そのころ，本田は顎関節腔に穿刺し関節円板を造影す

その後，パノラマと歯科用 CBCT の複合機が開発され，る研究を行っていた。しかし，従来の断層撮影法では 3広く普及するようになった（図 2）24）。2012 年には保険に次元的な形態が即座に得られないことから，顎関節腔造も導入され，ガイドラインも制定され歯内療法や智歯の影の成功率は低かった。また，穿刺する方向や深さが盲抜歯およびインプラントの埋入計画などに幅広く利用さ目的に実施されていたため，穿刺に対する安全性にも問れている 25）。

題があった。

17）

44

最後に

4

本田は新井が開発にとん挫 したデジタルパノラマ装置を視て，“この装置を発展させることで，顎関節が 3 次元

X 線は 1895 年にレントゲンによって発見された。本で観察できないか”と提案をした。その時，新井は即座に学は 1916 年に佐藤運雄先生に創設された。その 8 年後開発不可能と返事をした。しかしながら，その装置の開に歯科放射線学講座が開設され，まもなく開設 100 年を発の重要性を理解して，可能性の検討を開始した。これ迎えようとしている。その中で，本学の先人たちが行っが，歯科用 CBCT 開発の大きなきっかけとなった。

たパノラマ装置の開発 5），小照射野の有効性の証明 11），1995 年に新井は日本大学海外学術研究員として Turku

超高感度テレビシステムの開発 12,13），顎関節腔造影の研University（Finland）に 留 学 す る 機 会 を 得 て， 歯 科 用究 17）の系譜があって，はじめて歯科用 CBCT の開発 19）

CBCT の基礎研究を行った。基礎研究には，Paatero がが行われた。

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第 96 巻第 2 号

1）Arai Y (2021) Local cone beam CT: how did it all start?.
Dentomaxillofac Radiol 50, 20210276.
2）Radon J （1917）On the determination of Functions fromtheir integral values along certain manifolds. Berichte
der Sächsischen Akadamie der Wissenschaft 69, 262-277.
(in Deutsch)3）Takahashi S, Imaoka M, Shinozaki T (1951) Rotatory
cossgraphy. Tohoku J Exp Med 54, 59-66.
4）Paatero YV (1949) A new tomographical method forradiographing curved outer surfaces. Acta Radiol 32,177-184.
5）西連寺永康（1971）パノラマ X 線撮影とその読像上の問題点 .
歯界展望 38, 395- 398 .
6）Hounsfield G (1973) Computerized transverse axial
scanning (tomography): Part 1 Description of system.
Brit J Radiol 46, 1016-1022.
7）R o b b R A , G r e e n l e a f J F , R i t m a n E L , J o h n s o n S A ,Sjostrand JD, Herman GT, Wood EH (1974) Threedimensional visualization of the intact thorax andcontents: A technique for cross-section reconstruction
from multiplanar X-ray views. Comput Biomed Res 7,395-419.
8）Feldkamp LA, Davis LC, Kress JW (1984) Practical conebeam algorithm. J Opt Soc Am A 6, 612-619.
9）Toyofuku F, Konishi K, Kanda S (1986) Fluoroscopic
computed tomography: An attempt at 3-D imaging ofteeth and jaw bones. Oral Radiol 2, 9-13.
10）Mozzo P, Procacci C, Tacconi A, Martini PT, Andreis
IA (1998) A new volumetric CT machine for dental
imaging based on the cone-beam technique: Preliminaryresults. Eur Radiol 8, 1558-1564.
11）Nishiyama S (1977) Effect of narrow collimation on theimage representability of periapical bone defects. Dent
Radiol 17, 18-31. (in Japanese)
12）Ando S, Shinoda K, Noikura T, Inaba K, Ohki T, Kimura
K, Hashimoto K, Suzuki M, Iwai K, Urushizaki M (1978)
Real time radiological survey by intraoral fluoroscopic
TV system to minimize radiation dose. Dent Radiol 18,123-129. (in Japanese)13）篠田宏司 , 橋本光二 , 大木 亨 , 新井嘉則 , 外川圭一 , 川島祥史 , 大亀泰久 , 本城谷 孝（1987）顎骨病変の歯科用 X 線 TV
システムによる定量的診断法の開発 . 歯科放射線 27, 346354.
14）McDavid WD, Tronje G, Welander U (1989) Image layers
in the Zonarc. Dentomaxillofac Radiol 18, 1-10.

図1

図2

プロトタイプの歯科用 CBCT は Orth-CT の愛称で使用された。1997 年に臨床研究がスタートして 25 年の20）節目を迎えることができた。特に，薬事承認を受けるときは工藤逸郎先生，佐藤 宏先生，大木秀郎先生，本田雅彦先生，清水 治先生，田中孝佳先生，斎藤 毅先生，目澤修二先生，小木曽文内先生，伊藤公一先生，中島一郎先生，萩原芳幸先生，鶴町 保先生，佐藤秀一先生，清水典佳先生，田村隆彦先生，吉沼直人先生，月村直樹先生，大山哲生先生（順不同）をはじめ多数の先生方の温かいご協力によって，その有効性を証明することができた 21,25）。
また，安全性は岩井一男先生の精密な被曝線量測定実験で証明がなされた 22）。モリタ製作所に技術移転を行い，得られたライセンス料は新校舎の建設にも寄与することとなった 26）。
以上のように，本学の先人たちの研究成果を基礎として，歯科用 CBCT の開発がなされた。ここに，あらためて各位に深く御礼を申し上げたい。
本論文に関して，開示すべき利益相反は特許料および受託研究においてモリタ製作所（京都）にある。
文献

歯科・頭頸部用小照射野 X 線装置
日本大学から技術移転しモリタ製作所で 3DX multi image
micro CT が開発され，“歯科・頭頸部用小照射野 X 線 CT 装置”の薬事項目が新設されて第一号の認証を得た。

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複合機
パノラマと歯科用 CBCT の複合機が開発され，広く普及するようになった。

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15）A r a i Y（1988）A n i m p r o v e m e n t d i g i t a l p a n o r a m i ct o m o g r a p h y s y s t e m . D e n t R a d i o l 28, 302-311. ( i nJapanese)16）Arai Y, Sairenji E, Shinoda K, Hashimoto K (1994) Theelimination of ghost images in the development of digitalrotational panoramic radiography. Dent Radiol 34, 194201. (in Japanese)
17）本田和也 , 橋本光二 , 島田英治 , 上野正博 , 澤田久仁彦 , 川嶋祥史 , 荒木正夫 , 岩井一男 , 篠田宏司（1996）顎関節円板の穿孔に関する X 線学的研究―日本人献体下顎窩の形態変化について . 歯科放射線 36, 153-160.
18）Tammisalo E, Hallikainen D, Kanerva H, Tammisalo T(1992) Comprehensive oral X-ray diagnosis: Scanora
multimodal radiography. A preliminary description.
Dentomaxillofac Radiol 21, 9-15.
19）Arai Y, Tammisalo E, Iwai K, Hashimoto K, Shinoda K(1999) Development of a compact computed tomographic
apparatus for dental use. Dentomaxillofac Radiol 28, 245248.
20）新井嘉則 , 橋本光二 , 江島堅一郎 , 本田和也 , 岩井一男 , 篠田宏司（2000）歯科用小型 X 線 CT（Ortho-CT）の臨床例 1000
例の統計的分析 . 日歯医学会誌 19, 54-63.

令和 4 年 12 月

21）新井嘉則（2000）歯科医療に最適化された小照射野 X 線 CT（Ortho-CT）. 日本歯科医師会雑誌 53, 831-840.
22）岩井一男 , 新井嘉則 , 橋本光二 , 西澤かな枝（2000）小照射野
コーンビーム CT 撮影における実効線量 . 歯科放射線 40,251-259.
23）新井嘉則 , 橋本光二 , 岩井一男 , 篠田宏司（2000）小照射野 X
線 CT の実用機“3DX Multi Image Micro CT”の基本性能 .
歯科放射線 40, 145-154.
24）Rottke D, Dreger J, Sawada K, Honda K, Schulze D,(2019) Comparison of manual and dose reduction modesof a MORITA R100 CBCT. Dentomaxillofac Radiol 48,
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25）Hayashi T, Arai Y, Chikui T, Hayashi-Sakai S, Honda K,
Indo H, Kawai T, Kobayashi K, Murakami S, Nagasawa
M, Naitoh M, Nakayama E, Nikkuni Y, Nishiyama H,
Shoji N, Suenaga S, Tanaka R（2018）Clinical guidelines
for dental cone-beam computed tomography. Oral Radiol
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26）日 本 大 学 産 官 学 連 携 知 財 セ ン タ ー．NUBIC NEWS．
https://www.nubic.jp/05guideline/nubic_news_bn/
NUBICnews_201903.pdf（2022 年 8 月 20 日アクセス）73