Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

医用画像 / 頭部3次元モデル / コンピュータグラフィックス / 手術シミュレーション / 表情解析 / 画像診断 / 可視化 / 表情生成

画像診断においては,患部周辺の形状計測データから,高精度な3次元画像を構築し,医師が患部や異常部を特定する作業を支援する必要がある。また,人体各部の機能的な情報(変形や運動)についても,静的な形状の計測・可視化に加えて,診断を行う上での重要な手がかりとなっている。特に顔面形成外科や歯科分野においては,顔面骨格および顔表面形状を立体的に改変して形状の正常化を図り,形態異常に起因する咀嚼運動の障害、発音障害などの機能面を改善するとともに顔貌の審美障害を改善することが求められている。申請者は,98年より頭部の解剖学的構造と変形機構を正確に再現した3次元頭部モデルの構築に関する研究に従事してきた。その応用事例として,本研究課題において,九州大学歯学研究院中島昭彦教授の協力のもと医用画像データから高精度3次元頭部モデルを構築し,歯科における顎顔面形態の診断支援を行う実用的なシステムを構築し,その研究成果により工学・医学双方の学会において論文賞を受賞するに至った。現在,構築システムは九州大学歯学部付属病院にて試験運用中である。
現在,更なる形態表示の精度向上を目指すとともに,顎顔面運動の計測・可視化機能をも組み込むことで,形態・機能両面から顎顔面領域における歯科的診断・治療を支援するシステムの構築を目指している。本研究課題は、工学,歯学(医学)の領域をまたぐ学際的なテーマであるため,研究成果の発表は工学,歯学双方の学会において行い,双方の分野において広く成果を公表することを心がけた。尚,本課題遂行期間中の成果を纏めた学術論文投稿の準備を進めている段階である。

表情解析 / スマイル / 発語動作 / モーションキャプチャリング / 高速度カメラ / コンピュータグラフィックス / 咬合異常 / 歯科矯正治療 / 表情 / 高速度ビデオカメラ / 頭部三次元モデル / 義歯

歯科治療は従来より疼痛の除去や咀嚼機能の回復に主眼がおかれてきた。これらが重要であることは論を待たないが、顔の構成要素であるとくに口は、情報伝達の主要な手段である言語を発する器官であるだけでなく、言語自体がもつ意味とともにその話し方、口腔周囲軟組織の動きによって微妙な感情をともなった情報を相手に伝える機能をもっている。歯科治療の意義が生理的な領域だけでなく、顔の表情生成の重要な部分を担っている「口もと」の動きにどのように関わっているかを解析し、治療による発語動作や表情の変化予想をパーソナルコンピユータ画面上にコンピュータグラフィックスでディスプレーして、患者説明のために臨床応用しようとすることを本研究の目的とした。
まず顔表面の動きを三次元で捉えるシステムを構築するため、三次元動作解析装置Winanalyseと2台の高速度カメラを購入し、顔表面に計測点を設定し計測誤差の検定を行った。その結果、額と鼻根部に設定した3点で構成される三角形の重心を基準点として、スマイルや発語動作に伴う頬点、上下口唇点、口角点などの動きを正確に捉えることができることが分かった。この計測システムを用いて、以下のような知見を得ることができた。
1,顔の各器官の動きは、スマイル、発語動作いずれにおいても個人において一定のパターンが存在した。
2,「チー」スマイルは自然なスマイルと表情開始時においてわずかな違いがあるが、再現性が高く、表情の研究における試験動作として使用できることが分かった。
3,前歯のかみ合わせとスマイルや発語動作は強く関係しており、上顎前突では下唇、反対咬合では上唇が形態異常を保証した動きを示していることが分かった。
4,表情を視覚的に確認することを目的として各計測点の動きを三次元的に再現するプログラムを開発した。

【研究分担者】
沖本公繪	九州大学	歯学研究院	助教授	(Kakenデータベース)
青木義満	芝浦工業大学	工学部	講師	(Kakenデータベース)
橋本周司	早稲田大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)