ラピッドプロトタイピングマニュファクチャリング技術（RPMT）は.ダイレクトCAD製造や自由形状製造とも呼ばれ[1].1981年に日本で生まれ[2].20年以上にわたり製造技術における大きなブレークスルーとなっている。 3].1992年頃には歯科の分野でも使用されるようになりました[4]。
Harrisら[5]は.RPMT技術の高速かつ正確な特性により.口腔顎顔面外科への応用が有望であると予測した。
1.RPMTの特徴[1.2.6]。
RPMTは.物体の形状・構造・接続状態をコンピュータで記述し.設計アイデアを一定の構造・機能を持つプロトタイプに自動的かつ迅速に具体化したり.直接製造するものである
CADモデルから物理モデルへの変換時間を80％以上短縮することが可能です。 デジタル画像技術（CT.MRI.3次元超音波など）を特徴とする診断技術の発達により.人体の3次元断面をコンピューターで簡単に再現することができ.これらのデータをRPMTシステムに転送することで.この部分の組織実体を作成することができるのです。 特に.小ロットで複雑な（溝.凸状の肩.中空.入れ子など[7]）形状の物体の直接生産に適していること.異なるプロセス原理の装置をモジュール化して交換することが容易なこと.インターネットを使って遠隔製造サービスを提供できること.幅広い材料（樹脂.プラスチック.紙.パラフィン.フィルム.金属やセラミックの粉.ホイル.絹など）で利用できること.理論的に原材料利用率として また.製造工程では振動や騒音がないため.環境に配慮した効率的な製造技術となっています。 現在では.最大精度0.001mm.層厚±0.005mmの専用成形機が用いられ[2].最大800mm×1600mm×500mmの部品（清華大学のSSM-1600など）を数時間～数十時間/個という速度で成形している[2]。
2.顎顔面外科手術への応用におけるRPMTの意義
顎顔面手術の目的は.患者の顔面器官の生理的・機能的ニーズを満たすだけでなく.患者の個性を最大限に生かした外見の回復であり.そのためには.手術前の綿密な計画.術後の患者への説明.手術操作をできるだけシンプルにすること.等が必要です。 RPMTの直接的または間接的な介入は.診断（骨折.強直症.さらには閉塞歯［8］）.計画.手術のシミュレーション（例えばGatenoら［9］はRPMTを用いて牽引骨形成を予測）.治療を助ける重要な役割を果たすことができ.通常なら複数の手術で行われる複雑な整形外科手術を1回の診察で行うことが可能になるので.これらの問題を単純化できるのは間違いありません[7]。 RPMTの適用により.正しい診断が29.60％.手術の正確さが36.23％.手術時間が17.63％増加したという統計があります[10]。 それだけでなく.RPMTは顎顔面外科における組織工学などの基礎研究への応用でも近年注目されており.細胞担体スキャフォールドの製造方法として重要な位置を占めています。
大きく分けると.RPMTの応用は.第一段階として診断・手術用の生体固体モデル.中間段階として治療・リハビリ工学用のインプラント.そして上級段階として人工臓器（代謝プロセスに参加できる「本物の」骨）の3段階に分けられる。
3.顎顔面外科領域で使用されるいくつかのラピッドプロトタイピング技術
RPMTは通常.製造工程の原理によって分類される。 顎顔面外科領域で使用される.より確立された技術とその特徴を紹介します[1, 2, 6]。
(1) ステレオリソグラフィー装置（SLA）は.感光性液相硬化.ステレオリソグラフィー.ステレオスコピックモデリングなどとも呼ばれる。 これは.感光性樹脂を原料として.コンピューター制御の紫外線レーザーで.目的とする原型の各層部分の輪郭を点ごとに軌跡としてスキャンし.スキャンした部分の樹脂を硬化させ.テーブルを移動して新しい樹脂の層を置く.ということを製造完了まで繰り返す技術である。 Anderlら[11]は.重度の中顔面裂（前頭蓋窩から硬口蓋まで）を持つ8ヶ月の子供の手術計画および手術にSLAモデルを使用しました。 Hollisterら[12]は.小型のYucatanブタの下顎関節外側欠損の修復にSLAを使用しました。 SLAは微細加工も可能で.日本では九州工業大学が約50μmの模型を製作した[2]。 成形時の体積変化により.コントロールが難しくなります。
(2) LOM（Laminated Object Manufacturing）。 これは.片面に熱溶融性接着剤を塗布した薄膜材料を.プレハブ原型の内外輪郭にレーザー光線で層状に切断し.加熱ローラーで加熱して切断したばかりの層を下の切断層と接着し.最後に不要な材料を剥がして模型を得る技術である。 LOMプロセスは現在.さまざまな材料（板金やセラミック材料など）を使って開発が進められている[2]。 LOMは.先天性.外傷性.鎖骨切除後の減圧.感染などによって生じた頭蓋顔面骨欠損の硬組織置換に臨床的に使用できる。例えば.Onoら[14]はLOMを用いて.9人の患者の複雑な顎欠損を.HAセラミックス( LOMの欠点は.材料の耐性と接着強度が選択した基板と接着剤の種類に密接に関係していることと.廃棄物の分離に時間がかかることである。
(3) SLS（Selected Laser Sintering：選択的レーザー焼結）。 精密にガイドされたレーザービームを使用して.材料の粉末を焼結または溶融し.固化して3次元の原型やモデルを形成するものである。 一般にバインダーを添加せず.後処理もしないため.高強度の模型が形成できる。支持体が不要で.模型の精度が高く（粒径0.1mm未満で±0.01mmまで）.ワックスパウダーを使用すればそのまま精密鋳造ワックス型が作成可能である。 初期のSLS法は.気孔間の粉体を除去することが困難であったため.組織工学的な細胞足場の作製にはあまり適さなかった。 現在では.SLAの開発により.焼結体の内部微細構造（気孔と気孔径）をパラメータ制御により調整することが可能になっている。 たとえば，Cheah ら [15] は，レーザーエネルギーを小さくして走査速度を上げると微小管の孔径が X-Z 平面で大きくなるという原理を利用して，顎顔面骨腫瘍領域の欠損の再建に重要な，緻密で多孔質のゾーンの形成制御による薬剤遅延デバイスを作成し， Tan ら [16] は商用 SLS 装置で 2 つの材料の異なる比率の制御を行い，顎顔面骨腫瘍領域の欠損の再建に重要な SLSの欠点は.焼結の際に単位面積あたりの吸収電力を正確にコントロールすることが難しいこと.モデルの表面が比較的粗く.適切に焼成して硬化させ.研磨する必要がある場合があることです。
(4) FDM（Fused Deposition Modeling）とは.溶融積層法.金型への溶融押し出し法等とも呼ばれるものである。 それはホットメルトノズルの使用なので.CADによると材料の半流動状態は.固化成形の場所の開発に押出成形と堆積.徐々に堆積.モデルの形成後に固化を層状データ。 Eppleyら[7]は.FDMを使用して個々の仮骨レプリカを作成し.13人の患者の頭蓋再建を行い.術中操作時間を大幅に短縮した。 Schantz ら（18）は.ニュージーランド白ウサギの頭蓋骨に 15 mm の欠損を作り.PCL とフィブリン接着剤を原材料とする FDM を使用して.欠損を「再現」し.若干の空隙を形成した。 Caoら[19]は.関節軟骨欠損の修復の難しさを解決するために.FDMによる軟骨細胞と骨芽細胞の共生型耐荷重吸収性足場を提案し.その結果.関節軟骨欠損の修復に大きな可能性があることを示しました。 この結果は.骨軟骨欠損の修復に大きな可能性を示すものであった。デメリットとしては.精度が比較的低いこと.体積のばらつきもあること.FDM法は加熱が必要なため.加工時に成長因子などの活性物質を添加しない足場材を作るのにしか適していないことなどが挙げられます。
(5) 常温マルチインシュレーションフォーミング(TMF)。 この方法は.混合後に成型・硬化できる材料を別々の容器に入れ.複数回の注入により混合・成型する方法である。 優れた利点[20]は.高温による活物質の損傷がないこと.現在のようにヒト骨成長因子を後段で配合するのではなく.特殊処理により急速成形の段階で多次元的に配合できること.徐放化効果があり.欠損部の骨癒合が非常に容易なこと.製造過程で素材を変更し.素材.色.機械特性.熱特性などの組み合わせを多様できること.そして多様に使用できることである。 製造工程で材料を変更することで.材料.色.機械的特性.熱的特性の組み合わせが異なる様々な複合材料や非均質材料.多孔質構造体を製造し.機能勾配材料の積層や成形を実現することが可能です。 そのため.生体工学的足場（微細構造化ジェットスタッキング）作製の主要なプロセス手法になることが期待されています。 中国では.清華大学のShi Yanchunら[21]が.分子量10万に近いPLAとHA.コラーゲン.BMPからTMF技術で直径と高さが5mmの多孔質円筒を作り.犬の橈骨欠損部に埋入しました。
4.アウトルック
上記のような最も確立された技術以外にも.多くの技術が実用化されています。 3次元スプレーボンディング.フォトマスキング.デジタルアキュムレーション.そして最新のダイレクトシェル工法など.さまざまな工法を駆使しています。 現在.RPMTは海外の医療現場でも精力的に応用されています。 ソフトウェアやハードウェアの標準化.スライス方法の曲線化.さらなるインテリジェント化.装置プロセスの統合化など.まだまだ発展の余地があります。 RPMTを利用して.診断や手術に役立つヒトの組織や臓器を作ることは.大きな発展の可能性を秘めています。 顎顔面手術では.「部位」の特異性により.RPMTがさらに「使える」ようになる。
参考文献
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