JP6018199B2 - 歯科対象物の複数の３次元画像を記録するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯科対象物の複数の３次元画像を記録するための方法に関し、３次元画像のそれぞれは、対象物の測定表面の３Ｄ測定データ及び色データを含み、それらの個別画像は、コンピュータ支援記録アルゴリズムを使用して、全体画像へと組み合わされる。

これらの個別画像を全体画像へと組み合わせるための、３次元画像を記録するための幾つかの方法は、従来技術により既知である。

記録される対象物が、単一の画像で検知されるのではなく、複数の画像によってのみ検知される場合に、記録が必要である。このことは、例えば、複数構成要素のブリッジなどの、空間的に大きい歯科対象物の場合に、又は全ての側面から記録しなければならない歯の場合に必要である。

米国特許第７，６９８，０６８（Ｂ２）号では、重複する領域を記録するための方法が開示されている。第１の工程では、データ記録は、種々の色特性に基づいて、硬組織に関する第１組織データ記録、及び軟組織に関する第２組織データ記録へと分離される。第２の工程では、硬組織に関する第１組織データ記録の重複領域に基づいて、データ記録が併合される。軟組織に関する第２組織データ記録は、それゆえ、この記録からは除外される。個別画像を併合することによって形成された全体画像の品質が、それゆえ改善される。それらの個別画像は、歯科対象物の共焦点測定で生成された、３Ｄ画像データ及び色データを含む。

この方法の１つの不利点は、軟組織を有する領域が完全に除外され、硬組織を有する領域のみが、この記録のために使用される点である。それゆえ、特に、硬組織を有する領域が小さい場合には、記録のエラーにより、個別画像の不完全な重複がもたらされ、それゆえ、不完全な全体画像が生じる恐れがある。

本発明の課題は、それゆえ、可能な限りエラーを含まない記録を可能にする、歯科対象物の複数の３次元画像を記録するための方法を提供することである。

本発明の１つの対象は、歯科対象物の複数の３次元画像を記録するための方法である。３次元画像のそれぞれは、対象物の測定表面の３Ｄ測定データ及び色データを含む。それらの個別画像は、コンピュータ支援記録アルゴリズムを使用して、全体画像を形成するように組み合わされ、硬組織を有する第１領域、及び軟組織を有する第２領域が、色データによって決定される分割法を使用して、各画像内で特定される。この記録アルゴリズムを使用する際に、第１領域及び第２領域は、異なる重み係数で重み付けされる。

歯科対象物のデジタル取得では、特にＣＡＤ／ＣＡＭシステムに関しては、歯科対象物の複数の画像が、種々の方向から作成される。この記録アルゴリズムを使用して、それらの個別画像を組み合わせることにより、全体画像を形成する。個別画像内の対応する構造が、このプロセスで認識され、重ね合わされる。従来の自動構造認識法が、それらの対応する構造の認識のために使用される。

個別画像は、ストリップ投影法又は共焦点撮像法などの、任意の３次元撮像プロセスを使用して、生成することができる。広帯域スペクトルを使用する共焦点撮像法では、歯科対象物の３次元構造を再現する３Ｄ測定データ、及び対象物表面の実際の色を再現する色データは、共焦点光学配置及び色センサーを使用して、対象物によって反射される光線を解析することにより、同時に決定される。

ストリップ投影法では、測定対象物が、平行な明暗のストリップ又は更に有色ストリップのパターンで照射される。これらのストリップは、光学構造素子、例えば、スライド又はデジタル光変調器（ＤＭＤ）を、測定ボリューム内に投影することによって形成される。別の工程で、デジタルカメラを使用して、その投影に対する既知の視野角で、投影ストリップパターンを記録する。解析の際には、カメラセンサー上でのストリップ移行のセンサー位置が、光学構造素子上での１つの投影ストリップに厳密に割り当てられる。観測ビーム経路及び投影ビーム経路に関する、従来より既知のピンホールカメラモデルを使用することによって、従前に規定された原点からの照射対象物の距離は、ストリップの数を知ることで、そのセンサー位置から決定することができる。投影ストリップの正確な割り当てのために、それらの投影ストリップを色分けすることができ、又は第２の工程で、時間と共に連続的に幅を変化させて、再度記録することができる。このいわゆるグレイコード法では、光学構造素子上の投影表面の位置への正確な割り当ては、それゆえ、カメラの各センサーピクセルに対して決定され、各ピクセルに対して、表面測定点を決定することができる。

深さ分解能を更に向上させるために、いわゆる位相シフト法によって、このストリップ投影法を改善することができる。この場合には、そのパターンは、明領域及び暗領域からなり、明確な縁部の移行を有するストリップからなるものではなく、その代わりに、このパターンの強度特性が、正弦波的に変調される。この投影正弦パターンの位相位置は、その位相が９０°単位でシフトする場合には、高い精度で決定することができ、各位相位置で画像が作成される。次いで、対応する表面点の３次元座標もまた、ピクセルごとに決定される位相位置から、決定することができる。

ストリップ投影法のための光学手段を有する、歯科用ハンドピースによって、３Ｄ測定データを決定することができる。これらの手段に加えて、歯科用ハンドピースは、同じ方向から同時に色データを記録する、従来のカラーカメラを有し得る。次いで、３Ｄ測定データ及び色データを組み合わせて、その３Ｄ測定データの測定点のそれぞれに、対応する色を割り当てる方式で、画像を形成することができる。

３Ｄ測定データ及び色データはまた、歯科用ハンドピース内の色センサーによっても、同時に測定することができる。このハンドピースでは、色測定のための、別個のカラーカメラの搭載は必要とされない。

３Ｄ測定データ及び色データはまた、２つの画像内で交互に測定することもできる。照射処理はまた、画像間で切り替えることもできる。次いで、コンピュータ支援操作で、それらの２つの画像が、有意な構造又は標識に基づいて併合されることにより、全体画像が形成される。

この分割法では、硬組織を有する第１領域、及び軟組織を有する第２領域が、色データを使用して特定される。例えば、各測定点の色は、赤−緑−青の色空間（ＲＧＢ色空間）又はＨＳＶ色空間の色相成分へと分解することができる。次いで、閾値判定基準を使用して、各測定点が、１つの組織のタイプに割り当てられる。赤色の色相成分が高比率で存在する場合、その測定点は、軟組織、すなわち歯肉として特定することができ、緑色、青色、及び赤色の色相成分が高比率で存在する場合、その測定点は、硬組織、すなわち白色の歯質として特定することができる。

組織の特定を改善するために、この分割法は、色分類指標を使用することができ、この色分類指標は、ＲＧＢ色空間もしくはＨＳＶ色空間を、１つの組織のタイプに適宜に割り当てられた領域へと分解するように、実データを使用して練成される。そうすることで、使用される色空間内の特定の領域が、対応する組織のタイプに割り当てられる。２つの組織のタイプのいずれにも割り当てられない領域は、この記録の際には、別個に処理される。これらの領域には、別の工程で、別の同様の分類を施すことにより、異なる反射特性を有する組織のタイプを特定することができる。この方式では、部分的に影となる区域内の領域、又は光沢のある区域内の領域を特定することも可能である。歯科修復物又は軟組織の明確な特定の場合には、これらの領域もまた、記録のために使用される。更には、綿又は歯科用ダムなどの歯科付属品もまた、それらの色相に基づいて特定されることにより、それらの歯科付属品を、記録の際に別個に重み付けするか、又は完全に除外することができる。このことにより記録が改善される。

対応する状況に応じて、歯又は歯科修復物を含む第１領域と、軟組織又は歯科付属品を含む第２領域とを、異なる重み係数で重み付けすることによって、記録の品質を改善することが可能となる。例えば、画像内に硬組織が高比率で存在する場合、軟組織よりも遙かに大きく硬組織を重み付けすることが有利であるが、これは、患者の頬若しくは唇の変形又は移動が、軟組織の変形を生じさせることにより、不完全な記録がもたらされる恐れがあるためである。しかしながら、全体画像内の硬組織の比率が低い場合には、記録の品質を改善するために、軟組織を遙かに大きく重み付けすることができる。

本方法の有利点は、対応する歯科状況に適用される、この重み付けにより、記録の品質が改善される点である。

第１領域は、有利には、歯質又は歯科修復物を描写することができ、第２領域は、歯肉、歯肉代用品、又は綿若しくは歯科用ダムなどの歯科付属品を描写することができる。

歯科修復物は、クラウン、インレー、アンレー、ベニア、又は部分クラウンなどの、任意の修復部品とすることができる。歯肉代用品は、審美的理由のために、自然の歯肉の色と同様の色を有し得る。歯科付属品は、広範囲の色を有し得る。この分割法を改善するために、歯科付属品は、好ましくは、周囲の組織からより良好に差異化することができるように、緑色又は青色に着色することができる。

画像の総面積のうちの、第１領域の第１面積比率、及び画像の総面積のうちの、第２領域の第２面積比率は、有利には、各個別画像内で算出することができる。第１面積比率が閾値を超過する場合には、記録アルゴリズムの適用の際に、第１領域のみが考慮される。第１面積比率が閾値を下回る場合には、第１領域は、第１の重み係数で重み付けされ、第２領域は、第２の重み係数で重み付けされ、この第２の重み係数は、第１面積比率の減少するにつれて増大する。

それゆえ、硬組織の第１面積比率がより小さくなると、軟組織が、より大きく重み付けされる。このことにより記録が改善される。

第１面積比率に関する閾値は、有利には、画像の総面積の５％〜３０％の百分率に固定されうる。

それゆえ、硬組織を有する第１領域は、閾値を上回る記録の際に、特に強く重み付けされ、軟組織を有する第２領域は、僅かにのみ重み付けされるか、又は全く重み付けされない。閾値を下回ると、軟組織を考慮する程度は、より大きいものとなる。５％〜３０％の閾値が有利である理由は、硬組織の第１面積比率が小さい場合にのみ、軟組織の重み付けにより記録の改善がもたらされるためである。

第１領域は、有利には、１．０の第１の重み係数で重み付けすることができ、第２領域は、第２の可変重み係数で重み付けすることができるが、この第２の可変重み係数は、測定表面上の各測定点に関して決定され、硬組織を描写する最近位の第１領域からの、その測定点の距離が増大する場合に減少する。

これは、重み付けに関する別の代替案である。最近位の第１領域からの距離の増大に伴う、重み付けの増大により、軟組織を考慮する程度は、第１領域の直近で、より大きいものとなることが確実になる。このことは、歯の近傍の歯肉は、歯質が近くに存在しない歯肉ほどには容易に変形可能ではなく、更には、これが唇又は頬である可能性が低いという事実を、考慮している。この記録は、それゆえ、硬組織のみを考慮する前述の従来の記録と比較して、改善される。

第２の重み係数は、有利には、第１領域への境界で１．０の値を有し得るものであり、最近位の第１領域からの距離が増大するにつれて、０．０の最小値まで減少し得る。

硬組織への境界での軟組織を考慮する程度は、そのため、より大きいものとなり、記録の信頼性が向上する。

硬組織を有する第１領域又は軟組織を有する第２領域のいずれにも割り当てることができない、第３の領域は、有利には、色データに適用される閾値判定基準の助けを借りて特定することができる。この第３領域は、過度に明るい、眩光により生じる領域、又は過度に暗い、不十分な照射により生じる領域とすることができる。記録の総面積のうちの第３面積比率が、この第３領域に関して算出される。

この第３面積比率は、画像に関する品質判定基準を表す。第３面積比率が過度に大きく、例えば、４０％の百分率を超過する場合には、対応する画像は使用不可となり、再度撮像しなければならない。第３面積比率が十分に小さい場合にのみ、対応する画像を、記録のために使用することができる。この第３領域は、考慮されることなく、もしくは０．０の重み係数で重み付けされる。

それゆえ、眩光又は不十分な照射により作り出された、不完全な場所が除外されることにより、記録が改善される。眩光又は不十分な照射によって引き起こされる不完全領域は、この場合、撮像方向及び照射の入射ビーム方向に応じて、各画像内で、種々の場所で出現することになる。

第１領域及び第２領域への分割の前に、有利には、各画像内の色データに、不鮮明フィルターを適用することができる。

画像は、この方式で滑らかなものとなり、色分割は、特に第１領域と第２領域との間の移行部で、より良好な結果をもたらすが、これは、カメラからの電子ノイズにより差異化が僅かなものとなるこれらの移行部は、ギザギザに見えるためである。このギザギザ効果が、そのため、滑らかになることにより、第１領域と第２領域との間の計算された移行部は、患者の口内の実状況での実際の移行部を、より良好に反映する。

各画像は、有利には、３Ｄ測定データを生成するための第１の手段、及び色データを生成するための第２の手段を備える、歯科用ハンドピースを使用することによって記録することができ、３Ｄ測定データ及び色データは、同じ撮像方向から、同時に、又は短い時間間隔で検出される。

それゆえ、３Ｄ測定データ及び色データの双方を、この歯科用ハンドピースによって、同時に撮像することができる。次いで、３Ｄ測定データは、コンピュータによって色データと組み合わせることができ、３Ｄ測定データ内の測定点のそれぞれに、対応する色値を割り当てることができる。

３Ｄ測定データは、有利には、三角測量法及びストリップ投影法に基づく、第１の手段を使用して生成され、色データは、従来のカラーカメラを使用して生成される。

この歯科用ハンドピースは、それゆえ、ストリップ投影法のための第１の手段、及び色データを決定するためのカラーカメラの双方を備える。３Ｄ測定データ及び色データは、それゆえ、同じ撮像方向から同時に検出される。

時間間隔は、有利には、０．２ｍｓ〜１００ｍｓとすることができる。

この時間間隔は、それゆえ、ハンドピースを保持する際の典型的な微小振動による、３Ｄ測定データの画像と色データの画像との間の手振れを防止するために、十分に短い。

あるいは、この時間間隔は、１００ｍｓ超とすることもできる。この場合には、その後、３Ｄ測定データの画像の上に、色データの画像を、双方の画像内の標識又は認識可能な構造を基準にして重ね合わせる。

本発明の例示的実施形態が、以下の図面で示される。
本記録を例示する図。 硬組織を有する分割された第１領域。 軟組織を有する分割された第２領域。 代替的な歯科状況の図。 代替的な重み付けを例示する図。

図１は、この場合は上顎である歯科対象物６の、破線１、２、３、４、５によって示される複数の３次元画像を記録するための、本方法を例示する図を示す。個別画像１、２、３、４、及び個別画像５は、矢印によって表される種々の撮像方向８、９、１０、１１、及び撮像方向１２から、歯科用ハンドピース７によって記録される。この歯科用ハンドピースは、３次元測定のための第１の手段、及び色測定のための第２の手段を備える。各画像は、それゆえ、対象物６の記録されるべき測定表面１３の、３Ｄ測定データ及び色データを含む。各画像の測定データは、歯科用ハンドピース７から、キーボード１５及びマウス１６などの操作手段に接続され、かつモニターなどの表示装置１７に連係する、コンピュータ１４へと送信される。第１の工程では、画像１に不鮮明フィルターを適用して、測定表面１３の３Ｄ測定データを滑らかにすることができる。更には、別の不鮮明フィルターを色データに適用して、その色データを滑らかにすることにより、色分割を改善することができる。次に、分割プロセスを実行して、硬組織を有する、すなわち歯質を有する、第１領域１８を特定し、歯肉が描写される、軟組織を有する第２領域１９を特定する。これらの２つの工程を、画像１、２、３、４、及び画像５のそれぞれに関して実行する。次に、コンピュータ支援記録アルゴリズムを使用して、画像１、２、３、４、及び画像５は、１つの全体画像へと併合される。画像１、２、３、４、及び画像５内の適合する構造が、構造認識アルゴリズムによって認識され、重ね合わせられる。この記録アルゴリズムを利用する際には、硬組織を有する第１領域１８、及び軟組織を有する第２領域１９は、対応する状況に応じて、異なる重み係数で重み付けされる。このことにより、記録の品質が改善される。

図２は、分割法の使用によって分割された、硬組織を有する第１領域１８の図を示し、例えば、歯質が描写される。この第１領域はまた、その色が第１の歯質に対応する、修復物２０も描写することができる。記録アルゴリズムを適用する前に、過度に明るい、眩光により生じる領域２１、及び過度に暗い、不十分な照射により生じる領域２２を選別する。このことによって、不完全な記録は防止される。それというのも、眩輝を有する領域２１、及び陰影を有する領域２２は、歯科用ハンドピース７の照射に応じて、及び撮像方向８、９、１０、１１、又は撮像方向１２に応じて、画像１、２、３、４、又は画像５のそれぞれにおいて、異なる場所にあるからである。

図３は、本物の歯肉又は歯肉代用品のいずれかを描写することができる、軟組織を有する第２領域１９の図を示す。第２領域１９は、分割法を使用して特定するものとした。この記録を実行する前に、図２でのように、過度に明るい、眩光により生じる領域２１、並びに不十分な照射により生じる陰影の多い領域２２を選別する。それゆえ、図２に関連して説明されるように、不完全な記録が防止される。

図４は、図１の歯科状況とは異なる歯科状況の図を示す。図１では、硬組織を有する第１領域１８の第１面積比率は、約５０％に達する。軟組織を有する第２領域１９の第２面積比率は、図１では、画像１の総面積の３０％に達する。いずれのタイプの組織にも割り当てることができない、残余の第３領域の第３面積比率は、約２０％である。この第１面積比率は、３０％の固定閾値を上回る。図１による、この歯科状況では、それゆえ閾値を超過し、硬組織を有する第１領域１８は、それゆえ、記録アルゴリズムを使用する際には、高い重み付けで考慮される。軟組織を有する第２領域１９は、低い重み付けで考慮されるか、又は完全に除外される。

図４の歯科状況では、図１の歯科状況と比較すると、中間の２つの歯が失われているため、硬組織を有する第１領域１８の第１面積比率は、画像１の総面積の約１０％となり、軟組織を有する第２領域１９は、画像１の総面積の約５０％に達する。残余の第３面積は約４０％に達する。したがって、硬組織を有する第１領域の第１面積比率に関する、３０％の固定閾値を下回る。その結果、第１領域は、第１の重み係数で重み付けされ、第２領域は、第２の重み係数が第１面積比率の低下と共に増大するように、第２の重み係数で重み付けされる。例えば、第１領域１８に関する第１の重み係数を１．０とすることができ、第２領域１９に関する第２の可変重み係数は、閾値を超過する場合に０．５として、第１面積の比率の低下と共に、最大１．０まで増大することができる。面積の比率に対する、第２の重み係数の依存度は、指数関数又は線形関数などの任意の関数に従って規定することができる。

図５は、硬組織を有する第１領域１８及び軟組織を有する第２領域１９の、代替的な重み付けを例示する図を示す。この図の第１領域１８は、例えば１．０の、第１の固定重み係数で重み付けされる。第２領域１９は、第２の可変重み係数で重み付けされ、この第２の可変重み係数は、測定表面１３の各測定点３０に関して決定され、硬組織を有する最近位の第１領域３２からの、対応する測定点の距離３１が増大するにつれて減少する。最近位の第１領域３２からの距離３１に依存して、この第２の重み係数の低下は、指数関数又は線形関数などの、任意の関数に一致し得る。最近位の第１領域３２との境界での第２の重み係数は、１．０であり、距離３１が増大するにつれて、０の値まで下落する。それゆえ、軟組織は、硬組織を有する最近位の領域３２から短い距離では、硬組織と全く同じ大きさで重み付けされる。より大きく考慮された軟組織は、歯に近接しており、またそれゆえ、固定されて不動のものである可能性がより高いため、この方法により、記録の改善がもたらされる。

（表１）
参照番号のリスト
１ 破線
２ 破線
３ 破線
４ 破線
５ 破線
６ 対象物
７ ハンドピース
８ 撮像方向
９ 撮像方向
１０ 撮像方向
１１ 撮像方向
１２ 撮像方向
１３ 測定表面
１４ コンピュータ
１５ キーボード
１６ マウス
１７ 表示装置／モニター
１８ 第１領域
１９ 第２領域
２０ 歯科修復物
２１ 明領域
２２ 暗領域
３０ 測定点
３１ 距離
３２ 最近位の第１領域

Claims (9)

1. 歯科対象物（６）の複数の３次元画像を記録するための方法であって、前記３次元画像のそれぞれ（１、２、３、４、５）が、前記対象物（６）の測定表面（１３）の３Ｄ測定データ及び色データを含み、前記個別画像（１、２、３、４、５）が、コンピュータ支援記録アルゴリズムを使用して、全体画像を形成するように組み合わされ、硬組織を有する第１領域（１８）、及び軟組織を有する第２領域（１９）が、色データによって決定される分割法を使用して、各前記画像（１、２、３、４、５）内で特定される、方法において、前記記録アルゴリズムを使用する際に、前記第１領域（１８）及び前記第２領域（１９）が、異なる重み係数で重み付けされ、前記第１領域（１８）が第１の重み係数で重み付けされ、前記第２領域（１９）が、前記測定表面の各測定点（３０）に関して決定され、かつ硬組織を有する最近位の第１領域からの前記測定点の距離（３１）が増大するにつれて減少する、第２の可変重み係数で重み付けされることを特徴とし、
   各前記画像内の、前記第１領域（１８）の第１面積比率及び前記第２領域（１９）の第２面積比率が、対応する前記画像の総面積に基づいて算出され、前記第１領域（１８）の前記第１面積比率が閾値を下回る場合に、前記第１領域が第１の重み係数で重み付けされ、前記第２領域（１９）が第２の重み係数で重み付けされ、前記第２の重み係数が、前記第１面積比率が減少するにつれて増大することを特徴とする、方法。
2. 前記第１領域（１８）が、歯質又は歯科修復物（２０）を描写し、前記第２領域（１９）が、歯肉又は歯肉代用品を描写することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記閾値が、５％〜３０％の値に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２の重み係数が、前記第１領域への境界で１．０の値を有し、前記最近位の第１領域（１８）からの前記距離（３１）が増大するにつれて、０．０の最小値まで減少することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記色データに適用される閾値判定基準の助けを借りて、前記第１領域（１８）又は前記軟組織を有する第２領域（１９）のいずれにも割り当てられない第３領域（２１、２２）が特定され、前記第３領域が、眩光により生じる明領域（２１）、及び不十分な照射により生じる暗領域（２２）を含み、前記領域（２１、２２）が、前記記録の対象から除外されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 第１領域（１８）及び第２領域（１９）への前記分割の前に、不鮮明フィルターが、各前記画像（１、２、３、４、５）内の前記色データに適用されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 各前記画像（１、２、３、４、５）が、３Ｄ測定データを生成するための第１の手段、及び前記色データを生成するための第２の手段を備える、歯科用ハンドピース（７）によって記録され、前記３Ｄ測定データ及び前記色データが、同じ撮像方向（８、９、１０、１１、１２）から、同時に、又は短い時間間隔で検出されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記３Ｄ測定データが、ストリップ投影法に基づく、前記第１の手段を使用して生成され、前記色データが、従来のカラーカメラを使用して生成されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記時間間隔が、０．２ｍｓ〜１００ｍｓであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
   

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