JP7374093B2 - ３ｄ画像の検証用ゲージ - Google Patents

Description

本発明は、３Ｄ物体の３Ｄ画像、特に歯科または医療用画像の精度を改善するためのデバイスおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、複数の画像が作られ、より大きな領域を示すようにつなぎ合わされる３Ｄ画像の精度を改善することに関する。検証ゲージは、複数のスキャン間の不一致を修正するために、視覚的で画像形成可能なスケール（つまり、スキャンできるスケール）を備える。ゲージのスキャンを含む少なくとも１回の第２のスキャンが行われ、第２のスキャンは、つなぎ合わされた第１のスキャンから作成されたデジタル画像の不一致を修正するために使用される。

多くの外科的処置は、患者の解剖学的構造に非常に高度な精度で正確に適合させることが求められる補綴およびその他の人工デバイスの、患者の軟組織または骨組織への一時的または永久的な挿入に関する。そのような適用の１つは、１つ以上のしばしば金属製のインプラントアンカーが患者の顎骨内に外科的に配置される過程における、患者が失った１本以上の天然歯をシミュレートして交換するように設計された補綴構成要素を受け入れてサポートするためのインプラント歯科に関する。インプラント処置が完全に成功するためには、既存の骨構造と歯列によって決定される非常に厳密な配置、方向、およびサイズ要件に準拠する必要があることはよく知られているため、好ましくは外科的に配置されたインプラントアンカーに装着する補綴構成要素は、好ましくは隣接する歯の位置、形状、サイズを含む患者の正確な解剖学的形状に適合するように具体的に設計、成形、およびサイズ設定しなければならず、サポートインプラントアンカーの主軸の正確な方向に高精度で移行しなければならない。

これらの厳しい要件を満たすための従来の方法は、歯列弓全体を含む患者の口内の歯の上および周囲に配置された可鍛性のある物質を使用して、患者の顎と歯列のモデルの作成を提供し、前記モデルの作成は、患者の歯列のいわゆる「印象」の取得を含む。インプラントと修復構成要素の配置が重要な要素である場合、通常、この印象はインプラントアンカーの外科的挿入後に行われる。通常、印象対処と呼ばれる参照構成要素は、挿入されたインプラントアンカーの外端に取り付けられ、アンカーの位置と角度方向を参照するのに役立つ。続いて、前記印象に基づいて型から作成されたモデルは、いわゆる「アナログ」アンカーを具現化して、患者の顎のアンカーをモデル化し、前記アンカーの補綴デバイスは、説明されたように作成されたモデルの形状に基づいて設計および製造される。

実務では、上記の従来の処置には多くの困難と欠点を伴う。歯科医師が一貫して寸法および位置の誤差がない歯科印象、例えばモデルを作成することは不可能であることが証明されている。非常に厳しいのは、サブミリメートルの寸法誤差、または１度または２度の方向誤差でさえ、許容できない応力および状態を生じさせる補綴の配置という結果になるような適用に含まれる幾何学的要件である。

歯科技術では、画像に基づくモデリング技法を採用して、従来のインプラント歯科処置のこれらのよく知られた問題に対処する取り組みがなされてきた。これらの取り組みでは、患者の口の画像が取得され、いわゆる３次元画像処理技法とソフトウェアを使用して、関連する範囲の３次元モデルが再作成される。３Ｄイメージングの技術では、重なり合う画像または「スキャン」を組み合わせる、または、つなぎ合わせることにより、より大きな画像を作成することがよくある。アルゴリズムは、スキャンされるオブジェクトまたは周囲の領域上の識別可能なポイントを登録するためによく使用される。このような登録により、複数のスキャンをつなぎ合わせて、より広い領域のデジタル表現を生成できる。例えば、歯科の領域では、スキャンデバイスを口腔に挿入することができ、多数のスキャン画像を得ることができる。歯、またはある種の歯科用器具の上のポイントなどの口腔の識別可能なポイントは、異なるスキャン画像を登録するために使用できる。何れの歯科用器具も使用できるが、有用なものは一般にスキャンフラグとして知られている。

歯茎を含む軟組織は、互いに異なるスキャンを登録するための良い選択ではないことがわかっている。柔らかいそのような表面は、スキャンのポイントＩが第２のスキャンにおいて正確に同じ場所とならなくなるように、簡単に移動できてしまう。また、スキャン中の患者のわずかな動きによって、スキャン処置間で硬組織の固定されたポイントでさえわずかにずれることがある。したがって、つなぎ合わされたスキャン画像は常に正確に配置されるわけではなく、結果として得られるターゲットのつなぎ合わされたデジタル表現は適切にレンダリングされないことを意味する。歯科インプラント処置などの一部の処置では、インプラントの正確な位置がいくつかの理由で重要であるため、これは特に懸念事項である。これには、例えば、インプラント上に配置された修復物の位置、およびインプラントが配置されたときの神経の回避などが含まれる。要するに、結果のデジタル画像が可能な限り正確であることは、後続の手順がそのような画像に自信を持って基づくことができるため有利である。

本発明によれば、患者の口腔の複数の口腔内スキャンから形成される少なくとも一部の口腔の画像の精度を検証するためのゲージが提供される。ゲージは、調整可能な長さで、口腔の２つの点の間に取り外し可能に取り付け可能なバーを含む。バーは、第１のおよび第２の端を有し、口腔内スキャンによってスキャン可能である。「スキャン可能」とは、標準のイメージスキャンで表示されることを意味する。このように、それは金属、プラスチック、またはスキャンされ、スキャンされた画像として表示される他の材料で作られてもよい。

これにより、２つの点の間の相対位置および／または距離の測定値が、目印によって、およびバーのスキャンによってデジタル的に、検証される。バーは、その端の少なくとも一方において、例えば、患者の歯列、歯科用器具、ならびに、インプラント、歯科インプラントのアバットメント、およびヒーリングキャップを含むインプラント構成要素など、これらに限られないものに、取り付け可能である。本明細書で使用されるように、歯科インプラントおよび歯科インプラント構成要素は、そのようなすべての構成要素を参照するために互換的に使用される。

さらに、患者の口腔のデジタル画像の精度を改善する方法は、口腔の複数の第１の口腔内スキャンを行うことを含む。第１の口腔内スキャンからのデータは、口腔の少なくとも一部のデジタル画像を構築するために使用される。調節可能な長さで、口腔の２つの点の間に取り外し可能に取り付け可能なバーを有するゲージが提供される。バーは、第１および第２の端部を有し、その第１の端部において口腔の点の一方に、バーの第２の端部において口腔の他方の点に、取り外し可能に取り付けられる。バーの少なくとも一部をスキャンすることを含む、少なくとも１回の口腔の第２の口腔内スキャンが行われる。第２のスキャンからのデータは、デジタル画像の補正調整に使用される。

本明細書に記載される方法１の描写である。 本明細書に記載される方法２の描写である。 本明細書に記載される方法１－Ａの描写である。 本明細書に記載される方法１－Ｂの描写である。 本明細書に記載される方法２－Ａの描写である。 本明細書に記載されるさらに別の方法の描写である。

本発明に従って提供され、図面に示されるように、上述のような材料で作られたゲージ１０が提供される。本発明によれば、ゲージ１０は、患者の口腔の複数の口腔内スキャンまたは他のスキャンから形成される少なくとも一部の口腔の画像の精度を検証するために使用される。ゲージは、調節可能な長さで、口腔の２つの点１２、１３の間に取り外し可能に取り付け可能なバー１１を含む。バー１１は、第１および第２の端部１４および１５をそれぞれ有し、口腔の２つの点１２、１３の間の距離Ｄを決定するために、口腔内スキャナによってスキャン可能である。バー１１は、端部１４、１５の間の距離Ｄまたは相対位置、よって、点１２、１３の間の距離または相対位置を示すために、副尺２１または他の適当なしるしなどの目盛りを有することが好ましい。これにより、２つの点１２、１３の間の距離の測定は、視覚的しるし２１によって、およびバー１１のスキャンによってデジタル的に、検証される。バー１１は、その端部１４、１５のうちの少なくとも一方が、例えば、患者の歯列、歯科用器具、および、インプラント３０またはそのアバットメント３１、ヒーリングキャップを含むインプラント構成要素など、これらに限られないものに、取り付け可能である。本明細書で使用されるように、歯科インプラントおよび歯科インプラント構成要素は、そのようなすべての構成要素を参照するために互換的に使用される。

本発明に関する方法における本発明の使用は、以下の実施例で説明される。ペンシルバニア州ヨークのデンツプライシロナ社から入手可能なＩＯＦＬＯスキャンフラグが参照される。

方法１：
この方法は、それぞれのインプラントに配置されたスキャンフラグを用いた完全な口腔内スキャンである。ここでは、結果の３Ｄスキャンファイルからインプラントの位置と向きを検出できるようにするために、１回のスキャンで、上顎または下顎弓１００に沿う歯肉軟組織がスキャンフラグ１０４の必要な特徴とともに検出される。図１では、ＩＯＦＬＯという用語はデンツプライシロナ特有のスキャンフラグの表現として使用されるが、何れの一般的なスキャンフラグも、この方法において使用できる。

方法２：
方法２は、歯のない空間の初期スキャンで始まり、軟組織と下顎弓１００の全体的な形状をキャプチャする。この初期スキャンでは、スキャンフラグはないが、代わりに、インプラント位置１０６が存在する。インプラント位置が存在し、各インプラント位置１０６で見つけられるインプラント（図示せず）の上にヒーリングキャップ（図示せず）が配置されてうる。インプラント上に置かれたスキャンフラグ１０４を用いて後続スキャンが行われる。これらのスキャンは、（以前のスキャンのように）臨床的に関連する領域全体をカバーしうるか、または、スキャンフラグとそのすぐ周囲の歯のない空間（たとえば、スキャンフラグの半径２－１０ｍｍ以内）のみをキャプチャしうる。補助スキャンは、スキャンデータ内のスキャンフラグの位置を検出するために検出アルゴリズムを使用して処理され、それによってインプラントの位置と方向を決定する（図２）。

後続スキャンから取得されたインプラントの位置は、初期スキャンで取得された歯の解剖学的構造と位置合わせし、マージする必要がある。この位置合わせは、ＩＯＦＬＯ検出の前または後に行うことができるが、ＩＯＦＬＯ検出後に位置合わせがされる場合、検出された位置は、位置合わせの結果に従って変換される必要がある。

方法１－Ａ
この方法は、スキャンフラグ１０４および／またはデジタル検証ゲージ１０が口腔に配置されている場合の完全な口腔内スキャンである。１回のスキャンで、下顎弓１００に沿った歯肉軟組織が、インプラントの向きの重要な特徴を測定するために必要な指標とともに検出される。この実施形態では、ゲージ１０を既存のスキャンフラグ１０４と組み合わせて使用するか、特徴を識別する追加のインプラントがスキャンフラグの機能を複製するゲージに統合されうる。ゲージ１０とスキャンフラグ１０４が一緒に使用される場合、２つのデバイスはアクティブまたはパッシブに相互に接続し、インプラントへの位置は、２つのデバイスへのカップリングを介して保持される。各スキャンからの情報は、下層の歯のない空間の正確な表示とつなぎ合わせるのに用いることができる。

この方法では、無歯顎修復のインプラントの数に応じて、１回のスキャンが複数回繰り返されうる。たとえば、４本のインプラントがある場合、合計１～６回の個別スキャンが必要になりうる。これは、１つのインプラントからインプラントへの位置まで、または最大すべてのインプラントからインプラントへの組み合わせまでである。例えば、インプラントが番号１、２、３、および４である場合、可能な組み合わせは、Ｌ１－Ｌ２、Ｌ１－Ｌ３、Ｌ１－Ｌ４、Ｌ２－Ｌ３、Ｌ２－Ｌ４、およびＬ３－Ｌ４を含む。すべての倍数が要求されるわけではなく、最長の縦方向距離を表すインプラントからインプラントまでの距離のみが必要であっても良い。スキャンの最大臨界数は、［ｎ×（ｎ－１）］／２として定量化でき、ここで、ｎは１つの歯列弓内のインプラントの数を表す（図３）。

方法１－Ｂ
この方法は、軟部組織と下顎弓１００の全体的な形状をキャプチャするために、歯のない空間の初期スキャンで始まる。第２のスキャンでは、重要なインプラントの特徴１０６と、一例として、Ｄと定められる距離をキャプチャする。これは、既存のスキャンフラグ１０４とデジタル検証ゲージ１０を一緒に使用することの組み合わせ、または前述の統合スキャンフラグ機能を備えたゲージの実施形態となりうる。

このシナリオでは、上記の「１回のスキャン方法」の方法１－Ａのセクションで定義したプロトコルに従い、スキャンは複数回（図４に示すように）繰り返されうる。

方法２－Ａ
３回のスキャン方法もまた、下顎弓１００を含み、光学スキャナ１０２で行われる、歯のない空間の初期スキャンで始まる。第２のスキャンは、スキャンフラグ１０４が所定の位置にある状態で行われ、インプラントの場所ごとに繰り返されうる。第３のスキャンは、インプラントからインプランまでの位置、例えば、Ｄをキャプチャして、デジタル検証ゲージ１０を特徴付ける。このスキャンもまた、上記の、例えば、Ｌ１－Ｌ２、Ｌ１－Ｌ３、Ｌ１－Ｌ４、Ｌ２－Ｌ３、Ｌ２－Ｌ４、およびＬ３－Ｌ４のように（図５に示すように）固有のインプラントからインプラントまでの最大数まで繰り返されうる。

追加の画像方法：
前述のスキャン方法は、単一のスキャン源、この場合は口腔内スキャンシステム１０２のみを使用する。ただし、デジタル検証ゲージは、光学カメラ、または所定の位置でのゲージシステム１０の手動記録の形で、補助入力とともに使用されうる。光学カメラを使用する場合、さまざまな写真測量技法は、２次元画像から主要な距離を自動的に検出するのに活用されうる。光学画像もまた、復元ワークフローの一部として手動で解釈することもできる。

技術的詳細：
無歯スキャン中のデジタル検証ゲージ１０の使用は、２つの主要なタスクを果たす。１つ目は、完全な３次元スキャンの作成に必要な複数の画像のスキャンとつなぎ合わせを支援するために、ゲージ１０がデバイスの長さに沿う重要な特徴を具現化することができることである。これらの重要な特徴は、突出した形状であり、異なる距離の間隔で間をあけ、長さが５０ミクロンから１センチメートルでありうる。

ゲージの２つ目のタスクは、キャリブレーションデバイスとして機能し、未加工のスキャンファイルの後処理用に追加のデータポイントを可能にすることである。後処理は、スキャン中にリアルタイムで、またはスキャン後の後の時点で、ローカルまたは遠隔の場所やサーバーでのオフサイトで完了されうる。二次分析の方法には、ゲージ１０から収集された測定値に基づいて元のスキャンを補強するスケールファクターと、フレームスキャンでキャプチャされたローカライズされたつなぎ合わせエラーを直すことが含まれる。

スケールファクター法は図６で強調表示されており、ゲージ１０からの既知の距離を使用して、不均等な方法でスキャンをスケーリングおよび「キャリブレーション」しうる。ここでは、ゲージが配置されたさまざまなスキャンからの既知の方向のそれぞれで、スキャンファイル全体が補強される。エラーは非線形の方法で導入されうるため、スキャンの補強も各軸に沿って変化しうる。

あるいは、ゲージ１０を配置したスキャンは、スキャンシステムで使用されるフレーム画像のつなぎ合わせプロセスによってフレームをより適切に通知するために使用されうる。スキャナによってキャプチャされた各画像または一連の画像は、最適なアルゴリズムを使用して、前の画像の上に重ね合わされる。各スキャンで十分な固有の詳細がない場合、つなぎ合わせプロセス中に追加のエラーが発生しうる。ゲージによって提供される既知の精度は、物理的なスキャン表面をより適切に表す最終スキャン結果を生成するために、これらのつなぎ合わせアルゴリズムを通知するのに役立つ。これは本質的に、スキャン中にプロセスを変更するためのリアルタイムのオフセットまたは係数として機能する。

本明細書に記載されるようなゲージおよびゲージを使用する方法は、３Ｄスキャン、特に歯科技術で使用されるものの精度を検証および改善する技術に価値ある貢献を提供することが理解されるであろう。説明した本発明の代替は本発明の範囲内であり、添付の請求項によってのみ制限される。

Claims (8)

1. 患者の口腔の口腔内スキャンの精度を検証するゲージであって、
   調節可能な長さで、前記口腔の２つの点の間に取り外し可能に取り付け可能なバーから成り、
   前記バーは、第１のおよび第２の端部を有し、
   前記バーは、前記口腔内スキャンによってスキャン可能であり、
   前記２つの点の間の距離の計測は、前記バーの視覚的しるしおよび前記バーのスキャンによって検証されるゲージ。
2. 前記バーは、第２のセクションに対する位置が調整可能な第１のセクションによって形成される、請求項１に記載のゲージ。
3. 前記バーは、前記２つの点の間の前記距離を識別するための視覚的しるしを有する、請求項１に記載のゲージ。
4. 前記視覚的しるしは、長さのマークである、請求項１に記載のゲージ。
5. 前記視覚的しるしは、副尺である、請求項１に記載のゲージ。
6. 前記第１および前記第２の端部の一方または両方は、スキャンフラグに取り外し可能に取り付けられるように構成される、請求項１に記載のゲージ。
7. 前記第１および前記第２の端部の一方または両方は、歯科用インプラント構成要素に取り外し可能に取り付けられるように構成される、請求項１に記載のゲージ。
8. 患者の口腔のデジタル画像の精度を改善する方法であって、
   前記口腔の複数の第１の口腔内スキャンを行い、
   前記口腔の少なくとも一部の前記デジタル画像を形成するために、前記複数の第１の口腔内スキャンを使用し、
   調節可能な長さで、前記口腔の２つの点の間に取り外し可能に取り付け可能なバーから成るゲージを用い、
   前記バーは、第１および第２の端部を有し、
   前記バーの前記第１の端部を前記口腔の前記点の一方に、前記バーの前記第２の端部を前記口腔の他方の前記点に取り外し可能に固定し、
   前記バーの少なくとも一部をスキャンすることを含む、少なくとも１回の前記口腔の第２の口腔内スキャンを行い、
   前記デジタル画像に補正調整を行うために、前記第２の口腔内スキャンを使用する、ステップを含む方法。

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