WO2018088146A1

WO2018088146A1 - 施術支援システム、施術支援方法及び施術支援プログラム

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Publication number: WO2018088146A1
Application number: PCT/JP2017/037635
Authority: WO
Inventors: ビョンヒョンチョ; 理一大内田; 誠橋爪; 晋小栗
Original assignee: Kyushu University NUC
Current assignee: Kyushu University NUC
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: JP7255927B2; JPWO2018088146A1; JP7018399B2; JP2022050713A

Abstract

インプラントを埋設する適正な位置を直観的で且つリアルタイムに把握して設計情報を作成する施術支援システムが、歯の基準位置を示す基準マーカ（１１）と共にＣＴ画像で撮像するＣＴ装置（１２）と、基準マーカ（１１）との相対位置が固定された第１の位置マーカ（１３）と、操作部（１５）の位置及び方向を特定する第２の位置マーカ（１６）と、ＣＴ画像に基づいた３次元モデル情報と、操作部（１５）の長手方向に対して垂直方向に装着される仮想のインプラントの３次元モデル情報とを記憶する３次元モデル記憶部（７３）と、３つのマーカ（１１、１３、１６）の位置情報から位置合わせをして３次元モデル情報を操作部（１５）及び被施術者の動きに応じて表示する表示制御部（７８）と、仮想のインプラントの３次元モデルが所望の位置及び角度で表示された状態となった時に、当該位置及び角度を設計情報として記憶するキャプチャ部（７６）とを備えている。

Description

施術支援システム、施術支援方法及び施術支援プログラム

　本発明は、歯のインプラント施術を支援する施術支援システム等に関する。

　従来の歯科インプラントは、インプラントの位置を目視で確認し、手術用のドリルを利用して顎に穴を穿けていた。しかしながら、この方法は医師の経験に依存するため、未熟な医師が施術した場合に問題が起こり得る。

　そこで、石膏模型とサージカルガイドを用いてインプラントの位置を正確に誘導する技術が広がっている。また、他の方法として、口腔内の状態を３次元で表現し、映像を見ながらインプラントの設計したり施術することも行われている。

　しかしながら、サージカルガイドを用いた場合は、正確な位置にインプラントを挿入することが可能であるが、サージカルガイド自体に厚みがあり、さらにドリルの深さを考慮すると、患者の顎の大きさによっては奥深くの位置を施術することができないという問題がある。また、３次元映像を見ながらのインプラントの設計、施術では、目視に比べて口腔内の状態を把握しやすいものの、直観的な３次元映像でリアルタイムに施術状態を把握するのが難しいという問題がある。

　歯科施術や歯科インプラント方法に関する技術として、例えば、特許文献１～３に示す技術が開示されている。特許文献１に示す技術は、所定の位置マーカ１、３を設置した歯顎模型２、治療器具４と、この歯顎模型２と治療器具４の３次元データからそれらの任意の断面または斜視の再構成画像を生成する画像再構成手段５と、位置マーカ１、３を検知することによって歯顎模型２と治療器具４との３次元的な位置と傾きを測定する位置測定手段６と、位置測定手段６によって得られたデータから算出した歯顎模型２と治療器具４との３次元的な相対関係にしたがって、歯顎模型２の再構成画像と治療器具４の再構成画像とを重畳して表示する画像表示手段７とを用い、画像表示手段７に表示された画像によって歯科実習を行うものである。

　特許文献２に示す技術は、走査線を利用した検査により得られた上顎又は下顎の一部を少なくとも含んだ３Ｄ画像情報を入力する３Ｄ画像情報入力手段２０と、口腔内表面の形状・位置を認識する認識手段３０と、認識手段３０により認識された形状・位置と前記３Ｄ画像情報とに基づいて、両者を位置決めする位置決め手段４０と、該位置決めされた３Ｄ画像情報の全部又は一部を、網膜操作ディスプレイ８０に出力する出力手段５０と、を備えるものである。

　特許文献３に示す技術は、患者の口腔内の粘膜に接着させるマーカーであって、当該マーカーは、Ｘ線非透過物質を含み、前記患者の口腔内の粘膜に接着する接着面を有し、口腔内計測器での計測の際、前記患者の口腔内の粘膜と区別できる素材で作製されており、（１）患者の口腔内の粘膜に当該マーカーが接着された状態での、Ｘ線ＣＴ機器によるＣＴ撮影によって、当該患者の顎骨と当該マーカーとを含んだＣＴ３次元データを取得でき、（２）患者の口腔内の粘膜に当該マーカーが接着された状態での、口腔内計測器による計測によって、当該患者の口腔内の粘膜と当該マーカーとを含んだ口腔内計測器３次元データを取得できる構成とするものである。

特開２００１－５１５９３号公報特開２０１１－２１２３６７号公報特開２０１３－３２２号公報

　特許文献１に示す技術は、歯顎模型と治療器具との位置合わせをし、３次元的な相対関係にしたがって３次元画像を重畳して表示するものであるが、歯科インプラントの設計段階において、インプラントを埋設する適正な位置を直観的で且つリアルタイムに把握して設計情報として作成できるものではない。

　また、特許文献２、３においても同様に、３次元画像を用いて施術のシミュレーション等を行うことが可能であるが、歯科インプラントの設計段階において、インプラントを埋設する適正な位置を直観的で且つリアルタイムに把握して設計情報として作成できるものではない。

　本発明は、簡単な操作のみで仮想的に３次元表示されたインプラントをキャプチャして保存することで、インプラントを埋設する適正な位置を直観的で且つリアルタイムに把握して設計情報を作成する施術支援システム等を提供する。

　本発明に係る施術支援システムは、被施術者の歯を基準位置を示す基準マーカと共にＣＴ画像で撮像するＣＴ撮像手段と、前記被施術者に装着され、前記基準マーカとの相対位置が予め固定された位置を示す第１の位置マーカと、施術者が操作する操作部に装着され、当該操作部の位置及び方向を特定する第２の位置マーカと、少なくとも前記ＣＴ画像に基づいて生成された３次元モデル情報と、前記操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に装着される仮想のインプラントの３次元モデル情報とを記憶する３次元モデル情報記憶手段と、前記基準マーカ、前記第１の位置マーカ及び前記第２の位置マーカの位置情報から、前記ＣＴ画像の位置と前記仮想のインプラントとの位置合わせをし、前記３次元モデル情報を前記操作部及び前記被施術者の動きに応じて表示する表示制御手段と、前記仮想のインプラントの３次元モデルが所望の位置及び角度で表示された状態となった時に、当該位置及び角度を設計情報として記憶するキャプチャ手段とを備えるものである。

　このように、本発明に係る施術支援システムにおいては、被施術者のＣＴ画像と施術者が操作する操作部とを第１及び第２の位置マーカで位置合わせし、施術時に操作部に装着されるインプラントの仮想的な３次元モデル情報をＣＴ画像と共に表示し、仮想のインプラントの３次元モデルが所望の位置及び角度で表示された状態となった時に、当該位置及び角度を設計情報として記憶するため、歯科インプラント施術の設計段階において、インプラントを埋設する適正な位置を直観的で且つリアルタイムに把握しながら設計情報を作成することができるという効果を奏する。

　本発明に係る施術支援システムは、前記操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に弾性力を生じる弾性体を有するものである。

　このように、本発明に係る施術支援システムにおいては、操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に弾性力を生じる弾性体を有するため、被施術者の歯茎又は当該被施術者のＣＴ画像を元に作成された歯模型の施術位置に、弾性体の先端部分をある程度固定させて安定した状態で、この弾性体の弾性力を利用して仮想のインプラントの位置及び角度を自由に変化させつつ、適正な位置を視覚的に認識することで、操作性を格段に向上させると共に、インプラントの位置を正確に設計することができるという効果を奏する。

　また、弾性体の弾性力が操作部の押し込み動作をある程度吸収することで、例えば、歯茎に厚みがあるような被施術者であっても、位置合わせの情報のみで仮想のインプラントを正確な位置まで押し込んだ３次元表示を行うことが可能になる。

　本発明に係る施術支援システムは、前記３次元処理手段が、前記操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に取り付けられ、施術において使用されるドリル又はインプラントの３次元モデルを生成し、前記表示制御手段が、前記ＣＴ画像の３次元モデル及び前記仮想インプラントの３次元モデルを表示した状態で、前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを前記操作部及び前記被施術者の動きに応じて重畳させて表示するものである。

　このように、本発明に係る施術支援システムにおいては、操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に取り付けられ、施術において使用されるドリル又はインプラントの３次元モデルを生成し、前記ＣＴ画像の３次元モデル及び前記仮想インプラントの３次元モデルを表示した状態で、前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを前記操作部及び前記被施術者の動きに応じて重畳させて表示するため、視覚的な情報を利用して直観的で且つリアルタイムに操作を行うことができるという効果を奏する。

　本発明に係る施術支援システムは、前記表示制御手段が、施術開始前において、前記キャプチャ手段にて記憶された前記設計情報を表示すると共に、前記ドリル又は前記インプラントの先端部分を開始点とする仮想の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを表示し、施術開始後から所定の深さまで前記ドリル又は前記インプラントを進行した時点で、仮想の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを消去し、現実の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを位置合わせして表示切り替えするものである。

　このように、本発明に係る施術支援システムにおいては、施術開始前において、前記キャプチャ手段にて記憶された前記設計情報を表示すると共に、前記ドリル又は前記インプラントの先端部分を開始点とする仮想の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを表示し、施術開始後から所定の深さまで前記ドリル又は前記インプラントを進行した時点で、仮想の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを消去し、現実の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを位置合わせして表示切り替えするため、被施術者は、表示されている設計情報にドリル又はインプラントの３次元モデルを合わせる動作を行うだけで、正確にインプラントの施術を行うことが可能になるという効果を奏する。

　本発明に係る施術支援システムは、前記基準マーカが、前記被施術者の任意の一の歯の位置に固定される箇所から所定の長さを有する支持部と、前記支持部に連接し、任意の他の歯に着接しない位置に配設されるマーカ部とを有するものである。

　このように、本発明に係る施術支援システムにおいては、基準マーカが、前記被施術者の任意の一の歯の位置に固定される箇所から所定の長さを有する支持部と、前記支持部に連接し、任意の他の歯に着接しない位置に配設されるマーカ部とを有するため、被施術者のいずれの歯に装着した場合であっても、マーカ部を被施療者の舌上付近に配置することが可能となり、ＣＴ撮像において銀歯などで起こり得るハレーション等のアーチファクトを避けて、マーカを明瞭に撮像して正確な基準位置を特定することが可能になるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る施術支援システムのシステム構成図である。基準マーカ及び第１の位置マーカの構造を示す第１の図である。基準マーカ及び第１の位置マーカの構造を示す第２の図である。基準マーカ及び第１の位置マーカを前歯以外の歯に固定した場合の状態を示す図である。操作部の構造を示す図である。設計用部品の構造を示す図である。設計方法の具体例を示す図である。設計用部品の押し込み前の状態と押し込み後の状態とを示す図である。第１の実施形態に係る施術支援システムにおける施療支援装置のハードウェア構成図である。第１の実施形態に係る施術支援システムにおける施療支援装置の構成を示す機能ブロック図である。施療時における表示態様の変化を示す図である。第１の実施形態に係る施療支援システムの動作を示すフローチャートである。

　以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。

　　（本発明の第１の実施形態）
　本実施形態に係る施術支援システムについて、図１ないし図１１を用いて説明する。本実施形態に係る施術支援システムは、歯科インプラントの施術に関するものであり、３次元インターフェースを用いて施術者の支援を行うものである。

　図１は、本実施形態に係る施術支援システムのシステム構成図である。施術支援システム１は、被施療者の歯に固定され、当該被施療者の歯の位置を特定するための基準位置となる基準マーカ１１と、基準マーカ１１を装着した状態で被施療者の上顎から下顎の全体又は一部を断層撮影するＣＴ装置１２と、被施療者の歯に固定され、基準マーカ１１との相対位置を特定するための赤外線マーカである第１の位置マーカ１３と、当該第１の位置マーカ１３を赤外線で撮像する第１の撮像部１４と、施療者が操作する操作部１５に装着され、当該操作部１５の位置及び方向を第１の位置マーカ１３との関係で特定するための赤外線マーカである第２の位置マーカ１６と、当該第２のマーカ１６を赤外線で撮像する第２の撮像部１７と、第１の撮像部１４及び第２の撮像部１７から取得した位置情報に基づいて、被施術者の３次元ＣＴ画像、操作部１５の少なくとも先端部分及びドリル等の施術部品を位置合わせして、３次元モデルでディスプレイ１８に表示する施術支援装置１９とを備える。

　施術者は、ディスプレイ１８に表示された３次元画像を見ながら、インプラントの設計や施術を行うことで、３次元で直観的に操作することが可能となる。

　図２及び図３は、基準マーカ１１及び第１の位置マーカ１３の構造を示す第１及び第２の図である。ここで、図２においては、被施療者の歯に固定される固定部２１に対して、基準マーカ１１と第１の位置マーカ１３とが連結して一体となっている構造を示している。これに対して図３に示すように、実際に使用する際には、ＣＴ撮像時には、第１の位置マーカ１３が排除された状態で使用され（図３（Ａ））、設計及び施術時には、基準マーカ１１が排除された状態で使用される（図３（Ｂ））。

　ＣＴ撮像時において、固定部２１が被施療者の歯に装着される。固定部２１は、被施療者の歯に合わせて予め作成されているものである。ＣＴ撮像時においては、固定部２１に基準マーカ１１のみが固着されており、被施療者の下顎から上顎にかけて全体又は一部がＣＴスキャンによりＣＴ画像が撮像される。基準マーカ１１は、固定部２１から所定の長さを有する支持部２２が歯の内側方向に延在しており、この支持部２２に金属片が挿入されたマーカ部２３が連接している。図２においては、支持部２２は被施療者の前歯部分に固定され、そこから歯の内側方向に延在しているが、図４に示すように、支持部２２は前歯以外のいずれの歯の部分にも固定することが可能であり、その固定された箇所から歯の内側方向に延在することで、マーカ部２３を舌上近傍に配置することが可能となっている。

　基準マーカ１１は正確な位置を決めをするために、極めて明確にＣＴ画像に撮像される必要がある。図２においては、マーカ部２３に金属片が挿入されているため、ＣＴスキャンをした際に、この金属片が明瞭に撮像されて、基準位置とすることが可能となる。また、いずれの歯を施療する場合であっても、支持部２２を自由な位置に固定することが可能であるため、施術の邪魔にならない位置に支持部２２を固定した状態で金属片の基準位置を明確に取得することが可能となっている。さらに、被施療者に銀歯などの金属が装着されている場合には、マーカ部２３が常に舌上近傍に配置されることで、ハレーション等のアーチファクトを避けて、金属片を明瞭に撮像することが可能となる。

　ＣＴ画像の撮像が完了すると、マーカ部２３は不要となるため除去される。なお、マーカ部２３は支持部２２に対して着脱可能にて配設されてもよいし、ＣＴスキャン後に曲折して除去するようにしてもよい。そして、マーカ部２３が排除されると第１の位置マーカ１３が連結部２４に装着されて図３（Ｂ）の状態となる。第１の位置マーカ１３は、連結部２４に連結する第１支持部２５と、当該第１支持部２５に対してヨー軸を回転軸とする第１ヒンジ部２６と、当該第１ヒンジ部２６に接続する第２支持部２７と、当該第２支持部２６に対してピッチ軸を回転軸とする第２ヒンジ部２８と、当該第２ヒンジ部２８に接続する第３支持部２９と、位置情報を特定するために配設される少なくとも３個以上の赤外線マーカ３０とを備える。この赤外線マーカ３０は、３次元座標上での位置を特定するために、３個以上のマーカが非直線上で同一平面に配置されている。

　第１の位置マーカ１３における可動箇所は、第１ヒンジ部２６及び第２ヒンジ部２８のみであり、それ以外は可動できないように位置が固定されている。第１ヒンジ部２６及び第２ヒンジ部２８には、それぞれ回転角度を示すメモリが表示されており、各メモリに応じて基準マーカ１１との位置関係が予め特定されてデータ化されている。すなわち、赤外線マーカ３０の座標を特定することで、ＣＴ画像上の座標に容易に変換することが可能となる。

　図５は、施療者が施術する際に使用する操作部１５、すなわちハンドピースの構造を示す図である。ハンドピース３１自体は、施療者が一般的に使用するものであるが、持手部３２近傍に、ハンドピース３１の位置及び角度を特定するために３個以上の赤外線マーカ３３を備える。ハンドピース３１の先端部３４には、当該ハンドピース３１の長手方向に垂直な方向を軸として回転しながら、施療者の歯茎や骨を切削するドリル３５が装着される。

　なお、歯茎や骨を切削する際には、ドリル３５が装着されるが、人工歯根を埋め込む際にはその人口歯根が装着される。すなわち、先端部３４に装着される部品は、着脱可能となっている。

　ハンドピース３１に対して赤外線マーカ３３は固定された位置に配設されており、赤外線マーカ３３の位置が特定されれば、先端部３４及びそこに装着されたドリル３５等の部品の位置を正確に特定することが可能となる。したがって、ハンドピース３１に配設されている赤外線マーカ３３と第１の位置マーカ１３に配設されている赤外線マーカ３０との相対的な位置関係が特定されると、ドリル３５等の部品の位置と施療者の歯顎の位置とを位置合わせすることが可能となる。

　なお、本実施形態においては、このハンドピース３１を使ってインプラントの設計作業を行う。設計作業では、被施療者の歯顎を模った石膏模型を利用してもよいし、被施療者の歯顎そのものを利用するようにしてもよい。また、設計作業においては、先端部３４にドリル３５ではなく設計用の部品を装着する。図６は、設計時に用いる設計用部品の構造を示す図である。

　設計用部品４０は、ハンドピース３１の先端部３４に連結部４１を嵌合させて取り付けられる。設計用部品４０の先端部分は被施療者の歯もしくは歯茎又は石膏模型の歯に当接させて固定する固定部４２を有しており、施療者は、固定部４２が被施療者の歯もしくは歯茎又は石膏模型の歯に当接した状態でハンドピース３１の方向や角度を調整する。また、設計用部品４０の中間位置には、当該設計用部品４０の長手方向に弾性力を有する弾性体４３が配設されており、ハンドピース３１を押し込むことができるようになっている。

　図７は、具体的な設計方法を示す図である。図７（Ａ）に示すように、設計用部品４０先端の固定部４２を石膏模型の歯に当接させた状態でハンドピース３１の方向や角度を調整する。上記で説明した位置合わせの処理等が施術支援装置１９により実行されて（施術支援装置１９の処理については、詳細を後述する）、ディスプレイ１８に図７（Ｂ）に示すような３次元モデルが表示される。

　図７（Ｂ）において、設計が終わり３次元モデル上で既に埋め込まれている仮想人工歯根（ａ）、設計用の仮想人工歯根（ｂ）、設計用部品４０（ドリル）（ｃ）が表示されており、施術者（又は設計者）は、この表示内容に基づいて、設計用の仮想人工歯根（ｂ）をハンドピース３１の操作で動かし、それに伴って設計用の仮想人工歯根（ｂ）の位置や角度の表示が変化し、ディスプレイ１８上で人工歯根が所望の位置に配置されたら画面をキャプチャする。このとき、人工歯根を歯茎のより奥深くに配置したい場合には、ハンドピース３１を深さ方向に押し込むことで設計用部品４０の弾性体４３が収縮し、人工歯根を奥深くに表示することが可能となる（図８を参照）。キャプチャした画像は設計情報として記憶される。人工歯根を埋め込む箇所（ａ）について、全ての箇所で所望の位置に仮想人工歯根が表示されたキャプチャ画像を取得したら設計作業を終了する。

　次に、施療支援装置１９について説明する。図９は、施療支援装置のハードウェア構成図である。施療支援装置１９は、一般的なコンピュータで実現することが可能である。施療支援装置１９は、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、ハードディスク（ＨＤとする）６４、通信Ｉ／Ｆ６５、及び入出力Ｉ／Ｆ６６を備える。ＲＯＭ６３やＨＤ６４には、オペレーティングシステム、プログラム、３次元モデルデータ等が格納されており、必要に応じてプログラムがＲＡＭ６２に読み出され、ＣＰＵ６１により実行される。

　通信Ｉ／Ｆ６５は、装置間の通信を行うためのインタフェースである。入出力Ｉ／Ｆ６６は、タッチパネル、キーボード、マウス、カメラ等の入力機器からの入力を受け付けたり、プリンタやディスプレイ等にデータを出力するためのインタフェースである。この入出力Ｉ／Ｆ６６は、必要に応じて外付けのデバイス等を接続することができる。各処理部はバスを介して接続され、情報のやり取りを行う。なお、上記ハードウェアの構成はあくまで一例であり、必要に応じて変更可能である。

　図１０は、施療支援装置の構成を示す機能ブロック図である。施療支援装置１９は、ＣＴ装置１２で撮像されたＣＴ画像を取得して記憶するＣＴ画像記憶部７１と、ＣＴ画像記憶部７１に記憶されているＣＴ画像を３次元モデル化する３次元処理部７２と、ＣＴ画像、ドリル３５、ハンドピース３１及び人工歯根等のディスプレイ１８に表示される３次元モデル化されたオブジェクトを記憶する３次元モデル記憶部７３と、第１撮像部１４で撮像された第１のマーカ１３の位置情報、及び、第２撮像部１７で撮像された第２のマーカ１６の位置情報を取得する位置情報取得部７４と、第１のマーカ１３の位置情報と第２のマーカ１６の位置情報とから、ＣＴ画像、ドリル３５、ハンドピース３１及び人工歯根等の位置合わせを行う位置合わせ部７５と、施療者の操作に基づいて、ディスプレイ１８に表示されている人工歯根の位置をキャプチャし、設計情報として取得するキャプチャ部７６と、キャプチャされた設計情報を記憶する設計情報記憶部７７と、位置合わせした情報に基づいて、ＣＴ画像、ドリル３５、ハンドピース３１及び人工歯根等の３次元モデルをディスプレイ１８に表示すると共に、必要に応じて設計情報記憶部７７に記憶されている設計情報をディスプレイ１８に表示する表示制御部７８とを備える。

　図７において説明したように、設計時にはＣＴ画像、設計用部品４０、ハンドピース３１及び仮想の人工歯根の３次元モデルを位置合わせ部７５で位置合わせして表示し、施療者がハンドピース３１の方向や角度を調整し、所望の位置及び角度で仮想の人工歯根が表示された状態でキャプチャ部７６が被施療者の操作に基づいてキャプチャ処理を行う。キャプチャされた画像は設計情報として設計情報記憶部７７に記憶される。全てのインプラントについて設計情報が記憶されると設計処理を終了する。

　施療時においては、ＣＴ画像、ドリル３５、ハンドピース３１及び人工歯根の３次元モデルを位置合わせ部７５で位置合わせして表示し、さらに、設計情報記憶部７７に記憶されている設計情報を重ねて表示する。図１１は、施療時における表示態様の変化を示す図である。図１１（Ａ）に示すように、施療開始時には、ドリル３５の先端部分にさらに人工歯根が仮想的に配置された状態の３次元モデルが表示される。当然、このとき、実際にはドリル３５の先端に人工歯根などは配置されておらず、表示上加工しているだけである。施療者は、図１１（Ｂ）に示すように、仮想的に配置されている人工歯根を設計情報の人工歯根と重なるようにハンドピース３１を操作する。つまり、この状態でドリル３５での切削を行うことで、施術を設計情報に正確に適合させることが可能となる。

　施術開始後は、ドリル３５での切削作業を進めることで、ディスプレイ１８上では仮想の人工歯根が次第に設計情報としての人工歯根とズレを生じ、仮想の人工歯根のみが奥深くに入り込む形となる（図１１（Ｃ））。このとき、実際の施療においては、ドリル３５が人工歯根を埋め込む位置の途中まで切削を進めている状態である。そして、実際の施療において、ドリル３５が所定の深さ（例えば、人工歯根を埋め込む最深位置の１／３～半分程度の位置）まで切削したら、表示制御部７８が図１１（Ｄ）に示すように表示を切り替える。すなわち、仮想的に表示していた人工歯根を削除し、実際のドリル３５の位置に当該ドリル３５（又はディスプレイ１８上は人工歯根でもよい（図１１においては人工歯根を表示））の３次元モデルを表示する。つまり、ある程度の深さまで切削したら、実際の施療状態を表示状態が一致するため、それ以降の施療は設計情報に合わせるように進めることで、施療を設計に正確に適合させることが可能となる（図１１（Ｅ））。

　以上のように、実際の施療作業において、施療者は、ドリル３５による切削前の段階で仮想の人工歯根が設計情報として人工歯根に合致するようにハンドピース３１の操作を行えばよく、また、切削段階にあっても、ある程度切削が進んだ段階で表示状態と施療状態が一致するため、表示されている人工歯根又はドリル３５が、設計情報としての人工歯根の位置に合致するようにハンドピース３１の操作を行えばよく、施療者の負担を軽減しつつ正確な施療を行うことが可能になる。

　なお、ドリル３５による切削が完了した後、実際に人工歯根を埋め込む施療においても、同様の作業で本実施形態に係る施療支援システムを適用することが可能である。

　次に、本実施形態に係る施療支援システムの動作について説明する。図１２は、本実施形態に係る施療支援システムの動作を示すフローチャートである。まず、被施療者の歯に基準マーカ１１が装着される（Ｓ１）。その状態でＣＴ装置１２により被施療者の施療箇所のＣＴ画像が基準マーカ１１と共に撮像される（Ｓ２）。撮像されたＣＴ画像はＣＴ画像記憶部７１に記憶され、３次元処理部７２により３次元モデル化される（Ｓ３）。３次元モデル化された情報は３次元モデル記憶部７３に記憶される。このとき、ディスプレイ１８に表示される他のオブジェクト（例えば、人工歯根、ドリル、ハンドピース等）についても、予め３次元モデル化された情報が３次元モデル記憶部７３に記憶されている。

　なお、ＣＴ画像の３次元モデル化は、必ずしも施療支援装置１９にて行う必要はなく、ＣＴ装置１２側で３次元モデル化した情報を施療支援装置１９が取得するようにしてもよい。

　ＣＴの撮像が終了すると、基準マーカ１１を取り外すと共に第１の位置マーカ１３が取り付けられる。第１の撮像部１４が、第１の位置マーカ１３を撮像してその位置情報を取得し、また、第２の撮像部１７が、操作部１５に装着された第２の位置マーカ１６を撮像してその位置情報を取得する（Ｓ４）。取得した位置情報に基づいて、位置合わせ部７５が、ＣＴ画像における歯の位置と操作部１５におけるドリル３５や人工歯根の位置合わせを行い（Ｓ５）、表示制御部７８が、位置合わせされた状態で３次元モデルをディスプレイ１８に表示する（Ｓ６）。なお、ここまでの処理は、設計時でも施療時でも共通の表示処理である。以降、設計時の処理及び施療時の処理について説明する。

　位置合わせされた３次元モデルがディスプレイ１８に表示された状態で、設計作業が開始される。設計作業において、図７に示すように、石膏模型又は施療者に対して、ハンドピース３１を操作して人工歯根を埋め込む適正な位置を捜索する。このとき、表示制御部７８が、ハンドピース３１の操作にマッチングするように人工歯根の３次元モデルを表示する（Ｓ７）。人工歯根が適正な位置となるようにハンドピース３１が操作されると、施療者からの操作でキャプチャ部７６が人工歯根のキャプチャ画像を取得する（Ｓ８）。取得したキャプチャ画像は設計情報として設計情報記憶部７７に記憶される（Ｓ９）。全ての施療箇所について設計情報がキャプチャされると設計処理を終了する。

　そして、次に実際の施療が行われる。施療作業において、図１１に示すように、表示制御部７８が、ドリル３５の先端部分に仮想の人工歯根を表示する（Ｓ１０）。また、同時に、設計情報記憶部７７に記憶されている設計情報の人工歯根をＣＴ画像に重ねて表示する（Ｓ１１）。施療者は、仮想の人工歯根と設計情報の人工歯根との位置や方向が一致するようにハンドピース３１を操作し、施術を開始する（Ｓ１２）。ハンドピース３１の先端部に取り付けられたドリル３５が所定の深さまで切削したかどうかを判定し（Ｓ１３）、所定の深さまで切削している場合は、仮想の人工歯根を削除すると共に、ドリル３５の３次元モデル又は人工歯根の３次元モデルを実際のドリル３５の位置（ハンドピース３１の先端部の位置）に表示するように表示態様を切り替える（Ｓ１４）。表示が切り替わったら設計情報の人工歯根とハンドピース３１の先端部に表示されているドリル３５又は人工歯根の３次元モデルとが合致するように施療を進め（Ｓ１５）、合致した時点でドリル３５での切削又は人工歯根の埋め込みを終了する。

　以上のように、本実施形態に係る施療支援システムにおいては、歯科インプラント施術の設計段階において、インプラントを埋設する適正な位置を直観的で且つリアルタイムに把握しながら設計情報を作成することができる。また、施術開始後から所定の深さまでドリル又はインプラントを進行した時点で、仮想のドリル又はインプラントの３次元モデルを消去し、現実のドリル又はインプラントの３次元モデルを位置合わせして表示切り替えするため、被施術者は、表示されている設計情報にドリル又はインプラントの３次元モデルを合わせる動作を行うだけで、正確にインプラントの施術を行うことが可能になる。

　　１　施療支援システム
　　１１　基準マーカ
　　１２　ＣＴ装置
　　１３　第１の位置マーカ
　　１４　第１の撮像部
　　１５　操作部
　　１６　第２の位置マーカ
　　１７　第２の撮像部
　　１８　ディスプレイ
　　１９　施術支援装置
　　２１　固定部
　　２２　支持部
　　２３　マーカ部
　　２４　連結部
　　２５　第１支持部
　　２６　第１ヒンジ部
　　２７　第２支持部
　　２８　第２ヒンジ部
　　２９　第３支持部
　　３０　赤外線マーカ
　　３１　ハンドピース
　　３２　持手部
　　３３　赤外線マーカ
　　３４　先端部
　　３５　ドリル
　　４０　設計用部品
　　４１　連結部
　　４２　固定部
　　４３　弾性体
　　６１　ＣＰＵ
　　６２　ＲＡＭ
　　６３　ＲＯＭ
　　６４　ハードディスク
　　６５　通信Ｉ／Ｆ
　　６６　入出力Ｉ／Ｆ
　　７１　ＣＴ画像記憶部
　　７２　３次元処理部
　　７３　３次元モデル記憶部
　　７４　位置情報取得部
　　７５　位置合わせ部
　　７６　キャプチャ部
　　７７　設計情報記憶部
　　７８　表示制御部

Claims

　被施術者の歯を基準位置を示す基準マーカと共にＣＴ画像で撮像するＣＴ撮像手段と、
　前記被施術者に装着され、前記基準マーカとの相対位置が予め固定された位置を示す第１の位置マーカと、
　施術者が操作する操作部に装着され、当該操作部の位置及び方向を特定する第２の位置マーカと、
　少なくとも前記ＣＴ画像に基づいて生成された３次元モデル情報と、前記操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に装着される仮想のインプラントの３次元モデル情報とを記憶する３次元モデル情報記憶手段と、
　前記基準マーカ、前記第１の位置マーカ及び前記第２の位置マーカの位置情報から、前記ＣＴ画像の位置と前記仮想のインプラントとの位置合わせをし、前記３次元モデル情報を前記操作部及び前記被施術者の動きに応じて表示する表示制御手段と、
　前記仮想のインプラントの３次元モデルが所望の位置及び角度で表示された状態となった時に、当該位置及び角度を設計情報として記憶するキャプチャ手段とを備えることを特徴とする施術支援システム。
　請求項１に記載の施術支援システムにおいて、
　前記操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に弾性力を生じる弾性体を有することを特徴とする施術支援システム。
　請求項１又は２に記載の施術支援システムにおいて、
　前記３次元処理手段が、前記操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に取り付けられ、施術において使用されるドリル又はインプラントの３次元モデルを生成し、
　前記表示制御手段が、前記ＣＴ画像の３次元モデル及び前記仮想インプラントの３次元モデルを表示した状態で、前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを前記操作部及び前記被施術者の動きに応じて重畳させて表示することを特徴とする施術支援システム。
　請求項３に記載の施術支援システムにおいて、
　前記表示制御手段が、施術開始前において、前記キャプチャ手段にて記憶された前記設計情報を表示すると共に、前記ドリル又は前記インプラントの先端部分を開始点とする仮想の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを表示し、施術開始後から所定の深さまで前記ドリル又は前記インプラントを進行した時点で、仮想の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを消去し、現実の前記ドリル又は前記インプラントの３次元モデルを位置合わせして表示切り替えすることを特徴とする施術支援システム。
　請求項１ないし４のいずれかに記載の施術支援システムにおいて、
　前記基準マーカが、
　前記被施術者の任意の一の歯の位置に固定される箇所から所定の長さを有する支持部と、
　前記支持部に連接し、任意の他の歯に着接しない位置に配設されるマーカ部とを有することを特徴とする施術支援システム。
　コンピュータが、
　被施術者の歯を基準位置を示す基準マーカと共に撮像されたＣＴ画像と、施術者が操作する操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に装着される仮想のインプラントとを３次元モデル化する３次元処理ステップと、
　前記基準マーカと、前記被施術者に装着され、前記基準マーカとの相対位置が予め固定された位置を示す第１の位置マーカと、前記操作部に装着され、当該操作部の位置及び方向を特定する第２の位置マーカとの位置情報から、前記ＣＴ画像の位置と前記仮想のインプラントとの位置合わせをし、前記３次元モデルを前記操作部及び前記被施術者の動きに応じて表示する表示制御ステップと、
　前記仮想のインプラントの３次元モデルが所望の位置及び角度で表示された状態となった時に、操作者の指示に基づいて、前記位置及び角度を設計情報として記憶するキャプチャステップとを実行することを特徴とする施術支援方法。
　被施術者の歯を基準位置を示す基準マーカと共に撮像されたＣＴ画像と、施術者が操作する操作部の先端部分に当該操作部の長手方向に対して垂直方向に装着される仮想のインプラントとを３次元モデル化する３次元処理手段、
　前記基準マーカと、前記被施術者に装着され、前記基準マーカとの相対位置が予め固定された位置を示す第１の位置マーカと、前記操作部に装着され、当該操作部の位置及び方向を特定する第２の位置マーカとの位置情報から、前記ＣＴ画像の位置と前記仮想のインプラントとの位置合わせをし、前記３次元モデルを前記操作部及び前記被施術者の動きに応じて表示する表示制御手段、
　前記仮想のインプラントの３次元モデルが所望の位置及び角度で表示された状態となった時に、操作者の指示に基づいて、前記位置及び角度を設計情報として記憶するキャプチャ手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする施術支援プログラム。