JP7005105B2 - インプラント手術ガイド方法 - Google Patents

Description

本発明は、医療用画像製作および表示方法に関するもので特に、歯科での治療を支援するための画像製作および表示方法に関するものである。

補綴歯科治療の一種であるインプラント手術を行うには、チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ）のような金属で製作されている人工歯根であるインプラントフィクスチャー（Ｉｍｐｌａｎｔ Ｆｉｘｔｕｒｅ、以下「フィクスチャー」と略する）を歯槽骨に埋入して骨組織と融合させた後、前記インプラントフィクスチャーにインプラントアバットメント（Ｉｍｐｌａｎｔ Ａｂｕｔｍｅｎｔ、以下「アバットメント」と略する）をネジ（Ａｂｕｔｍｅｎｔ Ｓｃｒｅｗ）で締め付けた後、前記アバットメント上に人工の歯冠つまり、クラウンまたはブリッジを付着することになる。前記アバットメントは人工の歯冠をフィクスチャーに繋ぎ、人工歯冠に加わる力をフィクスチャーを介して顎骨骨に伝達する役割を果たす。

ところで、このようなインプラント補綴治療で、フィクスチャー埋入位置を上手に位置決めて、正しい方向に必要な深さまでドリリング掘削を行い、フィクスチャーを正確に埋入するには高度な専門性が要求される。フィクスチャーの埋入位置や方向、深さが微かに誤る場合には、当該患者に適合された個人アバットメント（Ｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄ Ａｂｕｔｍｅｎｔ）を制作・使用することで誤りを補完することができるが、誤りが大きい場合には、インプラント補綴物の機能性と審美性が著しく低下することがありえる。

これにより、インプラント治療は経験豊富な一部の歯科医師だけが施術している。このような現象は、治療費が下がることのできない障害として作用している。一方、経験豊富な歯科医師の場合にも、ミスを犯すこともあるため、現在施術中である作業がきちんと正常に行われているかどうかを確認できる方法が求められているが、これまでのところ、これらの確認及び／又は検証方案はない。

本発明は、このような問題点を解決するためのもので、インプラント手術中に施術者にフィクスチャーの埋入位置と方向および深さなどを画像でガイドすることで、ミスを犯す可能性（ケアレスミスなどの誤りを犯す可能性）を大きく低減させ、施術者に正しく施術が行われているという確信を植え付けることができるインプラント手術ガイド方法を提供することをその技術的課題とする。

前記技術的課題を達成するために本発明のインプラント手術ガイドの方法は、（ａ）患者の３Ｄ口腔画像を生成するステップと；（ｂ）３Ｄ口腔画像をもとに、インプラントフィクスチャーの目標位置および目標方向を含む目標配置状態を設計するステップと; （ｃ）第１のパターンを含む口腔マーカーを患者の顎骨またはその周辺の体に付着して、口腔マーカーと前記顎骨の空間的関係を決定し、第２のパターンを含むハンドピースマーカーを歯科医師のハンドピースに付着して、ハンドピースマーカーとハンドピースの空間的関係を決定するステップと; （ｄ）口腔マーカーと前記ハンドピースマーカーの動きを追跡しつつ、口腔マーカーおよびハンドピースマーカーの位置と方向の変化をもとに顎骨とハンドピースの位置と方向を推定し、顎骨とハンドピースのリアルタイム位置/方向の変化を反映した顎骨の画像部分とハンドピースの画像部分を画面に表示するステップ；を備える。

一実施例において、前記（ａ）ステップは、前記患者の前記顎骨を含む口腔内の少なくとも一つの基礎画像を獲得するステップと; 前記患者の口腔石こう模型を作製し、前記口腔石こう模型に対する石こう模型画像を獲得するステップと; および前記少なくとも一つの基礎画像と前記石こう模型画像を組み合わせて、前記３Ｄ口腔画像を生成するステップ；を備える。

一実施例において、前記（ａ）ステップは、一部が口腔外部に露出されている印象補助ツールに印象材を塗布した後、前記患者が前記印象材が塗布された部分を歯で噛むようにして、第１基礎画像を獲得するステップと；前記印象材が硬化された印象材が付着している前記印象補助ツールに対して第２基礎画像を獲得するステップと； 前記患者の口腔石こう模型を作製し、前記口腔石こう模型に対する第３基礎画像を獲得するステップ；を備える。ここで、前記（ａ）ステップは、前記第１乃至第３基礎画像を組み合わせて、前記３Ｄ口腔画像を生成するステップ；をさらに備えることもできる。

第１乃至第３基礎画像中の少なくとも一部が、ＣＴ画像である場合には、第１乃至第３基礎画像の中からＣＴ画像のものをベクトル画像に変換して、第１乃至第３基礎画像から第１乃至第３ベクトル画像を決定し、第１乃至第３ベクトル画像を組み合わせて３Ｄ口腔画像を生成することが好ましい。

第１乃至第３のベクトル画像を組み合わせて３Ｄ口腔画像を生成する過程において、第１および第２ベクトル画像は、第１および第２ベクトル画像の中で印象補助ツールに対応する部分を利用して結合され、第２および第３ベクトル画像は、歯部分の表面形状情報を利用して結合できる。

第１乃至第３ベクトル画像を組み合わせて３Ｄ口腔画像を生成することにおいては、

第２ベクトル画像で、前記印象体の部分に対して頂点を変換して陰刻を陽刻に変換し、第２ベクトル画像で陽刻に変換された歯部分を第３ベクトル画像の対応する歯部分と結合することが好ましい。

埋入予定位置を設計するには、まず、３Ｄ口腔画像に所定の標準形模型歯による歯牙を配置して、前記標準形模型歯の歯列を調整した後、インプラントフィクスチャーの埋入が必要な欠損歯した位置に標準形模型歯による標準歯を配置した後、顎骨内の神経管に抵触せずに顎骨の外部に露出されないようにしながら、インプラントフィクスチャーの埋入予定位置を決定することが好ましい。埋入予定位置を決定するとき、埋入するインプラントフィクスチャーの種類を一緒に決定し、埋入予定位置に関する設計データを画像要素の形で３Ｄ口腔画像に付加することが好ましい。

口腔マーカーを患者の口腔に付着する（取り付ける）際には、一つ以上のボールジョイントおよび1つ以上のリンクアームと、前記口腔マーカーを取り付けるためのマーカー取付部を備える口腔マーカー取付ツールを用いて取り付けることが好ましい。また、ハンドピースマーカーをハンドピースに取り付ける（付着する）際にも、一つ以上のボールジョイントおよび1つ以上のリンクと前記ハンドピースマーカーを取り付けるためのマーカー取付部を備えるハンドピースマーカー取付ツールを用いて取り付けることが好ましい。

前記口腔マーカーの取り付けと関連して、３Ｄ口腔画像を生成するステップは、（ａ１）の一部が口腔外部に露出される印象補助ツールに印象材を塗布した後、前記患者が前記印象材の塗布された部分を歯で噛むようにして、第１基礎画像を取得するステップと；、（ａ２）印象材が硬化された印象体が付着している印象補助ツールに対して第２基礎画像を獲得するステップと; （ａ３）前記患者の口腔石こう模型を作製し、口腔石こう模型を所定の形状と大きさを持つ据置台に取付けて撮影し、口腔石こう模型に対する第３基礎画像を獲得するステップと; （ａ４）第１乃至第３基礎画像を組み合わせて、前記３Ｄ口腔画像を生成するステップ；を備えても良い。

このような状態で、口腔または３Ｄ口腔画像の中にある各点の座標を、座標で精密に表示して追跡できるように、患者の口腔から口腔マーカーが付着される部位に対応する口腔石こう模型の部位に口腔マーカーを取り付けることが好ましい。このとき、前記据置台から所定の位置には、第１補助マーカーを付着していることが好ましいが、第１補助マーカーは、口腔マーカーが付着される時期を前後にして付着されることもあり、第３基礎画像を獲得する前に、あらかじめ取り付けられても良い。

第１補助マーカーと口腔マーカーが口腔石こう模型に付着した状態で、第１補助マーカーと口腔マーカーをカメラで撮影して、このマーカー間の空間的関係を決定できる。

第１補助マーカーと口腔マーカーとの間の空間的関係を分かると、口腔マーカーの位置と方向を検出したとき、第１補助マーカーと口腔マーカーの空間的関係を基にして、 口腔マーカーの位置検出量と方向検出量から顎骨の位置を推定することが可能となる。

３Ｄ口腔画像とハンドピースを画面に表示することにおいては、３Ｄ口腔画像をカメラの視点または歯科医師の視点からレンダリングできる。このとき、ハンドピースの必要移動量および移動方向と、必要回転量および回転方向をさらに表示することもできる。また、ドリリングが行われた深さまたは残りの深さを、画面にさらに表示することもできる。

本発明のインプラント手術ガイド方法は、記録媒体に積載され、データ処理装置によって実行できるプログラムを基に実行できる。

本発明によると、インプラント手術中に施術者にフィクスチャーの埋入位置と方向および深さなどを案内することで、ミス発生の可能性を大きく低減させて施術者にとって正しく施術が行われているという確信を与えられる。

これにより、正確な施術が行われるようにするとともに、インプラント手術を行うことができる歯科医師の人数を増やすことができ、各々歯医者の治療生産性の向上につながり、治療費の引き下げが期待できるという効果がある。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例をより具体的に説明する。図面の内、

は本発明によるインプラントのイメージガイドシステムの一実施例を示すブロック図。

は図１に示された設計用のＰＣで実行される設計プログラムの一実施例のブロック図。

は図１に示されたカメラセンサーの一実施例のブロック図。

は図１に示された手術ガイドＰＣで実行される手術ガイドプログラムの一実施例のブロック図。

は本発明の好ましい実施例によるインプラント手術ガイド方法の全体的な工程を概略的に示すフローチャート；

は印象補助ツールの一実施例を示す図；

は患者の基礎画像を獲得する過程の一実施例を具体的に示すフローチャート；

は第１ＣＴ画像の一例を示す図；

は印象体が付着した印象補助ツールの一例を示す図；

は図９構造物に対する第２ＣＴ画像の一例を示す図；

は口腔石こう模型の一例を示す図；

は一実施形態において、第３ＣＴ画像撮影のために下顎に関する口腔石こう模型を据置台の上に載せた状態の一例を示す図；

は下顎骨に関する第３ＣＴ画像の一例を示す図；

は第３ＣＴ画像から歯牙の部分だけを抽出したものを示す図；

は画像結合過程の一実施例を具体的に示すフローチャート；

及び は第１ベクトル画像と第２ベクトル画像の結合画像の一例を示す図である。図１６は顔を含む全体の外観に関する画像の図で、図１７は印象補助ツールに関連するレイヤーだけ抽出した画像図；

は第２ベクトル画像と第３ベクトル画像の結合画像の一例を示す図；

は手術設計プロセスの一実施例を具体的に示すフローチャート；

は患者の３Ｄ口腔画像に標準歯模型による歯を重ねて表示した画面の一例を示す図；

はインプラントフィクスチャーの目標位置と方向を決定する画面の一例を示す図；

はインプラントフィクスチャー埋入手術のためのイメージガイドプロセスの一実施例を具体的に示すフローチャート；

は本発明の好ましい実施例で使用されるマーカーのパターン例を示す図；

は口腔マーカーを口腔に取り付けるための口腔マーカー取付ツールの一実施例を示す図；

は印象体が付着した口腔マーカー取付ツールの一例を示す図；

はハンドピースのマーカーをハンドピースに取り付けるためのハンドピースマーカー付きツールの一実施例を示す図；

はハンドピースマーカーを媒介にしてハンドピースマーカーがハンドピースに付着した状態の一例を示す図；

は口腔と口腔マーカーの間の空間的関係と、ハンドピースとハンドピースのマーカーの間の空間的関係を決定する方法の一実施例を示すフローチャート；

は第１補助マーカーが取り付けられた据置台に口腔石こう模型が安着され、口腔石こう模型に口腔マーカー取付けツールによって口腔マーカーが付着した状態を示す図；

は第２補助マーカーをハンドピースに付着した状態の一例を示す図；

はハンドピースにハンドピースマーカーと第２補助マーカーが付着した状態の一例を示す図；

は埋入手術直前のマーカー登録時にカメラのセンサー１５０によって捕捉され、画面に表示される画像と、その中にあるマーカーの一例を示す図；

はマーカー登録時に、第１補助マーカーと口腔マーカーとの間の空間的関係だけを記録する実施例で、手術進行中の顎位置決めとレンダリングプロセスを示すフローチャート；

はマーカー登録時に、第１補助マーカーの座標系で記述された顎骨およびその他の口腔構造の座標を口腔マーカーの座標系で再記述する実施例で、手術進行中の顎骨位置決めとレンダリングプロセスを示すフローチャート；

は図２８に図示された口腔と口腔マーカーとの間の空間的関係と、ハンドピースとハンドピースのマーカーとの間の空間的関係を決定する方法に対して変形された実施例を示すフローチャート；

は手術イメージガイドのための出力画像の一例を示す図；そして

は手術イメージガイドのための出力画像の他の例を示す図である。

インプラントのイメージガイドシステム

図１を参照すると、本発明の一実施例に係るインプラントのイメージガイドシステムは、基礎画像獲得部１００と、記憶装置１１０と、設計用ＰＣ１２０と、カメラセンサー１５０と、手術ガイドＰＣ１６０を備える。

基礎画像獲得部１００は、インプラントフィクスチャー埋入手術（以下、「埋入手術」とする）に先立ち、患者の顎骨と口腔内部などに関する患者の基礎画像を獲得する。一実施例において、基礎画像獲得部１００はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを含み、基礎画像獲得部１００が獲得した患者の基礎画像は、患者の顎骨を含む頭部乃至頭蓋骨全体に関するＣＴ画像を含む。また、患者の基礎画像は、患者の口腔から採得した印象体を基に製作された口腔石こう模型に関するＣＴ画像を含むことができる。ここで、ＣＴ画像データは、医療用デジタル画像および通信（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ：ＤＩＣＯＭ）標準に沿ったデータフォーマットに従うことができる。一方、基礎画像獲得部１００は、前記ＣＴスキャナ以外に、例えば、光学カメラ方式の３Ｄスキャナをさらに含むことができる。このような３Ｄスキャナが出力する３Ｄスキャン画像データは、ベクトルベースのステレオリソグラフィ（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ＳＴＬ）形式になっている可能性もある。

記憶装置１１０は、基礎画像獲得部１００から患者基礎画像に関する画像データ（以下、「基礎画像データ」とする）つまり、ＣＴ画像および/または３Ｄスキャン画像データを受け入れ保存する。前述したように、基礎画像データは、ＤＩＣＯＭ形式になっている可能性もある。少なくとも一部がＳＴＬフォーマットになっている場合もある。一方、記憶装置１１０は、後述するように、設計用ＰＣ１２０によって設計された埋入設計データを受け入れ保存する。前記埋入設計データは、ＳＴＬフォーマットになることが好ましいが、必ずしもこれに限定するものではない。

設計用ＰＣ１２０は、記憶装置１１０に格納している基礎画像データをもとに一つ以上の歯牙欠損の場所に関するインプラントフィクスチャーの目標配置状態（ｔａｒｇｅｔ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を精密に設計するために使用される。本明細書と請求の範囲で「目標配置状態」という用語は、各イムプラットフィクスチャーの3軸 - 方向目標位置（ｔａｒｇｅｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、3軸 - 方向の目標方向（ｔａｒｇｅｔ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を含む意味に使用される。設計用ＰＣ１２０は、本発明による設計プログラムを格納して実行する。前記の設計プログラムは、記憶装置１１０に格納された基礎画像データの中からＤＩＣＯＭフォーマットしたデータのフォーマットをＳＴＬフォーマットに変換し、複数のビデオを結合（ｍｅｒｇｉｎｇ）して、３Ｄ口腔画像を生成する。例えば、設計用ＰＣ１２０は、顎骨と歯茎の骨の情報が含まれている頭部ＣＴ画像に歯石こう模型のＣＴ画像または３Ｄスキャン画像を組み合わせることで、前記３Ｄ口腔画像を形成するようになる。ここで、３Ｄ口腔画像は頭部ＣＴ画像に精密な歯の形状が補強された形態を有する。３Ｄ口腔画像に関する口腔画像データは、記憶装置１１０に格納される。口腔画像データは、ＳＴＬフォーマットになっていることが好ましいが、これに限定されるものではない。一方、システム構成を簡単にする目的で設計用ＰＣ１２０で実行されているが、前記のような画像のフォーマット変換と結合作業は、設計プロセスの一環というより取得された患者の基礎画像データを整える基礎作業と見ることもできる。

また、設計用ＰＣ１２０は、設計者が３Ｄ口腔画像をもとに、インプラントフィクスチャーの目標配置状態を設計できるようにする。前記の設計者は歯科医師、技工士、または歯科や設計社のスタッフである可能性がある。一実施例において、目標配置状態すなわち、目標位置と目標方向に関する設計は、設計者が３Ｄ口腔画像に標準歯模型を参考に仮想の歯を配置し、様々なフィクスチャーの中から適切なものを選択し、選択されたフィクスチャーのグラフィック要素を３Ｄ口腔画像に適切な位置と適切な方向に配置することにより、行われる。しかしながら、変形された実施例においては、仮想歯の配置、フィクスチャーの選択、グラフィック要素の配置などの設計作業が設計プログラムによって自動的に行われることもできる。

前記埋入設計データは、フィクスチャーの種類に応じた諸元、目標配置の状態に関する情報を示して、このデータは、手術過程でイメージガイドに活用できるように記憶装置１１０に格納される。一実施例において、前記埋入設計データは、前記３Ｄ口腔画像に1つのレイヤーの形式で付加されるデータであり、したがって、設計後には口腔画像の一部を構成することができる。しかしながら、本発明と本明細書の理解度を高めるため、説明の便宜から以下の説明では、必要に応じて埋入設計データがまるで３Ｄ口腔画像とは別の画像ないし画像ファイルであるかのように記述することにする。

カメラセンサー１５０は、埋入手術中に患者の歯、顎骨または顔に付着した口腔マーカー２００の位置と方向を継続的に検出する。同時に、カメラセンサー１５０は、歯科医師のハンドピース１９９に接続されたハンドピースマーカー２２０の位置と方向を継続的に検出する。カメラセンサー１５０は、口腔マーカー２００およびハンドピースマーカー２２０のリアルタイム位置と方向データを基に手術ガイドＰＣ１６０に提供して、手術ガイドＰＣ１６０が口腔マーカー２００およびハンドピースマーカー２２０のリアルタイム位置と方向データを基に顎骨の動きおよびハンドピースの動きを追跡できるようにする。

手術ガイドＰＣ１６０は、記憶装置１１０から埋入設計データが付加された３Ｄ口腔画像を受け入れ、それ自体内に設けられたハードディスクやＳＳＤなどの記憶媒体に格納する。手術ガイドＰＣ１６０は、設計データが付加された３Ｄ口腔画像を画面に表示した状態で、カメラセンサー１５０からの口腔マーカー２００およびハンドピースマーカー２２０の位置と方向情報を基に口腔とハンドピースの位置をリアルタイムで更新して表示するとともに、付加的な情報を提供することで、歯科医師の埋入手術を画像を通じてガイドする。

手術ガイドＰＣ１６０は、本発明による手術のガイドプログラムを格納して実行する。前記手術ガイドプログラムは、埋入設計データによるフィクスチャーの目標配置状態を重ねて３Ｄ口腔画像、特に顎骨画像部分をモニタ１９０上に表示させる。そして、手術のガイドプログラムは、カメラセンサー１５０からのハンドピースマーカー２２０の位置と方向情報に基づいて決定されるハンドピースの位置と方向の情報を参照して、モニタ１９０上の３Ｄ口腔画像にハンドピース前端部が重ね合わさって表示されるようにする。結局に、モニタ１９０上に表示される画像は、少なくとも顎骨を含む口腔と、フィクスチャー目標配置の状態と、ハンドピース前端部の画像部分を含む。

さらに、手術ガイドプログラムは、口腔マーカー２００の位置/方向情報に基づいて顎骨のリアルタイムの動きを決定し、決定された動き情報に基づいてモニタ１９０上の顎骨の画像部分とフィクスチャー配置画像の部分をリアルタイムに移動および/または回転させる。同様に、手術ガイドプログラムは、ハンドピースのマーカー２２０の位置/方向情報をもとにハンドピースのリアルタイムの動きを決定し、決定された動き情報に基づいてモニタ１９０上のハンドピースの画像部分をリアルタイムに移動および/または回転させる。これにより、手術のガイドプログラムは、モニタ１９０に表示される画像が顎骨とハンドピースの動きを正確に反映できるようにする。

図２は設計用ＰＣ１２０で実行される設計プログラム１３０の一実施例を示す。図示された実施例で、設計プログラム１３０は、データ変換部１３２と、画像結合部１３４と、埋入設計部１３６を含む。また、設計プログラム１３０は、標準歯牙模型テーブル１４２とフィクスチャー情報テーブル１４４を備えることができる。 標準歯牙模型テーブル１４２は、統計を用いて、事前に定義された各歯牙の間の相対的な位置関係ないし配列と、各歯牙の大きさと、各歯牙の軸方向の統計的標準模型の情報を格納する。ここで、統計的標準模型とは、人類学的、解剖学的に確認されて歯科学界で一般的に認められている模型であっても良い、本発明のシステム管理者が経験的に蓄積した模型であってもよい。フィクスチャーテーブル１４４は、商業的に利用可能なフィクスチャーの内径、長さ、および外部形状に関する情報を格納する。

データ変換部１３２は、記憶装置１１０に格納された患者の基礎画像データのフォーマットを一定に、例えばＳＴＬフォーマットで、変換する。これにより、ＤＩＣＯＭ形式のＣＴデータはすべてＳＴＬフォーマットに変換できる。また、基礎画像の一部が３Ｄスキャナによって獲得されＳＴＬ以外のフォーマットになっている場合は、このようなデータもＳＴＬフォーマットに変換できる。

画像結合部１３４は、ＳＴＬフォーマットからなる二つ以上の３Ｄ画像を一つに結合する。前述したように、画像結合の一例は、顎骨と歯茎の骨の情報が含まれている頭部ＣＴ画像に歯石こう模型の画像を結合するものであり、これにより、得られる結合画像は頭部ＣＴ画像に正確な歯形状が補強された形態を有する。画像結合の目的と具体的な例については、以下に詳しく説明する。

埋入設計部１３６は、ＳＴＬフォーマットの３Ｄ口腔画像をもとに、歯茎の骨の位置と厚さを勘案して、神経を触れずに、インプラントフィクスチャーの埋入後に配置状態、すなわち、目標の配置状態を決定するようにする。特に、埋入設計部１３６は、患者の歯の配列と標準歯牙模型１４２の対応関係を考慮して、治療する歯の位置に仮想の歯を配置し、様々なフィクスチャーの中から適切なものを選択して、選択されたフィクスチャーのグラフィック要素を３Ｄ口腔画像に適切な位置に適切な方向に配置する。この過程で埋入設計部１３６は、フィクスチャー情報テーブル１４４にある製品情報の範囲内でのインプラントフィクスチャーのサイズ乃至種類を定めるようにする。埋入設計部１３６によって決定される設計データは、インプラントフィクスチャーの目標配置状態、すなわち、目標位置と目標方向に関する情報と、フィクスチャーの種類に応じた諸元データを含む形で記憶装置１１０に格納される。

一実施例において、設計プログラム１３０は、画像のフォーマット変換、画像結合、および設計作業を設計士のコマンド入力をもとに実行する。しかしながら、他の実施例においては、設計プログラムが画像のフォーマット変換、画像結合、および設計作業を自動的に実行することもできる。

図３は図１に示されたカメラセンサー１５０の一実施例を示す。図示された実施例で、カメラセンサー１５０は、第１イメージセンサー１５２、第２イメージセンサー１５４、マーカー検出部１５６、および位置/方向算出部１５８を備える。好ましい実施例においては、第１および第２イメージセンサー１５２，１５４が、ステレオスコピックカメラを構成することになるが、本発明は必ずしもこれに限られるものではない。第１および第２イメージセンサー１５２、１５４は患者の顎骨またはその付近に付着した口腔マーカー２００と歯科医師のハンドピース１９９に付着されたハンドピースマーカー２２０が、手術過程で画角内に含めるように設置し、これにより、口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０を継続的に撮影する。マーカー検出部１５６は第１および第２イメージセンサー１５２，１５４の出力イメージから口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０を検出する。位置/方向算出部１５８は口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０の位置と方向を計算する。時間が経つにつれ、カメラセンサー１５０は、前記のような撮影とマーカーの検出そして、計算を繰り返すことになる。これにより算出される口腔マーカー２００とハンドピースマーカー２２０の位置と方向情報をリアルタイムで例えば、ＵＳＢケーブルを介して手術ガイドＰＣ１６０に送信する。図面には示されていなかったが、照度に応じた感度変動を解消するために、カメラセンサー１５０には赤外線照明を備えることが好ましい。

図４は図１に示された手術ガイドＰＣ１６０で実行されている手術ガイドプログラム１７０の一実施例を示す。図示された実施例では、手術ガイドプログラム１７０は、位置整合部１７２、レンダリング部１７４、モード選択部１７６は、画面表示部１７８、および音声アラーム部１８０を含む。また、手術ガイドプログラム１７０は、商業的に利用可能なハンドピースのサイズおよび諸元と３Ｄ画像データに関する情報を格納するハンドピース情報テーブル１８２を備えることができる。

位置整合部１７２は、埋入の手術初期に患者の３Ｄ口腔画像部分とハンドピースの画像部分を一つのユニバーサル座標系、例えばカメラセンサー座標系に統合させて、モニタ１９０に表示されるすべての画像オブジェクトに関する点などを単一のユニバーサル座標系による座標に統一に表示できるようにする。

レンダリング部１７４は設計データが付加された３Ｄ口腔画像をモニタ１９０に表示させる。ここでモニタ１９０には、患者の口腔内で埋入手術が行われる顎骨を中心とした口腔部位が拡大表示されることが好ましい。そしてレンダリング部１７４は、ハンドピース情報テーブル１８２に格納されたハンドピース３Ｄ画像データと、ハンドピースマーカー２２０の位置と方向の情報に基づいて、モニタ１９０で、３Ｄ口腔画像に３Ｄハンドピースの画像が重なって表示されるようにする。また、レンダリング部１７４は、口腔マーカー２００の位置/方向情報に基づいて顎骨のリアルタイムの動きを決定し、決定された動き情報に基づいてモニタ１９０上の顎骨の画像部分とフィクスチャー配置画像の部分をリアルタイムに移動および/または回転させる。また、レンダリング部１７４は、ハンドピースのマーカー２２０の位置/方向情報をもとにハンドピースのリアルタイムの動きを決定し、決定された動き情報に基づいてモニタ１９０上のハンドピースの画像部分をリアルタイムに移動および/または回転させる。これにより、レンダリング部１７４は、モニタ１９０に表示される画像が顎骨とハンドピースの動きを正確に反映できるようにする。

モード選択部１７６は、画面に表示される画像のビューを歯科医師または歯科衛生士が調整できるようにし、他の画面に表示する付加情報を選択できるようにする。画面表示部１７８は、レンダリング部１７４によって生成された画像データをフレームメモリ(未図示)に格納して、フレームメモリに格納された画像データに相応じた画像がモニタ１９０に表示されるようにする。音声アラーム部１８０は、動作モードに応じて、手術過程でビープ音や案内音を出力する。音声アラーム部１８０は、例えば、スピーカー、ヘッドフォン、またはヘッドセットになる。

図１で前記カメラセンサー１５０と前記手術ガイドＰＣ１６０は、埋入手術を施行する歯科病院・医院に設置される。一実施例においては、基礎画像獲得部１００と、記憶装置１１０と、設計用ＰＣ１２０も埋入手術を施行する歯科病院・医院に設置され、患者の顎骨状態データ取得と設計工程が埋入手術を施行する歯科病院・医院で行うことができる。しかしながら、他の実施例においては、設計用ＰＣ１２０が、外部の設計センターに設置されることができる。このような場合、設計作業は専門の設計者によって行われ、歯科病院・医院は、ネットワークを介して設計データを受け入れることができる。また、基礎画像獲得部１００の少なくとも一部、例えば、ＣＴスキャナが、別の放射線と病院・医院または集中化されたＣＴ撮影センターに備えられた可能性もある。このような場合、設計用ＰＣ１２０は、ＣＴスキャナからＣＴ画像データをネットワークを介してオンラインで受け入れることができる。

以下、本発明の好ましい実施例によるインプラント手術ガイド方法を具体的に説明する。

全体的なプロセス

図５は本発明の好ましい実施例によるインプラント手術ガイド方法の全体的な工程を概略的に示す。

インプラント手術のガイド方法は、頭蓋骨の３Ｄ画像のような画像情報に基づいている。ところで、歯牙と顎骨を含む頭蓋骨をＣＴ撮影する場合、CT画像は全体的な頭蓋骨の構造と顎骨の形状に関する情報を持っていても、最も重要な要素の一つである、個々の歯の細密な位置と輪郭をＣＴ画像から抽出することは困難な場合がある。これはＣＴ画像から十分な精度で明らかに表示されないことがあり、特に、金のような金属補綴物によって補綴治療を受けた患者の場合、金属補綴物から光散乱現象が発生して精密な撮影に妨害される可能性があるからである。これにより、一度のＣＴ撮影だけでは必要な情報確保がむずかしいのである。したがって、好ましい実施例によれば、複数の患者の基礎画像を獲得し、これらを組み合わせて、歯と顎骨を含む３Ｄ口腔画像を生成することになる。

そのためには、まず、第３００ステップでは、埋入手術を受ける患者の顎骨と口腔内部の基礎画像を獲得する。患者の基礎画像は、例えばＣＴスキャナによって患者の顎骨と口腔内部を撮影することにより、獲得する。このとき、画像の一部は、ＣＴスキャナの代わりに３Ｄスキャナによって取得されることもできる。次に、基礎画像を構成する複数の画像を組み合わせて３Ｄ口腔画像を生成する(第３０２ステップ）。

続いて、設計用ＰＣ１２０を用いてフィクスチャーの種類とフィクスチャーの目標配置状態を決定した後、フィクスチャーの種類と、埋入目標位置および目標方向を決定する埋入設計プロセスを実行する(第３０４ステップ）。

埋入設計が完了すると、患者に対してインプラントフィクスチャー埋入を進めながら、フィクスチャー目標配置状態を含む前記３Ｄ口腔画像と一緒にハンドピースの画像を画面に表示して口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０の動きを追跡しながら、マーカー２００、２２０の動きに応じた画面表示を更新する手術ガイドを行うことになる(第３０６ステップ)。

図５に第３００ステップ乃至第３０４ステップは、埋入の手術に先立って手術ガドのための基礎データを生成する前準備作業とすることもできる。

患者の基礎画像獲得

一実施例によると、患者の基礎画像から複数のＣＴ画像を取得することになる。そして、前記複数のＣＴ画像を撮影する途中で、患者の歯の印象が採得される。この時、複数のＣＴ画像を一つの画像に結合するプロセスを後から容易にできるように、本発明による印象補助ツールを活用することになる。

図６は印象補助ツールの一実施例を示す写真である。

図６の印象補助ツール３２０は、歯科で歯補綴物を製作する時の印象を採得するために使用される印象トレー（Ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｔｒａｙ）を根幹にして製作されたものであり、歯列に対応するように構成された印象材収容部３３０と、前記印象材収容部３３０から外側に延長されたハンドル３４０を備える。

印象材収容部３３０は、アーチ形の水平断面を持って上下方向に延長された内壁３３２と、前記内壁３３２から外側に離間されている。同様にアーチ形の水平断面を持って、上下方向に延長された外壁３３４と、前記内壁３３２の外壁面の上下中間点と前記外壁３３４の内壁面の上下中間点を繋ぐスクリーン３３６を備える。前記内壁３３２および外壁３３４と、スクリーン３３６により印象材収容部３３０は、それぞれが「Ｕ-字型」と「裏返したＵ-字型」断面構造を持って印象材を収容できる上部チャネルおよび下部チャネルを形成するようになって、上顎と下顎の全体歯列に対して同時に印象を採得できるようになっている。

前記内壁３３２の外壁面と前記外壁３３４の内壁面には、印象の過程で印象材が移動または分離、ねじれを最小限に抑えるように上下方向に延長されたリブが形成されている。スクリーン３３６は、印象材を維持するベースとして作用し、十分に薄い軟質の板材、例えばコットンガーゼ（ｃｏｔｔｏｎ ｇａｕｚｅ）、ナイロンメッシュ、またはポリエステルなどの材料で製織された不織布で製作できるし、印象採得のための咬合中に患者の歯を妨害する可能性を最小限に抑え、印象材を正確に咬合するように妨げないようになる。

ハンドル３４０は、印象材収容部３３０外壁３３４の外壁面に付着されている。後で複数のＣＴ画像を容易に一つの画像に結合できるように、ハンドル３４０の角には、対称的な要素と非対称的要素、そして直線と曲線が含まれることが好ましい。例えば、図６には、リング状になった突出部３４２がおよそ直方体の形になったハンドル本体から左右側に突出して形成されている。後述する画像結合過程では、ハンドル３４０の曲線と直線の角は、ＣＴ画像から面の空間的位置と方向を認識するための特徴的な要素として作用することになる。しかしながら、ハンドル３４０の形が図６に示されたものに限定されてないことに注意しなければならない。

図７は患者の基礎画像を獲得する過程の一実施例をより具体的に示す。

まず、図６に図示された印象補助ツール３２０を用いて上顎と下顎に関する印象を採得しながら頭部の第１ＣＴ画像を撮影する（第３６０ステップ）。患者の基礎画像で最も基本となるのは、患者の顎骨の３Ｄ画像である。好ましい実施例では、顎骨を含む頭蓋骨全体に対してのＣＴ画像撮影をすることで顎骨に関する３Ｄ画像を獲得することになり、この時上顎骨と下顎骨の中で治療を必要とする骨を中心に頭蓋骨を撮影することもできる。

第１ＣＴ画像を撮影するには、他の画像との組み合わせを考慮して、印象補助ツール３２０を用いて患者の口腔に関する印象を採得しながら画像撮影することになる。印象補助ツール３２０を用いて印象を採得するには、印象補助ツール３２０の上部チャネルと下部チャネルつまり、スクリーン３３６の上部面と下部面に印象材を十分に塗布して、上顎骨と下顎骨について同時に印象を採得することになる。このとき、印象材としてはアルギン酸塩（ａｌｇｉｎａｔｅ）、ポリビニルシロキサン、ポリエーテル、およびスーパー ハイドロピルリックＰＳ（ｓｕｐｅｒ－ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ＶＰＳ、 超親水性 ＶＰＳ ）など、既に市販されているもの、知られているものをすべて含む適切な印象材が一緒に使用できる。

第１ＣＴ画像の撮影は、これらの印象材が硬化した後に行うことができ、硬化の過程で行うこともできる。一方、印象過程で印象補助ツール３２０のハンドル３４０が、必ずしも正面に向くように、患者が印象補助ツール３２０をくわえていなければならないものではなく、斜め方向を向くようにくわえていてもよい。図８は、第１ＣＴ画像の一例を示す。図示されたように、第１ＣＴ画像は患者が印象採得の過程で印象補助ツール３２０をくわえている状態の顔画像である。頭部に関するＣＴ画像から必要に応じて、通常のＣＴ画像構上、皮膚組織を除いた頭蓋骨だけを抽出することもできる。

続いて、印象材が硬化する十分な時間が経過した後に、患者の口腔から印象補助ツール３２０を分離する。図９に示したように分離された印象補助ツール３２０は、患者の上下の歯と歯茎が陰刻で反映された印象体が付着しているようになる。第３６２ステップでは、このように印象体が付着した印象補助ツールについて別に第２ＣＴ画像を撮影する。図１０は、印象体が付着した印象補助ツールの第２ＣＴ画像の一例を示す。

第３６４ステップでは、口腔石こう模型を製作し、これに対し、第３ＣＴ画像を撮影する。口腔石こう模型は、第１及び第２ＣＴ画像を取得する過程で製作された印象体を用いて行われることもある。しかしながら、いくつかの理由により、前記の印象体の歯を完全に反映できない場合もある。例えば、印象採得とＣＴ撮影を並行しながら、患者の歯が移動したり歪むこともあり、上顎と下顎に対して同時に印象をする過程で、特に角の大臼歯部位で印象材が不十分に充填されることもある。これにより、第１および第２ＣＴ画像を取得する過程で製作した印象体は精度が低いこともある。これを勘案して、好ましい実施例においては、別の印象トレイを用いて上顎または下顎で全体の歯または治療が必要な歯の周りに対して新たな印象を採得する。そして、新たに製作された印象体を用いて口腔石こう模型を作製し、これをＣＴ撮影する。図１１は、このように新たに獲得した印象体を用いて製作される口腔石こう模型の一例を見せ、図１１で左側は上顎の石こう模型、右側は下顎の石こう模型を示す。

一方、一実施形態においては、口腔石こう模型をＣＴ撮影するには、事前に決められた据置台にのせた状態で撮影できる。図１２は、下顎に関する口腔石こう模型を据置台上にのせた状態の一例を示す。前記据置台３７０の形状と大きさは、３Ｄ画像の形で図１に示された設計用ＰＣ１２０に格納されていることが好ましい。据置台３７０のある地点には、補助マーカー２０２が付着していることが好ましい。補助マーカー２０２が取り付けられる据置台３７０の部位は、その形態が図６の印象補助ツール３２０でハンドル３４０と極めて類似して、これは例示的に製作した印象補助ツール３２０と据置台３７０を３Ｄプリンタでの加工を容易にできるように便宜上の形を同一にしたためであり、両者は必ずしも同一でなければならないわけではない。

また、据置台３７０が、特定の形を持たなければならないものでもない。ただし、設計用ＰＣ１２０からの認識上の便宜のために、据置台の形が一定に維持されることが好ましい。また、後述するように、手術ガイドの初期ステップでの位置登録乃至座標統合上の便宜のために、各据置台間の補助マーカー２０２が一定の位置に正確に付着することが好ましい。このような据置台３７０上で石こう模型は、作業者が任意の位置に石こうやその他の接着剤で付着して固定させた後、ＣＴ撮影をする。このように、好ましい実施例において、第３６４ステップで撮影する対象物は、一側に補助マーカー２０２が取り付けられている据置台３７０上に付着した石こう模型となり、このとき据置台３７０の少なくとも一部が一緒に撮影される。補助マーカーの用途と据置台の追加機能については、画像結合および手術イメージガイドと関連して以下で詳しく説明する。

図１３は図１２のような状態で撮影した下顎骨の第３ＣＴ画像の一例を示す。そして、図１４は、第３ＣＴ画像から据置台部分を除去し、歯の部分だけを抽出したものを示す。図示されたように、第３ＣＴ画像には、下顎の歯と歯茎が表示されるようになる。

画像結合

図１５は、画像結合過程の一実施例を具体的に示している。

設計用ＰＣ１２０からの設計プログラム１３０のデータ変換部１３２は、記憶装置１１０に格納された患者の基礎画像データのフォーマットを、例えばＳＴＬフォーマットにすべて変換する（第３８０ステップ）。これにより、ＤＩＣＯＭフォーマットのＣＴデータはすべてＳＴＬフォーマットに変換できる。前記説明した実施例のように、第１乃至第３ＣＴ画像がｄｉｃｏｍフォーマットになっている場合は、データ変換部１３２は、第１乃至第３ＣＴ画像のフォーマットをすべてｓｔｌフォーマットに変換する。以下の説明では、第１乃至第３ＣＴ画像がｓｔｌフォーマットに変換された画像を、それぞれ第１乃至第３のベクトル画像と称する。

続いて、設計プログラム１３０の画像結合部１３４は、第１乃至第３ベクトル画像を一つの３Ｄ画像で結合する（第３８２ステップ）。

第２ベクトルの画像と第３ベクトル画像は、歯の部分の表面形状情報を活用して結合する。まず、第２ベクトル画像で歯と歯茎が印象体の内側に湾入されて陰刻に反映されてようになるので、歯と歯茎の部分について頂点（ｖｅｒｔｉｃｅｓ）を変換して陽刻に変える。これにより、例えば、下顎骨と下顎の歯の場合には、変換前の第２ベクトルの画像では、印象体底面から印象体の内側に向かって上方に湾入されているが、頂点変換後の画像では、実際の歯のように上方に突出した形状を持つようになる。これにより、頂点変換後の第２ベクトルの画像は、歯と歯茎の部分で第３ベクトル画像と類似して、単に表面凹凸の精度と角の形状においてのみ差があることになる。したがって、頂点変換後の第２ベクトル画像と第３ベクトル画像は、表面凹凸度つまり、表面形状を利用して結合が可能になる。この時、頂点すなわち特徴点とベクトルが結合に主に使用されるが、特徴的なエッジ（ｅｄｇｅ）や曲線（ｃｕｒｖｅ）を一緒に使用したり、これらののみを用いて結合することも可能である。

一方、第１ベクトル画像と第２ベクトル画像は、図６に示された印象補助ツール３２０のハンドル３４０部分が共通で、このハンドル３４０部分の共通性を利用して結合される。

図１６及び図１７は、第１ベクトル画像と第２ベクトル画像の結合画像の一例を見せているが、図１６は顔を含めた全体の外観に関する画像であり、図１７は印象補助ツール３２０に関連するレイヤだけ抽出された画像である。図１８は第２ベクトル画像と第３ベクトル画像の結合画像の一例を示す。

一実施例では、第２ベクトル画像の頂点変換プロセスを勘案して、第2および第3ベクトルの画像を組み合わせた後、これを第１ベクトル画像に結合する。しかし、第１乃至第３ベクトル画像の結合順がこれに限定されるものではなく、どの画像を最初に結合するかは任意的に決定できる。すなわち、第２および第３ベクトルの画像を組み合わせた後、これを第１ベクトル画像に結合する代わりに、第１及び第２ベクトルの画像を組み合わせた後、第3のベクトル画像を結合することもできる。

最後に結合された画像で印象補助ツール３２０のハンドル３４０部分を含めて、不要な部分を削除し、３Ｄ口腔画像を完成する（第３８４ステップ）。

前記３Ｄ口腔画像には、顔の皮膚と、頭蓋骨と、上顎骨および下顎骨、歯と、歯茎と歯茎の骨が表示されるようになる。そして、３Ｄ口腔画像で顔の皮膚、頭蓋骨、上顎骨および下顎骨、神経管は別のレイヤーに区分されて選択的に表示されるか、選択的に表示から除外されることができる。前述したように、頭蓋骨のＣＴ画像だけでは、個々の歯の細かい位置と輪郭を抽出するのに不足することがあるが、上記のように生成した３Ｄ口腔画像は、全体的な頭蓋骨の構造と顎骨の形状に関する情報を持っていると併せて、石こう模型の３Ｄデータを介して補強された正確な歯の情報を持っていることになる。

そして３Ｄ口腔画像では顎骨つまり、 上顎骨および/または下顎骨骨と、歯と、歯茎と歯茎の骨を含む口腔および頭蓋骨で任意の位置を単一の座標系による座標で表示することが可能となる。前記単一の座標系の中心と各軸の方向は任意に定められることができる。例えば、据置台３７０として、一定の大きさと形状のものが用いられ、上述のように、据置台３７０で補助マーカー２０２が一定の位置に付着した場合、補助マーカー２０２も口腔構造を記述するための、前記単一の座標系で一定の位置から一定の方向に位置することになり、補助マーカー２０２の中心や他の補助マーカー２０２上のいずれかの点を座標系の中心に設定することも可能である。

埋入手術設計

図１９はインプラントフィクスチャー埋入手術のための設計プロセスの一実施例を具体的に示している。

まず、患者の３Ｄ口腔画像に標準歯模型による歯を配置し、患者の残存歯および/または歯肉骨に合わせて標準歯模型の歯列を調整する（第３８０ステップ）。図１８は患者の３Ｄ口腔画像に標準歯模型による歯を重ねて表示した画面の一例を示す。標準歯模型の歯列調整は、図２０に図示された頂点から制御点（ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔ）をマウスでドラッグすることにより、歯列調整を行うことができる。

次いで、インプラント埋入が必要な歯欠損の場所に標準歯模型上で該当位置にある標準的な歯を配置する（第３８２ステップ）。

次に、顎骨内の神経管の位置を確認する（第３８４ステップ）。神経管の位置は、第１ＣＴ画像から確認可能であり、前述したように、３Ｄ口腔画像で顔の皮膚、頭蓋骨、上顎、下顎とは別のレイヤーに区分されて選択的に表示されるか、選択的に表示から除外されることがてぎる。

第３８６ステップにおいて、インプラントフィクスチャーの目標位置と方向を決定する。インプラントフィクスチャーの目標位置と方向の決定は、画面内でのインプラントフィクスチャーを移動したり、回転させることにより行われる。目標位置と方向の決定に当たっては、フィクスチャーの中心軸が第３８２ステップで配置された標準歯の中心軸と方向が一致するか、少なくとも標準歯から著しく逸脱しないようにして、フィクスチャーが神経管に触れないようにして、顎骨の内壁や外壁に露出されず、安定して顎骨に埋入されるようにしなければならない。もし顎骨が薄かったり、神経管と抵触する可能性が高い場合には、フィクスチャーの厚さおよび/長さを変更する。図２１は、インプラントフィクスチャーの目標位置と目標方向を決定する画面の一例を示す。図面で参照番号３９０は神経管を示し、３９２はインプラントフィクスチャーを示す。

設計が完了すると、フィクスチャーの種類に応じた諸元、正確な埋入目標位置および目標方向に関する情報を示す埋入設計データが記憶装置１１０に格納される。ここで、前記埋入目標位置および目標方向に関する情報は前記３Ｄ口腔画像に1つのレイヤー形式で付加されるようになり、したがって、設計後の３Ｄ口腔画像の一部を構成する。

手術ガイド

図２２は、インプラントフィクスチャー埋入手術のためのイメージガイドプロセスの一実施例を具体的に示す。

まず、第４００ステップでは、患者の顎骨または歯などの近くの構造物または顔（以下、「口腔」と称する）に口腔マーカーを付着して顎骨乃至口腔と口腔マーカーとの間の空間的関係を決定する。本明細書と請求の範囲で「空間的関係」とは、相対的な位置と相対的な方向、すなわち、いずれかのあるオブジェクトの位置と方向を知っているとき、残りのあるオブジェクトの位置と方向が分かる情報を知ることができるパラメータ情報を示す意味に使用される。そして第４０２ステップでは、歯科医師が使用するハンドピースにハンドピースマーカーを取り付け、ハンドピースとハンドピースのマーカーの間の空間的関係を決定する。

図２３は本発明の好ましい実施例で使用されるマーカーのパターン例を示している。本実施例では、マーカーはすべて正方形の枠の中に多数の点が配置された形になっている。各マーカーは点の配置パターンが異なり、あるパターンのマーカーが口腔マーカー、ハンドピースマーカー、そして以下に説明される第１及び第２補助マーカーとして使用されるかが予め定義された状態で使用される。各マーカーの正方形の中心を原点と定め、前記原点を通っていずれかの角に平行な方向をx-軸、前記原点を中心にx-軸を90度回転させた方向をy-軸、そしてマーカーから出る方向をz-軸に定め、各マーカーの座標系を定めることができる。

このようなマーカーを口腔マーカーおよびハンドピースのマーカーとして使用するために口腔およびハンドピースにそれぞれ付着するには、歯科医師および衛生士の仕事を阻害しないようにすることが必要である。これを勘案して、本発明の好ましい実施例によると、口腔マーカーとハンドピースのマーカーが別のツールを用いて口腔とハンドピースにそれぞれ取り付けられる。

図２４は口腔マーカーを口腔に付着するための口腔マーカー付きツールの一実施例を示す。図示された実施例において、口腔マーカー付きツール６００は、患者の歯に付着される結合部６０２と、前記結合部６０４から外側に延長され、患者の唇から部分的に露出されるようになっている突起部６０４と、口のマーカー２００が取り付けられるマーカー付きパネル６１２と、前記突出部６０４と前記マーカー付きパネル６１２を接続する一つ以上のボールジョイント６０６、６１０および１つ以上のリンクアーム６０８を備える。前記結合部６０２には、複数の貫通孔６０２ａが形成されていることができる。これらの口腔マーカー付きツール６００は、重量を最小限にできるように、プラスチック素材で加工することが好ましい。

このような口腔マーカー付きツール６００を経口に付着することにおいては、結合部６０２の一面に印象材を塗布した後、患者の口腔から手術しようとする顎骨（例えば、インプラント治療をしようとする歯の部分が上顎にある場合には上顎、そして下顎の場合には、下顎）で手術部位と離隔された位置の歯に密着させた後、硬化されるようにする。印象材が硬化した後には、印象材が硬化された印象体が結合部６０２に強固に付着して落ちないようになり、この時、結合部６０２に形成されている複数の貫通孔６０２ａに印象材が浸透して印象体と結合部６０２の結合力をより高めることになる。また、歯と印象体との間の密着力が高く、意図的に外力を加えて分離しようとする場合を除き、口腔マーカー付きツール６００が印象体を媒介にして、歯に付着した状態を維持する。併せて、口腔マーカー付きツール６００を取り外し、再度歯に付着させても密着状態を維持することができ、歯ではなく、口腔石こう模型に該当位置に取り付けても、密着状態を維持することができる。図２５は印象体が付着した口腔マーカー付きツール６００の歯から分離された状態を示している。一方、口腔マーカー付きツール６００に印象材を塗布した後、患者の口腔からすぐに付着する代わりに、口腔石こう模型に密着させて付着して硬化が完了した後に、口腔に移し付けることもできる。

印象体が付着した口腔マーカー付きツール６００を口腔に装着した後には、歯科医士や衛生士の仕事や、本発明によるシステムの動作を阻害しないようにボールジョイント６０６、６１０とリンクアーム６０８を調整し、最適な位置状態を選択することができる。これにより、口腔マーカー２００や口腔マーカー付きツール６００が歯科医師の視野の遮る、ハンドピースのアクセスや使用の妨害、衛生士が吸入器を使用することの妨害、口マーカー２００が患者の唇に押されて動くことなどを防止することや緊急時に簡単に分離することができてカメラセンサー１５０にもよく見えるという利点がある。

図２６はハンドピースのマーカーをハンドピースに付着するためのハンドピースマーカー付きツールの一実施例を示す。図示された実施例において、ハンドピースマーカー付きツール６２０は、ハンドピースの側面に付着されるクリップ６２２と、ハンドピースマーカー２２０が取り付けられるマーカー付きパネル６２８と、前記クリップ６２２と、前記マーカー付きパネル６２８を繋ぐ１つ以上のリンクアーム６２４および1つ以上のボールジョイント６２６を備える。ハンドピースマーカー付きツール６２０も重量を最小限に抑えることができるように、プラスチック素材で加工することが好ましい。このような口腔マーカー付きツール６００は、ハンドピースの外側面に差込み簡単に付着することができる。図２７はハンドピースのマーカーを媒介にしてハンドピースマーカーがハンドピースに付着された状態の一例を示す。

ハンドピースマーカー付きツール６２０によってハンドピースマーカー２２０をハンドピースに装着した後には、歯科医士や衛生士の仕事や、本発明によるシステムの動作を阻害しないようにリンクアーム６２４とボールジョイント６２６を調節して、最適の位置状態を選択することができる。これにより、ハンドピースマーカー２２０やハンドピースマーカー付きツール６２０が歯科医師の視野を遮ることやハンドピースへのアクセスや使用を妨害すること、衛生士が吸入器を使用することの妨害、口マーカー２００が患者の唇に押されて動くことなとを防止することができて、緊急時に簡単に分離できるとカメラセンサー１５０にもよく見える利点がある。

このように、口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０が取り付けられた状態では、ハンドピースのマーカー２２０を追跡してハンドピースがどの位置にいるかを正確に追跡することができる。口腔マーカー２００を追跡することで手術が行われる顎骨の動きを追跡することができるようになり、動きを反映したハンドピースと顎骨が画面にリアルタイムで表示されるようになる。

再び図２２を参照すると、追跡するプロセスではまず、埋入設計データが付加された３Ｄ口腔画像を手術ガイドＰＣ１６０のモニタ１９０画面に表示する（第４０４ステップ）。

手術が始まるとカメラセンサー１５０は、口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０の位置と方向を継続的に検出して、手術ガイドＰＣ１６０に提供する（第４０６ステップ）。一実施例において、カメラセンサー１５０が、手術ガイドＰＣ１６０に提供するデータは、口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０のそれぞれの３Ｄ位置、すなわち、x-軸、y-軸、z-軸方向の位置と、３Ｄ方向、つまり、x-軸、y-軸、z-軸を中心にした回転角の6つのデータとなる。手術ガイドＰＣ１６０上で実行されている手術ガイドプログラムは、口腔マーカー２００の位置と方向から顎骨の動きを反映した精密な顎骨つまり、手術が行われる上顎または下顎の位置を決定して、画面上の表示画像を更新するとともに、ハンドピースマーカー２２０の位置と方向からハンドピースの動きを反映した精密なハンドピースの位置を決定して画面上でハンドピース部分に関する表示を更新することになる（第４０８ステップ）。

このように、患者の口腔と歯科医師のハンドピースの動きを追跡しながら、画面に表示することに加えて、ハンドピースの必要移動量と必要回転量を積極的に画面を介して、または画面とヘッドセットのスピーカーを介してガイドすることもできる（第４１０ステップ）。

一方、前記のように口腔マーカー２００とハンドピースのマーカー２２０を追跡することにより、顎骨とハンドピースを追跡するためには、図２０の第４００ステップ及び第４０２ステップと関連して述べたように、口腔と口腔マーカー間の空間的関係と、ハンドピースとハンドピースのマーカーとの間の空間的関係を明確に知ることが必要である。

図２８は口腔と口腔マーカーとの間の空間的関係と、ハンドピースとハンドピースのマーカーとの間の空間的関係を決定する方法の一実施例を示す。

図示された実施例によるとまず、口腔石こう模型との位置関係を明確に分かる状態で、第１補助マーカーが付着した状態では、口腔マーカーを口腔に付着するのと同じ方法で、口腔石こう模型に付着させる（第４２０ステップ）。

ここで、好ましい実施例によれば、図１２に関連して説明した据置台３７０上の口腔石こう模型が活用される。すなわち、図１２のように、据置台３７０上に口腔石こう模型が取付けられた状態では、各据置台間の形態が同一で、第１補助マーカー２０２が一定な位置に正確に取り付けられている場合は、第３ＣＴ画像または第３ベクトル画像で据置台３７０を基準にした石こう模型の正確な位置と形状を検出することが可能で、据置台３７０と第１補助マーカー２０２の関係が明らかなので、据置台３７０を媒介にして口腔石こう模型と、第１補助マーカー２０２の空間的関係が唯一に決定され、明確に確認できる。このような状態で図２２に示したように印象体が付着した口腔マーカー付きツール６００を口腔石こう模型に密着させて取り付ける。図２９は第１補助マーカー２０２が取り付けられた据置台３７０に口腔石こう模型が安着して口腔石こう模型に口腔マーカー付きツール６００によって口腔マーカー２００が付着した状態を示す。

再び図２８を参照すると、第４２２ステップでは、ハンドピースとの位置関係を明確に分かる状態に第２補助マーカーをハンドピースに取り付ける。例えば、図３０のように、ハンドピースでドリリングツールの中心軸延長線と接するハンドピース上部面に第２補助マーカー２２２を取り付けることができる。特に、第２補助マーカー２２２が取り付けられた補助マーカー付きツール６４０をハンドピース前端部に差し込み合わせて臨時結合させることが好ましい。このような状態で、ハンドピースのマーカー付きツール６２０によってハンドピースマーカー２２０をハンドピースに装着する。図３１はハンドピースにハンドピースマーカー２２０と第２補助マーカー２２２が付着した状態の一例を示す。

再び図２８を参照すると、第４２４ステップでは、口腔マーカー２００、ハンドピースマーカー２２０、第１及び第２補助マーカー２０２、２２２をカメラセンサー１５０のステレオスコピックカメラ乃至２つのイメージセンサーで撮影して検出し、口腔マーカー２００と、第１補助マーカー２０２との間の空間的関係と、ハンドピースマーカー２２０と第２補助マーカー２２２との間の空間的関係を決定する。より具体的に説明すると、カメラセンサー１５０は、マーカー内にある点の配置パターンにより各マーカーがどのマーカーかを区分する。そして、カメラセンサー１５０は、各マーカーについてマーカー内にある点を３Ｄ的に復元して、カメラ座標系を基準にしたマーカーの位置と方向を計算し、各マーカーに関する位置データと方向データを手術ガイドＰＣ１６０に送信する。手術ガイドＰＣ１６０は口腔マーカー２００と、第1補助マーカー２０２との間の空間的関係、すなわち、距離と回転量を決定し、ハンドピースマーカー２２０と第２補助マーカー２２２との間の距離と回転量も決定する。マーカーの間の空間的関係に対する演算が手術ガイドＰＣ１６０ではないカメラセンサー１５０で行われることもある。

口腔マーカー２００と、第1補助マーカー２０２との間の空間的関係が決まったら、口腔内の各構造と、第１補助マーカー２０２との間の空間的関係は、すでに確定しているので、口腔と口腔マーカー２００との間の空間的関係を知ることになる。例えば口腔内の各構造が、第１補助マーカー２０２の座標系で記述されているときに、口腔マーカー２００と、第１補助マーカー２０２との間の空間的関係を利用して、口腔内の各構造を口腔マーカー２００の座標系で記述しておき、顎骨の動きを反映しながら、カメラ視点（ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ）またはその他の視点でレンダリングできるようになる。

同様に、ハンドピースマーカー２２０と第２補助マーカー２２２との間の空間的関係が決まったら、ハンドピースと第２補助マーカー２２２との間の空間的関係は、すでに確定しているので、ハンドピースとハンドピースのマーカー２２０との間の空間的関係を知るようになる。例えばハンドピース上の各点が、第２補助マーカー２２２の座標系で記述されているときに、ハンドピースマーカー２２０と第２補助マーカー２２２との間の空間的関係を利用して、ハンドピース上の各点をハンドピースマーカー２２０の座標系で記述しておき、ハンドピースの動きを反映しながら、カメラ視点（ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ）またはその他の視点でハンドピースをレンダリングすることができるようになる。

図２８の第４２０ステップ乃至第４２４ステップは、患者のフィクスチャー埋入手術直前にマーカーの位置整合乃至マーカー登録（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）手順として簡単に行うことができる。図３２は、埋入手術直前のマーカー登録プロセス時にカメラセンサー１５０によって捕捉され、画面に表示される画像と、その中にあるマーカーを示す。図面で左側は、第１イメージセンサーによって獲得した画像、右側は第２イメージセンサーによって獲得した画像を示す。上述のように、２画像を用いて第１補助マーカー２０２、口腔マーカー２００、第２補助マーカー２２２、ハンドピースマーカー２２０の方向と、第１補助マーカー２０２と口腔マーカー２００の間、そして第２補助マーカー２２２とハンドピースのマーカー２２０との間の空間的関係を検出することができる。

マーカー登録時には、整合させようとする２つのマーカーの空間的関係のみを検出することもあり、これと供に、口腔またはハンドピースを記述する座標系を変更することもできる。マーカー登録時に行う作業の内容に応じて、顎骨またはハンドピースの追跡時にマーカーの検出につづけてオブジェクトの位置決定およびレンダリングプロセスが多少異なることもある。

図３３はマーカー登録時に、第１補助マーカー２０２と口腔マーカー２００との間の空間的関係、すなわち、距離と方向の差（回転角）のみを検出してこれを記録した後、終了する実施例では、手術進行中の顎骨の位置決定とレンダリングのプロセスを示す。この場合、手術過程で口腔マーカー２００の位置が決定されると（第４４０ステップ）、口腔マーカー２００の位置に対応する第２補助マーカー２０２の仮想位置を決定する過程に相当するベクトル演算を行った後（第４４２ステップ）、第２補助マーカー２０２の仮想位置に対応する顎骨の位置を決定してレンダリングをすることになる（第４４４ステップ）。

図３４は、マーカー登録時に、第１補助マーカー２０２と口腔マーカー２００との間の距離と方向の差（回転角）のみを検出することに限らず、第１補助マーカー２０２の座標系で記述された顎骨およびその他の口腔構造に関する座標を口腔マーカー２００の座標系で再記述する実施例では、手術進行中の顎骨の位置決定とレンダリングのプロセスを示す。この場合には、手術過程で口腔マーカー２００の位置が決定されると（第４６０ステップ）、顎骨の位置を再記述された位置情報を活用して、口腔マーカー２００の位置に対応する顎骨の位置をすぐに決めてレンダリングできるようになる（第４６２ステップ）。

図３５は図２８に図示された口腔と口腔マーカーとの間の空間的関係と、ハンドピースとハンドピースのマーカーとの間の空間的関係を決定する方法に対する変形された実施例を示す。

本実施例によると、口腔マーカー２００を口腔に付着するのと同じ方法で、口腔石こう模型に付着させる（第４８０ステップ）。すなわち、図２２に示したように印象体が付着した口腔マーカー付きツール６００を口腔石こう模型に密着させて取り付け、口腔内の取付位置に相応した位置に取り付ける。

続いて、口腔マーカー２００が取り付けられた口腔石こう模型に対してカメラセンサー１５０のステレオスコピックカメラ乃至２つのイメージセンサで撮影して、口腔石こう模型上の複数の点に関する座標を口腔マーカー２００の座標系で記述し、口腔石こう模型と口腔の対応関係を利用して、口腔全体に対する座標を口腔マーカー２００の座標系で記述する（第４８２ステップ）。

そしてハンドピースマーカーを図２４に図示されたハンドピースマーカー付きツール６２０を利用して、ハンドピースに付着する（第４８４ステップ）。

次に、ハンドピースマーカー２２０が取り付けられたハンドピースに対してカメラセンサー１５０のステレオスコピックカメラ乃至２つのイメージセンサで撮影して、ハンドピース上の複数の点に対する座標をハンドピースマーカー２２０の座標系で記述する（第４８６ステップ）。

手術ガイドプログラム１７０の手術イメージガイドのための出力画像は、様々な形にできる。

例えば、画面を複数のビューポートに分割して、各ビューポートに斜視図、正面図、平面図、側面図をそれぞれ表示することもでき、単一のビューポートに斜視図だけを表示することもできる。単一ビューポートに1つの斜視図だけが表示される場合、レンダリングする視点（ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ）は、カメラ視点になることもあり、プログラムが自動的に検出して設定したり、歯科医師が設定する歯科医視点になることもある。

画像の拡大倍率が手術進行ステップまたはハンドピースの動きの範囲に応じて動的に変動することもあり、固定された倍率を維持することもある。また、ハンドピースをレンダリングすることにおいて、ハンドピース全体をレンダリングすることもできるが、簡潔にドリリングツールの部分だけをレンダリングすることもできる。

付加される参考情報も画面の設定に応じて、ユーザーの入力に応じて異なることができる。例えば、ハンドピースの必要移動量および移動方向と、必要回転量および回転方向が表示できる。さらに、ドリリングが行われる間にドリリングが行われた深さおよび/または残りの深さが表示されることもある。必要に応じて警告音や案内音を出力することもあるが、このような音の情報は、患者の不安を解消できるようにイヤホン、ヘッドフォン、またはヘッドセットのみ出力されるようにすることができる。

図３６は出力画像の一例を示す。この出力画像で画面は4つのビューポートに分割されており、各ビューポートに斜視図、正面図、平面図、側面図が表示される。各ビューポートには、設計上のフィクスチャー９００、９００ｂとハンドピース９２０を中心に拡大された画像が表示できるのでより簡潔な画面構成のためにハンドピース９２０は前端部、すなわち、ドリリングツールの部分のみがレンダリングされることができる。

図３７は出力画像の他の例を示す。この出力画像で画面は、単一のビューポートだけを含み、このビューポートにカメラ視点や歯科医師視点の斜視図が表示される。画像には、設計上のフィクスチャー９００とハンドピース９２０が中心的に表示されることができ、ハンドピース９２０の必要移動量および移動方向と、必要回転量および回転方向が表示されることができる。

以上で、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその技術的思想や必須の特徴を変更せずに、様々な方法で変形させることができ、他の具体的な形で実施することができる。

例えば、以上では、カメラセンサー１５０が２つのイメージセンサーを備える実施例を中心に説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、カメラのセンサーが1つのイメージセンサーだけを備えることもできる。

設計用ＰＣ１２０で実行されている設計プログラム１３０は、単一のプログラムではなく、複数のプログラムの集合体であることができる。そして、一部のプロセスステップが公知された常用のプログラムによって実行されることもある。例えば、第１乃至第３ベクトル画像を結合する作業は、マージ（ｍｅｒｇｉｎｇ）機能を備えた従来の画像処理プログラム例えば、ドイツのデビッドビジョンシステムＧｍｂＨが製作、販売しているＤＡＶＩＤプログラムを用いて実行されることもできる。また、ｄｉｃｏｍフォーマットの画像をＳＴＬフォーマットに変換することもＣＴ画像処理に使用されるプログラムによって実行されることができる。

従って、以上で記述した実施例は、すべての面で例示的なものであり、限定的なものではないものとして理解しなければならない。本発明の範囲は、前記の詳細な説明より後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１００ 基礎画像獲得部
１１０ 記憶装置
１２０ 設計用ＰＣ
１５０ カメラセンサー
１６０ 手術ガイドＰＣ

Claims (6)

1. 患者の口腔と歯科医師のハンドピースを重畳表示する装置の制御方法であって、
   （ａ）映像結合手段が、患者の顎骨を含む口腔内のＣＴ画像と、前記患者の口腔石こう模型を所定の形状と大きさを持つ据置台に取付けて撮影した石こう模型画像を組み合わせて、前記患者の３Ｄ口腔画像を生成するステップと;
   （ｂ）イメージセンサーは、第１補助マーカーが取り付けられた前記据置台に前記口腔石こう模型を取付けて、前記口腔石こう模型に前記患者の口腔内に付着する口腔マーカーを付着した状態での、前記第１補助マーカーと前記据置台と前記口腔マーカーを含む映像を、撮影するステップと;
   （ｃ）位置整合手段が、前記口腔マーカーと前記第１補助マーカーの空間的関係と、前記第１補助マーカーと前記据置台の空間的関係と、前記据置台と前記３Ｄ口腔画像内での顎骨部分の空間的関係を利用して、前記口腔マーカーと前記３Ｄ口腔画像内での前記顎骨部分の空間的関係を決定するステップと;
   （ｄ）前記位置整合手段が、前記口腔マーカーを前記患者の顎骨に付着した状態での前記口腔マーカーと前記３Ｄ口腔画像内での前記顎骨部分の空間的関係を前記口腔マーカーと前記顎骨の空間的関係として決定し、第２パターンを含むハンドピースマーカーを歯科医師のハンドピースに付着した状態での前記ハンドピースマーカーと前記ハンドピースの空間的関係を決定するステップと;
   （ｅ）マーカー検出手段が、前記口腔マーカーと前記ハンドピースマーカーの動きを撮影した映像から、前記口腔マーカー及び前記ハンドピースマーカーの位置と方向の変化を基に、前記顎骨と前記ハンドピースの位置と方向を推定するステップと;
   （f）画面表示手段が、前記顎骨と前記ハンドピースのリアルタイム位置/方向の変化を反映した顎骨の画像部分とハンドピースの画像部分を画面に表示するステップ；
   を備える制御方法。
2. 前記（ａ）ステップは、
   一部が口腔外部に露出されている印象補助ツールに印象材を塗布した後、前記患者が歯に前記印象材が塗布された部分を噛むようにした状態で撮影した前記ＣＴ画像である第１基礎画像を取得するステップと;
   前記印象材が硬化された印象体が付着している前記印象補助ツールの第２基礎画像を獲得するステップと;
   前記口腔石こう模型画像である第３基礎画像を獲得するステップと;
   前記第１乃至第３基礎画像を組み合わせて、前記３Ｄ口腔画像を生成するステップ；
   を備える請求項１に記載の制御方法。
3. 前記（ａ）ステップが、
   前記第１乃至第３基礎画像の中からＣＴ画像からの画像をベクトル画像に変換して、第１乃至第３基礎画像から第１乃至第３ベクトル画像を決定するステップと;
   前記第１乃至第３ベクトル画像を結合して、前記３Ｄ口腔画像を生成するステップ；
   を備える請求項２に記載の制御方法。
4. 前記第１乃至第３ベクトル画像を結合して、前記３Ｄ口腔画像を生成するステップで、前記第１及び第２ベクトルの画像は、前記第１及び第２ベクトルの画像の中で、前記の印象補助ツールに対応する部分を利用して結合して、前記第２及び第３ベクトル画像は、歯の部分の表面形状情報を利用して結合する請求項３に記載の制御方法。
   
5. 前記第１乃至第３ベクトル画像を結合して、前記３Ｄ口腔画像を生成するステップが、
   前記第２ベクトルの画像で、前記印象体の部分に対して陰刻を陽刻に変換するステップと；
   前記第２ベクトルの画像で陽刻に変換された歯の部分を前記第３ベクトル画像の対応する歯の部分と結合するステップ；
   を備える請求項４に記載の制御方法。
6. 前記口腔マーカーを前記患者の顎骨に付着して撮影した映像は、前記口腔石こう模型で前記口腔マーカーが付着された位置に対応する顎骨の部位に前記口腔マーカーを付着して撮影した映像である
   請求項１に記載の制御方法。

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