WO2001008588A1

WO2001008588A1 - Procede de fabrication d'appareils de prothese dentaire, procede d'installation d'un objet de mesure et dispositif de mesure

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Publication number: WO2001008588A1
Application number: PCT/JP2000/005185
Authority: WO
Inventors: Hiroaki Hamada
Original assignee: Advance KK
Current assignee: Advance KK
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2002-02-02
Also published as: AU6317400A; TW461806B; EP1208811A4; EP1208811A1; US6766217B1

Description

明細書歯科用補綴物の製造方法並びに計測のための物体の設置方法及び計測装置技術分野

本発明は、歯科用補綴物を CADZ CAM 装置を利用して製造する方法に関する。また、本発明は、物体の表面形状を計測する際、目的とする表面がオーバーハングにならないように物体を設置する方法及び装置に関する。背景技術

歯科分野に対し、 CAD/ CAM による補綴物の製造技術を導入する試みが行われているが、口腔内より補綴形状を得るためには、印象模型の採取による手段が、得られる形状が精巧であり、採取時間が短く、通常の歯科技工上の手段として採られてきた方法であることからして、一見複雑そうではあるが有効な手だてである。

一方コンピュータの演算処理能力の向上、低価格化により CADZ CAM 技術も利用範囲が広くなり、その組み合わせによる補綴物の製造もより実用性が高くなりつつある。

ところで、インレー等の様な、歯牙上の小さい欠損部の補綴物を製造する場合において、その欠損部の模型を直接取ることも可能ではあるが、この様な補綴物は、その形状が不定形であることから、これを模型として取り出したとしても、どの部分が歯牙との接触マ一ジンで、どの部分が歯の表面にでる部分であるかをマーキングしなければない。又、当該補綴物は、極めて小さく不定型であるために、これ自体の表面を直接計測することは、煩雑さを伴うものであつた。

さらに、物体の 3次元計測をする方法はレーザー、接触式、グレ —スケール方法、モアレ計測等様々ある。しかしある一方向からの計測では、オーバ一ハング（計測方向に垂直な張り出し）部分があるとオーバーハングの影になる部分は計測できない。

そこで選られない情報を得るために多軸を手動、自動制御する方法がある。しかし実際はその調整軸、範囲、単位は限定されたものである。そのなかで計測が可能となるような位置 ' 方向に、物体を設置する必要がある。その重要な作業は手作業に依るところであり、煩雑で困難である。

またき由度の高い計測機では概ね精度が劣り、精度，自由度共に高いものはコスト増加を伴う。

一方向からの計測では物体をオーバ一ハング（計測方向からみて垂直方向の張り出しの後方となる部分）部分ができないように設置することが必要である。しかし、計測方向に対して水平、もしくはそれに近い傾斜の形状を有する物体の場合、オーバーハング部分が出ないように物体を設置することは手作業では困難であり、オーバ一八ングが出来ていても判別できずに計測を行なつてしまうことも考えられる。発明の開示

本発明の目的は不定形の歯科用の補綴物を正確に得ることのできる歯科用補綴物の製造方法を提供することである。

本発明の他の目的はオーバーハングの恐れのある計測物を正確に計測することのできるようにした計測のための物体の設置方法及び計測装置を提供することである。

上記に鑑み本発明は、 CAD / CAM における加工を考慮した補綴物の形状計測データを得る方法を提案する。

即ち、最初、欠損部を有する天然歯のデータを印象模型から得る。その後、これに仮の充填剤を封入し、補綴後の歯全体のデータを得る。そしてその後、この 2つのデータを同一の座標空間で差分的に合成することで、補綴物の形状を得るのである。

この方法によれば、差分等の演算を 3方向のうち 1 方向に重点を置くことができ、演算量を軽減可能とすることができるのである。つまり補綴後の表面は、なだらかな状態が多く、この場合主に X— Y軸的な平面としてみなすのに都合が良く、欠損部のデータは、これに対し、 Z軸方向のデータ演算として捕らえればよいのであり、 3次元座標のうち、 1 の座標のみに演算を集中できるのである。また、補綴後の歯の表面データを元にすることから、マ一ジンライン、歯の表面部位を容易に認識できる。

このことは、補綴物を加工する際に、加工装置と加工ブロックとの接続具の取り付け位置を自動的に把握可能とし、又、接着剤を塗布すべき空間を、容易に形成できるものである。

又、接続具を表面に設置することによれば、補綴物と、天然歯との接続に影響を与えることが少なく、加工後、接続リブと、補綴物を切り離す際、できる残留物も、その切り取り調節が容易である。本発明は、インレーなど、不定形な補綴物形状の計測及び当該補綴物を加工する際に用いられるデータの形成方法を提案するものであり、その前提として、補綴物を導入する為の整った歯牙欠損部が形成される。

- 歯牙欠損部形状モデルを石膏等を利用して既存の手法にて作成する。

• 当該モデル表面形状データを得る。

表面形状データを得る手段としては、当該表面を接触プローブの接触走査により、数値データ化するもの、レーザなど光学的手法、超音波、写真を用いて数値データを得るもの等が示されるが、精度を得るのであれば、接触ブローブを用いた手法が好適である。

- 歯牙欠損部形状モデルの欠損部を補綴し、補綴後の表面を有する歯牙形状モデルを得る。

- 当該歯牙形状モデル表面データを上述の手法により得る。

この様に安定して所用の大きさを有する歯牙模型を測定することは、不定形な補綴物形状を直接計測するよりも容易である。

当該表面データを基準とするように、 3次元座標を設定する。あるいは、汎用的 3次元座標上へ表面データを変換する。

尚、当該表面データは、補綴をする部位において、必ずしも常に平面性を有するものではなく、またその必要を有するものではない

• 歯牙形状欠損部モデルを 3次元データ上に変換し、表面データとの位置的な整合をとる。この時、両データが略一致する箇所から変化するところが、天然歯と補綴物との境界データ（マージンライン）となり、補綴物形状を示すデータが形成される。変化量は、その有無によって決定されても良いが、数値上の誤差がある場合もあるので、単位距離あたりに変化があり、この変化が所定回数、続く場合補綴部位であると判定する工程を設けても良い。

. 3次元座標上の、表面データに起因する平面座標を単位マトリックス化し、単位ごとに、これに対応する表面データと、欠損部表面形状データとの差分、或いは和分、その他の演算をするなどして、加工時に必要な数値データを得ていく。

- 境界部分周辺の、補綴物の厚みデータを計測し、その厚みが十分でない場合は、その部分を削除し、境界部分の補正をしてもよいこの補正は、上述したデータに基づいてディスプレイ等に仮想的に形成表示された補綴物形状と、歯牙欠損部形状表示との結合の際の表示から目視で任意に決定される場合の他、一律に削除するような処理により行われてもよい。

• 当該境界線に基づき、補綴物データの周囲に接着剤を塗布すベき空間（オフセット）をとる様な補正を行う。

- 表面データ上から加工用リブの接続位置を決定する。当該接続位置は、マージンラインに接触しないように決定されることが望ましく、また、接触したとしても、その量が、最小となる部分が決定されることが好ましい。

本発明による計測のための物体の設置方法及び計測装置においては、システムを大きく変更することなく、物体設置の際に計測と同様な状態を取り入れてオーバーハング部分が無いようにし、物体を位置付けして固定する。これは従来、目視、手作業で行なわれたり、高度なシステムで行なわれていた計測の基本的且つ重要な作業部分を、簡便に確実に行なうことを可能とする。計測システムとしては限られた機能で良いので、汎用的でコスト面でも有利である。本発明は、少なくとも、計測物設置部を水平面とした場合における、調整部材の垂直側面に計測物の垂直面を一致させるように計測物を移動させて、その状態を固定する為の構成を有すればよい。例えば、調整部材側面と、計測物の垂直面を接触させ、一時的にその状態を保持する保持具により固定する。保持具は、調整部材と垂直面とを一致させることで、計測物の状態が変化した状態をそのまま固定できるような構造を有する治具等が例示される。

調整部材は、計測物の形状を測定するプローブ自身にその様な垂直面がある場合は、これに代替される。尚、少なくとも、調整部材側面或いはプローブ側面に起因する面が基準的な垂直性を保つか保つように調整可能であれば、計測物をプローブ側面に保持した後、計測物設置部が計測物の面に対し、設置できるように、その状態を調整するものであっても良い。

尚、本発明は、不定形な計測物が多くしかも垂直、水平部分を多数含む人工歯根などの歯科用補綴物の計測加工装置に有効に利用される。図面の簡単な説明

本発明の実施例を図面を参照して説明する。図面において：図 1 は欠損部を有する歯の例を示す図である。

図 2は図 1 の歯牙の歯牙モデルに仮の補綴を行った歯牙モデルの例を示す図である。

図 3 は図 1 の例から得られた歯牙表面データと図 2 の例から得られた仮補綴物表面データとを示す図である。

図 4 Aは補綴物形状デー夕を示す図である。

図 4 Bは加工用ブロックとともに示された補綴物形状デ一タを示す図である。

図 5は図 4 Bの線 V— Vに沿った補綴物データの断面図である。図 6は本発明で使用される加工装置を示した図である。

図 7 Aから図 7 Eは本発明による計測のため物体の設置方法及び計測装置の実施例を示す図である。

図 8 A及び図 8 Bは凸形状の計測物を計測する例を示す図である図 9 は加工装置の例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

まず、図〗で示すように、欠損部 22を有する歯牙 2 1上の表面形状を有する模型を作成する。

この模型の作成方法は、硬化性を有する印象材を使用するなどして歯科治療上の公知技術により作成されれば良い。

次にこの歯牙模型の表面の形状をデジタルデータ化する。これは

、後述するような CAD / CAM 装置により接触、非接触の手法によりデータ化して、記録装置に記録する。この歯牙模型をデータ化する範囲は、少なくとも欠損部の周辺を含むものであればよい。

次にこの歯牙模型に対し、仮の補綴を行い、図 2 で示すように補綴後の完成デルを作成した後、その完成モデルの表面形状をデジタルデータ化する。 23は、仮の補綴の部位を示したものである。何れの画像データもこれをコンピュータの画面上で復元すれば、それぞれ図 1 、図 2 で示す形状を、ディスプレイ、プリンタ等に表示可能であるので、これらを合成演算処理する際の説明をしゃすくするために図 3以降、データを画像化した状態で示した。

次に、これらのデータを同一座標空間上に変換する。当該座標例として 3次元座標を示し、演算をし易くするために表面形状を表裏反転させた状態とする。

尚、データの Ζ軸方向を反転せず、演算処理を行ってもよい場合もある。又基準とされる面が丫— Ζ軸座標等の場合は X軸を中心とした演算処理であってもよく、適宜選択されるところである。

図 3 において、 41は、図 2 の例から得られたデータを反転させた仮の補綴後の仮補綴表面データである。 42は、図〗の例から得られたデータを反転させた欠損部 43を有する歯牙表面データである。歯牙表面データ 42を仮補綴表面データ 4 1に ΧΥ座標を一致させた状態で、 Ζ軸方向で重ね合わせる。

重ね合わせた結果、欠損部 44が突出した状態で示され、差分を行うことにより絶対量が得られると共に、 X— Υ座標に対する、 Ζ軸座標デー夕を得ることができる。

X— Y軸上の 2次元座標を単位分割（（X 1 , y 1 ) ( x 2 , y 2 ) … ( x n , y n ) ) して、その単位ごとの X— Y座標データに対する Ζ軸データをとることで、データとして取り扱い得ることができるまた X— Υ座標データ上の単位データの大きさにより、復元の精度も変わる。特に、急峻な変化を行う場合は、 X— Υ単位座標を細かく分け、滑らかな所は、単位座標を大きくすることで、演算量が調整可能となり、処理時間の短縮を可能とする場合がある。

この差分的なデータ並びに座標データの取得により、図 4 Αで示す補綴物形状データ 50が得られる。この場合、欠損部周辺のマージンを示すデータ 53は、図 3 からも明らかなように容易に検出できると共に、補綴物上の表面データ 51 (表面露出部位）も容易に示すことができる。

52は、切削加工時、加エブ口ックが加工装置に装着される際のリブが接続されるリブ装着部位であり。このリブ装着部位も容易に設定することができる。リブ装着部位 52は、マージンに係らないことが好ましい。マージンライン 53は、歯牙と補綴物の接触部位であつて、 2次う蝕を防止するために密着状態を要するところである為、精度を要するのである。

又、リブ装着部位 52は、補綴物を加工する最後の仕上げの部位であり、単に切り落とすだけのところとなることが多いことから、ノリ等が生じやすく、マ一ジンライン 53の様な加工部位として適当でないことから、補綴物上の表面に露出するところであって、マージンライン 53に接触しない部位に設けることが好ましいが、本発明では、この表面に露出する部分を容易に決定できることから、リブ装着部位 52の決定が極めて容易であり、またもし仮に表面に露出する部分がリブ装着部位 52より小さい場合でも、よりマージンライン 53 にかからない部位 52を最適化演算により選択容易とする。

この補綴物データを、加工用プロックに重ね合わした時の状態を図 4 Bに示す。 62がリブであり、加工装置と接続するためのものである。 61は、補助部であり、加工用プロックと同様、切削、研削可能な素材により形成されていることが好ましい部位である。即ち、この補助部 61によれば、加工ミル、カッターがこの部分に入り込み、リブ周辺の加工を容易にするからである。

50は、補綴物データであり、 60は、加工ブロックデータである。加工ブロックデータ 60が示すような形状のブロックを、研削、切削などの加工により、補綴物形状 50を得るのであるが、その際、補綴時、欠損部に接合させるベく接着剤を塗布するため、補綴物側面を若干深く削る。いわゆるオフセット処理を施す。その場合を図 4 B の V— Vに沿った断面図として図 5 に示す。

図 5 において 72がオフセットラインである。オフセットライン 72 は、補綴物のライン 54に対し、一定の距離をもってオフセッ卜されるが、マージンライン 53の密着のためこの部分でのオフセット値は 0 となる。

又、マージンライン周辺においては、図 5 の 71で示すように厚みが足りない部分が、連続又は不連続的に発生する場合がある。この部位は、咀嚼時に割れを生じやすいことから、予め削除することが好ましい。従って、このように強度が不十分な部位の削除を目的としたマージンラインの補正が行われる場合もある。

この場合の補正は、不連続的に厚みが変わるようであれば目視による作業が好ましく、連続しているようであれば、自動的にその部分のデータを削除補正する作業が行われ得る。

割れの生じやすい目安は、金属、セラミックス等、材質によって異なり、適宜選択されるものである。

この様な一連の加工を行うためのソフトウエアを内蔵し、測定、加工する装置の一例を図 6 に示し説明する。本体 100 には、計測部 101 及び加工部 102 が対称的に配置され、上部にデータ演算処理の為のモニター 107 、フロッピーデイスク等外部記憶手段の読みとり書き込みの為のドライバ 109 が装着されている。 108 は、簡易操作パネルであり、押すなどして各種パラメ一夕の入力を行う部分である。

このモニター 107 、ドライバ 109 を有する部分は、一つの汎用的なコンピュータの一部を形成することが好ましく、この場合は、詳細な設定操作をモニタ一 107 上で行うべくマウス 1 10 が装着される場合や、記載されていないが、キーボードの装着がされる場合もある。

計測部 101 において、 104 は、接触プローブであり、その先端が補綴物の表面に接触することで、その変位量をデータ化するためのものである。 103 は、計測物をのせるための計測台である。計測台 103 は、一方向のみ使用可能であるが、これが回転して、裏表使用されるものであってもよい。 Mは、歯形の模型であり、図 1 、図 2 で示した予め形成される模型が乗せられている。

加工部 102 において、 105 は、加工用ミルである。加工用ミル 10 5 は上下左右に移動し、更にこれと一体となって、連動する洗浄液射出ノズル 106 が併設されている。洗浄液は、研削、切削時の削粉を随時洗い落とす他、冷却を目的としたものである。

Bは、加工用プロックであり、補綴物を形成すベく切削、研削可能な、長石、その他のセラミックス、チタン、その他の金属により形成されている。加工用ブロックは、リブ 62を中心として回転可能であり、加工ブロック Bの裏表が加工されるようになっている。この加工装置によれば、汎用性の高いコンピュータが内蔵され、コンピュー夕の処理に依存した CAD/ CAM 処理が施されるようになつており、その利用性は高くしかも、一体的でコンパク卜な構成を有する。

以上詳述のごとく本発明は、正確な形状を有するインレーの様な不定形補綴物を正確に計測でき、且つ加工に適したデータへの変換を容易に可能とするのである。

図 7 Aから図 7 Eは計測のための物体の設置方法及び計測装置の実施例を示す図である。接触式計測機を用いて垂直の窪み形状を持つた計測物 1 を計測する場合を例に挙げる。図 7 Aに示されるように、計測物 1 の外観形状は、即ち、窪んだ輪郭部分 1 aになる。計測物 1 には、縦方向に垂直な面 1 bが存在している。計測プローブ 5 と同様の形状の位置決め治具 2 を用意する。位置決め治具 2 は、少なくとも計測物 1 の垂直な面 1 bに一致する部分 2 a を有する。

図 7 Bに示されるように、位置決め治具 2 を計測物 1 の計測すベき窪み 1 aに差込み、治具の方向に対してオーバ一ハングが無いように固定する。図中、位置決め治具 2 は、計測物 1 の形状と同一性を有するが、これに限らず、少なくとも計測物 1 上の垂直、水平面に一致する部分を持ち、少なくともこの状態で、計測物 1 を持ち上げる、或いは、位置決め治具 2 に連動して上部方向へ移動させる、位置決め治具の垂直面、水平面と計測物上の垂直面、水平面とを一致させることを可能とするように計測物 1 の位置状態を調整可能な程度の構成を有すれば良い。

位置決め治具 2 を計測機 3 に取り付け、計測機 3 を操作し、物体を計測する高さ付近まで移動する。その状態で計測物】を計測物固定治具 4 に固定する（図 7 C ) 。

この時、計測物固定治具 4 と、計測物 1 の面 1 b とが、垂直な関係 Rを形成する。計測用固定治具 4 には、垂直部分を正確に配置するための調整部 4 aが設けられている。調整部 4 aは、この部分に垂直状態で配置された計測物 1 をそのまま固定するための部分であり、押圧固定用具等を備える。

次に計測物 1 が固定治具 4から動かないように、位置決め治具 2 を計測物 1 から取り外す（図 7 D ) 。

この状態で、計測物 1 の窪み 1 aは位置決め治具 2からみてォーバーハングはない、つまり、計測プローブ 5 にて計測可能な状態となっている。位置決め治具 2 を計測機 3からはずし、計測プローブ 5に付け替えて計測する（図 7 E ) 。

更に凸形状の計測物 1 1を計測する例を図 8 A及び 8 Bに示す。図 8 Aにおいて、まず印象材等にて凹形状を有する部材 2 1を作成し、上記同様に位置決めをする。即ち、図 8 Aの凹形状を有する 2 1は、図 7 Cの計測物 1 と同様の状態にある。

この凹形状を有する部材 2 1に凸形状の計測物 1 1を挿入して、その状態で回転軸 1 3に計測物 1 1を接続する。

回転軸 1 3を正確に計測方向に向かって 1 80度反転して、計測機 3 に計測プローブ 5 を接続して計測物 1 1の表面形状を計測する（図 8 B ) 。

図 9は、本発明を好適に使用できる歯科用の計測加工装置の一例である。この計測加工装置は図 6の加工装置と類似している。

1 00 は、物体の形状を計測する部分と、当該計測により得られる形状データを処理し、当該データに基づいて補綴材料により構成されるブロックを切削する切削部を併せ持つ歯科用計測切削装置の本体である。

1 0 1 は、計測部であり、モデル Mが、手動又は自動で回転、好ましくは摺動する計測台 1 03 上に置かれており、このモデル Mに計測プローブ 104 を接触させ、その計測プローブ 104 の変位量に基づいて、モデル Mの表面形状を計測する部分である。

102 は、切削部（加工部）であり、上下左右に摺動する回転ドリル 105 が配置され、長石、ハイドロキシァパタイト等のセラミックス、或いはチタン等の金属よりなる生体補綴材として使用可能な材料からなるブロック Bを支持し、場合により手動又は自動で、回転、摺動可能な支持台 111 を有する。

更に回転ドリル 105 がプロック Bに接触し、研削、切削する際に出る切削粉をプロックから洗い流す為の水が出力するノズル 106 が、回転ドリル 105 と連動して駆動するように配置されている。

計測部 101 、切削部 102 には何れも、切削粉の飛散の防止、測定部の保護を行う等のための上下又は左右に開く透明な蓋部 FK， FSが形成されている。

107 は、モニタであり、主に計測、切削の状態、操作の為の表示がされる部分である。 108 は、ノ、。ネルスィッチであり、主に計測、切削動作を押すなどして調整するための部分である。 109 は、記憶媒体読み込み、場合によっては書き込みをするためのドライブ部分である。

記憶媒体は、フロッピーディスク、 M0， CD-ROM 等様々であり、ドライブ部分においても、記憶媒体により適宜選択される。 110 は

、マウスであり、モニタ 107 の画面上で、アイコンをマウスの動きに連動するボインタで指定実行させたり、ボイン夕でモニタ画面上に画像を形成する為に使用するものである。場合によってはパネルスィッチ 108 を操作するよりも、容易に操作が可能である。

本体には、少なくとも汎用のコンピュータが内蔵されており、計測データの合成演算処理を行うほか、このコンピュータには、公知

CAD 技術の利用により、計測動作をおこおなわせるものであるが、本発明は、主に計測前処理プロセスを示すものであり、そのプロセスに基づくプログラムが、実行され、好ましくは一時的に或いは定常的に記憶されている。

更に好ましくはもう一つのコンピュータを内蔵し、切削のための回転ドリルの駆動制御を行わせる。

尚、当該装置の構成によれば、計測と切削が同時に連動して行われる倣い加工も可能である。

以上詳述の通り本発明は、簡単な手法で、正確な垂直状態又は水平状態の計測物が得られ、計測物の周辺形状の情報を正確に得られるような効果を有する。

Claims

求の範囲

1. 補綴すべき部位の形状データと補綴後の表面状態の形状デー夕を得る工程と、

前記 2 つの形状データより補綴物形状デ一タを得る工程と、前記補綴物形状データから、補綴物と生体組織が接触する部位であって、表出する部位の輪郭データを得る工程と、

前記補綴物形状データを、該補綴物形状データ上に於ける表出する部位であって、当該輪郭デ一夕におおよそ含まれない範囲に接続リブが接続されることを想定した加工用プロック切削デ一タに変換する工程と、

よりなる歯科用補綴物の製造方法。

2. 前記 2つの形状データに対し、それぞれの形状データを立体的な次元データに変換し、当該立体的な次元の内 2次元を基準次元とし、他の次元データを比較しその比較変位量をデータ化することで補綴物形状データを得る請求項 1 に記載の歯科用補綴物の製造方法。

3. 前記 3次元の輪郭データは、それぞれの形状データを実質的に重ね合わせ、その重ね合わせた 3次元データに対し、そのうちの 2つの次元を基準とし、他の次元の値が変化した箇所又は変化した量が所定値を越える箇所とすることで形成される請求項 1 に記載の歯科用補綴物の製造方法。

4. 1 方向に固定された形態のまま左右上下に移動するプローブを計測物に接触させて前記計測物の表面形状データを得る装置に於いて、

その側面が、垂直又は水平状態を有する調整手段を前記プローブに相当する部位に配置し、

】 5 前記調整手段の側面に前記計測物の垂直面又は水平面を接触保持した状態で、前記計測物の設置面に接触固定する、ことを特徴とする物体の設置方法。

5. 1 方向に固定された形態のまま左右上下に移動して計測物に接触し、その形状データを得るものであって、その側面が、基準的な垂直又は水平状態を有する調整手段と、

前記調整手段の側面に前記計測物の垂直面又は水平面を接触保持する手段と、

当該保持状態で前記計測物の設置面に接触固定する手段と、を有する計測装置。

6. 前記調整手段が、側面を基準的な垂直又は水平状態を有するものであって、計測物の表面形状を計測するプローブである請求項 2に記載の計測装置。