(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯牙模型の３次元形状が非接触で計測され、その形状がディジタルデータ化され、
３次元ディジタルデータの３次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が整数化され、２次元配列の縦横にｘｙ座標が配されて、格子状の配列が形成され、各配列にｚ値が入れられてそのデータが表されることにより、３次元ディジタルデータが２次元配列の形状データに変換され、
未切削の歯牙模型が計測されて得られた未切削形状データと、教師により手本として上記未切削の歯牙模型に窩洞形成された切削済の歯牙模型が計測されて得られた切削済形状データとの差分により教師窩洞形状データが演算されるとともに、
上記未切削形状データと、学生により実習として上記未切削の歯牙模型に窩洞形成された切削済の歯牙模型が計測されて得られた切削済形状データとの差分により対象窩洞形状データが演算され、
教師窩洞形状データと対象窩洞形状データに基づき、教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分の過剰量または不足量によって、学生の形成された対象窩洞形状が評価される歯科実習における評価方法。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
上記教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分の重要度が加味されて上記対象窩洞形状が評価される歯科実習における評価方法。
【請求項３】
歯牙模型の３次元形状を非接触で計測し、その形状をディジタルデータ化する３次元計測手段と、
３次元ディジタルデータの３次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を整数化し、２次元配列の縦横にｘｙ座標を配して、格子状の配列を形成し、各配列にｚ値を入れてそのデータを表すことにより、３次元ディジタルデータを２次元配列の形状データに変換するデータ変換手段と、
未切削の歯牙模型を計測して得られた未切削形状データと、教師により手本として上記未切削の歯牙模型に窩洞形成された切削済の歯牙模型を計測して得られた切削済形状データとの差分により教師窩洞形状データを演算するとともに、上記未切削形状データと、学生により実習として上記未切削の歯牙模型に窩洞形成された切削済の歯牙模型を計測して得られた切削済形状データとの差分により対象窩洞形状データを演算する形状差演算手段と、
教師窩洞形状データと対象窩洞形状データに基づき、２次元または３次元の教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分の過剰量または不足量によって、学生の形成した対象窩洞形状を評価する評価手段とを備えた歯科実習における評価装置。
【請求項４】
請求項３において、さらに、
上記教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分に付加された重要度を記憶する重要度記憶手段を備え、
上記評価手段は、上記重要度を加味して上記対象窩洞形状を評価する歯科実習における評価装置。
【請求項５】
請求項３または４のいずれかにおいて、さらに、
上記教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分を表示画面で表示する表示手段を備えた歯科実習における評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大学の歯科教程において歯牙模型に窩洞を形成させる学生実習に関し、その実習成果に対する評価方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大学の歯科教程で行う学生実習には、除去すべき虫歯の齲蝕部分に相当する窩洞の基本的な形状を理解させ、この窩洞を適切に形成する切削技術を習得させるために、学生に実際に実物大の歯牙模型を切削させて、窩洞形成させるものがある。この場合、図３の歯牙の表面には、山に相当する隆線Ｍと谷に相当する裂溝Ｎがあり、基本的に、（ａ）の未切削の歯牙模型２Ａに対して、（ｂ）の切削済の歯牙模型２Ｂに示すように裂溝Ｎに沿った窩洞Ｈを形成する必要がある。指導教師がこの実習成果を評価する場合、従来、学生が歯牙模型に形成した窩洞の大きさや深さを目で視て、窩洞形成が基本理論に沿って適切に行われたか否かを判断し、評価していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の現物を目で視て評価する方法では、定量的な評価が困難で、教師の主観的な判断に影響される場合があるために、評価が一定しない場合があるという問題があった。また、客観的な評価がされないために、学生はどの部分の切削が過剰または不足であるのか十分認識できず、実習効果が向上しないという問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決して、歯牙模型に形成された窩洞の形状を客観的に評価して実習効果を向上できる歯科実習における評価方法および装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、歯牙模型の３次元形状が非接触で計測され、その形状がディジタルデータ化され、３次元ディジタルデータの３次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が整数化され、２次元配列の縦横にｘｙ座標が配されて、格子状の配列が形成され、各配列にｚ値が入れられてそのデータが表されることにより、３次元ディジタルデータが２次元配列の形状データに変換され、未切削の歯牙模型が計測されて得られた未切削形状データと、教師により手本として上記未切削の歯牙模型に窩洞形成された切削済の歯牙模型が計測されて得られた切削済形状データとの差分により教師窩洞形状データが演算されるとともに、上記未切削形状データと、学生により実習として上記未切削の歯牙模型に窩洞形成された切削済の歯牙模型が計測されて得られた切削済形状データとの差分により対象窩洞形状データが演算され、教師窩洞形状データと対象窩洞形状データに基づき、教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分の過剰量または不足量によって、学生の形成された対象窩洞形状が評価される。
上記構成によれば、２次元配列に変換した未切削形状データと教師窩洞形状データとの差分に基づいて教師窩洞形状データが演算されるとともに、上記未切削形状データと対象窩洞形状データとの差分に基づいて対象窩洞形状データが演算され、これにより得られた教師窩洞形状と対象窩洞形状が重ね合せられることによって、対象窩洞形状の教師窩洞形状に対する過剰量または不足量が短時間で正確に得られるので、学生が形成した対象窩洞形状についての正確な定量評価がなされる。
【０００６】
好ましくは、上記教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分の重要度が加味されて上記対象窩洞形状が評価される。従って、窩洞形状部分の重要度を考慮して評価されるので、より正確な評価が可能になる。
【０００７】
また、好ましくは、上記教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分が表示画面に表示される。従って、対象窩洞形状の過剰量または不足量を視覚により正確に認識できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る歯科実習における評価装置の構成図を示す。この装置は、図３（ａ）の未切削の歯牙模型２Ａまたは（ｂ）の切削済の歯牙模型２Ｂの３次元形状を非接触で計測し、その形状をディジタルデータ化する図１の３次元計測手段１と、３次元ディジタルデータを２次元配列の形状データに変換するデータ変換手段３と、教師の窩洞形成による教師窩洞形状データおよび学生の窩洞形成による対象窩洞形状データを演算する形状差演算手段５と、教師窩洞形状データと対象窩洞形状データに基づき、２次元配列の教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分の過剰量または不足量、および重ね合せ部分の重要度によって、学生が形成した対象窩洞形状を評価する評価手段６と、両形状の重ね合せ部分に付加された重要度を記憶する重要度記憶手段８と、歯牙模型２Ａ，２Ｂの画像や評価をディスプレイのような表示画面Ｄ（図４参照）に表示する表示手段１２と、評価を印字するプリンタのような印字手段１４とを備えている。上記形状差演算手段５および評価手段６は、ＣＰＵ１０に内蔵されている。
【０００９】
３次元計測手段１は、例えば、図２に示すように、三角測量原理に基づくレーザスリット光切断法により、歯牙模型２を非接触で計測する光切断方式計測装置である。図２（ｂ）の半導体レーザのようなレーザ光源２１からレーザ光を発生させ、ポリゴンミラー２２を回転することにより、スリット光を歯牙模型２に照射する。図２（ａ）のＸテーブル２６上の歯牙模型２がＸ方向の所定位置に移動すると、例えば２台のＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂを有する撮像部３２により、歯牙模型２に照射されたスリット光像が撮像される。３次元計測手段１として、この他にレーザスポット光やコード化パターン光を用いた高速計測装置、ステレオカメラ法による計測装置、または超音波を用いた接触式の計測装置などを用いてもよい。
【００１０】
図２（ａ）の歯牙模型２は歯牙取付台２４に固定され、歯牙取付台２４は取付台固定治具２５を介してＸテーブル２６の上部に固定されている。Ｘテーブル２６は、その下部にリニアガイド２７とボールねじ２８を備え、ステッピングモータのようなＸ駆動モータ２９の駆動により、基台Ｋ上をＸ方向に移動する。なお、（ｂ）に示すキャリブレータ３０と、これを移動させる図示しないリニアガイドとボールねじを備えたＺテーブル３１も設けられているが、光測定座標の空間を設定するキャリブレーション用であり計測には直接用いられない。また、窩洞の不可視領域を減少させるために、基台Ｋ上のＸテーブル２６上にＸ軸方向を中心として回転するＲテーブルを配置し、そのＲテーブル上に歯牙取付台２４および取付台固定治具２５を配置して、歯牙模型２を周方向に複数分割計測できるようにしてもよい。
【００１１】
図１のデータ変換手段３は、上記３次元計測手段１により得られた３次元ディジタルデータを２次元配列の形状データに変換する。すなわち、３次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を整数化し、２次元配列の縦横にｘｙ座標を配して、格子状の配列を形成し、各配列にｚ値を入れてそのデータを表わす。なお、ｙｚ座標であれば、ｘ値を入れる。例えば、整数化した３次元座標値（ｘ＝２，ｙ＝２，ｚ＝３）は、２次元配列（ｘ＝２，ｙ＝２）の配列位置に３（ｚ値）を入れて表わされる。２次元配列の大きさは、形状評価を行う分解能によって決定され、例えば、配列の大きさは８０×８０に設定される。
この方法により、３次元ディジタルデータをそのまま用いるのに比較して、データの省メモリ化、検索の迅速化による実行時間の短縮、測定誤差の吸収が可能になる。
【００１２】
形状差演算手段５は、まず、未切削の歯牙模型２Ａを計測して得られた未切削形状データと、教師が手本として未切削の歯牙模型２Ａに実際に窩洞形成した切削済の歯牙模型２Ｂ１  を計測して得られた切削済形状データとの差分より、教師窩洞形状データを演算する。
【００１３】
図５（ａ）に、上記教師窩洞形状データに基づいて、表示画面Ｄに表示されたｘｙ座標平面による教師窩洞形状を示し、（ｂ）にｙｚ座標平面による教師窩洞形状を示す。この（ｂ）の形状は、例えば、（ａ）において歯と歯が隣接する隣接点Ａ１とＡ２を結ぶ線で歯を切断した切断面の形状により代表される。同図（ａ）により、教師窩洞Ｈ１の平面的な大きさが表示され、この大きさを示す外形線Ｇ１が基準の外形線となる。（ｂ）により、教師窩洞Ｈ１の深さが表示され、この深さを示す外形線Ｇ２が基準の外形線となる。
【００１４】
ここで、窩洞の形状を検出するには、未切削の歯牙模型２Ａからどの部分をどれだけ切削したかを計測する必要があるので、切削済の歯牙模型２Ｂのみの計測では不十分であり、未切削の歯牙模型２Ａの形状と切削済の歯牙模型２Ｂの形状の差分をとって、窩洞の形状を得るようにしている。
【００１５】
例えば、上記形状差演算手段５は、図５（ａ）のｘｙ座標平面上の任意点Ｐ（ｘ，ｙ）において、図５（ｂ）の切削済の歯牙模型２Ｂの点Ｐ１（ｚ１）のｚ座標は未切削の歯牙模型２Ａを基準とした深さ（高さ）を得ることが必要であり、未切削の歯牙模型２Ａの点Ｐ（ｚ）と切削済の歯牙模型２Ｂの点Ｐ１（ｚ１）について、この差分△ｚ＝ｚ−ｚ１を求め、切削済の歯牙模型２Ｂの点Ｐ１はＰ１（ｘ，ｙ，△ｚ）として形状データとする。
【００１６】
そして、形状差演算手段５は、同様に、上記未切削形状データと、学生が実習としてこの未切削の歯牙模型２Ａに実際に窩洞形成した切削済の歯牙模型２Ｂ２  を計測して得られた切削形状データとの差分から対象窩洞形状データを演算する。
【００１７】
評価手段６は、上記教師窩洞形状データと対象窩洞形状データに基づいて、２次元配列された教師窩洞形状と対象窩洞形状を表示画面上で重ね合わせ、両形状の重ね合せ部分の過剰量または不足量を点数に換算することによって、学生の形成した対象窩洞形状を評価する。一方、重要度記憶手段８は、評価上重視する窩洞の切削部分に応じて、両形状の重ね合せ部分およびその周辺の配列に付加された重要度を記憶しており、評価手段６は、さらに、この重要度の重み付けを加味して、上記対象窩洞形状の評価を行う。重要度の重み付けの点数としては、例えば、図５（ａ）の外形線Ｇ１を基準として、裂溝Ｎに沿った窩洞の減点数を小さく、隆線Ｍに沿った窩洞の減点数を大きくする。重要度の重み付けの点数は、前述した２次元配列のそれぞれに付加しておく。
【００１８】
以下、この評価装置の動作を図６のフローチャートに基づいて説明する。
まず、３次元計測装置１により未切削の歯牙模型２Ａおよび切削済の歯牙模型２Ｂが計測される（ステップＳ１〜Ｓ３）。
図４の歯牙模型２ＡはＸテーブル２６上に固定され、このＸテーブル２６がＸ駆動モータ２９の駆動によりＸ軸方向に移動することにより、スリット光が歯牙模型２Ａに対しスキャン（走査）する。この状態で、光源検出部３７は、撮像部３２から送られてくるビデオ信号の各走査線上における、スリット光像の画面座標（ラスタ座標）と輝度データをＡ／Ｄ変換して検出しデータ生成部３８に転送する。データ生成部３８は、この計測データに基づいて、未切削の歯牙模型２Ａの３次元形状を示すディジタルデータを生成する（ステップＳ１）。このデータは、実習対象の歯牙模型２Ａにつき１回生成される。
【００１９】
同様に、教師により窩洞形成された切削済の歯牙模型２Ｂ１  が計測され、その３次元形状を示すディジタルデータが生成される（ステップＳ２）。このデータも、実習対象の歯牙模型２Ｂ１  につき１回生成される。
次いで、学生により窩洞形成された歯牙模型２Ｂ２  が計測され、その３次元形状を示すディジタルデータが生成される（ステップＳ３）。このデータは、複数の学生によりそれぞれ歯牙模型２Ｂ２  が窩洞形成されるので、その数に応じて生成される。したがって、このステップＳ３は複数回実行される。
【００２０】
そして、各３次元ディジタルデータは、データ変換手段３により、それぞれ２次元配列の未切削形状データ、教師による切削済形状データ、学生による切削済形状データに変換される（ステップＳ４〜Ｓ６）。
【００２１】
次に、図１の形状差演算手段５は、未切削形状データと、教師による切削済形状データとの差演算を行い（ステップＳ７）、教師窩洞形状データを演算する（ステップＳ８）。そして、上記未切削形状データと、学生による切削済形状データとの差演算を行い（ステップＳ９）、評価対象である対象窩洞形状データを演算する（ステップＳ１０）。こうして、窩洞形状の外形線の位置を正確に検出することができる。これにより、窩洞形成された切削済の模型の形状データだけで外形線を算出する場合に比べ、図５（ｂ）の窩洞形状表面の外形線Ｇの位置を短時間に正確に検出することができる。
【００２２】
次に、上記教師窩洞形状データと対象窩洞形状データに基づいて、教師窩洞形状と対象窩洞形状を表示画面Ｄ上で重ね合せる（ステップＳ１１）。そして、この重ね合せ部分の配列に付加されている重要度を考慮する（ステップＳ１２）。図７に重ね合された対象窩洞の平面的な大きさを示す。（ａ）は、対象窩洞Ｈ２が教師窩洞Ｈ１に比べて削り過ぎた状態、（ｂ）は、対象窩洞Ｈ３が教師窩洞Ｈ１に比べて削り不足の状態を示す。図８に部分的に示すように、各配列のそれぞれに４段階の重要度の重み付けの点数（減点数１〜４）が付加されている。
また、窩洞の深さについても、図５（ｂ）の外形線Ｇ２を基準として、同様に減点数が設定されている。
【００２３】
次に、表示画面Ｄに表示された上記教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分の過剰量または不足量に対する上記重要度の要素による点数に基づいて、学生の形成した対象窩洞形状を評価する（ステップＳ１３）。この評価内容は必要に応じて図４のプリンタ１４によりプリントアウトされる。これにより、対象窩洞形状の過剰量または不足量が定量的に把握できるので、客観的で正確に評価され、さらに、窩洞形状部分の重要度を考慮して評価されるので、より正確な評価が可能となる。また、対象窩洞形状の過剰量または不足量が表示画面Ｄに表示されるので、学生はどの部分の窩洞が切削過剰または切削不足であるか正確に認識でき、実習効果が向上する。
【００２４】
なお、この実施形態では、データの省メモリ化、検索の迅速化による実行時間の短縮の目的で２次元配列の教師窩洞形状と対象窩洞形状を重ね合せて過剰量、不足量を評価しているが、２次元配列せずに３次元座標のまま、教師窩洞形状と対象窩洞形状を重ね合せて評価するようにしてもよい。この場合、表示画面Ｄには、教師窩洞形状と対象窩洞形状を重ね合せたものが３次元的な立体形状で表示される。
【００２５】
なお、この実施形態では、教師窩洞形状と対象窩洞形状の重ね合せ部分に付加された重要度を加味して評価しているが、粗い評価でよい場合には、加味しなくてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、学生の形成した対象窩洞形状の教師窩洞形状に対する過剰量または不足量が短時間で正確に得られるので、対象窩洞形状についての正確な定量評価がなされるとともに、学生はディスプレイ上で窩洞のどの部分が切削過剰または切削不足であるか的確に認識できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る歯科実習における評価装置を示す構成図である。
【図２】（ａ）は３次元計測手段の正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図３】（ａ）は未切削の歯牙模型、（ｂ）は切削済の歯牙模型を示す斜視図である。
【図４】図１の評価装置の具体的構成図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は表示画面に表示された切削済の歯牙模型を示す図である。
【図６】上記歯科実習における評価装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は表示画面に表示された削り過ぎの歯牙模型、（ｂ）は削り不足の歯牙模型を示す図である。
【図８】表示画面に表示された重要度による減点数を示す図である。
【符号の説明】
１…３次元計測手段、２…歯牙模型、３…データ変換手段、５…形状差演算手段、６…評価手段、８…重要度記憶手段、１２…表示手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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