(57)【要約】    【課題】担当医師の技量によらず高い切削精度を達成する。    【解決手段】  切削対象の歯Ｔの画像情報を取得し、取得した画像情報をもとに、前記歯Ｔの切削想定領域を近似する複数の連続的な線セグメントｓを設定する。設定した線セグメントｓをもとに、前記歯Ｔの切削想定領域を再現する形成外形Ｐを所定の規則に従って作成する。作成した形成外形Ｐに沿って前記歯を自動的に切削するか、切削工具を用いて前記歯を切削する操作者に対し、作成した形成外形に沿って切削が進められるように促す案内を提供する。
2011030906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削対象の歯の画像情報を取得する画像情報取得手段と、
前記画像情報取得手段が取得した画像情報をもとに、前記歯の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定するセグメント設定手段と、
前記セグメント設定手段が設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を再現する形成外形を所定の規則に従って作成する外形作成手段と、
前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記歯を自動的に切削するか、又は切削工具を手に持って前記歯を切削する操作者に対し、前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記切削が進められるように促す案内を提供する切削手段と、
を含んで構成される歯牙切削装置。
【請求項２】
前記セグメント設定手段は、前記画像情報が示す前記歯の画像を画面に表示して、操作者に対して前記画像の歯科的特徴点の入力を促し、入力された歯科的特徴点のうち隣り合う点を繋いで前記セグメントを設定する請求項１に記載の歯牙切削装置。
【請求項３】
前記セグメント設定手段は、設定したセグメントを前記画像に重ねて表示し、表示したセグメントを前記画面上で移動又は変形させる操作者の指令によって前記セグメントを修正可能である請求項２に記載の歯牙切削装置。
【請求項４】
前記セグメント設定手段は、前記歯の咬合面の裂溝に沿って前記セグメントを設定する請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項５】
前記セグメントは、一端が開放され、他端で他のセグメントと接続する第１のセグメントと、両端で他のセグメントと接続する第２のセグメントとを含んで構成される請求項４に記載の歯牙切削装置。
【請求項６】
前記形成外形は、前記歯の切削想定領域を幾何学的に再現するものである請求項５に記載の歯牙切削装置。
【請求項７】
前記外形作成手段は、前記第１のセグメントについてその開放端を中心とする所定の半径の補助円を算出し、算出した補助円上の円弧を包含する閉曲線として前記形成外形を作成する請求項６に記載の歯牙切削装置。
【請求項８】
前記外形作成手段は、前記形成外形のうち接続端を共有する複数の前記第１のセグメントが形成する鳩尾形部を、前記補助円に接する第１の曲線によって接続する請求項７に記載の歯牙切削装置。
【請求項９】
前記第１の曲線は、前記接続端に対して遠位側に凸である請求項８に記載の歯牙切削装置。
【請求項１０】
前記第１の曲線は、円弧又はベジエ曲線である請求項８又は９に記載の歯牙切削装置。
【請求項１１】
前記外形作成手段は、前記第２のセグメントに対する接続端を異にして隣り合う前記第１のセグメントの間の形成外形を、前記補助円に接し、かつ前記第２のセグメントに対して近位側に凸の第２の曲線によって作成する請求項７〜１０のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１２】
前記第２の曲線は、円弧又はベジエ曲線である請求項１１に記載の歯牙切削装置。
【請求項１３】
前記外形作成手段は、前記形成外形のうち前記第１のセグメントに対応する凸部に、前記第１のセグメントの接続端に近付くほど幅が広がるテーパを付与する請求項６〜１２のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１４】
前記歯の輪郭線上の第１の点と、前記外形作成手段が作成した形成外形上の第２の点とを繋ぐ隣接面への移行部の外形を所定の規則に従って作成し、作成した隣接面への移行部の外形と前記形成外形とを前記第２の点において繋いだ線を、最終的な形成外形として設定する手段を更に含んで構成される請求項１〜１３のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１５】
前記切削手段は、工具の送り速度を切削時におけるこの工具の実際の回転速度に応じて制御し又は操作者が前記実際の回転速度の変化に対して前記送り速度を加減するように促す手段を備える請求項１〜１４のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１６】
前記切削対象の歯を前記切削手段の基準位置に対して固定する位置固定手段を更に含んで構成される請求項１〜１５のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１７】
前記位置固定手段は、
印象用トレーと、
前記印象用トレーと前記歯の歯列との間に充填される印象材と、
前記印象用トレーを前記切削手段の基部に固定する接続ユニットと、を含んで構成される請求項１６に記載の歯牙切削装置。
【請求項１８】
前記印象用トレーは、その内面に、前記切削対象の歯又は前記歯列を構成する他の歯と接触する突起を含んで構成される請求項１７に記載の歯牙切削装置。
【請求項１９】
前記位置固定手段は、前記印象材と前記歯列との間の空間を排気可能に配設された真空ポンプを更に含んで構成される請求項１７又は１８に記載の歯牙切削装置。
【請求項２０】
前記位置固定手段は、前記印象材及び歯列の間の空間の圧力に応じて前記歯の切削を停止する手段を更に含んで構成される請求項１９に記載の歯牙切削装置。
【請求項２１】
前記位置固定手段は、治療対象者の口腔内に埋設されたインプラントのフィクスチャーを含んで構成される請求項１６〜２０のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項２２】
前記切削手段による前記歯の切削を緊急停止する保全手段を更に含んで構成される請求項１〜２１のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項２３】
前記保全手段は、治療対象者の動きを検出可能に配置された加速度センサ、角速度センサ、力センサ及び変位センサのうち少なくとも１つを含んで構成され、検出した前記治療対象者の動きに応じて前記歯の切削を停止する請求項２２に記載の歯牙切削装置。
【請求項２４】
前記保全手段は、前記操作者によって前記歯の切削を強制停止可能に構成された停止スイッチを含んで構成される請求項２２又は２３に記載の歯牙切削装置。
【請求項２５】
前記切削手段による切削後の歯についてその切削領域の寸法情報を取得する寸法情報取得手段と、
前記寸法情報取得手段が取得した寸法情報を出力する情報出力手段と、を更に含んで構成される請求項１〜２４のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項２６】
前記寸法情報取得手段は、前記切削領域を計測可能に配置されたプローブを含んで構成される請求項２５に記載の歯牙切削装置。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載の歯牙切削装置と、
前記切削装置による切削後の歯に装着される補綴物を加工する手段と、
コンピュータを含んで構成され、このコンピュータにより、前記情報出力手段が出力した寸法情報をもとに前記補綴物の形状データを作成するとともに、前記加工手段に対し、前記形状データに応じた制御信号を提供する手段と、
を含んで構成される歯牙修復システム。
【請求項２８】
切削対象の硬組織又は軟骨の画像情報を取得する画像情報取得手段と、
前記画像情報取得手段が取得した画像情報をもとに、前記対象組織の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定するセグメント設定手段と、
前記セグメント設定手段が設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を再現する形成外形を所定の規則に従って作成する外形作成手段と、
前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記対象組織を自動的に切削するか、又は切削工具を手に持って前記歯を切削する操作者に対し、前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記切削が進められるように促す案内を提供する切削手段と、
を含んで構成される切削装置。
【請求項２９】
切削対象の歯又は他の対象組織の画像情報を取得し、
取得した画像情報をもとに、前記対象組織の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定し、
設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を所定の規則に従って再現する形成外形を作成し、
作成した形成外形の寸法に応じた前記対象組織の切削制御信号を出力する切削装置の制御方法。
【請求項３０】
コンピュータを含んで構成され、歯又は他の対象組織の切削工具を備える切削ユニットの動作を制御する駆動ユニットに対し、
前記対象組織の画像情報を入力する情報入力処理と、
入力した画像情報をもとに、前記対象組織の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定するセグメント設定処理と、
設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を再現する形成外形を所定の規則に従って作成する外形作成処理と、
前記駆動ユニットに対し、作成した形成外形に沿って前記切削工具を移動させる信号を出力する信号出力処理と、
を実行させる切削制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯牙切削装置及び方法に関し、より詳細には、形成外形の設計を自動的に行う装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯牙形成の精度向上は、臨床的な意義が大きいことから、これまでにも平行形成に関連した様々な研究が国内外で行われている。これらの研究は、次のように大別することができる。【０００３】
第１は、ドリル等の切削工具を先端部に備える歯科用ハンドピース（以下、単に「ハンドピース」という。）の運動を、機械的に平行移動に制限するものである。そして、第２は、ハンドピースに水準器等を取り付けて、その傾きを確認しながら切削作業を進められるようにするものである。しかしながら、これらの技術は、いずれも歯科医師がハンドピースを手に持ち、歯牙形成に際して頭の中で想定した切削後の形態のイメージに従って切削を実行するものであることから、切削精度が担当医師の技量に大きく依存するという問題がある。仮に担当医師が適切なイメージを持つことができたとしても、完全にそのイメージ通りに切削を達成することは、技量の個人差もあって困難である。【０００４】
このような切削精度の問題を考慮した技術として、次のようなものが存在する。ハンドピースにその傾斜角度が検出可能な傾斜センサを取り付け、切削時におけるハンドピースの実際の傾斜角度を、センサ出力値に基づくフィードバック制御によって自動調整するものである（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「コンピュータ支援による歯科切削装置の開発」（歯科材料・器械、１１巻６号、９７４〜９８４、１９９２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の関連技術には、歯科医師が想定した歯牙形態のイメージに従ってハンドピースを手で操作するものであることに変わりはなく、技量の問題が依然として残ることに加え、平行形成の精度向上に関して一定の効果が得られるものの、従来のハンドピース同様の工具操作性を重視したことから、その効果が限定的であるという問題がある。歯牙形成は、鋳造及び歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭ（コンピュータ支援設計及び製造）による修復物の製作の出発点であり、以降全ての工程に大きな影響を及ぼすことから、担当医師の技量によらず高い切削精度を達成することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以上の問題を考慮した歯牙切削装置及び方法を提供するものである。本発明に係る装置及び方法は、切削対象の歯の画像情報を取得し、取得した画像情報をもとに、前記歯の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定する。そして、設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を再現する形成外形を所定の規則に従って作成し、作成した形成外形に沿って前記歯を切削する。【０００８】
ここで、前記歯の切削は、自動制御工具によって行うようにしてもよいが、切削工具を手に持って歯を切削する操作者に対し、前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って切削が進められるように促す案内を提供してもよい。この案内は、例えば、作成した形成外形を歯の表面に投影したものであってよい。前記画像情報が示す前記歯の画像を画面に表示して、担当医師である操作者に対して前記画像の歯科的特徴点の入力を促し、前記セグメントは、入力された歯科的特徴点のうち隣り合う点を繋いで設定するのが好ましい。そして、設定したセグメントを前記画像に重ねて表示し、これを画面上で移動又は変形させることによってセグメント及び形成外形を修正可能とするとよい。【０００９】
本発明のセグメントは、複数の態様のセグメントを含んで構成することができ、そのようなセグメントとして、例えば、一端が開放され、他端で他のセグメントと接続する第１のセグメントと、両端で他のセグメントと接続する第２のセグメントと、を含んでよい。【００１０】
形成外形は、前記歯の切削想定領域を幾何学的に再現するものであるのが好ましく、そのような形態において、形成外形の作成に関する規則は、設計パラメータを用いて設定することが可能である。例えば、設計パラメータは、形成外形のうち第１のセグメントに対応する凸部の最小曲率半径及びこの凸部に付与するテーパ角、ならびに接続点を共有する複数の第１のセグメントが形成する鳩尾形部の脹らみ角を含んでよい。設計パラメータは、操作者によって設定可能であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、担当医師が持つ形成形態のイメージ（切削想定領域）を形成外形として再現し、再現した領域（形成外形）に沿って対象組織を自動的に切削し、又は担当医師が形成外形に沿って切削を進められるように案内する。ここで、形成外形は、切削想定領域を近似するセグメントをもとに、所定の規則に従って作成するものであり、この作成に関する規則は、対象とする歯のう蝕範囲又は歯質等を考慮して適切に設定することが可能である。従って、本発明によれば、セグメントの設定という簡単な工程の採用によって技量の影響をできる限り排除するとともに、実際の切削を自動制御によって又は担当医師に対して案内を提供することによって行うことで、担当医師の技量によらず高い切削精度を達成することができる。【００１２】
本発明に関する他の目的及び特徴は、添付の図面を参照した以下の説明により理解することができる。【００１３】
優先権主張の基礎となる日本国特許出願第２００９−２１２３０５号の内容は、その全体が本願の一部として組み込まれ、参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る歯牙形成装置の概念図
【図２】同上実施形態に係る歯牙形成装置の構成図
【図３】同上実施形態に係る歯の固定装置の構成図
【図４】同上実施形態に係る口腔内ガードの概略図
【図５Ａ】同上実施形態に係るセグメントの設定及び形成外形の作成（補助円の作成）の手順を示す説明図
【図５Ｂ】同上実施形態に係る形成外形の作成（補助線の作成）の手順を示す説明図
【図５Ｃ】同上実施形態に係る形成外形の作成（テーパの付与及び鳩尾形部に対する脹らみの付与）の手順を示す説明図
【図６】同上実施形態に係る形成外形の作成規則（凸部）を示す説明図
【図７】同上実施形態に係る形成外形の作成規則（鳩尾形部）を示す説明図
【図８】同上実施形態に係る形成外形の作成規則（凹部、３次のベジエ曲線）を示す説明図
【図９】同上実施形態に係る形成外形の作成規則（凹部、２次のベジエ曲線）を示す説明図
【図１０】同上実施形態に係る形成外形の作成規則（凹部、４次のベジエ曲線）を示す説明図
【図１１】設計パラメータが形成外形の作成に対して及ぼす影響
【図１２Ａ】２級窩洞を設計する場合の隣接面への移行部の例
【図１２Ｂ】２級窩洞を設計する場合の隣接面への移行部の他の例
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
（概要）
本発明の一実施形態では、人の下顎の右側又は左側第１大臼歯を切削対象の組織としてそれらの１級インレー窩洞を設計し、設計した窩洞の外形（「形成外形」に相当し、以下「形成外形」という。）に沿って切削を実行する。本実施形態では、実際の歯の切削を自動制御によって行う。
【００１７】
本実施形態において、形成外形は、対象とする大臼歯（以下「対象歯」という。）Ｔの切削想定領域を幾何学的に再現したものであり、設計又は作成の始点として対象歯Ｔの咬合面の裂溝を採用する。パーソナルコンピュータとして構成される演算ユニット１に接続したディスプレイ７上に対象歯Ｔの画像を表示するとともに、その咬合面の画像に、複数の連続的なセグメント（本実施形態では、線分）を重ねて表示する。そして、設計パラメータとして凸部の最小曲率半径ｒ及びテーパ角θ、ならびに鳩尾形部の脹らみ角ψを採用し、これらの設計パラメータｒ，θ及びψを用いた所定の規則によって形成外形を作成する。形成外形の作成に関する規則（以下「作成規則」という。）は、ビジュアルプログラミング言語等によって実現することが可能である。
【００１８】
本装置の操作者（一般的には、歯の治療を担当する歯科医師）によってセグメントが設定され、かつ設計パラメータが設定されると、形成外形がソフトウェアによって作成される。本実施形態において、形成外形は、凸部と凹部とを有する閉曲線によって表し、この形成外形のうち最も狭い部分は、切削工具の直径と等しいか又はそれよりも大きな値の幅を有する。このことは、切削工具の窩洞全体に対する到達可能性を確保するうえで重要である。本実施形態では、ディスプレイ７上でセグメントを移動又は変形させたり、設計パラメータを変えたりすることで、形成外形を調整することが可能である。
【００１９】
以下の説明では、大臼歯の１級インレー窩洞を形成することとし、理解をより簡単にするため、切削工具の直径を一定とし、エナメル（縁ベベル）の仕上げを行うことなく、窩洞の２次元的な外形のみに着目する。
【００２０】
（歯牙切削装置の構成）
図１は、本実施形態に係る切削装置（以下「本装置」という。）の構成を概念的に示している。
【００２１】
本装置は、パーソナルコンピュータとして構成される演算ユニット１を備え、この演算ユニット１は、セグメント設定部１０１、外形作成部１０２、画像変換部１０３、制御信号発生部１０４及び通信インターフェース１０５を含んでいる。これらの部分１０１〜１０５のうち、セグメント設定部１０１が「セグメント設定手段」に、外形作成部１０２が「外形作成手段」に対応し、制御信号発生部１０４、ならびに後述する駆動ユニット３及び切削工具９が「切削手段」に対応する。そして、演算ユニット１は、その周辺装置として、カメラ２、切削工具９及びその駆動ユニット３、プローブ４、マウス５、キーボード６、ディスプレイ７、ならびに停止スイッチ８を備えている。カメラ２は、「画像情報取得手段」に対応するものであり、対象歯Ｔを撮影し、その画像情報を演算ユニット１に送信する。駆動ユニット３は、後に述べるように、切削工具９をｘ，ｙ及びｚの３軸方向に駆動可能に構成される。プローブ４は、後述する切削開始点の設定及び形成後の窩洞の計測のために設けられ、本実施形態では、接触プローブが採用される。プローブ４として、レーザ等を用いた光学的な手法によって計測を行う、非接触型のプローブを採用してもよいことは勿論であり、この非接触プローブによれば、形成後の窩洞のより詳細な計測が可能である。カメラ２による画像情報の取得及びプローブ４による窩洞の計測は、対象歯Ｔを対象として口腔内で行うことが可能であるが、口腔内の模型（例えば、石膏模型）を作成し、この模型における対象歯について行うようにしてもよい。プローブ４によって取得した計測情報は、演算ユニット１の通信インターフェース１０５を介して出力され、ネットワークを介して図示しない補綴物の製作ファシリティに提供される。ここで、プローブ４は、「寸法情報取得手段」に対応し、通信インターフェース１０５は、「情報出力手段」に対応する。マウス５等の入力装置は、操作者がセグメントを設定し、形成外形の作成規則を設定する際に使用される。ディスプレイ７は、操作者が目視可能な位置に配置され、切削に際して対象歯Ｔの画像を表示するとともに、後に述べるように、セグメント及び形成外形を表示する。停止スイッチ８は、「保全手段」を構成し、治療対象者が不意な動きをした場合に、本装置を強制的に停止するために操作者によって起動されるものである。本実施形態では、切削工具９として既存のモータ駆動又はエアタービン駆動型のハンドピースを採用している。ハンドピースは、手持ちでの操作に適した設計であるが、切削工具９は、これに限らず、自動形成専用の設計とするのが好ましく、例えば、胴部をより細身に形成することが可能である。さらに、切削工具９は、カメラ２及びプローブ４と一体に構成してもよい。
【００２２】
図２は、本装置（切削工具９及びその駆動ユニット３）の構成を側面視によって示している。
【００２３】
切削工具９は、駆動ユニット３の可動ステージ３１（太線によって強調して示す。）に固定されており、アクチュエータ３２ａ〜３２ｃによってこの可動ステージ３１とともにｘ，ｙ及びｚの各軸方向に駆動される。可動ステージ３１は、駆動ユニット３の基盤３ａに対して相対的に３軸方向に移動可能である。本実施形態において、駆動ユニット３は、モータを内蔵した３つのストロークアクチュエータ（線形アクチュエータ）３２ａ〜３２ｃを組み合わせて構成され、第１のアクチュエータ３２ａによってｘ軸方向の動きが、第２のアクチュエータ３２ｂ（紙面に対して反対側の側面に位置し、二点鎖線によってその外形のみを示す。）によってｙ軸方向の動きが、第３のアクチュエータ３２ｃによってｚ軸方向の動きが付与される。切削工具９と可動ステージ３１とは、切削工具９の胴部を包囲するブラケット３３を介して結合されている。切削ユニット（切削工具９及びブラケット３３）は、保守管理及び部品の交換、又は他のユニットとの交換等のため、駆動ユニット３に対して着脱可能な構成であるとよい。着脱を容易にすると同時に装着時のガタを最小限に抑えるため、ネジ等の機械的な位置決め・固定機構に加えて永久磁石の磁力等を用いた磁気的な機構を併用してもよく、本実施形態では、駆動ユニット３の可動ステージ３１に対向する部位に磁石３ａが取り付けられている。演算ユニット１から駆動方向に応じたアクチュエータ３２ａ〜３２ｃに制御信号が供給されることで、対応するアクチュエータ３２ａ〜３２ｃが作動し、切削工具９が駆動される。
【００２４】
駆動ユニット３は、歯科用レントゲン装置のようにバランスアーム等に装着することで、治療対象者に対して位置決め可能に支持することが可能であり、歯科用ユニットにおいて一体的に搭載することができる。駆動ユニット３は、キャスターを用いて可動式に構成してもよい。
【００２５】
図３は、歯の固定装置の構成を示している。
【００２６】
本実施形態では、印象用トレー４１及び印象材４２を用いて固定装置（「位置固定手段」に対応する。）を構成する。トレー４１の本体４１ａによって歯列全体又は一部を覆い、本体４１ａと歯列（具体的には、対象歯Ｔ以外の歯）との間に印象材４２を充填することで、トレー４１と歯列とを弾性的に固定する。そして、トレー４１の柄部４１ｂを、駆動ユニット３の基盤３ａに立設した接続ユニット５１に取り付けることで、対象歯Ｔと基盤３ａとの位置関係を決定する。本実施形態では、接続ユニット５１にボールジョイント５１ａを用いることで、治療対象者の姿勢によらず、対象歯Ｔの咬合面と切削工具９とのなす角度を適切に設定し、維持可能としている。接続ユニット５１に対するトレー４１の固定は、トレー４１の柄部４１ｂに設けられた穴（印象取得に通常用いられるトレーには、収納時にぶら下げるための穴を有するものがある。）を利用することが可能である。トレー４１の柄部４１ｂ又は接続ユニット５１の一方又は両方にトレー４１の回転を防止するための構造を設けるのが好ましい。本実施形態では、トレー４１の柄部４１ｂに設けられた穴にネジ５１ｂを通して接続ユニット５１に固定するとともに、接続ユニット５１においてトレー４１の柄部４１ｂの幅に溝ｇ（図２）を設け、この溝ｇに柄部４１ｂを嵌め込むようにしている。トレー４１の着脱を容易にすると同時に装着時のガタを最小限に抑えるため、溝ｇ等による機械的な位置決め・固定機構に加えて永久磁石５１ｃの磁力等を用いた磁気的な機構を併用してもよい。
【００２７】
このように、本実施形態では、印象用トレー４１と歯列との間に印象材４２を介在させているため、歯列の歯に対してトレー４１が直接には接触していないが、トレー４１において、本体４１ａの内面から内向きに突出する１又は複数の突起を設け、この突起を歯列の歯に接触させて、対象歯Ｔを固定するようにしてもよい。例えば、（下顎の右側大臼歯を切削対象とする場合は、）トレー４１の本体４１ａにおいて、歯列の右側小臼歯、左側小臼歯及び左側大臼歯の各咬合面に対応する３箇所の位置に突起を設け、トレー４１と歯列との間に印象材４２を充填するとともに、これらの突起が各咬合面に達するまでトレー４１を歯列に押し付けることで、トレー４１を歯に直接接触させる。これにより、印象材４２に起因する弾性の影響を抑え、対象歯Ｔのより確実な固定が可能となる。
【００２８】
さらに、印象材４２と歯列との間の空間を真空ポンプによって積極的に排気し、この空間を陰圧に保つようにしてもよい。ここで、真空ポンプの吸引圧力を調整する真空レギュレータを設け、適度な陰圧に制御する。真空ポンプの保護及び配管内の汚染防止のため、印象用トレー４１と真空ポンプとの間に水分又は異物用のトラップを設けるとよく、トラップに水位センサを設置し、トラップの満水を検出することで、溜まった水分等を適宜廃棄する。トレー４１が歯列から外れた場合は、上記空間の圧力が上昇して、陰圧から略大気圧に戻るため、上記空間の圧力を固定装置に関する異常判断の指標として用いることができる。例えば、上記空間の圧力を検出する圧力センサを設け、その圧力検出値を演算ユニット１に入力する。そして、上記空間の圧力が略大気圧に戻ったことが圧力検出値から判断された場合に、切削工具９による切削を停止させる。これらの真空ポンプ（真空レギュレータを含む。）及び圧力センサは、「位置固定手段」を構成するものである。治療対象者の口腔内にインプラントが植立されている場合は、そのフィクスチャーを固定源に採用することも可能である。
【００２９】
印象用トレー４１には、治療対象者の不意の動きを検出する「保全手段」を取り付けてもよい。本実施形態では、「保全手段」として加速度センサ１１を採用している。加速度センサ１１は、図１，３に示すように、トレー４１の本体４１ａ（例えば、右側の臼歯部を切削対象とする場合は、切削工具９の動きに影響のない左側の臼歯部又は前歯部に対応する本体４１ａの上面）又は柄部４１ｂに取り付けることで、切削工具９の動作と干渉することなく、トレー４１の動きから治療対象者の不意の動きを検出することが可能である。加速度センサ１１は、トレー４１に限らず、対象歯Ｔ若しくは歯列中の他の歯、又は本装置の基盤３ａ側の部分（例えば、接続ユニット５１）に取り付けてもよく、これらのうち複数の箇所に取り付けることも可能である。加速度センサ１１の出力は、演算ユニット１に入力され、演算ユニット１は、センサ出力値から治療対象者の不意の動きを検出したときに、切削工具９の駆動ユニット３に対して切削を強制的に停止させる信号を出力する。
【００３０】
「保全手段」には、加速度センサ１１以外に角速度センサ、力センサ又は変位センサを採用してもよく、又はこれらのうち任意の複数の組み合わせを採用してもよい。これらのセンサは、トレー４１、歯列及び本装置の基盤３ａ側の部分のいずれか又は複数の箇所に取り付けることができる。例えば、力センサ１２は、歪ゲージ又は圧電素子であり、加速度センサ１１と組み合わせて使用することができる。力センサ１２をトレー４１ａの柄部４１ｂ又は接続ユニット５１に取り付けて、トレー４１に加わる荷重又はトレー４１の変形を検出することにより、治療対象者の不意の動きを検出することができる。
【００３１】
なお、カメラ２としてテレビカメラを採用した場合は、治療対象者の動きをモーションキャプチャ技術によって検出することが可能である。この場合のカメラ２は、停止スイッチ８等とともに「保全手段」を構成する。
【００３２】
印象用トレー４１には、対象歯Ｔ以外の口腔内部位（例えば、舌又は粘膜等）を切削工具９との接触から保護するため、ガード又はプロテクタ４１ｃを取り付けてもよい。図４は、ガード４１ｃの形状及び口腔内における位置を概略的に示しているが、ガード４１ｃは、プレス加工、溶接、ろう付け又は接着等によってトレー４１と一体的に構成することも、スナップフィット等の方法によってトレー４１に対して着脱式に構成することもできる。材質には生体に安全なものが選択される必要があり、金属（例えば、ステンレス）又は高分子材料（例えば、シリコーン若しくはプラスチック）等が好ましい。
【００３３】
さらに、印象用トレー４１には、これと一体又は別体に排唾用の吸引装置を装着してもよい。
【００３４】
印象用トレー４１は、本装置に専用のトレーであってもよいが、通常の印象取得に共用可能な構成とすることも可能である。例えば、トレー４１の本体４１ａのうち対象歯Ｔに対応する部分を取り外し可能な構造とすることで、通常の方法に従って印象を取得し及び石膏模型を作成した後、対象歯Ｔに対応するトレー部分及びその周辺の印象材を除去することで、装置固定用に利用することができる。これにより、印象取得の回数を減らし、治療対象者への負担を軽減するとともに、比較的高価な印象材の使用量を削減することができる。
【００３５】
印象用トレー４１の着脱に伴う歯列に対する位置のずれは、例えば、トレー４１を最初に装着した状態の画像と再装着した状態の画像とをカメラで取り込み、オプティカルフローを計算することで検出することが可能である。計算したオプティカルフローを画面上に表示することで、位置のずれの視覚的な確認を可能とし、ずれを修正することができる。具体的には、トレー４１を手動で動かして元の位置に戻すか、又はずれた分を計算し、切削時にこれを補正する。
【００３６】
印象用トレー４１及び接続ユニット５１の一方又は両方に、トレー４１の装着状態若しくは種類の検出、又は情報（例えば、治療対象者又はトレー４１に関する情報）の通信のための機構を備えることが可能である。そのような機構には、例えば、スイッチ、電気接点、近接センサ、バーコード、ＲＦＩＤ及び赤外線通信等がある。小型のＲＦＩＤであれば、トレー４１ではなく、印象材４２に埋め込むこともできる。トレー４１等に関する情報を読み出し、ディスプレイ７上に表示することで、異なる治療対象者の間でトレー４１の入れ違いが生じるのを防ぐことが可能である。本実施形態では、可動ステージ３１が駆動ユニット３の磁石３ａに吸着した状態で接点回路が閉じるスイッチ１５（図２）を設けている。スイッチ、ＲＦＩＤ等の検出又は通信手段は、切削工具９及び駆動ユニット３の一方又は両方に適用することも可能であり、スイッチ等の出力から切削工具９の装着状態を検出し、ディスプレイ７上に表示することで、装着した切削工具９にガタつきがある場合にこれを操作者に認識させ、装着状態の確認を促すことができる。
【００３７】
（キャリブレーション）
切削を行う際は、初めに、カメラ２を用いて対象歯Ｔの咬合面を撮影し、その画像をディスプレイ７に表示するとともに、対象歯Ｔの咬合面の高さ（切削開始点の高さ）を測定する。咬合面の高さは、第３のアクチュエータ３２ｃを駆動して可動ステージ３１をｚ軸方向に移動させ、可動ステージ３１に取り付けたプローブ４を対象歯Ｔに接触させることにより、求めることが可能である。ここで、プローブ４は、その先端が切削工具の先端と一致する位置に取り付けておく。さらに、ディスプレイ７に表示された画像上の位置（ｘ，ｙ座標）と、切削工具９の実際の位置（ｘ，ｙ座標）とを、次のようにして対応させる。可動ステージ３１に取り付けたプローブ４を第１及び第２のアクチュエータ３２ａ，３２ｂによってｘ，ｙ軸方向に移動させるとともに、移動前後の各位置における画像を取り込む。そして、画像上のプローブ４の中心座標を各位置について計算し、実際にプローブ４を移動させた距離と、画像上のプローブ４の座標とを用いて、キャリブレーションを行う。
【００３８】
（形成外形の作成）
図４Ａ〜４Ｃは、セグメントの設定及び形成外形の作成の手順を時系列に示しており、図５〜９は、形成外形の作成に関する規則（作成規則）を示している。
【００３９】
本実施形態では、カメラ２によって対象歯Ｔの咬合面の画像を取り込み、これをディスプレイ７上に表示する。咬合面では、図４Ａ（ａ）に示すように、対象歯Ｔの主な裂溝がう蝕に対する切削想定領域に全体として含まれることから、これを作成の始点として採用する。
【００４０】
図４Ａ（ｂ）に示すように、切削想定領域を近似する複数の連続的なセグメントｓ（ｓ１，ｓ２）を設定し、画像上に重ねて表示する。本実施形態では、対象歯Ｔの歯科的特徴点として主な裂溝を採用し、操作者がマウス５によって画像上で複数の特徴点ｐ（ｐｃ，ｐｆ）を特定すると、隣り合う特徴点（ｐｃ−ｐｆ，ｐｃ−ｐｃ）を繋いだ線分としてセグメントｓを設定する。う蝕の程度が著しいなどの理由で裂溝そのものを直接確認することができない場合であっても、歯科医師であれば、残された咬頭の位置若しくは反対側の同種の歯、又は歯の一般的な形態をもとに、裂溝の位置を推測することが可能である。歯科的特徴点ｐの特定が人の手によらず、画像処理等によって自動的になし得る場合は、セグメントｓを自動的に設定することも可能である。セグメントｓは、後に述べるように、設定後に修正することができる。セグメントｓは、直線に限らず、歯の種類又は形成形態によっては曲線（連続的な曲線群又は直線と曲線との組み合わせ）としてもよい。
【００４１】
本実施形態において、セグメントｓは、２つの種類に分類することができる。第１の種類のセグメント（第１のセグメント）ｓ１は、裂溝の枝の部分に対応するものであり、一端が開放され、他端で他のセグメント（本実施形態では、第２のセグメント）と接続する線分である。第２の種類のセグメント（第２のセグメント）ｓ２は、裂溝の幹の部分に対応するものであり、両端で他のセグメント（第１又は第２のセグメント）と接続する線分である。第１及び第２のセグメントｓ１，ｓ２の接続端ｐｃは、裂溝の交点に対応する。
【００４２】
上記３つの設計パラメータのうち第１のものは、裂溝の枝部（換言すれば、第１のセグメントｓ１）に対応する凸部の最小曲率半径ｒである。既に述べたように、切削工具９の到達可能性を確保するため、最小曲率半径ｒは、切削工具９の半径以上に設定する。図４Ａ（ｃ）に示すように、第１のセグメントｓ１の開放端ｐｆを中心として半径ｒの補助円ｃを描く。補助円ｃの一部である円弧は、作成後の形成外形の一部となる。そして、図４Ｂ（ｄ）及び（ｅ）に示すように、第１のセグメントｓ１と平行で、且つ、この第１のセグメントｓ１から距離ｒを隔てた補助線（Ｔ線）ｌｔと、第２のセグメントｓ２と平行で、且つ、この第２のセグメントｓ２から距離ｒを隔てた補助線（Ｐ線）ｌｐとを描く。半径ｒの切削工具９を単にこれらのセグメントｓ１，ｓ２に沿って動かすだけで、咬頭及び隆線の減少が最小限に抑えられるが、ここまでによる外形では、図４Ｂ（ｆ）に示すように、セグメントｓの交点周辺に尖った角部が残されたままである。
【００４３】
本実施形態では、形成外形の円滑度（連続的な微分可能性）を確保するため、ベジエ曲線を導入する。ベジエ曲線は、コンピュータグラフィックスの分野において、滑らかな曲線を描く際にしばしば用いられている。後に述べるように定められる制御点の数に応じて、２次、３次又は４次のベジエ曲線を描くことが可能である。
【００４４】
例えば、図６及び８に示すように、３つの点ｐ１，ｐ２及びｐ３について、次式（１）によって２次のベジエ曲線ｂ２を描くことができる。ここで、ｔは、０〜１の変数である。
【００４５】
ｂ２（ｔ）＝（１−ｔ）２ｐ１＋２（１−ｔ）ｔｐ２＋ｔ２ｐ３  …（１）
そして、図７及び９に示すように、４つの点ｐ１〜ｐ４又は５つの点ｐ１〜ｐ５について、次式（２）及び（３）によって夫々３次又は４次のベジエ曲線ｂ３，ｂ４を描くことができる。
【００４６】
ｂ３（ｔ）＝（１−ｔ）３ｐ１＋３（１−ｔ）２ｔｐ２＋３（１−ｔ）ｔ２ｐ３＋ｔ３ｐ４  …（２）
ｂ４（ｔ）＝（１−ｔ）４ｐ１＋４（１−ｔ）３ｔｐ２＋６（１−ｔ）２ｔ２ｐ３＋４（１−ｔ）ｔ３ｐ４＋ｔ４ｐ５  …（３）
図６〜９から理解し得るように、ベジエ曲線には次のような重要な特徴がある：ｎを制御点の数としたときに、（１）曲線は、ｐ１に始まり、ｐｎに終わること、（２）点ｐ１及びｐｎにおいて、線ｐ１ｐ２及びｐｎ−１ｐｎが夫々曲線の接線となること、及び（３）曲線上のいかなる点も制御点の内側に存在することである。上記（１）及び（２）の特徴のため、ｐ１及びｐｎにおいて、曲線を円弧に対して滑らかに接続することができる。形成外形の円滑度を確保し得る限りにおいて、ベジエ曲線に代えて円弧を採用してもよい。
【００４７】
ここで、より具体的な規則を設定するため、本実施形態では、図６〜９に示すように、近接したセグメントの３種の組み合わせを導入し、夫々Ｕ，Ｖ及びＷ型と定義する。
【００４８】
図６に示すＶ型の組み合わせ（ｔｙｐｅ−Ｖ）は、接続端ｐｃを共有して隣り合う２つの第１のセグメントｓ１，ｓ１の組み合わせである。これらのセグメントｓ１は、後に述べるように、形成外形の鳩尾形部を形成する。図７及び８に示すＵ型の組み合わせ（ｔｙｐｅ−Ｕ）は、１つの第２のセグメントｓ２と、この第２のセグメントｓ２の各端部ｐｃ，ｐｃに接続する２つの第１のセグメントｓ１，ｓ１とで構成される。Ｔ線ｌｔの交点とＰ線ｌｐとの位置関係に応じて更に２つの態様（図７又は８）に分類することができる。そして、図９に示すＷ型の組み合わせ（ｔｙｐｅ−Ｗ）は、４分割式の折り畳み定規のように接続する、２つの第２のセグメントｓ２，ｓ２及び２つの第１のセグメントｓ１，ｓ１で構成される。
【００４９】
本実施形態では、形成外形の凸部にテーパを付けるため、図５に示すように、第２の設計パラメータであるテーパ角θを導入する。ここで、Ｔ線ｌｔを、第１のセグメントｓ１に対して角度θをなす円弧の接線として再定義する。θを０以上とすることで、切削工具９の半径がｒである場合に、工具９を凸部全体に到達させることが可能となる。図４Ｃ（ｇ）は、それぞれの凸部について、テーパを付した後のＴ線ｌｔを示している。
【００５０】
Ｖ型の組み合わせにおける２つの円弧は、形成形態の鳩尾形部（ｄｏｖｅｔａｉｌ、以下「鳩尾形部」という。）となる。この鳩尾形部に脹らみを付けるため、図６に示すように、第３の設計パラメータである脹らみ角ψを導入する。ψが０以上である場合は、半径ｒの切削工具９の、鳩尾形部全体に対する到達可能性が保証される。ψを負の値として鳩尾形部にへこみを与えることも可能であるが、ψの下限値は、２つの第１のセグメントｓ１，ｓ１が形成するＶ字のプロポーションに応じて決定するのが好ましい。Ｖ型の組み合わせにおける追加の補助線として、図４Ｃ（ｇ）及び図６に示すように、共通の接線ｐ１ｐ３に対して角度ψをなす２つの接線（Ｄ線）ｌｄを引き、３つの点（接点ｐ１’，ｐ３’及びＤ線ｌｄの交点ｐ２）によって定められる２次のベジエ曲線ｂ２により、２つの円弧を接続する。鳩尾形部において、２つの円弧を、ベジエ曲線に代える円弧によって接続してもよい。図４Ｃ（ｈ）は、鳩尾形部を接続するベジエ曲線ｂ２を示している。
【００５１】
Ｕ型の組み合わせにおける２つの円弧は、図７に示すように、４つの点ｐ１〜ｐ４によって定められる３次のベジエ曲線ｂ３によって接続する。図８に示すように、Ｔ線ｌｔ，ｌｔがＰ線ｌｐと交差するよりも前に互いに交差する場合は、曲線ｂ３に代えて、３つの点（ｐ１，ｐ３及び交点ｐ２）によって定められる２次のベジエ曲線ｂ２を使用する。
【００５２】
Ｗ型の組み合わせには、図９に示す４次のベジエ曲線ｂ４を適用する。点ｐ２及びｐ４は、Ｔ線ｌｔとその直近のＰ線ｌｐとの交点である。ｐ３は、２つのＴ線ｌｔ，ｌｔのなす内角の二等分線（Ｂ線ｌｂ）とＰ線ｌｐとの交点である。Ｕ型の組み合わせの場合と同様に、必要に応じて、より低次のベジエ曲線を適用することが可能である。図４Ｃ（ｈ）は、凹部を形成する３次及び４次のベジエ曲線ｂ３，ｂ４を示している。
【００５３】
（窩洞の形成）
実際の窩洞の形成は、基本的には以下に述べる方法の単独又は組み合わせによって実施する。
１．ウ窩若しくは小窩・裂溝等の対象歯Ｔの限局した範囲、又はセグメントｓに沿って所定の深さ（Ｚ）まで掘り下げた後、作成した外形（Ｘ，Ｙ）まで窩洞を拡大させる方法（括弧内は、窩洞の深さ方向をＺ軸と一致させた場合の方向を示す）。
２．掘り下げと拡大とを繰り返しながら少しずつ深さ方向に切削を進めていく方法。
３．形成した外形まで拡大させてから所定の深さまで掘り下げる方法。
以上の方法による切削はいずれも２．５軸加工で達成し得るが、３軸以上の加工で行ってもよい。
【００５４】
ウ蝕の範囲又は深さが予め分かっている場合は、それらを考慮して形成外形を作成し、自動切削を行う。深さが不明であったり、歯髄との距離が近いことが予想されたりした場合は、ウ蝕部分については従来と同様に手動で除去し、必要に応じてセメント等で裏層するか、埋め戻してから作成した外形に至るまで自動切削を行う。一定の範囲又は深さまで自動切削を行った後、ウ蝕の状況を確認し、切削量が不足している場合に更に自動切削を続行するようにしてもよい。
【００５５】
ここで、切削を行う際の切削工具９の送り速度は、対象歯Ｔを始めとする生体及び装置への負担、ならびに切削時間と密接な関係がある。送り速度を高くすると、単位時間当たりの切削量が多くなり、切削に要する時間は短くなるが、生体及び装置にかかる負担は増大する。また、送り速度が高過ぎると、切削速度（切削工具９の回転速度）の低下若しくは停止、又は切削工具９の破損等をもたらす可能性があり、安全性が低下する。他方、送り速度が低い場合は、切削に不要に長い時間を要することとなり、生体への負担が増大する。送り速度の制御方法として、操作者が設定した速度で一定とする方法と、切削状態に応じて自動的に可変とする方法とが考えられる。前者は、最大負荷時を想定して、送り速度を低めに設定する必要がある一方、後者は、軽負荷時では送り速度を高く、重負荷時では送り速度を低くすることで、安全性を確保しつつ、切削時間の短縮を図ることができる。
【００５６】
切削状態は、例えば、モータ駆動の切削工具においては回転速度又は電流から、エアタービン駆動の切削工具においては回転速度から判断することが可能である。送り速度には安全のために上限が設けられており、手動制御による場合の送り速度及び自動制御による場合の送り速度の目標値は、切削中も操作者が随時変更することができる。自動制御による場合の目標値の変更は、操作者が術野から目を逸らさずに行うことができるように、リモートコントローラによるとよい。
【００５７】
送り速度の具体的な制御について、エアタービン駆動の切削工具９を用いる場合を例に以下に示す。
【００５８】
エアタービン駆動では、工具の切削トルクと回転速度とが略反比例の関係にあることを利用して、工具の切削パワーを回転速度の関数として求めることができる。具体的には、無負荷時の回転速度（即ち最高回転速度）をＳｍａｘ、停止トルク（即ち最大トルク）をＴｍａｘとすれば、切削トルクＴと回転速度Ｓとの関係は、次のように近似することができる。
【００５９】
Ｔ／Ｔｍａｘ＝１−Ｓ／Ｓｍａｘ  …（４）
ここで、ｓ＝Ｓ／Ｓｍａｘ、ｔ＝Ｔ／Ｔｍａｘとすれば、ｓ及びｔは、夫々０〜１の値をとり、ｔ＝１−ｓとなる。
そして、切削パワーｐは、回転速度と切削トルクとの積に比例することから、次のように係数を４としてｓの二次関数として表すことができる。
【００６０】
ｐ＝４×ｓ×ｔ＝４×ｓ×（１−ｓ）  …（５）
ここで、ｓ＝１〜０．５の場合にｐ＝０〜１の値をとり、ｓ＝０．５（最高回転速度Ｓｍａｘの１／２）の場合にｐ＝１で最大パワーとなる。送り速度と切削パワーとは比例する（例えば、送り速度を２倍にすると、単位時間当たりの切削量が２倍となるので、切削に要するパワーも２倍となる。）ので、測定した回転速度から上式（５）によって切削パワーｐを算出し、その値ｐを制御量として送り速度を自動的に制御（例えば、ＰＩＤ制御）することができる。具体的には、ｓが大きく、ｐが目標値に対して小さいとき（無負荷寄りのとき）は、送り速度を大きくし、ｓが小さく、ｐが目標値に対して大きい（最大出力寄りのとき）は、送り速度を小さくする。
【００６１】
ｓ＝０．５〜０のとき、即ち送り速度が高過ぎて回転速度が大きく低下しているときは、ｓ＝１〜０．５のときと同様に制御すると、ｐが小さいために送り速度を更に大きくしてしまう可能性がある。これを回避する方法として、例えば、上式（５）を修正して、ｓ＜０．５においてｐ≧１とすることが考えられる。切削中に何らかの理由でｓ＝０、即ち切削工具９の回転が停止してしまったり、回転速度センサが故障してしまったりしたときは、安全のために送り速度を０として、可動ステージ３を強制的に停止させる。
【００６２】
なお、実際のｓの値を把握するため、切削時における工具の回転速度を検出する回転センサを設置し、そのセンサ検出値を演算ユニット１に読み込ませるようにしてもよい。演算ユニット１においてｓの値を算出し、駆動ユニット３に対してその算出値に応じた制御信号を出力することができる。
【００６３】
送り速度の制御は、工具の回転速度自体に着目し、これが上記目標パワーに対応する回転速度（目標回転速度）よりも高い場合に増加させ、目標回転速度よりも低い場合に低下させるようにしても実現可能である。
【００６４】
投影装置等によって操作者の手動による切削を案内する場合は、対象歯Ｔの表面に投影されるカーソルの動きを制御するなどして、操作者が工具の送り速度を適切に加減することができるようにしてもよい。
【００６５】
（実際の作成例に関する評価）
本実施形態では、歯列の解剖学的模型（株式会社ニッシン社製、Ｂ３−３０５）を使用する。
【００６６】
上で述べた作成規則は、ビジュアルプログラミング言語（例えば、米国ナショナルインスツルメンツ社製、ＬａｂＶＩＥＷ８．６）又はＣ言語等の他のプログラミング言語を用いて実現することが可能である。対象歯Ｔを本装置に固定してキャリブレーションを行った後、ソフトウェアを起動することで、カメラ２によって撮影された咬合面の画像がディスプレイ７に表示され、操作者は、マウス５を用いてディスプレイ７上で対象歯Ｔの歯科的特徴点ｐをクリック指定することで、主な裂溝に沿って複数の連続的なセグメントｓを設定することができる。セグメントｓ及び設計パラメータｒ，θ，ψを設定すると、形成外形がソフトウェアによって自動的に作成され、形成外形に沿って対象歯Ｔの切削が実行される。
【００６７】
図１０は、凸部の最小曲率半径ｒ及びテーパ角θ、ならびに鳩尾形部の脹らみ角ψの、形成外形に及ぼす影響を示している。最小曲率半径ｒを０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ及び０．８ｍｍとし、テーパ角θを０°、１０°、２０°及び３０°とし、脹らみ角ψを−２０°、０°及び２０°として、下顎の右側第１大臼歯の１級インレー窩洞を設計する場合について、これらの設計パラメータｒ，θ及びψが及ぼす影響を評価したものである。
【００６８】
最小曲率半径ｒについて、図１０（ａ）から、その増大に対して凸部の曲率半径が増大する一方、凹部の曲率半径が減少し、形成外形は、全体として拡大する傾向にあることが分かる。そして、図１０（ｂ）に示すように、θの増大に対して鳩尾形部を含む凸部の幅が拡大するため、より大きな形成外形が得られる。さらに、図１０（ｃ）に示すように、ψが正の値である場合は、鳩尾形部は、第１のセグメントｓ１の接続端ｐｃに対して遠位側に凸となり、負の値である場合は、近位側に凸（又は遠位側に凹）となる。
【００６９】
図４Ｃ（ｉ）は、作成後の形成外形Ｐを示している。形成外形Ｐのいかなる部分も、切削工具９の直径よりも大きな値の幅を有しており、かつ滑らかな内面が達成されている。ディスプレイ７上でセグメントｓ１，ｓ２を動かしたり、又は設計パラメータｒ，θ，ψを変えたりすることで、設計を容易に修正することが可能である。
【００７０】
ここで、最小曲率半径ｒが切削工具９の半径に等しく、テーパ角θ及び脹らみ角ψが０である場合は、工具９による到達可能性を確保したうえで対象歯Ｔの切削量が最も少なくなる。しかしながら、上記ベジエ曲線の（３）の特徴のため、工具９の半径がｒに等しい場合であっても、ベジエ曲線によって定められる第２のセグメントｓ２に沿った狭小部の幅が工具９の直径よりも常に大きくなってしまう。この問題を解決するため、狭小部の幅が工具９の直径以上となる限りにおいて、Ｐ線ｌｐを第２のセグメントｓ２に対して距離ｒの位置よりも近付けて配置することで、より狭い幅の外形Ｐを作成し、歯質の除去量を削減することができる。ただし、図８に示すように、２つのＴ線ｌｔ，ｌｔがＰ線ｌｐに届く前に交差する場合は、Ｐ線ｌｐを第２のセグメントｓ２に近付ける方法は、効果がない。第１及び第２の設計パラメータｒ，θは、セラミックインレー等、金属よりも強度的な信頼性に劣るために歯質をより多く削らなければならない修復について、これに適した幅を確保するのに必要なだけ大きくすればよい。
【００７１】
凸部の最小曲率半径は、第１の設計パラメータｒによって規定される一方、凹部のそれはベジエ曲線の態様に依存するものであり、その最小値は定められない。従って、ベジエ曲線の制御点の位置によって鋭角の凹部を有する形成外形を作成することも可能である。実際に、ｒが大きくなるほど凹部の曲率半径は小さくなる傾向にあるが、歯質における鋭角及びノッチ状部分の形成は避けられるべきである。これについては２つの方法がある。１つは、Ｐ線ｌｐを第２のセグメントｓ２からより離す（＞ｒ）ことであり、他の１つは、外形を丸めること、換言すれば、鋭角の角部又は隅部を所望の曲率半径を有する内接円弧で置き換えることである。
【００７２】
以上のように、本実施形態によれば、その全体に亘って切削工具９を到達させることのできる、大臼歯の滑らかな１級インレー窩洞を設計し、実現することができる。そして、形成外形の作成及び対象歯Ｔの切削をソフトウェアによって自動的に実行可能であることから、担当医師の技量の影響をできる限り排除して、適切に設計された外形のもとで高い切削精度を達成することができる。本実施形態を適用して得られる窩洞は、その全体に亘って滑らかであり、プローブ４等による計測が容易、かつ正確である。これらの利点は、アマルガム及びキャストメタル修復に限らず、近年急速に発展が進んでいる歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによってなされるセラミック修復についても有益である。窩洞の幾何学的設計は、将来においてＣＡＤ／ＣＡＭ技術を用いて歯牙形成がコンピュータ処理によって行われるようになった場合に、欠くことのできない手法となるものと考えられる。
【００７３】
本実施形態に係る装置及び方法は、二次元画像から対象歯Ｔのう蝕範囲を確認する一方、咬合紙等を用いて咬合接触点の位置を確認することで、それらの位置を窩洞の設計に反映させることができる。さらに、セグメントｓ１，ｓ２の位置及び設計パラメータｒ，θ，ψを調整することにより、多様な窩洞の設計に適用することも可能である。そして、これらの設計パラメータは、窩洞全体で一定に設定してもよいが、部分毎に変えることもできる。実際には以上の説明で示した１級インレー窩洞以外の窩洞も存在するが、作成規則を修正することで、以上に示した１級窩洞に限らず、頬側溝又は舌側溝を含む１級窩洞や、２級窩洞（例えば、隣接面のスライスカット）等、他の窩洞を設計することが可能である。さらに、複数の二次元画像を用いたり、接触式若しくは非接触式の三次元プローブ又は三次元ＣＴによって得られる計測情報を用いたりすることで、対象歯Ｔの三次元情報を得て、これを三次元的な窩洞の設計に反映させ、形成をより的確に行うことができる。
【００７４】
ここで、本発明の他の実施形態の説明として、図５Ａ〜５Ｃに示す歯Ｔを対象に２級窩洞を設計する場合について述べる。以下の説明では、図１２Ａ及び１２Ｂに示す点ａ〜ｅのいずれもが操作者によってディスプレイ７上で指定されるものとするが、各点の特徴から演算ユニット１によって自動的に特定することも可能である。
【００７５】
図１２Ａは、２級窩洞における咬合面から隣接面への移行部をスライスカットによって設計する場合の例を示している。
【００７６】
図１２Ａに示す２級窩洞の設計において、操作者は、対象歯Ｔの輪郭を参考に、対象歯Ｔの輪郭線上の点ａを指定するとともに（必ずしも輪郭線上である必要はない）、設計後の窩洞の形態を想定して、点ａとの相対関係から形成外形Ｐ上の点ｂを指定する。図中点線で示す補助線は、形成外形Ｐに対する点ｂでの接線である。そして、操作者は、２つの点ａを繋ぐ直線（形成後の窩洞においてスライスカット面を形成する。）上に点ｃを指定する。以上のようにして指定した点ｂ，ｃ及び点ｘ（補助線とａ−ａ線との交点）を制御点として点ｂ，ｃを結ぶ２次のベジエ曲線を作成し、点ａ，ｃ及びｂを接続する移行部の外形を設計する。ここで、設計した移行部の外形は、作成規則に従って先に設計した形成外形（例えば、図１２Ａ（ａ）に示す鳩尾形部の外形）に優先し、形成外形Ｐと移行部の外形とを点ｂで滑らかに繋いだ線を最終的な形成外形とする。さらに、移行部の設計に用いる線は、ベジエ曲線に限られるものではなく、例えば、曲線上に想定される複数の点を指定し、これらの点をスプライン曲線によって繋ぐことで、移行部を設計することもできる。
【００７７】
移行部の設計は、スライスカットに限らず、直線、スイーピングカーブ又はリバースカーブによることも可能である。図１２Ｂは、これらの例による場合の移行部の設計例を示している。
【００７８】
直線による場合は、図１２Ｂ（ａ）に示すように、点ａ及び点ｂを直線で繋ぐことによって移行部を設計する。点ｂは、形成外形Ｐ上の点であり、点ａは、形成外形Ｐに対する点ｂでの接線（補助線）と対象歯Ｔの輪郭線との交点である。点ａは、補助線と輪郭線との交点として操作者が指定してもよいが、演算ユニット１にその位置を判断させ、特定させることも可能である。
【００７９】
スイーピングカーブによる場合は、図１２Ｂ（ｂ）に示すように、対象歯Ｔの輪郭線上の点ａと形成外形Ｐ上の点ｂとを２次のベジエ曲線で繋ぐことによって移行部を設計する。点ｃは、形成外形Ｐに対する点ｂでの接線（補助線）上の点で、操作者が指定する。点ａ及び点ｂを繋ぐベジエ曲線は、点ａ，ｃ及びｂを制御点として作成することができる。
【００８０】
リバースカーブによる場合は、図１２Ｂ（ｃ）に示すように、対象歯Ｔの輪郭線上の点ａと形成外形Ｐ上の点ｂとを２つのベジエ曲線（図示の例では、いずれも２次）で繋ぐことによって移行部を設計する。点ｃは、形成外形Ｐに対する点ｂでの接線（補助線）上の点で、操作者が指定し、点ｄは、形成後の窩洞の形態を想定して操作者が指定する。さらに、点ｅは、点ｃ及び点ｄを繋ぐ直線（補助線）上の点で、操作者が指定する。点ａ及び点ｅを繋ぐ第１のベジエ曲線は、点ａ，ｄ及びｅを制御点として作成することができ、点ｅ及び点ｂを繋ぐ第２のベジエ曲線は、点ｅ，ｃ及びｂを制御点として作成することができる。
【００８１】
本発明は、窩洞に限らず、支台歯の形成に適用することも可能である（この意味において、本発明の「補綴物」には、インレーのほか、ブリッジ及びクラウンが含まれるものとする）。既に述べたように、本発明は、臼歯部でいう咬合面に相当する面のない前歯部に適用することも可能であり、前歯部への適用では、例えば、審美歯科で行われるポーセレンラミネートベニヤの支台歯形成のように、前歯の唇側を表面から所定の範囲に亘って削り取るといった切削が可能である。
【００８２】
以上の説明では、人の下顎の第１大臼歯を切削対象とする場合について述べたが、本発明は、これ以外の硬組織、例えば、人の下顎の右側若しくは左側第２大臼歯、又は上顎の第１若しくは第２大臼歯の切削に適用することも可能である。これに加え、歯列との位置関係を変更することで、上下両顎の左右両側の歯（臼歯部に限らず、小臼歯部及び前歯部を含む。）の形成に適用することもできる。さらに、本発明は、人の歯の切削に適用するほか、歯以外の硬組織（例えば、関節の骨）又は軟骨等、他の対象組織の切削に適用することも可能であり、固定装置を適宜に変更することで、リウマチの指の関節手術における骨又は軟骨の形成に適用することができる。
【００８３】
以上の説明では、自動切削装置によって歯を切削する場合について述べたが、これに限らず、担当医師がハンドピースを手に持ち、歯の切削を手動で行う場合に適用することも可能である。この場合は、設計した外形をプロジェクタ２１によって切削歯Ｔの表面（例えば、咬合面）に光学的に投影したり、ＡＲ（拡張現実）技術によってディスプレイ７上に表示したりすることで、設計した外形に沿って切削が正確に進められるように歯科医師（術者）を案内することができる。投影又は表示する情報は、外形に限らず、座標軸、カーソル又は文字等を含んでもよい。投影装置２１又はＡＲ技術を実装した画像変換部１０３は、本発明の他の実施形態に係る「切削手段」を構成する。
【００８４】
以上の説明では、天然歯（人の歯）を切削する場合について説明したが、本発明は、天然歯を始めとする生体組織だけでなく、金属、有機材料及び無機材料等、様々な材料にも応用することができる。例えば、補綴物（修復物を含む。）を切削対象とし、以上で述べた方法によって自動形成した歯に適合する補綴物を、歯の切削に用いるのと同一の装置によって製作することが可能である。具体的には、補綴物の材料をバイス又はチャック等の固定具によって基盤３ａ上で固定し、本装置の切削工具９によって加工する。切削工具９先端の刃は、歯の切削と共用のものとしてもよいが、補綴物の加工に専用のものであるのが好ましく、材料の種類、部位又は工程（粗加工、仕上げ加工等）に応じて交換されるのがより好ましい。既存の歯科用ＣＡＤ／ＣＡＭシステムとの統合が可能であることはいうまでもない。
【００８５】
さらに、本発明は、治療用だけでなく、教育用にも使用することができる。例えば、学生等の実習生に対して以上で述べた方法によって設計した窩洞を再現するように切削させた場合に、切削量に過不足が生じている部位及びその過不足の量、切削の粗さ等を計測することで、形成の出来不出来を評価することができる。形成結果の評価システムには公知のいかなるシステム（例えば、株式会社モリタの歯科臨床実習教育用シミュレーションシステム「クリンシム」）をも採用することができる。
【００８６】
以上では、本発明について好ましい実施の形態により説明したが、本発明の範囲は、この説明に何ら制限されるものではなく、請求の範囲の記載をもとに、適用条文に従い判断される。
【符号の説明】
【００８７】
１…演算ユニット、２…カメラ、３…駆動ユニット、４…プローブ（接触プローブ）、５…マウス、６…キーボード、７…ディスプレイ、８…停止スイッチ、９…切削工具（ハンドピース）、１１…加速度センサ、１２…力センサ、３ａ…基盤、３１…可動ステージ、３２ａ〜３２ｃ…ストロークアクチュエータ、３３…ブラケット、４１…印象用トレー、４２…印象材、５１…接続ユニット、５１ａ…ボールジョイント、１０１…セグメント設定部、１０２…外形作成部、１０３…画像変換部、１０４…制御信号発生部、１０５…通信インターフェース、Ｔ…対象歯、ｐ…特徴点（ｐｃ…接続端、ｐｆ…開放端）、ｓ…セグメント（ｓ１…第１のセグメント、ｓ２…第２のセグメント）、ｃ…補助円、ｌｔ，ｌｐ…補助線、ｂ２〜ｂ４…ベジエ曲線、Ｐ…形成外形。
【図１】
2011030906.tif 000003
【図２】
2011030906.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011030906.tif 000006
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2011030906.tif 000008
【図５Ｃ】
2011030906.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011030906.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2011030906.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月6日(2012.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削対象の歯の画像情報を取得する画像情報取得手段と、
前記画像情報取得手段が取得した画像情報をもとに、前記歯の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定するセグメント設定手段であって、一端が開放され、他端で他のセグメントと接続する第１のセグメントと、両端で他のセグメントと接続する第２のセグメントとを含んで、前記歯の咬合面の裂溝に沿って前記セグメントを設定するセグメント設定手段と、
前記セグメント設定手段が設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を再現する形成外形を所定の規則に従って作成する外形作成手段と、
前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記歯を自動的に切削するか、又は切削工具を手に持って前記歯を切削する操作者に対し、前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記切削が進められるように促す案内を提供する切削手段と、
を含んで構成される歯牙切削装置。
【請求項２】
前記形成外形は、前記歯の切削想定領域を幾何学的に再現するものである請求項１に記載の歯牙切削装置。
【請求項３】
前記外形作成手段は、前記第１のセグメントについてその開放端を中心とする所定の半径の補助円を算出し、算出した補助円上の円弧を包含する閉曲線として前記形成外形を作成する請求項２に記載の歯牙切削装置。
【請求項４】
前記外形作成手段は、前記形成外形のうち接続端を共有する複数の前記第１のセグメントが形成する鳩尾形部を、前記補助円に接する第１の曲線によって接続する請求項３に記載の歯牙切削装置。
【請求項５】
前記第１の曲線は、前記接続端に対して遠位側に凸である請求項４に記載の歯牙切削装置。
【請求項６】
前記第１の曲線は、円弧又はベジエ曲線である請求項４又は５に記載の歯牙切削装置。
【請求項７】
前記外形作成手段は、前記第２のセグメントに対する接続端を異にして隣り合う前記第１のセグメントの間の形成外形を、前記補助円に接し、かつ前記第２のセグメントに対して近位側に凸の第２の曲線によって作成する請求項３〜６のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項８】
前記第２の曲線は、円弧又はベジエ曲線である請求項７に記載の歯牙切削装置。
【請求項９】
前記外形作成手段は、前記形成外形のうち前記第１のセグメントに対応する凸部に、前記第１のセグメントの接続端に近付くほど幅が広がるテーパを付与する請求項２〜８のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１０】
前記セグメント設定手段は、前記画像情報が示す前記歯の画像を画面に表示して、操作者に対して前記画像の歯科的特徴点の入力を促し、入力された歯科的特徴点のうち隣り合う点を繋いで前記セグメントを設定する請求項１〜９のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１１】
前記セグメント設定手段は、設定したセグメントを前記画像に重ねて表示し、表示したセグメントを前記画面上で移動又は変形させる操作者の指令によって前記セグメントを修正可能である請求項１０に記載の歯牙切削装置。
【請求項１２】
前記歯の輪郭線上の第１の点と、前記外形作成手段が作成した形成外形上の第２の点とを繋ぐ隣接面への移行部の外形を所定の規則に従って作成し、作成した隣接面への移行部の外形と前記形成外形とを前記第２の点において繋いだ線を、最終的な形成外形として設定する手段を更に含んで構成される請求項１〜１１のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１３】
前記切削手段は、工具の送り速度を切削時におけるこの工具の実際の回転速度に応じて制御し又は操作者が前記実際の回転速度の変化に対して前記送り速度を加減するように促す手段を備える請求項１〜１２のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１４】
前記切削対象の歯を前記切削手段の基準位置に対して固定する位置固定手段を更に含んで構成される請求項１〜１３のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１５】
前記切削手段による前記歯の切削を緊急停止する保全手段を更に含んで構成される請求項１〜１４のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１６】
前記切削手段による切削後の歯についてその切削領域の寸法情報を取得する寸法情報取得手段と、
前記寸法情報取得手段が取得した寸法情報を出力する情報出力手段と、を更に含んで構成される請求項１〜１５のいずれか１つに記載の歯牙切削装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の歯牙切削装置と、
前記切削装置による切削後の歯に装着される補綴物を加工する手段と、
コンピュータを含んで構成され、このコンピュータにより、前記情報出力手段が出力した寸法情報をもとに前記補綴物の形状データを作成するとともに、前記加工手段に対し、前記形状データに応じた制御信号を提供する手段と、
を含んで構成される歯牙修復システム。
【請求項１８】
切削対象の歯の画像情報を取得する画像情報取得手段と、
前記画像情報取得手段が取得した画像情報をもとに、前記歯の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定するセグメント設定手段と、
前記セグメント設定手段が設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を再現する形成外形を所定の規則に従って作成する外形作成手段と、
前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記歯を自動的に切削するか、又は切削工具を手に持って前記歯を切削する操作者に対し、前記外形作成手段が作成した形成外形に沿って前記切削が進められるように促す案内を提供する切削手段と、
前記歯の輪郭線上の第１の点と、前記外形作成手段が作成した形成外形上の第２の点とを繋ぐ隣接面への移行部の外形を所定の規則に従って作成し、作成した隣接面への移行部の外形と前記形成外形とを前記第２の点において繋いだ線を、最終的な形成外形として設定する最終外形設定手段と、
を含んで構成される歯牙切削装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、歯牙切削装置及び歯牙修復システムに関し、より詳細には、形成外形の設計を自動的に行う装置及びシステムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、以上の問題を考慮した歯牙切削装置及び歯牙修復システムを提供するものである。
本発明に係る歯牙切削装置は、切削対象の歯の画像情報を取得し、取得した画像情報をもとに、前記歯の切削想定領域を近似する複数の連続的な直線又は曲線のセグメントを設定する。そして、設定したセグメントをもとに、前記切削想定領域を再現する形成外形を所定の規則に従って作成し、作成した形成外形に沿って前記歯を切削する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
形成外形は、前記歯の切削想定領域を幾何学的に再現するものであるのが好ましく、そのような形態において、形成外形の作成に関する規則は、設計パラメータを用いて設定することが可能である。例えば、設計パラメータは、形成外形のうち第１のセグメントに対応する凸部の最小曲率半径及びこの凸部に付与するテーパ角、ならびに接続点を共有する複数の第１のセグメントが形成する鳩尾形部の脹らみ角を含んでよい。設計パラメータは、操作者によって設定可能であるのが好ましい。
本発明に係る歯牙修復システムは、切削後の歯に装着される補綴物を加工する手段と、コンピュータとを備え、前記コンピュータにより、切削後の歯の切削領域に関する寸法情報をもとに補綴物の形状データを作成するとともに、前記加工手段に対し、作成した形状データに応じた制御信号を提供する。
【国際調査報告】
2011030906.tif 000018
2011030906.tif 000019
2011030906.tif 000020
2011030906.tif 000021
2011030906.tif 000022
2011030906.tif 000023
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