(57)【要約】本発明は、オブジェクトのサーフェイスに着脱可能に嵌るテンプレートを設計する方法に関し、この方法は、−コンピュータ支援設計システムにおいて、オブジェクトのデジタル画像を得る段階と、−オブジェクト上に配置されるテンプレートのアプローチ方向を決定する段階と、−アプローチ方向に関連するアンダーカットの除去のために画像を操作して、オブジェクトの変更画像を結果として生じる段階と、−変更画像の形状に依存してテンプレートを画成する段階を有する。この方法では、画像は、アプローチ方向と同一であるビュー方向における視覚化のために処理され、そのように処理された画像は、変更画像として用いられ、テンプレートは、変更画像に依存して設計される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトのサーフェイスに着脱可能に嵌るテンプレートを設計する方法であって、
コンピュータ支援設計システムにおいて、前記オブジェクトのデジタル画像を得る段階と、
前記オブジェクト上に配置される前記テンプレートのアプローチ方向を決定する段階と、
前記アプローチ方向に関連するアンダーカットを除去するよう前記画像を操作し、前記オブジェクトの変更画像を結果として生じさせる段階と、
前記変更画像の形状に依存して、前記テンプレートを画成する段階と、
を有し、
前記画像は、前記アプローチ方向と一致するビュー方向における視覚化のために処理され、
そのように処理された前記画像は、前記変更画像として用いられ、
前記テンプレートは、前記変更画像に依存して設計されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記画像は、前記ビュー方向と平行な一組の仮想光線における各光線に対し、前記光線の出発の共通線から前記オブジェクトの前記画像の前記サーフェイスまでの距離を決定することによって、前記画像は視覚化のために処理され、
前記各光線の前記距離は、前記オブジェクトの前記変更画像を形成するために集められることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記テンプレートは、人工歯根用の穴のパラメータを決定するための医師のツールとして、患者の歯ぐき、歯、下顎、又は上顎上に配置されるドリルガイドであることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ドリルガイドが配置される前記歯ぐき、歯、下顎、又は上顎のサーフェイスは、人工歯根のグラフィカル表現を、前記歯ぐき、歯、下顎、又は上顎の３次元画像に、インタラクティブに位置付ける処理において画成されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ドリルガイドの前記アプローチ方向は、前記歯ぐき、歯、下顎、又は上顎の前記３次元画像の特性に依存して決定されることを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
【請求項６】
オブジェクトのデジタル画像を得るための命令と、
前記オブジェクト上に配置されるテンプレートのアプローチ方向を決定するための命令と、
前記アプローチ方向に関連するアンダーカットを除去するよう前記画像を操作し、前記オブジェクトの変更画像を結果として生じさせるための命令と、
前記変更画像の形状に依存して、前記テンプレートを画成するための命令と、
を有するコンピュータプログラムであって、
前記画像は、前記アプローチ方向と同一であるビュー方向における視覚化のために処理され、
そのように処理された前記画像は、前記変更画像として用いられ、
前記テンプレートは、前記変更画像に依存して設計されることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項７】
オブジェクトのデジタル画像を得、
前記オブジェクト上に配置されるテンプレートのアプローチ方向を決定し、
前記アプローチ方向に関連するアンダーカットを除去するよう前記画像を操作し、前記オブジェクトの変更画像を結果として生じさせ、
前記変更画像の形状に依存して、前記テンプレートを画成するよう構成されるワークステーションであって、
前記画像は、前記アプローチ方向と同一であるビュー方向における視覚化のために処理され、
そのように処理された前記画像は、前記変更画像として用いられ、
前記テンプレートは、前記変更画像に依存して設計されることを特徴とするワークステーション。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、オブジェクトのサーフェイスに着脱可能に嵌るテンプレートを設計する方法に関する。この方法は、
−コンピュータ支援設計システムにおいて、オブジェクトのデジタル画像を得る段階と、
−オブジェクト上に配置されるテンプレートのアプローチ方向を決定する段階と、
−アプローチ方向に関連するアンダーカットの除去のために画像を操作して、オブジェクトの変更画像を結果として生じさせる段階と、
−変更画像の形状に依存してテンプレートを画成する段階と、を有する。
【０００２】
このような方法は、オブジェクトのサーフェイスに厳密に嵌らなければならない部品を設計するために用いられる。この方法は、慣習から周知である。
【０００３】
オブジェクトのサーフェイスに嵌められる部品の設計は、基本的に、その部品が嵌められるオブジェクトの外側の輪郭に沿うべきである。しかし、この基本的な要件に関連する問題は、オブジェクトのサーフェイスの外形は、関心の部品の配置と後続の取外しを可能にするのに、常に適しているわけではないという点である。そのような部品を、所与のオブジェクト上に配置し、その後で、そこから取外すことを可能にするためには、アプローチ方向に依存して、部品がそこから製造されるテンプレートの正確な適合を回避することが、時として、必要である。
【０００４】
この問題を、図１を参照して説明する。ここでは、それぞれ左側にテンプレートＡを示し、テンプレートＡは、オブジェクトＢのサーフェイス上への配置と、後続のサーフェイスからの取外しを可能にする。図１の中心と右側では、オブジェクトＢの外側曲率に完全に適合するテンプレートＡが、オブジェクトＢ上に配置され、続いてオブジェクトＢから取外しすることが可能ではない２つの例を示す。
【０００５】
図２も、オブジェクトＢに対しテンプレートＡの様々なアプローチ方向ｄに応じた同じ問題を示す。選択されたアプローチ方向に依存して、テンプレートＡをオブジェクトＢに配置して、続いて、オブジェクトＢからテンプレートＡを取外しすることを可能にするために、テンプレートＡにおけるオブジェクトＢの外側曲率との正確な適合を回避することが必要となる。
【０００６】
図３は、テンプレートＡのオブジェクトＢ上への配置、及び、後続の取外しを可能にするために、テンプレートＡの一部を形成するべきではない部分を、黒の領域として示す。このような黒の部分は、当該技術において、アンダーカットとして周知である。
【０００７】
テンプレートＡの所望の形状を決定する際に、従来技術は、アプローチ方向におけるオブジェクトＢのサーフェイスのスイーピング又は押出しといった処理においてアンダーカットの除去の処理を行う。この処理に必要な計算は難しく、計算上高価である。本発明は、この方法を単純化し、計算上あまり高価でないようにすることを目的とする。
【０００８】
このために、オブジェクトのサーフェイスに着脱可能に嵌るテンプレートを設計する本発明の方法は、オブジェクトの画像は、アプローチ方向と一致するビュー方向における視覚化のために処理され、そのように処理された画像は、変更画像として用いられ、テンプレートは、変更画像に依存して設計されることを特徴とする。
【０００９】
オブジェクトの画像は、例えば、２次元、又は、３次元のデータセットといった多次元のデータセットの形式を有し得る。このような多次元データセットは、データ値を、多（例えば、２又は３）次元の幾何学空間における各位置に割当てる。多次元データセットは、特に、オブジェクトの空間形状を表す。
【００１０】
本発明は、アンダーカット除去におけるアプローチ方向は、所定のビュー方向において３次元の構造を見たときに可視となる視覚的対象に直接的に対応するという認識に基づいている。３次元視覚化において見えない部分は、まさに、視覚化されたオブジェクトに嵌められるときにテンプレートから除去されなければならないアンダーカットである。
【００１１】
アンダーカットを除去する効率がよく、計算上比較的容易なやり方は、１つの方法に具現化するが、この方法は、画像は、ビュー方向と平行な一組の仮想光線における各光線に対し、光線の出発の共通線からオブジェクトの画像のサーフェイスまでの距離を決定することによって、画像は視覚化のために処理され、各光線の距離は、オブジェクトの変更画像を形成するために集められることを特徴とする。このように形成されるオブジェクトの変更画像は、回避されなければならず、また、その本質によって、ビュー方向においてオブジェクトを見たときに見ることのできないアンダーカットを有さない。オブジェクトの変更画像の外面に適合するよう製造されるテンプレートは、オリジナルのオブジェクト上に配置され、その後に、オリジナルのオブジェクトから取外しされることが可能である。オブジェクトの画像に関連して上述したようなやり方で集められた一組の距離は、当該技術において、いわゆるＺバッファ又は奥行きバッファと称する。
【００１２】
上述した方法は、テンプレートが、人工歯根の穴のパラメータを決定するための医師のツールとして患者の下顎又は上顎上に配置されるドリルガイドであると、特に有用である。
【００１３】
ドリルガイドが配置される下顎又は上顎のサーフェイスは、下顎又は上顎の３次元画像に人工歯根のグラフィカル表現をインタラクティブに位置付ける処理において画成されることが有利である。
【００１４】
ドリルガイドのアプローチ方向は、下顎又は上顎の３次元画像の特性に依存して決定されることが好適である。
【００１５】
本発明は更に、ワークステーションとコンピュータプログラムにも関する。本発明のワークステーションは、請求項７に記載する。本発明のワークステーションは、本発明の方法を実施することができる。本発明のコンピュータプログラムは、請求項６に記載する。コンピュータプログラムは、コンピュータにロードされると、コンピュータに、本発明の方法に関連付けられる技術的効果を達成させることが可能である。本発明のコンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭといったデータ担体上に設けられることが可能である。又は、コンピュータプログラムは、ワールド・ワイド・ウェブといったデータネットワークを介して利用可能にされ得る。
【００１６】
本発明を、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００１７】
本発明が解決しようと試みる問題は、上記に図１乃至３を参照しながら説明した。
【００１８】
まず、図４を参照しながら、本発明の以下の議論を提供する。
【００１９】
コンピュータ支援設計システムにおけるオブジェクトＢのデジタル３次元画像から開始するに、本発明の方法は、図４の左側に示すこの画像を処理し、この画像を、図４に右側に示す変更画像に変換する。上述したように、本発明の方法の基本は、アンダーカット除去におけるアプローチ方向と、３次元構造の視覚化におけるビュー方向との間の類似性の認識にある。
【００２０】
特定のアプローチ方法が与えられて、アンダーカット除去のために変更される必要のないサーフェイス部分は、まさに、同じアプローチ方向に沿っての平行投影を用いた３次元オブジェクトＢの視覚化後に見えるサーフェイスの部分である。
【００２１】
３次元視覚化において見えない部分は、変更される必要がある、より正確には、ビュー／アプローチ方向において押出しされる必要があるサーフェイス部分である。
【００２２】
３次元構造の視覚化には、Ｚバッファ又は奥行きバッファと称する中間構造を有利に用いることができる。この構造は、実際には、結果として生じる投影画像と同じサイズの画像であり、この画像は、視点位置から各投影光線が視覚化されたオブジェクトＢのサーフェイスに当たる点までの投影光線に沿った距離ｚを有する。従って、Ｚバッファ自体が、３次元のサーフェイス、即ち、ｘ、ｙ座標と３次元としての画素値ｚを有する２次元画像として解釈されることが可能である。Ｚバッファサーフェイスによって囲まれる容積ｚ（図４の右側を参照）と、ｚの一部の任意の（十分に大きい）値は、図４の左側に示す上述のオブジェクトＢと同じ形状を有するオブジェクトとみなすことができる。
【００２３】
上述したＺバッファは、オブジェクトＢの視覚化が計算されるときに自動的に生成される。これは、オブジェクトＢの形状が、離散的な２値ボクセル容積として、又は、幾何学的なサーフェイス記述によって表されるか否かに関らず言えることである。Ｚバッファは、例えば、三角形分割メッシュのように幾何学的に記述されることが可能である。テンプレートＡの所望の形状は、Ｚバッファサーフェイスにより取り囲まれる容積Ｚの形状の実物とは反対の凹凸をもつネガを取ることにより決定することができる。図５の右側を参照されたい。
【００２４】
本発明の利点は、かなり高速な段階まで進化した視覚化方法を、オブジェクトの（複雑な）サーフェイスに嵌る必要のあるテンプレートを設計する対象分野に持ってくることである。サブセカンドの再構成時間は一般的であり、これは、適合するＺバッファの生成を含む視覚化方向の変更は、オブジェクトＢの３次元画像の視覚的なフィードバックを用いてインタラクティブに行うことができるということを意味する。
【００２５】
３次元画像は、ユーザが最適なアプローチ方向を見つけることを支援するために、関連情報を表す追加のグラフィックと組合わされることが可能である。一部の状況において、所要のアプローチ方向は、既知であるか、又は、他の情報から自動的に導き出される場合があり、この場合、視覚的なフィードバックを用いたアプローチのインタラクティブな決定は省略することが可能である。
【００２６】
提案する処理は、以下の通りとなる。
・オブジェクトＢのインタラクティブな視覚化と最適なアプローチ方向ｄの決定
・Ｚバッファサーフェイスの幾何学的記述（例えば、三角形分割）を計算する
・容積Ｚの形状のネガとしての適合テンプレートＡの形状の決定
この提案する処理では、従来技術の手順の困難且つ費用のかかる部分であった幾何学的に記述されるサーフェイスの形状を操作する必要がもはやなくなる。３次元ドローイングツールとオブジェクトＢの３次元画像の視覚的フィードバックによって、テンプレートＡと接触する必要のあるオブジェクトＢのサーフェイスの部分を、インタラクティブに示すことも可能である。このことは、もう１つの重要な最適化を可能にする。何故なら、その場合、Ｚバッファサーフェイスの関連のある部分のみが三角形分割される、又は、そうでなければ、記述されればよいことになるからである。
【００２７】
本発明の方法は、人工歯根用の穴のパラメータを決定するための医師のツールとして、患者の歯ぐき、歯、下顎、又は上顎に配置されるドリルガイドの設計に効果的に用いられることが可能である。そのような用途において提案する段階は、以下の通りであることが可能である。
・人工歯根の配置ために、患者の歯ぐき、歯、下顎、又は上顎にあける必要のある穴の位置、向き、長さ、及び直径を決定する。
・このことは、術前に、骨と周りの軟組織の構造、密度等を示す２次元断面と組合わされて骨の３次元視覚化を用いて行われる。これらの視覚化は、例えば、当該の患者容積の事前に得られた３次元ＣＴスキャンから導き出される。人工歯根のグラフィカル表現は、位置付けられ、且つ、インタラクティブに操作することが可能であり、常に、患者情報と共に、３次元オブジェクト及び２次元断面として視覚化される。
・歯ぐき、歯、又は骨のサーフェイスのどの部分が、ドリルガイドの接触領域として機能するのかを示す。
・患者の解剖学的構造の３次元視野を操作することにより、アプローチ方向を視覚的に決定する。
・Ｚバッファサーフェイスの関連の部分を三角形分割する。
・このサーフェイスパッチを、医師が計画に応じて正確に穴をあけることを可能にする、適切な場所における、適切な直径を有する円筒状の穴を有する完全なドリルガイドの自動設計の基本として用いる。
・ドリルガイドのサーフェイス記述を、ドリルガイドを製造しそれを戻す製造業者にエクスポートする。
・ドリルガイドを、手術中に、患者の歯ぐき、歯、又は骨に接触させて配置し、ドリルガイドによってあけられた穴にドリルを配置することによって、計画した位置、深さ、直径等でドリルする。
【００２８】
上述の説明から明らかであるように、本発明は、オブジェクトは適合するよう設計されなければならず、更に、別のオブジェクトに接して置かれ、次に取外しされることが可能でなければならない技術の多くの領域に適用可能である。従って、本発明は、上述の説明に制限されると考えるのではなく、上述の説明が、任意の不明な点をなくすよう機能する特許請求の範囲に制限される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】配置及び後続の取外しを可能にする、オブジェクトのサーフェイスのテンプレートを設計する際の問題を説明する図である。
【図２】配置及び後続の取外しを可能にする、オブジェクトのサーフェイスのテンプレートを設計する際の問題を説明する図である。
【図３】配置及び後続の取外しを可能にする、オブジェクトのサーフェイスのテンプレートを設計する際の問題を説明する図である。
【図４】本発明の方法を説明する図である。
【図５】本発明の方法を説明する図である。
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2005505396.tif 000009
2005505396.tif 000010
2005505396.tif 000011
2005505396.tif 000012
2005505396.tif 000013
2005505396.tif 000014
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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