(57)【要約】患者の歯の元の位置のモデルを記憶することによって、有効な矯正治療を判断する。患者の歯を元の位置モデルに従って表示し、提案された矯正治療に従って装置を選択する。患者の歯の最終の位置モデルも記憶され、選択された装置が最終の位置モデルに基づいて表示される。装置および患者の歯および骨にかかる応力、歪み、力および／またはモーメントを求めるために、提案された矯正治療と最終の位置から元の位置までの患者の歯の移動とに基づいて、有限要素分析を行う。応力、歪み、力および／またはモーメントが最適化されない場合には、新たな矯正治療が提案され、プロセスが繰り返される。
2005503235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の歯における第１の位置をモデリングする工程と、
患者の歯の所望の第２の位置をモデリングする工程と、
矯正治療と前記第１および第２の位置間での前記患者の歯の移動とに基づいて有限要素分析を実施する工程と、
を含む、矯正治療の分析方法。
【請求項２】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記矯正治療が、前記患者の歯に適用される一組の矯正装置に基づくものであり、前記有限要素分析を実施する工程が、前記一組の矯正装置と前記患者の歯の前記第１および第２の位置間の移動とに基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記有限要素分析を実施する工程が、
前記第１および第２の位置間の前記患者の各歯についての位置ベクトルを決定する工程と、
前記矯正治療と前記位置ベクトルに沿った前記患者の歯の移動とに基づいて前記有限要素分析を実施する工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記矯正治療が、前記患者の歯に適用される一組の矯正装置に基づくものであり、前記有限要素分析を実施する工程が、前記一組の矯正装置と前記患者の歯の前記第１および第２の位置間の移動とに基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記患者の歯の前記第１の位置が元の位置であり、前記患者の歯の前記第２の位置が最終の位置である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記患者の歯の前記第１の位置が元の位置であり、前記患者の歯の前記第２の位置が中間位置である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ａ）患者の歯における第１の位置に基づいて第１のモデルを作成する工程と、
ｂ）前記患者の歯の所望の位置を表す第２の位置に基づいて第２のモデルを作成する工程と、
ｃ）提案された矯正治療に従って、提案された一組の矯正装置を選択する工程と、
ｄ）前記提案された矯正治療と前記患者の歯の前記第１および第２の位置間の移動とに基づいて有限要素分析を実施する工程と、
ｅ）前記有限要素分析が、前記提案された矯正治療によって望ましくない影響を与えることを示す場合に、新しい一組の矯正装置を選択する工程と、
ｆ）有効な矯正治療がなされるまでｄ）およびｅ）を必要に応じて繰り返す工程と、
を含む、前記有効な矯正治療を判断する方法。
【請求項１２】
前記望ましくない影響には、所望の範囲外の応力および／または歪みが含まれる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記望ましくない影響には、許容限界上下の応力および／または歪みが含まれる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記第１および第２のモデルに基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記有限要素分析を２段階で実施する工程を含み、前記第１の段階がアーチワイヤのワイヤ変形を判断し、前記第２の段階が前記ワイヤ変形の結果としての応力、歪み、力および／またはモーメントを判断する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記有限要素分析を実施する工程が、
前記第１および第２の位置間の前記患者の各歯についての位置ベクトルを決定する工程と、
前記矯正治療および前記位置ベクトルに沿った前記患者の歯の移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程と、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のモデルを作成する工程が、前記第１のモデルを表示する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記提案された一組の矯正装置を選択する工程が、前記表示された第１のモデルに基づいて前記提案された一組の矯正装置を選択する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記提案された一組の矯正装置を選択する工程が、前記第２のモデルに前記提案された一組の矯正装置を取り付ける工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記提案された一組の矯正装置を選択する工程が、前記第２のモデルに前記取り付けられた一組の矯正装置を表示する工程を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のモデルを作成する工程が、前記第１のモデルを表示する工程を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記提案された一組の矯正装置を選択する工程が、前記表示された第１のモデルに基づいて前記提案された一組の矯正装置を選択する工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記有限要素分析を２段階で実施する工程を含み、前記第１の段階がアーチワイヤのワイヤ変形を判断し、前記第２の段階が前記ワイヤ変形の結果としての前記提案された一組の矯正装置の応力、歪み、力および／またはモーメントを求める、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記患者の歯の前記第１の位置が元の位置であり、前記患者の歯の前記第２の位置が最終の位置である、請求項１１に記載の方法。
【請求項２６】
前記患者の歯の前記第１の位置が元の位置であり、前記患者の歯の前記第２の位置が中間位置である、請求項１１に記載の方法。
【請求項２７】
コンピュータにより実行される時に、
ａ）患者の歯における第１の位置モデルを記憶するタスクと、
ｂ）前記患者の歯の所望の位置を表す第２の位置モデルを記憶するタスクと、
ｃ）一組の矯正装置を記憶するタスクと、
ｄ）前記第１および第２の位置モデルのうち一つに従って前記患者の歯に前記一組の矯正装置を適用するタスクと、
ｅ）前記第１の位置モデル、前記第２の位置モデルおよび前記適用された一組の矯正装置に基づいて有限要素分析を実施するタスクと
を実施する、プログラムコードが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項２８】
前記有限要素分析を実施するタスクが、適用された一組の矯正装置から得られる応力、歪み、力および／またはモーメントを表示するタスクを含む、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項２９】
前記元の位置モデルを記憶するタスクが、前記患者の上部および下部弓を表示するタスクを含む、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３０】
前記一組の矯正装置を適用するタスクが、前記患者の歯の前記適用された一組の矯正装置を表示するタスクを含む、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３１】
前記有限要素分析を実施するタスクが、元および最終の位置モデルにより表されるように、前記元および最終の位置間の前記患者の歯の移動に基づいて前記有限要素分析を実施するタスクを含む、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３２】
前記有限要素分析を実施するタスクが、元および最終の位置モデルにより表されるように、前記元から前記最終の位置までの前記患者の歯の移動に基づいて前記有限要素分析を実施するタスクを含む、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３３】
前記一組の矯正装置を適用するタスクが、前記最終の位置モデルに従って、前記患者の歯に前記一組の矯正装置を適用するタスクを含む、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３４】
前記有限要素分析を実施するタスクが、
元および最終の位置モデルにより表されるように、前記元および最終の位置間の前記患者の各歯についての位置ベクトルを決定するタスクと、
前記適用された一組の矯正装置および前記位置ベクトルに沿った前記患者の歯の移動に基づいて前記有限要素分析を実施するタスクと
を含む、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３５】
前記第１の位置モデルが前記患者の歯の元の位置を表し、前記患者の歯の前記第２の位置が最終の位置である、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３６】
前記第１の位置モデルが前記患者の歯の元の位置を表し、前記患者の歯の前記第２の位置が中間位置である、請求項２７に記載のコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項３７】
ａ）患者の歯における第１の位置を記憶する工程と、
ｂ）前記第１の位置に従って、前記患者の歯を表示する工程と、
ｃ）前記患者の歯の提案された矯正治療に従って矯正装置を選択する工程と、
ｄ）前記患者の歯の所望の位置である第２の位置を記憶する工程と、
ｅ）前記選択された矯正装置を前記患者の歯に前記第２の位置で取り付ける工程と、
ｆ）有限要素分析を実施して、前記第１および第２の位置、および前記提案された矯正治療に基づいて前記矯正装置および前記患者の歯への影響を評価する工程と、
を含む、コンピュータ支援により実施される、有効な矯正治療を判断する方法。
【請求項３８】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記一組の矯正装置と前記患者の歯の前記第１および前記第２の位置間の移動とに基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記有限要素分析を実施する工程が、
前記第１および第２の位置に基づいて前記患者の各歯についての位置ベクトルを決定する工程と、
前記提案された矯正治療と前記位置ベクトルに沿った前記患者の歯の移動とに基づいて前記有限要素分析を実施する工程と、
を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記位置ベクトルに沿った前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記有限要素分析を実施する工程が、
前記第１および第２のモデルにより表される前記第１および第２の位置間の前記患者の各歯についての位置ベクトルを決定する工程と、
前記患者の歯、ＰＤＬおよび骨および前記提案された矯正治療に材料特性を割り当てる工程と、
前記提案された矯正治療と、前記割り当てられた材料特性と、前記第１および第２の位置間の患者の歯の移動とに基づいて前記有限要素分析を実施する工程と、
を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記患者の歯の前記第２の位置から前記第１の位置までの移動に基づいて前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記矯正装置の変形ワイヤにより前記歯にかかる力に基づいて、および前記歯の元の位置からの歯の移動経路を予測するために前記歯、ＰＤＬおよび骨の前記材料特性に基づいて、前記有限要素分析を実施する工程を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記提案された矯正治療に用いる前記患者の歯と前記選択された矯正装置との両方についての応力、歪み、力および／またはモーメントを表示する工程を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記提案された矯正治療に用いる前記患者の歯と前記選択された矯正装置との両方についての応力、歪み、力および／またはモーメントを表示する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記有限要素分析を実施する工程が、前記有限要素分析を２段階で実施する工程を含み、前記第１の段階がアーチワイヤのワイヤ変形を判断し、前記第２の段階が、前記変形の結果としての前記提案された一組の矯正装置と前記患者の歯とにかかる応力、歪み、力および／またはモーメントを求める、請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記患者の歯の前記第１の位置が元の位置であり、前記患者の歯の前記第２の位置が最終の位置である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
前記患者の歯の前記第１の位置が元の位置であり、前記患者の歯の前記第２の位置が中間位置である、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矯正装置を設計かつ／または選択するために有限要素分析を用いることに関する。
【背景技術】
【０００２】
矯正は歯科の一部門であり、位置異常の歯を矯正して正しい位置に移動するものである。矯正治療を処方する前に、通常、患者の歯および顎構造のＸ線および写真を撮る。患者の歯の型も通常作成する。Ｘ線および写真と共に型を作ることで、治療の前に、患者の歯の位置および歯列弓のモデルが得られる。
【０００３】
矯正歯科医は、患者の歯および歯列弓の所望の位置の後治療モデルにも頼っている。この後治療モデルは、矯正歯科医の経験と技能に基づいて、矯正歯科医の意向で処方されたメンタルモデルであるのが一般的であった。しかしながら、コンピュータ化された後治療モデルの開発において、コンピュータプログラムが矯正歯科医を補助することも知られている。矯正歯科医は、患者の歯および／または歯列弓を前治療モデルにより示された位置から、後治療モデルにより示された所望の位置まで移動するための初期治療方針を作り上げる。
【０００４】
初期治療方針を実施するために、矯正歯科医は、様々な矯正装置を患者の歯につける。一般的な治療においては、ブラケットを前歯、犬歯、小臼歯および臼歯につける。アーチワイヤを結紮糸によりブラケットに保持すると、アーチワイヤがトラックを形成して、ブラケットおよび関連の歯の正しい咬合の所望の位置への移動を誘導する。歯を正しく配置するのに用いられるブラケット、アーチワイヤ、結紮糸および補助具は、一般的に「ブレース」と呼ばれている。
【０００５】
矯正歯科医の治療方針では、上部と下部歯列弓間の相対的な位置合わせを正しくすることを求める場合が多い。例えば、顎を閉じたときに、下部歯列弓が、上部歯列弓の位置に対して後部方向にかなり距離をもって位置している、ＩＩ級の不正咬合と呼ばれる状態の患者がいる。顎を閉じたときに、下部歯列弓が、上部歯列弓の位置に対して所望の位置よりも前方向に位置している、ＩＩＩ級の不正咬合と呼ばれる状態の患者もいる。
【０００６】
ＩＩ級およびＩＩＩ級の不正交合の矯正治療は、一般的に、上部および下部歯列弓が一つの単位として互いに相対的に移動することによって矯正するものである。これが終了するまでに、歯列弓につけられたブラケット、アーチワイヤおよび／または補助具に力がかかることによって、一つの単位として、各歯列弓にも力がかかる。このように、ＩＩ級またはＩＩＩ級の不正交合は、アーチワイヤおよびブラケットを用いて個々の歯を互いに相対的に所望の位置まで移動するのと同時に矯正することができる。
【０００７】
ＩＩ級およびＩＩＩ級の不正交合の矯正は、患者の後頭部へと延在するストラッピングを含むヘッドギアのような他の装置を用いて行われることもある。ストラッピングには、ブラケット、アーチワイヤおよび／または補助具への引張りばねが付いていることが多い。ＩＩＩ級の不正交合の矯正については、患者の頤に外側で係合する頤帽に引張りばねによりストラッピングをつなぐことができる。いずれにしても、ストラッピングとばねは、それをかけた顎に後部方向の力を加える。
【０００８】
明らかに見えてしまうため満足の得られないヘッドギアを用いる代わりに、ＩＩ級およびＩＩＩ級の不正交合を矯正するのに、医師と患者の多くが口腔内装置を用いるのを好む。かかる装置は、犬歯、小臼歯および臼歯の近く、そして、患者の前歯から離して配置されることが多い。従って、ＩＩ級およびＩＩＩ級の不正交合の矯正用の口腔内装置は、取り付けてしまえば、その大部分が隠れる。
【０００９】
エラストマー材料でできた矯正力モジュールもまたＩＩ級およびＩＩＩ級の不正交合を治療するのに用いられてきた。かかる力モジュール対は、口腔の逆側の歯列弓間に付けられる。エラストマー力モジュール（ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｏｄｕｌｅ）に張力をかけて用いると、各力モジュールの取付点間で伸張している基準線に沿った方向に両顎が引っ張られる。かかる力モジュールは、Ｏリング、または様々な一体化接続されたＯ−リングでできた鎖タイプのモジュールであってもよい。これらのモジュールは、適宜交換したければ患者が取り外すことができる。かかった張力が十分でない範囲まで使用するとモジュールが壊れたり、エラストマー材料が劣化するためである。患者の上部および下部歯列弓に接続される可撓性部材による、除去できない口腔装置も知られている。さらに、歯列弓を、改善された位置合わせとするのに用いられる筒型管も知られている。
【００１０】
このように、治療方針を実施するのに矯正歯科医が利用できる矯正具は様々ある。しかしながら、矯正歯科医の初期治療方針を効果的に実施できそうな装置を矯正歯科医が正しく選択するのを補助するツールはほとんどない。さらに、初期治療方針の有効性を矯正歯科医が正しく予測できるようなツールもほとんどない。従って、矯正歯科医が、治療方針に対応して、歯および歯列弓が正確に移動しているかどうかを観察しながら、経時により治療方針は修正されることが多い。
【００１１】
有限要素分析を矯正歯科の分野に用いることは知られている。例えば、米国特許第５，１３１，８４４号には、個々の歯または一組の歯の有限要素構造モデルを開発して、様々な負荷条件下で応力分布を求めることが開示されている。この特許は、かかるモデルによって、歯科材料の試験、咬合ずれの影響の研究および適正な修復条件の決定について新たな方針が導かれる、ということを示唆している。この特許はさらに、このモデルを補綴術の設計に用いることができることも示唆している。米国特許第４，９７５，０５２号には、有限要素モデルを用いて、レトラクタ組立品の最適角度を求めることが開示されている。有限要素分析を用いて、ブラケットにかかった負荷によっていかにしてブラケットの材料中に引張り応力が生成されるか判断することも知られている。
【００１２】
しかしながら、有限要素分析は、有効な矯正治療方針を開発するために、矯正装置と歯の間の相互作用を研究するのには用いられてこなかった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、矯正治療の分析方法は患者の歯における第１の位置をモデリングする工程と、患者の歯における所望の第２の位置をモデリングする工程と、矯正治療と第１および第２の位置間での患者の歯の移動とに基づいて有限要素分析を実施する工程とを含む。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、有効な矯正治療を判断する方法は、ａ）患者の歯における第１の位置に基づいて第１のモデルを作成する工程と、ｂ）患者の歯の所望の位置を表す第２の位置に基づいて第２のモデルを作成する工程と、ｃ）提案された矯正治療に従って提案された一組の矯正装置を選択する工程と、ｄ）提案された矯正治療と第１および第２の位置間の患者の歯の移動とに基づいて有限要素分析を実施する工程と、ｅ）有限要素分析が、提案された矯正治療によって望ましくない影響を与えることが示される場合に新しい一組の矯正装置を選択する工程と、ｆ）有効な矯正治療がなされるまでｄ）およびｅ）を必要に応じて繰り返す工程とを含む。
【００１５】
本発明のさらに他の態様によれば、コンピュータ読取可能な記憶媒体は、コンピュータにより実行されると、ａ）患者の歯における第１の位置モデルを記憶するタスクと、ｂ）患者の歯の所望の位置を表す第２の位置モデルを記憶するタスクと、ｃ）一組の矯正装置を記憶するタスクと、ｄ）第１および第２の位置モデルの一つに従って患者の歯に一組の矯正装置を適用するタスクと、ｅ）第１の位置モデル、第２の位置モデルおよび適用された一組の矯正装置に基づいて有限要素分析を実施するタスクを実施するプログラムコードを有する。
【００１６】
本発明のさらに他の態様によれば、コンピュータ支援により実施される有効な矯正治療を判断する方法は、ａ）患者の歯における第１の位置を記憶する工程と、ｂ）第１の位置に従って、患者の歯を表す工程と、ｃ）患者の歯の提案された矯正治療に従って矯正装置を選択する工程と、ｄ）患者の歯の所望の位置である第２の位置を記憶する工程と、ｅ）選択された矯正装置を患者の歯に第２の位置で取り付ける工程と、ｆ）有限要素分析を実施して、第１および第２の位置、および提案された矯正治療に基づいて矯正装置および患者の歯への影響を評価する工程とを含む。
【００１７】
これらおよびその他の特徴および利点は、図面と共に本発明の詳細な説明からより明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に、本発明に従って矯正治療開発プログラムを実施するのに用いられるデータ処理システム１０の単純化ブロック図を示す。データ処理システム１０には、バスシステム１４により数多くの周辺装置と通信する少なくとも１台のプロセッサ１２が含まれる。バスシステム１４は、ローカルバスと１つ以上の拡張バス（例えば、ＡＤＢ、ＳＣＳＩ、ＩＳＡ、ＥＩＳＡ、ＭＣＡ，ＮｕＢｕｓまたはＰＣＩ）ならびにシリアルおよびパラレルポートを含むことができる。しかしながら、好適なバス構成であればいずれをこのバスシステム１４に用いてもよい。
【００１９】
周辺装置には、ＲＡＭ記憶装置１８、ＲＯＭ記憶装置２０およびファイル記憶装置２２を有するメモリシステム１６が含まれる。周辺装置にはまた、ユーザインタフェース２４およびネットワークインタフェース２６が含まれる。ユーザインタフェース２４には、キーボード、マウス、プリンタ、ビデオモニタ、スピーカ等としてのユーザインタフェース装置への接続が含まれる。ネットワークインタフェース２６には、ネットワークサーバ、ウェブサイト、その他ユーザ等といった外部機械へ接続するためのモデムが含まれる。データ処理システム１０は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、メインフレーム等で実施可能である。
【００２０】
ＲＡＭ記憶装置１８を用いて、プログラム実行中の指示やデータを記憶することができ、ＲＯＭ２０を用いて、データ処理システム１０のオペレーティングシステムのような固定した指示を記憶することができる。ファイル記憶装置２２は、プラグラムおよびデータファイルの不揮発性記憶装置を提供するものであり、１つ以上のハードディスクドライブ、１つ以上のフロッピーディスクドライブ、１つ以上のＣＤドライブ、１つ以上の取外し可能な媒体カートリッジドライブ等を含んでいる。
【００２１】
患者の歯のスキャンや患者の歯の鋳造にスキャナ２８を用いてもよい。スキャンは、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに示すプログラム１００に従ってさらに処理するためのデータセットとしてデータ処理システム１０に与えられる。スキャナ２８をデータ処理システム１０のポートと接続して、バスシステム１４を通して、スキャンしたデータセットをプロセッサ１２と直接通信できるようにしてもよい。あるいは、スキャナ２８を遠隔地に配置して、ネットワークインタフェース２６により、スキャンしたデータセットをデータ処理システム１０と通信させてもよい。
【００２２】
データ処理システム１０は、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに示すプログラム１００を実行する。プログラム１００のユーザは、患者のための矯正治療を開発している矯正歯科医であってもよい。しかしながら、臨床医師、矯正歯科医の助手、矯正製品開発業者といった他のユーザもあり得る。
【００２３】
プログラム１００のブロック１０２で、適切な患者の情報を入力し、後の使用のために記憶する。かかる情報としては、歯のサイズ、上部および下部歯列弓サイズ、不正咬合のタイプ、年齢、性別および／または望ましいまたは関連の患者情報が挙げられる。次に、患者の歯および／または歯列弓の前治療モデルを入力する。ブロック１０４で、プログラム１００を調整して、このモデルの入力方法を選択できるようにしてもよい。例えば、歯の縮尺模型を自動または手動で生成し、ブロック１０６で入力し、メモリシステム１６に記憶して、患者の歯の位置をブロック１０８でメモリシステム１６に入力または計算および記憶してもよい。さらに、またはこの代わりに、患者の歯または患者の歯の型をスキャナ２８を用いてスキャンし、歯のサイズ、歯の位置および／または歯列弓の形状を含む、得られたスキャンしたデータセットをブロック１１０でメモリシステム１６に記憶してもよい。
【００２４】
ブロック１０６、１０８および／または１１０の処理後、上部および下部歯列弓、その相対的な位置および患者の歯の位置をブロック１１２で表示する。この表示を用いて、所望の結果を得るための矯正歯科医により提案された矯正治療に従って、矯正歯科医による処方、ブラケット、アーチワイヤ、結紮糸および／またはその他矯正装置の初期の選択を促すことができる。これらの初期の選択をブロック１１４でメモリシステム１６に入力および記憶する。矯正歯科医の提案する矯正治療方針は矯正歯科医の経験に基づくものである。
【００２５】
しかしながら、ブロック１０６、１０８および／または１１０で入力した前治療モデルを、メモリシステム１６に記憶された治療データと比較することによって、初期の処方および装置の選択を自動的にできるようにブロック１１４でプログラム１００を調整してもよい。この治療データは、例えば、過去の前治療モデルから派生し、患者の治療に成功した、過去の前治療モデルおよび対応の矯正治療方針を含むルックアップテーブルまたはその他のデータ構造の形態であってもよい。このように、現在の患者の前治療モデルをメモリシステム１６へのアドレスとして用いて、このアドレスに対応する治療方針を読み出ることができる。患者の前治療モデルが、記憶された前治療モデルと正確に適合しない場合には、外挿法を用いることができる。
【００２６】
ブロック１１６で、処方、患者の歯列弓、アーチワイヤ形状、歯のサイズ等に基づいて、患者の歯の所望の最終の位置をメモリシステム１６に入力し記憶する。患者の歯の所望の最終の位置は、本明細書では、後治療モデルと呼ぶ。
【００２７】
患者の歯の中間位置もまたブロック１１６で入力および記憶することができる。患者の歯の１箇所以上のかかる中間位置は、矯正歯科医の提案した治療方針に患者の歯の多段での再配置が含まれる場合、各段階で力モジュールおよび／またはアーチワイヤのような選択した装置の交換や修正が含まれる場合、各段階で異なる力レベルを用いる場合、矯正歯科医が経時によって幾何形状および特性が変化する装置を用いて、治療中に交換する必要がある場合等に任意で用いられる。一例を挙げると、ニチノールアーチワイヤは、プログラム１００の実行中に、患者の歯を最終の位置から元の位置まで移動するときに考慮すべき記憶を有している。従って、ニチノールアーチワイヤを用いる場合には、歯を中間位置まで移動する間、アーチワイヤの材料特性を負荷をかけていない応力−歪み曲線に従って変えなければならない。
【００２８】
ブロック１１８で、歯の全発現について歯が所望の最終の位置になったら、プログラム１００は、最初に選択した装置を患者の歯に付ける。ブロック１１８で、プログラム１００は、歯が所望の最終の位置になったら、患者の歯に付けられた最初に選択した装置を表示する。
【００２９】
従って、プログラム１００は患者の前治療モデルと後治療モデルの両方を記憶している。この点で、ブロック１２０でプログラム１００は、患者の各歯についての位置ベクトルを計算し記憶する。各位置ベクトルは、対応の歯についての前治療モデルにおける元の位置から後治療モデルにおける最終の位置までを示す。
【００３０】
ブロック１２２でプログラム１００は、歯および装置の幾何形状を単純化し、有限要素分析により用いるための結果データファイルのフォーマットに変換する。ブロック１２２の単純化処理は、下流処理に必要な演算量を減じるべくデータを圧縮するために実行される。この単純化には、例えば、歯の咬合面を平坦化し、ブラケットの幾何形状を単純化することにより歯の幾何形状を単純化することが含まれる。この代わりに、その他のデータ圧縮技術を用いてもよい。いずれにしても、与えられた十分な演算能力によって、単純化処理を排除して、ブロック１２２がデータファイルフォーマットを、後述するように下流で実行される有限要素分析に用いられるものに単に変換できればよい。
【００３１】
ＡｂａｑｕｓやＡｎｓｙｓのような有限要素分析をプログラムにより用いてよい。これらの有限要素分析プログラムは、プログラム１００により用いられて、選択した矯正装置および患者の歯、ＰＤＬ（歯周療法リガメント構造）および骨にかかる応力、歪み、力、摩擦およびモーメントを求めることのできる、汎用有限要素分析プログラムである。特に矯正用に書かれた有限要素分析プログラムも用いることができる。
【００３２】
プログラム１００のブロック１２４で、ブロック１１４で選択された装置についての材料特性を割り当てる。装置材料特性は、メモリシステム１６のデータベースに記憶して、ブロック１１４で選択された装置に基づいてデータベースから自動的にアクセスできるようにしてもよい。あるいは、ブロック１１４で選択された装置の材料特性はブロック１２４で手動で入力してもよい。装置の材料特性は、治療中、矯正歯科医が装置を交換する度に入力する必要がある。例えば、異なる厚さおよび／または金属のアーチワイヤを、治療中に１回以上交換してもよい。また、治療中、アーチワイヤを１回以上、異なる幾何形状に曲げてもよい。かかる変化の度に、新たな装置の材料特性を入力する必要がある。
【００３３】
また、ブロック１２４で、材料特性が患者の歯に対して割り当てられる。患者の歯の材料特性は、メモリシステム１６のデータベースに記憶されて、ブロック１１４で入力した歯のタイプに基づいてデータベースから自動的にアクセスできるようにしてもよい。あるいは、患者の歯の材料特性はブロック１２４で手動で入力してもよい。
【００３４】
同様に、ブロック１２４でプログラム１００は、接触面が剛性と仮定される場合に、接触対の目的表面を除いて、全てのコンポーネント（歯と装置）をメッシュする。非剛性接触対をメッシュさせることができる。メッシュ作成は、分析そのものを行う前に有限要素分析プログラムにより行われるのが一般的である。ブロック１２４は、一般的なメッシュを用いたり、業界に知られた自動メッシュ作成器を実施してもよい。
【００３５】
さらに、接触対がブロック１２４で定義される。接触対には、互いに接触する２つの装置表面が含まれる。例えば、アーチワイヤと各ブラケットは対応の接触対を形成し、アーチワイヤと対応のブラケットにアーチワイヤを保持する各結紮糸は他の対応する接触対を形成し、ブラケットと結紮糸はさらに他の対応する接触対を形成する。一般に、接触対のある装置は接触表面を形成し、接触対の他の装置は目的表面を形成する。自己結紮ブラケットについては、アーチワイヤと栓またはクリップがさらに他の対応接触対を形成する。かかる接触対は全て、接触表面面積を識別し定量することによってブロック１２４で定義される。最後に、非自己結紮ブラケットが患者に用いるよう提案されている場合には、各ブラケットの人口栓をブロック１２４で、ブラケットアーチワイヤスロット上部に取り付けて、歯を移動する間に、アーチワイヤがアーチワイヤスロットから外れるのを防ぐ。
【００３６】
後治療モデルの所望の最終の位置から前治療モデルの元の位置までの位置ベクトルに沿って、メモリシステム１６に記憶されたデータに示されるように歯を移動することによって、有限要素分析をブロック１２６で行う。有限要素分析のこの実行によって、歯が位置ベクトルに沿って移動するにつれてアーチワイヤがどのように変形するか求められる。
【００３７】
次に、ブロック１２８で、患者のＰＤＬおよび骨に関連したデータを、患者の歯に関連したデータに追加する。また、ＰＤＬおよび骨材料特性もブロック１２８で入力しメッシュする。これらの特性は、公開されたＰＤＬおよび骨材料特性に基づくものである。（例えば、Ｃ．ブールベルら（Ｃ．Ｂｏｕｒａｖｅｌ，ｅｔ  ａｌ．，）「矯正歯の移動のシミュレーション（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ  Ｔｏｏｔｈ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ）」口腔顔面矯正ジャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｒｏｆａｃｉａｌ  Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃｓ）１９９９年を参照。）ブロック１２６の実行中に求めたアーチワイヤの変形により装置、歯、各歯のＰＤＬおよび骨にかかる応力、歪み、力、摩擦およびモーメントを求めるために、有限要素分析をこの点で再実行する。しかしながら、ブロック１２８で有限要素分析を再実行する前に、ブロック１２４で追加した栓がある場合には除去し、提案された矯正治療で用いられるエラストマー結紮糸を非自己結紮ブラケットへメッシュしなければならない。
【００３８】
中間位置が提案された矯正治療に含まれる場合には、ブロック１３０による処理のために、最終の位置と元の位置の間の各中間位置で有限要素分析の実行をブロック１２８で終わらせる必要がある。上述したように、治療中に、矯正歯科医が中間位置を用いる場合には、ブロック１３０を用いる。例えば、装置を変更したら、関連装置の材料または幾何形状特性（ニチノールアーチワイヤ等）を変更しなければならない。同様に、骨改造モデルおよびＰＤＬおよび骨の生物機械的な材料特性（Ｊ．ミドルトンら（Ｊ．Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ，ｅｔ  ａｌ．，）「骨モデリングにおける歯周リガメントの役割：時間依存性有限要素モデルの初期開発（Ｔｈｅ  Ｒｏｌｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｉｏｄｏｎｔａｌ  Ｌｉｇａｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｂｏｎｅ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ：Ｔｈｅ  Ｉｎｉｔｉａｌ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｔｉｍｅ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ」、Ａｍｅｒ．  Ｊｏｕｒ．  ｏｆ  Ｏｒｔｈｏｄ．  Ｄｅｎｔｏｆ．  Ｏｒｔｈｏｐ．，１９９６年２月１５５−１６２頁のような数多くの文献から利用可能である）は、ＰＤＬおよび骨の治療中の変更を考慮に入れるためブロック１３０で入力される。例えば、歯が移動するにつれて、移動している歯の前の骨は溶け、移動している歯の後ろの骨は成長する。これらの変化する骨の特性と、得られる変化する骨の幾何形状がブロック１３０でモデリングされて時間に対する歯の移動が予測される。しかしながら、上述した通り、ブロック１３０の処理は所望であれば除いてもよい。
【００３９】
ブロック１３２で、歯および装置が、有限要素分析により求められた応力、歪、力、摩擦およびモーメントと共に表示される。この表示はブロック１３４で試験される。ブロック１３６に示されるように、ブロック１３２で表示された応力、歪、力、摩擦および／またはモーメントが過剰であったり、所望の範囲外であるために、または力レベルが無効であるために、治療方針を修正する必要がある場合には、治療方針を変更して、修正した治療方針を用いてブロック１１４〜１３６の処理を繰り返す。例えば、装置または歯または骨にかかる応力が過剰であったり不十分な場合、またはリガメントの歪が過剰であったり不十分な場合には、治療方針の修正が必要である。
【００４０】
この点で、治療の成功に２つのみの位置（元の位置と最終の位置）だけが必要な場合には、処理を終了してもよい。従って、ブロック１３８は、まだ処理されていない治療方針に他の位置があるかどうか判断する。もしある場合には、歯を次の位置へ移動し、プログラム１００の次の反復を実施するためにブロック１０８へフローを進めるために、ブロック１４０がプログラム１００の反復を開始する。しかしながら、ブロック１３８が処理すべき他の位置がないと判断した場合には、処理を終了する。
【００４１】
本発明の特定の修正について上述してきた。本発明の技術を実施するのに他の修正が行われることもある。例えば、ブロック１３４および１３６は、手動で実施したり、計算された応力、歪、力、摩擦および／またはモーメントを、許容または所望範囲のものと比較して、逸脱した応力、歪、力、摩擦および／またはモーメントを所望および／または許容範囲内とするのを目標とした装置を選択することにより自動的に実施してもよい。
【００４２】
さらに、本発明は、特定の矯正装置に関して説明してきた。しかしながら、本発明は保持具、閉ループ、ＩＩ級補正具、鎖および／またはその他エラストマー製品、ヘッドギア、顔弓、ばねおよび／または米国特許第５，９７５，８９３号および第６，２２７，８５１号に記載されているような位置決め器のような他の矯正装置に結合して用いてもよいことを記しておく。
【００４３】
さらに、「第１の位置」および「第２の位置」という用語は、矯正治療について患者の歯の位置に関して用いてきた。しかしながら、これらの第１または第２の位置のいずれも患者の歯の元の位置、患者の歯の最終の位置、または患者の歯の中間の位置であってもよいものと考えられる。
【００４４】
従って、本発明の説明は、例証のためのみと考えられ、当業者に本発明を実施する最良の形態を教示するためのものである。詳細は、本発明の技術思想を逸脱することなく実質的に変えてもよく、添付の請求項の範囲内の全ての修正の排他的な使用は留保される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を実施するのに有用なコンピュータシステムのブロック図である。
【図２Ａ】本発明を実施するための図１のコンピュータシステムにより実行されるプログラムを表すフローチャート。
【図２Ｂ】本発明を実施するための図１のコンピュータシステムにより実行されるプログラムを表すフローチャート。
【図２Ｃ】本発明を実施するための図１のコンピュータシステムにより実行されるプログラムを表すフローチャート。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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