(57)【要約】      （修正有）【課題】インプラント手術の安全性や正確性を高めることができるインプラント手術補助システム等を提供すること。【解決手段】ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを備えるインプラント手術補助システムであって、前記ＰＣは、重畳された３次元画像から術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するインプラント手術補助システム。【選択図】図１
2018019772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを備えるインプラント手術補助システムであって、
前記ＰＣは、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶し、
前記ＰＣは、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する有線のＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像から術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するインプラント手術補助システム。
【請求項２】
ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを利用したインプラント手術補助方法であって、
前記ＰＣが、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶するステップと、
前記ＰＣが、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する有線のＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像から術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するするステップとを有するインプラント手術補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元ＣＴ画像をＷｅｂカメラ等により撮影された術部の実像の画像に重ね合わせて表示してインプラント手術を補助する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科医療においてデンタルインプラント（以下、単に「インプラント」という。）は、欠損歯の補綴治療として知られている。
インプラントは、歯を喪失した患者の口腔内の歯槽骨に埋入されるフィクスチャー（インプラント体、例えばチタン製）と、フィクスチャーに接続されて支台となるアバットメントと、アバットメントに装着される上部構造（人工歯冠）から構成される。
インプラント手術では、フィクスチャーを埋入するための埋入孔を患者の歯槽骨の所定の位置および方向へドリルで正確に穿孔することが重要である。
【０００３】
ＣＴ（コンピュータ断層撮影：Computed Tomography）技術を利用して、ＣＴ装置による撮影で取得した３次元ＣＴ画像データと、高価なシミュレーションソフトウェアを使用することにより、インプラント手術前に妥当なフィクスチャーの埋入位置および埋入方向を予め決定しておくことができる。
ＣＴ画像データでは人体の特定の内部構造を表示することが可能であるため、通常肉眼では把握できない内部構造の形状や位置を参照しながら、患者の歯槽骨の解剖学的形状（歯槽骨の幅、厚みや密度及び神経の走行等）から判断して、外科的に最適と思われる所にフィクスチャーの埋入位置および埋入方向を決定することができる。
【０００４】
しかし、フィクスチャーを埋入する埋入孔を患者の歯槽骨にドリルで穿孔するには、患者の口腔内でのドリルの３次元的な位置決めが必要となる。
シミュレーションソフトウェアでは、手術台の横に配置されたモニター画面に、シミュレーションイメージ画像を表示するに過ぎなく、施術者（医師等）は、患者の口腔内の術部とモニターとを交互に見ながら、口腔内という狭い環境の中で器具の操作を行わなければならず、モニター画面を見ながら、フリーハンドで患者の歯槽骨の所定の位置および方向へドリルで正確に埋入孔を穿孔することは困難であった。
さらに、モニター画面の表示は平面的であり、シミュレーションイメージ画像と実像の重ね合わせ作業を頭の中で行いながら治療する必要がある。
また、事前に３次元ＣＴ画像でイメージを持ちつつ、実際に開いてみた実像と施術者の頭の中で一致させる重ね合わせ作業を行うにしても、歯槽骨は複雑な形状であり、熟練していない施術者には困難であり、施術者個人のテクニックやノウハウに依存する経験と勘によるところが大きい。
【０００５】
そこで、患者の歯槽骨の所定の位置及び方向へドリルをガイドする案内孔を有する金属製のガイドリングを使用したサージカルガイドを患者の口腔内に装着し、ガイドリングの案内孔にドリルを通して、案内孔に倣ってドリルを進入させることで、患者の歯槽骨の所定の位置および方向へ正確に埋入孔を穿孔することが知られている。
しかし、サージカルガイドを患者の口腔内に装着すると、術野がサージカルガイドで覆われて見えないため、施術者は、ドリルの先端が歯槽骨を削っている部分を目視することができなく、また、埋入孔を穿孔するには、段階的に直径がより大きな数種類のそれぞれのドリルの直径に合わせたガイドリングを設けた数種類のサージカルガイドが必要となり、その分、コストがかさむ。
【０００６】
ここで、関連技術として、ヘッドマウントディスプレイやグラス型ディスプレイを装備した施術者は、患者の口腔内の術部に視線を合わせた状態にて、事前に撮影した患者の３次元ＣＴ画像データを患者の口腔内の術部の実像に重ね合わされたインプラントのシミュレーションイメージ画像を（ＡＲ：Augmented Reality、拡張現実）にて確認することができ、施術者は本来見えないはずの患者の顎の骨などを疑似的に見ることが可能となり、インプラントの埋入位置などの情報を直感的に確認することができる技術がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５０４３１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ＡＲマーカー（画像認識型ＡＲシステムにおいて、付加情報を表示する位置を指定するための標識となる決まったパターンの画像）を１本の歯牙に確実・安定的に装着する具体的な技術は開示されていなかった。
また、現状の技術レベルで、かつ、コスト的に廉価な、実際に実現可能なインプラント手術補助システムは現実に市場に提供されることが望まれていた。
本発明は、試行錯誤により到達できた高い水準にあり、単なるアイデアレベルでは実現できない、具体的なシステム・製品として実用に供される現実性・完成度を誇るものである。
【０００９】
本発明の目的は、インプラント手術の安全性や正確性を高めることができるインプラント手術補助システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のインプラント手術補助システムは、ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを備えるインプラント手術補助システムであって、
前記ＰＣは、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶し、
前記ＰＣは、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する有線のＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像から術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示する。
【００１１】
本発明のインプラント手術補助方法は、ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを利用したインプラント手術補助方法であって、
前記ＰＣが、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶するステップと、
前記ＰＣが、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する有線のＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像から術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するするステップとを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インプラント手術の安全性や正確性を高めることができるインプラント手術補助システム等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムにおけるＡＲマーカーを説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムにおける術前処理のモックアップを用いた位置合わせを説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムにおける術前処理の断面図の作成を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムの術中処理の一部を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムにおけるモニターおよびＨＭＤ装置の表示画像のイメージを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムにおけるグリッド表示を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るインプラント手術補助システムにおけるドリルガイド表示を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本発明は、インプラント手術時、患者の口腔内の３次元ＣＴ画像をその患者の実際の口腔内の術部の実像にリアルタイムで重ね合わせて描画して表示し、あたかも施術者にＸ線の目を与えたかのような効果を生む技術である。
【００１５】
〔システム構成〕
図１に示すように、本実施の形態におけるインプラント手術補助システムＳは、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）１０、施術者の顔部に取り付けられるＨＭＤ装置（３Ｄヘッドマウント型ディスプレイ装置）２０、ＨＭＤ装置２０に接続されたケーブル２１、ＡＲマーカー７０等を測定するＷｅｂカメラ３０、Ｗｅｂカメラ３０に接続されたケーブル３１、ＰＣ１０に接続されたモニター（表示装置）４０、ＣＴ装置５０から構成されている。
これらのハードウェアは一定の性能基準を満たす市販品から自由に選択されることであってよい。したがって、ハードウェアの維持費用ついても、既存の汎用品を使用することにより、従来の高額システムのように、治療ごとに機材を購入することがないため、コスト削減が可能となる。
【００１６】
ＰＣ１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、ＨＤＤ、キーボート、マウス、タッチパネル等の入力装置を備えている周知の情報処理装置である。処理落ちしない程度の一定以上の処理能力が必要であり、デスクトップ型が好ましい。なお、ＰＣ１０と同様の処理を実行することができる情報処理装置が広く適用可能である。
ＰＣ１０は、プログラムをインストールすることにより実現される。そのプログラムは、メモリに記憶されている。なお、そのプログラムは、周知の各種記憶媒体に記憶することができる。
ＰＣ１０は、モニター４０およびＨＭＤ装置２０に、Ｗｅｂカメラ３０が撮影した患者の口腔内の術部の実像の画像１１０に対して術前に作成された患者の口腔内の３次元ＣＴ画像１２０を重ね合わせ（オーバーレイ、重畳）るように、座標変換処理を行って表示させる。したがって、下顎管や上顎洞といった外科的に重要な指標を術部の実像の画像１１０に重畳して表示することができる。下顎管や上顎洞といった外科的に重要な指標は、さらに２次元ＣＴ画像である断面図１３０に展開することでインプラント手術にはより有益となる。
【００１７】
ＨＭＤ装置２０は、ＰＣ１０から出力される、Ｗｅｂカメラ３０が撮影した患者の口腔内の術部の実像の画像１１０に対して術前に作成された患者の口腔内の３次元ＣＴ画像１２０を重ね合わせて重畳表示されたものを見る（すなわち、実像を間接的に見る）ための両目型（片目型もある。）のビデオシースルー型の装置である。ここではフルフェイス型で表すが、メガネ型もある。施術者の顔部に装着して使用される。
なお、施術者の実視野にて術部等の生の実像をシースルーで直接的に見る光学透過型もあるが、リアルタイムにＷｅｂカメラ３０が撮影している患者の口腔内の実像の画像１１０と施術者が現実に視認している生の実像とが完全に一致していることを保証することは現時点の技術水準では困難であるため採用しない。
ＨＭＤ装置２０は、ディスプレイ機能のみとし、ＣＰＵ等を備えないため軽量化が実現されている。
施術者は、インプラント手術の術中に、従来のようにＰＣ１０のモニター４０の画像と見比べる必要がなくなり、時間短縮等が図られる。
ＨＭＤ装置２０は、ケーブル２１のような有線でＰＣ１０と接続されている。有線のため処理による遅延がなく、リアルタイム性を実現することができる。現時点の技術水準では無線の場合では０．５秒などの遅延が生じるため採用しないが、将来的にコスト的にも見合う高い処理能力を実現するＨＷが登場した際には無線であってもよい。
【００１８】
Ｗｅｂカメラ３０は、ＨＭＤ装置２０の上部又は施術者の頭部の付近に装着して使用される小型のリアルタイムカメラである。患者の口腔内の術部の実像の画像１１０を撮像してケーブル３１を介してＰＣ１０に出力する。
術部の実像の画像１１０には、ＡＲマーカー７０も含まれ、ＰＣ１０においてその位置座標（すなわち３次元位置座標（並進：Ｘ，Ｙ，Ｚ））およびその位置座標における姿勢（すなわち、マーカーの向きや傾斜状態などの姿勢）が測定される。
【００１９】
モニター４０は公知の液晶ディスプレイ等の表示装置であり、ＰＣ１０に接続されている。ＰＣ１０と一体型であってもよい。
モニター４０に表示される画像が同様にＨＭＤ装置２０に画像として出力される。したがって、施術者が術中にＨＭＤ装置２０により見ている画像を、施術者以外の手術スタッフ等にもモニター４０に表示される画像により見ることができ、インプラント手術の様子が確認可能となっている。
【００２０】
ＣＴ装置５０は、ＣＴ（コンピュータ断層撮影：Computed Tomography）技術を利用して、
患者の口腔内（例えば、上顎又は／および下顎部）を撮影する公知の装置であり、撮影された断層画像がつなぎ合わされて３次元再構成がなされ３次元ＣＴ画像データ１２０をなす。なお、ＣＴ装置５０は、後述する術前処理にのみ用いられる装置であるので、本インプラント手術補助システムＳの枠組みの外にある装置と捉えることもできる。
【００２１】
図２に示すように、ＡＲマーカー７０は、３次元位置座標検出用の識別表示である。
ＡＲマーカー７０は、８ｍｍ角のプラスティックの平板（２次元）に、画像処理により認識し易い白黒で所定のマーク（ここでは８×８マス認識）が印刷されている。なお、１０ｍｍ、１２ｍｍ角でもよく、形状は特に限定されない。
ＡＲマーカー７０は、患者の歯牙に被せるキャップ８０に樹脂製の接着剤であるグルーガンにより接着等されて付されている。
ＡＲマーカー７０は、２次元であるため精度よく認識できる。現時点の技術水準では３次元で認識することは困難であり、患者の歯牙そのものをマーカーとするのでは精度がでない。例えば、車などはサイズ的に大きいため数ｃｍの認識のズレが問題なくても、歯科のインプラント手術では１ｍｍのずれが大問題となる。ＡＲにおけるトラッキングは一般的に大きくズレたりブレたりすることがあり、アミューズメント用途（ゲームなど）等と異なり、インプラント手術では、例えば１ｃｍズレると使いものにならなく、非常に高い精度が求められる。そこで、ブレの少ない２次元マーカー方式を採用し、さらに、マーカーの画面上の位置によるズレを解消する種々の工夫を施すことで、ブレ１ｍｍ未満が実現されている。
【００２２】
図２に示すように、キャップ８０は、１本の歯牙よりも一回り大きい程度のサイズに形成されている。１本の歯牙に対して１個を被せ（密着しているので仮止め接着は不要）、合計３個（３本の歯牙）程度を設置することが好ましい。これは、１個のみであると角度によってはＷｅｂカメラ３０から正確に認識できなくなる場合があり得るからであり、合計３個程度を離れた歯でも隣の歯でもよいのでいろいろな角度に設置すべきである。
キャップ８０は、材質は歯科材料の即時重合レジンであり、筆積みで大まかなキャップを作り、エンジンで成形されている。口腔内は唾液があるので外れ易いが、歯冠の根元の細い歯肉に近い部分まで密着して被せるため容易に動いたり外れることが回避される。マウスピース型のキャップでは動いてズレやすく、また、装着時に違和感が大きく、
【００２３】
〔術前処理〕
まず、モックアップ６０を作製する。
モックアップ６０は、患者の口腔内から型取り（印象）して作製した歯および顎の実寸大の石膏模型である。スキャン装置等を用いて作製してもよい。
次に、モックアップ６０の残存歯部にＡＲマーカー７０が付されたキャップ８０を複数個、設置する。
次に、Ｗｅｂカメラ３０やその他の所定の撮像装置で撮影し、モックアップ６０（ＡＲマーカー７０付き）の画像１４０を取得する。
また、インプラント手術を受ける患者の口腔内（例えば、上顎又は／および下顎部）を、ＣＴ装置５０で撮影し、撮影された、例えば、約０．５ｍｍ間隔の断層画像をつなぎ合わせて立体化して３次元再構成を行い３次元ＣＴ画像データ１２０を取得する。
そして、ＰＣ１０は、モニター４０に、３次元ＣＴ画像データ１２０をＡＲマーカー７０の大きさとほぼ同じサイズで重畳して描画し、背景を暗くして見やすくしたうえで３次元ＣＴ画像データ１２０を拡大していく。さらに、図３に示すように、ＰＣ１０は、ユーザの入力装置であるマウス等の操作に応じて３次元ＣＴ画像データ１２０の表示位置を移動し、回転させて表示し、モックアップ６０（ＡＲマーカー７０付き）の画像１４０と位置合わせを行い、正確に重なり合った地点を基準位置として、マウス等を用いて手動で位置決めの確定操作を行い、ＡＲマーカー７０の位置姿勢（スケール、回転、移動など）のデータを基準とした３次元ＣＴ画像への変換行列などがＰＣ１０に記憶される。なお、この変換行列は、ＡＲマーカー７０の３次元位置姿勢に対する３次元ＣＴ画像１２０の３次元位置姿勢との相対的な関係を紐付けて示す情報（３次元位置関係情報）であり、角度が変わっても相対位置がわかる。
【００２４】
さらなる術前処理として、施術者が事前に３次元ＣＴ画像１２０の任意の２次元ＣＴ画像の断面図を作成する。
３次元ＣＴ画像１２０のデータは、立体的に描画することが可能であるが、３次元であるために施術者に対する視認性に欠ける場合がある。そのようなケースでは、２次元の断面図１３０で見るほうが見易く視認性が向上する場合がある。例えば、施術者は歯槽骨の孔となっている部分を知りたいときがある。
断面図１３０の作成は、モニター４０に表示された３次元ＣＴ画像１２０をスライス（切断）するような仮想的な板を２枚用意し、マウス等の操作に応じてその２枚の板の位置を変えたり、回転させたりし、３次元ＣＴ画像１２０の該当部分をスライスするような位置に板を操作することで断面図１３０を作成する。より具体的には板の３次元での姿勢行列の逆行列等を用いて断面図１３０を作成することであってもよい。
図４に示すように、ＸＹ平面（板で平行に切った）、ＹＺ平面（板で平行に切った）の２面（２枚の板）でスライス（切断）した場合の断面図１３０を作成する。
図４（ａ）の上顎を正面から視た平面をＸＹ平面といい、図４（ｄ）の上顎を側面から視た平面をＹＺ平面といい、ここでのＸＹＺ方向はその意味で用いるものとする。
図４（ａ）の３次元ＣＴ画像１２０のＸＹ平面の断面図１３０が、図４（ｂ）である。
図４（ａ）の３次元ＣＴ画像１２０のＹＺ平面の断面図１３０が、図４（ｃ）である。すなわち、図４（ｄ）の３次元ＣＴ画像１２０のＹＺ平面の断面図１３０が、図４（ｃ）である。
マウス等の操作に応じて２枚の板の位置をそれぞれ平行移動したり、回転させることもでき、また、３次元ＣＴ画像１２０のほうを動かす（移動、回転）ことにより断面図１３０を変化させることもできる。このような操作を駆使すれば、３次元ＣＴ画像１２０の所望の部位の断面図１３０は必ず作成できることとなる。
作成した断面図１３０は、３次元ＣＴ画像１２０と３次元座標に基づいて所定位置に紐付けておき、術中にモニター４０やＨＭＤ装置２０に表示可能としておく。
【００２５】
〔術中処理〕
図５に本実施の形態に係るインプラント手術補助システムＳの術中処理フローの一部を示す。
【００２６】
まず、患者の口腔内の上顎構造の３本の歯牙にＡＲマーカー７０を付したキャップ８０を３個、１本に対して１個それぞれ被せて装着して固定する（ステップＳ５０１）。
【００２７】
このような状態において、患者に対するインプラント手術を開始する（ステップＳ５０２）。
【００２８】
術中においてはこのＡＲマーカー７０を追従（トラッキング）し、施術者が装着するＷｅｂカメラ３０が撮影した患者の口腔内の術部の実像（器具等も映る）の画像１１０内のＡＲマーカー７０の３次元位置姿勢が、リアルタイムにＰＣ１０に入力され（ステップＳ５０３）、ＰＣ１０はＡＲマーカー７０の３次元位置姿勢に変化が無いかの計測判断を極めて短い間隔（リアルタイム）で繰り返し行い、Ｗｅｂカメラ３０が撮影した患者の口腔内の術部の実像の画像１１０に術前に作成された下顎骨や下歯槽管神経等の３次元ＣＴ画像１２０を重ね合わせるように、ＡＲマーカー７０との３次元的位置関係を保ちながら座標変換処理を行って（ステップＳ５０４）、リアルタイムで重畳した、例えば、図６に示すような画像を出力してモニター４０や施術者が顔に装着したＨＭＤ装置２０に表示する（ステップＳ５０５、Ｓ５０６）。
すなわち、患者および施術者の体動等により術部の実像の画像１１０に含まれるＡＲマーカー７０の位置に変化が生じた場合でもその動きに合わせて３次元ＣＴ画像１２０の位置も追従して補正されて表示される。例えば、ＰＣ１０は、基準位置に対する変化量を算出し、算出した変化量に基づき補正する。基準位置の座標が（ｘ、ｙ、ｚ）であり、変化量が（Δｘ、Δｙ、Δｚ）である場合、座標を、（ｘ＋Δｘ、ｙ＋Δｙ、ｚ＋Δｚ）に補正する。
【００２９】
これは、術前処理における、モックアップ６０の画像と患者の口腔内の術部の実像（器具等も映る）の画像１１０とが一致しているという前提からなりたっている。
したがって口腔内のＡＲマーカー７０が固定されている限り、術部の実像の画像１１０に対する３次元ＣＴ画像１２０の重ね合わせがズレるということはない。
【００３０】
また、表示される３次元ＣＴ画像１２０を半透明とすれば、術部の実像の画像１１０に対して暗視野が生じることがなく、あたかも施術者にＸ線の目を与えたかのような効果を生む。
【００３１】
術前に作成した断面図１３０は、ＰＣ１０により、モニター４０やＨＭＤ装置２０に表示される術部の実像の画像１１０と３次元ＣＴ画像１２０の重畳画像の隅部に表示されたり、その重畳画像と断面図１３０がＰＣ１０のマウス操作等に応じて切り替えて全画面表示されることであってもよい（ステップＳ５０７）。断面図１３０は、所定のものが継続的に重畳画像の隅部に表示されることでも、また３次元ＣＴ画像１２０の所定位置に紐付けられているので、３次元ＣＴ画像１２０の所定位置が視認可能なタイミングで、適宜対応する断面図１３０が術中にモニター４０やＨＭＤ装置２０に表示されることであってもよい。これにより、施術者は歯槽骨の孔となっている部分を知りたいときなどは、見易く視認性が向上する。
なお、術部の実像の画像１１０、３次元ＣＴ画像１２０、断面図１３０は、ＰＣ１０のマウス操作等により、拡大（ズーム）表示が可能であり、肉眼では識別困難な、０．１ｍｍなどのレベルであっても施術者は認識ができることとなる。
【００３２】
また、術部の実像の画像１１０と３次元ＣＴ画像１２０を単に重ね合わせただけだと非常に見づらい表示となる場合があり、視認性向上のため、ＰＣ１０のマウス操作等により、画像背景の明暗、３次元ＣＴ画像１２０の明度・透明度・解像度などのパラメーターを調整可能であってもよい。
【００３３】
また、図７に示すように、ＰＣ１０は、モニター４０やＨＭＤ装置２０にグリッド（仮想の格子線）１５０を付加して表示することであってもよい（ステップＳ５０８）。バーチャルで施術者の目の前にグリッド１５０を表示させることができ、グリッド１５０をガイドとし、歯を削る際などに、平行性の確認が容易になる。
これはＡＲマーカー７０に３次元ＣＴ画像１２０をトラッキングさせるのと同じ原理で、ＡＲマーカー７０にグリッド１５０をトラッキングさせる。
なお、グリッド１６０のサイズ調整、グリッド数調整が可能であってもよい。
【００３４】
また、図８に示すように、ＰＣ１０は、モニター４０やＨＭＤ装置２０に施術者が使用するドリル９０を埋入する道筋であるドリルガイド１６０を付加して表示することであってもよい（ステップＳ５０９）。バーチャルで施術者の目の前にドリル９０を埋入するドリルガイド１６０を表示させ、穿孔開始位置、埋め込み方向、埋め込み深さ等を正確に知ることができる。
ドリルガイド１６０は事前に３次元ＣＴ画像１２０の所定位置に関連付けておき、ＡＲマーカー７０との３次元相対位置も確定しておく。
また、施術者が使用するドリル９０に第２のＡＲマーカー７１を付して固定する。第２のＡＲマーカー７１とドリル９０の長手方向との３次元相対位置も確定しておく。
こうすると互いのＡＲマーカー７０、７１の角度や距離によりドリル９０の角度やどれくらい深く入れたかがわかる。
【００３５】
図８に模式的に示すように、ＰＣ１０は、ＡＲマーカー７０、７１の角度や距離に基づいて、術中のドリル９０の位置とドリルガイド１６０の重なり状態を３次元で判定して、例えば、以下のように表示する。なお、図８では便宜上２次元のライン同士を判定する説明であるが、実際は３次元で判定される。
（１）ドリル９０とドリルガイド１６０が完全に不一致、平行でもない状態：OUTSIDE(PARALLEL BAD)、図８（ａ）参照。
（２）ドリル９０がドリルガイド１６０の外にあるが平行である状態：OUTSIDE (PARALLEL GOOD)、図８（ｂ）参照。
（３）ドリル９０がドリルガイド１６０内に埋入している状態：INSIDE、図８（ｃ）参照。
（４）ドリル９０がドリルガイド１６０先端付近に到達した状態：REACH、図８（ｄ）参照。
（５）ドリル９０がドリルガイド１６０を突き抜けて貫通してしまった状態：OVER、図８（ｅ）参照。
なお、３次元ＣＴ画像１２０において、神経や血管が有する特有の形状や輝度を手がかりとして、画像認識の技術により、ＰＣ１０は作業禁止領域を抽出し、ドリル９０が適正領域に入っていればグリーン点灯、外れて作業禁止領域に入るとレッド点灯などの表示をなすことであってもよい。
また、断面図１３０に術中のドリル９０の位置をリアルタイムに投影することであってもよい。
【００３６】
上記の本実施の形態によれば、上顎又は／および下顎部（内部構造を含む）の３次元ＣＴ画像１２０を、術中に術部の実像の画像１１０に対して立体的に重ね合わせることにより、通常肉眼では把握することが困難な内部構造等を視覚的に（同じ目線のままで）捉えながら、フィクスチャーを埋入するための埋入孔を患者の歯槽骨の所定の位置および方向へドリルで正確に穿孔することが可能となる。
すなわち、施術者は本来見えないはずの患者の歯槽骨などを疑似的に見ることができるようになり、フィクスチャーの挿入位置が特定でき、従来であれば、ドリル９０（インプラントを挿入する前には患者の歯槽骨に穴をあける）を挿入するときに勘に頼っていたが、穿孔開始位置、埋め込み方向、埋め込み深さの判断がより正確、確実となり、インプラント手術の安全性と正確性を高めることができる。
さらに、３次元的にフィクスチャーの適切な埋入位置や最終的な歯牙のイメージなどの精密な診査・診断が可能になり、痛みや腫れ、出血の少ないインプラント手術が実現される。
また、診断経験の少ない者（例えば新人口腔外科医）であっても、経験豊富な施術者に近いレベル（又はそれ以上のレベル）で、正確な診断を行うことが可能となっている。
【００３７】
ところで、インプラント手術ができる口腔外科医の養成方法は未発達となっている。高度な治療のできる施術者によるインプラント手術の際、遠巻きに見て学習するのが現状であり、水がかかったり、歯牙の奥の部分、施術者の手の影になるなどで、他の口腔外科医からうまく見えない状況が発生し、インプラント手術ができる口腔外科医の育成に時間がかかっている。
そして、数多くの手術臨床経験によるしかなく、臨床研修が不十分な状況で、手術を任せられる口腔外科医が育っていない。
図６に示すような、術中のＨＭＤ装置２０で見ている映像を、ＰＣ１０のモニター４０上で中継放送のように見ることができるため、他の口腔外科医の研修に役立つ。その映像をビデオで保存し、後で見ることができるため、教材としても利用できる。すなわち、熟練した施術者の術中の手の動きを、新人口腔外科医にバーチャルになぞらせる。これにより新人口腔外科医の技術向上を図ることができる。術中のリアルタイムでなくても、ドリル９０をあてる角度が主な問題であるため、事後に実際の施術時のタイミングからは遅れてなぞるだけとなっても効果があり、熟練者が居なくても新人口腔外科医が１人で手術の練習を行うことができる。
【００３８】
なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。例えば、各装置等の機能を実現するためのプログラムを各装置等に読込ませて実行することにより各装置等の機能を実現する処理を行ってもよい。さらに、そのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であるＣＤ−ＲＯＭ又は光磁気ディスクなどを介して、又は伝送媒体であるインターネット、電話回線等を介して伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。また、一部のシステムが人の動作を介在して実現されてもよい。さらに、例えば、インプラント手術前に、口腔部分の３次元ＣＴ画像を重畳させるのと同様の原理で頭蓋ＣＴ画像を顔面画像に重畳させて、顎関節の位置を確認することであってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
Ｓ            インプラント手術補助システム
１０          ＰＣ
２０          ＨＭＤ装置
２１          ケーブル
３０          Ｗｅｂカメラ
３１          ケーブル
４０          モニター
５０          ＣＴ装置
６０          モックアップ
７０、７１    ＡＲマーカー
８０          キャップ
９０          ドリル
１１０        術部の実像の画像
１２０        ３次元ＣＴ画像
１３０        断面図
１４０        モックアップの画像
１５０        グリッド
１６０        ドリルガイド
【図１】
2018019772.tif 000003
【図２】
2018019772.tif 000004
【図３】
2018019772.tif 000005
【図４】
2018019772.tif 000006
【図５】
2018019772.tif 000007
【図６】
2018019772.tif 000008
【図７】
2018019772.tif 000009
【図８】
2018019772.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月7日(2016.11.7)
【手続補正１】
【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】
本発明のインプラント手術補助システムは、ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを備えるインプラント手術補助システムであって、
前記ＰＣは、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ歯冠の根元の細い歯肉に近い部分まで密着して被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶し、
前記ＰＣは、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する前記有線のＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像から、前記３次元ＣＴ画像をスライスする仮想的な２枚の板の３次元での姿勢行列の逆行列を用いて術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に拡大可能に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を、
前記ドリルと前記ドリルガイドとが完全に不一致かつ平行でない状態、
前記ドリルが前記ドリルガイドの外にあるが平行である状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド内に埋入している状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド先端付近に到達した状態
および前記ドリルが前記ドリルガイドを突き抜けて貫通してしまった状態
のいずれかであることを３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明のインプラント手術補助方法は、ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを利用したインプラント手術補助方法であって、
前記ＰＣが、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ歯冠の根元の細い歯肉に近い部分まで密着して被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶するステップと、
前記ＰＣが、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ歯冠の根元の細い歯肉に近い部分まで密着して被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する前記有線のＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像から、前記３次元ＣＴ画像をスライスする仮想的な２枚の板の３次元での姿勢行列の逆行列を用いて術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に拡大可能に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を、
前記ドリルと前記ドリルガイドとが完全に不一致かつ平行でない状態、
前記ドリルが前記ドリルガイドの外にあるが平行である状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド内に埋入している状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド先端付近に到達した状態
および前記ドリルが前記ドリルガイドを突き抜けて貫通してしまった状態
のいずれかであることを３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するするステップとを有する。
【手続補正３】
【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】
ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを備えるインプラント手術補助システムであって、
前記ＰＣは、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ歯冠の根元の細い歯肉に近い部分まで密着して被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶し、
前記ＰＣは、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する前記有線のＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像から、前記３次元ＣＴ画像をスライスする仮想的な２枚の板の３次元での姿勢行列の逆行列を用いて術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に拡大可能に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、
前記ＰＣは、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を、
前記ドリルと前記ドリルガイドとが完全に不一致かつ平行でない状態、
前記ドリルが前記ドリルガイドの外にあるが平行である状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド内に埋入している状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド先端付近に到達した状態
および前記ドリルが前記ドリルガイドを突き抜けて貫通してしまった状態
のいずれかであることを３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するインプラント手術補助システム。
【請求項２】
ＰＣと、有線のＨＭＤ装置と、有線のＷｅｂカメラと、前記ＰＣに接続されたモニターとを利用したインプラント手術補助方法であって、
前記ＰＣが、モックアップと患者の口腔内の３次元ＣＴ画像との位置合わせが行われた基準位置における、前記３次元ＣＴ画像と前記患者のモックアップの１本の歯牙に１個ずつ歯冠の根元の細い歯肉に近い部分まで密着して被せられたキャップに付された白黒色が施された二次元のＡＲマーカーとの３次元位置姿勢を術前に予め紐付けして記憶するステップと、
前記ＰＣが、施術者が装着する有線のＷｅｂカメラにより撮像された術部の実像の画像に含まれる、前記患者の１本の歯牙に１個ずつ歯冠の根元の細い歯肉に近い部分まで密着して被せられた前記キャップに付された前記ＡＲマーカーを追従して、前記ＡＲマーカーに紐付けられた前記３次元ＣＴ画像を、インプラント手術の術中に前記術部の実像の画像に対してリアルタイムで重ね合わせ、該重畳された３次元画像を前記ＰＣに接続されたモニターおよび前記施術者が装着する前記有線のＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像から、前記３次元ＣＴ画像をスライスする仮想的な２枚の板の３次元での姿勢行列の逆行列を用いて術前に予め作成された２次元の断面図を前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に拡大可能に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像にグリッドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するステップと、
前記ＰＣが、前記重畳された３次元画像に前記施術者が歯槽骨に埋入するドリルに対するドリルガイドを付加して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示し、前記ＡＲマーカーが付された前記ドリルの前記術中の位置と前記ドリルガイドとの重なり状態を、
前記ドリルと前記ドリルガイドとが完全に不一致かつ平行でない状態、
前記ドリルが前記ドリルガイドの外にあるが平行である状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド内に埋入している状態、
前記ドリルが前記ドリルガイド先端付近に到達した状態
および前記ドリルが前記ドリルガイドを突き抜けて貫通してしまった状態
のいずれかであることを３次元で判定して前記モニターおよび前記ＨＭＤ装置に表示するするステップとを有するインプラント手術補助方法。