(57)【要約】  本発明は、比較的に柔らかいパーツおよび比較的に硬いパーツからなる構造の数値的三次元モデルを形成するための方法に関する。この方法は、透過性放射線によって相互距離に位置する構造の複数の数値的な断面図を形成し、その放射線に対する吸収を表すこと、数値的な断面図をメモリ内に記憶すること、そしてメモリ内に記憶された数値的な断面図に基づいて構造の数値的三次元モデルを構築することからなり、少なくとも断面図の形成中、構造の比較的に柔らかいパーツの少なくとも一部には、比較的に柔らかいパーツのそれと実質的に異なる放射線に対する吸収係数を持つ造影剤の層が設けられることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも柔らかいパーツが外表面を持つ、柔らかいパーツおよび硬いパーツからなる構造の数値的三次元モデルを形成するための方法であって、
透過性放射線によって相互距離に位置する構造の少なくとも二つの断面図を形成し、その放射線に対する吸収を数値的に表すこと、
吸収を数値的に表す断面図をメモリ内に記憶すること、そして
メモリ内に記憶された断面図に基づいて構造の数値的三次元モデルを構築することからなり、
断面図の形成中、構造の柔らかいパーツの外表面の少なくとも一部には、柔らかいパーツのそれと実質的に異なる放射線に対する吸収係数を持つ造影剤の層が設けられること、そして
造影剤が、断面図の形成前に構造の外壁に薄層として適用されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
透過性放射線を発生させるのに使用する放射線源と検出のために使用する探知器が、断面図の形成中、一緒に回転することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
造影剤がキャリアに適用され、そしてキャリアの輪郭が、構造の柔らかいパーツの外壁の輪郭の近似を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
キャリアが、展性のある材料から製造されることを特徴とする、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
キャリアが、透過性放射線に対して低い吸収係数を持つ材料から製造されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
構造が生体の一部によって形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
生体の一部が、咀嚼システムと咀嚼システムを囲む部分からなることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
方法が、顎骨の骨構造、歯茎および咀嚼システムの構成要素を表すように適応していることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
キャリアが、義歯、ドリル・ガイド、スキャニング・プロステーゼ、印象用トレー、そして構造に特定して製造したキャリアからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
【請求項１０】
造影剤が、柔らかい材料に対して適当なエラストマー、非硬化ペーストおよび接着剤からなるグループから選択した材料を備えることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
造影剤が、硫酸バリウム、磁赤鉄鉱（Ｆｅ２Ｏ３）、二酸化チタン、そして金属粉からなるグループから選択した物質を備えることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
造影剤がパウダーからなり、そしてパウダーがキャリア上へ霧化されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の方法によって得られた三次元数値モデルであって、柔らかい材料の構造のパーツの外表面の輪郭の少なくとも一部分からなることを特徴とする、三次元数値モデル。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれかに記載の方法に使用するためのキャリア。
【請求項１５】
請求項１４に記載のキャリアと数値的三次元モデルが形成される構造との組み合わせであって、キャリアが、構造の輪郭の少なくとも一部の近似を形成する輪郭を持つことを特徴とする、組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔らかいパーツおよび硬いパーツからなる構造の数値的三次元モデルを形成するための方法に関する。本発明は、また、この方法によって得られた三次元モデルに関する。本発明は、さらに、本発明による方法に使用するためのキャリアに関する。『硬い』あるいは『柔らかい』パーツは、各々、透過性放射線、特にＸ線等の電磁放射線に対して高い、あるいは低い吸収係数を持つパーツを意味すると理解すべきである。しかしながら、材料に対する用語『硬い』あるいは『柔らかい』は、これらの材料の機械的特性に常に対応するものではない。注目すべきは、柔らかい材料の吸収係数が、空気の吸収係数と、ほとんど変わらないことである。
【０００２】
柔らかいパーツおよび硬いパーツからなる構造は、産業において一般的である。航空産業では、上記の感覚では柔らかい材料である複合材料からなる部品が、上記の感覚では硬い材料であるボルト等の金属性結合手段に相互に結合される例がある。または、複合材料の部品が金属部品に結合される例がある。これにより、ハイブリッド構造が得られている。したがって、複合材の、あるいはハイブリッド構造の数値的三次元モデルを形成することが望ましい。このような数値的三次元モデルは、例えば、構造内に起こり得る欠陥を視覚化するために、または、複合材またはハイブリッド構造に隣接した部品を製造する目的で複合材またはハイブリッド構造のジオメトリー（geometry）を定義するために使用できる。
【０００３】
国際公開第２００５／１１９１７４号パンフレットには、少なくとも柔らかいパーツが外面を持つ、柔らかいパーツおよび硬いパーツからなる構造の数値的三次元モデルを形成するための方法が開示されている。この方法は、透過性放射線によって相互距離に位置する構造の少なくとも二つのセクションを形成して、その放射線に対する吸収を数値的に表すこと、吸収を数値的に表すセクションをメモリ内に記憶して、メモリ内に記憶されたセクションに基づいて構造の数値的三次元モデルを構築することからなる。この場合、セクションの形成中、構造の柔らかいパーツの少なくとも外面の一部には、柔らかいパーツのものと実質的に異なる放射線吸収係数を持つ造影剤の層を設ける。
【０００４】
この結果として、柔らかい材料の部品の輪郭の少なくとも一部も、セクション内に見えるようになるので、構造の数値的三次元モデルが構築できる。この文脈における「実質的に」は、造影剤の層が、透過性放射線で得られたセクションの表現内で、柔らかい材料から区別できることを意味する、と理解すべきである。このため、造影剤の層は、柔らかい材料の部品の輪郭を形成するので、この輪郭は、構造の三次元モデルを構築するために使用できる。この文脈における「柔らかい材料」は、硬い材料よりも、透過性放射線に対して実質的に低い吸収係数を持つ材料を示す、と理解すべきである。柔らかい材料の例としては、プラスチックやゴムがある。硬い材料の例としては、金属、いくつかのファイバー、そして造影剤がある。硬い材料のこのグループは、放射線不透過性とも言われる。
【０００５】
既知の方法は、特定な条件下で良好に運用できるが、既知の方法の有用性は限られている。構造が柔らかい材料の複数の部品から構成されている場合、セクション内のこれらの相互に異なる部品が、周囲の環境から適切に区別できない、あるいは、できたとしてもそれは僅かである、というリスクがある。これは、高度に放射線を吸収する『硬い』材料の陰影効果によって生じる。この効果によれば、高度に放射線を吸収するパーツをも通過する放射線ビームが通過するパーツの詳細は、うまく表現できない。この効果は、放射線のいわゆるハードニング（hardening）によって、さらに増強される。通常、柔らかいスペクトルと指定される放射線スペクトルの低周波は、通常硬いスペクトルと指定される高周波よりも強く吸収される。したがって、放射線のハードニングは、結果として、高吸収パーツの影に位置するより少ない高吸収パーツの詳細の表現を劣化させる。
【０００６】
これらの欠点は、より大きな輝度の放射線を適用することによって回避できるが、これは、一方で、電離放射線で体をより多量に荷電するため好ましくないし、また、他方で、この目的のために必要な、より強力な放射線源に関して、通常、運用および安全対策に、より厳しい規則が適用されるため好ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述の欠点を回避する、あるいは軽減する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、造影剤が、断面図の形成前に構造の外壁に薄層として適用されることで達成される。この手法の結果として、より少ない陰影効果あるいは放射線のハードニングが生じるため、高解像度の像が、低い放射線輝度で既に生成できている。薄層は、上述の欠点が発生しない厚さを持つ層を意味すると理解すべきである。換言すれば、層の厚さは、層の放射線吸収の度合いが、層を真っ直ぐに通過して伝播する放射線ビームによる柔らかいパーツの放射線吸収の度合いの程度になることが好ましい。
【０００９】
造影剤の層は、歯茎へ向くキャリアの側に設けられ、造影剤の硬化中に圧力を加えて歯茎に配置されるので、造影剤は、可能な限りの均一性で非常に密接に歯茎に結合する薄層として押圧される。この層によって、歯茎の外表面の輪郭が見えるのに十分な放射線が吸収されるが、放射線ビームのハードニングを防止するのに十分な放射線も通過可能である。
【００１０】
好適実施例によれば、透過性放射線を発生させるために使用する放射線源と検出用探知器は、断面図の形成中、一緒に回転する。これによって、コンピュータ・トモグラフィの方式で、像のより良好な再構築が可能になる。
【００１１】
表示すべき構造の外表面に、例えばブラシによって造影剤を適用することを排除しないが、造影剤をキャリアに適用し、そしてキャリアの輪郭が、構造の柔らかいパーツの外壁の輪郭の近似を形成することを推奨する。そうすることによって、造影剤の薄層を適用することは、より容易になる。
【００１２】
キャリアは、形状を保持する材料から、また、展性あるいは可練性材料からも製造できる。後者を用いる場合、造影剤を表面に適用する際、キャリアのユーザは、造影剤を施すべき柔らかい材料の構成要素の表面の方向へ、キャリアに対して圧力を加える。そうすることによって、キャリアを変形させることができる。また、キャリアは、造影剤を備えるべき表面により良く結合し、この表面に、より正確な様式で造影剤を提供する。
【００１３】
キャリアが、本発明が回避しようとする影響を生じないよう、キャリアは、透過性放射線に対して低い吸収係数を持つ材料から製造されることが好ましい。
【００１４】
造影剤をキャリアに適用する前に、造影剤は、柔らかい材料に適当なエラストマー、非硬化ペーストおよび接着剤からなるグループから選択した材料と混合されることが好ましい。
【００１５】
有利な実施例における造影剤は、柔らかい材料に対して適当なエラストマー、非硬化ペーストおよび接着剤からなるグループから選択した材料と混合されることが好ましい。そうすることによって、造影剤は柔らかい材料の構成要素に容易に適用できる。この場合、エラストマーや非硬化ペーストは変形可能であるため、少なくとも断面図の形成中、層は柔らかい材料の構成要素の形状を採ることになる。相互距離に位置する複数の数値的な断面図を形成して放射線に対する吸収を表している間、エラストマーや非硬化ペーストは十分な形状保持能力を持つので、造影剤の層はその形状を保持する。エラストマーは、例えばシリコン・ゴム等のゴムであってもよい。この場合、断面図の形成中、柔らかい材料の構成要素の側にゴムの形状を保持するためには、柔らかい材料の構成要素に対してゴムを付勢しなければならない。非硬化ペーストを適用する場合、柔らかい材料の構成要素上に、ペーストを造影剤と共に施す。この場合、ペーストは断面図の形成中その形状を保持する。
【００１６】
造影剤は、多様な材料からなることができる。重要なことは、造影剤が、柔らかいパーツのそれと実質的に異なる放射線に対する吸収係数を持つことである。したがって造影剤は、例えばヨウ素からなる。造影剤は、特に、硫酸バリウム、磁赤鉄鉱（Ｆｅ２Ｏ３）および二酸化チタンからなるグループから選択される。硫酸バリウムは、柔らかい材料のそれと実質的に異なる放射線に対する吸収係数を持ち、他の理由もあるが、人間に有毒でない材料であるので、扱いやすいものである。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、機械の表示だけでなく、また、生物学的構造の表示にも適用できる。好適実施例における構造は、生体の一部からなる。
【００１８】
本発明の適用の特に魅力的な分野は、口腔内の構造の表示、とりわけ、正確さが必要な、咀嚼システムと咀嚼システムを囲む部分の数値的なモデルの構築である。例えば、人間または動物の咀嚼システムの一部または全咀嚼システムを置換する場合、咀嚼システムのジオメトリーを適切にマッピングしなければならない。例えば義歯によって歯を置換する場合、望ましくない位置に配置されれば、咀嚼中、非常にイライラするものである。また、その歯を囲む部分、他の歯、特に反対側の歯等に損傷を及ぼすことさえある。咀嚼システムは、骨、歯などの硬い材料の構成要素、そして歯茎、舌、唇、口腔、口蓋、合成樹脂等から製造した交換歯などの柔らかい材料の部分からなるため、本発明による方法は、咀嚼システムに有利に適用できる。
【００１９】
したがって、この方法は、顎骨の骨構造、歯茎および咀嚼システムの構成要素を表すように適応していることが好ましい。この方法は、咀嚼システムへのアクセスが限られること、また、透過性放射線によって相互距離に位置する複数の数値的な断面図を形成して放射線に対する吸収を表す数値的三次元モデルの構築が、数値的三次元モデルが構築されるべき構造へのアクセス容易度の影響を受けないことから、さらに有利である。
【００２０】
咀嚼システム、そして咀嚼システムを囲む部分の数値的三次元モデルの構築では、キャリアとして義歯を利用することが好ましい。しかしながら、ドリル・ガイド、スキャニング・プロステーゼ（scanning  prosthesis）または印象用トレー（impression  tray）等の、他のキャリアを排除しない。このようなキャリアを使用することにより、造影剤は、歯茎等の咀嚼システムの所望の表面に正確に適用できる。デンタル・プロステーゼは、例えば、咀嚼システムと咀嚼システムを囲む患者の部分のジオメトリーに、そのジオメトリーが適切に整合する既存の患者に特定なデンタル・プロステーゼでよい。キャリアは、ドリル・ガイドでもよい。例えば、一つ以上の歯が置換される場合、ドリル・ガイドが適用される。ドリル・ガイドは、ドリル穴を形成するために、顎骨に対して所望の位置に配置される。ドリル穴内には、顎骨と融着するベースまたは顎骨にネジ止め可能なベース等の、義歯のためのベースが固定できる。間違えようのない位置決めを提供するドリル・ガイドは、造影剤のためのキャリアとして有利に使用できる。
【００２１】
多様な種類の放射線を利用できるが、Ｘ線等の電磁放射線を使用することが好ましい。このような放射線は、多くの材料に良好な影響を及ぼす。構造が人間または動物の咀嚼システムである場合、このタイプの放射線は、十分に貫通することと、人間または動物の組織への損傷が限られることとの間の良好な妥協である。
【００２２】
本発明は、また、本発明による方法によって得られる三次元数値モデルをも提供する。この三次元数値モデルは、柔らかい材料からなる構造のパーツの外表面の輪郭からなることを特徴とする。このように得られた三次元数値モデルの利点については、柔らかいパーツおよび比較的に硬いパーツからなる構造の数値的三次元モデルを形成するための方法に関して上記で既に論じた利点を参照すべきである。
【００２３】
もう一つの実施例によれば、造影剤は金属粉を備える。このような製品は、容易に薄層の状態で適用でき、過度の吸収にならず、表示に明確な像を提供する。造影剤は、キャリア上へ霧化されることが好ましい。
【００２４】
本発明は、さらに、本発明による方法で使用するためのキャリアを提供する。本発明による方法のためのキャリアの使用の利点については、キャリアの使用を論じた方法の利点の箇所を参照すべきである。
【００２５】
以下の図面に示す非限定的な実施例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１ａ】航空機の翼のビームのエンド・パーツを示す斜視図である。
【図１ｂ】図１ａに示すビームの断面図である。
【図２ａ】完全な義歯を備えた、人間の上下の顎を詳細に示す正面図の断面図である。
【図２ｂ】図２ａの上下の顎を詳細に示す側面図の断面図である。
【図３ａ】図２ａの上下の顎を示す断面図であり、義歯の輪郭を示している。
【図３ｂ】図３ａの上下の顎を詳細に示す側面図の断面図である。
【図４】Ｘ線テンプレートを備えた、人間の下顎を詳細に示す正面図の断面図である。
【図５】図４の咀嚼システムを詳細に示す側面図の断面図である。
【図６ａ】上顎を示す正面図の断面図であり、エレメントには、放射線吸収物質の追加の層が設けられている。
【図６ｂ】図６ａの上顎を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２７】
さて図１ａは、Ｉ形状に形成された航空機翼のビーム１のエンド・パーツを示す。ビームは、直立壁１ａ、そして直立壁の両側に位置するフランジ１ｂからなる。ビーム１は、複合材から製造されている。この複合材は、エポキシ・マトリックスに埋め込まれたカーボン・ファイバー２からなる。直立壁１ａ中に存在するファイバー２は、ビーム１の長さ方向に対して実質的に＋４５度および−４５度の角度で延び、良好な曲げ剛性をビーム１に付与する。ビーム１ａを横切る方向へ、プロファイル３は、例えば第二のビーム（図示せず）等の、翼のもう一つの構造にビーム１を結合する目的で、ビーム１に結合されている。この場合、プロファイル３は、Ｉ形状に形成されたビーム１のフランジ１ｂ間に延びている。プロファイル３は、プロファイル３を直立壁１ａに結合するための屈曲ピース３ａからなる。プロファイル３のビーム１および屈曲ピース３ａには、この目的のために、対応する貫通孔が設けられている。ボルト４は、屈曲ピース３ａの第一の側３ｂから、屈曲ピース３ａの孔および直立壁１ａを通過して延びる。ビーム１とプロファイル３との相互締結合を目的として、ナット５がボルト４に結合されている（図１ｂを参照）。プロファイル３およびボルトは、アルミニウム合金２０２４から製造されている。構造への損傷の有無を調べるために、また、図示の構造へ結合する構造を製造するために、この図に示す構造の数値的三次元モデルを構築することが望ましい。本発明による方法は、この目的のために適用される。
【００２８】
図１ａの線ＩーＩに沿う断面図が、図１ｂに示されている。この断面図は、構造を通して透過性放射線を照射および吸収することによって形成される。断面図は、ハッチング面のみを示す。これらは、プロファイル３とその屈曲ピース３ａ、ボルト４、そしてナット５の面である。ビーム１は、ビーム１を構成するエポキシ・マトリックスおよびファイバーが、柔らかい材料から製造されているため、断面図には見えない。しかし、ビーム１には、断面図を形成する前に、実質的にその全面を覆って造影剤の層を設けるので、ビーム１の外表面の輪郭１ｃは見える。使用する造影剤は、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）である。輪郭１ｃを用いて、プロファイル３およびビームの両方を断面図で確認できる。図１ａに示す構造の数値的三次元モデルは、図１ａの構造に関して相互に間隔を設けた複数の断面図を形成することによって構築することができる。
【実施例２】
【００２９】
図２ａを参照する。これは、全体を符号１０とした人間の上下の顎を詳細に示す。上下の顎１０は骨部１１からなり、それらの周りに歯茎１２がある。上下の顎には、この図２ａで明確に把握できない完全な義歯が設けられている。義歯は、透過性放射線に対してほぼ透明な、比較的に柔らかい材料から製造されている。義歯には、造影剤を備えたエラストマーの層が設けられている。造影剤は、例えば硫酸バリウムであり、そしてエラストマーは、例えばシリコン・ゴムである。造影剤は輪郭１３として見える。造影剤を適用することによって、義歯および歯茎の輪郭１３は見えるようになる。図２ｂは、全体を符号１０とした図２ａの上下の顎の、側面からの断面図である。図２ａおよび２ｂの上下の顎１０は、図３ａおよび３ｂに、義歯１４の輪郭、そしてそれによって歯茎の輪郭が見える状態で示されている。
【実施例３】
【００３０】
図４および５は、各々、全体を符号２０とした下顎の正面および側面の詳細を示す。これらの図は、Ｘ線テンプレートとして具現化されたキャリアを使用したことを示す。Ｘ線テンプレートは、合成樹脂から製造したプレートからなり、合成樹脂は比較的に柔らかい材料であるため、見えないものである。このプレートには、チタン・ロッド１５が結合される。このロッド１５は、チタンが硬い材料であるので見える。合成樹脂から製造したＸ線テンプレートの部分の表面には造影剤が設けられるので、Ｘ線テンプレートの輪郭１３と歯茎の輪郭は見える。ロッド１５の配向とＸ線テンプレートの輪郭は、下顎２０内に配置されるインプラントの所望の方向を示す。造影剤を適用し、ロッド１５を使用することによって、下顎２０の三次元モデルの構造とインプラントの配置は、より正確になる。造影剤の層が、最初にＸ線テンプレート上に、それから歯茎上に設けられるため、十分な放射線が吸収され、歯茎の外表面の輪郭が見えるようになる。しかし、放射線ビームのいわゆるハードニングを防止するために十分な放射線も通過可能である。
【実施例４】
【００３１】
最後に、図６ａおよび６ｂは、デンタル・トレイまたは不適合義歯等のキャリアが適合しない状況を表す。その場合、キャリアは、まず、印象材での改床によって、正確に適合させなければならない。それから、例えば金属粉等の放射線不透過性パウダーの薄層を、その完全に適合するキャリア上へ霧化あるいは沈着させることができる。カルボキシメチル・セルロース・アルギナート、ゼラチン・アルギナートおよびアルギン酸ナトリウム等の接着剤を、オプションとしてパウダーと共に霧化できる。これによって、キャリアの転位を回避する。キャリアは、放射線不透過性が可能な限り少ないことが好ましい。
【００３２】
いくつかのパーツ、例えば義歯の歯および臼歯を見えるようにすることが有益な場合は、これらの部分を、薄い延性のある粘着性金属フォイルで覆うことによって、それは可能となる。このことを図６ａおよび６ｂに示す。これらの図における線３１は、顎の柔らかい部分３２に適用された造影剤の層を示す。さらに線３３は、義歯のエレメント上に設けた造影剤として機能するフォイルを表す。この場合、この義歯はキャリアとして機能する。これらのエレメントの表示は、配置すべきインプラントの位置に関する追加の情報を与える。上記説明の方式で得られたデータ・セットから、インプラントを直接的に計画して、ドリル・ガイドを製造することが可能である。その場合、Ｘ線テンプレートを製造する、あるいはスキャニング・プロステーゼを形成するためには、もはや、追加モデルのデータ・セットまたはＸ線スキャンを組み合わせる必要はない。その場合、単一のＣＴスキャンに基づくだけで、インプラントを計画し、ドリル・ガイドを製造できる。
【００３３】
注目すべきは、表示すべき柔らかい部分に設けるように金属フォイルを造影剤として同様に使用できることである。
【図１ａ】
2013511323.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
2013511323.tif 000007
【図３ｂ】
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【図４】
2013511323.tif 000009
【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
2013511323.tif 000013
2013511323.tif 000014
2013511323.tif 000015
2013511323.tif 000016
2013511323.tif 000017