(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象となる耳道の形状を記述した表面の第１の３次元デジタルモデルを生成するステップと、
前記第１の３次元デジタルモデルから厚みを増加させた補聴器シェルの第２の３次元デジタルモデルを生成するステップと、
前記第２の３次元デジタルモデルを補聴器シェルとしてプリントするステップと、
前記第１の３次元デジタルモデルと、前記第２の３次元デジタルモデルと、前記プリントされた補聴器シェルから導出された第３の３次元デジタルモデルとの少なくとも２つの表面モデルを比較することによって品質保証を実行するステップと
を含んでなる、補聴器シェルの製造方法。
【請求項２】
品質保証を実行する前記ステップが、前記第１の３次元デジタルモデルと、前記第２の３次元デジタルモデルと、前記プリントされた補聴器シェルを走査することから導出された第３の３次元デジタルモデルとの少なくとも２つを比較することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記厚みを増加させるステップの後に、
前記厚みを増加させたデジタルモデルに受け穴及び／又は通気口を画定するステップと、
前記厚みを増加させたデジタルモデルにデジタル銘板を取り付けるステップと
が実行される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プリントステップが、前記厚みを増加させたデジタルモデルから一体の銘板を有する補聴器シェルをプリントすることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
耳管の走査データまたは該耳管の鋳型の走査データから、前記第１の３次元デジタルモデルを生成する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
厚みを増加させたモデルを生成する前記ステップが、受け穴のデジタル表示物を有する補聴器シェルの厚みを増加させたモデルを、補聴器シェル表面の３次元デジタルモデルから生成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
厚みを増加させたモデルを生成する前記ステップが、受け穴のデジタル表示物を有する前記補聴器シェルの厚みを増加させたモデルを生成するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
受け穴を取り囲み、前記厚みを増加させたモデルの内部へと延長する取り付けフランジのデジタル表示物を含む前記第２のモデルを生成するものである請求項１に記載の方法。
【請求項９】
補聴器シェル表面の３次元デジタルモデルを生成する前記ステップが、前記走査データから表面三角形分割物を生成して、前記表面三角形分割物からデジタル完全耳キャストを生成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
デジタル完全耳キャストを生成する前記ステップが、ブール演算を用いて、キャスト形態のデジタルモデルから前記表面三角形分割物と境界を接する体積を減算することを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記補聴器シェルの厚みを増加させたモデルを生成する前記ステップが、一体式の銘板と前記銘板中を延長する通気口穴を有する前記補聴器シェルの厚みを増加させたデジタルモデルを生成することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記補聴器シェルの前記厚みを増加させたモデルのリムの形状を識別する切り取り整形曲線を生成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記切り取り整形曲線によって画定される経路に沿って銘板を切削するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
指向性経路の周りでシェル表面の３次元デジタルモデルに不均一に厚みを増加させて、厚みを増加させたモデルを画定するステップと、
前記シェル表面の前記厚みを増加させたモデルに底面補聴器通気口を、前記指向性経路に近接した場所のところで生成するステップと
を含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記不均一に厚みを増加させるステップが、
前記指向性経路の周りで前記シェル表面の前記デジタルモデルに不均一に厚みを増加させて、部分的にオフセットされた内部シェル表面を決定するステップと、
前記シェル表面の前記デジタルモデルを前記部分的にオフセットされた内部シェル表面に対して均一に厚みを増加させて、全体的にオフセットされた内部シェル表面を決定するステップと
を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記不均一に厚みを増加するステップが、
前記指向性経路の周りで前記シェル表面の前記デジタルモデルに不均一に厚みを増加させて、部分的にオフセットされた内部シェル表面を決定するステップと、
前記部分的にオフセットされた内部シェル表面を有する前記シェル表面の前記デジタルモデルに不均一に厚みを増加させて、全体的にオフセットされた内部シェル表面を決定するステップと
を含んでなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記不均一に厚みを増加させるステップが、前記指向性経路によって画定されるカーネルの周りに構築された衝突関数を用いて、前記シェル表面の前記デジタルモデルの厚みを増加させることを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記不均一に厚みを増加させるステップが、
前記シェル表面に対する前記指向性経路の第１のオフセットを決定するステップと、
前記指向性経路上の複数の頂点の各々に対して、それぞれ正規化された調整済み法線を、前記指向性経路と前記指向性経路の前記第１のオフセット間の距離に比例したパラメータ化を用いて決定するステップと
を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記不均一に厚みを増加させるステップが、前記衝突関数のサポート内にある前記シェル表面の前記デジタルモデル上の複数の第１の頂点の各々に対してそれぞれの正規化された調整済み法線を、前記それぞれの第１の頂点における推定法線を前記指向性経路上の最も近い頂点にある前記正規化された調整済み法線と混合することによって決定するステップを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記シェル表面の前記デジタルモデルが、前記複数の第１の頂点を含む表面三角形表現物であり、前記指向性経路が、前記表面三角形分割物の頂点ではない少なくとも１つの頂点を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記不均一に厚みを増加させるステップが、前記第１の頂点におけるそれぞれの正規化された調整済み法線に沿って前記シェル表面の前記デジタルモデル上で第１の頂点を移動させることによって、前記シェル表面の前記デジタルモデルに局所的に厚みを増加させることを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記不均一に厚みを増加させるステップが、
前記シェル表面の前記デジタルモデルに均一に厚みを増加させて、完全にオフセットされた内部シェル表面を決定するステップと、
前記指向性経路の周りで前記シェル表面の前記デジタルモデルに不均一に厚みを増加させるステップと
を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記生成するステップが、
前記シェル表面の前記厚みを増加させたモデルの前記通気口の軸を決定するステップと、
前記軸の周りの前記通気口の表面を決定するステップと
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記通気口の前記表面が三角形分割物である請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記シェル表面の前記厚みを増加させたモデルが不均一に厚いリムを有し、前記通気口の前記表面が、前記リムの最も厚い部分で前記シェル表面の最も厚いモデルと交差する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記生成ステップが、
前記シェル表面の前気厚みを増加させたモデルの前記通気口の軸を決定するステップと、
前記軸上の複数の点の各々に対して、前記軸に対して垂直で前記それぞれの点を通過するそれぞれの平面を決定するステップと、
各々の平面に対して前記軸上に中心を有するそれぞれの円を決定するステップと
を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２７】
前記平面の第１の複数個を傾斜させて、干渉を軽減するステップと、
前記第１の複数の傾斜された平面と結合する各円を楕円として前記それぞれの傾斜された平面上に投影するステップと
を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の複数の傾斜した平面上の前記楕円を接続することによって前記通気口の表面を決定するステップをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の３次元デジタルモデルが完全耳管内（ＣＩＣ）デジタルモデルであり、前記第２の３次元デジタルモデルが耳内（ＩＴＥ）デジタルモデルである請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［優先権出願の相互参照］
本出願は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする２０００年１０月６日に提出された米国特許出願第０９／６８４，１８４号の同時係属出願である。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）技法とコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）技法とを利用する製造方法と製造システムに関し、より詳細には、カスタム医療デバイスの生産のための製造方法と製造システムとに関する。
【０００３】
［発明の背景］
耳内補聴器デバイスの設計と製造のための技法は、一般的に、個人の特定の難聴を治療する個人専用の電子部品をサポートするための内のり寸法（internal dimension）と、個人の耳管内で、快適でしかもしっかりとはめ合うための外のり寸法（external dimension）の双方が高度にカスタマイズされている必要性がある。そのうえ、装飾的な考慮もあって、設計者は外のり寸法をしばしばより小さくしようとする一方で、電子部品の小型化が進んでいるにもかかわらず、聴力の改善の有効性に対する考慮のために、ある最小の内のり寸法に設計者を一般に制限している。
【０００４】
図１に、カスタマイズされた耳内補聴器デバイスを製造する従来の生産プロセスフロー１０を示す。ブロック１２に示すように、最終的に製造された補聴器シェルを試験する際に対象者の「耳」として動作することによって品質を保証するために用いることができるネガ型のモールド（negative mold）と一緒に、対象者の耳管の押し込み金型を生成する。従来の補聴器製造技法を知っている人には理解されるように、押し込み金型は、対象者の所定の聴力検査を実行した後に聴覚訓練士（audiologist）によって生成され、ネガ型のモールドは、この押し込み金型と、カスタマイズされた補聴器シェルを製造するという要求とを受けた製造者によって生成される。そして、ブロック１４を参照すると、補聴器シェルの詳細な押し込み金型が、製造者によって生成される。この詳細な押し込み金型は、前記の押し込み金型を、対象者の欠陥のある聴覚状態を治療するための必要な電子部品を受領するに適した所望のサイズに手で彫ることによって生成される。そして、ブロック１６では、詳細なシェルのキャストをこの詳細な押し込み金型から形成し、ブロック１８では、このシェルのキャストを用いてプラスチック製の補聴器シェルを形成する。
【０００５】
そして、ブロック２０に示すように、（たとえば、接着剤等で）このプラスチック製の補聴器シェルの内部表面に通気口構造体を取り付ける。そして、ブロック２２では、手で切り取り整形して表面を平滑化して、これにより、シェルが銘板を受けられるようにする。そして、ブロック２４では、この銘板をシェルの平坦な表面に取り付け、追加的に切り取り整形して平滑化して、唐突なエッジや余分なものを取り除く。そして、ブロック２６では電子部品をシェルに付け加え、ブロック２８ではその結果得られるシェルの形状を、ネガ型のモールドを用いて試験する。この試験で不合格となると、一般的には、詳細な押し込み金型を生成するステップを用いて、ブロック１４で製造プロセスを再開始することになる。しかしながら、製造されたシェルが、最初の品質保証をパスすれば、ブロック３０で電子部品を有するシェルが顧客に向けて出荷される。そして、受領した補聴器シェルをはめ合わせてその機能を試験するステップが、顧客側の聴覚訓練士によって実行される。この段階で不合格となると、一般的には、プロセスフロー１０の実行を繰り返す必要があり、それに伴って余分の経費及び時間の遅れが発生する。
【０００６】
不運にも、カスタマイズされた耳内補聴器デバイスを設計して製造するこれらの従来の技法は、一般的には、多くの手作業を伴うため多くの欠点がある。第１に、手で彫ることにより補聴器シェルを作成するとエラーしやすく、２０〜３０％という比較的に高い顧客側からの返品率の主たる原因となる。第２に、従来技法で必要とされるこの一般的に多い手作業は、しばしばスループットを上げる際のボトルネックとなり、ユニット当たりの製造経費の軽減努力をしばしば制限することになる。したがって、スループットが高く、品質保証のレベルを上げるコストパフォーマンスの良い製造操作に対する必要性がある。
【０００７】
［発明の要約］
本発明による方法と装置とコンピュータプログラム製品とは、高度の品質保証及び信頼性並びに手間と時間のかかる生産ステップ及び操作の数を減らした、補聴器デバイスのシェルを設計してプリントする効率的な技法を提供する。これらの技法は、外部体積に対する内部体積の最大許容比に近づき得る内部体積を有する補聴器シェルも提供することが好ましい。このように内部体積が大きいことによって、高度の機能性を有する補聴器の電子部品の組み込み、及び／又は、小型であまり目立たない補聴器シェルを用いることを容易なものとする。
【０００８】
本発明の第１の好ましい実施形態は、好ましくは、自己交差を解消し、その結果、モデルの外部体積のパーセンテージが高い内部体積を有するモデルの厚みが増すように、シェルの表面の３次元デジタルモデルの厚みを増すことによって、補聴器シェルの防水デジタルモデルを生成する動作を含む。この厚みを増加する動作には、底面にある補聴器の通気口の場所を識別する指向性経路の周りのシェル表面のデジタルモデルの厚みを不均一に増す動作を含むことが好ましい。この指向性経路は、シェルの表面上で、たとえば、（たとえば、聴覚訓練士等の）専門家又はコンピュータ支援設計のオペレータによって引かれるものである。そして、この指向性経路に近接した場所に、厚みを増したシェル表面のモデルの底面の補聴器通気口のデジタルモデルを生成する作業を実行することが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の実施形態は、対象者の耳管の少なくともある部分のポジ又はネガの画像の第１のデジタル表現物を生成する動作を含む。この第１のデジタル表現物は、点群表現(point cloud representation)と、第２のマニホールド三角形分割（manihold triangulation）と、非ゼロ境界を有する第２のマニホールド三角形分割及び体積三角形分割(volume triangulation)とからなるグループから選択された表現物である。そして、対象者の耳管に適合する形状を有する補聴器シェルの第２のデジタル表現物が生成される。この第２のデジタル表現物は、直接的又は間接的に、第１のデジタル表現物の少なくともある部分から導出される。そして、対象者の耳管に適合する補聴器シェルをプリントする動作を第２のデジタル表現物に基づいて実行する。テンプレートも用いると、第２のデジタル表現物の生成が容易になる。特に、第２のデジタル表現物を生成する動作は、補聴器シェルのデジタルテンプレートの形状により緊密に適合するように第１のデジタル表現物を修正するステップ、及び／又は、第１のデジタル表現物の形状により緊密に適合するようにデジタルテンプレートの形状を修正するステップを含む。このデジタル表現物は、非ゼロ境界を有する第２のマニホールドを構成する表面三角形分割物であることが好ましい。しかしながら、前記のデジタルテンプレートは、均一な又は不均一な厚み、さらに、通気口さえも有する一般的な補聴器シェルの３次元モデルでありうる。
【００１０】
第２のデジタル表現物を生成する動作は、第２のマニホールド又は非ゼロ境界を有する第２のマニホールドである補聴器シェル表面の３次元モデルを生成し、シェル表面上の複数の頂点の各々を内部シェル表面に対して垂直なそれぞれの経路に沿って移動させる動作を用いて補聴器のシェル表面の３次元モデルの厚みを増加する動作を含む。この厚みを増加する動作は、補聴器のシェル表面の３次元モデルの厚さをその上の指向性経路の周りに不均一に増す動作を含むことが好ましい。そして、シェル表面の厚みを増加したモデルに底面補聴器通気口を形成する動作と共に、指向性経路に近接した場所で均一に厚みを増加する動作を実行する。通気口の形成を可能とする局所的な不均一に厚みを増加する動作とそれに続く所望のシェル厚みを画定する全体的な均一に厚みを増加する動作を組み合わせると、外部体積に対する内部体積比が比較的に高いカスタム品としての補聴器シェルの形成と、作りつけの通気口を有するシェルのプリント動作とが可能となる。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態は、補聴器シェルのデジタルモデルとプリントされて走査された補聴器シェルのデジタルモデルとの比較を可能とすることによって品質保証を実行する効率的な方法を提供する。特に、補聴器シェルの第１の３次元デジタルモデルを生成し、そして、この第１の３次元デジタルモデルに基づいて補聴器シェルをプリントする動作を実行する。そして、このプリントされた補聴器シェルを走査することによって点群データを生成する。この点群データから、補聴器シェル表面の第２の３次元デジタルモデルを生成する。このプリントプロセスの精度を評価するために、補聴器シェル表面の第２の３次元デジタルモデルを補聴器シェルの第１の３次元デジタルモデルと比較して、その間の相違を検出する。この第２の３次元デジタルモデルを前記のシェルの早期のデジタル表現物とも比較して、製造プロセスの様々な段階を検証することもできる。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態は、ゼロ又は非ゼロ機能的境界を有する第２のマニホールド表面として対象者の耳管の形状を記述する表面の第１の３次元デジタルモデルを、キャプチャされた３次元データから自動的に生成することによって補聴器シェルを製造する動作を含む。このキャプチャされたデータは、たとえば、走査動作又は３次元デジタルカメラを伴う他の関連データキャプチャ動作に応じて生成される。このようなデータキャプチャ動作を、本書では、走査データを生成する走査動作と呼ぶ。これらの動作の後には、第１の３次元デジタルモデルから厚みを増加した補聴器シェルの第２の３次元デジタルモデルを生成して、第２の３次元デジタルモデルを補聴器シェルとしてプリントする動作が続く。そして、（ｉ）第１の３次元デジタルモデルと、（ｉｉ）第２の３次元デジタルモデルと、（ｉｉｉ）プリントされた補聴器シェルから導出された第３の３次元デジタルモデルとの内の少なくとも２つを比較することによって、品質保証動作を実行する。プリントされた補聴器シェルを走査することによって、この第３の３次元デジタルモデルを導出することができる。
【００１３】
これらの実施形態の好ましい態様によれば、第１の３次元デジタルモデルを生成するステップは、対象者の耳管の形状を記述する非星形状表面の点群表示物を、この非星形状表面のそれぞれの部分を記述した複数の点集合から発生するステップを含む。そして、点群表示物を自動的に非星形状表面三角形分割にラッピングする動作を実行する。第２の３次元デジタルモデルを生成するこれらの動作は、非星形状表面三角形分割物を星形状補聴器シェル表面の３次元モデルにカッティングする、及び／又は、切り取り整形し、そしてこの星形状補聴器シェル表面のデジタルモデルの厚みを増加させることによって詳述動作を実行するステップを含むことも好ましい。この厚みを増加する動作は、厚みを増加したデジタルモデルの受け穴、及び／又は、通気口を画定し、厚みを増加したデジタルモデルにデジタル銘板をはめ合わせるステップを含みうる。プリント動作は、プリントツールを用いて、一体的な銘板を有する補聴器シェルをプリントすることによって実行することもできる。例示のプリントツールは、立体リソグラフィツール及び迅速プロトタイピング装置からなるグループから選択された１つのツールでありうる。
【００１４】
［好ましい実施形態の説明］
ここで、本発明を、本発明の好ましい実施形態を示す添付図面を参照して以下により詳しく説明する。しかしながら、本発明は、異なった多くの形態で実施されて、他の物件に適用され、ここに記載する実施形態に制限されるものと解釈すべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底していて完全であり、また、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるために提供される。本発明の動作は、以下と添付図面により詳しく記載するように、完全にハードウエア実施形態によって実行されるが、ソフトウエアとハードウエアの態様とある程度のユーザ入力とを組み合わせた実施形態によって実行されることがより好ましい。さらに、本発明の態様は、記録媒体中に実現されたコンピュータに読み取り可能なプログラムコードを有するコンピュータに読み取り可能な記録媒体上にあるコンピュータプログラム製品という形態をとる。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は他の光学的もしくは磁気的な記録装置を含む任意の適切なコンピュータに読み取り可能な媒体においても利用することができる。全体にわたって、同じ数字は同じ部品を示す。
【００１５】
本発明の様々な態様を、フローチャート図を含む以下の図面に詳細に示す。フローチャート図の複数のブロックの各々と、フローチャート図のブロックの組み合わせとは、コンピュータプログラム製品によって実施可能であることが理解されるであろう。これらのコンピュータプログラムの命令は、プロセッサ又は他のプログラム可能なデータ処理装置に提供されてマシンを生産し、これにより、これらの命令が、このプロセッサや他のプログラム可能なデータ処理装置上で実行されて、フローチャートの１以上のブロック中で指定される機能を実施する手段を生成するようにする。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータに読み取り可能なメモリ中にも記憶されるが、このメモリはプロセッサ又は他のプログラム可能なデータ処理装置に対して特定の仕方で機能するように命令し、これで、コンピュータに読み取り可能なメモリ中に記憶されているこれらの命令が、フローチャートの１以上のブロックに指定されている機能を実施する命令手段を含む製造品を生成するようにする。
【００１６】
したがって、フローチャート図のブロックは、指定された機能を実行する手段の組み合わせと、指定された機能を実行するステップの組み合わせと、指定された機能を実行するプログラム命令手段とをサポートする。また、フローチャート図の複数のブロックの各々と、フローチャート図中のブロックの組み合わせとは、指定された機能又はステップを実行する特殊目的のハードウエアベースのコンピュータシステムによって、又は、特殊目的のハードウエアとコンピュータ命令の組み合わせとによって実施可能であることが理解されるであろう。
【００１７】
ここで、図２を参照すると、補聴器シェルの迅速生産のための好ましい製造方法とシステムは、まず、従来の動作１００を実行して、（ｉ）１つ以上の閉塞を有する複雑な非星形状表面であったりする対象者の耳管又はこの対象者の耳管の押し込み金型又はネガ型のモールドを３次元走査し、（ｉｉ）耳管の形状の少なくともある部分の形状をデジタル記述するデータを発生する。この走査データは、そのデカルト座標によって識別される各データ点を有する点群データファイルという形態を取り得る。このデータファイルは、たとえば、Ｃｙｂｅｒｗａｒｅ（登録商標）と、Ｄｉｇｉｂｏｔｉｃｓ（登録商標）と、Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ（登録商標）と、Ｓｔｅｉｎｂｉｃｈｌｅｒ（登録商標）と、Ｇｅｎｅｘ（登録商標）と、Ｍｉｎｏｌｔａ（登録商標）とが製造したものを含む従来のディジタイザによるＡＳＣＩＩ  ｘｙｚデータフォーマットで提供される。３次元幾何学形状の当業者には理解されるように、閉じられた３Ｄ表面は、隣接する体積の内部上に少なくとも１つの点が存在する３次元幾何学形状（星形状）か、隣接する体積の内部上に少なくとも１つの点が存在しない３次元幾何学形状（非星形状）かのどちらかである。閉じられた形状は、表面上のすべての点がそこから見える、閉じられた表面が隣接する体積の内部上に少なくとも１つの点が存在する場合にだけ「星」形状である。他の表面はすべて、非星形状である。星形状表面の例には、立体と球体と四面体とがある。非星形状表面の例には、トロイド（たとえば、ドーナツ形状の）表面と、トンネル及びハンドルを有する閉じられた表面とがある。
【００１８】
そして、ブロック２００に示すように、好ましい自動化された動作が実行されて、受け穴と通気口を有するのが好ましい補聴器シェルの３次元デジタルモデルを走査データから生成する。例示の補聴器シェルの断面図を図５に示す。これらの動作は、点群データ(point cloud data)を（たとえば、四面体化されたモデル(tetrahedrized model)等の）体積三角形分割物（volume triangulation）へと変換し、そして、デジタル多角形表面モデル(digital polygonal surface model)、好ましくは、対象者の耳管の少なくともある部分の形状をかたどった表面三角形分割物(surface triangulation)へと変換する初期動作を含む。これは、すべての四面体を除去して、体積モデルの境界だけを保持することによって実行される。これらの変換動作の１つ以上の態様の好ましい実施例は、それらの開示を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。「Method of Automatic Shape Reconstruction」という題名の１９９９年２月１１日に提出された共同譲受された米国出願米国出願第０９／２４８，５８７号と、「Method, Apparatus and Computer Program Products for Automatically Generating Nurbs Models of Triangulated Surfaces Using Homeomorphisms」という題名の２０００年６月２９日に提出された米国特許出願第０９／６０７，１２２号とにより詳しく記載されている。米国出願第０９／２４８，５８７号により詳しく記載されているように、点群データから表面三角形分割物を生成する動作は、自動化し、自動化されたラップ機能(wrap function)を用いて点群データを処理する動作を含むことが好ましい。この自動化されたラップ機能は、点群中の点のデカルト座標を超えたさらなる情報とは無関係に動作して、点群データを表面三角形分割物へと変換することができる。このさらなる情報は、点群データ中の点をエッジと三角形とを用いてリンクする接続性情報という形態を取り得る。したがって、前記の自動化されたラップ機能は、好ましい実施形態では、点群中の点のデカルト座標に専一に依存するが、点群データを接続性情報又は他の情報により処理するというあまり好ましくない動作を用いてもよい。
【００１９】
これらの変換動作は、点群データ点のデローネー複合体（Delaunay complex）を生成する技法も含む。デローネー複合体を生成する技法は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする「Apparatus and Method for Geometric Morphing」という題名のエーデルスブルンナー（Ｅｄｅｌｓｂｒｕｎｎｅｒ）らに対して共同譲受された米国特許第５，８５０，２２９号公報により詳しく記載されている。この変換動作は、選択された点の集合を除去する「消去（erase）」や、選択された点のすべてを除去する「刈り込み(crop)」や、あるパーセンテージの点を選択する「サンプリング(sampling)」や、奥行き平面を用いて点集合に対して点を追加する「点追加(add point)」等の点操作技法を含む。多角形モデルを作成する動作では、幾何学的技法を用いて、点群データファイル中のデータ点の集合から耳管の形状を推測するが、この際、厳密な幾何学的ルールを用いて点集合のＷｒａｐ（登録商標）モデルを構築して、これらの点を実際に通過する点集合の周りに（たとえば、三角形分割された表面等の）多角形表面を作成する。これらの動作は、本出願の譲受人である、ノースカロライナ州のＲｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉａｎｇｌｅ  ＰａｒｋのＲａｉｎｄｒｏｐ  Ｇｅｏｍａｇｉｃ社が製造したＧｅｏｍａｇｉｃ  Ｗｒａｐ  ４．０（登録商標）という市販のソフトウエアによって提供される。
【００２０】
図３〜図２２と図２３〜図２５とを参照して以下により詳しく説明するように、補聴器シェルの３次元デジタルモデルを生成する動作２００は、補聴器シェル表面の３次元モデルの厚みを増加し、通気口のデジタルモデルを画定してこの厚み増加されたモデルにマージする動作を含むことが好ましい。そして、補聴器シェルの３次元デジタルモデルに基づいて、ブロック３００では、通気口を有する補聴器シェルをプリントする動作を実行する。そして、ブロック４００では、従来の動作を実行して品質を保証する。品質保証動作が、プリントされた補聴器シェルを走査して、この走査に基づいてプリント済みシェルの３次元モデルを生成する動作を含むことがより好ましい。品質保証のため、プリントされたシェルのこの３次元モデルは、ブロック２００で生成された補聴器シェルの３次元モデルと比較されて、プリントプロセスの精度を検証する。このようにする代わりに、又は、それに加えて、自動化設計プロセスの全体をプリント済みシェルの３次元モデルを比較して、それが、耳管の形状をかたどり、（たとえば、点群データ等の）オリジナルの走査データから生成されたオリジナルの表面三角形分割物に適合するかどうかを調べることによって検証してもよい。品質保証動作４００は、その前に、図１のブロック２４と２６に示すような動作などの、プリントされたシェルと電子部品に対して銘板を取り付ける従来の手動動作を実行してもよい。しかしながら、ブロック２００において、銘板を取り付け、切り取り整形して仕上げするより好ましい自動化された動作を、通気口を有する補聴器シェルの３次元デジタルモデルを生成する動作の最中にデジタル式に実行してもよい。そして、最後に、ブロック５００に示すように、仕上げされた補聴器を、顧客に出荷する。
【００２１】
ここで図３Ａ〜図３Ｄを参照すると、通気口を有する補聴器シェルの３次元モデルを生成する好ましい動作２００を、以下により詳細に説明する。特に、ブロック２１０に、走査データ（たとえば、点群データ）から補聴器シェル表面の３Ｄモデルを生成する動作を示す。図３Ｂに示すように、この動作は、ブロック２１２において点群データから体積三角形分割物を生成するステップと、ブロック２１４において第２のマニホールド又は非ゼロ境界を有する第２のマニホールドとして表面三角形分割物を生成するステップとを含む。図２３〜図２４を参照して以下により詳しく説明するように、点群データから表面三角形分割物を生成する動作は、必ずしも、体積三角形分割物を生成する中間動作を必要としない。コンピュータ支援設計ツールのオペレータにとっては、走査データを体積三角形分割物へと送り、そして表面三角形分割物へと送るこれらの動作は、自動的な動作であってもよい。この時点で、表面三角形分割物は、補聴器シェル表面の３次元モデルを作成するために絶対的に必要であるより大きい対象者の耳管の部分を記述している。ブロック２１２及び２１４の動作は、表面三角形分割物がカスタムのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ワークステーションに対して入力ファイルとして提供されている場合にはスキップすることもできる。三角形分割された表面は、第２のマニホールドと呼んでもよいが、その条件としては、（ｉ）すべてのエッジが正確に２つの三角形に属していること、及び、（ｉｉ）すべての頂点がディスクに対して同相写像的である三角形のリングに属していることである。代替例として、三角形分割された表面を、非ゼロ境界を有する２マニホールドと呼んでもよいが、その条件としては、（ｉ）すべてのエッジが、２つの三角形の少なくともどちらか一方に属していることと、及び、（ｉｉ）すべての頂点が、ディスク又は半ディスクに対して同相写像的である三角形のリング又はインタバルに属していることである。これを図示するために、図６に、平面で切った第２のマニホールドＭの側面図を示す。結果として得られる非ゼロ境界を有する第２のマニホールドを斜線で表示する。図７に、図６に示す非ゼロ境界を有する第２のマニホールドの上面図を示すが、ここでは、境界ＢｄＭだけが図示されている。
【００２２】
ここで、図３Ｂ〜図３Ｄのブロック２１６を参照して、表面三角形分割物を補聴器シェル表面の３次元モデルへと処理する動作を説明する。特に、図３Ｃと図３Ｄは、ブロック２１６Ａで補聴器シェルのデジタルテンプレートを有する表面三角形分割物を揃える好ましい動作を示す。このデジタルテンプレートは、オリジナルの生成された表面三角形分割物に対する最高度の初期一致性を有するテンプレートを得るために、ＣＡＤワークステーションがアクセスし、走査することが可能なライブラリ中に保持されている複数の可能なテンプレートの内の１つでありうる。このテンプレートは、シェル表面のモデル又は均一な又は不均一な厚みを有するシェルのモデルを含む。この揃えるステップは、ソフトウエアによって自動的に及び／又はＣＡＤワークステーションを用いる設計オペレータの支援によって自動的に実行することができる。補聴器シェル表面の３次元モデルを生成することを支援するためにテンプレートを用いるかどうかは、オプションとなっている。テンプレートを使用する代わりに又はそれに加えて、１つ以上の制約を表面三角形分割物に適用して補聴器シェル表面のモデルを生成してもよい。たとえば、表面三角形分割物に対する２つの制約の適用を図３Ｅに示す。これらの制約は、図示するように、スライス動作や、又は、式で定義されたりテキストファイルもしくは他のデータファイル中の別様の仕方で定義される他の詳述動作を構成したりする。
【００２３】
そして、図３Ｃのブロック２１６Ｂに示すように、テンプレートの形状により緊密に適合させるか、又はその逆をするための１連の動作を用いて表面三角形分割物の形状を修正する。これらの動作は、共通の領域と、テンプレートと表面三角形分割物の管の交点とを計算する動作を含みうる。そして、この共通領域の外部にある多角形を切り取り整形して最小の形状を得る。図３Ｄの右側とブロック２１６Ｃに示すように、非ゼロ境界を有する第２のマニホールドであることが好ましい補聴器シェル表面の３次元モデルとして、この最小形状を用いることができる。これらの修正動作は、ソフトウエアによって自動的に、及び／又はワークステーション上で動作するハードウエアによって実行してもよいが、設計オペレータは、（たとえば、マウス、キーボード等の）従来の入力デバイスと、ディスプレイに提供されるインタフェースメニューとを用いて対話的に、これらの修正動作の内の１つ以上を実行することもできる。代替例として、ワークステーションオペレータに対して入力ファイルとして、３次元シェル表面のモデルを提供してもよい。このような入力ファイルの生成を、別のコンポーネント、オペレータ、聴覚訓練士、又は顧客によって、製造プロセス中の早期の段階で実行することができる。
【００２４】
そして、再度図３Ａを参照すると、補聴器シェル表面の３次元モデルに対して、その表面上の周りに不均一に厚みを増加させて指向性経路Ｐとする動作を実行することが好ましい。ブロック２２０において、この指向性経路Ｐは、底面にある補聴器通気口の所望の場所を識別する。この厚みを増加させる動作を実行して、シェル表面の厚みを増加させたモデルを、補聴器シェル表面の部分的に厚みを増加させたモデルとして画定することが好ましい。そして、ブロック２３０に示すように、シェル表面の部分的に厚みを増加させたモデルに均一に厚みを増加させる動作を実行する。特に、ブロック２２０及び２３０の動作には、指向性経路Ｐの周りで補聴器シェル表面の３次元デジタルモデルに不均一に厚みを増加させて内部シェル表面を部分的にオフセットし、そして、この部分的にオフセットされた内部シェル表面に対してデジタルモデルに均一に厚みを増加させて、オフセットされた内部シェル表面全体を決定する動作を含むことが好ましい。代替例として、不均一に厚みを増加させるステップ及び均一に厚みを増加させるステップから成るこの好ましいシーケンスを、結果として部分的にオフセットされた内部シェル表面とする第１の不均一に厚みを増加させる動作と、結果として全体がオフセットされた内部シェル表面とする第２の不均一に厚みを増加させる動作とを含む別のシーケンスに置き換えられる。この不均一に厚みを増加させる動作は、厳密に均一に厚みを増加させる動作と置き換えてもよい。厳密に均一に厚みを増加させる動作は、補聴器の通気口が不必要であるか、又は、すでに厚み増加されているモデルの内部表面に対してデジタル式に取り付けられる、及び／又はマージされる場合には適当である。
【００２５】
再度、ブロック２２０を参照すると、補聴器シェル表面のデジタルモデルを不均一に厚み増加させる動作は、以下により詳細に説明するように、指向性経路Ｐ上の点の集合によって画定されるカーネルＫの周りの衝突関数ｂ（ｘ）を用いてデジタルモデルの厚みを増加させる動作をさらに含む。この衝突関数は、ガウス分布関数又はスプライン関数から導出してもよいが他の関数を用いてもよい。そして、指向性経路Ｐと指向性経路Ｐ’との第１のオフセット間の距離に比例するパラメータ表示Ｐ、Ｐ’：［０，１］−Ｒ3を用いて、指向性経路Ｐ上の複数の頂点の各々に対してそれぞれの正規化された調整済み垂線ｎx’を決定する動作と共に、シェル表面に対して垂直な指向性経路Ｐ’の第１のオフセットを決定する動作を実行する。ここで、それぞれの正規化された調整済み垂線ｎx’を決定する動作には、衝突関数ｂ（ｘ）のサポート内にあるシェル表面のデジタルモデル上の複数の第１の頂点の各々に対してそれぞれの正規化された調整済み垂線ｎx’を決定する動作が含まれるのが好ましい。これは、それぞれの第１の頂点ｎxにおける推定された垂線を指向性経路Ｐ上のもっとも近い頂点における正規化された調整済み垂線ｎp’と混合することによって達成される。指向性経路Ｐを定義する好ましい技法が、結果として、シェル表面のデジタルモデルの頂点でもない少なくとも１つの頂点によって画定される指向性経路をもたらすことができる。一旦、複数の正規化された調整済み法線が決定されると、第１の頂点ｎx’から延長するそれぞれの正規化された調整済み垂線に沿って内向きのシェル表面上の第１の頂点を移動させることによって、シェル表面のデジタルモデルに局所的に厚みを増加させる動作が実行される。第１の頂点が移動される距離は、衝突関数ｂ（ｘ）によって定義されるのが好ましい。不均一に厚みを増加させる動作の後で法線が再調整された後に、全体的に厚みを増加させる動作を実行されることも好ましい。以下により詳しく説明するように、これらの動作は、それぞれの正規化された再調整済み法線に沿って内部表面上の頂点を移動させることによって、シェルモデルの内部表面をシェルの厚みでオフセットする動作を含む。
【００２６】
ここで、図３Ａのブロック２４０及び２５０を参照すると、厚みを増加させる動作の後に、補聴器の通気口のデジタルモデルを生成し、そして、このモデルをシェル表面の厚みを増加させたモデルとマージして、好ましくは、リムと、このリムのもっとも部分に隣接してその全体にわたって延長する通気口とを有する２マニホールド三角形分割物として、結果として得られるシェルを不均一に形成する動作を実行するのが好ましい。特に、ブロック２４０での補聴器の通気口のデジタルモデルを生成する動作は、シェル表面の厚みを増加させたモデルの通気口の軸を決定し、（たとえば、管状表面等の）この軸の周りの通気口の表面を決定する動作を含む。この軸は、始点に隣接した（たとえば、シェルのリムに隣接した）指向性経路Ｐからオフセットされたものとして、指向性経路Ｐとその終点で又はそれに隣接して交わるものとして画定されることが好ましい。通気口の結果として得られる表面は、非ゼロ境界を有する第２のマニホールドである三角形分割物を含む。そして、一旦、通気口の軸が決定されたら、複数の動作を実行して、軸の複数の点の各々に対して、軸に垂直で、それぞれの点を通るそれぞれの平面を決定する。そして、各平面に対して、軸上に中心を有するそれぞれの円を決定する動作を実行する。そのうえ、干渉を軽減するため、第１の複数の平面を傾斜させ、この傾斜された第１の複数の平面と結合する各円をそれぞれの傾斜された平面上に楕円として投影する動作を実行する。そして、傾斜された第１の複数の平面上の楕円を通気口の軸に垂直に延長する平面上に残っているいずれかの円と一緒に接続することによって、通気口の表面を構築する。以下に図２２を参照してより詳しく説明するように、あまり複雑でない動作を用いて、シェルの１つ以上の受け穴を画定する。
【００２７】
ブロック２５０に示すように、以下に図８〜２２を参照してより詳しく説明するように、通気口のデジタルモデルを補聴器シェルの３次元モデルとマージする。この動作は、補聴器シェルの３次元モデルのリムの頂部通気口穴と、指向性経路の終点に隣接した底部通気口穴とを画定することによって実行される。通気口穴を画定するこの動作によって、第２のマニホールド表面から非ゼロ境界を有する第２のマニホールド表面へと補聴器シェルの厚みを増加させたモデルを変換する。そして、完全に又は部分的に自動化された動作を実行して、補聴器シェルのモデルの境界（すなわち、通気口穴）を三角形分割された通気口表面の境界（すなわち、端部）とマージする。
【００２８】
ここで、ブロック２６０を参照すると、補聴器シェルの３次元モデルを修正する動作を実行し、これにより、シェルモデルの一般的には平坦なリムであるものを、プリントされたときに支持フレームを受領するのにより適したものとなるようにする。従来の補聴器の製造方法を知っている人には理解されるように、一般的には、銘板がプリント済みシェルに接着された後であって、銘板（及びシェル）が手で切り取り整形されて平滑化された後にはじめて、ハッチカバーがヒンジされている支持フレームが、プリントされた補聴器シェルに取り付けられる。この銘板は、開口部も有するが、この中に支持フレームが受容されて永久的に又は取り外し可能に接続される。
【００２９】
ブロック２６０に示される好ましい動作には、部分的又は完全に自動化されたＣＡＤ動作を含むが、これは、プリントされたときに支持フレームと突きあわせて合うように補聴器シェルの形状をデジタル式に修正するか、又は、シェルのリムに対して一般的な銘板モデルをデジタル式にマージさせて、そして、余分な部分や平滑で唐突なエッジをデジタル式に切り取り整形する動作である。特に、これらの動作によって、ＣＡＤツールのオペレータは、補聴器シェルの表示されているデジタルモデルのリムに対して支持フレームを目で見て揃えて、そして、修正されるフレームとシェルモデルの頂点及び／又はエッジを印付けしたり識別したりすることができる。そして、シェルモデルの表面を充填し、これにより、リムの最終的な形状が支持フレームと突き合わせて合うようにする動作を、ＣＡＤツールによって自動的に実行する。代替例として、ブロック２６０の動作は、デジタル銘板モデルをシェルモデルに対して、自動的に又はＣＡＤツールオペレータが揃えた後に取り付ける動作を含む。そして、ブロック３００では、自動化された又は対話式のデジタル切り取り整形動作及び平滑化動作を一般的に実行して、プリント可能な最終的な補聴器シェルモデルを生成する。このプリント動作は、通信可能に連結され、ＣＡＤツールが発行するコマンドに反応する立体リソグラフィ装置（ＳＬＡ）又は立体リソグラフィ焼結ツール（ＳＬＳ）を用いて実行される。このようにして、図１のブロック２２及び２４に示される手動で時間のかかる動作を回避することができる。このプリント動作は、迅速プロトタイピングツールとして動作する従来の３次元プリント機を用いても実行される。このようなツール及び装置は、３次元プリント機として本明細書及び請求項中に記載されている。
【００３０】
ここで、図４Ａを参照すると、特に、これには限られないが、ここに記載する好ましい動作に従って、点群データ三角形分割された表面へと処理し、補聴器シェルの３次元モデルを生成する動作を実行する、ソフトウエア及びハードウエアを含むものとして、カスタムＣＡＤ／ＣＡＭワークステーション４０の一般的なハードウエア記述が示されている。ワークステーション４０は、コンピュータ支援ツール１５を含むことが好ましいが、このツールは、ファイル１９、スキャナ２３、又はデータバス２７を介して、対象者の耳管を点群データで表示したものを受け入れることができる。ディスプレイ１３及び３次元プリント機１７が、本発明の動作を実行する際に支援するためにも提供されることが好ましい。上記のコンポーネント１３、１７、１９、２７及び２３のハードウエア設計は、当業者には公知であるため、ここではさらに説明しない。
【００３１】
自動式補聴器シェル製造システムの１部としてこのワークステーション４０を用いることができ、媒体という形態で実現されるコンピュータに読み取り可能なプログラムコードを有するコンピュータに読み取り可能な記録媒体をこのワークステーション４０が備えることが好ましい。このコンピュータに読み取り可能なプログラムコードは、ワークステーション４０内の１つ以上のプロセッサによって読み取り可能であり、ここに記載され、図３Ａ〜図３Ｄと図７〜図２２とを含む添付図面に示す動作を実行するために、プロセッサによって実行可能な命令から成るプログラムを明白に包含している。
【００３２】
特に、コンピュータに読み取り可能なプログラムは、補聴器シェルの（たとえば、完全耳管内（ＣＩＣ）モデル等の）第１のデジタルモデルを点群データから生成して、この第１のデジタルモデルの内部体積を計算して、事前に選択された補聴器部品が、第１のデジタルモデルの内部体積内に適切にはめ合うかどうかを決定するコードを含んでいる。適切にはめ合わないことが検出されると、このコードは、第１のデジタルモデルより大きい補聴器シェルの第２のデジタルモデルも生成して、その内部体積を計算する。この第２のデジタルモデルは、点群データから生成され、いくぶんか大きい耳内（ＩＴＥ）モデルも構築する。そして、このコードは、事前に選択された補聴器部品が、補聴器シェルの第２のデジタルモデルの内部体積内に適切にはめ合うかどうか決定する。必要であれば、これらの動作は、はめ合うことが検証されるまで、徐々に大きいモデルに対して繰り返すようにしてもよい。したがって、ワークステーション４０は、プリントに先立って、（たとえば、通気口を有する不均一に厚みを増加させたモデル等の）特定のモデルの補聴器シェルが、選択済みの部品を支持するに十分な大きさであるかどうかを決定する動作を実行することができる。これらの内部補聴器部品と関連するサイズ仕様は、たとえば、インターネットのサイトや電子ファイルからワークステーション４０中にロードすることができる。
【００３３】
前の節で、一人の当業者が本発明の好ましい実施形態を作成して用いることを可能とする本発明の好ましい実施形態の全体的で完全な説明を提供した。不必要であるとはいえ、上記の動作の詳細な数学的な取り扱いをここで提供する。
【００３４】
［衝突関数の構築］
この節では、一般的な衝突関数を、確立理論で用いられるガウス正規分布関数から構築する。衝突関数を用いると、法線ベクトルの局所的厚み増加と局所的平均化を制御することが可能である。
【００３５】
（Ｕｒ衝突関数）  期待値μ＝０と標準偏差σを有するガウス正規分布が、次の関数によって与えられる。
【数１】
0004648610.tif 000002
【００３６】
この分布から引き出されるすべての値の約６８％が、−σとσの間に存在し、９９％を超える値が−３σと３σの間に存在する。我々は、次のｕｒ衝突関数、
【数２】
0004648610.tif 000003
を、
・ｆに関してＣ1＝１／σ√２π及びＣ3＝０と仮定すると、標準偏差がσ＝１となるようにし、
・ｇ（０）＝１とし、
・|ｔ|≧３の場合には、ｇ（ｔ）＝０
となるように、Ｃ1とＣ2とＣ3とを選択する。
【００３７】
その結果得られる関数を図８に示す。これら３つの用件は、次のように設定することによって満足される。
【数３】
0004648610.tif 000004
【００３８】
（２次元衝突）  ある好ましい応用例では、衝突関数は、１つの点又は点の集合であり得るカーネルＫの周りに構築される。この衝突関数は、次に示すように、このカーネル中のどの点でも最大値に達し、カーネルからの距離と共に減少する。
【数４】
0004648610.tif 000005
ここで、ｄK（ｘ）はｘからＫの点までの最小距離である。我々は、αをｂの振幅と呼び、ｃを幅と呼ぶ。サポートは非ゼロｂ（ｘ）を有する点ｘの集合である。図９に、Ｒ2中の曲線をカーネルとして有する衝突関数のサポートを示すことによってこの定義を図示している。たとえば、この衝突関数を用いて、ｘにおける推定単位法線ベクトルをｐ∈Ｋの最も近い点でのそれに変更してもよい。この場合には、我々は、α＝１と設定し、次式を定義する。
【数５】
0004648610.tif 000006
ここで、ｎxとｎpは、ｘとｐにおける既存の単位法線である。
【００３９】
（衝突のオーバーレイ）  我々は、図１０に示すように、多くの衝突関数ｂiを有し、その各々がそれ自身のカーネルＫiと、振幅αiと幅ｃiとを有するものと仮定する。我々は、ｂi同士間の遷移を平滑化し、ｂiのサポートの和集合をサポートして有する全対象と置換数ｂとを次式のように構築する。
【数６】
0004648610.tif 000007
ここで、２つの和と積は、すべての指標ｉをその範囲とする。この式の第１の項は、振幅の加重平均であり、第２の項は、伴われる様々な衝突をブレンドする。振幅がすべて同じであれば、加重平均がまた同じであり、ｂ（ｘ）は、すべてのｂi（ｘ）を優勢とする。すなわち、すべてのｘとすべてのｉに対してｂ（ｘ）≧ｂi（ｘ）となる。
【００４０】
［不均一に厚みを増加する動作の実行］
境界Ｍを有する第２のマニホールドは、２つのステップで厚みを増加することが好ましい。第１に、通気口の場所をスケッチする経路の近傍を、内部に向けて厚みを増加させる。第２に、モデル全体を、内側に向けて均一に厚みを増加させる。これらの双方のステップを実行して、シェルの外部境界を不変のまま残す。我々は、通気口の地下場所を、境界を有する第２のマニホールド上の指向性経路としてスケッチし始める。
【００４１】
（通気口のスケッチ）  通気口は、その軸の周りに半径ｒ＞０の管として構築される。我々は、この軸の場所を、その始点α∈ＢｄＭからその終点ω∈Ｍ−ＢｄＭに方向付けされた経路Ｐを引くことによってスケッチする。この点は双方ともにソフトウエアユーザによって指定され、その経路はシルエットの１部として自動的に構築される。ＴαとＴωをαとωにおける正接平面とし、Ｌ＝Ｔα∩Ｔωをその共通線とする。Ｌの方向から見たＭの景色はシルエット上のαとωの双方を有している。我々は、図１１に示すように、αからωに至るシルエットの１部としてＰを計算する。
【００４２】
Ｐの構築に関しては、当然注意すべきいくつかの点がある。第１に、シルエット自身は、必ずしも連結した曲線ではない。平滑表面を近似する際に小さい誤差があっても、シルエットは互いに連結されない多くの曲線から形成されるため、このような誤差は、どの区分的線形近似においても不可避である。第２に、シルエットを連結したとしても、垂線方向から見ると前後に曲がることがある。我々は、シルエットをサンプリングして、このサンプリングされた点のシーケンスを近似するが補間を要しないスプライン曲線を構築することによってこれらの難点を解決する。サンプリングするために、図１１に示すように、我々は、ある一定数の平行平面をαとωとの間に用いる。このスプライン曲線は、近似の精度を犠牲しているとはいえ、直線を強調して構築される。最後に、我々は、このスプライン曲線をＭに投影する。この投影を行うための従来の技法は、Ｖ．Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｈｙ及びＭ．Ｌｅｖｏｙの「Ｆｉｔｔｉｎｇ ｓｍｏｏｔｈ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｔｏ ｄｅｎｓｅ ｐｏｌｙｇｏｎａｌ ｍｅｓｈｅｓ」、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ、Ｐｒｏｃ．ＳＩＧＧＲＡＰＨ  １９９６、３１３−３２４ページにおいてみることができる。
【００４３】
（厚みを増加するプロセス）  経路Ｐは、補聴器シェル中に通気口を通すために必要な体積を生成する第１の厚み増加ステップで用いられる。そして、第２の厚みを増加するステップとして、モデル全体に対して均一に効果を及ぼすことが好ましい。厚みの増加における最大の難問は、表面の自己交差を回避又は補償することである。我々は、この厚みを増加するプロセスを５つのステップに分解するが、その内の３つは、自己交差の開始又は補償に関連している。
１．１  経路Ｐの近傍の法線ベクトルを調整する。
１．２  Ｐの近傍においてＭの厚みを増加させる。
１．３  すべての法線ベクトルを再調整する。
１．４  モデルをどこも均一に厚みを増加させる。
１．５  表面の自己交差を補償する。
【００４４】
（ステップ１．１：法線の調整）  ステップ１．２に備えるために、我々は、Ｍに対して垂直なＰをモデルの内側に向けてオフセットする。これは、Ｐの各頂点を２ｒ＋２ω−ｓだけその推定法線に沿って移動させることによって実行されるが、ここで、０＜ω≦ｓは、ユーザ指定された壁とシェルの厚さである。図１２に示すように、結果として得られるＰ’は、αの画像α’からωの画像ω’に至るものである。オフセット動作は、しばしば自己交差を生じるが、これは、一般的には、曲率が、オフセット距離上の曲率以上である位置で発生する。補聴器シェルの特殊な場合には、我々は、このような高い曲率は、Ｐの終点ωの近くでしか発生しないと仮定してもよい。したがって、我々は、Ｐに沿ったω以前の最後のいくつかの頂点の画像を落として、区分的線形経路をスプライン近似Ｐ’で置き換える。点のシーケンスを近似するスプライン曲線を計算する仕方は、幾何学的形状設計の分野での教科書に記載されている標準的な方法を有する確立された主題である。
【００４５】
我々は、法線ベクトルを調整するに際して経路長に比例するＰ、Ｐ’：［０，１］→Ｒ3というパラメータ表示を用いる。頂点ｐ＝Ｐ（λ）の場合には、我々は、
【数７】
0004648610.tif 000008
をｐにおける正規化された調整済み法線と呼ぶ。我々は、ｎp’が単に近似的な単位長しか有さず、Ｍに対して単に近似的にしか垂直でないにもかかわらず、この名称を用いる。
【００４６】
頂点ｘ∈Ｍの場合には、我々は、ｘにおける推定された法線を最も近い点ｐ∈Ｐにおける正規化された調整済み法線と混合することによって、ｎx’を計算する。ｘにおけるこの推定された法線はｎx＝ｌ・（ΣΨi・ｎi）であり、ここで和の範囲はｘの星中の三角形のすべてにわたり、Ψiはｘの周りのｉ番目の角度であり、ｎiはｉ番目の三角形の内向き法線である。ｎxの長さは、ｘをｘ＋ｎxにまで移動させると、近傍の三角形に沿ってほぼ単位厚みのオフセットを生成するように選択される。これは、次式を設定することによって達成される。
【数８】
0004648610.tif 000009
ここで、φiはｎxとｉ番目の三角形の平面が成す角度である。ｎxをｎp’と混合するために、我々は、カーネルＰと振幅α＝１と幅ｃ＝３ｒとを有する衝突関数ｂを用いる。言い換えれば、我々は、ｔ＝‖ｘ−ｐ‖／ｒとし、ｘにおける正規化された調整済み法線を次式のように定義する。
【数９】
0004648610.tif 000010
【００４７】
|ｔ|≧３であればｇ（ｔ）＝０であることを想起されたい。これは、‖ｘ−ｐ‖≧３ｒであれば、ｎx’＝ｎxであることを意味する。
【００４８】
（ステップ１．２：Ｐの周りのＭの厚さの増加）  第１の厚み増加ステップは、カーネルＰと、振幅α＝２ｒ＋２ω−ｓと、幅ｃ＝３ｒとを有する衝突関数ｂを用いた。それは、法線を調整するための衝突関数と同じサポートであるが、振幅は異なっている可能性がある。したがって、我々は、ｘをｂ（ｘ）・ｎx’に沿って移動させることによって厚み増加させるが、ここで、以前と同様に、ｂ（ｘ）＝α・ｇ（ｔ）であり、ｔ＝‖ｘ−ｐ‖／ｒである。その結果、Ｐから最大で３ｒまでの距離にある近傍中で衝突する。３ｒ以上の距離では、我々は、位相幾何学的に（topologically）のみ厚みを増加させる。これは、我々が、そこでもＭのコピーを作成するが、Ｍからのオフセットはゼロであることを意味する。同様に、我々は、図１３に示すように、部分的にゼロの幅のリムを構築する。この厚みを増加させるステップの後に、我々は、オリジナルのＭ（外部表面）と、Ｍ（内部表面）の部分的にオフセットされたコピーＮ1と、それらのそれぞれの境界に沿ってＭ及びＮ1を接続するリムＲとを有する。
【００４９】
（ステップ１．３：法線の再調整）  我々は、法線ベクトルを再度変更し、今回は、ステップ１．４の全体的な厚みを増加させる動作の準備をする。その目的は、ステップ１．４で実行される厚み増加量である、概略のサイズＳの局所的特徴による法線変動を解消することである。まず、我々は、３つのペアで直交する方向にＮ1の断面図をとることによって、このような特徴を検出する。各々の方向で、我々は、距離ｓだけ離れたシーケンスを成す平行な平面を取り、各平面をＮ1と交差させる。その結果、その平面上に多角形が形成され、我々は、この多角形に沿った円弧長ｓのところにある点ｐjをサンプリングする。各ｐjに対して、我々はｎjをｐjにおける多角形の法線ベクトルであるとする。我々は次の条件下でｐjを印付けする。
（ｉ）ｎjとｎj+1が成す角度が定数θ＞０を超えるか、又は、
（ｉｉ）ｎjとｐj+1の成す角度が、θを超える角度だけ直角から異なっている。この２つの判断基準が、図１４に示すタイプの小さい特徴を検出する。我々は、実験的に、θ＝１０°は小さい特徴の検出にとって適切な角度しきい値であると決定した。我々は、判断基準（ｉ）は、正の角度と負の角度を識別し、ｎjからｎj+1に至る角度が正である場合にだけｐjを印付けさせることに気付く。各々の印付けされた点ｐjに対して、我々はＮ1中のｐj-1、ｐj、ｐj+1における推定法線を平均し、我々は、結果得られた平均的法線の長さに、推定法線の上記の定義と同じ方法でｐjの局所的近傍に応じて倍率をかける。
【００５０】
最後に、我々は各印付けされた点ｐjに対して衝突関数ｂjを用いて、局所的に法線ベクトルを再調整する。ｂjの振幅はαj＝１であり幅はｃj＝３ｓである。ｂを、ｂjを優勢とする全体衝突関数とする。すると、ｘのこの正規化され再調整された法線は次式となる。
【数１０】
0004648610.tif 000011
【００５１】
（ステップ１．４：全体的な厚みの増加）  第２の厚みを増加するステップでは、Ｎ1を、シェルの厚さｓだけどこでも均一にオフセットする。その結果、図１５に示すように、すべて正の壁を有する、新しい内部表面Ｎと新しいリムＲが得られる。これにより、このシェルは、Ｓ＝Ｍ∪Ｎ∪Ｒを境界とする体積として定義することができる。
【００５２】
（ステップ１．５：表面自己交差の補償）  最後のステップで、我々は、緩和を用いて、この新しい内部表面を平滑化し、もしあれば、自己交差を同時に補償する。我々は、まず、閉じられた曲線で内部表面ＢｄＮの境界を緩和する。この曲線が図１６に示すように左側に自己交差を有するか、又は、図１６に示すように右側に、ＢｄＮに沿った２つの非接触頂点を接続するＮ中のエッジという形態を有する近道があるかのどちらかの場合にトラブルが発生する。我々は、自己交差の前の頂点ｕと自己交差後の頂点ｖとを、ｕとｖがほぼ平行な法線ベクトルとなるように決定することによって自己交差を片づける。そして、経路をｕとｖとを接続する直線分に沿って再経路付けすることによって、経路をｕからｖにほぐす。ｐｑを反転させることによって、それが可能とは思われなければ、ｐｑをその中間点で分割することによって、頂点ｐとｑとの間の問題となる近道を改善する。
【００５３】
我々は、第２に、ＢｄＮを固定した状態にとどめるながらも、内部表面Ｎの残余を緩和する。この緩和によって、Ｎ中の近傍頂点から計算されたその緩和ベクトルｒxが各頂点ｘとともに移動される。従来の緩和演算子が、タウビン（Ｇ．Ｔａｕｂｉｎ）による「A Signal processing approach to fair surface design」、Ｃｏｍｐｕｔ．Ｇｒａｐｈｉｃｓ、Ｐｒｏｃ．ＳＩＧＧＲＡＰＨ、１９９９５年、３５１〜３５８ページの記事に記載されている。ｒxによって定義される運動によって、通常は、ｘが表面の近くに保たれるが、まれに、ｒxは、図１７に示すように、かなりの法線成分を有することがある。これがどの場合に当てはまるかを判断するには、我々は、ステップ１．４で用いられたベクトルｎx”上へのｒxの投影物を計算する。ｒxが、得られた厚さがω≦ｓとなるほどに厚みを増加させる動作を妨げる場合には、我々は図１７に示すようにｒxを調整する。公式には、緩和ベクトルは次のように調整される。
【数１１】
0004648610.tif 000012
【００５４】
そして、この調整されたベクトルを用いて緩和を実行する。
【００５５】
［厚みを増加させたモデルに通気口を作成する］
厚みを増加させる動作は、その中を我々が通気口を経路付けすることが可能な体積を作成する。この経路付けの基本的な考えは、第１に、Ｐをオフセットして軸を構築し、第２に、半径ｒの円をこの軸に沿って垂直に掃引して通気口を構築する。これらのステップの実行は、複雑になりうるので、設計をしばしば反復する必要がある。
【００５６】
（通気口の軸）  軸Ｕは、ＰとＰ’との間で固定した距離比率のところにたいていは存在する。したがって、我々は、０≦λ≦１の範囲にあるすべてのλに対して次のように定義してこの構築をスタートする。
【数１２】
0004648610.tif 000013
この軸の近似式は、Ｐ”（１）が必要とされる終点ωに達しない端部の近傍以外では受け入れ可能である。したがって、我々は、０≦λ≦３／４の範囲でＰ”をサンプリングすることによって、軸を構築し、シーケンスにωを追加し、点シーケンスを近似し、α”＝Ｐ”（０）からωに至るスプライン曲線としてＵを構築する。この動作の結果を図１８に示す。
【００５７】
（管の構築）  通気口は、Ｕの周りの半径ｒの管の厚みを増加させて作成された体積から減算することによって構築される。このアルゴリズムは、管の軸と境界を画定する頂点とを移動させて繰り返し調整することによって初期設計を改善する。このアルゴリズムは、次の６つのステップで進行する。
２．１  法線円Ｃiを構築する。
２．２  初期曲線と最終曲線とを構築する。
２．３  平面を調整して、Ｃiを楕円Ｅiに投影する。
２．４  ＥiとＳとの間の交点を補償する。
２．５  楕円を接続して、管の境界を形成する。
２．６  管とシェル境界とを接続する。
【００５８】
（ステップ２．１：法線円）  ＰとＰ’の場合と同様に、経路長に比例してパラメータ化Ｕ：［０，１］→Ｒ3を仮定する。我々は、０≦ｉ≦ｋであるすべてのｉに対してｕi＝Ｕ（ｉ／ｋ）を選択することによってＵから（ｋ＋１）個の点をサンプリングするが、ここで、ｋは、以下に説明する。点ｕi＝Ｕ（ｉ／ｋ）における単位正接ベクトルに対してｚiを書き込む。各点ｕiに対して、我々は、Ｇiをｚiに対して垂直なｕiを通過する平面とし、Ｇi中のｕiの周りの半径ｒの円Ｃiを構築する。
【００５９】
Ｃiを構築するということは、その円に沿って等間隔で置かれたある一定の数ｌ個の点を選択し、これらの点をエッジで接続して閉じられた多角形を形成することを意味する。我々は、Ｇi中に直行座標フレームｘi、ｙｉを用いて、ｕiから方向ｘiにある第１の点Ｃiを選択する。ステップ２．５は、断面形状の多角形近似物を接続して三角形分割された表面とする。この動作を容易化するために、我々は座標フレームを、次のように首尾一貫した仕方で選択する。ｘoをα∈Ｍの推定法線ｎαのＧ0への正規化された投影として選択する。他の頂点ｘiは、次の伝搬から得られる。
【数１３】
0004648610.tif 000014
経験では、断面形状の周りの点の数としてｌ＝２０と選択することが適切であることが示されている。そして、結果として得られるエッジ長は、（２πｒ／ｌ）＝０．３１．．．・ｒよりほんの少し小さい。我々は、隣り合った２つの断面形状間の距離が、この長さの約２倍、すなわち、ｋ＝[|Ｕ|ｌ／４πｒ]となるようにｋを選択するが、ここで、｜Ｕ｜はＵの長さである。そして、隣り合った２つの平面間の距離は、おおよそ（|Ｕ|ｌ／ｒ）≒（４πｒ／ｌ）＝０．６２．．．・ｒとなる。
【００６０】
（ステップ２．２：曲線の制限）  初期曲線と最終曲線は、α”と終点ωの周りの始点管境界とシェル境界が成す交点である。我々は、初期曲線をＣ0から構築し、最終曲線をＣkから構築する。後者の構築をまず説明する。
【００６１】
Ｈk＝Ｔωを、点ωにおいてＭに対して正接する平面であるとする。我々は、図１９に示すように、ｚkに対して平行なＣkをＨk上に投影する。その結果、Ｈk中に楕円Ｅkが形成される。最後に、我々は、ＥkをＭに対して垂直に投影する。設計によって、Ｓ中のωの近傍はかなり平坦になるため、Ｅkが、図１９が示唆するより遙かに最終曲線にかなり近づくようになる。
【００６２】
初期曲線のアルゴリズムは類似していて、平面Ｈ0とＨ0中の楕円Ｅ0と初期曲線とを、Ｅ0をＳ上に垂直投影することによって構築するようにする。構築することによってＳ中のα”の近傍が目標平面上に包含されるため、この垂直投影によって、Ｅ0の点がその空間上の位置を変更されることことなくＳ内の標示物に転送される。
【００６３】
（ステップ２．３：平面）  円Ｃiは、初期円又は最終円と干渉し、自身同士が互いに干渉する。このような干渉のため、通気口表面の構築に際してトラブルが発生するが、このトラブルは、断面形状を画定する平面を傾斜させることによって避けられる。言い換えると、我々は、ｕiを通過する平面Ｈiから成る新しいシーケンスを構築して、次のものを得る。
（ｉ）隣り合ったほとんど平行な平面、及び
（ｉｉ）軸に対してほとんど垂直な平面。
【００６４】
（目的（ｉ）が目的（ｉｉ）をオーバーライトする）  境界条件は、変更不可能な固定正接平面Ｈ0とＨkによって定義される。この平面のシーケンスは、Ｈ0、１≦ｉ≦ｋ−１に対するＨi＝Ｇi及びＨkによって定義される初期シーケンスを２回走査することによって次のように構築される。
【数１４】
0004648610.tif 000015
ここで、Ｅi’は、Ｅiと同様に定義されるが、中心が得られる点が異なる。このより大きい楕円は、管の周りに必要なバッファを含むため、干渉及び交点のテストに際してはＥiより適切である。ブール関数ＤＯＥＳＩＮＴＥＲＦＥＲＥは、第１の走査ではＨi+1であり第２の走査ではＨi-1である隣接する平面と空でない交点をＥi’が有する場合は真値を返す。干渉テストは対称性ではないが、これは、一方はシーケンスを上昇し他方は下降する２つの走査を我々が１つの理由であることに注意されたい。別の理由としては、調整動作のほとんどが、初期平面と最終平面の近くで実行されるが、これら平面の法線ベクトルｅoとｅkは、Ｕのそれと対応する正接ベクトルｚoとｚkとはかなり異なっているものと期待することができる。
【００６５】
干渉がある場合には、関数ＴＩＬＴは、ｅi+1かｅi-1である隣の平面の法線ベクトルに向けてｅiを回転することによって平面Ｈiを調整する。この動作を、図２０に示す。
【００６６】
（ステップ２．４：交点）  ステップ２．３で構築された楕円が、シェル境界Ｓと交差することは十分にあり得ることである。これが起こると、我々はその中心ｕiを移動させて、通気口の軸を修正する。ｕiの移動がすべての交点を解消するに不十分な場合には、我々は、内部表面を内向きに移動させることによってシェルの厚みを増加させる。我々は、このアルゴリズムを、次の３つのネスティングされたループ（nested loop）として記述する。
【数１５】
0004648610.tif 000016
【００６７】
我々は実験的に、前記の２つのループを繰り返す適切な回数を＃1＝３と＃2＝１０とに決定する。ほとんどの場合には、我々は、一旦Ｓの厚みを増加させ、２回目の反復の後に容認可能な設計に達する。
【００６８】
我々は、Ｅi’∩Ｓ＝φ1であるかどうかを試験する際に、多角形ＳiであるＨiに沿ったＳの断面形状を計算する。楕円を変換して円Ｃi’に戻すと便利である。同じ変換によってＳiを新しい多角形Ｓi’にマッピングする。我々は、ｕiからの距離が、ｒ＋ωであるＣi’の半径未満である点をＳi’が包含する場合に交点を有することになる。この点は、Ｓi’の頂点とＳi’のエッジのどちらかである。我々は、ｕiに最も近い点ｘi∈Ｓi’を計算し、我々は、‖ｘi−ｕi‖＜ｒ＋ωであれば交点を報告する。交点があるといけないので、我々は、次のようにｕiをｘiから離す。
【数１６】
0004648610.tif 000017
【００６９】
次に、新しい点ｕiを平面Ｇi上に投影して戻し、これによって、サンプリングされた点が平面Ｈiの方向に不当に影響されることを防止する。点ｕiを移動させた後に、我々は、これらの点によって画定される軸を緩和し、これによって、Ｕに沿った高曲率片が導入されるのを防止する。そして、ループを繰り返す。我々は、ループを＃2＝１０回反復させれば十分であると実験的に決定しているが、それで十分でなければ、これ以上反復しても解決策を見つけられそうもないほど状況は厳しい。そして、我々は、シェルを内側に向けて厚みを増加させ、最外側ループを繰り返す。
【００７０】
次に、我々は、シェルの厚みの増加をどのようにして遂行するか説明する。我々は、空でない各交点Ｅi’∩Ｎを、カーネルが点ｐi∈Ｎである衝突関数ｂiで表示する。交点を解消するために必要な厚み増加量が、振幅によって測定される。我々は、頂点幅４ｓと交点をカバーするに必要な値よりわずかに大きい水平方向幅を有するほぼ楕円形であるサポートを用いる。いくつかのそしてたぶん重なり合っているサポートが存在する一般的な状況を図１０に示す。ｂ（ｘ）を上述したような全体衝突関数とする。我々は、ｘをその正規化された再調整済み法線ｂ（ｘ）・ｎ”xに沿った全体衝突関数によって制御された距離だけ移動させることによって厚みを増加させる。
【００７１】
（ステップ２．５：通気口表面）  楕円を画定する点は角度順に与えられ、最初の点はそれぞれ、ほぼ揃えられることを想起されたい。したがって、この楕円の点とエッジは、断面形状の周りでの真っ直ぐな円走査で接続することができる。その結果、図２１に示すように、管又は通気口の境界を表す三角形分割物Ｖとなる。
【００７２】
（ステップ２．６：接続）  通気口の境界Ｖをシェルの境界表面Ｓと接続するために、我々は、ＳをＶの初期曲線と最終曲線に沿って分割する。この２つの曲線は、我々がＳから取り外す２つのディスクと境界を接する。そして、ＳとＶを共通の曲線で結ぶ。このように分割すると、いくつかの小さい又は悪い形状の三角形が生成されやすいが、これは、表面簡略化アルゴリズムを局所的に適用することによりトリガーされるエッジ短縮化によって除去することができる。
【００７３】
［受け穴（receiver hole）の構築］
受け穴は、図５に示すように、通気口の端部のすぐ隣のシェルの体積中を通過する短いトンネルである。通気口と同様に、我々は、自身の軸と半径によって画定される円形管を取り外すことによって、この穴を構築する。穴は短いために、我々は、円筒形管に我々自身で限定することができるが、この管は、図２２に示すように、線軸と半径によって完全に指定されている。この円筒形管は、ソフトウエアのユーザが、半径を選択し、軸にその終点と半径とを与えて画定することによって指定される。
【００７４】
受け穴の構築は、上記の通気口の作成アルゴリズムからいくつかのステップを借りることがありうる。第１に、ステップ２．１とステップ２．２とに説明したように、受け穴の初期曲線及び最終曲線は、軸に対して垂直な円から構築される。第２に、穴の境界は、ステップ２．５に説明したように２つの曲線を接続することによって得られる。第３に、ステップ２．６に説明したように、穴の境界は、Ｓを２つの曲線に沿って分割し、２つのディスクを取り外し、２つの表面をその共有する曲線に沿って結合することによってシェル境界に接続される。
【００７５】
ここで、図２３〜図２４を参照すると、補聴器シェルの迅速生産のさらに別の製造方法とシステムは、（たとえば、生（raw）の又は切り取り整形されたインプレッション等の）対象者の耳管又は対象者の耳管のモールド（mold）を走査する動作１０００を含む。生のインプレッションを走査する動作は、一般的には、標準の補聴器シェルの形状をすでにしている切り取り整形済みインプレッションを走査するより困難である。その理由は、生のインプレッションは、通常は非星形状であり、一方、切り取り整形されたインプレッションは、いつもではないがしばしば、星形状であるからである。非星形状の生のインプレッションは、一般的には走査するのが困難であるが、その理由は、しばしば閉塞部を含むからである。この難点に対処するためには、一般に、非星形状のインプレッションの表面を不規則重ね式に走査して、十分に高く均一な密度のデータ点で表面を適切に記述する必要がある。そして、この走査動作の後に、複数の走査結果を、非星形状の表面を単一の凝集性の点群（cohesive point cloud）へと表示する動作１１００を実行する。この走査動作１０００及び処理動作１１００では、対象者の耳管又は対象者の耳管のモールドの複数走査結果を、部分的な揃え動作と全体的な揃え動作とにより単一の凝集性の点群へと登録する必要がある。そして、フィルタリング動作をこの点群に対して実行して、高周波雑音を減少させ、十分遠い点を識別して解消することによって異常値を除去し、重なりを取り除く。他の技法を用いて、走査動作とは無関係に導出されたキャプチャ済みのデータから凝集性の点群表示物を生成するようにしてもよい。
【００７６】
そして、動作１２００を実行して、対象者の耳管の少なくともある部分の形状を記述する表面の３次元モデルをこの点群表示物から生成する。これらの動作は、前述の共同譲受された米国出願第０９／２４８，５８７号に記載されている動作等の自動化されたラッピング動作を含む。自動化されたラッピング動作は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする、２００１年９月２４日に提出され、「Surface Reconstruction by Merging Stars」という題名の、米国暫定出願第６０／３２４，４０３号にも開示されている。自動化されたラッピング動作は、一般的には非星形状である表面三角形分割物へと点群を三角形分割するためにも実行される。これらのラッピング動作は、点群中のデータ点のデカルト座標にもっぱら依存しているため、接続性の情報の不在下で実行される。そして、表面三角形分割物の穴を切り取り整形して充填する動作を実行する。これらの動作は、平坦穴充填アルゴリズムを用いて小さい穴を充填するステップ又は曲率ベースの穴充填動作を用いて大きい穴を充填する動作を含む。そして、この表面三角形分割物を、非ゼロ機能境界を有する第２のマニホールドへと変換する動作を実行するが、これらの動作は、自動化されたプロセス中の後の段階に遅延させてもよい。メッシュ改善動作が、表面三角形分割を最適化するためにも実行される。自己交差をチェックして取り除く動作を実行することも好ましい。自己交差をチェックする好ましい動作が、引用することにより本明細書の一部をなすものとする、ゾモロジアン（Ａ．Ｚｏｍｏｒｏｄｉａｎ）及びエーデルスブルンナー（Ｈ．Ｅｄｅｌｓｂｒｕｎｎｅｒ）による、２０００年６月の、香港での、計算幾何学に関するＡＣＭシンポジウムの議事録（Proc. of the ACM Symposium on Computational Geometry, Hong Kong）の「Fast Software for Box Intersections」という題名の記事により詳しく記載されている。
【００７７】
そして、動作１３００を実行して、補聴器シェルの完成モデルを表面三角形分割物から生成する。これらの動作を始めるに当たって、表面三角形分割物は、表面修理動作を受ける。これらの修理動作は、空洞や突出部を、近傍曲率制約を監視する平滑表面で置き換える外形損傷動作を含む。これらの空洞や突出部は、走査された生の又は切り取り整形されたインプレッションに存在する。これらの修理動作は、しわを取り除く緩和動作と、表面三角形分割物を分割するステップを含む平滑化動作も含む。必要であれば、表面三角形分割物を所定のテンプレートとマージすることによって、又は、耳管の先端を画定するように表面を対話式に変形することによって、耳管の先端を表面三角形分割物に付け加える。
【００７８】
品質を保証するために、（たとえば、円筒等の）キャスト形態のデジタルモデルを所定のキャスト形態のライブラリから、対話式ソフトウエアツールメニューを用いて選択することによって、デジタル完全耳キャストを生成する。ＣＡＤワークステーションのディスプレイ上でこの円筒を（アウトライン付きの）「透明な（transparent）」表面にして、従来の手動プロセスで用いられるシリコン製の完全耳キャストをシミュレートする。このデジタル完全耳キャストは、表面三角形分解物と境界を接する体積をキャスト形態のデジタルモデルからブール代数を用いて減算することによって生成する。代替例では、表面三角形分割物自身を用いて、それを補聴器シェルの厚みを増加させたモデル、及び／又はプリントされたシェルを走査することから導出された表面モデルと比較することによって、品質保証する。この品質保証動作は、モデリング及び製造プロセス中で各段階において実行される。
【００７９】
点群表示物から補聴器シェル表面の完成モデルを生成する動作１３００は、表面三角形分割物を詳述する動作も含むことが好ましい。従来の手動プロセスでは、インプレッションを手で詳述するステップは、しばしば、もっとも時間がかかり熟練集約的なものとなる。表面三角形分割物を詳述するこれらの好ましい動作は、高速で知的で直感的であり、表面三角形分割物から補聴器シェル表面の、結果として得られる３次元デジタルモデルの発生を可能とするソフトウエアベースの動作を含むことが好ましい。補聴器シェルに主として５つのタイプがある。これらは、完全な状態にせよ中間的な状態にせよ耳内（ＩＴＥ）のタイプと、標準的なものにせよミニタイプなものにせよ耳管内（ＩＴＣ）タイプと、完全耳管内（ＣＩＣ）タイプとを含む。上記のソフトウエアベースの動作は、表面三角形分割物の切削を可能とし、切削部の場所に穴を残す「切開（cut open）」動作を含む。「切削封印(cut sealed)」動作は、（たとえば、シリコン粘土等の）個体の片の切削を、切削動作の場所に穴を残すことなく表面三角形分割物を切削することによってシミュレートする動作である。「面取り（bevel）」動作は、表面三角形分割物の鋭いエッジを丸めるために実行される。「丸め(round)」動作は、切削動作後に全体領域を丸める動作であり、その結果として得られる表面は切削表面より下に位置する。「テーパー付け(taper)」動作は、「切削封印」動作と「丸め」動作を組み合わせた動作であり、一般的には、耳管の先端を画定するために用いられる。「フレア(flare)」動作は、突出する表面を減少させる動作であり、「螺旋領域(trim helix area)」切り取り成形動作は、（所定の角度での）「切削」動作と丸め動作とを組み合わせた動作である。結果として得られるシェル表面を、銘板をガイドとして用いて切削して切り取り成型する動作も実行される。ルールとして動作する知的な制約は、前記のソフトウエア中に埋め込まれており、これにより、切削と切り取り成型動作に効率性をもたらす。このようなルールによって、複数の同時性の切削と切り整形動作とを同時に実行することができる。生産されるシェルのタイプによっては、図３Ｄ〜図３Ｅを参照して図示し上述したようなテンプレート及び／又は制約から成る所定のライブラリを用いて、上記の詳述動作のシーケンスを呼び起こすことによって複数の切削動作の実行の際の支援とする。角度とサイズのルールとが利用可能であれば、切削と切り取り整形の動作とは、（たとえば、耳管の先端に平行とか、基底から４５〜６０度とかなどの）これらのルールによって正確に定義することができる。上記の詳述動作は、バーコードと、通し番号と、他の識別情報とをシェル表面のデジタルモデルに対して追加する動作も含む。
【００８０】
この表面三角形分割物を詳述する動作の結果、補聴器シェル表面の３次元デジタルモデルが生成される。そして、自動化された動作が実行されて、詳述された表面三角形分割物から補聴器シェルの厚み増加されたモデルが生成される。図２〜図２２を参照して上記した動作を含むこれらの動作は、この厚みを増加させたモデルに円筒又は他の形状のデジタル受け穴も作成する。このデジタル受け穴は、シェル表面の耳管の先端の中心軸と揃った中心軸を有することが好ましい。この中心軸は明瞭に画定されないが、最適化方法によって明瞭に計算することができる。受け穴の方向は、結果として得られるプリントされたシェル内の内部電機部品の予測される位置と配置と矛盾しないものであるべきである。図５の断面図に類似している図２５に示すように、受け穴は、シェルの厚みを超えてシェル内の空のスペース中に延長することもありうる。このようにして、受け穴は、機械部品及び／又は電機部品が最終的なプリント済みシェル中で取り付けられる取り付けフランジとなる。自動化された動作１３００は、必要であれば通気口生成動作も含む。図２〜図２２を参照して上述した好ましい通気口生成動作に加えて、さらなる通気口生成動作が、厚みを増加させた通気口管表面を生成し、この厚みを増加させた通気口管表面の円筒形体積を、厚みを増加させたシェルモデルとブール和集合演算を用いてマージする動作も含む。厚みを増加させた通気口管表面を通過する空の耳管は、ブール減算演算を用いて厚みを増加させたシェルモデルからも除去される。この通気口生成技法を用いる場合には、上記の厚みを増加させる動作は、均一にシェル厚みを増加させる動作に限られる。
【００８１】
通気口の場所は、受容用穴の配置に対して譲歩する必要があるが、それは、一般的には受け穴の配置の方がフレキシビリティが無いからである。その理由は、受け穴の配置は、結果として得られるプリント済みシェルにしばしば付け加えられる電機部品のサイズと配置によって決まってしまうことによる。代替実施形態では、通気口の形状は、円形である必要もなければ、シェル表面上の指向性経路を通過する円形管に限られる必要もない。色情報が、外部シェルモデルにも追加され、これにより、プリント後に、外部シェルの色がユーザの肌の色と合うようにする。
【００８２】
そして、ブロック１４００に示すように、厚みを増加させたモデルを物理的な補聴器シェルとして３次元プリントする。このプリント動作は、補聴器と（バッテリのドアを取り付けることが可能な開口部が付いている）銘板との双方を一緒に一体の完成されたシェルとしてプリントする動作を含む。これを達成するために、デジタル演算を実行して、プリントに先立って、デジタル銘板の厚みを増加させたモデルに対してはめ合わせて切り取り整形し、デジタル銘板に通気口開口を生成する。代替例では、補聴器シェルの厚みを増加させたモデルのリムの形状と適合する切り取り整形曲線の形状を記述するデータを出力する動作を実行する。例示のリムＲを図１５に示す。そして、この切り取り整形曲線をコンピュータ制御の切削ツールで用いて、一般的な銘板形態から相手側の銘板を自動的に切り取る。これで、この相手側銘板をプリント済みシェルに接着して手で切り取り整形することができる。品質保証動作もこの段階と製造プロセス全般にわたって実行する。上述したように、これらの品質保証動作は、（ｉ）プリントされた補聴器シェルの走査によって導かれたデジタルモデルと、（ｉｉ）星形状の補聴器シェル表面の３次元デジタルモデルと、（ｉｉｉ）非星形状表面三角形分割物と、（ｉｖ）デジタル完全耳キャストとの内の２つ以上を比較することによって品質保証を実行する動作を含む。
【００８３】
製造と注文調達制御とを実行する動作も実行される。たとえば、ソフトウエア動作を実行して、隣り合った複数の補聴器シェルを支持トレイ上でプリントすることを可能とするが、この場合には、このトレイ上の各々のシェルの配置と方向は、トレイのパッキング密度を最大化するアルゴリズムによって決められる。通し番号とバーコードの情報とが、プリントに先立ってデジタルモデルとすでにマージされていなければ、支持トレイから取り外される前にシェルにもエンボス加工される。
【００８４】
ここで図４Ｂを参照すると、図２３〜図２４に示す上記の動作を実行するソフトウエア及びハードウエアのコンポーネントを含むものとして、別のカスタムＣＡＤ／ＣＡＭワークステーション４０’の一般的なハードウエア記述が図示されている。自動式補聴器シェル製造システムの一部として用いられるこのワークステーション４０’は、媒体中で実現されるコンピュータに読み取り可能なプログラムコードを有するコンピュータに読み取り可能な記録媒体を含むことが好ましい。このコンピュータに読み取り可能なプログラムコードは、ワークステーション４０’中の１つ以上のプロセッサにより読み取り可能であり、プロセッサによって実行可能な命令から成るプログラムを明確に含み、ここに記述されて添付図面に示す動作を実行する。
【００８５】
本図面と明細書中で、本発明の一般的な好ましい実施形態を開示し、特定の用語を用いたが、これらの用語は、一般的な説明目的で用いられているのみであり、制限するためのものではなく、本発明の特許請求の範囲は請求項に記載される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はカスタマイズされた耳内補聴器デバイスを製造する従来の生産プロセスフローのフローチャートである。
【図２】  図２は本発明の実施形態によって補聴器シェルを製造する好ましい方法を示す動作の高水準フローチャートである。
【図３Ａ】  図３Ａは走査データからシェルのデジタルモデルを生成する好ましい方法を示す動作のフローチャートである。
【図３Ｂ】  図３Ｂは走査データを補聴器シェル表面の３次元モデルに変換する方法を示す動作のフローチャートである。
【図３Ｃ】  図３Ｃは対象者の耳管の形状を記述する表面三角形分割物から補聴器シェル表面の３次元モデルを生成する好ましい方法を示す動作のフローチャートである。
【図３Ｄ】  図３Ｄは表面三角形分割物をシェル表面モデルに変換する動作を容易化する補聴器テンプレートの使用法を示す図である。
【図３Ｅ】  図３Ｅは表面三角形分割物をシェル表面モデルに変換する動作を容易化する補聴器使用上の制約の使用法を示す図である。
【図４Ａ】  図４Ａは本発明の実施形態に従って補聴器シェルを製造するソフトウエアとハードウエアを含むコンピュータワークステーションの第１の一般的ハードウエア記述の図である。
【図４Ｂ】  図４Ｂは本発明の実施形態に従って補聴器シェルを製造するソフトウエアとハードウエアを含むコンピュータワークステーションの第２の一般的ハードウエア記述の図である。
【図５】  図５は完成された補聴器シェルの断面図である。斜線部分は壁とシェルの厚みを示す。通気口はシェル内部に経路を指定された比較的長いトンネルである。受け穴は短いトンネルである。
【図６】  図６は平面で切った２マニホールドＭの側面図である。その結果得られる、非ゼロ境界を有する２マニホールドは斜線表示されている。
【図７】  図７は境界ＢｄＭだけを示す非ゼロ境界の２マニホールドの上面図である。
【図８】  図８はガウス正規分布ｆ（ｔ）から導出したｕｒ衝突関数ｇ（ｔ）の形状を示す図である。
【図９】  図９はカーネルＫと幅ｃを有する衝突関数ｂ（ｘ）のサポートを示す図である。
【図１０】  図１０は重複サポートを有する衝突関数の集合を示す図である。
【図１１】  図１１は埋め込まれた通気口の場所をスケッチする指向性経路Ｐを示す図である。この指向性経路の支点及び終点は、それぞれαとωとして示されている。
【図１２】  図１２は図５が示す通気口を経路指定するために必要な体積を生成する際の動作として指向性経路Ｐをオフセットする動作を示す図である。
【図１３】  図１３は初期の不均一厚み増加後のシェルの上面図である。リムは、部分的に正の幅（斜線表示されている）とゼロの幅を有する。
【図１４】  図１４はおおよそｓというサイズの表面特徴を示す図である。
【図１５】  図１５は最終の均一厚み増加動作後のシェルの上面図である。リムは、斜線領域全体である。
【図１６】  図１６は自己交差（左）とショートカット（右）を示す図である。
【図１７】  図１７は点線で示す法線ベクトル、実線で示す緩和ベクトル及び鎖線で示す調整済み緩和ベクトルに図である。
【図１８】  図１８は通気口の点線で示す経路Ｐ’’及び軸Ｕを示す図である。
【図１９】  図１９は終端湾曲部構造のスケッチを示す図である。
【図２０】  図２０は平面Ｈiを傾斜させる前後における楕円形Ｅi’を示す図である。
【図２１】  図２１は通気口表面の三角形分割物のある部分を示す図である。
【図２２】  図２２は軸と半径で指定される受け穴を示す図である。
【図２３】  図２３は本発明のさらなる実施形態に従って補聴器シェルを製造する好ましい方法を示す動作のフローチャートである。
【図２４】  図２４は走査データから補聴器シェル表面の３次元デジタルモデルを生成するさらなる好ましい方法を示す動作のフローチャートである。
【図２５】  図２５は完成された補聴器シェルの断面図である。斜線領域は、壁とシェル厚みを示す。通気口は、シェル内で経路指定された比較的に長いトンネルである。受け穴は、補聴器部品を揃えて取り付ける内部フランジを含むことがある短いトンネルである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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