(57)【要約】直交単位ベクトルによる歯軸の自動構築のシステムおよび方法が開示される。歯軸を自動構築するために、歯に関する三次元データが用いられる。切歯、犬歯、小臼歯、および大臼歯などの異なる種類の歯に対する軸の自動構築のためのシステムおよび方法が開示される。隆線を有する歯に対する一式の軸を自動構築する、コンピュータにより実装される方法は、歯に対する三次元データを受信することと、ＯＺ軸が歯に対する回転対称軸を近似するように、歯に対するＯＺ軸を自動計算することと、ＯＹ軸が歯の隆線と実質的に平行になるように、歯に対するＯＹ軸を自動計算することとを包含する。
2010504169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隆線を有する歯のために一式の軸を自動構築する、コンピュータにより実装される方法であって、
該歯の三次元データを受信することと、
ＯＺ軸が該歯の回転対称軸を近似するように、該歯の該ＯＺ軸を自動計算することと、
ＯＹ軸が該歯の隆線と実質的に平行になるように、該歯の該ＯＹ軸を自動計算することと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
前記一式の軸のＹＺ平面を計算することであって、該ＹＺ平面は該歯の該唇側領域と該舌側領域との間でおおよそ均衡する、ことと、
Ｙ座標が該歯の隆線の中心点を近似するように、該一式の軸の原点の該Ｙ座標を計算することと、
ＸおよびＺ座標が該歯の前部の縁に近接して位置を定められるように、該原点の該Ｘ座標およびＺ座標を計算することと
をさらに包含する、請求項１に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項３】
前記唇側領域と前記舌側領域との間でおおよそ均衡した中心点軸を計算するステップと、
前記計算されたＯＺ軸を該計算された中心点軸と比較するステップと
をさらに包含する、請求項２に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項４】
ＹＺ平面を計算する前記ステップは、前記歯の前記唇側領域に対する第１の平面と該歯の前記舌側領域に対する第２の平面との間でおおよそ均衡した平面を計算することを包含する、請求項２に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項５】
前記第１の平面を計算するステップは、前記歯の前記唇側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含し、
前記第２の平面を計算するステップは、該歯の前記舌側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含する、請求項２に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項６】
前記ＯＺ軸を計算するステップは、前記歯用の三次元のバウンディングボックスを２等分する軸を計算することをさらに包含する、請求項２に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項７】
隆線および尖を有する歯のために一式の軸を自動構築するコンピュータにより実装される方法であって、
該歯に関する三次元データを受信することと、
ＯＺ軸が該歯の回転対称軸を近似するように、該歯のＯＺ軸を自動計算することと、
ＯＹ軸が該歯の該隆線と実質的に平行になるように、該歯のＯＹ軸を自動計算することと
を包含する、方法。
【請求項８】
前記歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
前記一式の軸に対してＹＺ平面を計算することであって、該ＹＺ平面は該歯の該唇側領域と該舌側領域との間でおおよそ均衡する、ことと、
Ｙ座標が該歯の尖を近似するように、該一式の軸の原点の該Ｙ座標を計算することと、
ＸおよびＺ座標が該歯の前部の縁に近接して位置を定められるように、該原点に対する該Ｘ座標およびＺ座標を計算することと
をさらに包含する、請求項７に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項９】
前記唇側領域と前記舌側領域との間でおおよそ均衡した中心点軸を計算するステップと、
前記計算されたＯＺ軸を該計算された中心点軸と比較するステップと
をさらに包含する、請求項８に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１０】
ＹＺ平面を計算する前記ステップは、前記歯の前記唇側領域に対する第１の平面と該歯の前記舌側領域に対する第２の平面との間でおおよそ均衡した平面を計算することを包含する、請求項８に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１１】
前記第１の平面を計算するステップは、前記歯の前記唇側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含し、
前記第２の平面を計算するステップは、該歯の前記舌側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含する、請求項８に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１２】
前記ＯＺ軸を計算するステップは、前記歯用の三次元のバウンディングボックスを２等分する軸を計算することをさらに包含する、請求項８に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１３】
一対の尖および歯冠を有する歯のために一式の軸を自動構築するコンピュータにより実装される方法であって、
該歯の三次元データを受信することと、
ＯＺ軸が該歯の回転対称軸を近似するように、該歯のＯＺ軸を自動計算することと、
ＯＸ軸が該一対の尖を接続する線と実質的に平行になるように、該一式の軸のＯＸ軸を自動計算することと
を包含する、方法。
【請求項１４】
前記歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
前記一式の軸のＹＺ平面を計算することであって、該ＹＺ平面は該歯の該唇側領域と該舌側領域との間でおおよそ均衡する、ことと
をさらに包含し、
該一式の軸の前記ＯＺ軸を自動計算するステップは、該ＯＺ軸が該歯の該唇側領域おける事前に選択された点に整合する軸を近似するように、該ＯＺ軸を自動計算することと、
原点が該歯の歯冠の中心を近似するように、該一式の軸の該原点を計算することと
をさらに包含する、請求項１３に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１５】
前記第１の平面を計算するステップは、前記歯の前記唇側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含し、
前記第２の平面を計算するステップは、該歯の前記舌側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含する、請求項１４に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１６】
前記ＹＺ平面を計算するステップは、前記歯の前記唇側領域を近似する第１の平面と該歯の前記舌側領域を近似する第２の平面とを２等分することを包含する、請求項１４に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１７】
４つの尖および１つの歯冠を有する歯のために一式の軸を自動構築する、コンピュータにより実装される方法であって、
該歯の三次元データを受信することと、
ＯＺ軸が該歯の回転対称軸パスを近似するように、該歯の該ＯＺ軸を自動計算することと、
ＯＸ軸が該尖を２等分する線と実質的に平行になるように、該一式の歯軸の該ＯＸ軸を自動計算することと
を包含する、方法。
【請求項１８】
前記歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
前記一式の軸のＹＺ平面を計算することであって、該ＹＺ平面は該歯の該唇側領域と該舌側領域との間でおおよそ均衡する、ことと、
前記尖の先端を近似する咬合平面を計算することであって、該一式の軸の前記ＯＺ軸を計算するステップは、該ＯＺ軸が該咬合平面と直交するように、該ＯＺ軸を計算することを包含する、ことと、
原点が該歯の歯冠の中心を近似するように、該一式の軸の該原点を計算することと
をさらに包含し、
該一式の軸のＯＸ軸を計算するステップは、該ＯＸ軸が該歯の該唇側領域と該舌側領域との間の方向に該尖を２等分する線に実質的に平行であるように、該ＯＸ軸を計算することを包含する、請求項１７に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項１９】
前記第１の平面を計算するステップは、前記歯の前記唇側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含し、
前記第２の平面を計算するステップは、該歯の前記舌側領域に対し、三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含する、請求項１８に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項２０】
前記咬合平面を計算するステップは、前記歯の尖に対し、一式の三次元の設定点に整合させるために最良適合を用いることをさらに包含する、請求項１８に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項２１】
前記ＹＺ平面を計算するステップは、前記歯の前記唇側領域を近似する第１の平面および該歯の前記舌側領域を近似する第２の平面を２等分することを包含する、請求項１８に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項２２】
隆線を有する歯のために一式の軸を自動構築する、コンピュータ化システムであって、該コンピュータ化システムは、
複数のアルゴリズムを備えているマイクロプロセッサと、
メモリデバイスと
を備え、
該コンピュータ化システムは、
該歯の三次元データを受信することと、
該歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
該歯の該唇側領域に対する第１の平面と該歯の該舌側領域に対する第２の平面との間でおおよそ均衡した、一式の軸のＹＺ平面を計算することと、
ＯＺ軸が該歯の回転対称軸を近似するように、該一式の軸の該ＯＺ軸を計算することと、
ＯＹ軸が該歯の該隆線と実質的に平行になるように、該一式の軸の該ＯＹ軸を計算することと、
Ｙ座標が該歯の隆線の中心点を近似するように、該一式の軸の原点の該Ｙ座標を計算することと、
ＸおよびＺ座標が該歯の前部の縁に近接して位置を定められるように、該原点の該Ｘ座標およびＺ座標を計算することと
のために構成される、コンピュータ化システム。
【請求項２３】
隆線および尖を有する歯のために一式の軸を自動構築する、コンピュータ化システムであって、該コンピュータ化システムは、
複数のアルゴリズムを備えているマイクロプロセッサと、
メモリデバイスと
を備え、
該コンピュータ化システムは、
該歯に対する三次元データを受信することと、
該歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
該歯の該唇側領域に対する第１の平面と該歯の該舌側領域に対する第２の平面との間でおおよそ均衡した、一式の軸のＹＺ平面を計算することと、
ＯＺ軸が該歯の回転対称軸を近似するように、該一式の軸の該ＯＺ軸を計算することと、
ＯＹ軸が該歯の該隆線と実質的に平行になるように、該一式の軸の該ＯＹ軸を計算することと、
Ｙ座標が該歯の尖を近似するように、該一式の軸の原点の該Ｙ座標を計算することと、
ＸおよびＺ座標が該歯の前部の縁に近接して位置を定められるように、該原点の該Ｘ座標およびＺ座標を計算することと
のために構成される、コンピュータ化システム。
【請求項２４】
一対の尖および１つの歯冠を有する歯のために一式の軸を自動構築する、コンピュータ化システムであって、該コンピュータ化システムは、
複数のアルゴリズムを備えているマイクロプロセッサと、
メモリデバイスと
を備え、
該コンピュータ化システムは、
該歯に対する三次元データを受信することと、
該歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
該歯の該唇側領域に対する第１の平面と該歯の該舌側領域に対する第２の平面との間でおおよそ均衡した、一式の軸のＹＺ平面を計算することと、
ＯＺ軸が該歯の該唇側領域おける事前に選択された点に整合する軸を近似するように、該一式の軸の該ＯＺ軸を計算することと、
原点が該歯の歯冠の中心を近似するように、該一式の軸の該原点を計算することと、
ＯＸ軸が該一対の尖を接続する線と実質的に平行になるように、該一式の軸のＯＸ軸を計算することと
を行うように構成される、コンピュータ化システム。
【請求項２５】
４つの尖および１つの歯冠を有する歯のために一式の軸を自動構築する、コンピュータ化システムであって、該コンピュータ化システムは、
複数のアルゴリズムを備えているマイクロプロセッサと、
メモリデバイスと
を備え、
該コンピュータ化システムは、
該歯に対する三次元データを受信することと、
該歯の唇側領域を近似する第１の平面を計算することと、
該歯の舌側領域を近似する第２の平面を計算することと、
該歯の該唇側領域に対する第１の平面と該歯の該舌側領域に対する第２の平面との間でおおよそ均衡した、一式の軸のＹＺ平面を計算することと、
該尖の先端を近似する咬合平面を計算することと、
ＯＺ軸が該咬合平面と直交するように、該一式の軸の該ＯＺ軸を計算することと、
原点が該歯の歯冠の中心を近似するように、該一式の軸の該原点を計算することと、
該ＯＸ軸が該歯の該唇側領域と該舌側領域との間の方向に該尖を２等分する線に実質的に平行であるように、該一式の軸の該ＯＸ軸を計算すること
を行うように構成される、コンピュータ化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、名称が「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｏｏｔｈ  Ａｘｅｓ」であり、２００６年９月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／８２６，７１４号に対する優先権およびその利益を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して歯科矯正学の分野に関し、特に、３つの直交単位ベクトルの観点からの歯軸の自動構築のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
歯科矯正学の１つの目的は、歯が最適に機能し美学的に魅力的でもある位置に患者の歯を移動させることである。ブレス（ｂｒａｃｅ）およびワイヤなどの従来の装具は、矯正歯科医によって患者の歯に当てられる。ブレスは、一旦歯に装着されると、歯に連続的な力を加え、徐々に歯をそれぞれの理想的な位置に進める。歯科矯正医は、ワイヤを調整することによってこれを行い、時間をかけて歯をその最終目的位置に向けて移動させる。
【０００４】
歯科矯正ブラケットは、しばしば患者の歯に直接接着される。典型的には、少量の接着剤が各ブラケットの基底に置かれ、ブラケットは次いで選択された歯に置かれる。接着剤が固まる前に、ブラケットは歯の所望の位置に操作される。一旦接着剤が固くなると、ブラケットは十分な力で歯に接着され、治療の進行時におけるその後の歯科矯正力に耐える。この技術に関する１つの欠点は、非常に混み合った歯、または顎閉鎖時に反対側のアーチの歯によって接着表面が妨げられるような場合の歯において、ブラケット配置のための最適な表面にアクセスすることが困難なことである。臼歯に関して、治療提供者は、歯表面に対するブラケットの正確な位置を見ることが困難であり得る。接着処置を遂行するのに必要とする時間は、患者および治療提供者の双方にとって迷惑であり得る。また、患者の唾液からの水分汚濁を最小にする必要性は、処置を長引かせ、かつまた歯のブラケットの配置の精度を不当に損ない得る。これらの要因の全ては、１つ以上のブラケットが歯の上に不正確に位置決めされる可能性を増加させる。
【０００５】
ブレスの代案としてきれいな取外し可能な歯アライナを用いて歯の移動を容易にするために、装置、システムおよび方法が開発されてきた。複数の取り外し可能なアライナを用いるシステムは、本出願と同じ譲受人に譲渡された特許文献１に説明される。患者の咬合の歯型が最初に取られ、患者の歯のための所望の目的位置（すなわち、機能的かつ／または美学的に最適な位置）は、矯正歯科医または歯科医によって提供される処方に基づいて決定される。歯の初期位置とそれらの所望の目的位置との間の矯正経路が次いで、計画される。これらの矯正経路は、概して歯の初期位置と目的位置との間の複数の中間の位置を含む。矯正経路に沿って様々な位置に歯を移動させるように形成される複数のきれいな取り外し可能なアライナが次いで、製造される。そのようなアライナを提供する１つのシステムは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｌｉｇｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．からのＩｎｖｉｓａｌｉｇｎ（登録商標）Ｓｙｓｔｅｍである。
【０００６】
歯の矯正経路の計画立案は、しばしば様々な歯科矯正学的な測定および診断を伴う。これらの測定の多くは、歯根などの肉眼では見えない歯の部分を含む歯の数学的モデルを利用する。現在、歯軸は、歯根を含む歯のモデルが構築され得るように、手動で構築される。しかしながら、これは、人間の過失を受け易い、冗長で時間を消費する処理である。歯軸の自動構築は、それが時間を節約し、人間の過失を除去するので望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，９７５，８９３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の概要）
本発明の実施形態は、歯軸を自動構築するための装置、システム、および方法を提供する。例示的な実施形態に従って、切歯などの隆線を有する歯に関して該歯に関する三次元データが受信される。歯の唇側領域に整合する第１の平面が計算され得、歯の舌側領域に整合する第２の平面が計算され得る。ＹＺ平面は次いで、第１の平面および第２の平面を２等分することによって、一式の軸に対して計算され得る。一式の軸に対するＯＺ軸は、ＯＺ軸が歯の回転対称軸を近似するように計算され得る。一式の軸に対するＯＹ軸は次いで、歯の隆線と実質的に平行になるように計算され得る。一式の軸の原点のＹ座標は、Ｙ座標が歯の隆線の中心点（ｍｉｄ−ｐｏｉｎｔ）を近似するように計算され得る。最後に、原点のＸ座標およびＺ座標は、ＸおよびＺ座標が歯の前部の縁に近接して位置を定められるように計算され得る。
【０００９】
本発明のより完全な理解は、図面に関連して考慮されるとき、詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって得られ得、図面全体において似た番号は類似の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、それぞれ、歯科矯正治療の初期段階、中間段階、および最終段階における患者の歯の配列を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、それぞれ、歯科矯正治療の初期段階、中間段階、および最終段階における患者の歯の配列を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、それぞれ、歯科矯正治療の初期段階、中間段階、および最終段階における患者の歯の配列を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、標準の歯番号付けシステムに従う歯番号を示す図である。
【図２】図２は、歯肉組織のモデルを含む、患者の歯列の部分的なモデルを例示する図である。
【図３】図３は、特定の種類の歯に対する軸を決定するための例示的な方法のフロー図である。
【図４】図４は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な切歯の図である。
【図５】図５は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な切歯の図である。
【図６】図６は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な切歯の図である。
【図７】図７は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な犬歯の図である。
【図８】図８は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な犬歯の図である。
【図９】図９は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な小臼歯の図である。
【図１０】図１０は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な小臼歯の図である。
【図１１】図１１は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な小臼歯の図である。
【図１２】図１２は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な小臼歯の図である。
【図１３】図１３は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な臼歯の図である。
【図１４】図１４は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な大臼歯の図である。
【図１５】図１５は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な大臼歯の図である。
【図１６】図１６は、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な大臼歯の図である。
【図１７Ａ】図１７Ａ〜図１７Ｃは、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な切歯を例示する。
【図１７Ｂ】図１７Ａ〜図１７Ｃは、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な切歯を例示する。
【図１７Ｃ】図１７Ａ〜図１７Ｃは、本発明の例示的な実施形態に従う、計算された診断を有する例示的な切歯を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（発明の詳細な説明）
本発明は、本明細書において様々な構成要素および処理ステップの観点から説明され得る。そのような構成要素およびステップは、所定の機能を実行するように構成された任意の数のハードウェアおよびソフトウェアの構成要素によって実現され得ることは理解されるべきである。例えば、本発明は、様々な電子制御デバイス、視覚表示デバイス、入力端末などを用い得、これらは、１つ以上の制御システム、マイクロプロセッサまたは他の制御デバイスの制御の下で、様々な機能を遂行し得る。さらに本発明は、任意の数の歯科矯正状況において実施され得、歯の特徴の自動検出のシステムおよび方法に関する例示的な実施形態は、本発明のほんのわずかの例示的な用途である。例えば、論議された原理、特徴および方法は、任意の歯科矯正治療の用途に適用され得る。
【００１２】
本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第７，０６３，５３２号および第６，５１４，０７４号は、患者の歯列の個々の構成要素のモデルを含む三次元のデジタルデータセットを生成する技術を説明する。これらのデータセットは、個々の歯および歯を囲む歯肉組織のデジタルモデルを含む。さらに、これらの出願はまた、患者のための歯科矯正治療計画を設計しかつシミュレートする際にデジタルモデルを用いるコンピュータにより実装される技術を説明する。例えば、そのような技術の１つは、治療前の患者の歯を表す初期データセットを受信することと、治療後の患者の歯の所望の配列を指定することと、所望の治療経路にわたり初期位置から最終位置に歯を移動させる変換を計算することとを伴う。矯正装置を製造する１つの技術は、治療段階のうちの１つの段階において患者の歯列の陽型を作製することと、従来の圧力成形技術を用いて陽型の周りに装置を形成することとを伴う。デジタル歯列モデルからの矯正装置の設計は、例えば、米国特許出願公開第０９／１６９，０３４号に説明され、該特許出願公開は、米国特許第６，４７１，５１１号として発行され、本出願と同じ譲受人に譲渡される。
【００１３】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、治療の経過中の３つの段階における患者の歯列を示す。図１Ａは、治療が開始する前の、患者の歯の初期位置を例示する。これらの初期位置における歯のデジタルモデルは、初期デジタルデータセット（ＩＤＤＳ）に捕獲される。
【００１４】
そのようなＩＤＤＳは、様々な方法によって得られ得る。例えば、患者の歯は、Ｘ線、三次元ｘ線、コンピュータ支援断層撮影の画像またはデータセット、磁気共鳴画像などの公知の技術を用いて、走査または画像化され得る。
【００１５】
そのような従来の画像をデジタル化しデータセットを生成する方法は、周知であり、特許および医療文献に説明されている。例示として、１つのアプローチは、Ｇｒａｂｅｒ、Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ、Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｓａｕｎｄｅｒｓ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、１９６９、ｐｐ．４０１−４１５に説明される技術などの周知の技術によって、患者の歯の石膏鋳型をまず得ることである。歯の鋳型が得られた後に、それは、従来のレーザスキャナまたは他の範囲獲得システムを用いてデジタルで走査され、ＩＤＤＳを生成し得る。範囲獲得システムによって生成されるデータセットは、もちろんデータセット内の画像を操作するために用いられるソフトウェアと互換性のある他のフォーマットに変換され得る。レーザ走査技術を用いて歯の石膏鋳型を製造しデジタルモデルを生成する全般的な技術は、例えば米国特許第５，６０５，４５９号において説明されている。別の例示的な実施形態に従って、患者の歯のデジタルモデルの獲得はまた、本出願と同じ譲受人に譲渡された、名称が「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｔｅｅｔｈ」である米国特許第６，７６７，２０８号に開示されるような技術を含み得る。従って、走査されたデータをデジタル表現に変換するためまたは患者の歯のデジタルモデルを獲得するための任意の方法論または処理が用いられ得る。
【００１６】
図１Ｂは、治療過程における中間段階において患者の歯がどのように配置され得るかの例を示し、図１Ｃは、治療過程の最終段階において患者の歯がどのように配置され得るかの例を示す。人間のオペレータおよび／またはコンピュータプログラムは、患者の歯のデジタルモデルを操作することにより最終の歯の位置を処方する。プログラムは次いで、人間のオペレータによるかまたは歯自体の自然の特性による、歯の移動に対し課されるあらゆる制約を考慮に入れ、１つ以上の中間位置を計算する。プログラムはまたは、歯が１つの治療段階から次の治療段階に移動するとき、歯間において起こり得るあらゆる衝突について対処する。最終および中間の歯位置ならびに治療経路に沿って歯が移動する該治療経路を選択することは、上記に論議される１つ以上の特許出願においてより詳細に説明され、該特許出願のすべては、それぞれの全体が本明細書に参考として援用される。
【００１７】
図１Ｄは、標準の歯番号付けシステムを示す歯一式の図である。以下の論議全体において、この標準の番号付けシステムが参照される。
【００１８】
図２は、ＩＤＤＳから引き出された典型的なデジタル歯列モデル１１０の一部分を例示する図である。歯列モデル１１０は、個々の歯１２０のモデルおよび患者の歯茎１４０のモデルを含む。ＩＤＤＳから歯肉組織および個々の歯のモデルを作製するための様々な技術は、例えば米国特許第６，４０９，５０４号および第７，０６３，５３２号に説明され、該特許は両方とも、本出願と同じ譲受人に譲渡されている。
【００１９】
さらに図２は別の歯肉モデル２００（「第２の」歯肉モデル）の一部分を示し、該歯肉はＩＤＤＳから引き出される歯肉モデル１４０（「第１の」歯肉モデル）の上に重なるように構築される。患者の歯がその初期位置から最終位置に移動するとき、プログラムは、第２の歯肉モデル２００を用い、歯の周りの歯肉の変形をモデル化する。このことは、患者の歯列の陽型から作られる矯正装置が全ての治療段階において患者の歯茎の周りに快適に適合することを確実にする。第２の歯肉モデル２００はまた、歯茎モデルに厚さを加え、該厚さは矯正装置が患者の歯茎に対して強く圧し過ぎないようにすることを確実にする。
【００２０】
ここで、本発明の様々な例示的な実施形態に参照がなされ、該例示的な実施形態は添付の図に例示される。これらの例示的な実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするように十分に詳細に説明されるが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施形態が実現され得、論理的かつ／または機械的な変更がなされ得ることは理解されるべきである。従って、本明細における様々な実施形態は、限定のためではなく、例示の目的のために提示される。例えば、任意の方法または過程の説明において挙げられるステップは、任意の順序で実行され、提示された順序に限定されない。さらに、任意の機能またはステップは、１つ以上の第三者に外部委託されるかまたは該第三者によって実行され得る。
【００２１】
簡潔さのために、従来のデータネットワーキング、アプリケーション開発およびシステム（およびシステムの個々のオペレーティング構成要素の構成要素）の他の機能的な局面は、本明細書において詳細に説明され得ない。さらに、本明細書に含まれるさまざまな図に示される接続線は、様々な要素間の例示的な機能的関係および／または物理的接続を表すように意図される。多くの代わりのかつ／またはさらなる機能的関係または物理的接続が実際のシステムにおいて存在し得ることは注意されるべきである。
【００２２】
本発明の様々な実施形態は、１つ以上の計算デバイスであって、その中に記憶されるプログラムを有し、患者の歯の移動を図るための、計算デバイスを含む。本明細書において論議される計算デバイスまたは任意の計算デバイスの様々な構成要素は、次のもののうちの１つ以上を含み得る。すなわち、ホストサーバまたはデジタルデータを処理するプロセッサを含む他の計算システム、デジタルデータを記憶するために、プロセッサに連結されたメモリ、デジタルデータを入力するために、プロセッサに連結された入力ディジタイザ、メモリに記憶されプロセッサによってアクセス可能な、プロセッサによるデジタルデータを処理することを指示するアプリケーションプログラム、プロセッサによって処理されたデジタルデータから引き出された情報を表示する、プロセッサおよびメモリに連結されたディスプレイデバイス、および複数のデータベースである。本明細書において用いられる様々なファイルインデックスおよび／またはデータベースは、顧客データ、商人データ、および／または他の類似の有用なデータを含み得る。
【００２３】
当業者は理解するように、ユーザによって用いられる任意の計算デバイスは、オペレーティングシステム（例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）  ＮＴ、９５／９８／２０００、ＯＳ２、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＭａｃＯＳなど）およびコンピュータに一般的に関係する様々な従来のサポートソフトウェアおよびドライバを含み得る。当業者によって理解されるように、各計算デバイスは、既存のシステム、アドオン製品、アップグレードしたソフトウェア、スタンドアロンシステム、分散処理システム、方法、データ処理システム、データ処理用デバイス、および／またはコンピュータプログラム製品カスタマイズして具体化され得る。従って、計算デバイスに記憶される任意のプログラムは、完全にソフトウェアである実施形態、完全にハードウェアである実施形態、またはソフトウェアおよびハードウェアの両方の局面を組み合せた実施形態を取り得る。さらに任意のプログラムは、記憶媒体において具体化されるコンピュータ読取り可能プログラムコード手段を有するコンピュータ読取り可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取り得る。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置、磁気ストレージデバイス、および／または類似のものを含む任意の適切なコンピュータ読取り可能記憶媒体が、用いられ得る。
【００２４】
一例示的な実施形態に従って、計算デバイスは、例えば患者の歯の跡または部分的跡に基づく口内スキャナまたはＣＴスキャナによって取られた初期位置における患者の歯の電子的表現を受信するように構成される。受信データは、歯の特徴の自動検出のために本発明の様々な実施形態への入力として用いられ得る患者の歯の三次元データを含む。さらに計算デバイスは、患者の歯の各々に対する所望の最終位置の電子的表現を受信または生成するように構成される。計算デバイス内に記憶されたプログラムは、初期位置および最終位置を分析するように構成され、各歯がその初期位置から最終位置に移動するルートを自動的に作成するように構成される。様々な段階において経路に沿って歯を移動させる一式のアライナは、患者のために製造される。患者がアライナを装着すると、患者の歯は各段階に従って経路に沿って移動する。
【００２５】
歯の初期位置、中間位置および最終位置を分析するために、歯根など肉眼では見えない歯の部分を含む歯のモデルを用いる様々な歯科矯正学的な測定および診断がとられる。歯軸の自動構築は、歯冠形状の目に見える部分（すなわち、臨床歯冠）および臨床歯冠顔軸（ＦＡＣＣ）の歯の曲線を用いて実行され得る。
【００２６】
図３を参照すると本発明の実施形態に従って、歯軸の自動構築は歯冠形状を用いる。すなわち、歯軸の自動構築は、次に説明されるように、切歯、犬歯、小臼歯、および大臼歯などの異なる種類の歯に対して変化する。
【００２７】
（切歯）
図４を参照すると、唇側４１０領域および舌側４２０領域を有する切歯４００が、例示される。唇側領域４１０は、平面４１２によって近似され得る。上記のように、入力データが、歯の初期位置を表す三次元データの形式で受信される。例示的実施形態に従って、平面４１２は、唇側領域に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面４１２は、唇側領域４１０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。舌側領域４２０もまた、平面４２２によって近似され得る。平面４１２に類似して、平面４２２は、舌側領域４２０に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面４２２は、舌側領域４２０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態に従って、基準の直交（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ）座標系が、歯軸を指定するために用いられる。歯軸のＹＺ平面は、唇側領域４１０と舌側領域４２０との間で均衡した平面である。ＹＺ平面は、唇側平面４１２および舌側平面４２２を２等分することによって計算され得る。
【００２９】
図５、図６および図１７Ａ〜図１７Ｃを参照すると、切歯４００のＯＺ軸５００は、切歯の回転対称軸として再構築される。切歯の回転対称は、切歯が軸の周りに１８０度回転させられ、なおもその元の形状におおよそ等しくあり得る場合の特性をいう。回転対称軸は、次に説明されるように、形状整合アルゴリズムによって推定され得る。本発明の例示的な実施形態に従って、ＯＺ軸５００は、ＯＺ軸５００がバウンディングボックス（ｂｏｕｎｄｉｎｇ  ｂｏｘ）の真ん中になるように、切歯用のバウンディングボックス６３０を用いることによって計算され得る。次に図１７Ａ〜図１７Ｃを参照すると、切歯４００は、ＯＺ軸５００の周りに１８０度回転させられ得る。歯冠における各頂点は、最初のモデル（すなわち、切歯の最初の位置における切歯）から最も近い頂点と対にされ、剛体変換（すなわち、回転および平行移動マトリックス）は、これらの対の点から計算され得る。新しいＯＺ軸は変換マトリックスから計算され、これらのステップはＯＺ軸における誤差を最小にするために繰り返され得る。
【００３０】
本発明の一局面に従って、ＯＺ軸の再構築における誤差は、歯の三次元メッシュの左境界と右境界との間で均衡した軸とＯＺ軸を比較することによって減少させられ得る。計算されたＯＺ軸が質量中心から１０％などの構成可能量を超える場合、オペレータは、計算されたＯＺ軸が許容可能位置にあるかどうかを判断するように通知され得る。引続き図５を参照すると、境界頂点５１０は、切歯４００の三次元歯メッシュの境界を指示する。
【００３１】
図６を参照すると、歯軸セットのＯＹ軸６００は、軸６００が切歯４００の隆線６１０と平行になるように、構築される。切歯に関して、隆線６１０は食べるために使われる歯の表面領域である。歯軸の原点６２０は（ｘ、ｙ、ｚ）座標によって定義される。原点６２０のＹ座標は、歯の隆線の中心点（すなわち、ｙ方向の歯の中間）を検出することによって計算される。例示的な実施形態に従って、原点６２０のＸおよびＹ座標は、軸がバウンディングボックス６３０の真ん中になるように、切歯４００の前部／頂部の縁に移される。
【００３２】
（犬歯）
図７を参照すると、唇側領域７１０および舌側領域７２０を有する犬歯７００が、例示される。唇側領域７１０は、平面７１２によって近似され得る。上記のように、入力データが、歯の初期位置を表す三次元データの形式で受信される。例示的実施形態に従って、平面７１２は、唇側領域に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面７１２は、唇側領域７１０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。舌側領域７２０もまた、平面７２２によって近似され得る。平面７１２に類似して、平面７２２は、舌側領域７２０に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面７２２は、舌側領域７２０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。
【００３３】
犬歯７００はまた、歯の上の尖った突出部である尖７４０を含む。尖は、主要な歯の解剖学特徴であり、犬歯７００の削合面に位置を定められる。小臼歯および大臼歯などの他の歯は１つを超える尖を有し得る。
【００３４】
本発明の例示的な実施形態に従って、基準の直交（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ）座標系が、犬歯７００の歯軸を指定するために用いられる。犬歯７００の歯軸のＹＺ平面は、唇側領域７１０と舌側領域７２０との間で均衡した平面である。ＹＺ平面は、唇側平面７１２および舌側平面７２２を２等分することによって計算され得る。
【００３５】
図７および図８を参照すると、犬歯７００のＯＺ軸８００は、歯の回転対称軸として再構築される。本発明の例示的な実施形態に従って、ＯＺ軸８００は、ＯＺ軸８００がバウンディングボックスの真ん中になるように、犬歯用のバウンディングボックス８３０を用いることによって計算され得る。歯軸セットのＯＹ軸８１０は、軸８１０が犬歯７００の隆線７３０と平行になるように、構築される。本発明の例示的な実施形態に従って、隆線７３０は、唇側領域７１０と舌側領域７２０との間の境界として定義され得る。歯軸の原点８２０は（ｘ、ｙ、ｚ）座標によって定義される。原点８２０のＹ座標は、隆線７３０の中心点（すなわち、ｙ方向の歯の中間）を検出することによって計算される。本発明の代替の実施形態に従うと、原点８２０は、犬歯７００の尖７４０の先端に設定され得る。
【００３６】
（小臼歯）
図９を参照すると、唇側領域９１０、舌側領域９２０、尖９３０、および歯冠９４０を有する小臼歯９００が、例示される。歯冠は、概して、エナメルによって覆われる歯の部分として定義される。唇側領域９１０は、平面９１２によって近似され得る。上記のように、入力データが、歯の初期位置を表す三次元データの形式で受信される。例示的実施形態に従って、平面９１２は、唇側領域に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面９１２は、唇側領域９１０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。舌側領域９２０もまた、平面９２２によって近似され得る。平面９１２に類似して、平面９２２は、舌側領域９２０に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面９２２は、舌側領域９２０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。
【００３７】
本発明の例示的な実施形態に従って、基準の直交（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ）座標系が、小臼歯９００の歯軸を指定するために用いられる。小臼歯９００の歯軸のＹＺ平面は、唇側領域９１０と舌側領域９２０との間で均衡した平面である。ＹＺ平面は、唇側平面９１２および舌側平面９２２を２等分することによって計算され得る。
【００３８】
図１０を参照すると、小臼歯９００のＯＺ軸１０００は、それが唇側領域９１０からの点１０１０によって近似される線に平行となるように構築される。本発明の例示的な実施形態に従って、点１０１０は、点１０１０が小臼歯９００の歯軸の計算されたＹＺ平面から遠位であるように、舌側表面９２０から選択され得る。本発明の一実施形態に従って、選択された点は、唇側表面の最も突出した点であり得る。
【００３９】
図１１を参照すると、小臼歯の歯軸の原点１１００は、歯冠９４０上の歯の中心に位置を定められる。図１２を参照すると、歯軸セットのＯＸ軸１２１０は、軸１２１０が小臼歯９００の尖９３０を通過する線に平行となるように構築される。
【００４０】
（大臼歯）
図１３を参照すると、４つの尖１３３０および歯冠１３４０を有する大臼歯１３００が、例示される。本発明の例示的な実施形態に従って、咬合面１３１０は、尖に最良に適合する平面によって近似され得る。平面は、平均平方法（すなわち、「最小２乗法」）または類似の方法を用いて計算され得る。大臼歯１３００の歯軸のＯＺ軸は、軸が咬合面１３１０に直交であるように、計算され得る。
図１４を参照すると、唇側領域１４１０および舌側領域１４２０を有する大臼歯１３００が、例示される。唇側領域１４１０は、平面１４１２によって近似され得る。上記のように、入力データが、歯の初期位置を表す三次元データの形式で受信される。例示的実施形態に従って、平面１４１２は、唇側領域に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面１４１２は、唇側領域１４１０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。舌側領域１４２０もまた、平面１４２２によって近似され得る。平面１４１２に類似して、平面１４２２は、舌側領域１４２０に対する三次元データを調査することによって計算され得る。平面１４２２は、舌側領域１４２０に対し、最良適合または設定点に最良に整合する類似の方法を用いることによって計算される。
大臼歯１３００の歯軸のＹＺ平面は、唇側領域１４１０と舌側領域１４２０との間で均衡した平面である。ＹＺ平面は、唇側平面１４１２および舌側平面１４２２を２等分することによって計算され得る。
図１５および図１６を参照すると、大臼歯の歯軸の原点１５００は、歯冠１３４０上の歯の中心に位置を定められる。歯軸セットのＯＸ軸１６１０は、軸１６１０がｘ方向に尖１３３０を２等分する線に平行となるように構築される。
【００４１】
利益、他の利点、および問題に対する解決法が、特定の実施形態に関して本明細書に記述された。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決法、および任意の利益、利点、または解決法を生じまたは明白にし得る任意の要素は、任意のもしくはすべての請求項または本発明の重要な、不可欠とされる、または本質的な特徴または要素として解釈されるべきではない。本発明の範囲は、従って添付の特許請求の範囲以外のいかなることによっても限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲において、単数形での要素の参照は、明白に単数として述べられていない限り、「１つおよび１つのみ」を意味することは意図されないで、むしろ「１つ以上」を意味するように意図される。当該分野の当業者に公知である上記の例示的な実施形態の要素と同等である、すべての構造的、化学的および機能的な均等物は、明確に本明細書に参考として援用され、本特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2010504169.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【国際調査報告】
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