(57)【要約】【課題】【解決手段】構造化照明または他の技術からの識別可能な位置指標を用いて、口腔内環境の３次元モデリングを行うのに用いられる補足基準面デバイスが提供される。識別可能な位置指標に従って、口腔内部位の位置を特定し、個々の３Ｄタイルを連結する、少なくとも１つの実質的に平面である平滑な無光沢面を含む基準面デバイスが開示される。基準面デバイスは、画像化された口腔内環境の中またはこれに隣接する口腔内部位へ取り付け可能である、面に対して既知の位置にある装着点を含む。異なる位置で撮像システムによって得られた２Ｄ画像の相関を容易にする、向きおよび位置標識を有する基準面デバイス、ならびに空間位置および角度方向において分布する多数の面を有する基準面デバイスが開示される。基準面デバイスの面の大きさは、適切な空間および角度における分布を提供しながら、識別可能な位置指標のパターンを解像するのに最適化される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ．識別可能な位置指標を提供するよう操作可能な、少なくとも１つの実質的に平面である無光沢の平滑な面を含む基準面と、
ｉｉ．前記基準面に取り付けられ、口腔内環境に対して実質的に固定された立地を有する部位に取り付けられるように構成された装着点を備える装着部材とを含み、
前記識別可能な位置指標は、前記装着点から所定の空間位置にあり、前記口腔内環境に対する前記平滑な面の３次元空間位置および向きを決定するための情報を提供する、口腔内環境を撮像する際に用いられる基準面デバイス。
【請求項２】
前記基準面が、複数の平滑な面を含む、請求項１に記載の基準面デバイス。
【請求項３】
前記複数の平滑な面が、空間上に分布する、請求項２に記載の基準面デバイス。
【請求項４】
前記複数の平滑な面が、空間上に少なくとも２次元に分布する、請求項３に記載の基準面デバイス。
【請求項５】
前記複数の平滑な面が、空間上に３次元に分布する、請求項４に記載の基準面デバイス。
【請求項６】
前記平滑な面の少なくともいくつかが、少なくとも１つの角柱の一区分上にある、請求項５に記載の基準面デバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの角柱が、複数の角柱を含む、請求項６に記載の基準面デバイス。
【請求項８】
前記平滑な面の少なくともいくつかが、角柱の一区分上にある面の角錐状の凹部によって形成される、請求項７に記載の基準面デバイス。
【請求項９】
複数の角柱を含む、請求項８に記載の基準面デバイス。
【請求項１０】
前記複数の平滑な面が、角度方向においてさらに分布する、請求項５に記載の基準面デバイス。
【請求項１１】
前記装着点が、前記平滑な面に対して所定の角度方向にある、請求項１に記載の基準面デバイス。
【請求項１２】
ｉｉｉ．前記平滑な面に対して所定の位置を有する向き標識、および
ｉｖ．前記平滑な面に対して所定の位置を有する位置標識のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１１に記載の基準面デバイス。
【請求項１３】
少なくとも１つの向き標識と少なくとも１つの位置標識とを含む、請求項１２に記載の基準面デバイス。
【請求項１４】
複数の向き標識と複数の位置標識とを含む、請求項１３に記載の基準面デバイス。
【請求項１５】
ａ．請求項１に記載の基準面デバイスと、
ｂ．複数のランダム２次元パターンの２次元アレイと、
ｃ．前記アレイを投影させるよう操作可能な、前記アレイのためのストレージ媒体と、
ｄ．基準面に投影された前記アレイの第１の画像と、
ｅ．前記ストレージ媒体からの前記アレイを口腔内環境上に第１の角度で投影するプロジェクタと、
ｆ．前記口腔内環境上に第２の角度から投影された前記アレイの第２の画像を取得する取得手段と、
ｇ．画像における相対位置に基づいて、前記ランダムパターンの２次元相対位置を計算する第１の位置計算器と、
ｈ．前記第１の画像における前記ランダム２次元パターンを、前記第２の画像における前記ランダム２次元パターンにマッチングさせるパターンマッチング手段と、
ｉ．前記第１の画像における前記ランダムパターンと前記第２の画像における前記ランダムパターンとの間の視差を計算する視差計算器と、
ｊ．前記２次元相対位置および前記視差に基づいて、前記ランダムパターンの３次元相対位置を計算する第２の位置計算器と、
ｋ．前記３次元相対位置に基づいて、前記口腔内環境の３次元モデルを構成するモデリング手段とを含む、歯科応用のための口腔内環境の表面特徴部を３次元モデリングするシステム。
【請求項１６】
ａ．請求項１に記載の基準面デバイスと、
ｂ．複数のランダム１次元パターンの２次元アレイと、
ｃ．前記アレイを投影させるよう操作可能な、前記アレイのためのストレージ媒体と、
ｄ．基準面に投影された前記アレイの第１の画像と、
ｅ．前記ストレージ媒体からの前記アレイを口腔内環境上に第１の角度で投影するプロジェクタと、
ｆ．前記口腔内環境上に第２の角度から投影された前記アレイの第２の画像を取得する取得手段と、
ｇ．画像における相対位置に基づいて、前記ランダムパターンの２次元相対位置を計算する位置計算器と、
ｈ．前記第１の画像における前記ランダム１次元パターンを、前記第２の画像における前記ランダム１次元パターンにマッチングさせるパターンマッチング手段と、
ｉ．前記第１の画像における前記ランダムパターンと前記第２の画像における前記ランダムパターンとの間の視差を計算する視差計算器と、
ｊ．前記２次元相対位置および前記視差に基づいて、前記ランダムパターンの３次元相対位置を計算する位置計算器と、
ｋ．前記３次元相対位置に基づいて、前記口腔内環境の３次元モデルを構成するモデリング手段とを含む、歯科応用のための口腔内環境の表面部位を３次元モデリングするシステム。
【請求項１７】
ｉ．前記装着点を口腔内部位に取り付けるように、患者の口内に請求項１４に記載の基準面デバイスを設ける工程と、
ｉｉ．前記口腔内環境および前記平滑な面の２次元画像を取り込むために、前記口腔内環境および前記平滑な面を撮像する工程と、
ｉｉｉ．前記装着点の３次元位置を前記口腔内部位の位置として決定するために、前記２次元画像における前記平滑な面上の前記位置および向き標識を識別する工程とを含む、口腔内部位の位置を決定する方法。
【請求項１８】
前記撮像工程が、構造化照明を提供する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記識別可能な位置指標を提供するように前記構造化照明を表示する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記撮像工程が、前記２次元画像上にカーソルを設ける工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記２次元画像上に前記カーソルを配置する工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ｉｖ．前記２次元画像から前記平滑な面の３次元位置を計算する工程をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記２次元画像を３Ｄデータセットに変換する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
撮像工程（ｉｉ）および変換工程を少なくとも２回行うことをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記３Ｄデータセットを連結する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ｉ．請求項１に記載の基準面デバイスを設ける工程と、
ｉｉ．前記基準面デバイスを口腔内環境に対して位置決めする工程と、
ｉｉｉ．前記装着点を、前記口腔内環境に対して実質的に固定された立地を有する部位に取り付ける工程と、
ｉｖ．前記基準面上に少なくとも１つの識別可能な位置指標を含む、前記口腔内環境および前記基準面を撮像する工程と、
ｖ．第１の位置から、前記基準面および前記少なくとも１つの識別可能な位置指標を含む前記口腔内環境の第１の２次元画像を取り込む工程と、
ｖｉ．前記第１の２次元画像から第１の３次元モデルを得る工程と、
ｖｉｉ．第２の位置から、前記基準面を含む前記口腔内環境の第２の２次元画像を取り込む工程と、
ｖｉｉｉ．前記第２の２次元画像から第２の３次元モデルを得る工程と、
ｉｘ．前記少なくとも１つの識別可能な位置指標に従って、前記第１の３次元モデルを前記第２の３次元モデルに連結する工程とを含む、口腔内環境の３次元モデルを生成する方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの識別可能な位置指標が、構造化照明のパターンである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの識別可能な位置指標が、前記少なくとも１つの平滑な面に適用される可視パターンである、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元物体のコンピュータ・モデリングに関し、特に、モデルレンダリングを向上させるために基準面デバイスで環境を補足する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
状況（環境）表面の３次元（ここでは、「３Ｄ」とも表わす）数学モデルを作成する一般的な方法として、当該状況上に光基準パターンを投影し、投影されたパターンを示す状況の画像を取得し（ここでは、「構造化照明」という）、平面上に投影された同一パターンの画像と比較して、画像化されたパターンを分析する方法がある。基準画像におけるマッチングパターンの位置に対する、状況画像における投影されたパターンのそれぞれの変位を正確に計測することにより、三角測量を用いて画像平面に垂直な軸に沿った状況表面の位置を決定することができ、これによって、状況表面の数学モデルを構成するのに用いられる状況表面の相対的な３Ｄ位置を得ることができる。構造化照明には、レギュラーパターンおよびランダムパターンの両方が用いられる。
【０００３】
なお、構造化照明は、口腔内状況に関する３Ｄ情報を得るいくつかの手段のうちの１つにすぎない。他の手段には、立体光学撮像および超音波を含むがこれらに限定されない。本発明者らの１人に付与された米国特許第６，４０２，７０７号において、様々な技術が検討および開示されている。したがって、本発明の背景および原理は、構造化照明を使用する場合に限定されず、口腔内状況に関する３Ｄ情報を得る他の手段（一般に、ここでは、「口腔内状況の撮像」と表わす）に適用される。したがって、本願において、構造化照明は、本発明の実施形態の適用および使用を説明するための限定されない例としてのみ用いられることが理解されよう。構造化照明は、最小限の装置で口腔内状況の３Ｄモデルを提供することができるため、歯科応用において重要である。人間の口の内部には、撮像装置を挿入可能な比較的小さい腔部が存在し、上記のように、構造化照明の使用は口腔内の使用に適している。
【０００４】
「口腔内状況」という表現は、ここでは、視覚化可能でモデリング可能な口腔内対象物、人工物、表面、または特徴部などのいかなる集合をも意味する。当該表現には、自然の特徴部および人工の特徴部の両方を含むがこれらに限定されない。口腔内状況の３次元モデルは、歯科実地の様々な局面に役立つ。
【０００５】
また、構造化照明パターンが投影され、３Ｄ位置データを導出可能な状況の２Ｄ画像は、ある意味において、平面上に投影されたパターンの対応する画像に対する三角測量の結果として２Ｄ画像から得られる３Ｄモデルと同等である。というのも、３Ｄモデルは、構造化照明に相関させた２Ｄ画像と実質的に同一の３Ｄ情報を数学的に含むからである。３Ｄモデルを結果として生じさせる他の２Ｄ撮像技術（例えば、２Ｄステレオペア）にも、同様の関係が存在する。この点において、３Ｄ情報を含む２Ｄ画像（例えば、構造化照明の２Ｄ画像）と対応する数学的３Ｄモデルとは、ある程度互換可能である。したがって、本願において、ある状況の「２Ｄ画像」への言及と、当該２Ｄ画像から導出された当該状況の「３Ｄモデル」への言及とは、同様のデータへの言及であることが理解される。唯一の相違点は、状況の２Ｄ画像には固有のデータ点が処理されていないのに対して、対応する３Ｄモデルには固有のデータ点が処理されている点である。「２Ｄ撮像システム」という表現は、ここでは、構造化照明のパターンで照明されるものを含むがこれらに限定されない、ある状況の２Ｄ画像を取り込む装置を意味し、「３Ｄ撮像システム」という表現は、ここでは、構造化照明パターンを投影する装置を含むがこれらに限定されない、３Ｄ情報を取得する装置とともに用いられる２Ｄ撮像システムを意味する。構造化照明パターンのデータの処理等の、３Ｄ位置情報を取得するための２Ｄ位置データの処理は、従来技術において周知であり、ここでは、３Ｄ撮像システムにおける固有の能力であると考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、投影光パターンが、状況表面に亘る２次元（ここでは、「２Ｄ」とも表わす）の範囲を有するため、上記の構造化照明方法の使用には制限がある。これは、光パターンを基準状況において対応するパターンにマッチングさせる能力を提供するために、必要である。
【０００７】
その結果、このような方法によって生成される口腔内状況の３Ｄモデルには制約がある。特に、以下のような制約がある。
【０００８】
（縁部撮像における制約）
図１は、領域１０３に亘って延びる構造化照明パターンが投影される歯１０１（下顎切歯の唇側面として概念化される）の図を示す。領域１０３は、外周１０３ａおよび中心位置１０３ｂを有する。典型的には、平面に垂直な投影において、領域１０３は、辺長さ１０３ｃがここでは「Ｓ」で表される正方形アスペクト比を有する。上記のように、パターンマッチングを得るために、構造化照明パターンでは、最小限の２Ｄ領域（ここでは、領域１０３として示される）を必要とする。中心位置１０３ｂは、モデリング作業のためのパターンのｘ−ｙ位置を決定する。その結果、このように構造化照明を用いてモデリング可能な歯１０１の有効部分は、歯１０１の縁部から名目上距離Ｓ／２の位置にある境界１０５で示されている。本制約は、図１において、歯の咬合面の縁部１１３付近に示されている。位置１０７のように、中心１０３ｂが境界１０５上にある状態で構造化照明を投影すると、位置を正確に決定することができる。しかしながら、位置１０９のように、中心が境界１０５の外にある場合、構造化照明の部分１１１が失われるため、当該パターンが、基準平面上に投影される対応するパターンと合致しない場合がある。
【０００９】
縁部からの距離ｓ／２は、正確に決定された制約ではない。というのも、構造化照明のパターンが、より小さい領域で合致可能な場合があるためである。一方、構造化照明が、表面に垂直に投影されない場合、構造化照明は、１／（ｓｉｎα）倍歪むことになる（式中、αは、投影の入射角である）。したがって、入射角が９０°未満である場合、境界の限界は、歯の縁部からｓ／２を超えるものとなる。
【００１０】
（不連続部位の連結における制約）
一般的に、３Ｄ対象物としての状況は、単一の方向から完全には視覚化不可能であり、数多くの位置から視覚化されなくてはならない。すなわち、典型的に、３Ｄモデルは、異なる位置および／または異なる方向で行われ、それぞれが３Ｄモデルの不完全な部分を結果として生じさせる個々の撮像動作の集合の結果から構成されなくてはならない。これら個々の動作の結果として得られる個々の３Ｄモデル部分（「タイル」とも表わす）を組合せることを、一般的に、「連結（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）」と表わす。個々の３Ｄモデルタイルを連結、すなわち、導出される不完全な３Ｄモデルタイルを連結して一体化した３Ｄモデルを得るために、異なる個々の３Ｄモデルは、連結領域を識別可能とする量の一致したまたは共通の特徴部を有する必要がある。個々の３Ｄモデルタイルが、このような共通の特徴部を有さない場合、典型的には、これらを連結して一体化した３Ｄモデルを得ることはできない。
【００１１】
図２は、口腔内３Ｄ撮像に対する構造化照明の使用から生じる、連結における制約を示す。歯２０１（下顎切歯として概念化される）が、唇側面２０３および舌側面２０５を有する側面図として示されている。投影システム（図示せず）は、構造化照明パターン（図示せず）を表面上に投影し、撮像システムによる撮像を行わせる。撮像システムは、上記のように、構造化照明の画像を取り込んで、そのパターンと基準面デバイス上のパターンとの比較を行うことが可能である。
【００１２】
位置２１５における撮像システムは、領域２０７における表面２０３の３Ｄ情報を取り込むことが可能である。位置２１９における撮像システムは、領域２０９における表面２０５の３Ｄ情報を取り込むことが可能である。しかしながら、上記のような縁部撮像および表面領域の制約のために、歯の咬合面の縁部に隣接する領域２１１および領域２１３は、満足に画像化することができない。同様に、位置２１７における撮像システムは、一般的に、唇側面２０３と舌側面２０５とを繋ぐ領域２２１におけるいかなる画像をもレンダリングすることができない。このような場合、位置２１５において３Ｄ撮像システムによって生成された画像と位置２１９において３Ｄ撮像システムによって生成された画像とを連結することはできない。したがって、口腔内３Ｄ撮像に対する構造化照明の使用は、連結を困難または不可能にする不連続部位を結果として生じさせる場合がある。
【００１３】
なお、異なる位置において、同一の撮像システムを用いてもよい。したがって、図２において、同一の撮像システムを、順次、位置２１５、２１７、および２１９において用いてもよい。多数の３Ｄモデル撮像のために必然的に異なっているのは、撮像システム自体ではなく、撮像システムの位置である。同様に、本願の他の特徴部は、異なる撮像システム自体ではなく、撮像システムの異なる位置に関する。もちろん、異なる位置の各々に対して別々の撮像システムを用いてもよく、この点においては限定されない。
【００１４】
（特殊な特徴部の撮像およびモデリングにおける制約）
小さい対象物および他の特殊な口腔内特徴部では、しばしば、構造化照明パターンの投影からの満足のいく３Ｄ再構成のためには、表面領域が十分ではない。３Ｄ再構成が行われたとしても、タイルにおける３Ｄ領域が、他のタイルへの連結を可能にするのに不十分である場合がある。加えて、特徴部が光沢性または反射性の表面を有する場合、構造化照明パターンは、典型的に、このような特徴部上に投影されても視認できない。
【００１５】
本制約は、欠損した下顎切歯を補填する歯冠を配置する位置にあるように示されるアバットメント３０７に対するものであり、図３に示されている。アバットメント３０７は、インプラント（図示せず）に取り付けられる。アバットメント３０７の例は、インプラントアバットメント、ヒーリングアバットメント、ヒーリングキャップ、およびインプレッションアバットメントを含むがこれらに限定されない。歯３０１、３０３、および３０５は、構造化照明を用いて画像化可能であり、これにより、その位置が決定される。しかしながら、アバットメント３０７は、歯よりかなり小さく、投影されたパターンに対する領域１０３と略同一の大きさを有する。加えて、アバットメント３０７が、反射性の場合や、反射性でなくともパターン投影に適さない場合がある。このように、構造化照明は、アバットメント３０７の正確な位置を決定するのに用いることができず、この点が本方法論のもう１つの制約となる。
【００１６】
スカーラック（Ｓｃｈａｒｌａｃｋ）らに付与された米国特許第６，９２５，１９８号に、従来技術の撮像に関する制約を克服するいくつかの試みが示されている。当該「１９８」号は、インプラントを支える歯列弓の３次元モデルを生成する方法およびシステム、ならびに他の解剖学的な視野を示し、角錐または繋ぎ合わされた球体の集合等の公知の幾何学的図形を有する１つ以上の３次元認識対象物が位置する（かつ、好ましくは、解剖学上の特徴部に取り付けられる）、解剖学的な視野の画像を取り込む３次元走査手段を採用している。画像処理ソフトウェアを採用して、基準データとして認識対象物の位置特定および方向付けを行い、多数の画像を連結することによって、走査した視野を再構成する。特徴部の解像度が低い領域に配置された認識対象物は、当該領域の３次元モデリングの正確さを向上させる。
【００１７】
スカーラック（Ｓｃｈａｒｌａｃｋ）らの米国特許出願公開番号第２００８／０００２８６９号には、歯科医療および関連する医学的（かつ、適切な非医学的）用途に対して設計された３次元に基づくモデリング方法およびシステムが示されている。データを取り込む手段により、対象物（例えば、歯列弓）の３次元表面を表す点群が生成される。３次元認識対象物は、画像解像度が低い画像領域、特に、少なくとも２つの画像が重ね合わされた部分に生じるそのような領域に提供され、３次元画像処理ソフトウェアに、隣接する重ね合わされた画像を非常に正確に組合せる（または「連結」する）のに十分な位置、角度、および向き情報を提供する。位置合わせ、および上顎歯弓および下顎歯弓等の、位置合わせされた関連する対象物またはそのモデルの生成が容易になる。
【００１８】
したがって、構造化照明および他の２Ｄ撮像手段の上記した制約を克服する、歯科応用における口腔内特徴部の３Ｄモデリングに用いられる装置および方法が必要とされ、これらを有することは高度に望ましい。これらの目的は本発明によって満たされる。
【００１９】
本発明は、構造化照明を採用する撮像システム等の、撮像システムの３Ｄモデリング能力を拡大することを目的とする。また、本発明は、構造化照明を採用する撮像システムを含むがこれらに限定されない撮像システムに対して、より正確な位置情報を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２００７年６月２６日に出願され、「３次元マッピング用状況補足基準面」と題され、参照によりその全体が本明細書に援用される米国特許出願第６０／９３７，０４８号に基づく優先権を主張する。
【００２１】
これらの目的を達成するために、本発明の実施形態は、画像化された領域を増やすことにより、口腔内部位（特徴部）の正確な３Ｄ位置を決定することおよび個々のタイルを連結することを容易にする調整された手法で、口腔内環境（状況）の詳細さを高める補足基準面デバイスを提供する。
【００２２】
また、本発明の実施形態は、アバットメント、歯、義歯および他の補綴器具等の口腔内部位の角度および位置を決定することを容易にする。
【００２３】
したがって、本発明は、（ａ）識別可能な位置指標を提供するよう操作可能な、少なくとも１つの実質的に平面である無光沢の平滑な面と、（ｂ）口腔内環境に対して実質的に固定された立地を有する部位（特徴部）に取り付けられるよう操作可能な装着点とを含み、識別可能な位置指標を提供することは、口腔内環境に対する平滑な面の３次元空間位置および向きを決定する情報を提供するよう操作可能である、口腔内環境を撮像する際に用いられる基準面デバイスを提供する。
【００２４】
本発明の基準面デバイスは、単一の歯またはアバットメント等の、口内の非常に小さい面積を有する個々のタイルを連結させる。さらに、基準面デバイスは、口内部全体を撮像するのに用いられ得る。
【００２５】
加えて、本発明は、平滑な面に対して所定の位置を有する少なくとも１つの向き標識と、平滑な面に対して所定の位置を有する少なくとも１つの位置標識とを含む、基準面デバイスを提供する。
【００２６】
本発明の基準面デバイスは、参照によりその全体が本明細書に援用されるエルンスト（Ｅｒｎｓｔ）らのＷＯ２００７／０８０５６３に開示されたシステム等の、撮像システムとともに用いられ得る。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態は、
ａ．上記のような基準面デバイスと、
ｂ．複数のランダム２次元パターンの２次元アレイと、
ｃ．アレイを投影させるよう操作可能な、アレイのためのストレージ媒体と、
ｄ．基準面に投影されたアレイの第１の画像と、
ｅ．ストレージ媒体からのアレイを口腔内環境上に第１の角度で投影するプロジェクタと、
ｆ．口腔内環境上に第２の角度から投影されたアレイの第２の画像を取得する取得手段と、
ｇ．画像における相対位置に基づいて、ランダムパターンの２次元相対位置を計算する第１の位置計算器と、
ｈ．第１の画像におけるランダム２次元パターンを、第２の画像におけるランダム２次元パターンにマッチングさせるパターンマッチング手段と、
ｉ．第１の画像におけるランダムパターンと第２の画像におけるランダムパターンとの間の視差を計算する視差計算器と、
ｊ．２次元相対位置およびその視差に基づいて、ランダムパターンの３次元相対位置を計算する第２の位置計算器と、
ｋ．３次元相対位置に基づいて、口腔内環境の３次元モデルを構成するモデリング手段と
を含む、歯科応用のための口腔内環境の表面部位を３次元モデリングするシステムに向けられる。
【００２８】
本発明のさらなるいくつかの実施形態は、
ａ．上記のような基準面デバイスと、
ｂ．複数のランダム１次元パターンの２次元アレイと、
ｃ．アレイを投影させるよう操作可能な、アレイのためのストレージ媒体と、
ｄ．基準面に投影されたアレイの第１の画像と、
ｅ．ストレージ媒体からのアレイを口腔内環境上に第１の角度で投影するプロジェクタと、
ｆ．口腔内環境上に第２の角度から投影されたアレイの第２の画像を取得する取得手段と、
ｇ．画像における相対位置に基づいて、ランダムパターンの２次元相対位置を計算する位置計算器と、
ｈ．第１の画像におけるランダム１次元パターンを、第２の画像におけるランダム１次元パターンにマッチングさせるパターンマッチング手段と、
ｉ．第１の画像におけるランダムパターンと第２の画像におけるランダムパターンとの間の視差を計算する視差計算器と、
ｊ．２次元相対位置およびその視差に基づいて、ランダムパターンの３次元相対位置を計算する位置計算器と、
ｋ．３次元相対位置に基づいて、口腔内環境の３次元モデルを構成するモデリング手段と
を含む、歯科応用のための口腔内環境の表面部位を３次元モデリングするシステムに向けられる。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態は、口腔内対象物および部位の３次元計測値および画像をリアルタイムに口腔内で取得および登録するシステムであって、口腔内対象物および部位が、歯科患者の口腔内に位置し、システムが、ａ）上記のような基準面デバイスと、ｂ）歯科患者の口腔内にある、口腔内固定グローバル登録位置（口腔内固定グローバル登録位置は、口腔のグローバル座標空間で定義することができ、グローバル座標空間は、固定のグローバル基準座標系と関連づけられ、グローバル座標空間は、口腔内に複数の口腔内ローカル座標空間を含む）、ｃ）同一の口腔内固定グローバル登録位置に対して、口腔内に位置する口腔内対象物および部位を計測および撮像する計測および撮像デバイスと、ｄ）同一の口腔内固定グローバル登録位置に対して、計測および撮像デバイスのグローバル位置および向きを計測および記録するモバイル登録デバイスとを含む、システムに向けられる。
【００３０】
また、本発明のいくつかの実施形態は、（ａ）基準面デバイスを設ける工程と、（ｂ）基準面デバイス装着点を口腔内部位に取り付ける工程と、（ｃ）口腔内環境および基準面デバイス面を撮像する工程と、（ｄ）口腔内環境および基準面デバイス面の２次元画像を取り込む工程と、（ｅ）２次元画像における基準面デバイス面上の位置および向き標識を識別する工程と、（ｆ）基準面デバイス装着点の３次元位置を口腔内部位の位置として計算する工程とを含む、口腔内部位の位置を決定する方法を提供する。
【００３１】
さらに、本発明のいくつかの実施形態は、（ａ）基準面デバイスを設ける工程と、（ｂ）基準面デバイスを口腔内環境に対して位置決めする工程と、（ｃ）装着点を、口腔内環境に対して実質的に固定された立地を有する部位に取り付ける工程と、（ｄ）基準面デバイス上に少なくとも１つの識別可能な位置指標を含む、口腔内環境および基準面デバイスを撮像する工程と、（ｅ）第１の位置から、基準面デバイスおよび少なくとも１つの識別可能な位置指標を含む、口腔内環境の第１の２次元画像を取り込む工程と、（ｆ）第１の２次元画像から第１の３次元モデルを得る工程と、（ｇ）第２の位置から、基準面デバイスを含む口腔内環境の第２の２次元画像を取り込む工程と、（ｈ）第２の２次元画像から第２の３次元モデルを得る工程と、（ｉ）少なくとも１つの識別可能な位置指標に従って、第１の３次元モデルを第２の３次元モデルに連結する工程とを含む、口腔内環境の３次元モデルを生成する方法を提供する。
【００３２】
したがって、本発明の一実施形態は、
識別可能な位置指標を提供するよう操作可能な、少なくとも１つの実質的に平面である無光沢の平滑な面を含む基準面と、
基準面に取り付けられ、口腔内環境に対して実質的に固定された立地を有する部位に取り付けられるように構成された装着点を備える装着部材とを含み、
識別可能な位置指標は、装着点から所定の空間位置にあり、口腔内環境に対する平滑な面の３次元空間位置および向きを決定する情報を提供する、基準デバイスを提供する。
【００３３】
一実施形態において、基準面が、複数の平滑な面を含む。
【００３４】
一実施形態において、複数の平滑な面が、空間上に分布する。
【００３５】
一実施形態において、複数の平滑な面が空間上に少なくとも２次元に分布する。
【００３６】
一実施形態において、複数の平滑な面が空間上に３次元に分布する。
【００３７】
一実施形態において、平滑な面の少なくともいくつかが、少なくとも１つの角柱の一区分上にある。
【００３８】
一実施形態において、少なくとも１つの角柱が、複数の角柱を含む。
【００３９】
一実施形態において、平滑な面の少なくともいくつかが、角柱の一区分上にある面の角錐状の凹部から形成される。
【００４０】
一実施形態において、複数の平滑な面が、複数の角柱を含む。
【００４１】
一実施形態において、複数の平滑な面が、角度方向においてさらに分布する。
【００４２】
一実施形態において、装着点が、平滑な面に対して所定の角度方向にある。
【００４３】
一実施形態において、基準面デバイスは、
平滑な面に対して所定の位置を有する向き標識、および
平滑な面に対して所定の位置を有する位置標識
のうちの少なくとも１つをさらに含む。
【００４４】
一実施形態において、基準面デバイスが、少なくとも１つの向き標識と少なくとも１つの位置標識とを含む。
【００４５】
一実施形態において、基準面デバイスが、複数の向き標識と複数の位置標識とを含む。
【００４６】
本発明の一実施形態は、口腔内対象物および部位の３次元計測値および画像をリアルタイムに口腔内で取得および登録するシステムであって、口腔内対象物および部位が、歯科患者の口腔内に位置し、システムが、
基準面デバイスと、
基準面デバイスの少なくとも１つの識別可能な位置指標に対して、口腔内に位置する口腔内対象物および部位を計測および撮像する計測および撮像デバイスと、
同一の口腔内固定グローバル登録位置に対して、計測および撮像デバイスのグローバル位置および向きを計測および記録するモバイル登録デバイスとを含むシステムを提供する。
【００４７】
一実施形態において、計測および撮像デバイスが、構造化照明を提供するよう操作可能である。
【００４８】
一実施形態において、さらに、計測および撮像デバイスが、構造化照明の表示によって、識別可能な位置指標を提供するよう操作可能である。
【００４９】
一実施形態において、計測および撮像デバイスが、可視パターンを、基準面デバイスの少なくとも１つの実質的に平面である無光沢の平滑な面に適用するよう操作可能である。
【００５０】
さらに、本発明の一実施形態は、
基準面デバイス装着点を口腔内部位に取り付けるように、患者の口内に基準面デバイスを設ける工程と、
口腔内環境および基準面の平滑な面の２次元画像を取り込むために、口腔内環境および基準面の平滑な面を撮像する工程と、
装着点の３次元位置を口腔内部位の位置として決定するために、２次元画像における基準面デバイス面上の位置および向き標識を識別する工程と
を含む、口腔内部位の位置を決定する方法を提供する。
【００５１】
一実施形態において、撮像工程が、構造化照明を提供する工程を含む。
【００５２】
一実施形態において、方法が、識別可能な位置指標を提供するように構造化照明を表示する工程をさらに含む。
【００５３】
一実施形態において、撮像工程が、２次元画像上にカーソルを設ける工程をさらに含む。
【００５４】
一実施形態において、方法が、２次元画像上にカーソルを配置する工程をさらに含む。
【００５５】
一実施形態において、方法が、２次元画像から平滑な面の３次元位置を計算する工程をさらに含む。
【００５６】
さらに本発明の一実施形態は、
基準面デバイスを設ける工程と、
基準面デバイスを口腔内環境に対して位置決めする工程と、
装着点を、口腔内環境に対して実質的に固定された立地を有する部位に取り付ける工程と、
基準面上に少なくとも１つの識別可能な位置指標を含む、口腔内環境および基準面を撮像する工程と、
第１の位置から、基準面および少なくとも１つの識別可能な位置指標を含む、口腔内環境の第１の２次元画像を取り込む工程と、
第１の２次元画像から第１の３次元モデルを得る工程と、
第２の位置から、基準面を含む口腔内環境の第２の２次元画像を取り込む工程と、
第２の２次元画像から第２の３次元モデルを得る工程と、
少なくとも１つの識別可能な位置指標に従って、第１の３次元モデルを第２の３次元モデルに連結する工程と
を含む、口腔内環境の３次元モデルを生成する方法を提供する。
【００５７】
一実施形態において、少なくとも１つの識別可能な位置指標が、構造化照明のパターンである。
【００５８】
一実施形態において、少なくとも１つの識別可能な位置指標が、少なくとも１つの平滑な面に適用される可視パターンである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
以下に、理解をより完全にするために、例として下記に与えられる図面を参照しながら、好適な実施形態と関連づけて本発明を説明する。
【００６０】
なお、以下の図面に対する詳細かつ具体的な参照において、示される個々の事項は、例であり本発明の好適な実施形態を説明的に検討するために示されるものにすぎず、本発明の原理および概念の最も有用で理解し易い説明と考えられているものを提供する過程で提示される。この点において、本発明の基本的な理解に必要な程度よりも詳細に本発明の構造上の細部を示そうとはしないが、図面を用いた説明により、本発明のいくつかの形態がどのように実用上具現化されるかを当業者に対して明らかにする。
【図１】構造化照明に対する、従来技術の制約としての境界を有する歯の正面図
【図２】前部撮像から後部撮像への不連続部位の連結における従来技術の制約を示す歯の側面図
【図３】アバットメントの位置をモデリングするのに構造化照明を用いることに関する、従来技術の制約を示す図
【図４】位置および向き標識を有する、本発明の一実施形態に係る基準面デバイスを示す図
【図５】異なる角度で分布する多数の基準面を有する、本発明の一実施形態に係る複合基準面デバイスを示す図
【図６Ａ】異なる角度で分布する多数の基準面を有する、本発明の別の一実施形態に係る基準面デバイスを示す図
【図６Ｂ】角度がずれた図６Ａに示す構成の基準面デバイスを有する、本発明のさらに別の一実施形態に係る複合基準面デバイスを示す図
【図７】本発明の一実施形態に係る、口腔内状況の多数の画像に対する連続体を連結する基準面デバイスの限定されない使用を示す図
【図８】口腔内特徴部の位置を決定する、図４に示すような基準面デバイスを用いた本発明に係る方法のフローチャート
【図９】口腔内状況の多数の画像を得、当該多数の画像を連結する、本発明の一実施形態に係る方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明に係る方法の原理と動作は、図面とそれに伴う説明を参照して理解され得る。
【００６２】
（口腔内特徴部の位置特定を行う基準面デバイス）
詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な細部が示されている。しかしながら、これらが具体的な実施形態であり、本発明は、ここで説明し特許請求するような本発明の特徴部を具現化する別の方法を用いても実施し得ることが当業者には理解されよう。
【００６３】
図４は、口腔内特徴部の位置を正確に特定するための位置および向き標識を有する、本発明の一実施形態に係る基準面デバイス４００を示す。これらの標識は、口腔内特徴部上の点等の、口腔内状況（環境）における具体的な点の位置を決定するための正確な光学基準点を提供する。「口腔内特徴部」という表現は、ここでは、口腔内状況に対して実質的に固定された位置（立地）を有する口腔内のいかなる特徴部をも意味し、歯、歯茎、および骨、ならびにその一部等の自然の特徴部と、インプラント、アバットメント、補綴具、固定具、および器具、ならびにその一部等の人工的な特徴部とを含むがこれらに限定されない。口腔内状況における文脈の中で「実質的に固定された位置」という表現は、ここでは、満足のいく口腔内３Ｄモデリングに必要な時間に亘って、口腔内状況に対して固定された位置に留まる特徴部の位置を意味する。正常で健康な歯は、相互に隣接する歯の口腔内状況の文脈において、実質的に固定された位置（立地）を有する特徴部の限定されない例である。しかしながら、舌および唇等は、実質的に固定された位置（立地）を有さない特徴部である。
【００６４】
２Ｄ画像から３Ｄ情報を導出するために、２Ｄ画像は、典型的に、３Ｄ位置データを決定する三角測量計測を行うのに用いられる少なくとも１つの識別可能な位置指標を有していなければならない。識別可能な位置指標を提供する様々な従来技術の方法は、
ｉ．上記のように、投影光のパターンを介して識別可能な位置指標を提供する構造化照明と、
ｉｉ．状況自体に固有の識別可能な位置指標を撮像することにより、識別可能な位置指標を提供する立体撮像と
を含むがこれらに限定されない。
【００６５】
「パターン」という表現は、ここでは、状況または画像における可視的に識別可能ないかなる指標をも意味する。
【００６６】
本発明の一実施形態によると、基準面デバイス４００は、実質的に平面であり、無光沢の平滑な可視外観を有する面４０１を有する。基準面デバイスは、剛質、不活性、かつ生物学的に適合するいかなる適切な材料またはこのような材料のいかなる適切な組合せ（白色のプラスチック、アルミニウム、またはチタンを含むがこれらに限定されない）から製造されてもよい。
【００６７】
基準面デバイスの面の文脈における「実質的に平面」という表現は、ここでは、３Ｄ撮像システムの深さ分解能と比較して、面の平面からのずれを支障なく無視し得るということを意味する。実質的に平面である面を有する場合、構造化照明のパターンを投影かつ利用するのに有利である。本発明の実施形態に係る基準面デバイスは、幾何学的範囲が構造化照明のパターンを表示するのに十分である少なくとも１つの実質的に平面である無光沢の平滑な面を有しており、これにより、口腔内状況に対する３Ｄ空間位置および向きを決定する情報を提供する。「基準面デバイス」という表現は、ここでは、少なくともこれらの性能を有するデバイスまたは装置を意味する。
【００６８】
「無光沢の平滑な」という表現は、ここでは、面の表面の凹凸は、面の上に入射する光線を比較的大きい立体角に亘って実質的に拡散させるようなものであるが、当該表面の凹凸は、巨視的スケール上では知覚されないということを意味する。すなわち、表面の凹凸は、入射光の波長よりも大きいが、その上に投影された構造化照明のパターンよりも小さい。面が、入射光線をコヒーレントに反射したりパターンの可視歪みを起こしたりすることなく、面上に投影された、様々な角度から視認可能である構造化照明パターンの表示に適した表面を提供するという品質が望ましい。
【００６９】
本発明の一実施形態において、さらに、最小量の可視光が面に吸収され、最大量の可視光が面から拡散されるように当該面が調製される。別の一実施形態において、面が、全ての可視波長を均一に拡散する。さらなる実施形態において、面が、入射する構造化照明の波長範囲に対応する、選択される波長範囲で拡散ピークを有する。
【００７０】
本発明の一実施形態において、面は、固有の識別可能な位置指標を有さず、識別可能な位置指標は、面上に投影される構造化照明のパターンによって提供される。
【００７１】
本発明のさらなる実施形態によると、基準面デバイス４００は、口腔内状況上に投影された構造化照明が面４０１上にも投影されるように、口腔内に位置する。
【００７２】
本発明の別の一実施形態において、面は、可視パターンを面上に適用することにより、固有の識別可能な位置指標を備える。可視パターンは、印刷、エンボス加工、レリーフ加工、塗布、エッチング、スタンプ加工、および鋳造等を含むがこれらに限定されない手段によって、面に適用される。本実施形態に係る基準面デバイスは、通常の照明および立体撮像とともに用いることが可能である。
【００７３】
本発明の実施形態によると、面４０１は、少なくとも１つの向き標識４０３、好ましくは第２の向き標識４０７等の多数の向き標識を有する。向き標識４０３は、面からの切欠部であり、向き標識４０７は、面から突出する。向き標識の目的は、画像中で基準面デバイス４００の正確な向きを明白に識別することにある。図４に示すように、本発明の一実施形態において、向き標識は、面の境界の幾何学的指標である。面４０１の外周に不可視の底線４１３を有し、頂点４０９が面４０１の内側を指す切欠形状の向き標識４０３のように、向き標識の限定されない形状は、三角形である。実体のある向き標識４０７も、底線４１５が面４０１の外周上に存在するが、頂点４０５は面４０１から離れた向きを指す、限定されない三角形形状を有する。向き標識４０３および４０７は、画像において容易に視認可能であり、これにより、基準面デバイス４００の向きが明確になる。さらに、頂点４０９および頂点４０５により、両者を繋ぐ線の３Ｄ位置および向きのための精度の高い点が形成される。頂点４０９および頂点４０５の一方または両方が画像中で視認不可能であったとしても、向き標識４０３および４０７それぞれの三角形境界を延長することにより、その位置を正確に決定可能である。
【００７４】
本発明の実施形態によると、基準面デバイス４００は、面４０１ならびにその向きおよび位置標識に対する３Ｄ位置が所定かつ既知である装着点４１１をさらに含む。本発明の実施形態によると、装着点４１１は、口腔内状況に対して口腔内に実質的に固定された位置で面を物理的に支持する等のように、口腔内状況における位置を決定しようとする口腔内特徴部への取り付けのために設けられる。取り付け手段は、ネジ留め具、バネ留め具、クランプ、ワイヤー、ゴム紐、熱収縮留め具、摩擦留め具、ラップ留め具、スナップ留め具、ベルクロテープ（ＶＥＬＣＲＯ）を含む布地留め具、磁気留め具、メカニカルファスナー、接着剤、テープ、糊、セメント、エポキシ材、ワックス、パテ、プラスター等の材料、およびこれらの組合せを含むがこれらに限定されない。また、このような取り付けには、表面粗さを上昇させて接着を容易にする、マトリックス材を加熱または冷却する、マトリックス材を硬化または軟化させる、粘性マトリックス材を加熱および／または加圧する、マトリックス材に相変化を生じさせる、ならびに材料を変形、膨張、または収縮させる等の物理的プロセスを含むがこれらに限定されない。
【００７５】
本発明の一実施形態において、装着点（例えば、装着点４１１）は、基準面デバイスの面（例えば、面４０１）に垂直な軸上に位置する。別の一実施形態において、軸は、面の幾何学的中心上に位置する。
【００７６】
本発明の実施形態によると、面４０１の大きさは、２Ｄ撮像装置による口腔内状況の撮像に干渉しない範囲で、できるだけ大きくしなければならない。本発明の一実施形態において、面は、少なくとも幅２ｍｍかつ長さ２ｍｍである。本発明の別の一実施形態において、向き標識４０３および４０７の底線の長さは、名目上少なくとも０．３３ｍｍである。
【００７７】
（基準面デバイスを用いた口腔内特徴部の位置決定方法）
本発明の一実施形態によると、図４に示す基準面デバイスの使用方法が、図８に説明される。ステップ８０１において、基準面デバイス（例えば、図４の基準面デバイス４００）を、３Ｄ位置を決定しようとする口腔内特徴部に、その装着点（例えば、図４の装着点４１１）を介して取り付ける。取り付けは、上記に検討された手段のいずれによって行われてもよい。
【００７８】
ステップ８０３において、口腔内状況に、基準面デバイスの少なくとも１つの面（例えば、図４の面４０１）を含むように投影される構造化照明を提供する。本発明の一実施形態において、口腔内状況は、位置を決定しようとする口腔内特徴部以外の、少なくとも１つの付加的な固定された特徴部をも含み、構造化照明は、当該付加的な固定された特徴部上にも投影される。
【００７９】
ステップ８０５において、基準面デバイスを含む、口腔内状況の２Ｄ画像を取り込む。本発明の一実施形態において、上記のように、取り込まれた２Ｄ画像は、位置を決定しようとする口腔内特徴部以外の、少なくとも１つの付加的な固定された特徴部をさらに含む。
【００８０】
任意のステップ８０７において、基準面デバイスの位置および向き標識（例えば、それぞれ、図４の位置標識４０５および４０９、ならびに向き標識４０７および４０３）を識別する。本発明の一実施形態において、当該識別は、ステップ８０５で取り込まれた２Ｄ画像を分析するソフトウェアにより、自動的に行われる。本発明の別の一実施形態において、当該識別は、取り込まれた２Ｄ画像を表示するコンピュータ、端末、またはコンソールにおける操作者により行われる。カーソルを用いて、操作者は、各位置標識上にカーソルを手動で配置し、カーソルがそのように配置されたことを示す（例えば、キーを押す、ポインティング装置のボタンをクリックする、または同等の操作を行う）ことにより、位置標識（例えば、位置標識４０５および４０９）を識別する。本発明のさらに別の一実施形態において、当該識別は、ソフトウェアにより自動的に行われ、例えば、キーを押す、ポインティング装置のボタンをクリックする、または同等の操作を行うことにより識別を承認する操作者により確認される。位置標識の文脈における「識別」および「識別する」という表現、ならびに様々なその語尾変化形は、ここでは、特定の特徴部が位置標識であることを示すだけではなく、２Ｄ画像における正確な２Ｄ位置を決定することをも意味する。
【００８１】
ステップ８０９において、当該技術分野において公知の方法を用い、位置標識の既知の位置（例えば、位置標識４０５および４０９）を用い、かつ、同様に当該技術分野において公知の構造化照明のパターンを用いて基準面の角度を計算することにより、構造化照明のパターンに三角測量を行い、口腔内状況における基準面デバイスの少なくとも１つの面（例えば、図４の面４０１）の３Ｄ位置を計算する。本発明の基準面デバイスは、適切な撮像システム（参照によりその全体が本明細書に援用される、エルンスト（Ｅｒｎｓｔ）に付与された米国特許第６，４０２，７０７号に記載される撮像システムを含むが、これに限定されない）とともに用いられ得る。
【００８２】
基準面デバイスとともに用いられるシステムは、口腔内対象物および特徴部の３次元計測値および画像をリアルタイムに口腔内で取得および登録するように構築および構成され得、口腔内対象物および特徴部が、歯科患者の口腔内に位置する。このようなシステムは、例えば、（ａ）歯科患者の口腔内にある、口腔内固定グローバル登録位置（口腔内固定グローバル登録位置は、口腔のグローバル座標空間で定義することができ、グローバル座標空間は、固定のグローバル基準座標系と関連づけられ、グローバル座標空間は、口腔内に複数の口腔内ローカル座標空間を含む）と、（ｂ）同一の口腔内固定グローバル登録位置に対して、口腔内に位置する口腔内対象物および特徴部を計測および撮像する計測および撮像デバイスと、（ｃ）同一の口腔内固定グローバル登録位置に対して、計測および撮像デバイスのグローバル位置および向きを計測および記録するモバイル登録デバイスとを含み得る。
【００８３】
標識の位置は別として、基準面デバイスに関する３Ｄ情報は、通常要求されない。
【００８４】
ステップ８１１において、口腔内状況における基準面デバイス装着点（例えば、図４の装着点４１１）の３Ｄ位置を、基準面に対する装着点の既知の位置から計算する。
【００８５】
装着点は、口腔内状況における位置を決定しようとする口腔内特徴部に垂直に取り付けられる。なお、装着点の３Ｄ位置がステップ８１１で決定されることにより、口腔内特徴部の３Ｄ位置が装着点の３Ｄ位置に等しいものとして決定される。
【００８６】
上記に詳細に示したように、構造化照明のみを採用する従来技術の方法の使用は、劣っており満足いくものではないが、図４に示された装置および図８に示された方法（双方とも、上記に詳細に示されたものである）を用いた場合、限定されない例において、図３に示すアバットメント３０７の位置を決定することが可能である。
【００８７】
なお、本発明の実施形態によると、口腔内状況における口腔内特徴部の位置を直接に決定する必要はない。上記に詳細に示すように、口腔内状況における基準面デバイスの面およびその様々な標識に関する本発明の方法を用いて、口腔内特徴部に取り付けられる基準面デバイスの装着点のデータを得ることで十分である。
【００８８】
（多数の３Ｄモデルを相関させる基準面デバイス）
本発明のいくつかのさらなる実施形態は、位置および角度方向において分布する多数の実質的に平面である平滑な無光沢面を有する基準面デバイスを提供する。このような構成は、口腔内の異なる位置から同一の口腔内状況の２Ｄ画像を取り込むのに有利であり、構造化照明の異なる２Ｄ画像を相関させ、異なる画像を連結することにより、同一の口腔内状況の異なる３Ｄモデルを相関させるのに有利である。図２および上記におけるその検討では、本発明によって克服される従来技術の制約について説明した。したがって、本発明の実施形態に係る基準面デバイスは、図２において説明され上記に検討したように、当該基準面デバイスがない場合に共通のデータを欠く多数の３Ｄモデルを相関させるのに用いられ得る。
【００８９】
本発明の一実施形態において、基準面デバイス面は、空間上に２次元に分布する。本発明の別の一実施形態において、基準面デバイス面は、空間上に３次元に分布する。
【００９０】
本発明の別の一実施形態において、多数の面は、幾何学的に相似の面を含む。本発明のさらなる実施形態において、多数の面は、幾何学的に合同の面を含む。本発明のさらに別の一実施形態において、多数の面は、位置において均一に分布する面を含む。本発明のさらなる実施形態において、多数の面は、角度方向において均一に分布する面を含む。
【００９１】
図５は、多数の口腔内状況を相関させてこれらの状況の連結を向上し容易にする、本発明の一実施形態に係る基準面デバイス５０１を示す。
【００９２】
基準面デバイス５０１は、面５０９および面５１１のような、空間位置（３次元）および角度方向において均一に分布する多数の実質的に平面である平滑な無光沢面を有することが特徴部である。本発明の一実施形態において、図５で示すように、面は、各々が共通軸５０８上の角柱の一区分であり、各々が異なる名目半径（図示せず）を有する区分５０３、区分５０５、および区分５０７として示される多数の区分上にある。「角柱」という表現は、ここでは、幾何学的な意味で、平行四辺形の面で連結される２つの平行な多角形の面を有する多面体として用いられる。本発明の一実施形態において、全体の角柱（区分のみではない）は、各々が正３６角形である平行な面を有するため、角度５１５が１０°であり、区分５０３、５０５、および５０７の各々が全角度７０°の範囲で広がる。この特定の実施形態の他の具体的な特徴部とともに、この局面は限定されるものではない。本発明の別の実施形態において、区分は、異なる角度の範囲で広がる。本発明の一実施形態において、面の代表的な名目長さ５１７が約２ｍｍであり、代表的な名目厚さ５１９が約２ｍｍである。面の正確な長さおよび厚さは、面が位置するそれぞれの区分の半径および厚さに依存する。本発明のさらなる実施形態において、区分５０３、５０５、および５０７の各々の厚さが２ｍｍである。したがって、本実施形態において、各面の厚さが２ｍｍである。区分の長さは、以下のように変化する。区分５０３の面の長さが２．１０６ｍｍであり、区分５０５の面の長さが２．０５３ｍｍであり、区分５０７の面の長さが２．０００ｍｍである。これらの大きさは、空間位置および角度位置における面の適切な分布を維持したままで、構造化照明パターンの最適な分解能を得るように選択されたものである。したがって、基準面デバイス５０１の全体厚さは、６．０ｍｍである。本発明の別の実施形態において、各区分の厚さを、それぞれ２．５ｍｍおよび３．０ｍｍへと増加させ、基準面デバイスの全体厚さを、それぞれ７．５ｍｍおよび９．０ｍｍへと増加させる。
【００９３】
基準面デバイス５０１は、上記と同様に、口腔内特徴部へ取り付けられ得る装着点５１３を含む。
【００９４】
図６Ａは、多数の口腔内状況を相関させてこれらの状況の連結を向上し容易にする、本発明の一実施形態に係る基準面デバイス６０１を示す。基準面デバイス６０１は、角柱の一部である。この一部が取り出される全体の角柱は、正２４角形である２つの平行な面を有するため、角柱の軸から広がる角度６０９は、１５°である。角柱の一区分の各外面は、約１０°凹んだ浅い角度で代表的な面６０５を有する角錐構成６０３に窪んでいる。本発明の一実施形態において、角錐状の窪みの方向は、面６０５の縁部の向きがもともとの（窪んでいない）角柱面の対角線方向であるような方向である。本発明の別の実施形態において（図示せず）、窪みの方向は、もともとの（窪んでいない）角柱面の二等分線方向である。
【００９５】
基準面デバイス６０１は、上記と同様に、口腔内特徴部へ取り付けられ得る装着点６０７を含む。
【００９６】
図６Ｂは、多数の口腔内状況を相関させてこれらの状況の連結を向上し容易にする、本発明の一実施形態に係る基準面デバイス６２１を示す。基準面デバイス６２１は、図６Ａに示したものと同様で、区分の大きさおよび角度方向が変化した多数の基準面デバイスを含む。図６Ｂにおいて、基準面デバイス６２１は、２つの区分を含んで示される。大きい方の区分６２３は、角度１２０°の範囲で広がり、小さい方の区分６２５は、角度１０５°の範囲で広がる。本実施形態において、区分６２３および６２５の両方は、同一の半径を有する。区分６２５は、区分６２３から小さい角度でずれている（すなわち、区分６２３および６２５の全体の角柱は平行でなく、ずれた角度で交差する軸を有する）。区分６２３および６２５の外側基準面間の空間は、面６２７等の略台形の形状である基準面でふさがれている。
【００９７】
基準面デバイス６２１は、上記と同様に、口腔内特徴部へ取り付けられ得る装着点６２９を含む。
【００９８】
（３Ｄモデルを相関させる方法）
本発明の実施形態によって提供される基準面デバイスは、上記に検討した従来技術の制約を克服するように、口腔内状況の３Ｄモデルを相関させるのに有利に用いられ得る。
【００９９】
図７は、本発明の一実施形態に係る、口腔内状況の多数の画像に対する連続体を連結する基準面デバイス７０１の限定されない使用を示す。
【０１００】
基準面デバイス７０１は、上記で検討され図５に示された基準面デバイス５０１と同様の、本発明の一実施形態に係る構成を有する。しかしながら、基準面デバイス７０１に関して図７に示した実施形態において、区分は、軸５０８（図５）での頂点を除去することにより、先端が切り取られている。多数の面（例えば、面５０９および面５１１）が、基準面デバイス５０１に必須の部分を提供するため、基準面デバイス５０１の体積の大きさは必要ではない。したがって、図７に示す実施形態において、この過剰な体積の大部分が除去されている。よって、基準面デバイス７０１を、対象者の口腔内状況に近接させて、口腔内により便利に配置可能である。図７は、上記のように唇側面２０３および舌側面２０５を有する歯２０１を示す。また、上記に詳細に示したように、領域２０７および領域２０９は、３Ｄモデリングのために画像化され得る領域である。
【０１０１】
図２およびその説明において、従来技術の適用において、画像を連結して一体化した３Ｄモデルを得るための、唇側面２０３の２Ｄ画像と舌側面２０５の２Ｄ画像との間の相関が不十分であることが分かる。しかしながら、図７では、本発明の実施形態に係る基準面デバイスの使用により当該制約を克服する方法を示している。
【０１０２】
基準面デバイス７０１は、歯２０１に隣接する歯等の、付近の口腔内特徴部に装着点７０３が取り付けられるように、口腔内に配置される。本発明の一実施形態において、撮像システム（以下で検討する）による歯２０１の明確な画像が得られるように、装着点７０３は、歯２０１自体には取り付けられない。したがって、好適な本実施形態によって、基準面デバイス７０１は、歯２０１とは異なる平面に配置され、取り付けは、異なる歯（図示せず）に対して行われる。
【０１０３】
投影システム（図示せず）は、構造化照明パターンを口腔内状況および基準面デバイス７０１に投影する。位置７１１における撮像システムは、領域２０７における唇側面２０３の３Ｄ位置データを導出可能な２Ｄ画像、および基準面デバイス７０１の面の３Ｄ位置データを取り込むことが可能である。位置７１３における撮像システムは、歯２０１の咬合面の３Ｄ位置データを導出可能な２Ｄ画像を取り込むことは可能ではないが（上記の通り）、基準面デバイス７０１の面上の３Ｄデータを導出可能な２Ｄ画像を取り込むことが可能である。位置７１５における撮像システムは、領域２０９における舌側面２０５の３Ｄ位置データを導出可能な２Ｄ画像、および基準面デバイス７０１の面の３Ｄ位置データを取り込むことが可能である。なお、位置７１１、７１３、および７１５において撮像システムによって取り込まれた画像は全て、特に領域７２１において、基準面デバイス７０１の面の３Ｄ位置データを取得し得る２Ｄ画像を取り込んだものである。したがって、本発明の実施形態に係る基準面デバイスを用いることによって、
ａ）口腔内状況の単一の２Ｄ画像を得、そこから相関および効率的な連結のための３Ｄ位置データを決定すること、および
ｂ）口腔内状況における対象物自体の制約に関わらず、相関および効率的な連結のための３Ｄ位置データを得るのに十分な、口腔内状況の多数の２Ｄ画像を得ること
が常に可能である。
【０１０４】
図９は、口腔内状況の多数の画像を得、当該多数の画像を連結する、本発明の一実施形態に係る方法のフローチャートである。ステップ９０１において、本発明に係る基準面デバイス（限定されない例として、図７の基準面デバイス７０１がある）を、モデリングを行おうとする口腔内状況に対して適した位置に配置し、当該口腔内特徴部に取り付けることによって装着する。ステップ９０３において、構造化照明のパターンを、基準面デバイスの面にも投影されるように口腔内状況に投影することによって、構造化照明を提供する。ステップ９０５において、基準面デバイスを含む口腔内状況の第１の２Ｄ画像を取り込み、３Ｄデータセットへ変換し得る。ステップ９０７において、基準面デバイスを含む口腔内状況の第２の２Ｄ画像を、第１の２Ｄ画像を取り込むのに用いられた位置とは異なる位置から取り込み、もう１つの３Ｄデータセットへ変換し得る。ステップ９０９において、３Ｄデータセットに変換した第１の２Ｄ画像を、３Ｄデータセットに変換した第２の２Ｄ画像に連結させる。基準面デバイスから入手可能な３Ｄ情報に基づいて、第１のおよび第２の３Ｄデータセットを連結し、これによって、図２において説明され上記に検討したような従来技術の制約を克服することが可能である。
【０１０５】
なお、基準面デバイスを、図９で説明した方法において用いる場合、装着点を、面に対して所定の位置または角度方向に配置する必要はない。というのも、装着点の正確な位置は、２Ｄ画像を連結する計算には用いられないからである。
【０１０６】
本明細書において引用された文献は、本発明に適用可能な多くの原理を教示している。したがって、付加的なまたは代替の細部、特徴部、および／または技術的背景の教示に必要な場合、参照によりこれらの公開文献の全内容が援用される。
【０１０７】
本発明は、本明細書に含まれる説明で示された、または図面で説明された細部への適用は限定されないことが理解されよう。本発明は、別の実施形態としても実現可能であり、様々な方法で実践および実施することが可能である。添付の請求項内でこれにより定義された本発明の範囲から逸脱することなく、上記のように、本発明の実施形態には種々の変形や変更が可能であることは当業者に明らかであろう。
【図１】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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