(57)【要約】  スキャンをプレビュすべく開示されるシステムおよび方法は、スキャンされる物体の近くに３次元（３Ｄ）スキャナプローブを配置するステップと；物体の一部分をスキャンし、このスキャンされた物体の一部分の３Ｄモデルを生成するステップと；３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュとして、この一部分の３Ｄモデルを表示するステップであって、ライブ３Ｄプレビュは、物体に関してプローブの位置および向きにフィードバックを提供するステップとを含む。【選択図】図１Ａ
2010538302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の３次元（３Ｄ）デジタルモデルをプレビュする方法であって：
３Ｄスキャナプローブをデジタルモデル化される物体の近くに配置するステップと；
前記物体の一部分のデジタル３Ｄモデルを生成するために前記物体の一部分をスキャンするステップと；
前記デジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュを表示するステップとを具え、前記ライブ３Ｄプレビュは、前記物体に対する前記プローブの位置および向きにフィードバックを提供することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記ライブ３Ｄプレビュは、ほぼリアルタイムで表示されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記ライブ３Ｄプレビュは、前記３Ｄスキャナプローブを再配置し、前記物体の所望の部分のデジタル３Ｄモデルを提供する位置を決定するために用いられることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法が、前記ライブ３Ｄプレビュを表示した後、前記物体の所望の位置の高品質のデジタル３Ｄモデルを取り込むステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記物体が、減じた分解能でスキャンされることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記３Ｄスキャナプローブが、前記物体の一以上の面を横切って光のシートをスイープすることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記物体が一以上の歯を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法が、スキャン軌道に沿って歯列に整列するよう前記３Ｄスキャナプローブを配置するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記３Ｄスキャナプローブが、全スキャンパスの一以上の部分に沿って光のシートを前後にスイープするプレビュスキャンモードを提供するステップと、前記スキャンされた面のライブ３Ｄプレビュを表示するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法が、対象の歯列が前記３Ｄプレビュに表示されるまで、前記プローブの配置と向きを調節するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
一またはそれ以上の歯のデジタル３次元（３Ｄ）モデルをプレビュする方法であって：
患者の口内に３Ｄスキャナプローブを配置するステップと；
前記患者の口内でスキャンされた歯科構造のデジタル３Ｄモデルを生成すべく歯科構造をスキャンするステップと；
前記スキャンされた歯科構造のデジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュを表示するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記３Ｄスキャナプローブが、歯の一以上の面を横切って光のシートをスイープすることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法が、前記３Ｄスキャナプローブをスキャン軌道に沿って前記プローブを前記患者の歯列に整列するよう配置するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法において、前記スキャナプローブが、全スキャンパスの一以上の部分に沿って前後に迅速にスキャンする歯科専門家用のプレビュスキャンモードを提供するステップと、ほぼリアルタイムの前記デジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュを表示するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、前記デジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュ表示が、前記３Ｄスキャナプローブの配置と向きにフィードバックを提供することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、前記デジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュが、対象の歯列が前記ライブ３Ｄプレビュ表示に示されるまで、前記３Ｄスキャナプローブを調整するのに用いられることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載の方法が、プレビュスキャンモードを終了するステップと、前記歯のデジタル印象を採得するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
患者の口腔内に口腔３Ｄスキャナを配置する方法であって、前記方法が：
ａ）光学スキャン用の患者の歯列を準備するステップと；
ｂ）患者の顎にある一以上の歯にまたがる規定の軌道に沿って、構造光投影器およびイメージング光学系を動かす構造光スキャナを利用するステップと；
ｃ）前記スキャンされた歯列のデジタル３Ｄモデルの連続的に更新されたライブ３Ｄプレビュを提供する前記規定の軌道に沿って前記構造光投影器およびイメージング光学系を前後に動かすステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法が、前記口腔内の３Ｄスキャナを制御するフットペダルを用いるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記フットペダルが、前記ライブ３Ｄプレビュの表示を制御するよう用いられることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明者：Ｄｕａｎｅ  Ｄｕｒｂｉｎ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ  ＣＡおよびＤｅｎｎｉｓ  Ｄｕｒｂｉｎ  Ｓｏｌａｎａ  Ｂｅａｃｈ，ＣＡ
非接触の光学的方法により物体の表面輪郭線を確定することは、歯科用３次元（３Ｄ）モデリングを含む多くのアプリケーションにおいて重要さを増している。多くの歯科アプリケーションにおいて、患者の歯や、顎の構造を含む他の歯科的構造物を複製するために、患者の歯の物理的またはデジタルモデルが必要とされる。従来、歯や他の歯科構造の３Ｄ凹形モデルは、１以上のトレイがパテ状歯科用印象材で充填され、トレイが歯の上に配置されて凹型を作成するという印象採得を通じて作成されていた。印象材が硬化すると、材料のトレイは歯から取り去られ、石膏状の材料が印象によって形成された凹型に注入される。硬化後、注入された石膏材は印象型から取り去られ、必要に応じて鋳物に最後の仕上げが施され、歯科構造の最終的な物理モデルを作成する。通常物理モデルは、少なくとも一本の歯と隣接する歯肉部位とを含む。物理モデルはまた、上顎の歯、隣接する歯肉、口蓋の輪郭のすべてを含んでもよい。これらの物理モデルは、クラウンやブリッジといった歯科修復物を作成したり、歯科の矯正治療を設計したりする型として用いることができる。さらに、凹型または物理的な歯科用モデルのすべてまたは一部は、ベンチトップ型の３Ｄスキャナシステム上にスキャンされ、物理モデルのデジタル３Ｄモデルを作成し、この３Ｄモデルは今日の歯科業界に用いられる様々な計算機援用設計／計算機援用製造（ＣＡＤ／ＣＡＭ）プロセスの入力として利用可能としてもよい。
【０００２】
歯科構造の口腔内の自動化された光学印象技術が、印象採得を通じて歯や他の歯科構造の３Ｄ凹型が作成される従来の鋳型鋳造手順の代替として開発されてきた。口腔内の歯科用光学印象技術は、歯科構造の直接的なデジタル３Ｄモデル像を作成し、患者から歯科用計算機援用設計（ＣＡＤ）システムに直接送られ、歯科医による確認と付注の後、歯科技工所へと送られる「デジタル印象」を作成する利点を提供する。このデジタル伝送は潜在的に患者の不便さを潜在的に減らし、印象型の費用リスクをなくし、石膏の物理モデル作成中に起こるかもしれないエラーの伝搬をなくす。
【０００３】
高品質な歯科修復物を製作するために、高い忠実度で、生体内の人の歯列の正確なデジタル３Ｄモデル（口腔内の光学印象）を得ることは困難な作業であり、主に１）三角測量ベースの方法、２）共焦点の肉眼検査ベースの方法、または３）コヒーレンス断層撮影ベースの方法といった公知の非接触の光学的方法部分集合にアプローチを強いるものである。しかしながら、これらの方法の各々は、一般的に、光学系の方位分解能と、この系の被写界深度との間の基本設計のトレードオフ−すなわち、光学系の方位分解能が高くなるにつれて被写界深度は浅くなる−による制限がある。一般的に、イメージングシステムに必要とされる優れた方位分解能は、ユーザによる光学印象システムの口腔内の配置が難しくなるという被写界深度の制限があるので、口腔内の光学印象にとって、被写界深度に対する方位分解能のトレードオフは、とりわけ敏感である。
【０００４】
その内容が参照により本書に組み込まれる米国特許番号第６，３６４，６６０号は方法と装置を教示し、このような方法において、歯科構造の口腔内画像を迅速に取ることができ、得られた画像が、画像化された歯科構造の正確なデジタル３Ｄモデルに処理されるよう十分な方位分解能を有する。この画像とモデルは、歯科診断に適用され、ブリッジワーク、クラウンまたは他の精密なモデリングや製作物といった歯科補てつ物のためのものである。その内容が参照により本書に組み込まれる米国特許番号第６，５９２，３７１号は、発光物質を有する歯科構造のような構造のコーティングを教示し、画質を高め、白色光またはレーザ光のいずれかを用いる能動的な三角測量技術による範囲の測定精度を向上させる。
【０００５】
３Ｄ測距のための三角測量法は、基礎幾何学に基づいている。２つの光心と対象の三角の頂点からなる三角形の基線となっている三角形を仮定すると、対象から光心までの距離は、光心間の距離と光心から対象までの角度に基づいて決定されうる。この場合の対象は、対象の物体の表面である。
【０００６】
三角測量法は、受動と能動に分けられる。受動的な三角測量法（ステレオ分析としても知られる）は周囲の光を利用し、光心は両方ともカメラである。最も基本的な実施例において、能動的な三角測量法は１つのカメラのみを用い、他方のカメラの代わりに、制御された照明源（構造光としても知られる）を用いる。概念的には単純だが、カメラ画像間の一致を得る上で困難であるため、ステレオ分析は広く用いられていない。例えば、ブロックのようなはっきりとした端と隅を有する物体上で、一致を得るのは容易だが、例えば、特定可能な点がない肌や歯の表面のようななめらかで一様でない表面を有する物体上で、ステレオ分析アプローチで一致を判定するには大きな課題がある。
【０００７】
能動的な三角測量法は、対象の物体の表面に投射された構造光パターンのジオメトリに基づき、３つの方法に大きく分類することができる。
方法１−点投影：
点投影ベースの三角測量システムは、一点の光を投影し、一般的には、ミラーまたはプリズムのどちらかを用いて対象の物体の表面を横切り２方向に光の点をスキャンし、表面範囲の情報を得る。１点のみが投影されるため、焦点からはずれた点の中心は予測可能であるので、結像光学系と関係がある方位分解能は小さい。この場合、方位分解能は、主にレーザ発散の関数である。一度に物体の一点がスキャンされるので、点照明ベースの三角測量システムは、他の三角測量法よりも遅くなる傾向にある。
方法２−光のシート投影：
光のシートベースの三角測量システムは、対象の物体の表面を横切り光のシートを投影し、物体の表面に線を表す。通常この方法は、光のシートに垂直な軸において、線が対象の表面を横切りスイープする様式で、シーンをわたって投影された光のシートをスキャンする機構を必要とする。このタイプの三角測量法システムの、点投影ベースの三角測量システムに対する利点は、表面の範囲データが、点よりもむしろ表面の線部分に沿って集められるので、単軸のスキャンのみを必要とすることである。
方法３−２次元パターン投影：
例えば、モアレが生じたパターン、または色または形がコードされた投影パターンのような２次元投影を用いた２次元（２Ｄ）パターン投影ベースの三角測量システムの広い範囲がある。これらのタイプのシステムの利点は、一般的に、点または光のシートベースのシステムより小さく、低コストであることである。それらはイメージングカメラの２次元視野（フルフィールド）内にある物体の表面上に２Ｄパターンを投影し、よって投影パターンまたは結像光学の機械式変換の必要性を無くすことができる。この２Ｄ投影システムが克服すべく挑む基本的な問題は、どの画像パターン要素が、どの投影パターン要素と一致するかを確認することである。口腔内の光学印象システムのような２Ｄ投影システムの設計において、パターンスペーシングは、予期される表面バリエーションによる制限がある。パターンが細かすぎると、物体の表面バリエーションは、パターン認識を分析できない不明瞭さを作り出し、物体面のデジタル３Ｄモデルにおいて空隙が生じる。
【０００８】
上述の３つの三角測量法のうち光のシート投影法は独特であり、前述の方位分解能と被写界深度間のトレードオフを回避すべく構成されうる。この分解能と被写界深度の独立を達成するために、レンズと画像センサからなるイメージングシステムは、シャインプルーフの原理を満足させるように互いに物理的に配置されなくてはならない。このシャインプルーフの原理は、（画像センサまたはカメラのような）光学系の焦点面の配向を記載する幾何学的ルールであり、ここではレンズ面は画像面に平行ではない。通常（カメラのような）光学系のレンズおよび画像（フィルムまたはセンサ）面は平行であり、焦点面はレンズおよび画像面に平行である。画像化された（ビルの側面のような）平面の物体がまた画像面に平行であると、焦点面と一致し、物体の画像面全体がシャープに提供される。他方、物体の表面が画像面と平行ではないと、物体の表面は焦点面と交わる部分の線に沿ってのみフォーカスされ、被写界深度に対する方位分解能の典型的なトレードオフとなる。
【０００９】
シャインプルーフの原理を用いて、一方の楕円接線が画像面から延び、他方がレンズ面から延びるとき、それらが焦点面を通過する点で合致するように、画像面とレンズ面の向きを合わせることにより、光シート投影三角測量システムにおけるトレードオフを避けることができる。物体面上への光のシート投影がこの焦点面と一致すると、物体面での光線のシートに沿ったすべての点は焦点が合う。これにより、光シートベースの三角測量システムが、歯科アプリケーションに必要とされる高い方位分解能を維持でき、他方、大きな被写界深度を提供する。クラウンやブリッジといった歯科修復物の良好なフィットのために、一般的には５０μｍまたはそれ以下の分解能が、対象の歯を取り込む光学印象システムに必要とされる。２Ｄパターン投影を用いるような、シャインプルーフの原理を用いない光学歯科印象システムに必要とされる５０μｍの分解能を達成するには、４ｍｍ以下の被写界深度となる。対照的に、シャインプルーフの原理を用いる光のシートベースの口腔内のスキャナは、１６ｍｍを越える被写界深度に対し２５μｍの分解能を達成できる。
【００１０】
歯科医が口腔内の光学印象の採得準備をする際、一般的に、口腔内のプローブを適切に配置したことを知るために何らかの形のフィードバックを必要とする。２Ｄパターン投影ベースの口腔内の光学印象システムは、全視野を撮像でき、口腔内カメラとよく似ており、プローブが口腔内に配置される場所や、光学印象用にどのように歯に対して配置されるかを、歯科医に示すライブ全視野２Ｄビデオプレビュ画像を容易に提供できる。同様に、Ｃａｄｅｎｔ  ｉＴｅｒｏ（商標）のような共焦点の肉眼検査に基づく口腔内の印象システムは、２Ｄパターンを表面に投影するが、三角測量法の代わりに距離情報を決定するパターン画像の焦点／焦点ぼけを用い、全視野画像光学もまた利用し、歯科医用に全視野２Ｄビデオプレビュを提供する。一般的に、２Ｄパターン投影ベースの口腔内の光学印象システム用の横方向の全視野は１０ｍｍの範囲内にあり、歯科医が口腔内でプローブを操作する際にプレビュ２Ｄ画像で、歯と歯、および半分の面に対応する平面像を見ることができる。こうして歯科医は一旦プローブを口腔内に配置すると、２Ｄプレビュ画像で観察される同じ歯と歯、および半分の面の３Ｄ光学印象を採得する。この点において、実際の写真を撮る前に、景色を正しい位置に置いてフレームに入れるカメラの画像ファインダを用いることと似ている。
【００１１】
対照的に、光のシート投影ベースの口腔内の光学印象システムは、光のシートに垂直な軸に沿った数十ミリメートルの歯列表面（スキャンパス）を横切る投影光とイメージング光学素子を動かすことができ（スキャンとも言う）、可能なサイズの口腔内プローブに対する口腔内の空洞に限界があるとともに、このような広視野の２Ｄ視を達成するのに要される集光光学系のため、全視野２Ｄプレビュ画像の使用は非現実的なものとなる。このように、光のシート投影ベースの３Ｄ光学印象システムは、良好な方位分解能を維持しつつ、大きな被写界深度を有するが、光のシート投影ベースの口腔内の印象システムを用いる困難性は、プローブがスキャンパス全体に沿った対象の歯列の視野を維持すべく配置されるよう、プローブを適切に配向する必要があることであり、パスは数十ミリメートルの長さで、顎の湾曲した弓型に沿って複数の歯をカバーする場合がある。
【００１２】
現在、これに取り組む一つの方法は、歯科医にとって最良のプローブを口腔内に配置すること、光学印象スキャンを行うこと、スキャンした歯列のデジタル３Ｄモデルの結果表示を見ること、３Ｄモデルで観察された誤整列を修正すべくプローブの位置を調整すること、第２の光学印象スキャンを行うこと、新しい３Ｄモデルを見ること、プローブの位置を調整することなどである。この試みとエラーアプローチを用いることにより、歯科医は、１）最終的に１スキャンで歯科医に対象の歯のグループの３Ｄ光学印象を取り込むべくプローブが適切に配置され、この場合、歯科医は前のスキャンと印象データのすべてを破棄することができる、あるいは２）個々の印象スキャンの集合体からの組み合わされたデータが、対象の歯列を取り込み、デジタル印象を表示する最終のデジタル３Ｄモデルが作成されるように、光学印象スキャンのグループを横切る十分な方法でのプローブの配置を繰り返し行うまで、歯科医はプローブの配置を繰り返し行うことができる。この試みとエラーアプローチは、しかしながら、不十分であり、対象の歯列用のデジタル印象を採得する歯科医（および患者）の側に余分な時間がかかってしまう。さらに、この繰り返しのプロセスで取られた十分な各光学印象スキャンからのデータが維持され、光学印象スキャンの集合体として処理されると、各繰り返しからの十分な光学印象スキャンデータのすべてを保存し、データのすべてを光学印象スキャンのすべてを合成するデジタル３Ｄモデルに結合しようと試みるシステムにとって、重要な課題を提示する。現在のところ、歯の寸法を超える被写界深度を横切る所望の分解能と、取り込まれ、保存され、処理されることを要する光学印象スキャンデータの量を最小限にしながら、デジタル印象を表す３Ｄモデルを生成する口腔内の光学印象システムのプローブを迅速に配置する際に補助する手段との双方を達成する方法はない。２Ｄパターンベースの口腔内の３Ｄ光学印象システムは、ユーザにプレビュ２Ｄ画像を提供する簡易で直観的な手段を達成し、適切なプローブの配置を可能にするが、被写界深度に対するシステム分解能を犠牲にし、他方、光のシート投影ベースの口腔内の光学印象システムは、大きな被写界深度の全域で所望の分解能を提供するが、歯科医が最適に口腔内に配置するには不十分である。
【発明の概要】
【００１３】
一態様では、３次元（３Ｄ）デジタルモデルをプレビュする方法は、３Ｄスキャナプローブをスキャンされる対象の近くに配置するステップと；対象の一部をスキャンし、この対象の一部のデジタル３Ｄモデルを生成するステップと；デジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュとして、その部分のデジタル３Ｄモデルを表示するステップとを具え、前記ライブ３Ｄプレビュは、前記対象に対する前記プローブの位置と向きに対するフィードバックを提供するステップとを含む。
【００１４】
上述の態様の実施は、以下の一以上を含んでもよい。ライブ３Ｄプレビュは、ほぼリアルタイムで表示される。ライブ３Ｄプレビュは、プローブを再配置し、スキャンされる物体の対象面に対してプローブを配向する補助に用いられる。このライブ３Ｄプレビュモデルは、分解能を減じたものである。システムはライブ３Ｄプレビュ後、物体の対象面の完全なデジタル３Ｄモデルを採得できる。この３Ｄスキャナプローブは、物体の一以上の面を横切り、光のシートのような構造光をスイープする。この物体は、一以上の歯を含む咀嚼系の一部でありうる。この３Ｄスキャナプローブは、スキャン軌道に沿って歯列に整列させることができる。このシステムは、３Ｄスキャナプローブが、完全なスキャンパスの全部または一部に沿って光のシートを前後にスイープし、スキャンされた面のデジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュが表示される３Ｄプレビュスキャンモードを提供することができる。プローブは、対象の歯列がライブ３Ｄプレビュに表示されるまで調整可能である。
【００１５】
別の態様では、一以上の歯のスキャンから得られるデジタル３Ｄモデルをプレビュする方法は、患者の口内に３Ｄスキャナプローブを配置するステップと；歯科構造をスキャンし、患者の口内でスキャンされた歯科構造のデジタル３次元（３Ｄ）モデルを生成するステップと；スキャンされた歯科構造のライブ３Ｄプレビュを表示するステップとを含む。
【００１６】
上記の方法の実施は、以下の一以上を含んでもよい。３Ｄスキャナプローブは、歯の一以上の面を横切る光のシートをスイープする。この３Ｄスキャナプローブは、プローブをスキャン軌道に沿って患者の歯列と整列させるよう配置できる。歯科専門家用のプレビュスキャンモードが提供され、ここではスキャナプローブ内の光投影器と撮像口は、全スキャンパスの全部または一部に沿って迅速に前後に動き、ほぼリアルタイムで、スキャンされた歯列のデジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュを表示する。このライブ３Ｄプレビュ表示は、プローブが患者の歯列に対してどのように配置または配向されるかに関するフィードバックを提供する。ライブ３Ｄプレビュは、対象の歯列がライブ３Ｄプレビュディスプレイに表示されるまで、スキャナプローブを調整するために用いられる。使用者は、プレビュスキャンモードを終了し、歯列の光学印象を取り込むことができる。
【００１７】
別の態様では、方法は、プレビュスキャンモードを取り込むことにより、ａ）光学印象用の患者の歯列を準備すること、ｂ）構造光投影器と付随するイメージング光学系とを、顎の一以上の歯にわたる規定の軌道に沿って動かす構造光スキャナを利用すること、およびｃ）ほぼリアルタイムでスキャンデータを処理し、連続して更新するスキャンされた歯列の結果のデジタル３Ｄモデルの表示を使用者に提供しつつ、構造光投影器と付随するイメージング光学系を規定の軌道に沿って前後に迅速に動かすことにより、口腔キャビティ内で、口腔内の光学印象スキャナプローブの迅速かつ正確な配置を提供する。
【００１８】
上記の方法の実施は、１）スキャナプローブの正しい口腔内での位置と向きを見つけるためのプレビュスキャンモードを開始することと、２）患者の対象の歯列のデジタル印象を取り込むプレビュスキャンモードを終了することとを制御するフットペダルの歯科医による使用を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、デジタル３Ｄモデルをプレビュする例示的なプロセスを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、歯科構造のデジタル３Ｄモデルをプレビュする例示的なプロセスを示す。
【図２】図２は、歯科構造のデジタルモデルを考察し、変更し、保存するための例示的な環境を示すブロック図を示す。
【図３】図３は、デジタル歯科モデルをプレビュし、処置プランを実行するシステムおよび方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａは、光のシート投影スキャナのような３Ｄスキャナを用いて、デジタル３Ｄモデルをプレビュする第１の例示的なプロセスを示す。このプロセスにおいて、３Ｄスキャナプローブはスキャンされる物体の近くに配置され、スキャナシステムは、プレビュスキャンモード（１０）に入る。プレビュスキャンモード中、システムは次に、物体の一部分をスキャンし、システムの投影された光（１２）によりスキャンされた物体の部分のデジタル３次元（３Ｄ）モデルを作成する。一実施例において、処理を迅速化するために、プレビュスキャンは分解能を減じて行われる。ライブ３Ｄプレビュは、直近に処理されたスキャンデータ（１４）を反映するデジタル３Ｄモデルを表示することにより達成される。デジタル３Ｄモデル（１４）のライブ３Ｄプレビュの表示をスキャン（１２）し、更新するプロセスは、プレビュスキャンモード中、継続的に繰り返される。このライブ３Ｄプレビュは、スキャンされた物体の表面に対する３Ｄスキャナプローブの位置と向きにフィードバックを提供し、プローブの配置または向きにおける変化は、プレビュスキャン軌道に沿って物体の表面のプローブの現在の視野を表すデジタル３Ｄモデルを表示するライブ３Ｄプレビュを更新する。一実施例において、プレビュスキャンモード中、スキャナは３９ｍｍを超えて延在するスキャン軌道に沿って光のシートを前後に連続してスイープし、スキャンされた表面のデジタル３Ｄモデルの連続して更新されたライブ３Ｄプレビュを表示する。一実施例において、この表面は、完全なプレビュスキャン軌道に沿って連続的にスキャンされ、得られるデジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュは、一秒に一回以上の割合で更新および表示される。このシステムは、迅速なスキャンとデジタル３Ｄレンダリングプロセスとを可能にし、一以上の撮像口とスキャン軌道とをスキャンされる構造体に迅速に整列させる。
【００２１】
一実施例において、ライブ３Ｄプレビュがユーザに示され、スキャンされた物体のデジタル３Ｄモデルをほぼリアルタイムのライブで提供し、オペレータまたはユーザは、スキャンされた物体の高品質なデジタル３Ｄモデル用のデータを取り込んで保存するプロセスを開始する前に、どのように物体がスキャンされるかを前もって見ることができる。別の実施例において、このライブ３Ｄプレビュは、３Ｄサムネイルモデルまたは物体の一部分の分解能が減じられた３Ｄモデルを作成し、こうしてオペレータは、デジタル３Ｄモデル用のデータを取り込んで保存する前に、３Ｄスキャナプローブの配置におけるエラーや誤りを見抜くことができる。別の実施例において、ライブ３Ｄプレビュスキャンからのスキャンデータは、ユーザに表示するためのプレビュデジタル３Ｄモデルを生成し、いくつかまたはすべてのプレビュスキャンデータは保存され、最終のデジタル３Ｄモデルを作成するのに用いられる。別の実施例では、しかしながら、このライブ３Ｄプレビュスキャンからのスキャンデータは、ユーザに表示するためのプレビュデジタル３Ｄモデルの生成のみに用いられ、プレビュスキャンデータは、保存または用いられずに、最終のデジタル３Ｄモデルを生成する。
【００２２】
図１Ｂは、歯などの歯科構造のスキャンから得られるデジタル３Ｄモデルをプレビュする第２の例示的なプロセスを示す。このプロセスでは、光学印象スキャナシステムの口腔内プローブ（３Ｄスキャナプローブ）は、概してスキャン軌道に沿って患者の歯列と整列するよう配置される。このシステムは、３Ｄスキャナプローブの光のシート投影器と、付随するイメージング光学系が、全スキャンパスのすべてまたは一部に沿って前後に迅速に動き、スキャンされた面のデジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュが、ほぼリアルタイムでユーザに戻され表示される歯科専門医または歯科医用のプレビュスキャンモードを提供する。
【００２３】
ここで図１Ｂを参照すると、プロセスは、光学印象またはスキャン（２０）用の患者の歯を準備することにより開始される。次にオペレータは、スキャンの長さや３Ｄモデル分解能（２２）のような１以上のスキャンパラメータを設定する。その後オペレータは３Ｄスキャナプローブを患者の口腔内に配置し、プレビュスキャンモード（２４）を開始する。プロセスは、プレビュスキャンモードがまだ選択されているかどうかを確認し（２６）、確認できなければ、プレビュスキャンモードを停止する（２８）。代替的に、このプロセスは、特定の分解能で画像を取り込みつつ、予め規定された軌道に沿ってスキャナの光投影と画像光学系とを動かす（３０）。このスキャンデータが処理され、スキャンされた面から得られるデジタル３Ｄモデルが、リアルタイムまたはほぼリアルタイムで表示される（３２）。プロセスは、システムがスキャンパスの終わりに到達したかを確かめる（３４）。到達していなければ、このプロセスはステップ３０に戻る。代替的に、終わりに到達していたら、予め規定されたスキャン軌道の方向を逆転し（３６）、ステップ２６に戻る。
【００２４】
ライブ３Ｄプレビュ表示は、どのように３Ｄスキャナプローブが患者の歯列に対して配置および配向されるかに関して、歯科医に即時のフィードバックを提供し、歯科医が関心がある歯列のデジタル３Ｄモデルがライブ３Ｄプレビュ表示に示されるまで、迅速にプローブを調整することができる。この時点で、歯科医はプレビュスキャンモードを停止し、実際の高解像度の歯列のデジタル３Ｄモデルをスキャンし、取り込み、保存するプロセス、すなわちデジタル印象の採得を開始する。
【００２５】
プレビュスキャンモード中、スキャナの光のシート投影器と付随のイメージング光学系とを規定のスキャン軌道に沿って前後に動かし続ける。同時に、スキャナの各スイープからのデータは、ほぼリアルタイムで処理され、投影された光のシートによってスイープされた面のデジタル３Ｄモデルはユーザに表示される。好適な実施例において、ほぼリアルタイムとは、データが取り込まれ、デジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュとしてユーザに表示される間の表示待ち時間を意味し、約２秒より短く、理想的には約０．５秒である。
【００２６】
一実施例において、スキャンパスに沿って前後する１つの完全なスイープを完結する時間は、概ね一秒であり、ユーザに表示されるデジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュは、一秒につき２コマで更新される。０．５秒より短い表示待ち時間に関連して、このような更新速度は、対象の歯列の実際の光学印象を取り込んで保存する準備の際に、プローブを配置し配向するための良好なフィードバックを歯科医に提供する。より短いまたはより長い表示待ち時間での、より早いまたはより遅いスキャンレートが、プレビュスキャンモードに用いられてもよく、発明者が予期するところである。
【００２７】
好適な実施例において、光のシート投影スキャナのような構造光スキャナが、３Ｄスキャナとして用いられる。この構造光スキャナは、機械的にスキャンされる次元数によって大まかに分類されてもよい。光のシート投影スキャナは、シーンにわたって光のシートを投射し、物体上に線を形成する。これらのタイプのスキャナの、点スキャナに対する利点は、あるシーン用の範囲データが、単なる点よりもスキャンされる面の線部分に沿って集められることである。点スキャナと同様に、この方法は、線が光のシートに垂直な軸において、対象の面を横切りスイープするような方法で、シーンにわたって投射されたレーザ線をスキャンする機構を必要とする。
【００２８】
点スキャナまたは２Ｄ投影スキャナのような他の３Ｄスキャナを用いてもよい。点スキャナは、一般的にミラーやプリズムを用いて単一点を投影し、そのシーンにわたってスキャンする。１点のみが投影され、焦点ずれの点の中心が計算されるので、イメージング光学系に関して方位分解能は小さい。２Ｄ投影システムは、モアレが生じたパターン、または色または形がコードされた投影パターン他のような２次元の投影を用いることができる。この２Ｄ投影システムは、一般的に、点または光のシート投影スキャナより小さく低コストである。これらのシステムは、一般的に、物体（全視野）の２次元上に２Ｄパターンを投影し、よって、パターン投影器またはイメージング光学系の機械式変換の必要性をなくすことができる。しかしながら、対象の物体のサイズが、２Ｄパターン投影の全視野視を超える場合には、パターン投影器やイメージング光学系を、物体上の投影された２Ｄパターンの一連の画像が、スキャン軌道に沿って取り込まれるような方法で機械的に変換（スキャン）するのが利益となる。この場合において、本書に記載されるライブ３Ｄプレビュプロセスは、例えば、顎のラインに沿った歯列の特定のセットのような、対象の物体に整列されたスキャン軌道を得るのに適用可能である。
【００２９】
図２は、歯科構造のデジタルモデルを見たり、変更したり、保存したりするための、およびデジタルモデルファイルを用いて、コンピュータ統合型の歯科構造の物理モデル製造をサポートするための例示的な環境を示すブロック図である。図２の環境において、歯科構造の口腔内歯科スキャナ１０２によって得られるデータは、スキャンされた歯科構造の表面輪郭の像である３Ｄデジタル歯科モデルを作成するのに用いられる。このデジタル歯科モデルを得るための方法および装置の記載は、米国特許第６，３６４，６６０号に記載されており、その内容は参照により本書に組み込まれる。
【００３０】
スキャナ１０２からのデジタル歯科モデルを表すデータは、製造自動化システム機能を用いて歯科技工所設備１３０へと、インターネットのような広域ネットワーク１１０を介して伝送される。歯科用ＣＡＤシステム２００を用いて、歯科技工所の技術者は、デジタル歯科モデルを見たり、歯のダイモデルを所望する歯を選択することができる。歯科用ＣＡＤシステム２００は、次に選択された歯の３Ｄデジタル単離された歯のダイモデルを作成する。技術者は、コンピュータが組み込まれた（ＣＩＭ）方法および光造形装置（ＳＬＡ）といった技術を利用する物理モデルに作成されるべきデジタルモデルを選択することができる。一般的に、ＣＩＭ形成された単離された歯のダイモデルは、歯科医１０６に直接送り返される歯冠のような補てつ物を作成するためのパターンとして用いられる。
【００３１】
いくつかのケースにおいて、歯科医１０６は、デジタル歯科モデルファイルをＣＩＭ設備１２０に伝送してもよい。デンタルラボラトリ１３０用の予め記載されたプロセスに従い、このＣＩＭ設備１２０は、デジタル歯科モデルに、歯科医が許可した修正を選択し、その後デジタル歯科モデルとデジタル単離された歯のダイモデルの物理的な複製を作成する。デジタル歯科モデルとデジタル単離された歯のダイモデルが作成されると、物理モデルは、補てつ物作成のために指定のデンタルラボラトリ１３０に送られる。
【００３２】
図２のシステムは、ＣＩＭを用いたデジタル歯科モデルの作成を、デジタルモデルを表す正確な物理モデル像の製造を統合するものである。デジタルモデルの物理モデルの作製に好適なＣＩＭ技術は、光造形装置（ＳＬＡ）、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）加工、電気機械加工（ＥＤＭ）、およびスイス自動加工を含むが、これらに限定されない。例えば、サーモジェットプリンタがＣＡ，Ｖａｌｅｎｃｉａの３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍ，Ｉｎｃ．から利用可能で、ＣＡＤユーザが迅速な「印刷」と、３次元モデルを得ることができる。
【００３３】
光造形において、３次元形状のモデルデータは輪郭線データに変換され、各輪郭線での断面形状が順次積層され、方体モデルが準備される。次の層が堆積して硬化する前に、レーザビームの照射下で、モデルの各立体紫外線硬化樹脂層が硬化される。実質的に各層は、所望の３次元物体の薄い断面である。一般的には、粘性硬化プラスチック液の薄い層が表面に加えられ、それは事前に硬化された層であってもよいが、重合可能な液体の薄い層が重力によって滑らかになるのに十分な時間が経過した後、コンピュータで制御された照射ビームが薄い液体層を横切り移動し、プラスチック液が十分に硬化され、次の層がその上に加えられる。
【００３４】
薄い層が平らになるまでの待ち時間は、重合可能な液体、層の厚さ、部品形状、断面等のいくつかの要因によって変化する。一般的に、硬化層は縦に移動可能な物体サポートプラットフォームに支持されており、所望の層厚より大きな距離を、重合可能な粘性の液体の槽の表面より下に浸され、これにより液体が先の断面上に迅速に流れる。次に、この部分は、所望の層厚と等しいだけ液面より下の位置まで上げられ、少なくとも先の断面の実質的な部分上に余分な材料の膨らみが形成される。表面が平ら（滑らか）になると、層は照射により硬化準備がされる。紫外線光は紫外線の小さな集中地点を生じさせ、所定のパターンで、ガルバノメータミラーＸ−Ｙスキャナを用いて、液体表面を横切り移動する。上記の方法で、光造形機器は、すべての薄い層が一緒に結合され、歯科モデルのような全体部分を形成するまで、複数の硬化媒体の薄い層を互いの上面に連続的に硬化させることにより、複雑な３次元部分を造る。
【００３５】
理解されるように、各患者の歯科モデルは独特であり、通常患者の歯科モデルは、熟練の歯科技術者により一度に一つずつ作成される。この「一度に一つずつ」の手作業のモデルの作成に対してＳＬＡの使用は、プラットフォームが、各グリッドが歯科モデル部分の一意のセットをサポートすることができるグリッドに区画されうるので、患者の歯科モデルの大量作成を可能にする。さらに、これらの一意のグリッドモデル部分は製造中にシリアル番号が付され、デンタルラボラトリプロセスを通じて、個々の部分の追跡を可能にする。
【００３６】
典型的な単歯の歯冠患者用に、３つの独特な物理モデル、１）上顎の歯科構造のスキャンから得られるデジタル歯科モデルにおいて、歯と隣接する歯肉の全部または一部の物理モデルと、２）下顎の歯科構造のスキャンから得られるデジタル歯科モデルにおいて、歯と隣接する歯肉の全部または一部の物理モデルと、３）冠を被せられる歯用のデジタル単離された歯のダイモデルの物理モデルとを作る。上および下顎の物理モデルは、ラボ技術者または歯科医が、適切な噛み合わせ関係で物理モデルを整列させることができるように指標マークを付けて作成される。歯科技術者は、パターンとしてデジタル単離された歯のダイモデルの物理モデルを用いて冠を作成すると、上または下顎用のデジタル歯科モデルから作成された物理モデルの対応する歯の位置上に置くことにより、冠がフィットするか確かめることができる。このことは、冠補てつ物を歯科医に渡す前に、作成された冠補てつ物の隣接する干渉および噛み合わせのフィットの双方を正確に確かめることができる。
【００３７】
ここで図３を参照すると、デジタル歯科モデルを見るための、および処置計画を実行するための歯科用ＣＡＤシステム２００が示される。口腔内スキャナ１０２からのデータは、３Ｄ画像と歯科モデルエンジン２０２によって処理され、歯科構造の計測された３Ｄ視として表示される。
【００３８】
この３Ｄ画像および歯科モデルエンジン２０２はまた、得られたデジタル歯科モデルの質を評価し、デジタル歯科モデルが異常な表面輪郭を反映したり、表面輪郭の計算された見積値での不確定性がユーザの指定範囲を超えるようなハイライト部分をユーザに表示することができる。この３Ｄ画像と歯科モデルエンジン２０２の出力が、ディスプレイまたはモニタ２０５を駆動するディスプレイドライバ２０３に提供される。
【００３９】
この３Ｄ画像と歯科モデルエンジン２０２は、ユーザコマンドプロセッサ２０４と通信し、ローカルまたはインターネットを介して生成されたユーザコマンドを受け取る。このユーザコマンドプロセッサ２０４は、フットペダル２１６、マウス２０６、キーボード２０８、スタイラスパッド２１０、ジョイスティック２１１、またはタッチスクリーン２１５を通じてローカルユーザからのコマンドを受け取る。さらに、マイクロフォン２１２は、ユーザの音声コマンドまたは音声注釈を取り込むように提供される。マクロフォン２１２により取り込まれた音声は、音声をテキストに変換する音声プロセッサ２１４に提供される。この音声プロセッサ２１４の出力は、ユーザコマンドプロセッサ２０４に提供される。このユーザコマンドプロセッサ２０４は、デジタル歯科モデルと関連するファイルを保存するデータ保存ユニット２１８に接続される。一実施例では、フットペダル２１６は、システムのプレビュスキャンモードへ入ることを制御するのに用いられ、プレビュスキャンモードから出ることを制御し、デジタル歯科モデルを作成するのに用いられる光学印象データの取り込みを開始するのにもまた用いられる。
【００４０】
デジタル歯科モデルの３Ｄ表示を見る間、ユーザは、フットペダル２１６、マウス２０６、キーボード２０８、スタイラスパッド２１０、ジョイスティック２１１，タッチスクリーン２１５または音声入力を用い、モニタ２０５上で画像表示パラメータを制御することができ、これにはズーム、特徴分析、輝度およびコントラストを含むが、これらに限定されない。歯科用ＣＡＤシステムによって異常として強調されたデジタル歯科モデルの３Ｄ表示の領域は、ユーザによって評価され、必要に応じて解消される。表示された３Ｄデジタル歯科モデルのユーザ評価に従って、歯科用ＣＡＤシステムは、ユーザにデータ圧縮と暗号化エンジン２２０とを提供し、インターネット上への安全な伝達用のファイルを処理する。
【００４１】
歯科用ＣＡＤシステム２００はまた、ユーザに、デジタル歯科モデルを用いて、様々な処置計画プロセスを実行するツールを提供する。このような計画プロセスは、弧の長さの測定と、弧の幅の測定と、個々の歯の寸法の測定とを含む。
【００４２】
上記システムと方法の実施例の利点は、以下の一以上を含んでもよい。このシステムは、迅速なスキャンとデジタル３Ｄモデル実行プロセスとを可能にし、一以上の撮像口と構造がスキャンされるスキャン軌道との迅速な整列を可能にする。システムによって表示されたデジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュは、スキャナシステムの最終のデジタル３Ｄモデルの正確さや分解能を落とすことなく、スキャンパスの長さから独立して、口腔内のプローブの迅速な配向を可能にする。このシステムは、３Ｄスキャナプローブの正しい口腔内の位置および配向を探すべく歯科医のために現在必要とされる試行およびエラープロセスを最小限にし、処理されるのに必要とされるデータ量を減らし、歯列の最終の高分解能のデジタル３Ｄモデルを生成する。デジタル３Ｄモデルのライブ３Ｄプレビュのほぼリアルタイムの表示は、歯科医に、３Ｄスキャナプローブを直接的かつ直観的な方法での迅速な配置を可能にする。このシステムは、光学印象採得プロセスを大幅に迅速化する。試行およびエラープロセスを用いて、光学印象のデジタル３Ｄモデルとしてユーザに採得され、保存され、処理され、表示される光学印象スキャナの１スキャンからのデータ用に、一般的に２０秒かかる。これは、患者と歯科医の双方にとっては相当な時間であり、最終的な光学印象用に対象の歯列に合ったプローブの位置と向きに到達するのに、２、３回繰り返す必要がある。このシステムは、必要に応じて、プローブの先端で全視野の２Ｄイメージャ用に光学系を配置する必要をなくし、プローブを配置するための２次元プレビュ画像のような口腔内のカメラを提供する。プレビュ画像用の２Ｄの全視野の光学系をなくすことは、３Ｄスキャナプローブの先端の寸法を可能な限り小さくすることができ、これは歯科医に口腔キャビティ内でのより良い操作性をもたらせ、歯列への視覚的なアクセスを増加させる。３Ｄスキャンおよび光学印象プロセスの間、患者にはより快適でありながら、上記の利点が提供される。
【００４３】
本発明では、好適な実施例に関して記載してきたが、これらの実施例に限定されないことを理解されたい。これに対して、すべての代替例、変更および等価物が、添付のクレームに記載されるような発明の意図や範囲内に含まれることが意図される。
【図１Ａ】
2010538302.tif 000003
【図１Ｂ】
2010538302.tif 000004
【図２】
2010538302.tif 000005
【図３】
2010538302.tif 000006
【国際調査報告】
2010538302.tif 000007