(57)【要約】【課題】  歯科医師による雌型模型を欠損部模型として直接計測することができ、これにより、型取り回数を大幅に減らして、欠損部模型の再現精度を高めることができ、かつ歯科医師の作業負担を低減することができる歯牙形状測定方法及び装置を提供する。【解決手段】  レーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材を準備し、この歯科印象材を用いて患者の歯から歯牙形状に嵌合する雌型模型を製作し、次いでこの雌型模型の外形形状をレーザを用いた三角測量方式により形状測定する。歯科印象材は、天然ワックスを主成分とし、レーザ光を照射すると拡散反射をする微粒子を含有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材を準備し、該歯科印象材を用いて患者の歯から歯牙形状に嵌合する雌型模型を製作し、次いでこの雌型模型の外形形状をレーザを用いた三角測量方式により形状測定する、ことを特徴とする歯牙形状測定方法。
【請求項２】
前記歯科印象材は、天然ワックスを主成分とし、レーザ光を照射すると拡散反射をする微粒子を含有する、ことを特徴とする請求項１に記載の歯牙形状測定方法。
【請求項３】
前記微粒子は、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウムまたはシリカ粒子のいずれかまたはこれらの混合物である、ことを特徴とする請求項２に記載の歯牙形状測定方法。
【請求項４】
前記歯科印象材は、平均粒径１nm〜１μｍの微粒子を３重量％以上，６重量％未満含有する、ことを特徴とする請求項２に記載の歯牙形状測定方法。
【請求項５】
歯牙形状に嵌合する被測定物を先端部に保持する細長い模型保持ロッドと、該模型保持ロッドの末端部を保持するロッド保持具と、模型保持ロッドを水平に保持しかつこれを上下反転位置に固定可能な支持台とからなる模型位置決め治具と、
該模型位置決め治具を上面に固定し被測定物に少なくとも近接する垂直軸を中心に被測定物を回転させる保持回転装置と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光を走査するレーザ装置と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から被測定物の形状測定を演算する演算装置と、を備えたことを特徴とする歯牙形状測定装置。
【請求項６】
前記被測定物は、天然ワックスを主成分としレーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材からなり、
前記模型保持ロッドの先端部は、軸方向にスリット又は面を有する円筒形であり、加熱後の挿入により被測定物の外形形状を変形させずに被測定物を固定するようになっており、
前記ロッド保持具は、模型保持ロッドの末端部を保持する円筒部分と模型保持ロッドの軸心に直交する吸着面とを有し、
前記支持台は、前記円筒部分を保持する半円弧内面と、前記吸着面に対向する鉛直面とを有し、
前記ロッド保持具と支持台は、その吸着面と鉛直面に位置決め用の凹穴を有し、かつ該凹穴に位置決め用のボールが挿入されており、
更に、支持台に取り付けられロッド保持具を支持台に向けて吸着する保持機構を備える、ことを特徴とする請求項５に記載の歯牙形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯牙欠損部の三次元形状を測定する歯牙形状測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科治療において虫歯等で歯牙に欠損部ができた場合、欠損部に金属やセラミックスで製作した補綴物を被せて固定する治療が一般に行われている。
【０００３】
このような歯科用補綴物を製作するために、歯牙欠損部の印象型から歯牙欠損部の模型を製作し、その三次元形状を正確に測定する必要がある。このため、レーザ光を用いた非接触式の三次元形状測定手段が開示されている。
【０００４】
図３は、かかる非接触式の三次元形状測定手段の原理図である。この図において、Ｍは歯牙模型、５１はレーザ光５１ａを照射するレーザ光源、５２は集光レンズ、５３は光位置検出素子（ＰＳＤ）であり、歯牙模型Ｍの測定点Ｐに向けてレーザ光５１ａを照射し、歯牙模型Ｍからの反射光５１ｂをＰＳＤ５３上に集光してその位置ｙを検出する。
この構成により、ＰＳＤ５３の受光位置ｙとレーザ光５１ａの照射角度θから幾何学的に反射光の入射角度αが定まり、これらから測定点Ｐとセンサ基準点Ｐｓの距離Ｌを繰返し算出することにより、歯牙模型Ｍの三次元形状を特定することができる。しかし、単一の光位置検出素子のみを備えた三次元形状測定の場合には、被測定物（歯牙模型Ｍ）の形状によっては、１次反射光が入射しないため測定を行うことができない場合がある。
【０００５】
これに対して、特許文献１の「三次元形状測定方法および装置」は、図４に示すように、レンズと光位置検出素子との組み合わせを少なくとも２以上備えたものであり、一部の光位置検出素子（例えば５３ｃ、５３ｄ）に反射光が入射しなくても、残りの光位置検出素子（例えば５３ａ、５３ｂ）に反射光が入射するため、被測定物の形状に拘わらず測定を行うことができる。
【０００６】
また、被測定物（歯牙模型）が上部中央に凹部を有するような複雑な立体形状をしていると、計測部位にレーザが照射されず、或いはレーザが照射されてもレーザ反射光が被測定物に遮られて受光できないため、特許文献２が提案されている。
【０００７】
特許文献２の「三次元形状測定装置および方法」は、図５に示すように、被測定物Ｍを保持しこれを通る複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物をそれぞれ回転させる保持回転装置６２と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子６４、６６）と、複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光を走査するレーザ装置６８と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から複数の垂直軸ｚ１、ｚ２における被測定物の複数の形状測定データ群を演算する演算装置７０と、複数の形状測定データ群から死角部を補間する補間手段７２と、を備えたものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−４２９４１号公報
【特許文献２】特願２００３−０４７３２６号明細書、未公開
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば、歯科治療において歯の上部中央部等に虫歯等で凹んだ欠損部ができた場合、欠損部にインレーと呼ぶ詰め物を挿入する治療が一般に行われる。この場合、欠損部の形状を測定するために、従来、（１）先ず、患者の歯から歯科印象剤を用いて歯科医師が雌型模型（歯牙に相当する凹部を有する）を製作し、（２）次いでこの雌型模型から石膏などで雄型模型（歯牙に相当する凸部を有する）を製作し、（３）この雄型模型を基に歯科技工士により、ロストワックス法等の手段で雌型模型と同形形状の欠損部模型をレジン等で製作し、（４）これを上述した従来の手段で三次元形状測定していた。
【００１０】
しかし、歯科印象剤として通常用いられるアルギン酸塩印象材（アルジネート印象材ともいう）は、天然の海草から抽出されているため人体に無害である反面、短時間で収縮し形状が変化する欠点がある。そのため、アルギン酸塩印象材を用いて雌型模型を製作した後、すぐに石膏で欠損部模型を製作する必要があり、歯科医師にとって、時間に追われる作業となり、大きな負担となっていた。
【００１１】
また、アルギン酸塩印象材の代わりにシリコンゴムを用いて雌型模型を製作することも行われているが、シリコンゴムは成形性が低いため、複雑な立体形状を再現できない問題点があった。
【００１２】
更に、ロストワックス法による硬質模型の製作は、通常歯科技工士の技工作業で行われるため、時間と手間がかかり、治療が長期化する要因となっている。
また、患者の歯から雌型模型（歯科印象剤）、雄型模型（石膏）を介して欠損部模型（レジン等）を製作するため、型取り回数が多く、欠損部模型の再現精度が低下する問題点があった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、歯科医師による雌型模型を欠損部模型として直接計測することができ、これにより、型取り回数を大幅に減らして、欠損部模型の再現精度を高めることができ、かつ歯科医師の作業負担を低減することができる歯牙形状測定方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、レーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材を準備し、該歯科印象材を用いて患者の歯から歯牙形状に嵌合する雌型模型を製作し、次いでこの雌型模型の外形形状をレーザを用いた三角測量方式により形状測定する、ことを特徴とする歯牙形状測定方法が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記歯科印象材は、天然ワックスを主成分とし、レーザ光を照射すると拡散反射をする微粒子を含有する。前記微粒子は、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウムまたはシリカ粒子のいずれかまたはこれらの混合物である。また、前記歯科印象材は、平均粒径１nm〜１μｍの微粒子を３重量％以上，６重量％未満含有する。
【００１６】
また、本発明によれば、歯牙形状に嵌合する被測定物を先端部に保持する細長い模型保持ロッドと、該模型保持ロッドの末端部を保持するロッド保持具と、模型保持ロッドを水平に保持しかつこれを上下反転位置に固定可能な支持台とからなる模型位置決め治具と、  該模型位置決め治具を上面に固定し被測定物に少なくとも近接する垂直軸を中心に被測定物を回転させる保持回転装置と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光を走査するレーザ装置と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から被測定物の形状測定を演算する演算装置と、を備えたことを特徴とする歯牙形状測定装置が提供される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記被測定物は、天然ワックスを主成分としレーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材からなり、前記模型保持ロッドの先端部は、軸方向にスリット又は面を有する円筒形であり、加熱後の挿入により被測定物の外形形状を変形させずに被測定物を固定するようになっており、前記ロッド保持具は、模型保持ロッドの末端部を保持する円筒部分と模型保持ロッドの軸心に直交する吸着面とを有し、前記支持台は、前記円筒部分を保持する半円弧内面と、前記吸着面に対向する鉛直面とを有し、前記ロッド保持具と支持台は、その吸着面と鉛直面に位置決め用の凹穴を有し、かつ該凹穴に位置決め用のボールが挿入されており、更に、支持台に取り付けられロッド保持具を支持台に向けて吸着する磁石を備える。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の方法によれば、患者の歯から歯牙形状に嵌合する雌型模型を製作し、この雌型模型の外形形状をレーザを用いた三角測量方式により形状測定するので、型取り回数を１回に減らして、欠損部模型の再現精度を高めることができる。
また、レーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材を用いるので、歯科医師にとって、時間に追われる作業がなくなり負担を大きく軽減できる。
【００１９】
また上記構成の歯科印象材を用いることにより、天然ワックスは人体に無害であり、かつ従来のロストワックス法と同様に成形性が高く、複雑な立体形状を正確に再現することができる。また、天然ワックス自体は半透明体であり、レーザ光が内部に侵入するためレーザを用いた三角測量方式に適用できないが、レーザ光を照射すると拡散反射をする微粒子（例えば、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウムまたはシリカ粒子）を３重量％以上混ぜることにより、成形性を損なうことなくレーザ光の内部侵入をなくすことができる。なお、酸化チタンを６重量％以上混ぜると、ワックス材との混合が難しく、かつ成形性が悪化することが実験により確認されている。
【００２０】
また、上記歯牙形状測定装置の構成により、細長い模型保持ロッドの先端部に歯牙形状に嵌合する被測定物を保持し、ロッド保持具で模型保持ロッドの末端部を保持し、支持台で模型保持ロッドを水平に保持しかつこれを上下反転位置に固定することにより、被測定物を正確に位置決めし、かつこれを上下反転位置に固定して正確な形状測定を行うことができる。
【００２１】
またこの構成により、被測定物が、天然ワックスを主成分としレーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材からなり、模型保持ロッドの先端部が、軸方向にスリット又は面を有する円筒形であるので、この先端部を加熱して挿入することにより被測定物の外形形状を変形させずに被測定物を固定することができる。
また、ロッド保持具が模型保持ロッドの末端部を保持する円筒部分を有し、支持台がこの円筒部分を保持する半円弧内面を有するので、これらの嵌合により、模型保持ロッドを水平に保持することができる。
更に、ロッド保持具が模型保持ロッドの軸心に直交する吸着面を有し、支持台がこの吸着面に対向する鉛直面を有するので、支持台に取り付けられた磁石でロッド保持具を支持台に向けて吸着することにより、模型保持ロッドの水平保持の精度を更に高めることができる。
またロッド保持具と支持台が、その吸着面と鉛直面に位置決め用の凹穴を有し、かつこの凹穴に位置決め用のボールが挿入されているので、被測定物を正確に位置決めし、かつこれを上下反転位置に固定して正確な形状測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２３】
天然ワックスは人体に無害であり、かつ従来のロストワックス法と同様に成形性が高く、複雑な立体形状を正確に再現することができる。しかし、天然ワックス自体は半透明体であり、レーザ光が内部に侵入するためレーザを用いた三角測量方式に適用することができない。
【００２４】
そこで、本発明の発明者等は、天然ワックスに酸化チタンを混合することにより、レーザ光の内部侵入を低減することを試み、表１に示す結果を得た。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１からわかるように、酸化チタンを３重量％以上混ぜることにより、成形性を損なうことなくレーザ光の内部侵入をなくすことができることが確認された。また、酸化チタンを６重量％以上混ぜると、ワックス材との混合が難しく、かつ成形性が悪化することが確認された。なお、使用した酸化チタンは、平均粒径１nm〜１μｍであった。なお、混入粒子は、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウムまたはシリカ粒子のいずれかまたはこれらの混合物から選択された粒子であってもよい。
【００２７】
本発明の方法は、この実験で得られた新規の知見に基づくものである。すなわち、本発明の歯牙形状測定方法によれば、（１）まず、レーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材を準備し、（２）この歯科印象材を用いて患者の歯から歯牙形状に嵌合する雌型模型を製作し、（３）次いでこの雌型模型の外形形状をレーザを用いた三角測量方式により形状測定する。
【００２８】
歯科印象材は、表１から天然ワックスを主成分とし、平均粒径１nm〜１μｍの酸化チタンを３重量％以上，６重量％未満含有するものを用いるのがよい。
【００２９】
上述した本発明の方法によれば、患者の歯から歯牙形状に嵌合する雌型模型を製作し、この雌型模型の外形形状をレーザを用いた三角測量方式により形状測定するので、型取り回数を１回に減らして、欠損部模型の再現精度を高めることができる。
また、レーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材を用いるので、歯科医師にとって、時間に追われる作業がなくなり負担を大きく軽減できる。
【００３０】
図１は、本発明の歯牙形状測定装置の全体構成図である。この装置は、上述した方法で得られる雌型模型（天然ワックスを主成分とする）の形状計測に最適化されている。
すなわち、この歯牙形状測定装置２０は、模型位置決め治具１０、保持回転装置２２、光位置検出素子２４、レーザ装置２６及び演算装置２８を備える。
【００３１】
模型位置決め治具１０は、被測定物Ｍを水平に保持し、かつこれを図でＯで示す原点を通る水平軸ｘの周りに上下反転して位置決めする機能を有する。模型位置決め治具１０の構造は後述する。
保持回転装置２２は、模型位置決め治具１０を上面に固定し、被測定物Ｍに少なくとも近接する垂直軸ｚを中心に被測定物Ｍを回転させる。被測定物Ｍを垂直軸ｚを中心に１回転させることにより、被測定物Ｍの外面全周を計測することができる。
なお、保持回転装置２２への模型位置決め治具１０の固定は、マグネットによる吸着でもよく、或いはピンとピン穴の嵌合でもよい。
【００３２】
光位置検出素子２４は、この例では上下に２つ設けられ、それぞれ被測定物Ｍからの反射光２を受光する。
レーザ装置２６は、レーザ発振器２６ａと走査ミラー２６ｂからなり、２つの光位置検出素子２４の間に位置し、被測定物Ｍに向けてレーザ光１を走査する。レーザ発振器２６ａは好ましくは単一波長のレーザ光１を走査ミラー２６ｂに向けて照射する。走査ミラー２６ｂは図示しない駆動装置により揺動し、レーザ光１を反射して被測定物Ｍに向けてレーザ光１を走査するようになっている。
【００３３】
演算装置２８は、レーザ光１の走査方向とレーザ光の反射光２の２つ光位置検出素子２４による受光位置から被測定物Ｍの形状測定を演算する。
また、この例において、第１と第２の光位置検出素子２４とレーザ装置２６によるレーザ光１は、好ましくは被測定物Ｍを通る同一平面内（この例でｘ−ｚ座標の第１象限内）に位置し、ｘ−ｚ座標の二次元計測と被測定物Ｍのｚ軸まわりの回転により、被測定物Ｍの外表面の三次元形状測定を可能にしている。
【００３４】
また、複数の光位置検出素子２４のいずれかの信号出力が弱い（所定値に満たない）場合には、その低い信号出力を無視し強い信号出力からレーザ光照射位置Ｐを演算する。これにより、弱い信号による誤差を防ぐことができる。
なお、演算装置２８として、コンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ）を用いることができる。
【００３５】
図２は、図１の模型位置決め治具の構成図である。この図において、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線における断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ矢視図である。
図２に示すように、模型位置決め治具１０は、模型保持ロッド１２、ロッド保持具１４、及び支持台１６からなる。
【００３６】
模型保持ロッド１２は、細長い棒状部材であり、歯牙形状に嵌合する被測定物Ｍを先端部に保持する機能を有する。被測定物Ｍは、上述したように天然ワックスを主成分とし、レーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材からなる。
模型保持ロッド１２の先端部（図で左端部）は、軸方向にスリット又は面を有する円筒形であり、この部分を加熱した後に被測定物Ｍの末端部に挿入することにより被測定物Ｍの外形形状を変形させずに被測定物Ｍを固定するようになっている。なお、この場合、被測定物Ｍの末端部は、患者の歯牙形状に直接嵌合しない非測定部分であるのがよい。
【００３７】
ロッド保持具１４は、模型保持ロッド１２の末端部を保持する円筒部分１４ａと、模型保持ロッド１２の軸心に直交する吸着面１４ｂとを有し、模型保持ロッド１２の末端部を水平に保持するようになっている。
【００３８】
支持台１６は、ロッド保持具１４の円筒部分１４ａを保持する半円弧内面１６ａと、ロッド保持具１４の吸着面１４ｂに対向する鉛直面１６ｂとを有し、模型保持ロッド１２を水平に保持しかつこれを上下反転位置に固定可能になっている。
【００３９】
図２（Ｂ）に示すように、ロッド保持具１４と支持台１６は、その吸着面１４ｂと鉛直面１６ｂに位置決め用の凹穴１４ｃ，１６ｃを有し、かつこの凹穴１４ｃ，１６ｃに位置決め用のボール１９が挿入されている。
更に、支持台１６の鉛直面１６ｂの反対側には、磁石１８（マグネット）が取付られており、ロッド保持具１４の吸着面１４ｂを支持台１６の鉛直面１６ｂに向けて吸着している。なお、この吸着により、吸着面１４ｂが鉛直面１６ｂに吸着されるが、完全に密着する必要はなく、介在するボール２０によりわずかに隙間があってもよい。
【００４０】
上述した模型位置決め治具１０の構成により、被測定物Ｍが、天然ワックスを主成分としレーザの透過率が低くかつ収縮変形の少ない歯科印象材からなり、模型保持ロッド１２の先端部が、軸方向にスリット又は面を有する円筒形であるので、この先端部を加熱して挿入することにより被測定物Ｍの外形形状を変形させずに被測定物を固定することができる。
【００４１】
また、ロッド保持具１４が模型保持ロッド１２の末端部を保持する円筒部分１４ａを有し、支持台１６がこの円筒部分を保持する半円弧内面１６ａを有するので、これらの嵌合により、模型保持ロッド１２を水平に保持することができる。また、半円弧内面１６ａの側面には、図２（Ｃ）に示すように、切欠部１６ｄが設けられているので、ロッド保持具１４を模型保持ロッド１２と共に、容易に取り外すことができる。従って、患者の歯牙から歯牙形状に嵌合する雌型模型Ｍを製作した際には、雌型模型は天然ワックスを主成分とするため、外力により容易に変形するおそれがあるので、できるだけ早い時期にロッド保持具１４に取付られた模型保持ロッド１２の先端部に固定するのがよい。
【００４２】
また、ロッド保持具１４が模型保持ロッド１２の軸心ｘに直交する吸着面１４ｂを有し、支持台１６がこの吸着面１４ｂに対向する鉛直面１６ｂを有するので、支持台１６に取り付けられた磁石１８でロッド保持具１４を支持台１６に向けて吸着することにより、模型保持ロッド１２の水平保持の精度を更に高めることができる。
またロッド保持具１４と支持台１６が、その吸着面と鉛直面に位置決め用の凹穴を有し、かつこの凹穴に位置決め用のボールが挿入されているので、被測定物を正確に位置決めし、かつこれを上下反転位置に固定して正確な形状測定を行うことができる。
【００４３】
従って、上述した構成により、細長い模型保持ロッド１２の先端部に歯牙形状に嵌合する被測定物Ｍを保持し、ロッド保持具１０で模型保持ロッド１２の末端部を保持し、支持台で模型保持ロッドを水平に保持しかつこれを上下反転位置に固定することにより、被測定物を正確に位置決めし、かつこれを上下反転位置に固定して正確な形状測定を行うことができる。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、上述した例において被測定物Ｍとして上部中央に凹部を有するインレーの歯牙模型を想定しているが、本発明はこれに限定されず、支台歯その他の歯牙模型にも同様に適用することができる。
【００４５】
上述したように、本発明の歯牙形状測定方法及び装置は、歯科医師による雌型模型を欠損部模型として直接計測することができ、これにより、型取り回数を大幅に減らして、欠損部模型の再現精度を高めることができ、かつ歯科医師の作業負担を低減することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の歯牙形状測定装置の全体構成図である。
【図２】図１の模型位置決め治具の構成図である。
【図３】本発明で使用する光位置検出素子の原理図である。
【図４】非接触式の三次元形状測定手段の原理図である。
【図５】先行出願の三次元形状測定手段の説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  レーザ光、２  反射光、１０  模型位置決め治具、
１２  模型保持ロッド、１４  ロッド保持具、
１４ａ  円筒部分、１４ｂ  吸着面、
１６  支持台、１６ａ  半円弧内面、１６ｂ  鉛直面、
１４ｃ，１６ｃ  凹穴、１６ｄ  切欠部、
１８  磁石（マグネット）、１９  ボール、
２０  歯牙形状測定装置、２２  保持回転装置、
２４  光位置検出素子、２６  レーザ装置、
２６ａ  レーザ発振器、２６ｂ  走査ミラー、
２８  演算装置
【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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