(57)【要約】  歯学の分野での使用、特に歯科補綴物の製造に適用可能である、歯構造などの付形された物体の三次元（３Ｄ）表面モデルを生成するための三次元（３Ｄ）スキャナー装置が説明されている。スキャニング装置は、特定の構造および実用性を有するプローブヘッドを含み得る。装置およびその構成要素に関する方法およびシステムも開示されている。
2017516619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者で歯科走査を実施するためのユニタリーの携帯型スキャニング装置であって、
一方の端部において可動機構に結合された伸長アームを含み、他方の端部において、任意の形状の構造の画像を生成するための光源を含む走査プローブヘッドを有する走査プローブであって、前記可動機構は、固定基準点からの前記走査プローブの伸長／収縮および横方向の動きをもたらす、走査プローブ
を含み、
前記可動機構および前記走査プローブの前記伸長アームの少なくとも一部は、走査プローブの少なくとも一部分を入れかつ前記走査プローブを動かすための可動機構を入れるチャンバーを有する中空シェルとして形成された収納体内に入れられており、
前記収納体は、走査手順中に患者に接触し、およびそれにより前記スキャナープローブヘッドに固定基準点を提供する、患者に接触する固定具を受け入れかつそれに係合するための開口部が形成されている、スキャニング装置。
【請求項２】
前記患者に接触する固定具が、走査手順中に口腔内に位置決めされるマウスピースである、請求項１に記載のスキャニング装置。
【請求項３】
前記マウスピースが、中空の咬合固定具を形成するように側壁によって分離された上面および底面を有する咬合固定具であって、前記対象者が走査手順中に咬みしめることができる、咬合固定具であり、前記中空のマウスピースは、遠位端部および近位端部を有し、前記近位端部は、前記収納体の前記開口部に係合し、かつ前記収納体の前記チャンバーと連通するように開放しており、前記マウスピースの前記開放した近位端部は、走査手順中に前記走査プローブを受け入れ、およびそれが動くことができるようにする、請求項２に記載のスキャニング装置。
【請求項４】
前記可動機構が、前記走査プローブを動かすための位置決め装置を保持するシャーシを含む、請求項１に記載のスキャニング装置。
【請求項５】
前記走査プローブが撮像源を含む、請求項１に記載のスキャニング装置。
【請求項６】
前記走査プローブヘッドが複数の撮像源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
歯科走査を実施する方法であって、
ａ．請求項１に記載のスキャニング装置を提供するステップ、および
ｂ．対象者または患者に走査手順を実施するステップ
を含む、方法。
【請求項８】
ｃ．前記走査手順から得られた情報を使用して、歯構造を印刷、ミリング、または３Ｄ印刷するステップ
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
患者で歯科走査を実施するためのシステムであって、請求項１に記載の携帯型スキャニング装置と、プリンタ、フライス盤、および３Ｄプリンタから選択される外部装置とを含む、システム。
【請求項１０】
前記装置を外部の印刷、ミリング、または３Ｄ印刷装置に接続するための接続ケーブルをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
スキャニング装置の収納体と、別個のマウスピースと、前記装置を外部の印刷、ミリング、または３Ｄ印刷装置に接続するための任意選択的なケーブルと、前記装置、マウスピースおよび任意選択的なケーブルを入れる携帯用ケースとをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
三次元スキャニング装置と一緒に使用するためのスキャナープローブヘッドであって、ベースと、前記ベースに接続された複数の伸長アームとを含み、前記伸長アームは、
装着された送光機をそれぞれ保持および位置決めするための少なくとも２つの送光機用伸長アームであって、前記送光機用伸長アームおよび送光機は、前記ベースの周囲または外周に対して、互いに直径の反対側に位置決めされている、少なくとも２つの送光機用伸長アーム、および
装着された受光機をそれぞれ保持および位置決めするための少なくとも２つの受光機用伸長アームであって、前記受光機は、走査標的から反射した送光機の伝達光を最適に受信するように、前記送光機から離れる角度で位置決めされている、少なくとも２つの受光機用伸長アーム
を含む、スキャナープローブヘッド。
【請求項１３】
前記プローブヘッドが、前記送光機の前方のスロット付きカバーまたはコリメータであって、前記送光機から細い線形の伝達光をもたらす、スロット付きカバーまたはコリメータをさらに含む、請求項１２に記載のスキャナープローブヘッド。
【請求項１４】
請求項１２に記載のプローブヘッドが取り付けられている可動アームを有する、請求項１に記載のスキャニング装置を提供するステップ、および
前記スキャニング装置を使用して三次元走査を実施するステップ
を含む、請求項７に記載の走査標的の三次元走査を実施する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは、口腔病学、歯学、または歯科矯正学の分野での使用、特に歯科補綴物（ｄｅｎｔａｌ  ｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｓ）の製造に適用可能である、歯構造などの任意の形状の物体の三次元（３Ｄ）表面モデルを生成するためのスキャナー装置に関する。より具体的には、本発明は、歯科用口腔内３Ｄスキャニング装置と、歯または歯肉表面をそのコンフォメーションを含めて撮像および視覚化するための方法とを含む。本発明は、Ｘ軸およびＹ軸に沿ってのみ動き、Ｚ軸に沿って動かないアンカープローブを有する、スキャナー装置を使用して生成された画像から代表的な３Ｄモデルを作成するために最適に撮像するように構成された新規のスキャナープローブヘッドにさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯および歯肉の三次元（３Ｄ）診断および治療用模型化は、従来、アルジネート印象型から得られたレプリカを使用するなどの主流の技術によって得られてきた。そのようなレプリカは、歯肉および歯のネガティブの像の型を提供し、これが後にポジティブのモデルに変換され、走査され得る。しかしながら、これらの主流の技術は、多種多様な問題および欠点をもたらす。これらの問題は、型を形成するプロセスの最中に患者に不快感を与えること、結果として得られる型に欠陥および不正確さを生じること、およびそのプロセスに時間およびコストがかかることを含む。
【０００３】
最近になって、いくつかの最新式の装置、例えば、歯科用パノラマＸ線、歯科用コンピュータ断層撮影、およびオプティカルスキャニング装置が開発されており、これらは、主流の技術によってもたらされた問題を解決しようとするものである。オプティカルスキャナーは、物体の表面から情報を取得し、かつそれを記録または記憶し、およびその情報を画像として生成し得る装置である。
【０００４】
非接触式の光学的方法によって物体の表面輪郭を決定するためのスキャナーの使用は、３Ｄモデルを生成するための歯構造の生体内での走査を含め、多くの適用例において、ますます重要になってきている。一般に、３Ｄの表面輪郭は、点のクラウドから形成され、ここでは、クラウドの各点の相対的位置が、所与の点における走査された物体の表面の推定位置を表す。
【０００５】
そのようなオプティカルスキャニング装置が開発されており、かつ歯科の市場で市販されており、様々な技術および構成を組み込む特許文献において説明されている。例えば、いくつかの欧州特許がスキャニング装置を説明しているとして特定されており、例えば、欧州特許第０８２５８３７号明細書（「Ｍｏｄｕｌａｒ  ｉｎｔｒａ−ｏｒａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｖｉｄｅｏ  ｃａｍｅｒａ」）では、口の内部の画像を取り込むためのハンドヘルド式ビデオカメラ、および取り込んだ画像を有効なデータに変換する光学式アライメントセンサーが提供されている。スペイン特許第２３８３２２０号明細書（「Ｉｎｔｒａｏｒａｌ  ｄｅｎｔａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｉｎｇ  ｓｕｃｈ  ｓｅｎｓｏｒ」）では、電子信号を提供する画像検出マトリクスと、マトリクスで生成された信号を受信するための光源とを有する、口に挿入可能なＸ線画像センサーを備えている口腔内歯科放射線医学システム（ｉｎｔｒａｏｒａｌ  ｄｅｎｔａｌ  ｒａｄｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）が説明されている。また、スペイン特許第２３２４６５８（Ｔ３）号明細書（「Ｌａｓｅｒ−ｄｉｇｉｔａｌｉｚｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｄｅｎｔａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」）では、コリメート光ビームを生成するコリメーションオプティクスを備える光源、光源に光学的に結合されたスキャナーを有する、レーザデジタライザーが説明されている。
【０００６】
オプティカルスキャニング装置はまた、米国において、例えば、米国特許第６，６４８，６４０号明細書（「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ  ＯＲＴＨＯＤＯＮＴＩＣ  ＣＡＲＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＩＮＴＲＡ−ＯＲＡＬ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＯＦ  ＴＥＥＴＨ」）；米国特許第４，８３７，７３２号明細書（「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｏｆ  Ｐｒｅｐａｒｅｄ  Ｔｅｅｔｈ」）；米国特許第４，５７５，８０５号明細書（「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｔｈｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｃｕｓｔｏｍ−Ｓｈａｐｅｄ  Ｉｍｐｌａｎｔｓ」）；米国特許第５，３７２，５０２号明細書（「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｂｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｅｅｔｈ」）；米国特許第５，０２７，２８１号明細書（「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ  Ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ  Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｏｂｊｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｌｅｘ  ａｎｄ  Ｕｎｉｑｕｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ」）；米国特許第５，４３１，５６２号明細書（「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  Ｃｕｓｔｏｍ  Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ  Ａｐｐｌｉａｎｃｅ  ａｎｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｅｅｔｈ  ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ」）；米国特許第６，５９２，３７１号明細書（「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ａ  Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」）；および米国特許第７，００４，７５４号明細書（「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｒｏｗｎ  ａｎｄ  Ｇｉｎｇｉｖａ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  Ｔｅｅｔｈ」）；ならびに米国特許出願公開第２００６／０１５４１９８号明細書（「３Ｄ  Ｄｅｎｔａｌ  Ｓｃａｎｎｅｒ」）で特許化または公開されている。
【０００７】
前述のこれらのシステムおよび装置は全て、それらの設計においておよび実際に使用する際に様々な欠点を有する。市販の３Ｄスキャナーシステムは、歯科市場用に開発されており、一般に、中央の（および一般に大きくて嵩張る）コンピュータ／電源と通信しているハンドヘルド（操作者による）のペン型スキャナーを用いている。これらのシステムでは、操作者は、走査する領域にわたってスキャナーを動かし、かつ一連の画像フレームを収集する。口腔は、歯および組織の表面の正確な体内の３Ｄ撮像に際して重大な課題となる。走査線の中心を正確に測定する能力は、歯の半透明性、様々な他の反射面（アマルガム充填、金属冠、歯肉組織など）、および隣接面に起因するオブスキュレーションによる影響を受ける。さらに、線形運動または回転運動が誤差累積を加え、およびヒトの顎のサイズおよび曲率の変化によって「汎用型」スキャナーが困難になる。
【０００８】
生じ得る不正確さに加え、これらの最新式の装置およびシステムは、使用するのに不便であり、および患者にとって不便であり得る。場合によっては、技術者は、歯ブラシのような動きを用いてハンドヘルド式のペンを手動で操作する必要があり、およびその結果は、操作者の器用さおよび技術に依存し得る。ソフトウェアが、写真の情報を最終的な３Ｄ画像へと解釈しかつ補間する様々な装置によって撮られた写真に基づくシステムは、時間がかかり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そのため、当該技術分野では、前述のおよび既に市販されている装置およびシステムの欠点および限界に対処しかつそれらを克服できる３Ｄスキャニング装置、およびシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、携帯でき、および使用中に患者が簡単に保持できる完全に一体化されたユニタリー装置を提供することにより、従来のシステムおよび装置のいくつかの欠点に対処しかつそれらを克服する。本発明者らは、ここで、新規のスキャナープローブヘッド構成が、スキャナーアームの動きが横断面（Ｘ軸およびＹ軸）に沿って固定され、かつ矢状面の方向（Ｚ軸）においてスキャナーアームの実質的な動きがないときの、歯および上または下歯列弓にある他の構造などの任意の形状の物体の撮像を含むがこれらに限定されない、追加的な利点を提供し得ることを発見した。
【００１１】
３Ｄ撮像装置と一緒に使用するための広範なスキャナープローブヘッドが公知である。そのため、例えば、スキャナープローブおよびプローブヘッドが、上述の特許、ならびに米国特許第６，９６５，６９０号明細書；同第７，１５３，１３５号明細書；同第７，２８６，９５４号明細書；同第７，３１２，９２４号明細書；および同第７，４９４，３３８号明細書に説明されている。これらの従来の公知のプローブヘッドは、国際公開第２０１４／０８３２１１号パンフレットおよびその後継特許において説明されているスキャナー装置に適合可能であり得るが、本発明者らは、従来技術には、スキャナーアームが横断面に沿って固定されているときに歯および上または下歯列弓にある他の構造などの任意の形状の物体を最適に撮像するように構成されているスキャナープローブヘッドが欠如しており、およびそれが必要であることを発見した。
【００１２】
そのため、本発明は、既に知られている最新式のシステムのある種の欠点または不便さがない、固定基準システムを使用して正確な３Ｄ画像を取り込む歯科用スキャニング装置を提供する。装置およびシステムは完全に自動化されているため、ハンドヘルド型ペンは必要とされず、および技術者または患者による走査プローブの手動操作は必要とされない。
【００１３】
本発明は、口腔病学、歯学、または歯科矯正学、および特に歯科補綴物の製造の分野で特に有用である３Ｄスキャニング装置およびシステムを含む。本発明の装置およびシステムは、歯構造など（例えば、歯、歯肉など）の任意の形状の物体を含む物体の表面特徴を撮像し、１つまたは複数の物体の三次元（３Ｄ）画像および表面モデルを生成するのに特に適用可能である。より具体的には、本発明は、歯のモデルを生成しかつそれから歯科補綴物を製造するのに有用である、歯科用口腔内３Ｄスキャニング装置と、歯または歯肉表面をそれらのコンフォメーションを含めて撮像および可視化するための方法とを含む。
【００１４】
好ましい実施形態では、本発明の装置は、第１の構成要素を含み、これは、好ましくは人が片手または複数の手で保持できる収納体である。語句、「人が片手または複数の手で保持できる」は、収納体が、走査手順中に使用者または走査対象者によって片手または両手で簡単に保持できるようなサイズおよび重量を有して構成されていることを意味する。装置は、走査標的に対してスキャナーおよびスキャナープローブに固定基準点をもたらすための、患者に接触する固定具、例えばマウスピースまたは咬合固定具である第２の構成要素をさらに含む。
【００１５】
装置の収納体は、シャーシを含んでいるかまたは入れており、シャーシは、可動機構を提供し、可動機構に結合された走査プローブを動かすか、誘導するか、または指揮する。走査プローブの動きをマウスピースまたは咬合固定具に対する固定または事前プログラムされたパターンで動作させるために、可動機構を提供することにより、装置およびその使用は、有利には、走査プローブに固定基準点をもたらし、手で操作されるペンの必要性をなくす。
【００１６】
走査プローブは、アームまたはステムであって、アームの第１の近位端部において可動機構に結合されており、かつアームの対向する遠位端部には走査ヘッドが位置決めされているアームまたはステムを含む。走査ヘッドは、赤外線または発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザ光源などの撮像源を含み、および歯構造などの物体の表面に投射されたときに撮像源によって生成される画像を取り込むためのセンサー、トランスデューサ、または受光機を含み得る。走査ヘッドは、カメラまたは複数のカメラをさらに含み得る。
【００１７】
本発明は、上歯列弓と下歯列弓との間の解剖学的な横断面に対して前／後方向（Ｘ軸）および右／左方向（Ｙ軸）に動きかつ横断面に関して固定されて、そこから逸脱しない、すなわち、上／下方向（Ｚ軸に沿って）動かないスキャナープローブを使用するとき、最適に撮像するように構成されたスキャナープローブヘッドにさらに関する。
【００１８】
スキャナープローブヘッドは、ベースと、互いに対して実質的に直径の反対側の位置において、走査用の光または放射線源をそれぞれ保持する少なくとも２つの伸長アームまたは「ウィング」とを有するシャーシを含む。本発明のスキャナープローブヘッドは、各光または放射線源から画像を取り込むためのカメラを保持および位置決めするための少なくとも２つの追加的な伸長アームまたはウィングをさらに含む。その後、取り込み画像は、コンピュータによって処理されて、３Ｄ画像を生成する。
【００１９】
好ましい実施形態では、スキャナープローブヘッドの２つ以上の伸長アームまたはウィングを使用して、走査標的の前面、上面または底面、および後面を同時に照明しかつそれらから同時に画像を取り込むことができる。好ましい一実施形態では、本発明のスキャナープローブヘッドは、少なくとも４個、および一層好ましくは８個の伸長アームまたはウィングを含む。
【００２０】
４個のアームまたは４個のウィングの構成では、光または放射線源を保持する２つの伸長アームは、互いに１８０度離間して直径方向に対向し、およびベースから、約３０度〜約９０度未満の角度で位置決めされて、標的物体の前面および背面を照明する。他の２つのアームは、それぞれの光または放射線源から画像を取り込むためのカメラを保持する。好ましくは、カメラ用伸長アームは、光または放射線源用伸長アームから離れる角度で位置決めされる。例えば、カメラ用伸長アームは、一般に、光または放射線源用伸長アームから少なくとも１０度、および９０度未満離れて位置決めされて、光または放射線源から反射した画像を最適に取り込む。カメラ用伸長アームはまた、ベースから、約３０〜９０度未満で角度を付けられている。
【００２１】
８個のアーム構成を含む実施形態では、４個の伸長アームは、少なくとも１つの光または放射線源をそれぞれ保持し、および４個の伸長アームは、少なくとも１つのカメラをそれぞれ保持する。光または放射線源は、好ましくは、等距離でおよび互いに９０度で位置決めされており、およびカメラは、各光または放射線源間に同様に等距離でおよび互いに約９０度で位置決めされている。そのため、各伸長アームは、互いから約４５度であり、交互に光源、カメラ、光源、カメラなどと保持する。
【００２２】
当業者には、３Ｄスキャナーの分野では、これらの光学的方法のための点位置データの収集の基本的な測定原理が三角法であることが理解されるであろう。三角法では、１つ以上の三角形は、各三角形のベースラインが２つの光心で構成され、および各三角形の頂点が標的物体表面であることを前提に、標的物体表面から光学的中心までの範囲が光心間距離と、光心から標的物体表面までの角度とに基づいて決定され得る。所与の基準座標系、例えばデカルトＸ、Ｙ、Ｚ基準系などにおける光心の位置座標が分かっている場合、標的表面上の点の相対的なＸ、Ｙ、Ｚ位置座標は、同じ基準系で計算され得る。
【００２３】
三角法は、パッシブな三角法およびアクティブな三角法に分割され得る。パッシブな三角法（立体解析としても知られている）は、一般に、周辺光を用い、および三角形のベースラインに沿った光心はカメラである。対照的に、アクティブな三角法は、一般に、ベースラインに沿った三角形の１つの光心として、単一のカメラを使用し、および他方の光心にある第２のカメラの代わりに、アクティブな三角法は、制御式照明源（構造光としても知られている）を使用する。
【００２４】
立体解析は、１つのカメラ画像フレーム内で表面特徴を特定することに基づき、これら表面特徴はまた、標的の表面に関して異なるカメラの観察位置において取られる１つ以上の画像フレーム内で観察される。各画像フレーム内で特定された特徴の相対的位置は、カメラから各表面特徴までの距離に依存する。表面特徴の相対的位置は、２つ以上のカメラ位置から表面を観察することによって計算され得る。
【００２５】
立体解析は、概念的には単純であるものの、複数のカメラ画像で観察される特徴間の対応を得ることが困難であるため、広範には使用されていない。ブロックなどの明確に定められたエッジおよび角を備える物体の表面輪郭は、立体解析を使用して測定することが簡単であり得るが、表面が滑らかに変化する物体、例えば皮膚または歯の表面は、鍵となる簡単に特定可能な点がほとんどなく、立体解析の手法に重要な課題を示す。
【００２６】
アクティブな三角法または構造光方法は、物体上に公知の光のパターンを投射してその形状を測定することによって、立体対応の問題を克服する。最も単純な構造光パターンは、単に、一般にレーザによって生じる光のスポットである。投光機と、標的物体の表面から反射した光のスポットを観察するカメラの位置との間の構造の幾何学的形状によって、光スポットが落ちる点の相対的な範囲を三角法によって計算できる。ストライプまたは光ドットの格子などの二次元パターンなどの他の投射パターンを使用して、標的の表面の画像を撮るために必要な時間を短縮し得る。
【００２７】
構造化照明方法を使用する標的物体の表面特徴の測定分解能は、使用される光パターンの細かさ、および反射光を観察するために使用されるカメラの分解能の一次関数である。３Ｄレーザ三角法走査システムの全体の精度は、主に、２つの目標を満たすその能力に基づく：１）標的の表面から反射した照明光の中心を正確に測定すること、および２）画像を取得するためにスキャナーによって使用される位置のそれぞれにおける照明源およびカメラの位置を正確に測定すること。
【００２８】
第２の目的を達成するために、本発明のスキャナープローブヘッドは、光または放射線源の上側を覆うように配置されたコリメータの機能を果たすかまたはその代わりとなるスロット付きカバーをさらに含み、精密な線形パターンを形成する。国際公開第２０１４／０８３２１１号パンフレットおよびその後継特許に説明されている口腔内スキャナーで使用するためのプローブヘッドのサイズは、放出光を集光するまたは細くする従来のレンズを使用できなくする。シャーシカバーの両側面からの狭帯域の放出光は、標的物体の線形セクションの表面全体を照明し、従って走査する。
【００２９】
使用中、本発明のスキャナープローブヘッドは、国際公開第２０１４／０８３２１１号パンフレットおよびその後継特許に説明されているプローブ用伸長アームの走査端部に取り付けられ得、および走査が実行され得る。より具体的には、４個の伸長アームを含む本発明のスキャナープローブヘッドを使用して、Ｘ軸方向における走査を実行してから、９０度回転させて、Ｙ軸方向を走査することができるか、または逆の走査も同様である。
【００３０】
８個の伸長アーム（４個の光源）を含む好ましい実施形態では、２つの対向する光源は、Ｘ軸方向の走査時にのみ使用され、および他の２つの対向する光源は、Ｙ軸方向の走査時に使用される。任意の特定の走査方向で使用されない２つの対向する光源は、スキャナープローブがＹ軸またはＸ軸の走査から変更されるときに、自動的にスイッチが切られ得る。同様に、カメラは、使用中の光源の画像を取り込むために必要なもののみが使用されるように構成されている。
【００３１】
そのため、走査ヘッドは、当該技術分野で説明されかつよく理解されているように、撮像源を生成し、かつ生成された画像を取り込むかまたは記憶するために１つ以上の光学的撮像構成要素を含む。有利には、撮像源は、撮像用光源を収束するためのコリメータを必要とせず、およびコリメータを備えてまたは備えずに設けられ得る。従って、本発明の装置は、コリメータを含んでも、またはコリメータを含まなくてもよい。
【００３２】
好ましくは成形プラスチックシェルとして形成される装置の収納体は、装置が「静止状態」にあるとき、すなわち、「オフ」位置にあるまたは走査モードにないとき、可動機構および走査プローブの少なくとも一部分（プローブアームなど）の両方を囲むかまたは完全に入れるように提供される。収納体は開口部を含み、それにより、その動作中、走査プローブの走査ヘッド、および典型的には走査プローブのアームの一部分は、「オン」または走査モードにあるときに収納体の外側に伸びて、撮像プロセスまたは走査を実施する。
【００３３】
走査プローブは、走査が実施されていないとき、部分的にまたは完全に収納体内に入れられ、および可動機構によって外向きに動かされて、患者の歯構造（例えば、歯、歯肉など）の口腔内走査のために、収納体の外部に突出する。
【００３４】
本発明の典型的な実施形態では、プローブアームの一方の端部は、収納体内の可動機構に結合され、前記プローブアームは、収納体の外部に伸び、およびプローブヘッドも収納体の外部にある。プローブヘッドは、プローブヘッドを閉じ込めるまたは囲むマウスピースによって収納体の外部で保護される。「オフ」位置または走査手順を実行していないとき、プローブヘッドを含む走査プローブを完全に保護するために、走査プローブ全体が収納体の内部に引っ込み得ることが考えられる。
【００３５】
有利には、対象の装置は携帯でき、および走査動作中、完全に内蔵型およびハンドヘルド型である、すなわち、装置は、画像処理装置にケーブルまたは無線で接続された別個のハンドヘルドプローブペンを必要としない。ハンドヘルドプローブペンおよび手動のその動作は当業界ではよく知られているが、ペンを手動で動作させる最中に、外部から線形および回転運動を導入することがあり、これが画像のアーチファクトを生じ、かつ画像処理の時間を増やし得る。別個のハンドヘルド型プローブペンのこれらの欠点は、例えば、画像処理装置が基準ポジショニングを連続的にまたは頻繁に再計算する必要があることに起因し、これは、走査手順の合計時間を増し得る。
【００３６】
対照的に、対象の装置は、ハンドヘルド型ペンを含まないか、または必要としない、すなわち、装置は、ペンレスまたはペンフリーであり、それにより、走査プローブは、走査手順の全段階で固定基準位置を有する。本発明の走査プローブは、いかなるときでも操作者による操作を必要としない。対象の装置の走査プローブの動きは、好ましくは、電気または電子ステッピングモータなどのモータによって動作される可動機構によって駆動され得る。係合されると、または「オン」にされると、モータで駆動される可動機構は、操作者によるさらなる操作がなくても、走査プローブを自動的に事前プログラム走査パターンで動かす。
【００３７】
本発明によれば、装置はユニタリーであり、それにより、マウスピースが対象者の口の内部の定位置に保持されている間に、走査プローブを含む撮像ユニット全体が装置自体によって制御されかつ動作され、それにより、走査プローブに固定基準位置をもたらす。そのため、走査プローブは、それ自体が、ハンドヘルド型ではないか、またはそうでなければ手動で操作される。むしろ、ユニット全体が走査手順中に定常または定位置に保持され、およびユニタリー装置と一体的な走査プローブは、制御式または事前プログラムされたパターンで動くように可動機構によって方向付けられ、走査を実施する。そのような事前プログラムパターンは、一般に、弧状のパターンであり、患者または対象者の歯の弧に対応する。
【００３８】
好ましい実施形態では、収納体は、好ましくは、使用中、患者によって簡単に保持されるように、丸みを帯びたまたは輪郭の付けられたエッジなどのサイズおよび形状を有して人間工学的に設計されている。収納体は、好ましくは、プラスチックまたは他の軽量な材料によって形成、成形または他の方法で付形されて、中空チャンバーを内部に有するシェル構造を形成している。走査プローブに結合されかつそれを動かすための可動機構を含む、収納体シェル内に形成されたチャンバーは、走査プローブの動きおよび動作を制御するための電子機器および機械的な位置決め装置をさらに入れている。例えば、走査プローブを動かす可動機構はシャーシを含み、その上に、プローブの動きの動作制御機構を含む位置決め装置が設けられる。
【００３９】
位置決め装置は、走査プローブのステムまたはアームに結合された伸長アームを含み、収納体のチャンバーに対して走査プローブは伸びたりかつ引っ込んだりし得る。参照しやすいように、走査プローブの動きは、収納体の中心から遠位方向における外側への、および収納体の中心に向かう内側または近位方向における内側への動きであると言われる。シャーシには、走査プローブの横方向（水平または左右）の動きをもたらす横方向ロッドまたはギアシステムがさらに結合され得る。
【００４０】
走査プローブの動きおよび位置決めのための、すなわち、走査プローブの伸長／引っ込みのための、および横方向の動きのためのこれらの機構および装置は、機械的な分野においてよく理解されている。好ましくは、走査プローブは、入／出方向および左右方向にのみ動き、および垂直方向に動かず、動作中、マウスピースの範囲内で一定の水平面を保持する。
【００４１】
機械的な位置決め機構は、命令を出して、走査プローブの動きおよび位置を制御し得る、電子的に駆動されるモータなどの電子機器によって制御され得る。装置の好ましい実施形態は、電気的にまたはバッテリーに貯蔵された電気によって駆動されるモータによって給電され、バッテリーまたは他の電源はまた、収納体内に入れられ得る。あるいは、電気モータは、ケーブルまたは電気コードによって、外部の電源に接続され得る。
【００４２】
走査プローブの動きを命令する電子機器は、収納体内にまたはそれを用いずに提供されかつ記憶されたコンピュータソフトウェアによって制御され、およびソフトウェアは、収納体の上または底の外面に位置決めされた１つ以上のスイッチまたはボタンによって動作される、ＯＮ／ＯＦＦ、ＳＣＡＮ、または他の所望の機能などの機能のメニューを提供し得る。好ましくは、装置は、装置の収納体の上面および底面のそれぞれにスイッチまたはボタンの組を含む。
【００４３】
収納体の上面および底面のそれぞれに１組ずつ、２組のスイッチまたはボタンを設けることによって、装置が、デュアル位置で、すなわち、上向きの位置および下向きの位置で動作できるようにする。「上向き」は、プローブヘッドおよび光源が、歯科走査の最中、上の歯の方へ向かって上方を向くように位置決めされていることを意味する。「底向き」は、プローブヘッドおよび光源が、歯科走査の最中、下の歯の方へ向かって下方を向くように位置決めされていることを意味する。そのため、患者の上および下の歯の完全な走査を実施するために、装置は、有利には、第１の方向に、例えば、上方に位置決めされて上の歯を走査し、その後、約１８０°回って、かつ他方の方向、例えば、下方に位置決めして下の歯を走査し得る。上面および底面の両方にスイッチまたはボタンを有する収納体は、上向きまたは下向きのいずれの位置においても装置の動作を容易にし得る。
【００４４】
収納体は、走査プローブのセンサー、トランスデューサまたは受光機から受信した情報を処理または記憶するコンピュータまたは画像処理装置と通信するためのケーブルを係合するためのコネクターまたはポートをさらに含み得る。あるいは、装置は、コンピュータと無線通信するための無線送信機／受信機を含み得、それにより、無線送信機／受信機は、装置と一体的に設けられ得るかまたは収納体内に収納され得る。
【００４５】
最適な走査結果のための装置および走査プローブの位置決めは、患者に接触する固定具、例えばマウスピースまたは「咬合固定具」によって容易にされ、この固定具は、装置に係合し、かつ走査プローブ用の保護カバーを提供する。患者に接触する固定具は、本明細書では、走査手順中に患者の口に保持される咬合固定具であると説明されるが、患者に接触する固定具は、スキャナープローブヘッドのための固定基準点の提供を容易にする役割を果たし、従って口外固定具であり得ることが理解される。換言すると、患者に接触する固定具の構成は、口腔外で患者と接触する、例えば、患者の顔、顎、または胸領域と接触するようにされ得、装置が、走査手順中、ほぼ不動にされるかまたは患者に対して安定して保持されるようにする。
【００４６】
しかしながら、参照の都合上、患者に接触する固定具は、本明細書では、走査手順中、患者の口腔内に保持されるマウスピースまたは咬合固定具として説明される。好ましくは、走査手順中に患者の口に簡単におよび快適に保持されるように構成され、マウスピースまたは咬合固定具は、側壁および上壁および底壁を有してほぼ平坦な矩形の中空チャンバーを形成しかつ取り囲む、ほぼ平坦な矩形の収納体を含み得る。
【００４７】
上壁および底壁は、走査手順中に患者が咬みしめるための表面を提供し、有利には、走査手順中の歯の定位置をもたらす。マウスピースでの歯のこの定位置は、走査手順中、事前プログラムされたパターンで動く走査プローブに対する固定基準点を容易に提供する。
【００４８】
装置のマウスピースは、収納体に設けられた開口部と係合し、かつ好ましくは、それから分離可能であるように構成され得る。マウスピースは、少なくとも互いに離間した上面および底面を有するプラットフォームとして設けられ得、それら面上を、患者または走査対象者は走査手順中に咬みしめることができる。上面および底面は、好ましくは、互いに接続されるが実質的に平面的な側壁によって離間した実質的に固体の平面的なパネルであり、それらは、一緒に実質的に矩形の中空チャンバーを形成するかまたはその境界を作る。
【００４９】
患者に接触する固定具は、好ましくは、咬合固定具またはマウスピースであり、これは、有利には、患者または走査対象者による「咬み」の位置決めおよび安定化を容易にするように機能し得るため、走査される歯または歯列弓は、走査手順中に定位置に保持される。走査手順中、マウスピースは、装置の動作中に口腔内に伸びるとき、走査プローブを保護するようにさらに機能し得る。
【００５０】
マウスピースの少なくとも１つの上面または底面は、透明または十分に半透明な窓を含み、走査光源がそれを透過できるようにし、および走査手順を実行するために、光の情報が走査プローブヘッド上のセンサー、トランスデューサ、カメラ、または受光機に戻ることができるようにする。一般的に、透明または半透明な窓は、走査される歯列弓全体に対応または一致するようなサイズにされたパネルである。透明または半透明な窓の異なる形状および構成が予想され、およびその構成が、患者または対象者の標的の歯の走査を行い得る限り、本発明には重要ではない。
【００５１】
上述の通り、動作または使用中に患者の方へ向きかつ口腔内にあるマウスピースの前端部は、開閉され得るが、好ましくは、前壁によって閉鎖されている。前端部または壁の対向端部は開放しており、収納体の中空チャンバーと連通している。マウスピース内に形成された中空チャンバーは、走査プローブを受け入れ、かつ走査プローブが、入ったり、伸びたり、引っ込んだり、および横方向に動いたりおよび走査を実行したりするための領域を提供する。
【００５２】
マウスピースには、マウスピースが口内での位置決め、咬合プラットフォームを提供し、かつその内部での走査プローブの動きを可能にする限り、様々な形状および構成が使用され得る。好ましい実施形態は、全体的に歯列弓の形状に一致する形状を含み得る。マウスピースには、位置決めガイド、例えば印刷された、形成されたまたは溝が付けられた印、または輪郭を設け得るが、走査手順中に光学的アーチファクトを減少させるために、走査窓を含むほぼ平坦な壁が好ましい。
【００５３】
しかしながら、好ましい実施形態では、ほぼ矩形のマウスピースは、全体的に「Ｖ」字形状または「Ｕ」字形状の開放領域を含み得、これは、患者の舌がより自由に動くための余裕をもたらし、呼吸を容易にし、かつ患者による息苦しい感覚または「吐き気を催させる反応」を引き起こす可能性を低下させる。
【００５４】
上述の通り、マウスピースが収納体から分離可能であることが好ましい。分離可能なマウスピースは、衛生的な状態でのその使用を容易にすることができ、収納体からマウスピースを取り外して、使用毎に洗浄／滅菌処理を実施できるか、または安価なプラスチックなどの費用効果的な材料から作製されるときには、使用毎にスキャニング装置に取り付けられ、その後廃棄され得る、使い捨ての一回限りの使用のマウスピースとして提供できるかのいずれかである。
【００５５】
マウスピースは、収納体の一体部分としてまたはそれとユニタリーに形成され得ることが理解されるであろう。装置の一部として形成された一体型マウスピースは、衛生的な状態を維持するために各患者に提供された取り外し可能なカバーまたはスリーブを含み得るが、この一体型のマウスピースの実施形態は、異なるサイズの口、例えば大人のサイズの口および子供のサイズの口に適応するための異なるサイズのマウスピースを簡単にはもたらさない。従って、好ましい実施形態は、別個のおよび取り外し可能なマウスピースを含み、これは、収納体と永久的に一体的には形成されない。
【００５６】
分離可能なまたは取り外し可能なマウスピースを含む本発明の実施形態は、少なくとも２つ以上のサイズのマウスピースの能力を提供し得る。例えば、１つのサイズのマウスピースは、大人の口に提供され、および別の小さなサイズのマウスピースは、子供に提供され得る。中間サイズまたはより大きいまたはより小さいサイズも提供され得る。各サイズのマウスピースは同じ構成を有する、すなわち、同じサイズであり、その端部において収納体に係合しているため、複数のサイズのマウスピースが、装置の単一の収納体に適合および係合し得る。好ましい一実施形態では、マウスピースは、その周囲に少なくとも１つのフランジまたは環状リッジを含むため、収納体と適切に係合したときの位置的な「ストッパ」またはインジケータを提供する。このフランジまたは環状リッジは、走査手順中に口をマウスピース上へと適切に置けるようにするための位置的なインジケータの機能をさらに果たし得る。
【００５７】
上述のような装置は、歯構造を走査するためのシステムとして含まれることができ、システムは、上述のような装置の構成要素を含み、および歯科走査をもたらすスキャニング装置と併用される外部の直列の装置をさらに含み得る。外部装置は、歯科走査によって提供された情報を受信、処理、または利用できる。例えば、本発明のシステムは、走査した情報から写真を印刷するためのプリンタ、走査から歯の補綴構造体（例えば、冠または義歯）を構成するフライス盤、または歯の補綴構造体を印刷する３Ｄプリンタを含み得る。
【００５８】
本発明のスキャニング装置の使用方法も本発明の範囲内にある。例えば、使用方法は、（ａ）上述のようなスキャニング装置を提供するステップ、および（ｂ）対象者または患者で走査手順を実施するステップを含み得る。方法は、（ｃ）走査手順から得られた情報を使用して、歯構造を印刷、ミリング、または３Ｄ印刷する追加的なステップをさらに含み得る。
【００５９】
有利には、本発明のスキャニング装置は、撮像用粉体または撮像用ゲルを患者または対象者の歯または歯肉に適用または投与することを必要とせずに、歯および歯肉を走査するための方法を提供し得る。そのため、本方法は、粉体フリーまたはゲルフリーの走査手順であり得、これは、時間、費用を削減し、かつ患者または対象者に対する不快感を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】係合構成にある収納体およびマウスピースの上面図または底面図を示す、本発明による装置の実施形態を示す。
【図２】収納体内に収納されたシャーシおよび走査プローブの構成要素を示す、本発明による実施形態の分解された上面または底面の斜視図である。
【図３Ａ−３Ｃ】マウスピースの様々な図を示す。図３Ａは、対象の装置のマウスピースの実施形態の斜視図であり、その透明または実質的に半透明の上部または底部パネル、および周囲フランジ位置決めストッパを示す。図３Ｂは、対象の装置のマウスピースの実施形態の斜視図であり、マウスピースの透明または実質的に半透明の上面または底面の分解図を示す。図３Ｃは、対象の装置のマウスピースの実施形態の斜視図であり、マウスピースによって形成されたチャンバー内の走査プローブを示す。
【図４Ａ】円形ベースを有し、かつ４個の伸長アームを含むスキャナープローブヘッドの実施形態の上面図である。２つの送光機用伸長アームはそれぞれ、光または放射線を走査標的の方へおよびその上へと向けて伝達させるための送光機、例えば、光源を保持し、および２つの受光機用伸長アームは、それぞれ、送光機によって生成されかつ走査標的で反射された光または放射線を受けるための受光機、例えば、カメラを保持する。
【図４Ｂ】矩形（正方形またはダイアモンド形状）ベースを有し、かつ４個の伸長アームを含むスキャナープローブヘッドの実施形態の上面図である。２つの送光機用伸長アームはそれぞれ、光または放射線を走査標的の方へおよびその上へと向けて伝達させるための送光機、例えば、光源を保持し、および２つの受光機用伸長アームはそれぞれ、送光機によって生成されかつ走査標的で反射された光または放射線を受けるための受光機、例えば、カメラを保持する。
【図５】６個の伸長アーム：２つの送光機用伸長アームおよび４個の受光機用伸長アームを含むスキャナープローブヘッドの実施形態の上面図である。
【図６】８個の伸長アーム：４個の送光機用伸長アームおよび４個の受光機用伸長アームを含むスキャナープローブヘッドの実施形態の上面図である。
【図７】ベースに関連するときの伸長アームの適切な角度および高さを示す、本発明のスキャナープローブヘッドの実施形態の垂直断面図である。
【図８Ａ−８Ｃ】送光機の前方に位置決めされたスロット付きコリメータを示す。図８Ａは、送光機の前方に位置決めされたスロット付きコリメータの側面図を示す。図８Ｂは、送光機からの光または放射線を方向付けるためにそこに形成されたスリットまたはスロットを示す、スロット付きコリメータの前面図を示す。また、図８Ｃは、送光機から放出される光の幅を示す、スロット付きコリメータの斜視図を示す。
【図９Ａ−９Ｂ】使用中の本発明のスキャナーヘッドプローブの実施形態を示す。図９Ａは、歯の垂直断面図において使用中のスキャナープローブヘッドを示す。また、図９Ｂは、歯列弓に対して使用中のスキャナープローブヘッドの斜視図を示す。
【図１０】ハンドヘルドでありかつ走査手順中に走査対象者によって使用中の本発明の装置の実施形態を示す。
【図１１】ベースに取り付けられ得るマウントの実施形態を示す、本発明の装置の別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の装置の構成要素を説明および図示するために、添付の図面を参照する。図１は、本発明による装置１００の実施形態を示し、係合構成にある収納体１０１およびマウスピース１０２の上面図または底面図を示している。装置の上面または底面の「いずれか」を参照する。なぜなら、好ましい実施形態では、装置は対称的であり、上面および底面は同一であるか、または少なくとも実質的に同一であるため、装置は、上方または下方に向いているとき、同一または実質的に同一に動作し得るためである。
【００６２】
動作中、装置は、例えば、上向きに位置決めされ、上歯列弓の走査を実行し、その後、装置は、約１８０°回転されて下向きにされて、例えば、下歯列弓を走査する。両方の場合において、それぞれ上面および底面に設けられたコントロールパネル１０３が、「上方」の面（動作時に上を向いている）にあるコントロールパネルに簡単にアクセスしかつ操作できるようにする。
【００６３】
そのため、ここで示すように、外面（上面または底面）は、その面と一体化したコントロールパネル１０３を含み、コントロールパネルはメニュースクリーン１０４を含み、メニュースクリーン１０４で利用可能な動作または機能のメニューを表示する。装置の動作は、コントロールパネルの一部として設けられた１つ以上のボタンまたはボタンの組を操作することによって制御され得る。ここで、個のボタン、具体的には、装置のメニューおよび機能または動作を制御するためのボタン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、および１０５ｅの組を有する実施形態が示される。
【００６４】
ボタン１０５ａおよび１０５ｂは、例えば、メニュー表示のスクロール機能を操作でき、表示されたメニューページで使用者が上または下にスクロールできるようにする。ボタン１０５ｃおよび１０５ｄは、メニューの異なるページの選択を制御でき、例えば、ボタン１０５ｃは、メニューの前のページに戻る動作をもたらし、およびボタン１０５ｄは、提供されたメニューの次のページへ進める動作をもたらす。ボタン１０５ｅは、「走査」動作を開始するために使用でき、およびさらに「オン／オフ」機能などを実行できる。
【００６５】
多種多様のスタイルおよび設計をコントロールパネルに組み込むことができ、および装置が、装置の機能および動作に対して使いやすいオプションを提供する限り、特定のスタイルまたは設計が重要ではないことが容易に理解されるであろう。
【００６６】
収納体は、成形され得るか、またはプラスチックもしくは他の適切な軽量な材料を使用して他の方法で製作され得、および単一のユニットとして形成され得るか、または複数のセクション、例示的には上半体および下半体として形成され、それらが組み合わせられて単一の収納体ユニットを形成し得る。
【００６７】
収納体１０１の一方の端部に形成された開口部（図示せず）と係合している、患者に接触する固定具、またはマウスピース１０２が示されている。ここに示すようなマウスピース１０２の実施形態は、マウスピースの上面または底面を形成する透明パネルを含む。さらに、マウスピース１０２には、実質的に「Ｖ」または「Ｕ」字形状の切り欠き領域１０７が形成されている。これは、本発明のマウスピースに好ましい構成であり、全体的に歯列弓の形状に一致し、およびさらに、有利には、患者の気道の閉塞、および吐き気を催させる反応を最小限にする一方、走査手順中に走査プローブが全歯列弓に到達することができるようにする。
【００６８】
マウスピースと反対側の収納体の端部には、コネクターポート１０６があり、装置を、ケーブルを介してコンピュータ、画像処理装置、フライス盤、プリンタ（例えば、３Ｄプリンタ）などに結合し、走査プローブによって受信した情報を外部装置に送信する。あるいは、このコネクターは、無線接続を提供し得る、すなわち、無線送信機として構成され、画像情報を外部装置に無線で送信し得る。コネクターの箇所は、装置の機能および設計に収まる限り、収納体上またはその内部の任意の位置にあり得ることが理解されるであろう。
【００６９】
あるいは、このコネクターポート１０７は、装置をベースまたはスタンドに結合するための雄型／雌型結合手段の一部として構成され得、走査手順中、装置をハンズフリーで使用できるようにする（例えば、図１１、および下記の添付の説明を参照）。
【００７０】
図２は、本発明によるスキャニング装置１００の実施形態の上面または底面の分解斜視図であり、上部半体１０１ａおよび底部半体１０１ｂから形成された収納体１０１を示す。この図は、アームまたはステム２０４および走査ヘッド２０５を含む走査プローブ２０３に結合されかつそれを動作させる可動機構を保持するために提供されたシャーシ２０１をさらに示す。
【００７１】
可動機構は、走査プローブの横方向の動きのための１つ以上の安定化バーまたはロッドおよび回転式スクリュー機構２０２ａと、走査プローブの遠位／近位（入／出）方向への動きのための１つ以上の安定化バーまたはロッドおよび回転式スクリュー機構２０２ｂとを含む。
【００７２】
さらに図２に示されているのは、マウスピースが収納体に係合できるようにするために、収納体の一方の端部に開口部２０６が形成されるかまたは設けられており、および走査プローブは、収納体内からマウスピースのチャンバー２０７へと伸びることができる。
【００７３】
図３Ａ〜３Ｃは、本発明の装置のマウスピース構成要素の一実施形態の様々な図を示す。図３Ａには、側壁３０４および３０５によって互いに離間された上面３０２および底面３０３を含み、そこに中空チャンバー３０６を形成しているマウスピース３０１が示されている。
【００７４】
開放端部３０７は、装置の収納体と係合し、および収納体のチャンバーと連通しかつマウスピースの成形チャンバーに走査プローブ（図示せず）を受け入れるために提供される。マウスピースの口腔内端部は、開放または閉鎖され得るが、好ましくは、前（口腔内）壁３０８によって閉鎖されている。
【００７５】
図示の実施形態では、上面３０５は、少なくとも部分的にクリアまたは透明なプラスチック材料を含み、赤外線またはレーザ光などの走査光源を、光源に干渉したりまたはそれを歪曲したりすることなく通過させることができるようにし、または走査プローブヘッド内にまたはその上に設けられたセンサー、受光機、もしくはトランスデューサに情報が戻ることができるようにする。
【００７６】
図３Ａにはまた、周囲（または実質的に円形もしくは卵形である場合は環状）フランジまたはリッジ３０９が示されており、これは、マウスピースを収納体に係合するための位置「ストッパ」を提供し得る。フランジまたはリッジ３０９はまた、対象者の唇または口のための「ストッパ」の機能を果たし得る。
【００７７】
図３Ｂでは、図３Ａのマウスピース３０１が分解図で示されており、マウスピース３０１のクリアまたは透明な上面３０２を示し、および前（口腔内）壁３０８を示している。
【００７８】
図３Ｃは、マウスピースチャンバー３０６内に走査ヘッド３１１を含み、収納体内から伸びるアームまたはステム部分３１２に結合された走査プローブ３１０の図を提供する。走査プローブ３１０は、矢印で示す方向において、遠位／近位（入／出）方向におよび横方向に動くことができる。走査プローブヘッドは、画像を生成するための光源などの１つ以上の撮像源を含み得る。好ましい一実施形態では、撮像源は、複数の光源、例えば、ＬＥＤレーザ光を含み得る。走査プローブヘッドは、好ましくは、少なくとも１つの光源、一層好ましくは約４個〜約１０個の光源、および典型的には約６個〜約８個の光源を含み得る。これらの複数の光源は、当該技術分野では、単一の３次元画像を生成するために一緒に通信するように構成されることがよく理解されている。
【００７９】
スキャナープローブヘッドは、有利には、例えば図４〜９に示すように、走査プロセスを最適にするように構成され得る。より詳細には、説明および図示した通り構成されたスキャナープローブヘッドは、有利には、歯列弓およびその構成要素の口腔内走査の場合のようにランダムな形状を有する走査標的を含め、走査標的の最適な三次元（３Ｄ）画像を提供し得る。
【００８０】
本発明のプローブヘッドは、任意の互換性のある３Ｄスキャナー、例えばハンドヘルドのペン型スキャナーに関連して使用するように提供され得るが、特に、走査の実行中に線形または弧状経路に沿ってプローブヘッドを位置決めする可動伸長アームを有するスキャナー装置に適用可能である。より具体的には、本発明のスキャナープローブヘッドは、国際公開第２０１４／０８３２１１号パンフレットおよびその後継特許による可動伸長アームを有する口腔内スキャナーでのその適用に関して特に有用であり、ここでは、伸長アームは、走査の実行時、前／後（Ｙ軸）方向において線形に、および右／左（Ｘ軸）方向において線形に自動的に動く。さらに、対象のスキャナープローブヘッドは、有利には、例えば、国際公開第２０１４／０８３２１１号パンフレットおよびその後継特許に説明されているような咬合固定具を有するスキャナーと一緒に使用するように適合される。
【００８１】
本発明のスキャナープローブヘッドは、好ましくは、スキャニング装置のスキャナー用伸長アームに係合するまたは取り付けられるほぼ平坦なベースと、光または放射線を走査標的へ伝達する送光機、および走査標的から反射した光または放射線を受光するための受光機を保持しかつ位置決めするための複数の伸長アームとを含む。
【００８２】
伸長アームは、好ましくは、ベースの周囲または外縁の周りに離間した構成で位置決めされ、およびそのベースの水平面に対してある角度で伸びる。ベースは、円形または卵形であり得るか、または正方形、矩形、または多角形であり得る。好ましくは、ベースは、外角が３６０度に等しい形状を有する。ベースの水平面に対する送光機および受光機の伸長アームの角度は、重要ではないが、好ましい角度は、約１０度〜約７５度、一層好ましくは約３０度〜約６０度の範囲であり、および最も好ましくは約４５度である。
【００８３】
本発明のスキャナープローブヘッドの好ましい実施形態は、ベースに対して、互いに直径の反対側に位置決めされた少なくとも２つの送光機、例えば、光または放射線エミッタ−を含むため、走査中、標的の前後が同時に走査される。そのため、送光機用伸長アームは、好ましくは、ベースの外縁または周囲に沿って互いから１８０度に位置決めされている。受光機、例えば、カメラ、および受光機用伸長アームは、反射された光または放射線を受けるのに最適な角度に位置決めされている。そのため、受光機用伸長アームは、送光機／送光機用伸長アームから約１０度〜約８０度、好ましくは、送光機／送光機用伸長アームから約３０度〜約６０度、および一層好ましくは、送光機／送光機用伸長アームから約４５度の角度で位置決めされている。
【００８４】
好ましくは、ベースは、送光機／送光機用伸長アームに関連付けられた少なくとも１つの受光機用伸長アームを含む。一層好ましくは、ベースは、それぞれ送光機／送光機用伸長アームを備える少なくとも２つの受光機用伸長アームを含み、走査標的から反射した画像の立体解析を提供する。
【００８５】
好ましい一実施形態では、本発明のスキャナープローブヘッドは、少なくとも４個の送光機用伸長アームを含み、それぞれ、合計４個の送光機のうちの１つ、例えば、光または放射線源を保持および位置決めする。好ましくは、送光機用伸長アームは、ベースの外縁または周囲において等距離で、すなわち互いに約９０度で離間している。この実施形態では、直径の反対側にある２つの送光機を使用して１つの方向を走査し（例えば、Ｘ軸に沿って走査）、かつ他の２つの送光機を使用して他の（例えば、Ｙ軸）方向を走査する。受光機用伸長アームによって保持された受光機は、送光機／送光機用伸長アーム間におよび好ましくは等距離で位置決めされ、およびいずれの送光機が使用されるかに従って、走査性能を最適にするように動作され得る。
【００８６】
本発明のスキャナープローブヘッドは、その構成に合うように付形または成形され、およびポリマー材料、例えば、プラスチックを含むことができ、ガラス繊維、金属または合金、または最終的な形状に形成または成形されることができる任意の実質的に硬質な材料であり得る。プローブヘッドは、単一のユニットとして形成され得るか、または例えば８個の伸長アームを含むプローブヘッドの場合、２つの個別であるが実質的に同一の４個の伸長アーム付きプローブヘッドを層状にするかまたは組み合わせることによって、送光機および受光機に適切な角度をもたらすように偏らせて形成され得る。
【００８７】
国際公開第２０１４／０８３２１１号パンフレットおよびその後継特許において説明されている、走査の実行中、プローブヘッドを線形経路に沿って位置決めする可動伸長アームを有する、およびより具体的には、走査の実行時、前／後（Ｙ軸）方向において線形におよび右／左（Ｘ軸）方向において線形に自動的に動かす可動伸長アームを有するスキャナー装置との使用では、送光機を２つのみ含むスキャナープローブヘッドは、可動装置用伸長アームが動く方向に対して９０度で走査するように位置決めされ得る。換言すると、装置用伸長アームがＸ軸方向に動く場合、送光機は、光または放射線をＹ軸方向に伝達するように位置決めされる。装置用伸長アームが、例えば、Ｘ軸方向からＹ軸方向へ方向を変えると、プローブヘッドは９０度回転されて、変更された動きの方向に対して９０度の走査を実行し得る。
【００８８】
好ましくは、スキャナープローブヘッドは静止しており、回転しない。従って、プローブヘッドは、２組の２つの直径の反対側の送光機／送光機用伸長アーム（合計４個の送光機／送光機用伸長アーム）を備え得る。この構成では、一方の組、または走査方向から９０度で位置決めされた２つの直径の反対側の送光機は、一方の（例えば、Ｘ軸）方向における走査中に動作され、および他の２つの直径方向の送光機は、他方の（例えば、Ｙ軸）方向における走査中に動作される。動作中、送光機から反射された光または放射線を受ける対応する受光機は、送光機の動作と一致するように選択的に動作され得る。
【００８９】
ここで図面に戻ると、図４Ａは、４個の伸長アームを含むスキャナープローブヘッド４００ａの円形ベースの実施形態の上面図である。２つの送光機用伸長アーム４０１は、それぞれ、光または放射線を走査標的の方へおよびその上へと向けて伝達させるための送光機４０２、例えば、光源を保持し、および２つの受光機用伸長アーム４０３は、それぞれ、送光機によって生成されかつ走査標的で反射された光または放射線を受けるための受光機４０４、例えば、カメラを保持する。スキャナープローブヘッド４００ａは、スキャナー用伸長アーム４０６に取り付けられて示されており、スキャナー用伸長アームは、部分的に仮想線で示すように、プローブヘッドの中心領域の方に伸び得る。プローブヘッド４０１ａは、はんだ付けまたは溶接によってスキャナー用伸長アームに取り付けられることができ、例えば接着剤を使用することによってそれに接着されることができるか、またはプローブヘッドをスキャナー用伸長アームに取り付ける別個の手段を含み得る。例えば、プローブヘッドは、プローブヘッドおよび下部用伸長アームに係合して互いに取り付けるようにするビョウ、無頭釘、またはネジを受け入れるアパーチャ４０５を含み得る。
【００９０】
図４Ｂは、４個の伸長アームを含むスキャナープローブヘッド４００ｂの矩形、または正方形ベースの実施形態の上面図である。２つの送光機用伸長アーム４０１は、それぞれ、光または放射線を走査標的の方へおよびその上に向けて伝達するための送光機４０２、例えば、光源を保持し、および２つの受光機用伸長アーム４０３は、それぞれ、送光機によって生成されかつ走査標的で反射された光または放射線を受けるための受光機４０４、例えば、カメラを保持する。スキャナープローブヘッド４００ａは、スキャナー用伸長アーム４０６に取り付けられて示されており、スキャナー用伸長アームは、仮想線で示すように、プローブヘッドの中心領域の方に伸び得る。プローブヘッド４０１ｂは、はんだ付けまたは溶接によってスキャナー用伸長アームに取り付けられることができ、例えば、接着剤を使用することによってそれに接着されることができるか、またはプローブヘッドをスキャナー用伸長アームに取り付ける別個の手段を含み得る。例えば、プローブヘッドは、プローブヘッドおよび下部用伸長アームに係合して互いに取り付けるようにするビョウ、無頭釘、またはネジを受け入れるアパーチャ４０５を含み得る。
【００９１】
図５は、６個の伸長アームを含むスキャナープローブヘッド５００の実施形態の上面図である。２つの送光機用伸長アーム５０１は、それぞれ、光または放射線を走査標的の方へおよびその上に向けて伝達するための送光機５０２、例えば、光源を保持し、および４個の受光機用伸長アーム５０３は、それぞれ、送光機によって生成されかつ走査標的で反射された光または放射線を受けるための受光機５０４、例えば、カメラを保持する。スキャナープローブヘッド５００は、スキャナー用伸長アーム５０６に取り付けられて示されており、スキャナー用伸長アームは、仮想線で示すように、プローブヘッドの中心領域の方に伸び得る。プローブヘッド５００は、はんだ付けまたは溶接によってスキャナー用伸長アームに取り付けられることができ、例えば、接着剤を使用することによってそれに接着されることができるか、またはプローブヘッドをスキャナー用伸長アームに取り付ける別個の手段を含み得る。例えば、プローブヘッドは、プローブヘッドおよび下部用伸長アームに係合して互いに取り付けるようにするビョウ、無頭釘、またはネジを受け入れるアパーチャ５０５を含み得る。
【００９２】
図６は、８個の伸長アームを含むスキャナープローブヘッド６００の実施形態の上面図である。４個の送光機用伸長アーム６０１は、それぞれ、光または放射線を走査標的の方へおよびその上に向けて伝達するための送光機６０２、例えば、光源を保持し、および４個の受光機用伸長アーム１６０３は、それぞれ、送光機によって生成されかつ走査標的で反射された光または放射線を受けるための受光機６０４、例えば、カメラを保持する。プローブヘッド６００は、はんだ付けまたは溶接によってスキャナー用伸長アーム６０６に取り付けられることができ、例えば、接着剤を使用することによってそれに接着されることができるか、またはプローブヘッドをスキャナー用伸長アームに取り付ける別個の手段を含み得る。例えば、プローブヘッドは、プローブヘッドおよび下部用伸長アームに係合して互いに取り付けるようにするビョウ、無頭釘、またはネジを受け入れるアパーチャ６０５を含み得る。
【００９３】
図７は、ベース７０１と、水平なベース７０１に対して適切な角度θでおよびベース７０１から高さｈで延在する伸長アーム７０２とを示す、本発明のスキャナープローブヘッド７００の実施形態の部分的な垂直断面図である。高さは、重要ではないが、プローブヘッドが、咬合固定具を含むスキャナー装置に関連して使用される咬合固定具内で動くように設けられることが好ましい。一般に、高さｈは、約７ｍｍ〜約９ｍｍである。一層好ましくは、高さｈは、約６ｍｍ〜約８ｍｍ、最も好ましくは約７ｍｍである。送光機または受光機７０３は、伸長アーム７０２の遠位端部の方に配置されることができ、かつ電源および／またはプロセッサーに有線で接続されているとして示されている（有線接続は仮想線で示す）。送光機または受光機は、電源またはプロセッサーに無線接続され得ることが理解されるであろう。
【００９４】
プローブヘッドに追加的な構成要素を固定するまたは取り付けるための空間が限られているスキャナー装置では、光または放射線の経路をフォーカシングするためのレンズを追加する能力が制限され得る。従って、図８Ａ〜８Ｃに示すような本発明の好ましい一実施形態では、プローブヘッド８００は、スロット付きカバーをさらに含むことができ、狭い線形経路内で放出された光または放射線を走査標的の方へ向けるためのスロットまたはスリットを提供する。図８Ａ〜８Ｃは、送光機の前方に位置決めされたスロット付きカバーまたはコリメータを示す。図８Ａは、プローブヘッド８００のベース８０４から伸びる送光機用伸長アーム８０３に配置された送光機８０２の前方に位置決めされたスロット付きカバーまたはコリメータ８０１の垂直断面図を示す。
【００９５】
図８Ｂは、送光機８０２からの光または放射線を方向付けるためのスリット８０５が形成されていることを示す、スロット付きまたはスリットコリメータ８０１を含むプローブヘッド用伸長アーム８０３の前面図を示す。図８Ｃは、送光機から放出された光の幅ｗを示す、送光機用伸長アーム８０３のスロット付きコリメータ８０１の斜視図を示す。本発明のスロット付きコリメータを通って放出された光の幅は、好ましくは約０．０５ｍｍ未満、一層好ましくは約０．０２ｍｍ〜約０．０５ｍｍである。スロット付きコリメータからの放出光に最も好ましい幅は、約０．０３ｍｍである。
【００９６】
図９Ａおよび図９Ｂは、使用中の本発明のスキャナーヘッドプローブの実施形態を示す。図９Ａは、ベース９０１と、送光機９０８を保持および位置決めする送光機用伸長アーム９０２と、受光機９０６を保持および位置決めする受光機用伸長アーム９０３とを有するスキャナープローブヘッド９００の垂直断面図を示す。使用中、送光機９０８は、光または放射線９０４を走査標的９０５（例えば、歯および周囲組織）の方へ放出し、かつ前記放出された光または放射線は、破線矢印９０７によって示すような方向に反射されて受光機９０６へ戻る。
【００９７】
図９Ｂは、歯列弓に関連して使用中のスキャナープローブヘッドをさらに示す。具体的には、ベース９０１と、送光機用伸長アーム９０２上の直径の反対側の送光機９０８とを含むスキャナープローブヘッド９００を示す。図示の通り、光または放射線は、走査標的９０５上へ、好ましくは、スキャナー用伸長アーム９１０の動きの方向（矢印）に対して約９０度（約４５度〜約１３５度の範囲）の角度で狭帯域として放出される。
【００９８】
本発明は、標的の三次元走査を実施する方法をさらに含み、好ましくは、標的は、歯列弓内の歯または口の構造など、ランダムな形状を有し、方法は、スキャナープローブヘッドが取り付けられる可動アームを有するスキャニング装置を提供するステップであって、前記スキャナープローブヘッドは、本明細書で説明するような送光機および受光機用伸長アームを含む、ステップ、および三次元走査を実施するステップを含む。好ましい実施形態では、方法は、本明細書で説明するようなプローブヘッドの使用を含み、プローブヘッドは、咬合固定具を含むスキャニング装置と一緒に使用でき、および一層好ましくは、プローブヘッドが、咬合固定具によって形成されたチャンバーに適合しかつその内部で完全に可動である方法を含む。
【００９９】
図１０および図１１は、使用中の本発明の装置の一実施形態を示す。具体的には、図１０は、ハンドヘルドの実施形態を示し、装置１００１は、装置の動作中、対象者１００２によって保持され、歯の走査手順を実施する。図１１は、上述の代替的な実施形態を示し、装置１１０１は、歯の走査手順中に装置を適所に保持するための伸長アーム１１０２を有するマウントベースまたはスタンド（図示せず）に結合または装着される。
【０１００】
本発明の装置の好ましい実施形態を図示しかつ説明しており、前記装置は、対象者で歯の走査手順を実施するために使用され得る。使用中、装置およびマウスピースは一緒に係合されて、単一のユニットを形成する。コントロールパネルは、装置および装置に係合されたマウスピースの操作者によって所望の機能に設定され、対象者の口腔に導入され、マウスピースが歯列弓全体に接触するかまたは位置的に一致するように位置決めされる。対象者は、好ましくは、マウスピースを咬んで、マウスピースに対する歯列弓の位置を安定させ、および走査手順中に歯列弓に対する装置の不要な動きを低減させる。
【０１０１】
その後、装置の操作者は、コントロールパネルの「走査」機能を押して、走査手順を開始し、それにより、走査プローブは、自動的に外側へ動き、かつ伸びて、所望の箇所（例えば、歯１、１６、１７または３２）における走査プロセスを開始する。走査プローブヘッドは、少なくとも２つの方向を通るように動く。一方は、走査プローブおよびその伸長アームの長軸に従い、および他方は、横方向（走査プローブおよびその伸長アームの長軸に対して垂直）である。
【０１０２】
口腔内の走査では、走査プローブは、走査プローブと一体化された検出センサー、レーザセンサーまたは同様の装置のうちの１つ以上を含み得るか、またはその代わりにおよび好ましくは、歯列弓および歯肉から歯毎に通る画像を撮るカメラを含み得る。これらの画像は、３Ｄ画像の正確な再現として、装置またはシステムに対するそれらの固定および一定の基準点の結果として自動的に生成される。
【０１０３】
走査プローブは、弧状に動いて、上または下の歯のいずれかの歯列弓全体を走査する。全ての歯のフルスキャンが望まれる場合、装置は、第１（上または下）の歯列弓の走査に続いて、対象者の口から取り出され、約１８０°回転され、および他方の歯列弓に対してプロセスを繰り返し得る。
【０１０４】
好ましい実施形態では、走査プローブの垂直の動きは制限される、すなわち、プローブは、口または患者に対して、横方向または水平に（左右に）のみ、および遠位／近位（出および入）方向に動くが、垂直（上および下）にまたは回転しては動かない。そのため、走査プローブの垂直な平面的な位置が維持され、それにより、走査プローブは、単一の平面においてのみ動き、および走査手順中、上昇もしくは下降したり、上もしくは下に動いたり、または回転もしくは傾斜したりしない。
【０１０５】
走査プローブに対する平面的な垂直位置のこの維持によって、装置にさらなる利点をもたらし、それにより、走査プローブに対するマウスピース上の口の定位置および固定基準点は、追加的な動きのアーチファクトによる影響を受けず、およびそれを走査プローブヘッドによって生成された情報に導入しない。走査プローブの垂直の動き、傾斜または回転運動は、走査プローブまたは走査プローブヘッドを含むハンドヘルド型ペンを用いる装置の欠点であり得る。
【０１０６】
有利には、対象の装置は、ペンレスである、すなわち、装置は、走査プローブを手で操作するためのハンドヘルド型ペンを含まない。その代わりに、走査プローブは、収納体内でシャーシに装着された運動装置および可動機構を使用して、予め設定されたまたは事前プログラムされた、歯列弓に対応する弧状パターンに沿って動くように操作され、定位置の基準点を使用する走査を容易にする。そのため、走査プローブとしてハンドヘルド型ペンを使用することによって生じ得るように基準点が変更される場合にその基準位置を再配置するための画像処理装置は必要ではない。そのため、本発明の装置は、「ペンレス」または「ペンフリー」型スキャニング装置と呼ばれる。
【０１０７】
対象の装置は、運動機構および走査プローブを含む収納体と、１つ以上の別個のマウスピースとを含むシステムとして提供され得る。さらに、システムは、１つ以上の接続ケーブル、マウントベースおよびマウントアーム、および走査手順中に生成された情報を受信し、処理しまたは表すための１つ以上の外部装置を含み得る。例えば、システムは、スキャニング装置、コンピュータ、画像処理装置、フライス盤、３Ｄプリンタなどを含み得る。
【０１０８】
これらの構成要素はまた、携帯用ケース内に提供されることができ、好ましくはケース内に、携帯型装置およびそのための構成要素を簡単におよび有利に保管し、運びかつまとめるために各構成要素に対して指定された領域を含む。
【０１０９】
対象者の１つ以上の歯の歯科走査を実施する方法は、（ａ）上述したような走査プローブ用の固定基準点を有するスキャニング装置を提供するステップ、および（ｂ）対象者または患者に走査手順を実施するために走査プローブを動作するステップを含む。方法は、（ｃ）走査手順から得られた情報を使用して、歯構造を印刷、ミリング、または３Ｄ印刷する、追加的なステップをさらに含み得る。さらに、方法は、スキャニング用パウダーまたはスキャニング用ゲルを使用することなく実施され得る。そのため、対象の方法は、有利には、「パウダーフリー」または「ゲルフリー」のスキャニング方法である。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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