(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムであって、
複数個の標記ポイントを設けると共に、歯牙模型を固定できる懸架構造を設けた位置決めユニットと、
複数個の位置決めポイントを設けると共に、ハンドツールにはめ込むハンドツールスリーブと、
前記システムの各構成要素間の全ての信号の処理を行い、全ての操作履歴に対応する座標値を構築すると共に、全ての操作シミュレーションの履歴と結果を保存する情報処理装置と、
前記ハンドツールの操作、位置決め、及びユーザーが前記システムを操作する評定結果を表示する表示ユニットと、
少なくとも二台のカメラを含み、前記位置決めユニットと前記ハンドツールスリーブに照準を合わせると共に、前記情報処理装置に接続して、前記位置決めユニット上の前記標記ポイントと前記ハンドツールスリーブ上の前記位置決めポイントから映像を取得する光学位置決めモジュールと、
前記情報処理装置に接続して、光線を発して操作エリアを画定するレーザー発射ユニットと、を含み、
前記ハンドツールスリーブの前記複数個の位置決めポイントは上側位置決めポイント群と下側位置決めポイント群に分けられ、前記各ポイント群の各ポイントの配置は、前記ハンドツールスリーブ表面の展開平面上で、各長手方向直線上にポイント群間で、ペアーで対応して配列され、
かつ、前記いずれのポイント群においても、それぞれ前記ハンドツールスリーブ表面の展開平面上で前記長手方向に垂直な同一直線上に配置せず、ずらし配列と交錯配列の状態を採用することにより、前記上側位置決めポイント群及び前記下側位置決めポイント群が同時に遮蔽されないようにする、ことを特徴とする歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項２】
前記位置決めユニットには少なくとも4個の発光ダイオード(LED)又は光学反射マークから生じた標記ポイントを有することを特徴とする請求項1に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項３】
前記歯牙模型は、各部の位置座標が前記位置決めユニットの座標軸に従って登録関数により登録されることにより、前記ハンドツールスリーブの前記歯牙模型の中での操作及び位置決めを実施することができることを特徴とする請求項1に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項４】
前記上側位置決めポイント群と前記下側位置決めポイント群が、それぞれ前記ハンドツールスリーブ表面で環状に配列されることを特徴とする請求項１に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項５】
前記ハンドツールスリーブの前記複数個の位置決めポイントと前記位置決めユニットの複数個の標記ポイントが発光ダイオード(LED)又は光学反射マークの何れか一方であることを特徴とする請求項1に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項６】
前記システムはさらに照明アームセットを含み、前記光学位置決めモジュールを定位置に固定することを特徴とする請求項1に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項７】
前記照明アームセットはさらに発光ユニットを含み、前記照明アームセットに固定して前記歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムに必要な光源を提供することを特徴とする請求項６に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項８】
前記ハンドツールは歯科臨床操作用であって、電動又はエアードリルの何れか一方であることを特徴とする請求項1に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項９】
歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムであって、
複数個の標記ポイントを設けると共に、歯牙模型に固定できる懸架構造を設けた位置決めユニットと、
複数個の位置決めポイントを設けると共に、ハンドツールにはめ込むハンドツールスリーブと、
歯科臨床操作用であって、電動又はエアードリルである前記ハンドツールと、
各部の位置座標が前記位置決めユニットの座標軸に従って登録関数により登録されることにより、前記ハンドツールスリーブの前記歯牙模型の中での操作及び位置決めを実施することができる前記歯牙模型と、
前記システムの各構成要素間の全ての信号の処理を行い、全ての操作履歴に対応する座標値を構築すると共に、全ての操作シミュレーションの履歴と結果を保存する情報処理装置と、
前記ハンドツールの操作、位置決め、及びユーザーが前記システムを操作した評定結果を表示する表示ユニットと、
少なくとも二台のカメラを含み、前記位置決めユニットと前記ハンドツールスリーブに照準を合わせると共に、前記情報処理装置に接続して、前記位置決めユニットの前記標記ポイントと前記ハンドツールスリーブ上の前記位置決めポイントから映像を取得する光学位置決めモジュールと、
前記情報処理装置に接続して、光線を発して操作エリアを画定するレーザー発射ユニットと、からなり、さらに、
前記光学位置決めモジュールを定位置に固定する照明アームセットと、
前記照明アームセットに固定して、前記歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムに必要な光源を提供する発光ユニットと、を含み、
前記ハンドツールスリーブの前記複数個の位置決めポイントは上側位置決めポイント群と下側位置決めポイント群に分けられ、前記各ポイント群の各ポイントの配置は、前記ハンドツールスリーブ表面の展開平面上で、各長手方向直線上にポイント群間で、ペアーで対応して配列され、
かつ、前記いずれのポイント群においても、それぞれ前記ハンドツールスリーブ表面の展開平面上で、前記長手方向に垂直な同一直線上に配置せず、ずらし配列と交錯配列の状態を採用することにより、前記上側位置決めポイント群及び前記下側位置決めポイント群が同時に遮蔽されないようにする、ことを特徴とする歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項１０】
前記位置決めユニットには少なくとも4個の発光ダイオード(LED)又は光学反射マークから生じた標記ポイントを有することを特徴とする請求項９に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項１１】
前記上側位置決めポイント群と前記下側位置決めポイント群が、それぞれ前記ハンドツールスリーブ表面で環状に配列されることを特徴とする請求項９に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【請求項１２】
前記ハンドツールスリーブの前記複数個の位置決めポイントと前記位置決めユニットの複数個の標記ポイントは特定波長の光源であって、前記光源には発光ダイオード(LED)の照明器具を設置することができることを特徴とする請求項９に記載する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯科教育評価装置及びその方法に関し、特に光学位置決め装置を利用して操作エリアの測定を補助すると共に、ユーザーの成績を評価する歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム及びその評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科医師が歯牙模型を制作する訓練方法は、目標とする歯牙模型を傍らに置いて、肉眼で対照すると同時に人体頭部の口腔模型の中にハンドツールで歯型をかたどって完成後に歯牙模型を取り出し、実習教師が肉眼で比較して学生の切断した後の形状とサイズが基準に合致しているか否かを判断する。
【０００３】
歯牙模型の相似性についての判断は往々にして人によって異なり、明らかに主観に偏っている。従来の方法と比較して、光学追跡システムの方法でもって医学部の学生がハンドツールで歯牙模型をかたどるのと同時にハンドツールの位置を追跡すると共に、数学方式でそのかたどった歯牙模型の形状を導き出して誤差の比較分析を行うと、より客観的な結果を求めることができる。
【０００４】
従来技術で既に医療器材の位置を追跡するための技術が存在している。例を挙げると、1997年4月8日付公開のChanderの特許文献１、発明名称「協働式の医療器材のイメージシステムと方法」(Imaging System Having Interactive Medical Instruments And Methods)ではイメージシステムと方法を開示している。このイメージシステムは医療器材本体と被検知可能なエネルギーを発射する発射装置からなる。さらに検知器と処理装置を利用して、前記医療器材の位置を検知する。
【０００５】
また、2004年1月6日付公開のCosmanの特許文献２、発明名称「光学目標追跡システム」(Optical Object Tracking System)では光学検知システムを開示して、光学上検知可能な物件に接続した計器の空間における位置を記録するものである。数台のカメラはデータ処理装置、映像スキャンデータ及びコンピュータが関連する図形表示装置と結合して手術、診断、治療設定において計器、目標物、患者及び装置の位置を探し求める。
【０００６】
2002年2月26日、2005年2月22日付公開のVilsmeierの特許文献３及び特許文献４、発明名称「神経ナビゲーションシステム」(Neuro-Navigation System)では神経ナビゲーションシステムを開示しており、それは反射装置参考システムからなる。前記参考システムには主動反射装置と標記システムを具備しており、手術治療における身体及び手術計器上に追加装備又は配置された構造は正確に位置決めするのに役立つ。
【０００７】
2003年10月28日付公開のVilsmeierの特許文献５、発明名称「ナビゲーションによって支援されたの歯科治療のための方法と装置」(Method And Device For The Navigation-Assisted Dental Treatment)では歯科治療を支援する方法を開示している。まず、患者の歯及び下顎エリアに一セット３D体積データセットを提供する。コンピュータ支援ナビゲーション又は追跡システムが前記体積データセットを利用して前記患者の歯又は下顎エリアを記録する。つまり前記コンピュータ支援ナビゲーション又は追跡システムに対応して医療計器又は装置に記録される。
【０００８】
然しながら、前記従来技術は既存の歯科設備と組み合わせてアップグレードすることができない。例えば、既存の常備歯科手術台やドリル（ハンドツール）と組合せることができず、且つ前記従来技術はユーザーの習慣を利用して操作調整を行うこともできず、装置の位置決めや矯正においてもまた既存のパソコン構造を活用するのが不便で、何れも度々のシステム交換に係るコスト増大をもたらし、ひいてはマーケットが制限される可能性を招くこととなる。
【０００９】
従って、低コストのカメラを使用して３Ｄ手術機械を構築するムーブメント追跡装置は、既存装置を利用してアップグレードし、且つユーザーの操作習慣（例えば、左手や右手）に合せて、自動化方式で従来の人手による比較する方法を改善することができ、歯科医師が訓練する際の正確さや利便性においてその存在が必要とされるものである。
【特許文献１】米国特許第5617857号明細書
【特許文献２】米国特許第6675040号明細書
【特許文献３】米国特許第6351659号明細書
【特許文献４】米国特許第6859660号明細書
【特許文献５】米国特許第6640128号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、光学式追跡方式を利用して二台のカメラとレーザー発射ユニットを位置決めし、空間位置決め技術の利用と併せて映像処理のプロセスを簡素化して、医師がハンドツールで歯牙模型をかたどる際のハンドツール位置を追跡するのに便利であり、使用履歴を保存し、後日使用履歴の手落ちを改善するのに便利である歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを提供することであり、また、本発明の別途目的は、既存のシミュレーション又は臨床システムを前記歯科臨床や教育訓練シミュレーション追跡システムに直接接続してアップグレードを行うのに用いる以外に、歯科医師の臨床訓練、操作及び比較評定に直接用いることもできる歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを提供することであり、システムや設備を一切交換する必要がないので、大幅にコストダウンでき、教育の用途に一層応用し易くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達するため、本発明はユーザーがハンドツールを使用する定位置を追跡するための歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを提供し、それはハンドツールスリーブ、位置決めユニット、光学位置決めモジュール、情報処理装置及び表示ユニットからなり、前記ハンドツールスリーブは前記ハンドツールに嵌め込むのに用い、複数個の位置決めポイントを有する。前記位置決めユニットは前記ハンドツールを位置決めするためのもので、複数個の標記ポイントを設けると共に、歯牙模型に固定することができる懸架構造を設ける。前記光学位置決めモジュールは前記ハンドツールスリーブの位置や角度及び前記位置決めユニットの位置を検知することによって、前記ハンドツールと前記操作エリア間で対向する移動を追跡すると共に、少なくとも二台のカメラを含み、前記位置決めユニットと前記ハンドツールスリーブに照準を合せて、前記情報処理装置と接続して前記位置決めユニットの標記ポイントと前記ハンドツールスリーブ上の前記位置決めポイントを求めて映像を生じ、さらにはレーザー発射ユニットを含んで前記情報処理装置と接続して光線を発して前記選定エリアを定義付ける。情報処理装置は、システム間の各部材の全ての信号を処理してあらゆる操作履歴に対応する座標ポイントを構築すると共に、全てのムーブメントシミュレーションの履歴と結果を保存する。表示ユニットは前記ハンドツールのムーブメント、位置決め及びユーザーが前記システムを操作する比較評定結果を表示する。
【００１２】
本発明の別途目的は、歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムの評価方法を提供することであり、本方法を通じて自動化方式で従来の人手による比較方法を改善することができ、人為的な主観による判定ミスを低減して、歯科医師の訓練の際にミスをさらに的確に探し当て、訓練面での利便性を向上させ、歯科医師が一層容易く反復練習できることで歯科医師の養成教育の向上に資する。また、本方法は下記の工程により実施する。まず、歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを通じて検査しようとする歯牙模型ファイルを構築する。続いてシステムを通じて検査しようとする歯牙模型ファイルを量子化して重大なミスの有無を判断する。ミスがないと判断した後、データベースから特定ルールと標準歯牙模型ファイルをピックアップして、前記標準歯牙模型ファイルと前記検査しようとする歯牙模型ファイルの断面比較図を作成することができる。そして、前記標準歯牙模型ファイル上で、設定した特徴ポイント位置を探し当て、続いて前記特徴ポイントが前記特定ルールに一致する程度を計算する。計算終了後、さらに次の特定ルールをピックアップする必要があるか否かを判断して、最後に評価結果を算出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の上記内容並びにその他の目的、特徴、長所について一層その特徴を明らかにするため、下記に特に本発明に係る好ましい特徴を挙げて貼付図面と併せて詳細な説明をすることとする。
【００１４】
〔実施の形態１〕
図１は本発明に係る歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム装置の構造図であり、図に示す様に本装置の構造図である歯科臨床操作追跡装置５００はさらに光学位置決めモジュール１００、位置決めユニット３００、ハンドツール４００、ハンドツールスリーブ２００を含み、本装置５００はさらに情報処理装置と表示ユニットと接続しているが図示していない。
【００１５】
光学位置決めモジュール１００は少なくとも位置決めユニット３００とハンドツールスリーブ２００に照準を合わせるための二台のカメラ１１０と１１２を含むと共に、情報処理装置に接続して位置決めユニット３００上の標記ポイント３１０とハンドツールスリーブ２００上の位置決めポイントを求めた上で映像を生じ、またさらにレーザー発射ユニット１１４を含み、前記カメラ１１０と１１２は横軸１１６の両側に固定して前記情報処理装置に接続し、光線を発して前記選定エリアを定義付けして横軸１１６上に固定する。また、本実施例では、横軸１１６はユーザーの習慣や作業ニーズによって左右及び上下に調整することができ、調整することで前記カメラ１１０と１１２及びレーザー発射ユニット１１４は光学位置決めの好ましい位置に設定し、前記レーザー発射ユニット１１４は前記カメラ１１０と１１２の間に設置して、前記カメラ１１０と１１２の検知範囲を分割して光学位置決めモジュール１００の効果を高める。
【００１６】
位置決めユニット３００には複数個の標記ポイント３１０を設けると共に、歯牙模型に固定することができる懸架構造を設け、前記歯牙模型外の左右両側の一方に固定すると共に、前記歯牙模型を操作エリアに位置決めすることができる。前記位置決めユニット３００は前記歯牙模型の左右両側に選択的に固定することができ、何れも同様の位置決め機能を実現できるので、ユーザーの操作習慣（例えば、左手又は右手が使い慣れている）に合せることができ、且つ位置決め機能に影響を与えないことは取り上げる価値がある。このほか、位置決めユニット３００には少なくとも4個の発光ダイオード(Light Emitting Diode；LED)又は光学反射マークから生じた標記ポイント３１０を有する。なお、前記歯牙模型は登録関数により前記位置決めユニット３００の座標軸に合せて前記ハンドツールスリーブ２００の前記歯牙模型の中でのムーブメント及び位置決めを構築する。
【００１７】
ハンドツール４００はハンドツールスリーブ２００に嵌め込んで固定し、ハンドツールスリーブ２００には複数個の位置決めポイントを設け、前記ハンドツールスリーブ２００を通じて前記ハンドツール４００を前記歯牙模型操作エリアのムーブメントに対向して位置決めをすることができる。前記ハンドツール４００は歯科臨床操作に用い、電動又はエアードリル若しくは歯科での操作に必要なドリル工具であるが、またその他歯科で必要な臨床ツールでもあり、ハンドツールの位置決めを前記ハンドツールスリーブ２００で実現すると、特定ハンドツール全セットを交換するのに必要な費用を掛けないで済むことから、コストダウンによってシステム実施の可能性が高まる。
【００１８】
情報処理装置は装置間の各部材の全ての信号の処理を行い、全ての操作履歴の中の対応する座標ポイントを構築すると共に、全てのムーブメントシミュレーションの履歴と結果を保存し、光学位置決めモジュール１００に用いる演算法を実現するのに用い、カメラ１１０と１１２から伝送されてきたデータを読み取り、本発明により必要とされる特定演算法に合せて、前記ハンドツールスリーブ２００を位置決めし、また前記ハンドツール４００の前記歯牙模型操作エリアのムーブメント状態の位置決めをすることで本発明の目的を実現し、さらに表示ユニットによって前記ハンドツールのムーブメント、位置決め及びユーザーが前記システムを操作する比較評定結果を表示する。
【００１９】
本発明で前記情報処理装置はパソコンで映像ピックアップカードを通じて前記カメラ１１０と１１２と接続し、前記特定演算法を実現する機能を備えたソフトを前記パソコンで実現し、またレーザー発射ユニット１１４はＵＳＢ規格のインターフェイスを通じて前記パソコンに接続して、前記レーザー発射ユニット１１４に必要な電源を提供すると共に、これによって前記レーザー発射ユニット１１４と前記情報処理装置を接続する。前記情報処理装置は情報を前記表示ユニットに伝送して位置決めの座標関係を映像化し、又は採点結果を前記表示ユニットに表わせることは取り上げる価値がある。
【００２０】
ただ注意する必要があるのは、前記実施例では、本発明が新機軸を打ち出して提示した箇所を陳述したにとどまり、さらに歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを有し、歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムが前記歯科臨床操作追跡装置５００、歯牙模型、表示ユニット、照明アームセット及び発光ユニット等の部材を含むことである。然しながら、例えばハンドツール４００（ドリル）、表示ユニット、照明アームセット及び光源等の部材は通常従来の歯科臨床設備に備え付けられていることから、本発明を構想した際に、以下の事柄を既に特別に企画している。即ち、前記歯科臨床操作追跡装置５００は既存の前記臨床設備に組合せれば実施することができ、関連する歯科設備をセットで購入して交換する必要が無く、既存の歯科設備で本来の機能を発揮し、又は前記歯科臨床操作追跡装置５００と結合させて本発明の目標の一つである既存のシミュレーション若しくは臨床システムを前記歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムに直接接続してグレードアップさせることを実現する。
【００２１】
このほかに、本発明で提供する前記歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムは歯科医師の訓練や技能評価に用いられ、その他さらに歯科の臨床操作にも実際に応用することができる。また、照明アームや位置決め装置が左右自在に互換性を有するという特性により、本発明ではさらにユーザーの特殊な操作習慣にも適用可能であり、またそのために特殊な調整を行う必要はない。
【００２２】
前記の位置決めを実現させるために、前記歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムは前記カメラ１１０と１１２がピックアップした光点映像からスタートして、前記位置決めユニット３００とハンドツールスリーブ２００の空間位置が算出されるまで一連の演算を行って両者の位置を関連付け、前記位置決めユニット３００を基準として、ハンドツールスリーブ２００の対向位置を求める。そして最後に、前記ハンドツール４００の登録座標を記して、変換を行い前記ハンドツール４００の定位置を求める。
【００２３】
照明アームセットは光学位置決めモジュール１００を定位置に固定し、発光ユニットは前記照明アームに固定して、前記歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム（装置）に必要な光源を提供する。
【００２４】
図２は本発明に係るハンドツールスリーブの概略図である。前記ハンドツールスリーブ２００はほぼ円柱形であって、前記ハンドツール４００に嵌め込むのに用いる。従って、前記光学位置決めモジュール１００が前記ハンドツールスリーブ２００の位置を決定する際、前記ハンドツールの位置を知ることができる。図に示すように、前記ハンドツールスリーブ２００の前記複数個の位置決めポイントは上側位置決めポイント群２１０と下側位置決めポイント群２１２に分けられ、前記位置決めポイントは特定波長の光源であって、前記光源は発光ダイオード(Light Emitting Diode；LED)を設置することができる。本発明の特定実施例によれば、前記発光ダイオードは赤外線発光ダイオードでも、又は光学反射マークに取って代えることもできる。本発明の別途実施例によれば、前記ハンドツールスリーブ２００は全部で上側位置決めポイント群２１０にある18個の位置決めポイントと下側位置決めポイント群２１２にある18個の位置決めポイントを有し、前記ハンドツールスリーブ２００の円周に沿って平均的に配置し、例を挙げると４０度ごとに1個配置する。このようにして、どの視角においても、上側位置決めポイント群２１０にある少なくとも3個の位置決めポイントと下側位置決めポイント群２１２にある少なくとも3個の位置決めポイントを視認することができる。このほか、前記ハンドツールスリーブ２００上の上側位置決めポイント群２１０と下側位置決めポイント群２１２はそれぞれ環状配列をなしており、その上の位置決めポイントは何れも同一直線上には配置せずに、ずらし配列と交錯配列の状態を採用することで、前記上側又は下側の発光ダイオードが同時に遮蔽されないようにする。
【００２５】
前記ハンドツールスリーブ２００側面の位置決めポイントの展開図に関しては図３を参照するが、図3は本発明のハンドツールスリーブ上の位置決めポイントの分布図で、図示するように、前記ハンドツールスリーブ２００には特殊な幾何配列がある。上列と下列の対応ポイントは一対である。また、如何なる場合でも、前記光学位置決めモジュール１００は共同で連続して3対（又は更に多くの）光点を求めることができる。図3の配列によると、上列、下列を定義付けることができ、各光点の対する角度が何度にあるかを知ることができる。これによってハンドツールスリーブ２００本体につき二つのカメラ１１０、１１２の座標システムにおける回転方向と位置を定義付けることができる。ハンドツールスリーブ２００と参考座標の方位を求めた上で、ハンドツールスリーブ２００の方位を参考座標システムに変換することができる。
【００２６】
前述に基づき、前記光学位置決めモジュール１００が前記上側位置決めポイント群２１０と下側位置決めポイント群２１２によって前記ハンドツールスリーブ２００の３Ｄ位置を計算できることを当業者は理解できる。
【００２７】
図４は本発明に係る位置決めユニット３００の概略図である。歯形をかたどる際、患者の頭部が些か移動することがあり得る。そこで歯牙の位置を精確に追跡するために、前記位置決めユニット３００は前記患者の歯茎に架設する。さらに、前記位置決めユニット３００は複数個の標記ポイント３１０を有し、例を挙げると、4個の標記ポイントを有する。4個の発光ダイオードは前記標記ポイント３１０上に配置する。同様に、標記ポイント３１０は赤外線発光ダイオードでよい。こうして、前記光学位置決めモジュール１００は前記位置決めユニット３００の位置を追跡することができると同時に、前記歯科医のハンドツールの位置決めユニット３００に対向する位置をも計算することができる旨、当業者は理解できる。
【００２８】
図５は本発明に係る位置決めユニットとハンドツールスリーブが結合した概略図であり、前記位置決めユニット３００は前記ハンドツール位置４００にあって、操作エリアの登録面での活用は図に示すとおりである。
【００２９】
位置決めユニット３００の位置決め板３２０上に４個の標記ポイント３１０が有り、標記ポイント３１０の中間には小さいホールが一つあり、サイズは丁度前記ハンドツール４００のドリルが通る大きさである。前記位置決めユニット３００は固定台座を外部に取り付けて前記ハンドツール４００を支持することができ、且つ高さは丁度前記ハンドツール４００末端のドリルをセンターホールに通すことができる大きさで、しかも前記ハンドツール４００の末端とドリルが接合する平面は前記位置決めユニット３００を平らに貼付することで、ドリルの軸方向を参考座標に垂直にすることができる。
【００３０】
前記光学位置決めモジュール１００で位置決めを一度行い、前記参考位置決めユニット３００上の赤外線ＬＥＤランプ又は光学反応マークの光点並びに前記ハンドツールスリーブ２００上の赤外線ＬＥＤランプ又は光学反応マークの光点を捉えて、対向位置関係を計算することによって、ドリルの軸方向と前記ハンドツールスリーブ２００の関係を位置決めすることができ、続いて操作エリアと位置決めユニット３００を登録することができるが、前記操作エリアと前記位置決めユニット３００は前記光学位置決めモジュール１００を妨害せずに赤外線ＬＥＤを捉えることを原則として連結し、さらに剛体と看做して両者間の対向関係は不変である。
【００３１】
本実施例では、既に事前にコンピュータ３Ｄ立体視覚模型を構築しており、表示ユニット上に表示することができる。前記操作エリアのコンピュータ３Ｄ立体視覚模型と本物の前記操作エリア上とは互いに対応する数個の標準ポイントを有する。従って、本実施例ではハンドツール末端のドリルの校正後の位置で、本物の操作エリア上の数個の標準ポイントに対して位置決めをして、前記位置決めユニット３００に対向する空間ポイント位置を算出することができる。前記数個の空間ポイント位置を求めてから、対応するコンピュータ３Ｄ操作エリア模型の空間座標位置を本物の操作エリアと参考座標の対向関係が同様の位置に転換することができ、こうして前記操作エリアと前記位置決めユニット３００の登録が完成する。
【００３２】
図6は本発明で開示した座標システム構築方法であり、座標システム構築前に、まず各標記ポイント３１０の空間位置を計算する必要があるが、主なフローチャートは図に示すとおりで下記の工程を含む。
【００３３】
最初に左右映像をデジタル化する（工程６１０）、即ちレーザー発射ユニット１１４が分割した左右両側の映像をデジタル化する（つまり二進法システムに転換する）。続いて、光点の映像位置を計算し（工程６２０）、そして映像位置をレンズ歪み補償する（工程６３０）、即ち欠陥補償で、さらに映像ポイントを空間座標とハンドツールスリーブ二セットに分け（工程６４０）、二組の映像ポイント群に角度配列を行い（工程６５０）、左右の映像の開始対応ポイントを探し出し（工程６６０）、順番に左右の映像ポイントを対にし（工程６７０）、対にならなかった映像ポイントを削除し（工程６８０）、最後に空間座標とハンドツールスリーブの空間座標の計算する（工程６９０）。前記工程を通じて、参考座標と前記ハンドツールスリーブ２００の標記ポイント３１０の位置を計算することができる。映像は計算を通じて、参考座標と前記ハンドツールスリーブ２００の標記ポイント群と分けることができる。続いて参考座標の標記ポイント位置を計算する。
【００３４】
図7は本発明に係る歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムの応用概略図であり、図に示す様に、本図では本システムを完全に応用した態様を示しており、前記と同様に本システムは光学位置決めモジュール１００、ハンドツールスリーブ２００、位置決めユニット３００、ハンドツール４００、歯牙模型５００、表示ユニット５２０、照明用アームセット５３０、発光ユニット５４０、台座５５０からなり、全ての部材は何れも前述済みであるので、ここでは贅言しないこととするが、本図は完備したシステムを具現すると共に、部材間の接続関係をはっきりと示している。
【００３５】
続いて図８は本発明に係る歯科臨床操作シミュレーション追跡の評価方法の評価ルール構築フローチャートである。
【００３６】
図に示す様に、まず歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを通じて標準的な歯牙模型ファイルを構築し（工程７００）、構築完成後、さらに歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを通じて既存の歯牙模型ファイルを構築し（工程７１０）、そしてサンプリングしようとする断面位置と角度を設定し（工程７２０）、確認次第、前記標準的な歯牙模型ファイルと前記既存の歯牙模型ファイルの断面比較図を作成し（工程７３０）、前記断面比較図に評価した重要位置又は角度を設定し（工程７４０）、特定ルールを作り出してデータベースに保存し（工程７５０）、最後に引き続き新規の評価ルールを作成するか否かを判断し（工程７６０）、引き続き新たな評価ルールを構築する必要がある場合は工程７２０へ戻り、新たな評価を構築する必要がない場合は、本フローチャートを終了させる。
【００３７】
さらに図9は本発明に係る歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムの評価方法のフローチャートである。
【００３８】
図に示す様に、まず歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを通じて検査しようとする歯牙模型ファイルを構築し（工程８００）、そして前記システムを通じて前記検査しようとする歯牙模型ファイルを量子化し（工程８１０）、さらに重大ミスの有無を判断する（工程８２０）が、所謂重大なミスとは、ユーザーが切削工程で下記の何れか一つの状況が発生したことを指す。つまり、隣接する歯牙を傷つけ、前記歯牙の歯髄を傷つけ、及び前記歯牙以外のエリアを切削する。重大なミスが発生した場合は直接本フローチャートを終了させるが、重大なミスが発生していない場合は、データベースから特定ルールと標準的な歯牙模型ファイルをピックアップし（工程８３０）、そして前記標準的な歯牙模型ファイルと前記検査しようとする歯牙模型ファイルの断面比較図を作成し（工程８４０）、本工程ではユーザーの工程における切削量、切削深度及び切削角度を強調し、続いて前記標準的な歯牙模型ファイルにおいて、設定した特徴ポイント一を探し当て（工程８５０）、前記特徴ポイントが各異なる前記特定ルールの定めたところに基づいて特徴ポイントを探し当てると、前記特徴ポイントが前記特定ルールに合致する程度を計算し（工程８６０）、計算終了後、次の特定ルールをピックアップする必要がないか否かを判断し（工程８７０）、次の特定ルールをピックアップする必要があれば、工程８３０に戻り、次の特定ルールをピックアップする必要がなければ、評価結果を計算する（工程８８０）と共に、本フローチャートを終了させる。
【００３９】
上記の開示方法により、歯牙の切削研磨状況をシミュレーションし得る。歯科医のカリキュラムの割り振りに合せて、実習医に必要とされる歯型をかたどらせて、訓練システムでシミュレーション、採点を行う。だが当然ながらこれに限られず、本発明で開示した座標の位置決め並びに結合、そしてそれによって求められた情報の活用は何れも既に本発明で開示しているものと看做すべきであり、例を挙げると、座標情報のデジタル化により、遠距離のネットワーク伝送や監視統制によるハンドツール操作及び採点が何れも可能となる。
【００４０】
本発明で開示したシステムを通じて、医療スタッフが左利き、右利きに関わらず両方の手で設備の操作を行うことができると共に、既存の医療施設の半分の設備をグレードアップさせ、また設備は臨床面での使用等も可能であると共に、校正プログラムと合せて活用することもできる。
本発明は既に前記好ましい実施例により開示しているが、本発明を限定するものではなく、当業者が本発明の精神並びに範囲を逸脱しないで各種の変更若しくは修正を行うことができる。従って本発明の保護範囲は添付した特許請求の範囲で定めるものを基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システム装置の構造図である。
【図２】本発明に係るハンドツールスリーブの概略図である。
【図３】本発明に係るハンドツールスリーブ表面の展開平面上の位置決めポイントの分布図である。
【図４】本発明に係る位置決めユニットの概略図である。
【図５】本発明に係る位置決めユニットとハンドツールスリーブが結合した概略図である。
【図６】本発明で開示した座標システム構築方法のフローチャートである。
【図７】本発明に係る歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムの応用概略図である。
【図８】本発明に係る歯科臨床操作シミュレーション追跡の評価方法の評価ルール構築フローチャートである。
【図９】本発明に係る歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムの評価方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１００    光学位置決めモジュール
１１０    カメラ
１１２    カメラ
１１４    レーザー発射ユニット
１１６    横軸
２００    ハンドツールスリーブ
２１０    上側位置決めポイント群
２１２    下側位置決めポイント群
３００    位置決めユニット
３１０    標記ポイント
３２０    位置決め板  
４００    ハンドツール
５００    臨床操作追跡装置
５１０    歯牙模型
５２０    表示ユニット
５３０    照明用アームセット
５４０    発光ユニット
５５０    台座
６１０    左右映像のデジタル化
６２０    光点の映像位置を計算する
６３０    映像位置をレンズ歪み補償する
６４０    映像ポイントを空間座標とハンドツールスリーブ二セットに分ける
６５０    二組の映像ポイント群に角度配列を行う
６６０    左右の映像の開始対応ポイントを探し出す
６７０    順番に左右の映像ポイントを対にする
６８０    対にならなかった映像ポイントを削除する
６９０    空間座標とハンドツールスリーブの空間座標を計算する
７００    歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを通じて標準的な歯牙模型ファイルを構築する
７１０    歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを通じて既存の歯牙模型ファイルを構築する
７２０    サンプリングしようとする断面位置と角度を設定する
７３０    前記標準的な歯牙模型ファイルと前記既存の歯牙模型ファイルの断面比較図を作成する
７４０    前記断面比較図に評価した重要位置又は角度を設定する
７５０    特定ルールを作り出してデータベースに保存する
７６０    引き続き新規の評価ルールを構築するか否かを判断する
８００    歯科臨床と教育訓練シミュレーション追跡システムを通じて検査しようとする歯牙模型ファイルを構築する
８１０    前記システムを通じて前記検査しようとする歯牙模型ファイルを量子化する
８２０    重大ミスの有無を判断する
８３０    データベースから特定ルールと標準的な歯牙模型ファイルをピックアップする
８４０    前記標準的な歯牙模型ファイルと前記既存の歯牙模型ファイルの断面比較図を作成する
８５０    前記標準的な歯牙模型ファイル上で、設定した特徴ポイント位置を探し当てる
８６０    前記特徴ポイントが前記特定ルールに合致する程度を計算する
８７０    次の特定ルールをピックアップする必要がないか否かを判断する
８８０    評価結果を計算する
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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