JP2001112743A - 三次元顎運動表示装置、方法及び三次元顎運動表示プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents
三次元顎運動表示装置、方法及び三次元顎運動表示プログラムを記憶した記憶媒体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 顎関節を患った対象者の負担が重かった。
【解決手段】 コンピュータ１はディスプレイ装置２及
び上顎骨及び下顎骨の運動を光学的に測定する光学式顎
運動測定装置３に接続されている。コンピュータ１は上
顎骨に対する下顎骨の相対的位置Ｑa0，Ｑb0，Ｑc0を演
算する相対的位置演算手段と、標識要素の位置及び下顎
骨の三次元データの対応を入力する三次元データ入力手
段と、標識要素の位置を用いて下顎骨の三次元データを
下顎骨の相対的位置によって規定される座標系に変換す
る座標変換手段と、変換された下顎骨の三次元データを
表示する表示手段とを備えている。
び上顎骨及び下顎骨の運動を光学的に測定する光学式顎
運動測定装置３に接続されている。コンピュータ１は上
顎骨に対する下顎骨の相対的位置Ｑa0，Ｑb0，Ｑc0を演
算する相対的位置演算手段と、標識要素の位置及び下顎
骨の三次元データの対応を入力する三次元データ入力手
段と、標識要素の位置を用いて下顎骨の三次元データを
下顎骨の相対的位置によって規定される座標系に変換す
る座標変換手段と、変換された下顎骨の三次元データを
表示する表示手段とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は三次元顎運動表示装
置、方法及び三次元顎運動表示プログラムを記憶した記
憶媒体に関する。
置、方法及び三次元顎運動表示プログラムを記憶した記
憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】顎関節症、不正咬合等の顎口腔機能の異
常を診断して適切な治療を行うために、顎関節部の運動
を対象者毎に正確に捉えることが重要である。
常を診断して適切な治療を行うために、顎関節部の運動
を対象者毎に正確に捉えることが重要である。
【０００３】顎関節部の運動を間接的に観察するため
に、顎運動表示装置が用いられている。顎運動表示装置
は、上顎骨及び下顎骨をそれぞれ１個の剛体とみなし、
これら上顎骨、下顎骨の相対的位置を測定するものであ
り、機械式顎運動測定値及び光学的顎運動測定装置があ
る。
に、顎運動表示装置が用いられている。顎運動表示装置
は、上顎骨及び下顎骨をそれぞれ１個の剛体とみなし、
これら上顎骨、下顎骨の相対的位置を測定するものであ
り、機械式顎運動測定値及び光学的顎運動測定装置があ
る。
【０００４】機械式顎運動測定装置は、上顎歯列及び下
顎歯列のそれぞれに治具を装着するリンク機構を備え、
たとえば、下顎歯列の切歯点あるいは奥歯の運動を検出
して上顎骨に対する下顎骨の相対的運動を測定するもの
である（参照：藤村哲也他、"ディジタル方式顎運動測
定装置の開発”、補綴誌、３５巻４号、pp.８３０−８
４２、１９９１）。この機械式顎運動測定装置は高い測
定精度を有するものの、上顎歯列及び下顎歯列に装着さ
れる治具が重く、顎関節を患った対象者にとっては負担
が重い。
顎歯列のそれぞれに治具を装着するリンク機構を備え、
たとえば、下顎歯列の切歯点あるいは奥歯の運動を検出
して上顎骨に対する下顎骨の相対的運動を測定するもの
である（参照：藤村哲也他、"ディジタル方式顎運動測
定装置の開発”、補綴誌、３５巻４号、pp.８３０−８
４２、１９９１）。この機械式顎運動測定装置は高い測
定精度を有するものの、上顎歯列及び下顎歯列に装着さ
れる治具が重く、顎関節を患った対象者にとっては負担
が重い。
【０００５】他方、光学式顎運動測定装置は、頭部及び
下顎歯列のそれぞれに発光ダイオード付きバーを装着
し、これらのバーの運動を２台の電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）カメラにより二次元的撮影することにより頭部つま
り上顎骨に対する下顎骨の相対的運動を測定するもので
ある（参照：大橋正尚他、"ステレオ画像法を用いた顎
運動測定装置の開発”、日本機械学会ジョイントシンポ
ジウム講演論文集Ｎｏ．９６−２０，pp.２７９−２８
３，１９９６）。この光学式顎運動測定装置は頭部及び
下顎歯列に装着させる発光ダイオード付きバーは軽く、
従って、顎関節を患った対象者にとって負担が軽いもの
の、頭部に装着させる発光ダイオード付きバーから得ら
れる位置データの信頼性が低く、従って、高い測定精度
を期待できない。
下顎歯列のそれぞれに発光ダイオード付きバーを装着
し、これらのバーの運動を２台の電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）カメラにより二次元的撮影することにより頭部つま
り上顎骨に対する下顎骨の相対的運動を測定するもので
ある（参照：大橋正尚他、"ステレオ画像法を用いた顎
運動測定装置の開発”、日本機械学会ジョイントシンポ
ジウム講演論文集Ｎｏ．９６−２０，pp.２７９−２８
３，１９９６）。この光学式顎運動測定装置は頭部及び
下顎歯列に装着させる発光ダイオード付きバーは軽く、
従って、顎関節を患った対象者にとって負担が軽いもの
の、頭部に装着させる発光ダイオード付きバーから得ら
れる位置データの信頼性が低く、従って、高い測定精度
を期待できない。
【０００６】上述の機械式顎運動測定装置、光学式顎運
動測定装置は、いずれも、上顎骨に対する下顎骨の相対
的運動を測定しているのみであり、顎関節部の運動を直
接観測できない。しかも、たとえば、前歯（切歯点）の
運動を側面から見た二次元的軌跡を利用するものであ
り、熟練者でないと顎運動自体が理解し難い。
動測定装置は、いずれも、上顎骨に対する下顎骨の相対
的運動を測定しているのみであり、顎関節部の運動を直
接観測できない。しかも、たとえば、前歯（切歯点）の
運動を側面から見た二次元的軌跡を利用するものであ
り、熟練者でないと顎運動自体が理解し難い。
【０００７】熟練者でなくとも顎運動を容易に理解でき
しかも顎関節を直接観察するために、図５に示す三次元
顎運動表示装置が開発されている（参照：伊能教夫
他、"固体別顎運動表示システムの開発”、顎顔面バイ
オメカニクス学会誌”、Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．２，pp.２
８−３４，１９９７）。
しかも顎関節を直接観察するために、図５に示す三次元
顎運動表示装置が開発されている（参照：伊能教夫
他、"固体別顎運動表示システムの開発”、顎顔面バイ
オメカニクス学会誌”、Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．２，pp.２
８−３４，１９９７）。
【０００８】図６において、コンピュータたとえばパー
ソナルコンピュータ１０１はＸ線コンピュータ断層撮影
（ＣＴ）データ及び機械式顎運動データをディスプレイ
装置１０２に表示する。なお、Ｘ線ＣＴデータは予めＸ
線ＣＴ画像装置（図示せず）により対象者の頭部を２ｍ
ｍ間隔で撮影することにより得られたものであり、ま
た、機械式顎運動データＡは機械式顎運動測定装置１０
３より得られるものである。具体的には、機械式顎運動
データＡは対象者の上顎骨側の切歯部に対する下顎骨側
の切歯部の相対的位置及び三次元方向の等価データであ
る。
ソナルコンピュータ１０１はＸ線コンピュータ断層撮影
（ＣＴ）データ及び機械式顎運動データをディスプレイ
装置１０２に表示する。なお、Ｘ線ＣＴデータは予めＸ
線ＣＴ画像装置（図示せず）により対象者の頭部を２ｍ
ｍ間隔で撮影することにより得られたものであり、ま
た、機械式顎運動データＡは機械式顎運動測定装置１０
３より得られるものである。具体的には、機械式顎運動
データＡは対象者の上顎骨側の切歯部に対する下顎骨側
の切歯部の相対的位置及び三次元方向の等価データであ
る。
【０００９】図７は図６のコンピュータ１０１によるＸ
線（ＣＴ）データ処理を示すフローチャートである。
線（ＣＴ）データ処理を示すフローチャートである。
【００１０】始めに、ステップ７０１にて、２ｍｍ間隔
で撮影された対象者の頭部ＣＴ画像データを入力する。
で撮影された対象者の頭部ＣＴ画像データを入力する。
【００１１】次に、ステップ７０２にて、入力された各
頭部ＣＴ画像データの輪郭線を抽出する。この抽出方法
は、骨部では画素値（ＣＴ値）が大きいことを利用して
画素値の小さい軟組織を画像処理で除去し、骨表面の境
界を割り出し、骨部の輪郭線データを抽出する。
頭部ＣＴ画像データの輪郭線を抽出する。この抽出方法
は、骨部では画素値（ＣＴ値）が大きいことを利用して
画素値の小さい軟組織を画像処理で除去し、骨表面の境
界を割り出し、骨部の輪郭線データを抽出する。
【００１２】次に、ステップ７０３にて、各層の輪郭線
データを重ね合わせて順次描画し、これにより、骨部の
立体画像（積層像）をメモリに記憶しておく。この場
合、上顎骨の積層像データＵ、下顎骨の積層像データＤ
を別々に記憶しておく。
データを重ね合わせて順次描画し、これにより、骨部の
立体画像（積層像）をメモリに記憶しておく。この場
合、上顎骨の積層像データＵ、下顎骨の積層像データＤ
を別々に記憶しておく。
【００１３】そして、ステップ７０４にて、ルーチンは
終了する。
終了する。
【００１４】図８は図６のコンピュータ１０１による三
次元顎運動表示処理を示すフローチャートである。
次元顎運動表示処理を示すフローチャートである。
【００１５】始めに、ステップ８０１にて、機械式顎運
動データＡを入力し、上顎骨側の切歯部に対する下顎骨
側の切歯部の相対的位置データ及び三次元方向データに
変換する。
動データＡを入力し、上顎骨側の切歯部に対する下顎骨
側の切歯部の相対的位置データ及び三次元方向データに
変換する。
【００１６】次に、ステップ８０２にて、メモリに記憶
してある下顎骨の積層像データＤを機械式顎運動データ
Ａの座標系に変換する。具体的には、積層像データＤを
顎運動データＡの切歯部の相対的位置に移動し、その移
動した積層像データＤを回転して顎運動データＡの切歯
部の三次元方向に合致させる。
してある下顎骨の積層像データＤを機械式顎運動データ
Ａの座標系に変換する。具体的には、積層像データＤを
顎運動データＡの切歯部の相対的位置に移動し、その移
動した積層像データＤを回転して顎運動データＡの切歯
部の三次元方向に合致させる。
【００１７】次に、ステップ８０３にて、座標変換され
た下顎骨の積層像データをディスプレイ装置１０２に表
示する。
た下顎骨の積層像データをディスプレイ装置１０２に表
示する。
【００１８】そして、ステップ８０４にて、このルーチ
ンは終了する。
ンは終了する。
【００１９】尚、図８のルーチンを繰り返せば、下顎骨
の時間的経過を表示できる。また、ステップ８０３にて
上顎骨の積層像データＵも併せて表示できる。この場合
には、上顎骨の表示は固定である。
の時間的経過を表示できる。また、ステップ８０３にて
上顎骨の積層像データＵも併せて表示できる。この場合
には、上顎骨の表示は固定である。
【００２０】図９は図８のステップ８０３にて表示され
た下顎骨の三次元顎運動の時間的経過例を示す。尚、図
９の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は同一対象者の正面、上
面及び斜面から見たものである。これにより、下顎骨の
頂点の軌跡が明確に分かり、従って、顎関節部の運動が
明確に分かる。
た下顎骨の三次元顎運動の時間的経過例を示す。尚、図
９の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は同一対象者の正面、上
面及び斜面から見たものである。これにより、下顎骨の
頂点の軌跡が明確に分かり、従って、顎関節部の運動が
明確に分かる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示す従来の三次元顎運動表示装置においては、機械式顎
運動測定装置により顎運動データＡを得ているので、顎
関節を患った対象者にとっては負担が重いという課題が
ある。
示す従来の三次元顎運動表示装置においては、機械式顎
運動測定装置により顎運動データＡを得ているので、顎
関節を患った対象者にとっては負担が重いという課題が
ある。
【００２２】また、Ｘ線ＣＴデータ処理により得られる
下顎骨の積層像データＤは一定間隔たとえば２ｍｍ間隔
で重ね合わせて生成しているので、機械式顎運動データ
の座標系に変換する際に変換された積層像データに誤差
が発生するという課題もある。
下顎骨の積層像データＤは一定間隔たとえば２ｍｍ間隔
で重ね合わせて生成しているので、機械式顎運動データ
の座標系に変換する際に変換された積層像データに誤差
が発生するという課題もある。
【００２３】機械式顎運動測定装置１０３を用いた場合
の誤差が生じる理由は、左右の奥歯Ｒ６，Ｌ６，切歯Ｉ
Ｃの３点をＸ線ＣＴデータから得られる下顎骨形状と正
確に対応できないことにある。たとえば、右奥歯の位置
であるＲ６がｎ枚目のＣＴ画像上にあるのか、その一枚
上（または下）なのかは、判定することは容易ではな
い。つまり、これら３点のＺ座標は、それぞれ撮影間隔
（２ｍｍ）の誤差が生じる可能性がある。この課題は、
下顎骨形状を正確にモデリングしただけでは解決しな
い。
の誤差が生じる理由は、左右の奥歯Ｒ６，Ｌ６，切歯Ｉ
Ｃの３点をＸ線ＣＴデータから得られる下顎骨形状と正
確に対応できないことにある。たとえば、右奥歯の位置
であるＲ６がｎ枚目のＣＴ画像上にあるのか、その一枚
上（または下）なのかは、判定することは容易ではな
い。つまり、これら３点のＺ座標は、それぞれ撮影間隔
（２ｍｍ）の誤差が生じる可能性がある。この課題は、
下顎骨形状を正確にモデリングしただけでは解決しな
い。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明に係る三次元顎運動表示装置は、上顎骨の少
なくとも３つの標識要素及び下顎骨の少なくとも３つの
標識要素の運動を光学的に測定する光学式運動測定装置
と、測定された上顎骨の標識要素に対する測定された下
顎骨の標識要素の相対的位置を演算する相対的位置演算
手段と、下顎骨の標識要素の位置と下顎骨の三次元デー
タとの対応を入力する三次元データ入力手段と、対応の
下顎骨の位置を下顎骨の相対的位置に移動することによ
り下顎骨の三次元データを変換する変換手段と、変換さ
れた下顎骨の三次元データを表示する表示手段とを備え
ている。光学式顎運動測定装置は対象者の負担を軽減す
る。また、標識要素を球体とすることにより、座標変換
された三次元データにおける誤差は小さくなる。
めに本発明に係る三次元顎運動表示装置は、上顎骨の少
なくとも３つの標識要素及び下顎骨の少なくとも３つの
標識要素の運動を光学的に測定する光学式運動測定装置
と、測定された上顎骨の標識要素に対する測定された下
顎骨の標識要素の相対的位置を演算する相対的位置演算
手段と、下顎骨の標識要素の位置と下顎骨の三次元デー
タとの対応を入力する三次元データ入力手段と、対応の
下顎骨の位置を下顎骨の相対的位置に移動することによ
り下顎骨の三次元データを変換する変換手段と、変換さ
れた下顎骨の三次元データを表示する表示手段とを備え
ている。光学式顎運動測定装置は対象者の負担を軽減す
る。また、標識要素を球体とすることにより、座標変換
された三次元データにおける誤差は小さくなる。
【００２５】また、本発明によれば、上顎骨及び下顎骨
の運動を光学的に測定して得られた光学的顎運動データ
を入力する工程と、光学的顎運動データに基づいて上顎
骨に対する下顎骨の相対的位置及び相対的三次元方向を
演算する工程と、下顎骨の三次元データを入力する工程
と、下顎骨の三次元データを下顎骨の相対的位置によっ
て規定される座標系に変換する工程と、変換された下顎
骨の三次元データを表示する工程とを設ける。さらに、
本発明によれば、三次元顎運動表示方法を実行させるた
めのプログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶
媒体が提供される。
の運動を光学的に測定して得られた光学的顎運動データ
を入力する工程と、光学的顎運動データに基づいて上顎
骨に対する下顎骨の相対的位置及び相対的三次元方向を
演算する工程と、下顎骨の三次元データを入力する工程
と、下顎骨の三次元データを下顎骨の相対的位置によっ
て規定される座標系に変換する工程と、変換された下顎
骨の三次元データを表示する工程とを設ける。さらに、
本発明によれば、三次元顎運動表示方法を実行させるた
めのプログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶
媒体が提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る三次元顎運動
表示装置の実施の形態を示す図である。図１において、
コンピュータたとえばパーソナルコンピュータ１はＸ線
ＣＴデータ及び光学式顎運動データＢ，Ｃを入力して三
次元サーフェスデータをディスプレイ装置２に表示す
る。なお、Ｘ線ＣＴデータは予めＸ線ＣＴ画像装置（図
示せず）により対象者の頭部を２ｍｍ間隔で撮影するこ
とにより得られたものであり、また、光学式顎運動デー
タＢ，Ｃは光学式顎運動測定装置３より得られるもので
ある。
表示装置の実施の形態を示す図である。図１において、
コンピュータたとえばパーソナルコンピュータ１はＸ線
ＣＴデータ及び光学式顎運動データＢ，Ｃを入力して三
次元サーフェスデータをディスプレイ装置２に表示す
る。なお、Ｘ線ＣＴデータは予めＸ線ＣＴ画像装置（図
示せず）により対象者の頭部を２ｍｍ間隔で撮影するこ
とにより得られたものであり、また、光学式顎運動デー
タＢ，Ｃは光学式顎運動測定装置３より得られるもので
ある。
【００２７】光学式顎運動測定装置３は、３個の標識要
素３１ａ，３１ｂ及び３１ｃが固定された治具３１、３
個の標識要素３２ａ，３２ｂ及び３２ｃが固定された治
具３２、２台のＣＣＤカメラ３３，３４より構成されて
いる。図２の治具３１、３２の拡大図に示すように、治
具３１は対象者の上顎骨の切歯部に装着され、他方、治
具３２は対象者の下顎骨の切歯部に装着される。尚、図
１、図２の光学式顎運動測定装置３は従来の光学式顎運
動測定装置よりも信頼性が高い。
素３１ａ，３１ｂ及び３１ｃが固定された治具３１、３
個の標識要素３２ａ，３２ｂ及び３２ｃが固定された治
具３２、２台のＣＣＤカメラ３３，３４より構成されて
いる。図２の治具３１、３２の拡大図に示すように、治
具３１は対象者の上顎骨の切歯部に装着され、他方、治
具３２は対象者の下顎骨の切歯部に装着される。尚、図
１、図２の光学式顎運動測定装置３は従来の光学式顎運
動測定装置よりも信頼性が高い。
【００２８】また、２台のＣＣＤカメラ３３，３４は治
具３１の標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び治具３２
の標識要素３２ａ，３２ｂ及び３２ｃの三次元位置が検
出できるように配置されている。
具３１の標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び治具３２
の標識要素３２ａ，３２ｂ及び３２ｃの三次元位置が検
出できるように配置されている。
【００２９】上述の標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，
３２ａ，３２ｂ，３２ｃはある大きさを有する球体であ
る。Ｘ線ＣＴ画像装置の撮影間隔が２ｍｍであれば、球
体の直径は１０ｍｍ程度である。また、ＣＣＤカメラ３
３，３４から得られる標識要素３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃを検出し易くするために、
球体の色を肌の色、服装の色等と異なる色にし、さら
に、発光ダイオードを標識素子３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃに組込むこともできる。
３２ａ，３２ｂ，３２ｃはある大きさを有する球体であ
る。Ｘ線ＣＴ画像装置の撮影間隔が２ｍｍであれば、球
体の直径は１０ｍｍ程度である。また、ＣＣＤカメラ３
３，３４から得られる標識要素３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃを検出し易くするために、
球体の色を肌の色、服装の色等と異なる色にし、さら
に、発光ダイオードを標識素子３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃに組込むこともできる。
【００３０】上述のごとく、標識要素３１ａ，３１ｂ，
３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃを球体にすることによ
りＣＣＤカメラ３３，３４による標識要素３１ａ，３１
ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの各位置の測定精
度を向上できる。つまり、球体はどの方向からも同一径
の円として観測できるので、統計的な画像処理により標
識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２
ｃの各位置つまり重心（中心）を誤差なく正確に得るこ
とができる。また、上下歯列に装着する治具３１，３２
とこれらに取り付けられた標識要素３１ａ，３１ｂ，３
１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置関係は、製造時に
正確に測定できるので、この情報も利用すれば、ＣＣＤ
カメラ３３，３４による標識要素の位置の測定精度を一
段と向上させることが可能である。
３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃを球体にすることによ
りＣＣＤカメラ３３，３４による標識要素３１ａ，３１
ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの各位置の測定精
度を向上できる。つまり、球体はどの方向からも同一径
の円として観測できるので、統計的な画像処理により標
識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２
ｃの各位置つまり重心（中心）を誤差なく正確に得るこ
とができる。また、上下歯列に装着する治具３１，３２
とこれらに取り付けられた標識要素３１ａ，３１ｂ，３
１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置関係は、製造時に
正確に測定できるので、この情報も利用すれば、ＣＣＤ
カメラ３３，３４による標識要素の位置の測定精度を一
段と向上させることが可能である。
【００３１】図３は図１のコンピュータ１によるＸ線Ｃ
Ｔデータ処理を示すフローチャートであり、デラウニー
分割を利用したモデリング手法を用いている。
Ｔデータ処理を示すフローチャートであり、デラウニー
分割を利用したモデリング手法を用いている。
【００３２】始めに、ステップ３０１にて、２ｍｍ間隔
で撮影された対象者の頭部ＣＴ画像データを入力する。
なお、この場合、対象者には上述の標識要素３１ａ，３
１ｂ，３１ｃが固定された治具３１及び標識要素３２
ａ，３２ｂ，３２ｃが固定された治具３２が装着されて
いる。
で撮影された対象者の頭部ＣＴ画像データを入力する。
なお、この場合、対象者には上述の標識要素３１ａ，３
１ｂ，３１ｃが固定された治具３１及び標識要素３２
ａ，３２ｂ，３２ｃが固定された治具３２が装着されて
いる。
【００３３】次に、ステップ３０２にて、入力された頭
部ＣＴ画像データから骨体部分を抽出し、骨体領域を生
成する。この場合、骨体領域は小さいボクセルの集合体
として表現される。
部ＣＴ画像データから骨体部分を抽出し、骨体領域を生
成する。この場合、骨体領域は小さいボクセルの集合体
として表現される。
【００３４】次に、ステップ３０３にて、要素分割の足
場となる節点を骨体領域内部に発生させる。この場合、
骨体を特徴づける部分に節点を優先的に発生させる。
場となる節点を骨体領域内部に発生させる。この場合、
骨体を特徴づける部分に節点を優先的に発生させる。
【００３５】次に、ステップ３０４にて、節点群から三
次元の有限要素モデルを生成する。この場合、デラウニ
ー分割の特性上、骨体領域外にも有限要素を生成する。
次元の有限要素モデルを生成する。この場合、デラウニ
ー分割の特性上、骨体領域外にも有限要素を生成する。
【００３６】次に、ステップ３０５にて、ステップ３０
４にて生成された骨体領域外の不要な要素を除去する。
４にて生成された骨体領域外の不要な要素を除去する。
【００３７】次に、ステップ３０６にて、Ｘ線ＣＴ画像
データから標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，
３２ｂ，３２ｃの各重心位置つまり中心位置を演算す
る。なお、標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，
３２ｂ，３２ｃは球体画像として把握できるので、これ
らの中心位置は容易に演算できる。
データから標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，
３２ｂ，３２ｃの各重心位置つまり中心位置を演算す
る。なお、標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，
３２ｂ，３２ｃは球体画像として把握できるので、これ
らの中心位置は容易に演算できる。
【００３８】そして、ステップ３０６にて、このルーチ
ンは終了する。これにより、上顎骨の三次元サーフェス
データＵ、下顎骨の三次元サーフェスデータＤを得て、
別々に記憶しておく。また、上顎骨の三次元サーフェス
データＵと対応づけて標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
の各重心位置を記憶し、さらに、下顎骨の三次元サーフ
ェスデータＤと対応づけて標識要素３１ａ，３１ｂ，３
１ｃの各重心位置を記憶しておく。
ンは終了する。これにより、上顎骨の三次元サーフェス
データＵ、下顎骨の三次元サーフェスデータＤを得て、
別々に記憶しておく。また、上顎骨の三次元サーフェス
データＵと対応づけて標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
の各重心位置を記憶し、さらに、下顎骨の三次元サーフ
ェスデータＤと対応づけて標識要素３１ａ，３１ｂ，３
１ｃの各重心位置を記憶しておく。
【００３９】なお、標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，
３２ａ，３２ｂ，３２ｃを直径１０ｍｍ程度の球体と
し、Ｘ線ＣＴ撮影が２ｍｍ間隔とすれば、標識要素は必
ずいずれかのＣＴ画像上に存在する。たとえば、図４に
示すように、標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃは下顎骨
形状との対応づけで撮影される。
３２ａ，３２ｂ，３２ｃを直径１０ｍｍ程度の球体と
し、Ｘ線ＣＴ撮影が２ｍｍ間隔とすれば、標識要素は必
ずいずれかのＣＴ画像上に存在する。たとえば、図４に
示すように、標識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃは下顎骨
形状との対応づけで撮影される。
【００４０】このように、図３のルーチンによれば、標
識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃと上顎骨の三次元サーフ
ェスデータＵとの高精度の対応、標識要素３２ａ，３２
ｂ，３２ｃと下顎骨の三次元サーフェスデータＤとの高
精度の対応が得られる。
識要素３１ａ，３１ｂ，３１ｃと上顎骨の三次元サーフ
ェスデータＵとの高精度の対応、標識要素３２ａ，３２
ｂ，３２ｃと下顎骨の三次元サーフェスデータＤとの高
精度の対応が得られる。
【００４１】図５は図１のコンピュータ１による三次元
顎運動表示処理を示すフローチャートである。
顎運動表示処理を示すフローチャートである。
【００４２】始めに、ステップ５０１にて、標識要素３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置
を示す光学式顎運動データＢ，Ｃを入力する。
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置
を示す光学式顎運動データＢ，Ｃを入力する。
【００４３】次に、ステップ５０２にて、各標識要素３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの三次
元位置Ｐa，Ｐb，Ｐc，Ｑa，Ｑb，Ｑcを演算する。
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃの三次
元位置Ｐa，Ｐb，Ｐc，Ｑa，Ｑb，Ｑcを演算する。
【００４４】次に、ステップ５０３では、上顎骨の固定
表示するために、上顎骨の標識要素３１ａ，３１ｂ，３
１ｃの位置Ｐa，Ｐb，ＰcをＸＹＺ上の各固定位置
Ｐa0，Ｐb 0，Ｐc0に変換する。この変換には、３×３の
変換マトリクスを用いる。つまり、固定位置Ｐa0のＸ座
標成分、Ｙ座標成分、Ｚ座標成分を、Ｐa0X，Ｐa0Y，Ｐ
a0 Zとし、標識要素３１ａの位置ＰaのＸ座標成分、Ｙ座
標成分、Ｚ座標成分を、Ｐ aX，ＰaY，ＰaZとすれば、 Ｐa0X＝Ｋ11・ＰaX＋Ｋ12・ＰaY＋Ｋ13・ＰaZ （１） Ｐa0Y＝Ｋ21・ＰaX＋Ｋ22・ＰaY＋Ｋ23・ＰaZ （２） Ｐa0Z＝Ｋ31・ＰaX＋Ｋ32・ＰaY＋Ｋ33・ＰaZ （３） と表せる。また、固定位置Ｐb0のＸ座標成分、Ｙ座標成
分、Ｚ座標成分を、Ｐb0 X，Ｐb0Y，Ｐb0Zとし、標識要
素３１ｂの位置ＰbのＸ座標成分、Ｙ座標成分、Ｚ座標
成分を、ＰbX，ＰbY，ＰbZとすれば、 Ｐb0X＝Ｋ11・ＰbX＋Ｋ12・ＰbY＋Ｋ13・ＰbZ （４） Ｐb0Y＝Ｋ21・ＰbX＋Ｋ22・ＰbY＋Ｋ23・ＰbZ （５） Ｐb0Z＝Ｋ31・ＰbX＋Ｋ32・ＰbY＋Ｋ33・ＰbZ （６） と表せる。さらに、固定位置Ｐc0のＸ座標成分、Ｙ座標
成分、Ｚ座標成分を、Ｐ c0X，Ｐc0Y，Ｐc0Zとし、標識
要素３１ｃの位置ＰcのＸ座標成分、Ｙ座標成分、Ｚ座
標成分を、ＰcX，ＰcY，ＰcZとすれば、 Ｐc0X＝Ｋ11・ＰcX＋Ｋ12・ＰcY＋Ｋ13・ＰcZ （７） Ｐc0Y＝Ｋ21・ＰcX＋Ｋ22・ＰcY＋Ｋ23・ＰcZ （８） Ｐc0Z＝Ｋ31・ＰcX＋Ｋ32・ＰcY＋Ｋ33・ＰcZ （９） と表せる。従って、式（１），（２），…，（９）を解
くことによって一次変換マトリクス係数Ｋij（ｉ，ｊ＝
１，２，３）のすべてを演算する。なお、上述の式にお
いては、各座標成分から並進成分を除去してある。これ
らの並進成分を含めると、係数が１２個になるが、３個
の標識要素の相対的な位置は、座標変換しても変化しな
いという関係が利用できるので、全ての係数を求めるこ
とが出来る。
表示するために、上顎骨の標識要素３１ａ，３１ｂ，３
１ｃの位置Ｐa，Ｐb，ＰcをＸＹＺ上の各固定位置
Ｐa0，Ｐb 0，Ｐc0に変換する。この変換には、３×３の
変換マトリクスを用いる。つまり、固定位置Ｐa0のＸ座
標成分、Ｙ座標成分、Ｚ座標成分を、Ｐa0X，Ｐa0Y，Ｐ
a0 Zとし、標識要素３１ａの位置ＰaのＸ座標成分、Ｙ座
標成分、Ｚ座標成分を、Ｐ aX，ＰaY，ＰaZとすれば、 Ｐa0X＝Ｋ11・ＰaX＋Ｋ12・ＰaY＋Ｋ13・ＰaZ （１） Ｐa0Y＝Ｋ21・ＰaX＋Ｋ22・ＰaY＋Ｋ23・ＰaZ （２） Ｐa0Z＝Ｋ31・ＰaX＋Ｋ32・ＰaY＋Ｋ33・ＰaZ （３） と表せる。また、固定位置Ｐb0のＸ座標成分、Ｙ座標成
分、Ｚ座標成分を、Ｐb0 X，Ｐb0Y，Ｐb0Zとし、標識要
素３１ｂの位置ＰbのＸ座標成分、Ｙ座標成分、Ｚ座標
成分を、ＰbX，ＰbY，ＰbZとすれば、 Ｐb0X＝Ｋ11・ＰbX＋Ｋ12・ＰbY＋Ｋ13・ＰbZ （４） Ｐb0Y＝Ｋ21・ＰbX＋Ｋ22・ＰbY＋Ｋ23・ＰbZ （５） Ｐb0Z＝Ｋ31・ＰbX＋Ｋ32・ＰbY＋Ｋ33・ＰbZ （６） と表せる。さらに、固定位置Ｐc0のＸ座標成分、Ｙ座標
成分、Ｚ座標成分を、Ｐ c0X，Ｐc0Y，Ｐc0Zとし、標識
要素３１ｃの位置ＰcのＸ座標成分、Ｙ座標成分、Ｚ座
標成分を、ＰcX，ＰcY，ＰcZとすれば、 Ｐc0X＝Ｋ11・ＰcX＋Ｋ12・ＰcY＋Ｋ13・ＰcZ （７） Ｐc0Y＝Ｋ21・ＰcX＋Ｋ22・ＰcY＋Ｋ23・ＰcZ （８） Ｐc0Z＝Ｋ31・ＰcX＋Ｋ32・ＰcY＋Ｋ33・ＰcZ （９） と表せる。従って、式（１），（２），…，（９）を解
くことによって一次変換マトリクス係数Ｋij（ｉ，ｊ＝
１，２，３）のすべてを演算する。なお、上述の式にお
いては、各座標成分から並進成分を除去してある。これ
らの並進成分を含めると、係数が１２個になるが、３個
の標識要素の相対的な位置は、座標変換しても変化しな
いという関係が利用できるので、全ての係数を求めるこ
とが出来る。
【００４５】次に、ステップ５０４にて、下顎骨の標識
要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置Ｑa，Ｑb，Ｑcをス
テップ５０３にて演算された一次変換マトリクス係数Ｋ
ijを用いて座標変換する。つまり、 Ｑa0X＝Ｋ11・ＱaX＋Ｋ12・ＱaY＋Ｋ13・ＱaZ （１）’ Ｑa0Y＝Ｋ21・ＱaX＋Ｋ22・ＱaY＋Ｋ23・ＱaZ （２）’ Ｑa0Z＝Ｋ31・ＱaX＋Ｋ32・ＱaY＋Ｋ33・ＱaZ （３）’ Ｑb0X＝Ｋ11・ＱbX＋Ｋ12・ＱbY＋Ｋ13・ＱbZ （４）’ Ｑb0Y＝Ｋ21・ＱbX＋Ｋ22・ＱbY＋Ｋ23・ＱbZ （５）’ Ｑb0Z＝Ｋ31・ＱbX＋Ｋ32・ＱbY＋Ｋ33・ＱbZ （６）’ Ｑc0X＝Ｋ11・ＱcX＋Ｋ12・ＱcY＋Ｋ13・ＱcZ （７）’ Ｑc0Y＝Ｋ21・ＱcX＋Ｋ22・ＱcY＋Ｋ23・ＱcZ （８）’ Ｑc0Z＝Ｋ31・ＱcX＋Ｋ32・ＱcY＋Ｋ33・ＱcZ （９）’ を演算することにより座標変換された位置Ｑc0，Ｑc0，
Ｑc0を上顎骨に対する下顎骨の相対的位置として得る。
なお、この場合も、並進成分は除去してある。
要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置Ｑa，Ｑb，Ｑcをス
テップ５０３にて演算された一次変換マトリクス係数Ｋ
ijを用いて座標変換する。つまり、 Ｑa0X＝Ｋ11・ＱaX＋Ｋ12・ＱaY＋Ｋ13・ＱaZ （１）’ Ｑa0Y＝Ｋ21・ＱaX＋Ｋ22・ＱaY＋Ｋ23・ＱaZ （２）’ Ｑa0Z＝Ｋ31・ＱaX＋Ｋ32・ＱaY＋Ｋ33・ＱaZ （３）’ Ｑb0X＝Ｋ11・ＱbX＋Ｋ12・ＱbY＋Ｋ13・ＱbZ （４）’ Ｑb0Y＝Ｋ21・ＱbX＋Ｋ22・ＱbY＋Ｋ23・ＱbZ （５）’ Ｑb0Z＝Ｋ31・ＱbX＋Ｋ32・ＱbY＋Ｋ33・ＱbZ （６）’ Ｑc0X＝Ｋ11・ＱcX＋Ｋ12・ＱcY＋Ｋ13・ＱcZ （７）’ Ｑc0Y＝Ｋ21・ＱcX＋Ｋ22・ＱcY＋Ｋ23・ＱcZ （８）’ Ｑc0Z＝Ｋ31・ＱcX＋Ｋ32・ＱcY＋Ｋ33・ＱcZ （９）’ を演算することにより座標変換された位置Ｑc0，Ｑc0，
Ｑc0を上顎骨に対する下顎骨の相対的位置として得る。
なお、この場合も、並進成分は除去してある。
【００４６】次に、ステップ５０５にて、メモリに記憶
されている下顎骨の三次元サーフェスデータＤをステッ
プ５０４にて演算された下顎骨の相対的位置Ｑa0，
Ｑb0，Ｑ c0で規定される座標系に変換する。具体的に
は、標識要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃの各位置を下顎骨
の相対的位置Ｑa0，Ｑb0，Ｑc0に合致させるように三次
元サーフェスデータＤを標識要素３２ａ，３２ｂ，３２
ｃとの相対的位置関係を保持したまま座標変換する。
されている下顎骨の三次元サーフェスデータＤをステッ
プ５０４にて演算された下顎骨の相対的位置Ｑa0，
Ｑb0，Ｑ c0で規定される座標系に変換する。具体的に
は、標識要素３２ａ，３２ｂ，３２ｃの各位置を下顎骨
の相対的位置Ｑa0，Ｑb0，Ｑc0に合致させるように三次
元サーフェスデータＤを標識要素３２ａ，３２ｂ，３２
ｃとの相対的位置関係を保持したまま座標変換する。
【００４７】次に、ステップ５０６にて、座標変換され
た下顎骨の三次元サーフェスデータをディスプレイ装置
２に表示する。
た下顎骨の三次元サーフェスデータをディスプレイ装置
２に表示する。
【００４８】そして、ステップ５０７にてルーチンは終
了する。
了する。
【００４９】尚、図５のルーチンを繰り返せば、下顎骨
の時間的経過を表示できる。また、ステップ５０６にて
上顎骨の三次元サーフェスデータＵも併せて表示でき
る。この場合には、上顎骨の表示は固定である。
の時間的経過を表示できる。また、ステップ５０６にて
上顎骨の三次元サーフェスデータＵも併せて表示でき
る。この場合には、上顎骨の表示は固定である。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
学式顎運動測定装置により顎運動データを得ているの
で、顎関節を患った対象者にとっても負担を軽くでき
る。また、標識要素を球体としたので、座標変換された
三次元データの誤差を小さくできる。
学式顎運動測定装置により顎運動データを得ているの
で、顎関節を患った対象者にとっても負担を軽くでき
る。また、標識要素を球体としたので、座標変換された
三次元データの誤差を小さくできる。
【図１】本発明に係る三次元顎運動表示装置の実施の形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図２】図１の光学式顎運動測定装置の治具の拡大図で
ある。
ある。
【図３】図１のコンピュータによるＸ線ＣＴデータ処理
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るＸ線ＣＴ画像データの一例を示す
図である。
図である。
【図５】図１のコンピュータによる三次元顎運動表示装
置を示すフローチャートである。
置を示すフローチャートである。
【図６】従来の三次元顎運動表示装置を示す図である。
【図７】図６のコンピュータによるＸ線ＣＴデータ処理
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図８】図６のコンピュータによる三次元顎運動表示装
置を示すフローチャートである。
置を示すフローチャートである。
【図９】図６の三次元顎運動表示装置の下顎骨の表示の
例を示す図である。
例を示す図である。
１…コンピュータ ２…ディスプレイ装置 ３…光学式顎運動測定装置 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…標
識要素 ３３，３４…ＣＣＤカメラ １０１…コンピュータ １０２…ディスプレイ装置 １０３…機械式顎運動測定装置
識要素 ３３，３４…ＣＣＤカメラ １０１…コンピュータ １０２…ディスプレイ装置 １０３…機械式顎運動測定装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F034 AA19 AB01 AB03 AC14 BA09 4C052 AA20 BB14 DD09 GG06 JJ10 LL07 NN03 NN15 5B057 AA07 AA09 BA02 BA03 CA13 CB13 DA04 DA07 DB03
Claims (12)
- 【請求項１】 上顎骨の少なくとも３つの標識要素（３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ）及び下顎骨の少なくとも３つの
標識要素（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）の運動を光学的に
測定する光学式運動測定装置（３）と、 該測定された上顎骨の標識要素に対する前記測定された
下顎骨の標識要素の相対的位置（Ｑao，Ｑbo，Ｑco）を
演算する相対的位置演算手段と、 前記下顎骨の標識要素の位置と前記下顎骨の三次元デー
タとの対応を入力する三次元データ入力手段と、 前記対応の下顎骨の位置を前記下顎骨の相対的位置に移
動することにより前記下顎骨の三次元データを変換する
変換手段と、 前記変換された下顎骨の三次元データを表示する表示手
段とを具備する三次元顎運動表示装置。 - 【請求項２】 前記光学式顎運動表示装置は、 前記上顎骨の標識要素を固定した治具（３１）と、 前記下顎骨の標識要素を固定した治具（３２）と、 前記標識要素の三次元の位置を検出するためのカメラ手
段（３３，３４）とを具備する請求項１に記載の三次元
顎運動表示装置。 - 【請求項３】 前記各標識要素は球体である請求項１に
記載の三次元顎運動表示装置。 - 【請求項４】 前記各標識要素は発光ダイオードを具備
する請求項１に記載の三次元顎運動表示装置。 - 【請求項５】 前記相対的位置演算手段は、 前記上顎骨の標識要素の位置（Ｐa，Ｐb，Ｐc）を固定
位置（Ｐa0，Ｐb0，Ｐc 0）へ座標変化するための変換座
標マトリクス係数（ｋij）を演算する演算手段と、 前記下顎骨の標識要素の位置（Ｑa，Ｑb，Ｑc）を前記
座標変換マトリクス係数を用いて座標変換して前記下顎
骨の標識要素の相対的位置とする座標変換手段とを具備
する請求項１に記載の三次元顎運動表示装置。 - 【請求項６】 前記三次元データ入力手段によって入力
される前記下顎骨の標識要素の位置及び前記下顎骨の三
次元データはＸ線ＣＴ画像データである請求項１に記載
の三次元顎運動表示装置。 - 【請求項７】 前記各標識要素は前記Ｘ線ＣＴ画像デー
タの撮影間隔より大きい直径の球体である請求項６に記
載の三次元顎運動表示装置。 - 【請求項８】 さらに、前記下顎骨の三次元データをデ
ラウニー分割を利用した有限要素法により三次元サーフ
ェスデータに加工する加工手段を具備する請求項１に記
載の三次元顎運動表示装置。 - 【請求項９】 上顎骨及び下顎骨の運動を光学的に測定
して得られた光学式顎運動データを入力する工程と、 該光学式顎運動データに基づいて前記上顎骨に対する前
記下顎骨の相対的位置（Ｑa0，Ｑb0，Ｑc0）を演算する
工程と、 前記下顎骨の三次元データを入力する工程と、 前記下顎骨の三次元データを前記下顎骨の相対的位置に
よって規定される座標系に変換する工程と、 前記変換された下顎骨の三次元データを表示する工程と
を具備する三次元顎運動表示方法。 - 【請求項１０】 さらに、前記下顎骨の三次元データを
デラウニー分割を利用した有限要素法により三次元サー
フェスデータに加工する加工手段を具備する請求項９に
記載の三次元顎運動表示装置。 - 【請求項１１】 上顎骨及び下顎骨の運動を光学的に測
定して得られた光学式顎運動データを入力する手段と、 該光学式顎運動データに基づいて前記上顎骨に対する前
記下顎骨の相対的位置（Ｑa0，Ｑb0，Ｑc0）を演算する
手順と、 前記下顎骨の三次元データを入力する手順と、 前記下顎骨の三次元データを前記下顎骨の相対的位置に
よって規定される座標系に変換する手順と、 前記変換された下顎骨の三次元データを表示する手順と
を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ
読取可能な記憶媒体。 - 【請求項１２】 さらに、前記下顎骨の三次元データを
デラウニー分割を利用した有限要素法により三次元サー
フデータ加工する手順を具備する請求項１１に記載の記
憶媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29508399A JP2001112743A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 三次元顎運動表示装置、方法及び三次元顎運動表示プログラムを記憶した記憶媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29508399A JP2001112743A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 三次元顎運動表示装置、方法及び三次元顎運動表示プログラムを記憶した記憶媒体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001112743A true JP2001112743A (ja) | 2001-04-24 |
Family
ID=17816103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29508399A Pending JP2001112743A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 三次元顎運動表示装置、方法及び三次元顎運動表示プログラムを記憶した記憶媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001112743A (ja) |
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-
1999
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