JP2006314580A - 顎模型の造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 骨造形部の外形及び歯根造形部の外形を正確に再現し、骨造形部の内部に存在する歯根造形部に係わる外形を含む情報を骨造形部の外から的確かつ十分に把握できるようにする。
【解決手段】 画像データＤｖをフィルタ処理することにより、骨部に係わる３次元モデルデータＤｏ及び歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉを得、光造形装置Ｍｍに、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを付与するとともに、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを同一原点に設定し、かつ透明又は半透明の光造形樹脂に対して、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉにより同時に光造形処理することにより、骨造形部Ａｏの内部に歯根造形部Ａｉが存在する顎模型Ａを光造形する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人体の顎部位を撮像して得る３次元に係わる画像データを光造形装置に入力して顎模型を光造形する顎模型の造形方法に関する。

一般に、歯科医療の分野では、欠損歯が発生した際に、顎骨部に歯根部に対応するインプラントを埋め込み、このインプラントに義歯を装着することにより欠損歯を補うようにしたインプラント埋込手術が知られており、通常、この手術には、患者の顎部位を正確に模したインプラント埋込手術用模型（顎模型）が用いられる。

従来、この種の顎模型を製作する手法としては、患者の顎部位（頭部下部）を、ＣＴ装置，ＭＲＩ装置等のスライス（断層）データを得る撮像装置により撮像して３次元画像データを得るとともに、この３次元画像データを利用することにより、光造形装置により顎模型を造形する方法が知られている。

例えば、特開平１１−２４９５４８号公報に開示されるデンタルインプラント埋入手術用顎模型は、顎の形状・形態を再現した顎模型であって、顎骨を再現した疑似顎骨と、顎骨の周りの口腔内軟組織を想定し再現したゴム質材料で構成される疑似口腔内軟組織よりなり、この疑似口腔内軟組織として骨膜を想定し再現した疑似骨膜と、歯肉を想定し再現した疑似歯肉と、粘膜を想定し再現した疑似粘膜とを備え、疑似顎骨の周りに疑似骨膜、疑似歯肉、疑似粘膜よりなる疑似口腔内軟組織が形成されるデンタルインプラント埋入手術用顎模型において、疑似顎骨として、デンタルインプラント埋入手術を行う患者のＣＴ画像又はＭＲＩ画像に基づき、かつ光造形法によって形成された光造形モデルが用いられるとともに、疑似顎骨の周りの全面を覆うように疑似骨膜、疑似歯肉、疑似粘膜よりなる疑似口腔内軟組織が形成されたものである。
特開平１１−２４９５４８号

しかし、上述した従来のインプラント埋込手術用模型（顎模型）を造形する方法は、次のような問題点があった。

即ち、顎模型の光造形を行う場合、ＣＴ装置，ＭＲＩ装置等から得るスライスデータに基づく３次元画像データを利用し、この３次元画像データを光造形装置に入力して光造形処理を行うが、実際に光造形される造形品である顎模型は、外形に関しては正確に再現されるものの、図６に写真で示すように、内部における歯根部をほとんど認識できない状態で光造形されるなど、顎模型として適切かつ十分な情報が得れる造形品を光造形することができない問題があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した顎模型の造形方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る顎模型Ａの造形方法は、上述した課題を解決するため、人体の顎部位を撮像して得る３次元に係わる画像データＤｖを光造形装置Ｍｍに入力して顎模型を光造形するに際し、画像データＤｖをフィルタ処理することにより、骨部に係わる３次元モデルデータＤｏ及び歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉを得、光造形装置Ｍｍに、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを付与するとともに、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを同一原点に設定し、かつ透明又は半透明の光造形樹脂に対して、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉにより同時に光造形処理することにより、骨造形部Ａｏの内部に歯根造形部Ａｉが存在する顎模型Ａを光造形するようにしたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、画像データＤｖとしては、ＣＴ装置Ｍｘ，ＭＲＩ装置等のスライスデータを得ることができる撮像装置（Ｍｘ）の画像データを用いることができる。また、歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉには、骨部に係わる３次元モデルデータＤｏに付加される正のデータ又は骨部に係わる３次元モデルデータＤｏから除去される負のデータのいずれかを用いることができる。

このような手法による本発明に係る顎模型Ａの造形方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 骨造形部Ａｏの外形及び歯根造形部Ａｉの外形が正確に再現されるとともに、骨造形部Ａｏの内部に存在する歯根造形部Ａｉに係わる外形を含む情報を、透明又は半透明の光造形樹脂により造形される骨造形部Ａｏの外側から的確かつ十分に把握することができ、特に、インプラント埋込手術用模型の造形に用いて最適となる。

（２） 好適な態様により、画像データＤｖとして、ＣＴ装置Ｍｘ，ＭＲＩ装置等のスライスデータを得ることができる撮像装置（Ｍｘ）の画像データを用いれば、特別な追加装置を用いることなく、ソフトウェア上のデータ処理により容易かつ低コストで実現することができる。

（３） 好適な態様により、歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉとして、骨部に係わる３次元モデルデータＤｏに付加される正のデータ又は骨部に係わる３次元モデルデータＤｏから除去される負のデータのいずれかを用いれば、必要により光造形樹脂の種類や透明状態（着色状態）等に適したデータ種を選択できる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る顎模型Ａの造形方法に用いる造形システム１について、図２を参照して説明する。

造形システム１は、大別して、ＣＴ装置（ＣＴスキャナ）Ｍｘ，光造形装置Ｍｍ及び処理コンピュータＭｃを備える。ＣＴ装置Ｍｘは、人体の顎部位を撮像する撮像装置を構成し、顎部位のスライスデータ（断層データ）を得ることにより３次元に係わる画像データＤｖを出力する。このＣＴ装置Ｍｘは、ＣＴスキャナであればよく、ヘリカルやスパイラル形式であることを要しない。しかし、スライスデータは、画像データＤｖの基礎となるため、３次元モデルを構築するための十分な細かさでスライス画像（断層画像）が撮影されることが望ましい。

また、光造形装置Ｍｍは、データ処理系１０と光造形装置本体１５を備える。データ処理系１０は、実質的なコンピュータ機能を有しており、後述する二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉが付与されるインターフェイス、又はＣＤ，ＭＯドライブ等の入力部１１，各種処理及び各種制御を行うＣＰＵ及びメモリ等を含むデータ処理部１２，表示部（液晶ディスプレイ等）１３，操作部を含む設定部（タッチパネル，キーボード等）１４を備えるとともに、メモリには、本発明に係る造形方法を光造形装置Ｍｍにおいて実行するための制御プログラムＰｃが格納されている。さらに、光造形装置本体１５は、透明又は半透明の光造形樹脂（光硬化性樹脂）を収容するタンク，レーザービーム（紫外線レーザー光）を投射するレーザー発光器，レーザー発光器から投射されたレーザービームの方向制御等を行うスキャナー，昇降制御されるエレベータ等を備え、光造形装置Ｍｍにおける主要機構部が含まれる。

一方、処理コンピュータＭｃは、一般的なパソコン（パーソナルコンピュータ）を利用できる。処理コンピュータＭｃは、各種処理及び各種制御を行うＣＰＵ及びメモリ等を含むデータ処理部（コンピュータ本体）２１を備え、このデータ処理部２１は、少なくともＣＴ装置Ｍｘから付与される画像データＤｖをフィルタ処理、具体的には、画像データＤｖから骨部に係わる３次元モデルデータＤｏ及び歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉをそれぞれ選択してフィルタリング（抽出）する機能を有する。また、処理コンピュータＭｃは、表示部（液晶ディスプレイ等）２２，設定部（キーボード，マウス等）２３を備えるとともに、メモリには、本発明に係る造形方法を処理コンピュータＭｃにおいて実行するための処理プログラムＰｓが格納されている。

なお、２４は、処理コンピュータＭｃにより処理して得られた二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを出力するデータ出力部である。このデータ出力部２４と入力部１１は所定のインターフェイスを介して接続されることにより、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉがデータ出力部２４から入力部１１に直接転送される形式であってもよいし、データ出力部２４から出力する二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを一旦外部記憶メディア（ＣＤ，ＭＯ等）に記憶させ、この外部記憶メディアを介して入力部１１に付与してもよい。また、データ出力部２４と入力部１１を接続する際の接続方式は、有線式であってもよいし無線式であってもよい。

次に、このような造形システム１を用いた本実施形態に係る顎模型Ａの造形方法について、図２〜図５を参照して説明する。図１は、同造形方法の処理手順を示すフローチャートである。

まず、ＣＴ装置Ｍｘにより被検者（患者）の顎部位（頭部下部）を撮像する（ステップＳ１）。ＣＴ装置Ｍｘでは、３次元モデルを構築するための十分な細かさでスライス画像（断層画像）が撮影され、スライスデータが得られる。この場合、顎部位を撮像するに適したＸＹ画素数（ピクセル），１画素あたりの寸法（ｍｍ／ピクセル），連続するスライス画像（スライスデータ）の相対位置間隔等の撮像条件が設定される。また、５１２×５１２マトリクスのＣＴ画像では、多くの場合、ＣＴ値が、「＋４０００」〜「−１９９９」に設定されることにより、対応する画素値にデータ変換される。因に、水のＣＴ値は「０」、空気のＣＴ値は「−１０００」である。なお、撮影時には顎部位（被検者）が動かないように留意する。全てのスライス画像にわたって、画像上における顎部位の位置が揃っている必要があり、揃っていない場合には、ブレが生じた不正確な顎模型が造形される。これにより、ＣＴ装置Ｍｘからは、スライスデータに基づく３次元に係わる画像データＤｖが出力する（ステップＳ２）。

一方、ＣＴ装置Ｍｘから出力する画像データＤｖは、処理コンピュータＭｃに取り込まれる（ステップＳ３）。処理コンピュータＭｃでは、データ処理部２１により画像データＤｖに対するフィルタ処理が行われる。即ち、第一のしきい値（第一のフィルタ範囲）が設定され、画像データＤｖから骨部データの抽出（フィルタリング）が行われる（ステップＳ４）。この場合、骨部の画素値は、「＋５００」以上でフィルタリング可能であるため、「＋５００」〜「＋（５００＋Ｎ）」のフィルタ処理により骨部データの抽出が可能である。これにより、スライスデータの再構築による骨部の３次元ＣＴデータ化が行われ、骨部に係わる３次元モデルデータＤｏを得る（ステップＳ５）。

同様に、第二のしきい値（第二のフィルタ範囲）が設定され、画像データＤｖから歯根部データの抽出（フィルタリング）が行われる（ステップＳ６）。この場合、歯根部の画素値は、「＋１５００」以上でフィルタリング可能であるため、「＋１５００」〜「＋（１５００＋Ｎ）」のフィルタ処理により歯根部データの抽出が可能である。これにより、スライスデータの再構築による歯根部の３次元ＣＴデータ化が行われ、歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉを得る（ステップＳ７）。

これらのフィルタ処理は、処理プログラムＰｓにより実行され、フィルタリング条件等の必要な処理条件は、設定部２３により予め設定される。よって、骨部に係わる３次元モデルデータＤｏ及び歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉがそれぞれ個別に得られるため、得られた二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉは、データ出力部２４から出力する（ステップＳ８）。この場合、例えば、ＣＤ等の外部記憶メディアに記憶させる際には、独立した二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉがそれぞれ個別に記憶されることになる。即ち、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを画像として表示した場合には、図３に示す３次元モデルデータＤｏに係わる骨部画像と３次元モデルデータＤｉに係わる歯根部画像の二つがそれぞれ独立して個別に表示可能となる。

次いで、得られた二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉは、入力部１１を介して光造形装置Ｍｍに入力する（ステップＳ９）。したがって、光造形装置Ｍｍは、異なる独立した二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを所持することになる。一方、光造形処理を行う際には、データ処理部１２により、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを同一原点に設定する（ステップＳ１０）。同一原点に設定するとは、両者の相対位置を完全に一致させる意味である。そして、透明（又は半透明）の光造形樹脂に対して、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉにより同時に光造形処理を実行させる（ステップＳ１１）。この場合、光造形装置本体１５のタンクには、予め、透明性（又は半透明性）を有する、例えば、エポキシ系の光造形樹脂（光硬化性樹脂）を収容する。本実施形態では、後述するように、骨造形部の内部に存在する歯根造形部に係わる外形を含む情報を、骨造形部の外側から的確かつ十分に把握することができるようにするため、透明（又は半透明）の光造形樹脂の使用は必須である。

これにより、光造形処理は、光造形装置本体１５において、透明（又は半透明）の光造形樹脂に対して、レーザー発光器からスキャナーを介してレーザービームが投射され、骨部と歯根部が同時に光造形されるも、個別に所持する二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉに基づいて光造形される。これらの光造形処理は、制御プログラムＰｃにより実行され、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉを同一原点に設定するなどの必要な設定は、設定部１４により行う。

そして、光造形処理が終了したなら、洗浄，サポート取り等の仕上処理を行うことにより、目的の顎模型を完成させることができる（ステップＳ１２）。このようにして得られた顎模型Ａを図３に示す。また、実際に得られた顎模型の写真を図４及び図５に示す。図４は斜視方向からの写真であり、図６に示す従来の方法で造形した顎模型の写真と対比可能である。一方、図５は底面方向からの拡大写真である。

よって、図３及びこれらの写真（図４及び図５）から明らかなように、本実施形態により造形した顎模型Ａによれば、骨造形部Ａｏの外形及び歯根造形部Ａｉの外形が正確に再現されるとともに、骨造形部Ａｏの内部に存在する歯根造形部Ａｉに係わる外形を含む情報を、透明又は半透明の光造形樹脂により造形される骨造形部Ａｏの外側から的確かつ十分に把握することができる。したがって、特に、インプラント埋込手術用模型の造形に用いて最適となる。また、画像データＤｖとして、ＣＴ装置Ｍｘのスライスデータに基づく画像データを用いたため、特別な追加装置を用いることなく、ソフトウェア上のデータ処理により容易かつ低コストで実現することができる利点がある。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、骨部とは、歯根部を除く部位の意味であり、純粋な骨部のみではなく、骨部及びその周辺の組織を含む概念である。したがって、目的とする顎模型Ａの全体形状等に対応して任意にフィルタリング条件を設定することができる。また、処理コンピュータＭｃは別途のパソコンを使用する場合を例示したが、ＣＴ装置Ｍｘ或いは光造形装置Ｍｍに内蔵するコンピュータを利用してもよい。さらに、半透明の光造形樹脂とは、乳白色或いは赤や青等の着色状態も含む概念である。一方、二種の３次元モデルデータＤｏ，Ｄｉにおける歯根部の３次元モデルデータＤｉとして正のデータを利用、即ち、骨造形部Ａｏに対して歯根造形部Ａｉが積極的に付加される形態を例示したが、歯根部の３次元モデルデータＤｉとして負のデータを利用してもよい。したがって、この場合、骨造形部Ａｏに対して歯根造形部Ａｉに相当部位が除去されることになり、いわば歯根造形部Ａｉは空気層により形成されることになる。よって、歯根部に係わる３次元モデルデータＤｉは、骨部に係わる３次元モデルデータＤｏに付加される正のデータ又は骨部に係わる３次元モデルデータＤｏから除去される負のデータのいずれかの利用が可能になることから、必要により光造形樹脂の種類や透明状態（着色状態）等に適したデータ種を選択できる。

他方、撮像装置として、ＣＴ装置Ｍｘを例示したが、ＭＲＩ装置等、同様のスライスデータを得ることができる各種撮像装置を利用できる。さらに、顎模型Ａとして、インプラント埋込手術用模型を例示したが、教育用模型をはじめ、医療以外の各種用途の顎模型に利用することができる。

本発明の最良の実施形態に係る顎模型の造形方法を説明するためのフローチャート、 同造形方法を実施できる造形システムのブロック系統図、 同造形方法の原理説明図、 同造形方法により造形した顎模型の斜視方向の写真、 同造形方法により造形した顎模型の底面方向の拡大写真、 背景技術に係る造形方法により造形した顎模型の斜視方向の写真、

符号の説明

Ａ 顎模型
Ａｏ 骨造形部
Ａｉ 歯根造形部
Ｄｖ 画像データ
Ｄｏ 骨部に係わる３次元モデルデータ
Ｄｉ 歯根部に係わる３次元モデルデータ
Ｍｍ 光造形装置
Ｍｘ ＣＴ装置

Claims (3)

1. 人体の顎部位を撮像して得る３次元に係わる画像データを光造形装置に入力して顎模型を光造形する顎模型の造形方法において、前記画像データをフィルタ処理することにより、骨部に係わる３次元モデルデータ及び歯根部に係わる３次元モデルデータを得、前記光造形装置に、前記二種の３次元モデルデータを付与するとともに、前記二種の３次元モデルデータを同一原点に設定し、かつ透明又は半透明の光造形樹脂に対して、前記二種の３次元モデルデータにより同時に光造形処理することにより、前記骨造形部の内部に前記歯根造形部が存在する顎模型を光造形することを特徴とする顎模型の造形方法。
2. 前記画像データとして、ＣＴ装置，ＭＲＩ装置等のスライスデータを得ることができる撮像装置の画像データを用いることを特徴とする請求項１記載の顎模型の造形方法。
3. 前記歯根部に係わる３次元モデルデータは、前記骨部に係わる３次元モデルデータに付加される正のデータ又は前記骨部に係わる３次元モデルデータから除去される負のデータのいずれかを用いることを特徴とする請求項１記載の顎模型の造形方法。