JP2010524529A - 顔面解析を用いた特注歯セットアップのコンピュータ支援作成 - Google Patents

Abstract

患者の歯科治療の自動的または半自動的計画のための方法は、（ａ）治療すべき部位についてのデータと患者の顔面についてのデータとを得るステップと、（ｂ）少なくとも患者の顔面の特性を決定するために、当該データのコンピュータ支援顔面解析を行うステップと、（ｃ）決定された顔面特性を利用する保存された規則のセットを使用して、修正された歯セットアップを作成するステップと、を含む。三次元表示は、修正された歯セットアップおよび治療部位を取囲む患者の顔面の外観をシミュレートする。また当該方法は、現存する歯の特性を判定し、患者の現存する歯にも基づく修正された歯セットアップを作成する。当該方法は、ワークステーション上で作動するソフトウエアとして実現することができる。

Description

発明の分野
本発明は概して、歯科治療の計画に使用されるコンピュータ技術の分野と、患者に最適化された歯（および軟組織）セットアップを計画するためのコンピュータソフトウエアツールと、患者に最適化された歯（および軟組織）セットアップを計画するシステムおよび方法とに関する。

発明の背景
歯科治療または歯列矯正治療について、正写図（orthopantograms）（歯科Ｘ線）、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）スキャン、またはデジタル写真などの１つ以上の撮像様式を一般に使用して、患者の状態を解析し、診断し、かつ文書化する。近年、患者のデジタル情報は、治療の計画段階にも入り込んでいる。医療用（ＣＴ）画像において歯科インプラント配置をシミュレートするためのいくつかのソフトウエア解決法があり（シムプラント（登録商標）、マテリアリーセ、ベルギー国）、デジタル化された患者の歯列についての情報を用いて歯列矯正治療をシミュレートすることができ（ＯｒｔｈｏＣＡＤ（登録商標）、カデント、米国；インビザライン（登録商標）、アラインテクノロジー、米国）、顎顔面再建を仮想環境において計画することができる（シムプラント（登録商標）ＣＭＦ、マテリアリーセ、ベルギー国）。これらの解決法は、臨床医が機能的レベルにおいて異なる代替案を試みるための強力な手段を与えるが、審美的レベルにおけるこれらの代替案の影響は、一般に明白であるとは言い難い、または臨床的手法を選択する際に完全に無視される場合がある。

ＷＯ２００４／０９８３７８およびＷＯ２００４／０９８３７９は、ＣＴスキャン、Ｘ線および写真などのいくつかの撮像源を用いて患者の仮想三次元モデルを作成するためのワークステーションについて記載している。ソフトウエアツールによって、訓練を受けたユーザが当該モデルを操作して、歯列矯正治療などによる歯の位置の変化をシミュレートすることが可能となる。これらの文献に記載されているツールは、治療を計画するのに使用することができ、治療の成果のシミュレーションを患者に提示することができる。しかし、これらのツールは治療計画における大幅な自由度をユーザに与え、ユーザが下すべき決定が多いため、治療を計画するには熟練したユーザが依然として必要である。

したがって、本発明は、患者の歯科治療を計画する改良された方法を提供することを追求する。

本発明の目的は、歯科治療を計画するためのコンピュータを用いた方法およびシステムと、患者に最適化された歯（および軟組織）セットアップを計画するためのコンピュータソフトウエアツールとを提供することである。

本発明の第一の局面は、患者の歯科治療の自動的または半自動的計画のための方法を提供する。当該方法は、
（ａ）治療すべき部位についてのデータと患者の顔面についてのデータとを得るステップと、
（ｂ）少なくとも患者の顔面の特性を判定するために、当該データのコンピュータ支援顔面解析を行うステップと、
（ｃ）判定された顔面特性を利用する保存された規則のセットを使用して、修正された
歯セットアップを作成するステップと、を含む。

本願の目的について、「歯科治療」という用語は、限定はしないが、生来の歯に対する補綴再建（歯冠およびブリッジ、被覆）、脱着可能な補綴、インプラントによって支持された補綴再建、軟組織（すなわち患者の歯肉、粘膜および歯茎）の補正、ならびに歯列矯正治療、すなわち歯の位置を補正するための治療を含む。

本発明は、審美的に満足を与えかつ臨床的に妥当な結果をもたらすためには、患者の顔面に即して歯科治療を計画する必要があると認識している。また本発明は、これを実現するためのツールを、顔面の特色についてコンピュータ支援解析を行うことと、最適な歯および軟組織セットアップを作成するために保存されている規則の使用とによって提供する。これにより、修正された歯および軟組織セットアップを作成するプロセスが大幅に簡略化される。

好ましくは、当該方法はさらに、少なくとも修正された歯セットアップを有する治療部位の外観をシミュレートする三次元表示を生成するステップを含む。三次元表示は、好ましくは、治療部位を取囲む患者の顔面の外観もシミュレートする。これによって、患者は、修正された歯および軟組織セットアップの治療後の効果を治療に先立って確認することができる。好ましくは、三次元表示は、修正されたセットアップにおいて使用される補綴歯に対して色および質感を使用することによって、可能な限り実物様である。周囲の顔面特徴（たとえば唇）に対する、修正された歯および軟組織セットアップの効果も、三次元表示を用いて示すことができる。これによって、臨床的治療の種類を選択した後またはより理想的には選択する前に、患者が歯科治療の審美的成果を評価することが可能となる。たとえば、歯科インプラントによる治療、歯冠およびブリッジを用いた治療、ならびに脱着可能な補綴を用いた治療の選択が患者に提供され得、これらの治療選択肢の各々を視覚化することができる。このような手法は患者にとって非常に有益であり、患者は早い段階で判定プロセスに一層関与し、異なる代替案（たとえば、歯の研磨に対して、ブリッジを固定させるためのインプラント配置；歯の剥離に対して、歯列弓に沿った叢生を解決するための抜歯など）の審美的な影響について、より良く告知される。

本発明の機能性は、ソフトウエア、ハードウエア、またはこれらの組合せにおいて実現することができる。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウエアと、適切にプログラミングされたプロセッサとによって実現することができる。したがって、発明の別の局面は、コンピュータまたはプロセッサによって実行されると当該方法を実現する指示（コード）を含むソフトウエアを提供する。当該ソフトウエアは、電子メモリデバイス、ハードディスク、光ディスクもしくはいずれかの他の機械で読取り可能な記憶媒体上に触知可能に具体化することができる、またはネットワーク接続によってコンピュータもしくはプロセッサにダウンロードされ得る。

発明のさらなる局面は、当該方法を実行するための装置を提供する。
発明の実施形態を、例示のみを目的として添付の図面を参照して説明する。

本発明を実現するためのワークステーションの概略図である。 本発明の一実施形態に係る方法のフローチャートである。 三次元写真とデジタル化された石膏型とを顔弓を用いて位置合せする一方法を示す図である。 上顎切歯の幅が鼻底の幅に等しくなるであろう審美的規則の一例を示す図である。 咬合時に、眉毛と鼻底との距離が鼻底と頤の頂点との距離に等しくなるであろう審美的規則の一例を示す図である。 上顎犬歯の咬頭を結ぶ咬合面または線が瞳孔間線と平行になるであろう審美的規則の一例を示す図である。 微笑時のバッカルコリダー（buccal corridor）を示す図である。 分類１の臼歯関係の一例を示す図である。 補綴歯の機能的特性を修正する一例を示す図である。 補綴歯の機能的特性を修正する一例を示す図である。 補綴歯の機能的特性を修正する一例を示す図である。 ライブラリ歯による欠損歯の再建を示す図である。 ライブラリ歯に質感を適用して、再建される歯の実物様表示を示す図である。 再建される歯の代替的な図である。

好ましい実施形態の説明
本発明を特定の実施形態およびある図面を参照して説明するが、発明はそれに限定されず、請求項によってのみ限定される。説明される図面は概略的なものに過ぎず、限定的なものではない。図面において、例示目的のために、一部の要素の寸法が誇張され、一律の縮尺で描かれていない場合がある。「備える」という用語が本説明および請求項において用いられているが、他の要素または工程を排除するものではない。さらに、本説明および請求項における第１、第２、第３等の用語は、同様の要素を区別するために用いられており、連続的なまたは時間的な順序を説明するためのものとは限らない。このように用いられる用語は適切な状況下で交換可能であり、本明細書において説明する発明の実施形態は、本明細書において説明または図示されるものとは異なる順番で動作可能であると理解される。

図１は、本発明の一実施形態を実現するためのシステムを概略的に示す。当該システムは、汎用ＰＣなどのコンピュータワークステーション２０の形態を取り得、ワークステーション２０は、プロセッサ２２、メモリ／記憶装置２４およびディスプレイ１０を有する。本発明を実現するためのソフトウエア２５がメモリ２４に保存されており、プロセッサ２２によって実行される。ユーザは、キーボード２１、マウス２３または他の入力装置、たとえばグラフィックスタブレットもしくは電子ペンを用いてワークステーションと対話することができる。ワークステーション２０は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ３１、歯科Ｘ線機械３２、デジタルカメラ３３、および光学スキャナ３４などの多様な撮像源からの入力を受取る。撮像源３１〜３４の各々はユーザによって操作され、画像データを取得し、次いで当該データをワークステーションに送ることができる。代替的に、撮像源３１〜３４の１つ以上はワークステーション２０の制御下にあり得、ワークステーション２０はこれらの撮像源の動作を自動的に制御して、画像データを取得する。一例として、ワークステーション２０は、デジタルカメラ３０を制御して、患者についての３枚の所定の図の各々から像を取得することができる。各撮像源から取得された画像データ３０は、取得された状態の未処理フォーマットで保存することができる、または他のソースからの画像データとより簡単に組合せることができるフォーマットに変換されるように処理することができる。当該データ（未処理もしくは処理済みフォーマット）はワークステーション２０内の３５、または外部記憶装置もしくはワークステーション２０にネットワーク接続されたサーバなどのワークステーション外部に保存することができる。患者についての他のデータ３７、たとえば医療履歴も３５に保存することができる。

撮像源３１〜３４から取得された画像データ３０は、少なくとも治療すべきヒトの体の部位の実物様表示である仮想三次元モデル５６を生成するのに使用される。典型的に、当該部位は、患者の顎、（残存している場合は）歯、ならびにこれらの部分を取囲む軟組織
、たとえば歯肉、唇および顔の外面の皮膚である。三次元モデルの範囲は、治療すべき部位および当該部位を直接取囲む軟組織だけに限定することができる、またはユーザの顔面および頭部全体に拡張することができる。

図２は、発明の一実施形態に係る治療を計画する方法の主要なステップを概説するフローチャートを示す。各ステップを詳細に説明する。
画像データの取得（ステップ６０、６１、図２）
本発明の一実施形態によれば、治療すべき部位について三次元測定を行うことと、測定データを（たとえば、スタンダードトライアンギュレイテッドランゲージ［．ｓｔｌ］フォーマットで）デジタル立体または表面モデルに変換することとによって、三次元モデルが作成される。次いで、同じ部位のデジタル二次元もしくは三次元写真からの画像、または走査された印刷写真からの画像が当該モデル上にマッピングされる。対象物の三次元幾何学的配置／形状とその質感（および任意に色）とを取込むことが可能な光デバイスによって三次元写真が取られる。一般に、当該デバイスは、三次元幾何学的配置／形状を測定するためのレーザスキャナと、質感を撮像するためのカメラとを含む。次いで、三次元幾何学的配置描写および質感が１つの三次元画像に組合される。三次元写真は、固定カメラまたは移動カメラによって取ることができる。後者の場合、対象物のすべての側面（前、左、後および右側）を示す三次元写真が作成される。

三次元測定は、治療すべき部位に対して直接または間接的に行うことができる。直接測定は、患者のＣＴスキャン、または患者の頭部の光学スキャンの形態を取り得る。ＣＴスキャンは、二次元画像の積み重ねを供給することによって、軟組織と骨の両方についての詳細を三次元座標系に示す。これらの二次元画像に基づいて、骨または顔面の三次元モデルを再建することができる。患者の頭部の光学スキャンは、顔面および頭部の外形形状および表面特徴についての情報をもたらすことができる。また、小さい光学スキャナを使用して口腔内領域をスキャンすることができる。

間接的測定は、治療すべき部位の身体複製、たとえば治療すべき部位について取られた印象から製造された石膏型の光学スキャンの形態を取ることができる。測定技術は、限定はしないが、レーザ、白色光等を用いた非接触スキャン、測定プローブを用いた触知スキャン、およびＣＴ、ＭＲＩ、μＣＴ等の容積スキャンを含み得る。本明細書において使用される「ＣＴ」という用語は、対象物が固定されたままで光源および検出器が対象物の周囲を回る医療用ＣＴスキャナを指し、約０．２５ｍｍ以上の画素サイズを有する画像が生じる。「μＣＴ」という用語は、典型的に、対象物が回転し光源および検出器は固定されている非医療用ＣＴスキャナを指し、ＣＴスキャンで実現されるよりも１０〜２０倍小さい典型的な画素サイズを有する画像が生じる。μＣＴは、一般に一層正確な画像が生じ、はるかに細かい詳細を正確に視覚化することもできる。

測定データのデジタルモデルへの変換は、適用される測定技術に応じて、一連の一般に知られているデータ処理技術、たとえば画像セグメント化および点群メッシュ（point cloud meshing）を伴うことになる。異なる撮像源（たとえばＣＴ、光学スキャン…）から導出されたデータは、単一のモデルに組合せる必要がある。まず、各画像データ源から別個のモデルを構築し（たとえば、ＣＴスキャンデータについて１個のモデル、光学スキャンデータについて１個のモデル）、次いで個別のモデルのセットを単一のモデルに組合せる。いくつかの既知の技術のうちの１つを用いてモデルを組合せ得る：
-三次元モデルの一方を他方に対して手作業で並進させ、および／または回転させることによって三次元モデルを互いに位置合せすることができる。当該モデルは、ワークステーション２０のディスプレイ１０上に表示され、オペレータが当該モデルを操作する。
-両方の三次元モデル上の対応する点を示し、かつＮ点位置合せアルゴリズムを適用することによって、三次元モデルを互いに位置合せする。その後、最小二乗位置合せアルゴリ
ズムなどの位置合せ最適化プログラムを用いた位置合せの自動最適化が可能である。
-特徴認識に基づく完全自動位置合せアルゴリズムを用いて、三次元モデルを互いに位置合せする。たとえば、位置合せは、点群(cloud-of-points)技術によって行われ得る、または画像における共通の特徴を自動的に識別することによって行われ得る。

このような技術は、たとえば、P.J.BeslおよびN.D.McKay, 「三次元形状の位置合せのための方法（"A method for registration of 3-d shapes"）」、IEEE Trans. Pat. Anal. And March. Intel 14(2), pp239-256, Feb 1992; R.San-Jose, A.BrunおよびC.-F.Westin, 「強固な一般化された全最小二乗反復最近点位置合せ（"Robust generalized total least squares iterative closest point registration"）」、in C.Barillot, D.R.HaynorおよびP.Hellier (Eds.): MICCAI 2004, LNCS 3216, pp. 234-241, 2004; A.GruenおよびD.Akca, 「最小二乗三次元表面および曲線マッチング（"Least squares 3D surface and curve matching"）」、ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 59(3),
pp 151-174, May 2005に記載されている。

写真（二次元または三次元）は、いくつかの技術のうちの１つを用いて所望の寸法に変倍することができる：
-患者の写真画像を取る間、較正部品、すなわち正確に知られている幾何学的寸法を有する部品をカメラの視野に加えることができる。これにより、後に写真を正確に変倍することが可能となる。
-解剖学的基準距離（たとえば瞳孔間距離…）を使用して写真の変倍係数を判定することによって、写真および三次元モデルに対して測定を行うことができる。
-画像中の基準点または特徴を自動的に検出し、これらを互いに一致するように変倍することによって、変倍を自動的に行うことができる。

二次元または三次元写真をデジタルモデル上にマッピングするために、写真およびデジタルモデルが同一の表面（たとえば写真において視覚可能な歯、顔面の皮膚…）を含む場合は、いくつかの技術のうちの１つを使用し得る：
-手動位置合せ：写真をデジタル化された治療部位と整列させる。当該写真を変倍および並進させることができる。治療部位の三次元表示を回転させることができる。ユーザは、当該表示を回転させて、その配向を写真が取られた角度と一致するように適合させる。写真のサイズが調整され、三次元表示の像と整列するまで画像が並進される。当該ステップは、位置合せを調整するために繰返される。
-半自動位置合せ：ユーザは、当該表示を回転させて、その配向を写真が取られた角度と一致するように適合させる。写真および三次元表示は並べて示される。両方において基準点が指定され、対応する特徴をマークする。最終的なマッピングは、両方の点のセットを整列させるのに必要な最適な変形を求める最小二乗アルゴリズム／ｎ点位置合せ／ＩＣＰ（反復最近点）位置合せと、ＲＢＦ（動径基底関数）最適化手法を用いた基準点の位置およびその間の最小変形での厳密なマッチングとのいずれかによって行われる。
-自動位置合せ：位置合せ適用特徴認識。

同一の表面が利用できない場合（たとえば、無歯の患者の二次元または三次元写真の、上顎および下顎の石膏型のデジタル化された三次元モデルに対するマッピング）、上記の位置合せ技術は使用することができない。これらの場合、優先される手法は、顔弓測定を利用して異なるデータセットをマッピングする。図３を参照し、顔弓は、顎関節に対する上顎弓の位置関係を記録し、この同じ関係で歯型を機械式咬交器の開口軸に配向するために歯科で使用される機械式装置である。顔弓は、互いに取り付けられた２つの金属部分からなる。第１の部分３はバイトフォークと呼ばれ、馬蹄状の形状であり、患者の口に挿入され、上顎と下顎との間に締め付けられる。第２の部分は２つの湾曲要素１，９を含む。第１の湾曲要素１の端部８は、患者の耳道に位置決めされる。第２の湾曲要素９は、患者
の鼻と接触する鼻用ガイドを構成する。バイトフォーク３は、第２の湾曲要素９に固定される。顔弓のすべての部分の現在位置が維持され、次いで、対応する機械式咬交器に石膏型を転写するのに使用される。これは、患者の口から機械式咬交器に咬合を転写するのに使用される顔弓が仮想的に作成され、患者の三次元写真上に位置決めされることを意味する（図３）。バイト位置合せ３はデジタル化もされ、患者の顎のデジタル三次元モデルを三次元写真と同じ座標系において位置合せするのに使用される。二次元写真の場合、仮想顔弓は使用することができず、この場合に優先される方法は、（機械式咬交器で使用される）デフォルト値を使用して患者の顎の三次元モデルを正しい関係で顆頭間軸に位置決めすることであり、患者の顔面の二次元写真上に規定することができる。

上記の方法の代替案として、異なる視点から取得された画像に出現する対象物および特徴を一致させることなどによって、治療すべき部位の三次元モデルを二次元映像シーケンスから直接構築することができる。映像データは本来、取込まれた点の単なる空間座標だけでなく、色、質感等にも関連し得る情報を保持しているため、算出された再建はこれらの特質の各々を反映させるように行うことができ、これによって実物様モデルが実現される。

ステップ６１で作成された複合三次元モデルは、顔面解析が当該モデルを基礎とすることができるように患者の顔面を含むことが好ましい。修正された歯セットアップを計画するのに使用される三次元モデルは実物様である必要はないが、当該情報は、治療の効果をユーザおよび患者に対して視覚化するのに有用であり、当該方法の最終段階６６において描画することができ、治療後の歯セットアップの仮想表示がユーザおよび患者に対して示される。
顔面解析（ステップ６２、６３、図２）
発明の一実施形態によれば、上記の方法のうちの１つで作成された患者の三次元モデルは、顔面および／または治療すべき部位の審美的外観についての情報を判定するために解析される。当該解析は、完全自動または半自動であり得る。半自動解析では、コンピュータプログラムは、顔面解析に必要とされるある解剖学的な点および／または線を患者の顔面上に指定するようユーザを促す。ユーザは、マウス２３、キーボード２１、グラフィックスタブレット、電子ペンなどの入力ツールを使用することによって、これらの点を顔面のグラフィック表示上にマークする。当該プログラムは、次いで、これらのマークされた点の間の測定に基づいて顔面解析を行い、下記のように歯セットアップを自動的に作成または修正する。次の表および図４〜６は、プログラムがユーザにマークするよう促すことができるいくつかの例示的な解剖学的な点を示す。半自動的な実施形態においても、ユーザへの促しや入力なしに、たとえば患者の顔面の全体形状（規則Ａ）および瞳孔間線（規則Ｄ）などの顔面の特徴のいくつかを自動的に判定するように、当該プログラムを設けることができる。

一般的な審美的規則のセットは、顔面解析の結果を使用し、患者の顔面の特定の特色に基づいて、審美的に最適な歯列配置または歯セットアップを作成する。次の表は、１４の実行可能な顔面解析および対応する規則の非網羅的なリストを示す。

上に挙げた解析は、次の広範な分類に当てはまる：顔面の特徴の測定を含む患者の顔面
の審美的特色（Ａ〜Ｇ）；下顎および歯によって判定され得る顔面の審美的特色（Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｍ）；および患者の歯の審美的特色（Ｋ、Ｌ、Ｎ）。審美的特徴の解析は、患者の仮想モデル５６に対して、または患者の画像データ３０の一部、たとえば患者の顔面および歯の写真に対して行うことができる。
機能解析（ステップ６４、６５、図２）
患者の審美的特性の解析を行うのに加え、より「機能的な」患者の特色のコンピュータ支援解析を含むように解析を拡張することができる。この解析に起因する機能的情報は、図２のステップ６３で導出された歯列配置を適合化することができる機能的規則のセットにおいて使用することができる。代替的に、歯列配置は、審美的情報および機能的情報の両方を利用する審美的規則および機能的規則の組合されたセットに直接基づき得る。

次の表は、機能解析および対応する規則の非網羅的なリストを示す。

機能解析は最適な歯の接触に限定されず、広義においては、音声学および生体力学（たとえば最適な歯の負荷）を含み得る。

コンピュータ支援機能解析は、理想的な歯の接点の識別を含み、個々の患者の静的および動的なチェックバイトのデジタル化された情報によって、または仮想咬交器によって行
うことができる。咬交器は、両側の歯列弓の咬合面同士の静的および動的な接触関係を検査するのに使用される機械式機器であり、ヒトの顎関節および顎を表わし、下顎の運動の一部またはすべてをシミュレートするために、上顎および下顎の型が取付けられ得る。顎の形態および下顎の運動に関する異なる設定を咬交器において調整することができる。それらの値は、患者固有のデータまたは文献において既知の平均値を用いて設定される。仮想咬交器は、仮想環境において静的および動的な接触関係を定める。患者固有のデータまたは文献において既知の平均値を用いた設定によって課される幾何学的な制限によって制約される下顎の前方運動、後方運動、左側方運動、右側方運動、開口運動、および閉口運動をシミュレートする。さらに、仮想咬交器は、結果として得られる咬合接触を算出し、視覚化する。代替的に、顎の運動および咬合接触は、患者の既知の目印に対する三次元経路として記録および提供することができる。

図９Ａから図９Ｃは、セットアップの機能的特色がどのように判定され修正されるかについての一例を例示する。図９Ａは、顔面解析および審美的規則の適用に起因する歯セットアップ案を示す。これにより、修正されたセットアップに補綴歯１６が挿入されることになった。歯１６は当初、要素のライブラリ５５のある要素のデフォルト特性などのデフォルト形状および表面特徴を有する。図９Ｂにおいて、新たな歯１６の咬合面が対合歯（たとえば歯１６の真上に示される歯）に対して解析される。解析の結果、歯１６の外側面が、より良い咬合面を呈示するように修正される。図９Ｃは、最適化の結果を示す。

機能的規則および審美的規則の各々は、多かれ少なかれ最終的な歯列に深く影響を与えるために重み付け係数を割り当てることができる。各重み付け係数は、過去の経験に基づく値を有することができる。代替的に、各重み付け係数は、患者を治療するチームによって個別に専門知識にしたがって調整することができる。以下は、重み付け係数をどのように使用することができるかについての実用例である。４本の上顎切歯および両方の犬歯が欠損している患者について歯セットアップを作成しなければならないとする。審美的規則Ｌは、欠損歯の幅について理想的な均整を予測する。審美的規則Ｂは、患者の鼻底の幅に基づいて４本の上顎切歯の全幅を予測する。患者の鼻が非常に小さい場合は規則Ｌが歯の最終的な幅について決定すべきであるため、規則Ｌは、規則Ｂよりも高い重み付け係数を有さなければならない。これにより、残存している上顎第一小臼歯同士の間の欠損歯の正常な均整の取れた幅が得られることになる。この場合に、規則Ｌが規則Ｂよりもはるかに低い重み付け係数を与えられているとすると、残存している上顎第一小臼歯同士の間の間隙を埋めることができるように、非常に厚い犬歯と組合せて非常に小さい上顎切歯が作成されることになる。したがって理想的な均整が考慮されず、審美的に劣った成果が生じることになる。

最適な歯（および軟組織）セットアップを生成するプロセスは、異なる様式で達成することができる：
-歯（および軟組織）セットアップは、審美的規則のすべてまたは一部のみについて反復プロセスで最適化することができる；
-歯（および軟組織）セットアップは、審美的規則のすべてまたは一部の重み付け平均として判定することができる。重み付け係数は、たとえば、最適なセットアップを達成するための審美的規則の重要性を表わす；
-歯（および軟組織）セットアップは、第一のサブセットの規則を用いて判定し、次いで第２のサブセットの規則を用いて最適化することができる。

患者が部分的な歯のセットを有している場合、本発明は、患者が現在歯を欠損している場所に移植歯を仮想的にモデリングする最適な歯列配置を生成することができる。移植歯は、審美的規則および機能的規則にしたがって選択される。図１０は、６本の補綴歯１４のグループが患者の顎のモデルに挿入された例を示す。

また、患者の現存する歯の一部を位置変更することが望ましいこともある。これもモデリングすることができ、位置変更の結果を患者に対して表示することができる。ライブラリ５５は、完全にまたは部分的に無歯の患者に使用するために（さまざまな種類、形状および大きさの）個々の歯と完全なまたは部分的なセットアップとを保存する。ライブラリセットアップの各々は、審美的（および機能的）規則にしたがって適合化することができる、または審美的（および機能的）規則に基づいてライブラリセットアップのうち最良のものを選択し得る。要素のデジタルライブラリ５５は、実物様外観をもたらすために、たとえば色、質感等の規定の特性のデフォルトセットを有することができる。代替的に、このような情報を「無地の」要素上にマッピングして、所望の実物様外観を得てもよい。選択肢の選択は、たとえば、色および質感のパレットを提供するメニューの形態でユーザに提示することができる。図１１は、ライブラリ要素１４に色および質感を適用した後の図１０のモデルを示し、図１２は、色および質感が適用された補綴歯を有する治療部位の別の実物様表示を示す。

仮想モデリングは、デジタル環境においてユーザの対話によって行われ得る。ワークステーションによって実行されるソフトウエア２５は、ディスプレイ１０上にグラフィカルユーザインターフェースを作成し、ユーザが自動的または半自動的に個々の歯もしくは歯のグループを選択、導入、位置決め、位置変更、または修正することが可能となる。当該ソフトウエアは、規定の弓形に沿って自動的に歯を位置決めするルーチン、または対合歯歯列に対する咬合の機能において歯を自動的に位置決めするためのルーチンを含むことができる。歯列矯正の場合の代替案は、抜歯、顎の拡張および歯の剥離（すなわち幅の削減）である。すでに位置決めされた歯の咬合面を、ソフトウエアツールを使用して修正してもよい。
治療部位の仮想表示、治療後（ステップ６６、図２）
当該方法の最終ステップは、治療部位の仮想表示を示し、最適な歯（および軟組織）セットアップの効果を示す。ある範囲の実行可能な治療選択肢が存在する可能性がある。一例として、歯列復元に関して、代替的な治療選択肢は異なる歯の形態、大きさおよび色を含み得る。治療選択肢の各々をユーザおよび患者に対して提示することができ、患者は、治療の審美的な結果を確認することができる。特定の実施形態において、仮想表示を修正して、異なる顔貌、たとえば微笑をシミュレートすることができる。ステップ６６は、図２のステップ６１で作成され、かつ図２のステップ６５で判定された治療作業を含むように更新されたのと同じ三次元モデルを使用することができる。ステップ６５で判定された修正された歯セットアップを使用して、治療すべき部位の実物様表示を更新することができる。更新は、治療部位の実物様表示と修正された歯セットアップとを空間的に一致させること、およびそれらをディスプレイ１０上に同時に視覚化することからなる。空間的に一致させることは、両方の実体を位置合せすることである。たとえば、患者の二次元写真のみが入手可能な場合、結果を視覚化するには、最適な歯セットアップを当該二次元写真に対して位置決めし、配向し、変倍し、次いで写真に埋込まなければならない。代替的に、治療部位の三次元実物様表示から要素（たとえば歯）を取除き、生成されたセットアップにおいて対応する同等物で置換し得る。実物様表示を更新することは、生成された最適な歯（および軟組織）セットアップの、治療部位の全体または局所領域の位置、傾斜および／または変形に対する効果を算出することを意味する。当該治療部位は、相応して修正される。一例は、唇が歯によって支持される様式に関連する。歯の傾斜を修正することは、唇の位置も変化させることになる。

発明のさらなる実施形態において、コンピュータ支援顔面解析は、定量的および定性的な（文字）指針をもたらすことができ、続いて、歯科技工士によって使用され、最適な歯セットアップを手作業で作成する。その後、作成された歯セットアップ（蝋引き(wax-up)）をスキャンして三次元モデルに変換し、患者の顔面に対する新たなセットアップの効果
を示すために複合三次元画像表示を作成することができる。
例示的な例

歯列矯正治療を必要とする患者の（微笑時の）顔面について、三次元写真、または二次元写真のセットを取る。また、アルギン酸塩またはシリコン材料で患者の歯列の印象を取る。これらの印象を用いて、患者の口腔内解剖学的構造の石膏モデルが作製される。石膏モデルは、その後、治療前に患者の歯列を提示する仮想三次元モデルを得るために、光学スキャナを用いてデジタル化される。ソフトウエアにおいて、患者の歯列の仮想三次元モデルが患者の顔面の三次元写真上に位置合せされ、実物様表示を作成する。石膏型は歯肉の情報を含み、三次元写真は患者の顔面の表面情報を含む。コンピュータ支援顔面機能解析が行われ、これらの解析の結果は規則のセットにおいて使用され、患者の最適な歯列を確定する。患者の生来の歯の位置、傾斜および角形成を当該規則にしたがって適合化することにより、最適な歯セットアップが作成される。必要であれば、患者の顎に現在位置する生来の歯を仮想的に抜き、最適化された診断用の歯セットアップを得ることができる。最後に、患者の三次元写真と合せて、最適な歯セットアップが視覚化される。

補綴再建を必要とする部分的に無歯の患者について、二次元写真、ＣＴスキャンおよび印象を取る。患者の仮想的な実物様表示は、ＣＴ画像から生成された患者の顔面の三次元軟組織モデル上に二次元写真をマッピングし、かつ歯形のμＣＴ画像から生成された患者の歯列の三次元モデルを患者の顔面のＣＴ画像と位置合せすることによって作成される。患者が現在歯を欠損している箇所について、移植歯が選択される。移植歯は、患者の残存歯列の形状と一致するように、顔面／審美的解析を行い、かつ審美的規則および機能的規則に従うことによって選択される。ソフトウエアは、移植歯を歯のライブラリから自動的に選択し、これらを患者の口の仮想モデルに配置することができる、またはソフトウエアは審美的情報および規則に基づいて適切な歯の選択を提案することができる。ユーザは、ソフトウエアによって提案されたものの中から最良の移植歯を自身の判断で選択し、これらを顎の仮想モデルに配置することができる。次いで、機能的規則およびコンピュータ支援機能解析の結果に基づいて、これらのライブラリ歯の咬合面が機能的に最適化される。

完全に無歯の患者について、三次元写真および印象を取る。これらの歯形をμＣＴによってスキャンし、画像処理（セグメント化、三次元モデル作成、表面反転等）を行うことによって、患者の口腔内解剖学的構造のデジタル表示が得られる。顔弓測定を用いて患者の無歯の顎の仮想三次元モデルを三次元写真に対して位置決めすることにより、仮想的な実物様表示が作成される。次いで、統計的情報（たとえばStaubペンタグラム、歯列弓の平均的な形状）と、コンピュータ支援顔面解析によって定められた規則とを使用することによって、ライブラリ歯から初期の歯セットアップが作成される。仮想咬交器を設定するための患者固有のパラメータを考慮に入れて、この当初の診断用セットアップについてコンピュータ支援顔面解析が行われる。これらのライブラリ歯の咬合面は、最適な咬合および咬交を得るために機能的に最適化される。最適化プロセスは、機能的事項と審美的事項との間で最良の折衷案が見出されるまで反復される。

本発明は、本明細書において説明した実施形態には限定されず、発明の範囲から逸脱することなく修正または変更され得る。

Claims (28)

1. 患者の歯科治療の自動的または半自動的計画のための方法であって、
   （ａ）治療すべき部位についてのデータと患者の顔面についてのデータとを得るステップと、
   （ｂ）少なくとも患者の顔面の特性を判定するために、当該データのコンピュータ支援顔面解析を行うステップと、
   （ｃ）判定された顔面特性を利用する保存された規則のセットを使用して、修正された歯セットアップを作成するステップと、を含む、方法。
2. 少なくとも修正された歯セットアップを有する治療部位の外観をシミュレートする三次元表示を生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 三次元表示を生成するステップはさらに、治療部位を取囲む患者の顔面の外観もシミュレートする、請求項２に記載の方法。
4. データのコンピュータ支援顔面解析を行うステップ（ｂ）は、現存する歯の特性も判定し、ステップ（ｃ）は、所定の顔面特性と現存する歯とを利用する規則のセットを使用して、修正された歯セットアップを作成する、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
5. ステップ（ｃ）は、得られたデータから治療すべき部位の三次元モデルを生成し、修正された歯セットアップを当該モデル上に作成することを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
6. データのコンピュータ支援顔面解析を行うステップは、解剖学的な点の位置を患者の顔面の二次元または三次元表示において指定するようユーザに促すことと、ユーザから受取った入力に基づいて顔面特性を自動的に判定することとを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
7. ステップ（ｂ）における解析は患者の顔面の形状を判定することを含み、ステップ（ｃ）は、所定の形状に基づいて補綴歯の形状を選択することを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
8. ステップ（ｂ）における解析は、患者の顔面の特徴同士の距離または患者の顔面の特徴の配列の判定を含み、ステップ（ｃ）は、判定された距離または配列に基づいて歯セットアップを修正することを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
9. ステップ（ｂ）における解析は瞳孔間線を判定することを含み、ステップ（ｃ）は、上顎犬歯の咬頭同士を結ぶ咬合面もしくは線が、判定された瞳孔間線と平行になるように、歯を再建するまたは歯の位置を補正することを含む、請求項８に記載の方法。
10. ステップ（ｂ）における解析は、患者の唇の位置を判定することを含み、ステップ（ｃ）は、判定された位置に基づいて歯セットアップを修正することを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
11. ステップ（ｂ）における顔面解析は、微笑時の上唇の位置を判定することを含み、ステップ（ｃ）は、微笑時に正面上顎歯の高さの４分の１のみが上唇によって覆われるように正面上顎歯を位置決めすることを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 治療すべき部位または修正されたセットアップの機能的データを判定するステップをさらに含み、ステップ（ｃ）は当該機能的データを使用する、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
13. 機能データは、治療すべき部位の咬合もしくは咬交、または修正された歯セットアップに関連する、請求項１２に記載の方法。
14. 機能データを判定するステップは、最適な歯接点を判定することを含み、ステップ（ｃ）は、歯セットアップを修正して歯接点を最適化することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. ステップ（ａ）において得られたデータは、患者の三次元モデルを生成するのに使用され、歯接点の判定は当該モデルを使用する、請求項１４に記載の方法。
16. ステップ（ａ）において得られたデータは、患者の三次元モデルを生成するのに使用され、ステップ（ｂ）の顔面解析は当該モデルを使用する、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
17. ステップ（ｃ）において使用される規則のセットは重み付けされる、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
18. ステップ（ｃ）において使用される規則のセットは、歯セットアップを最適化するためにそれらの相対的な重要性に従って重み付けされる、請求項１７に記載の方法。
19. 患者の顔面についてのデータは、患者の頭部の少なくとも一部の外面の二次元写真、三次元写真、光学スキャンのうち１つ以上を含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
20. 治療すべき部位についてのデータは、複数の異なる撮像技術を使用して取得されたデータを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
21. 撮像技術は、二次元写真、三次元写真、口腔内光学スキャン、Ｘ線、コンピュータ断層撮影を含む、請求項２０に記載の方法。
22. ステップ（ｃ）は、異なる撮像技術を使用して取得されたデータを相関させて、患者の顎および現存する歯の三次元モデルを生成することを含む、請求項２０または２１に記載の方法。
23. ステップ（ｃ）はさらに、修正された歯セットアップをグラフィカルユーザインターフェースによってユーザに操作させることを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
24. ステップ（ｃ）はさらに、要素のライブラリにアクセスし、ライブラリを使用して修正された歯セットアップを作成する、請求項２３に記載の方法。
25. プロセッサによって実行されると、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法を行うコードを備えるコンピュータプログラム製品。
26. 患者の歯科治療の自動的または半自動的計画のための装置であって、前記装置は、
    治療すべき部位についてのデータと患者の顔面についてのデータとを受取るための入力
    と、
    プロセッサとを備え、前記プロセッサは、
    当該データのコンピュータ支援顔面解析を行って、少なくとも患者の顔面の特性を判定し、
    判定された顔面特性を利用する保存された規則のセットを使用して、修正された歯セットアップを作成するように設けられる、装置。
27. プロセッサはさらに、少なくとも修正された歯セットアップを有する治療部位の外観をシミュレートする三次元表示を生成するように設けられる、請求項２６に記載の装置。
28. プロセッサはさらに、治療部位を取囲む患者の顔面の外観もシミュレートするように設けられる、請求項２７に記載の装置。

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