JP2013094461A - 歯列模型入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過性のＸ線を適用することにより歯列模型の正確な形状をディジタルデータで取得できることを利用し、歯列模型の咬合器における位置関係を維持し、歯科用Ｘ線ＣＴ装置により撮影可能な、歯列模型入力装置の提供。
【解決手段】歯列模型のマウンティングプレートを取り付けるために咬合器に備えられているマウンティングプレート取付部１２と、マウンティングプレート取付部１０に歯列模型を取り付けた状態で、咬合器における状態と同じ取り付け状態を維持するための歯列模型支持体１４と歯列模型支持体１４を、歯科用Ｘ線ＣＴ装置の顎を載せて歯の位置を固定する顎支持部に取り付ける歯列模型入力用テーブルとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、咬合器にセットされた歯列模型の形状を電子データにして入力するために、上下の歯列模型を咬合器から取り外して、それぞれ個別にＸ線ＣＴ装置により死角のないデータを得ることができるようにするための、歯列模型入力装置に関する。

歯科治療においては、患者の歯列模型や電子的なディジタルデータが多く利用されている。現在は、医療機器の進歩により歯列模型をディジタルデータとしてパソコン等に入力して、歯科矯正、補綴やインプラント治療のサージガイドの作成等、様々な形で治療に役立てている。

例えば、歯科矯正治療は、患者の咬み合わせの欠陥を矯正するとともに、より良好な衛生状態を促進し、全般的な歯の美観と、さらに何よりも健康を改善する上で有用な治療法である。

この矯正治療に於いては、患者の歯型を印象材によって採取し、石膏を用いて歯列模型を製作するとともに、所望の位置にプランニングされた矯正後の歯列模型を製作し、どの歯をどの程度矯正するかの目途を付けて矯正治療が行われる。

歯科矯正治療では、インターネット上での「歯科矯正ネット」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｕｓｅｉ−ｓｈｉｋａ．ｎｅｔ／ｋｙｏｕｓｅｉ＿ｈｔｍｌ／ｃａｒｅ／ｋｅｎｓａ０２−ｓｅｔｕｐ．ｈｔｍ）に於いて見られるように、図１４に示した矯正前の歯列模型と矯正後の予測模型（以下セットアップモデルと言う。）を製作している。セットアップモデルは、検査のときに採取した歯型やレントゲン写真等のデータをもとに、治療後の口のイメージを石膏模型によって再現したものであり、治療を開始する前に、患者の治療後のイメージを立体的に確認することができる（非特許文献１参照）。

歯列模型の製作については、最初に患者の口腔内を歯科用印象材により印象採得し、この採得した印象に基づいて、石膏製の歯列模型を作成する作業工程から成り、アルギン酸塩又はポリビニルシロキサン（ＰＶＳ）のような適当な印象材で形成された患者の歯列の印象から成型される（特許文献１等参照）。

製作された歯列模型は咬合器にセットされ、上下の咬み合わせが調節される。咬合器へのセッティングは、フェイスボウトランスファーにより上顎と顎関節の位置関係を再現する。歯列模型には、上顎用マウンティングプレートと下顎用マウンティングプレートとが備えられており、それぞれ咬合器の上取付板と下取付板に取り付けられている。

上顎の歯列模型と下顎の歯列模型は個別の石膏模型であり、咬合器からの取り外しや取り付けを容易に行うために、上下のマウンティングプレートに磁石を埋め込んだものもある（特許文献２等参照）。

歯型の画像入力装置としては、Ｘ線ＣＴ装置がある。Ｘ線ＣＴ装置は、歯の裏側にフィルムを当ててＸ線を照射して撮影する部分的な撮影や、Ｘ線照射部とフィルムを同時に回転させて全体を撮影するパノラマ撮影ができ、歯及び顎の透過撮影が可能である。歯科用Ｘ線パノラマ撮影は、歯列に沿って連続的に曲面断層を撮影し、一枚の画像で歯列とその周辺の組織や骨の状態とを示す断層像をパノラマ状に展開して表示する（特許文献３等参照）。

歯列模型の電子データを取得してディジタル化する場合には、市販の専用製品もあり、多くはレーザで歯列模型をスキャンニングして反射光の強度により凹凸をディジタルデータに変換している。即ち、三次元レーザースキャナーを用いて歯列模型の表面形状を三次元座標データとして取得し，座標変換と座標系の補正を行い、データを取得する（特許文献４及び５等参照）。

特表２００４−５３２０６２号公報 特開平５−１１１４９９号公報 特開２００８−２９８９７号公報 特表２０１０−５４００８７号公報 特開平９−５６７３１号公報

歯科矯正ネット，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｕｓｅｉ−ｓｈｉｋａ．ｎｅｔ／ｋｙｏｕｓｅｉ＿ｈｔｍｌ／ｃａｒｅ／ｋｅｎｓａ０２−ｓｅｔｕｐ．ｈｔｍ

矯正治療に於いては、患者の治療前の歯型模型と治療後のセットアップモデルの型を製作し、どの歯をどの程度矯正するかの目途を付けて矯正治療が行われるが、定量的な評価により高精度の治療を行うためには、電子的なデータを取得して重ねわせることにより相対的な位置関係を定量化することが不可欠である。

電子的データを得ることが出来れば、定量的良化により、セットアップモデルへ矯正する治療計画が、事前に実現可能なものかを判断することができる。

しかしながら、歯型模型は咬合器にセットして調整されており、上下の歯列模型の位置関係を維持しながらデータ入力するためには、歯列模型を咬合器にセットした状態で撮影しながら画像入力をしなければならない。レーザをスキャンニングして行われる光学式では、本質的に光が届かない箇所は計測できず死角が生じ、死角をなくして歯列や顎の凹凸を厳密にデータ化するためには、複数の角度からレーザを当ててデータを取得し、取得したデータを合成しなければならないため、上下の歯列模型の位置関係が維持できない問題がある。

これに対してＸ線ＣＴ装置は、歯及び顎の透過撮影が可能であるが、咬合器に歯列模型をセットしたままの撮影は、咬合器の金属部分により金属アーチファクトの影響が生ずる。

このため、歯列模型の咬合器における位置関係を維持しながら、正確な形状をディジタルデータで取得することが課題となっている。

本発明は、このような要求に対処するために、透過性のＸ線を適用することにより歯列模型の正確な形状をディジタルデータで取得できることを利用し、歯列模型の咬合器における位置関係を維持し、歯科用Ｘ線ＣＴ装置により撮影可能な、歯列模型入力装置を提供することを目的としている。

本発明の歯列模型入力装置は、歯列模型のマウンティングプレートを取り付けるために咬合器に備えられているマウンティングプレート取付部と、マウンティングプレート取付部に歯列模型を取り付けた状態で、咬合器における状態と同じ取り付け状態を維持するための歯列模型支持体と歯列模型支持体を、歯科用Ｘ線ＣＴ装置の顎を載せて歯の位置を固定する顎支持部に取り付ける歯列模型入力用テーブルとを備えたことを特徴とする。

歯列模型入力装置の材料は、金属アーチファクトの影響が少ない高分子樹脂か低磁化率の金属であり、低磁化率の金属は、具体的にはチタン又はアルミニウムである。

マウンティングプレート取付部には磁石が埋め込まれ、歯列模型のマウンティングプレートにも埋め込まれている磁石により、歯列模型を磁気的に取り付けることもできる。

歯列模型支持体と歯列模型入力用テーブルは、一体に形成してもよい。

また、本発明は歯列模型入力方法として、マウンティングプレート取付部に歯列模型を取り付けた状態で、咬合器における状態と同じ取り付け状態を維持するための歯列模型支持体と、歯列模型支持体を歯科用Ｘ線ＣＴ装置の顎を載せて歯の位置を固定する顎支持部に取り付ける歯列模型入力用テーブルとを備えた歯列模型入力装置を使用して、治療前の歯列模型と治療後の予測模型を電子的に重ね合わせて、各歯の位置関係を定量的に評価するために、治療前の歯列模型と治療後の予測模型を、歯科用Ｘ線ＣＴ装置により撮影してディジタルデータを取得することを特徴とする。

本発明は、歯列模型の咬合器における位置関係を維持しながら、正確な形状をディジタルデータで取得し、定量的な評価により実現可能な治療計画をたて、高精度な歯科治療を行うことができるようにするために、透過性のＸ線ＣＴ装置を利用することが可能な歯列模型入力装置及び歯列模型入力方法を提供することを目的としている。

歯列模型設置体を示す図。 歯列模型入力用テーブルを示す図。 本発明による歯列模型入力装置を示す図。 咬合器の一例を示す図。 咬合器にフェイスボウアセンブリと取り付けた図。 咬合器とバイトフォークを示した概略図。 図６のバイトフォークにバイトを載せた図。 図７のバイトに歯列模型を載せた図。 図８の歯列模型に石膏をマウンティングプレートのついたアッパーフレームを被せた状態を示す図。 図９の状態から、バイトフォークとバイトを取り除いた状態を示す図。 歯列模型を歯列模型支持体にセットした状態を示す図。 Ｘ線ＣＴ装置の一例を示す図。 Ｘ線ＣＴ装置に歯列模型入力装置を使用して、歯列模型をセットする説明図。 矯正前後の歯列模型を示す図。

本発明は、歯科用Ｘ線ＣＴ装置を歯列模型の入力装置として使用し、歯科治療に役立てるための装置及び方法であり、咬合器にセットされた歯列模型の位置関係を維持しつつ、３次元の画像データを取得することができる。

図１は、本発明による歯列模型設置体１０を示しており、歯列模型を取り付けるためのマウンティングプレート取付部１２と歯列模型支持体１４から構成されている。

マウンティングプレート取付部１２には、磁石１６が設けられており、歯列模型のマウンティングプレートに取り付けられている磁石により、磁力で歯列模型をセッティングできる。また、位置合わせ用突起部１８は、歯列模型のマウンティングプレートに嵌合して、歯列模型の位置を決めている。このマウンティングプレート取付部１２は、使用する咬合器の取付部と同じ構造としており、例えば、ネジにより取り付ける咬合器の場合は、ネジが用いられる。

歯列模型支持体１４は、台座２０と２枚の側板２２から構成され、側板２２にはマーカー部２４が設けられている。マーカー部２４は、Ｘ線ＣＴ装置で撮影した時に、歯列模型の位置関係の目安となるマークを示す。

図２は、歯列模型入力用テーブル２６を示している。歯列模型入力用テーブル２６は、歯列模型を取り付けた歯列模型設置体１０を、Ｘ線ＣＴ装置にセッティングするためのインターフェイス用の治具であり、テーブル台２８と、凹部３２を有するＸ線ＣＴ装置取付部３０から構成されている。Ｘ線ＣＴ装置取付部３０をＸ線ＣＴ装置の顎支持部に取り付けた際に、テーブル台２８が略水平となる構造になっており、このテーブル台２８に歯列模型設置体１０を置く。Ｘ線ＣＴ装置取付部３０は、Ｘ線ＣＴ装置の顎支持部を覆う事ができるように、顎支持部の形状、主に外形に合わせた凹部３２が設けられており、Ｘ線ＣＴ装置の顎支持部に被せるように取り付けて、歯列模型入力用テーブル２６を固定する。

歯列模型入力用テーブル２６は、様々なＸ線ＣＴ装置に合わせて個別に対応するために、歯列模型設置体１０と分離しており、Ｘ線ＣＴ装置に合わせて変形する。

この、歯列模型設置体１０と歯列模型入力用テーブル２６を組み合わせて、歯列模型入力装置と呼ぶ。

図３は、図１に示した歯列模型設置体１０と、図２に示した歯列模型入力用テーブル２６を一体として構成した歯列模型入力装置３６である。使用するＸ線ＣＴ装置に合わせて専用のＸ線ＣＴ装置取付部３０を製作することで、一体構成の歯列模型入力装置３６としてもよい。この場合は、図２に示した歯列模型入力用テーブル２６でのテーブル台２８は不要となり、簡単な構造の歯列模型入力装置３６とすることができる。

歯列模型入力装置の材料としては、金属アーチファクトの影響がないＸ線透過性のある物質が望ましく、高分子樹脂や、金属では磁化率の低いアルミニウムやチタンを使用する。

多くのＸ線ＣＴ装置では連続Ｘ線を単一エネルギーのみを持つ単色Ｘ線であると仮定して，計算を行っている．被写体が人体や樹脂であれば，連続Ｘ線による吸光度の非線形性は微小であり，線形と近似しても問題が無いためである．しかし，吸光度のエネルギーに対する非線形性は，金属において顕著に現れ、被写体に金属が含まれるとき，物質厚みに対する吸光度の非線形性が顕著となり、投影データに矛盾が生じる．この矛盾が，画像上ではいろいろな陰影欠損や歪などの偽像、いわゆるアーチファクトが発現する。

このために、形状入力用テーブル１０を製作する材料としては、金属アーチファクトの影響がない材料とすることが必要となるからである。

本発明は、咬合器にセットされた歯列模型をその位置関係を維持しながら、Ｘ線ＣＴ装置で３次元画像として入力するための歯列模型入力装置であり、以下、歯の矯正治療を例として説明する。

矯正治療は、審美的にキレイな歯並びや調和の取れた顔立ちを目的とする事はもちろん、それ以外にも不正咬合により、食事がしっかり噛めなくなって消化器官への負担が大きくなったり、虫歯になり易くなったり等の影響が生ずる。

このため、治療前の歯列模型と、検査のときに採取した歯型やレントゲン写真等のデータをもとに、治療後の歯列模型を石膏模型によって制作する。治療後の歯並びを予測した歯列模型はセットアップモデルと言う。図１４は、歯科矯正ネット（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｕｓｅｉ−ｓｈｉｋａ．ｎｅｔ／ｋｙｏｕｓｅｉ＿ｈｔｍｌ／ｃａｒｅ／ｋｅｎｓａ０２−ｓｅｔｕｐ．ｈｔｍ）でアップロードされているセットアップモデルの例であり、図１４（Ａ）は治療前の歯列模型を、図１４（Ｂ）はセットアップモデルを示している。セットアップモデルは、咬合器に取り付けられて咬み合わせの状態が調整され、治療後の患者様の歯の動きを具体的にシミュレーションすることができる。

図４は、一般に市販されているＳＡＭ咬合器を示している。ＳＡＭ咬合器は、学生のための咬合教育用としてつくられた咬合器であり、ＳＡＭは、ドイツ語で学生のための咬合教育の略である。図４に示したのはＳＡＭ３咬合器であり、ロッキーマウンテンモリタ社から販売されている。

咬合器４０のアッパーフレーム４４には、上顎用歯列模型を装着するマウンティングプレート４２備えられている。また、咬合器４０の下方位置にも下顎用歯列模型を装着するマウンティングプレート４２備えられている。アッパーフレーム４４は、アッパーメンバーフットキャップ４６により、サイドフレーム５６に支えられたエレファントシャフト５４を中心に回転運動ができ、アッパーフレーム４４を開くことができる。ガイダンスアングルインディケータ４８は、下顎の側方運動時に、平衡側の下顎顆頭の示す運動路が正中矢状面となす角度、即ち、側方顆路角を示す。

インサイザルピン５０に取り付けたインサイザルテーブル５２は、下顎前方運動時における、上下の切歯による誘導を行うアンテリアガイダンスをシミュレーションする。これにより、臼歯部の咬合面形態及び咬頭傾斜角を決定し、臼歯にかかるストレスを軽減することが出来る。

図５は、咬合器４０に上顎と顎関節の位置関係を再現するフェイスボウトランスファーを行うために、フェイスボウアセンブリ６０をインサイザルピン５０にセットした状態を示している。フェイスボウアセンブリ６０にあるバイトフォーク６２には、上限の歯の咬み合わせを採取した印象が取り付けられる。バイトフォーク６２に取り付ける印象は、バイトフォーク６２にパラフィンワックスを被せ、患者咬ませて印象を採取している。この時、バイトフォーク６２をフェイスボウに連結して、上顎の三次元的位置関係を咬合器４０に投影できるようにする。

以下、概略図を用いて、咬合器４０上に患者の上顎と顎関節の位置関係を再現する手順を説明する。

図６は、咬合器４０にバイトフォーク６２をセットした状態である。この時、フェイスボウ（図示せず）により、左右の平均顆頭点、左右の外耳道と眼窩下点（前方）の１点を基準点として、上顎の三次元的位置関係を咬合器上に投影されている。下顎頭の開閉軸と咬合器４０の開閉軸とが一致している。

図７は、図６でセッティングされたバイトフォーク６２に、上下の歯の咬み合わせ状態を採取したパラフィンワックス６４が取り付けられている状態である。

図８は、図７で示したパラフィンワックス６４に於ける歯型の印象部に、上顎用の歯列模型６６を咬みこませた状態を示している。歯列模型６６は石膏で造られており、歯列模型６６と咬合器４０のマウンティングプレート４２を連結するために、歯列模型６６の上部に石膏を練和して盛り上げる。

図９は、歯列模型６６の上部に盛り上げた石膏に、開いているアッパーフレーム４４を閉じて、マウンティングプレート４２を上顎用の歯列模型６６連結する。石膏が乾くと、マウンティングプレート４２と上顎用の歯列模型６６が固着する。

図１０は、図９の状態から、石膏が乾いた後にバイトフォーク６２とパラフィンワックス６４を取り除いた状態である。この状態が、咬合器４０上に患者の上顎と顎関節の位置関係を再現している。

さらに、同様の手順で、下顎用の歯列模型６６をセットすることで、患者の咬み合わせ状態を再現できる。この配置による位置関係を基準として、上顎用と下顎用の歯列模型６６を使用して咬み合わせを調節し、最終的なセットアップモデルが完成する。

これにより石膏で製作したセットアップモデルは完成するが、このモデルを３次元電子的なデータとして取り入れ、治療前の歯列模型ともに電子的なモデルを構築することにより、矯正前後の歯の位置を定量的に把握することができ、事前に実現可能性を含めて治療計画をたてて、より高精度の治療が可能となる。

咬合器にセットしたまま電子的なデータ入力を行うことできれば理想的であるが、従来行われているレーザスキャンによる電子的なデータ入力では、様々な方向からのデータ取得を行うが、隠れた部分のデータが欠落する。また、Ｘ線ＣＴ装置での入力は、咬合器が金属製であるがために、金属アーチファクトの問題が生ずる。従って、データの欠落が無く、咬合器での歯列模型の位置関係を維持したまま、電子的なデータ入力を行うためには、咬合器から歯列模型を取り外して、金属アーチファクトの発生しない装置に取り付けて、Ｘ線ＣＴ装置により撮影して、３次元での電子データを取得すことが必要となる。

本発明は、この場合の歯列模型入力装置である。図１〜３において説明したように、金属アーチファクトの発生しない材料で製作し、歯列模型の位置関係を維持した状態でのＸ線ＣＴ装置での撮影が可能となる。

図１１は、図１に示した歯列模型設置体１０に、咬合器４０で調整したマウンティングプレート４２が付いた歯列模型６６を、マウンティングプレート取付部１２に取り付けて、歯列模型設置体１０の台座２０を下にした外観図である。歯列模型設置体１０及び石膏で製作された歯列模型６６は、Ｘ線透過性を有しているため、Ｘ線ＣＴ装置により撮影すれば、欠落部分の無い３次元的な電子データが取得できる。

図１２は、歯科用のＸ線ＣＴ装置７０の一例である。図１２では、Ｘ線ＣＴ装置７０の顎支持部７２周辺部のみを示している。Ｘ線ＣＴ装置７０で歯列画像の撮影を行うには、顎をＸ線ＣＴ装置７０の顎支持部７２に顎を載せて頭部の位置を固定し、さらに、アーム７４にある耳カバー７６により頭部を静止させるようにする。この状態で、Ｘ線を照射するＸ線管筐体（図示せず）を図１２に示した矢印方向に水平に回転させて撮影する。

図１３は、図１２に示したＸ線ＣＴ装置７０の顎支持部７２に、本発明による歯列模型入力装置を設置する場合の図を示している。図１３に示したように、Ｘ線ＣＴ装置７０の顎支持部７２は、概略直方体形状であり、上部面は略水平となっている。そして、顎を載せる部分は、顎形状に沿うように、凹んだ部分が設けられている。本考案の歯列模型入力装置は、この顎支持部７２の上部面に対抗した面に、歯列模型入力用テーブル２６のＸ線装置取付部１４に設けられている凹部３２を被せることによりテーブル台２８が略水平となるような構造となっている。

顎支持部は、必ずしも上部面が水平とは限らず、様々な形状のＸ線ＣＴ装置が市販されており、使用するＸ線ＣＴ装置に合わせてＸ線装置取付部３０を変形する。

このテーブル台２８に、歯列模型６６がセットされた歯列模型設置体１０を矢印で示したように置く。そして、Ｘ線ＣＴ装置７０による撮影を行えば、Ｘ線が透過性を有することを利用して、歯列模型６６において歯が重なって光学式では光が届かず読み取れない部分まで、歯列模型６６の形状データが入力できる。

治療前の歯列模型も同様にしてＸ線ＣＴ装置７０で撮影を行い、電子的なデータを入力する。これにより、治療前の歯列と治療後のセットアップモデルの歯列の３次元的な画像データが入力でき、歯列模型設置体１０の側板２２に設けられているマーカー部２４を合わせて重ね合わせることにより、矯正前後の歯の位置関係が定量的に把握でき、治療前に実現可能な治療計画をたてて、効果的な治療をすることが可能となる。

以上、本発明について説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。

１０ 歯列模型設置体
１２ マウンティングプレート取付部
１４ 歯列模型支持体
１６ 磁石
１８ 位置合わせ用突起部
２０ 台座
２２ 側板
２４ マーカー部
２６ 歯列模型入力用テーブル
２８ テーブル台
３０ Ｘ線ＣＴ装置取付部
３２ 凹部
３６ 歯列模型入力装置
４０ 咬合器
４２ マウンティングプレート
４４ アッパーフレーム
４６ アッパーメンバーフットキャップ
４８ ガイダンスアングルインディケータ
５０ インサイザルピン
５２ インサイザルテーブル
５４ エレファントシャフト
５６ サイドフレーム
６０ フェイスボウアセンブリ
６２ バイトフォーク
６４ パラフィンワックス
６６ 歯列模型
７０ Ｘ線ＣＴ装置
７２ 顎支持部
７４ アーム
７６ 耳カバー

Claims (6)

1. 歯列模型のマウンティングプレートを取り付けるために咬合器に備えられているマウンティングプレート取付部と、
   前記マウンティングプレート取付部に歯列模型を取り付けた状態で、咬合器における状態と同じ取り付け状態を維持するための歯列模型支持体と、
   前記歯列模型支持体を、歯科用Ｘ線ＣＴ装置の顎を載せて歯の位置を固定する顎支持部に取り付ける歯列模型入力用テーブルと、
   を備えたことを特徴とする歯列模型入力装置。
   
2. 請求項１に記載の歯列模型入力装置において、
   前記歯列模型入力装置の材料は、金属アーチファクトの影響が少ない高分子樹脂か低磁化率の金属であること、
   を特徴とする歯列模型入力装置。
   
3. 請求項２に記載の歯列模型入力装置において、
   低磁化率の金属は、チタン又はアルミニウムであること
   を特徴とする歯列模型入力装置。
   
4. 請求項１に記載の歯列模型入力装置において、
   前記マウンティングプレート取付部には、磁石が埋め込まれていること、
   を特徴とする歯列模型入力装置。
   
5. 請求項１に記載の歯列模型入力装置において、
   前記歯列模型支持体と前記歯列模型入力用テーブルは、一体に形成されていること、
   を特徴とする歯列模型入力装置。
   
6. 歯列模型のマウンティングプレートを取り付けるために咬合器に備えられているマウンティングプレート取付部と、
   前記マウンティングプレート取付部に歯列模型を取り付けた状態で、咬合器における状態と同じ取り付け状態を維持するための歯列模型支持体と、
   前記歯列模型支持体を、歯科用Ｘ線ＣＴ装置の顎を載せて歯の位置を固定する顎支持部に取り付ける歯列模型入力用テーブルと、
   を備えた歯列模型入力装置を使用して、
   治療前の前記歯列模型と治療後の前記予測模型を電子的に重ね合わせて、各歯の位置関係を定量的に評価するために、治療前の歯列模型と治療後の予測模型を、歯科用Ｘ線ＣＴ装置により撮影してディジタルデータを取得すること、
   を特徴とする歯列模型入力方法。