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

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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。
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