JP2013538592A - カラー光学印象による経時的三次元測定装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
− スキャニングが過度に緩慢であり、走査時間は1歯あたり2分あるいは最も高速のもので2秒である。
− 器具は、物体との関係において一定の位置にカメラを置くことを必要とし、このため、カメラおよび患者の頭を固定しなければならない。
− 移動機構が、なおも複雑でしかも精密でない。
− これらのシステムは、実施が複雑で、較正に多大な注意を必要とする。
− エレクトロニクスがなお複雑なため、価格の低下はことごとく困難で、カメラは壊れやすい。
− カメラのコストが極めて高く、30,000ユーロを上回る可能性がある。
− 一般にカメラは重くかさばるため、ユーザーには邪魔である。
a) これらのシステムは全て、それが口腔内、皮膚上または(型については)歯科技工所用のいずれであっても、皮膚科用または眼科用OCT(Optical Coherence Tomography、光干渉断層法)のいずれを使用する場合であっても、機械的、光学的または電気光学的手段による表面の走査を利用する。この縞走査つまりラスタ走査は、非常に高速であっても、カメラ自体の中で一定の動きを必要とすることに変わりはなく、この動きは、ブレまたは寄生変位をひき起こす可能性があり、多くの場合ビューの一部分のリジェクト(rejet)を導く。
b) この走査は、(数立方cmの)マクロ的なビュー内ですでに著しく削減された被写界深度を有意に制限する。
c) 測定されるのは物体の表面の点ではなく、この物体の表面における光投影の変形である。この第一の特性により、開発者達は、「コーティング」と呼ばれる白色層で歯を覆わざるを得なくなり、物体の実測は必ず劣化する。さらに、このことは多くの場合、口腔内でのカメラ使用の際の不快感と不正確さ両方として表われる。
d) このことから、メーカーは、青色光または紫外線のように歯を「不透明」にする光線を使用せざるを得なくなった。このような理由で、本出願人はかつて、アルゴンレーザを使用する器具を提案した。これは、ユーザーにとって制約の大きいものであり得、さらには患者にとって危険なことでさえあり得る。
e) さらにまた、光の点であれ、光の線であれ、光のラスタであれ、光の位相であれ、物体ではなく投影された光の変形を測定するという事実は、物体の色、色調とその測定値の間の完全な対応を得るという可能性をことごとく失わせる。得ることのできる唯一の色調は、投影された光の色である。
f) カラーでの3D読出しから2D読出しへの移行は、それを診断のために用いるのであれば、回収されるのが縞の光を表わす単色画像だけであることから、歯学においては全く不可能である。
g) 最後に、プロフィロメトリまたは走査による解析技術は、第三次元を抽出することができるように、同じ場所での複数のビューの撮影をせざるを得ない。これは、最初のビューと最後のビューの間のデータの変形のリスクという形で現われ、これが相関および精度の大きな誤差を導く。「被写体ぶれ」はつねに、このタイプの技術にとって脅威であった。
a) 皮膚の拡大画像(最高70倍)を得ることのできる現在広く用いられている基本的手段から成るビデオデルマトスコープ。デジタル技術により、デジタル写真撮影ならびに録画が可能となり、こうして経時的比較および臨床医同士の情報の共有が容易になっている。一方、器具は、皮膚を照明するため異なる波長の光源を使用する可能性や、さらには患部の自動セグメンテーションあるいはまたABCD基準の自動抽出などの画像処理といった、副次的な機能を提供する。
b) 患部の深部診査を可能にする超音波検査。およそ10〜50MHzの周波数によって、150μmの距離分解能で12mmまで進入することが可能である。この技術は、術前解析における皮下拡張調査および転移性黒色腫の研究のために利用され、そこで感度および特性の観点から見た優れた能力を示した。しかしながら、このような器具を正しく利用するには、超音波検査画像の読影において一定の経験を積む必要がある。その一方で、マルチスペクトル技術(下記参照)とは異なり、これらの画像に対して情報の後処理を加えることははるかに困難である。
c) 超音波検査の方位分解能よりも優れた方位分解能(およそ15μm)で深さ方向での皮膚の3D画像形成を行なうことのできる、干渉測定光学技術に基づくOTC。その一方で、これは、ほぼリアルタイムで画像形成することを可能にするが、深さ方向に制限がある(最大1.5〜2mm)。現在市販されている器具は一種類のみであり、黒色腫の診断におけるその有効性は、現在研究中である。リアルタイムの画像形成において非常に優れた分解能を示すにせよ、この器具は浅いところで作動し、臨床データが無く、断面で作動し、使用がむずかしく、極めて高価である。
d) 非常に高い分解能(方位分解能1〜2μm、距離分解能3〜5μm)で表皮および真皮乳頭層の3D画像を提供する共焦点顕微鏡。その主な欠点は、深さ方向が極めて制限されている(200〜500μm)ということにある。
e) 方法が単純であり品質/価格比が良いため、今日最も関心を引いている技術からなるマルチスペクトル画像形成法。これは、実際単純な画像形成技術である。これは、皮膚が層状に組織されており、各層が、各々相対的に特徴的な光の吸収スペクトルを有する発色団と呼ばれる物質を異なる割合で含んでいるということを仮定している。皮膚の主要な発色団はメラニン、コラーゲンおよびヘモグロビンであることから、多少の差こそあれ多数の層についてメラニンの割合が変更される黒色腫の検討において、この方法が極めて有利であることは理解できる。これらの発色団についての定量的な空間的情報を得るため、皮膚に対し異なる単色光(従来十種)を投影し、各波長について皮膚組織により再度発せられる光を測定する。したがって、深さ方向の情報を得て、これらの情報に対し、自動処理を適用すること、特に患部をセグメンテーションし、その深さ方向のABCD基準を得、その発色団における割合を定量化することが可能である。しかしながら、到達可能な深さはおよそ2.5mmにすぎない。器具の主要な利点は、その使用技術が単純であること、多くの自動処理が可能であること、そして黒色腫と母斑の弁別度が優れていること(臨床検査単独の場合よりも良い)にある。これには、2Dでしか作動しない、なおコストが高い、そして作業深度がかなり制限されている、といった欠点がある。
− その再書込み速度により、読出し速度すなわち連続的印象採得の速度を定義づけし、かつ静的または動的読出しを可能にするカラーCCDまたはCmosタイプの既定の位置にある少なくとも二つのセンサーで構成されている立体カメラと、
− 術野上で視覚化されたデータを、変形無く前記センサーに伝達できるようにする、既定の固定焦点を有する光学系と、
− 印象採得ゾーンを照明するための、LED照明システムと、
− 前記センサー各々の後方または近傍に位置づけされ、各センサーを管理すると同時に印象採得ゾーンを照明するLEDをも管理する電子システムと、
を有する三次元歯科撮影装置で構成されていること、および
前記電子システムが、
− 前記センサーにより読取られたデータを収集し、蓄積し、整理することのできる中央管理ユニットと、
− 前記中央ユニットにコントロールされる、前記LEDの制御カードと、
を有すること、ならびに
前記センサーが、歯列弓の全体または一部分の上に分布して、たった一回の露光で印象を作製できるようになっており、そのため作業者による患者の歯列弓の臨床的走査を回避し、これらのセンサーは、たった一回の露光での歯列弓の完全なデータ収集を可能にする、ある種の光学印象トレー内に配置されていること、
を本質的に特徴とする。
− USBまたはバッテリーの下で機能できる標準タイプの電源カード。自立システム(ケーブル接続無し)または接続されたシステムのいずれを用いるかに応じて、使用される構成要素の消費電力量が少ないことを考慮して、給電はわずかなものにとどまる。したがってカメラが、最初に無線接続を有する可能性がある。
− USB接続を必要とせずに持ち運び可能な媒体を用いて、ビューを蓄積しコンピュータに移送できるようにする、カメラ内に含まれる小型メモリーカード。
− 昼光(いわゆる「白色」LED)で測定ゾーンを視覚化すること、または
− LEDの起動により、青色または紫外線内で石化組織、蛍光性の歯の組織つまりは特に「くすんだ」外観をもつ歯の組織などのいくつかの組織を明確にすること、または
− さらに、選択された波長に応じていくつかの「真皮の」病気を視覚化すること。特に、波長の侵入は、いくつかの病気と相関性があり得、ゾーンの走査を適切に選択することで、目には見えないものを起伏で視覚化することができる、ということがわかっている。または、
− 測定対象表面で使用されるマーキングカラーにより特徴づけられる相関設定点を見つけることができるようにすること。
1)使用される手段のため、装置は、製造が単純であり、そのため特に強度の高いものとなっている。
2)この単純性は、製造コストに対して、ひいては特にCCD、CmosまたはLEDなどの使用される電子素子が普及して以降の販売価格に対して、本質的な影響を及ぼす。
3)きわめて単純な電源は、例えばSTLなどの出力型(de sortie type)標準言語を受取ることのできるあらゆるタイプのコンピュータとの接続用USBリンク内に格納可能である。
4)この新規発明の基礎である立体撮影画像操作により、経時的調整をことごとく削除する自動較正が可能となるが、これはいわゆる構造光を用いる現在の方法では見られないことである。
5)互いとの関係において製造中不変で固定された既定の空間的位置にCCDまたはCmosセンサーがある状態で作業することで、物体またはカメラの(互いとの関係における)動きを知る必要性が回避され、差異の問題を単なる点の集まり(nuage de points)の密度の相関問題に帰着させる。
6)構造光の変形の測定値を使用しないことで、身体そのもののカラー画像について作業を行なうことが可能である。
7)カラー画像を得ることで、人体のいくつかの部分を手動または自動で抜粋して選択すること、例えば歯と歯肉を別個に認識することが可能となる。
8)構造光無しで作業することによって、ミクロンに近い値に近づく場合に周知の不正確さの要因である「コーティング」した表面を援用しないことも同様に可能になり、このことは、義歯のすり合わせまたは診断を目的とするあらゆる測定において必要である。
9)電子発光ダイオードを使用することで、皮膚のまたは歯肉のわずかに下のいくつかのゾーンを視覚化して、単純な診断のためであっても外科的方法(歯肉退縮)や、より複雑な方法(OCT)を援用しなくては見ることのできないゾーン内の読出しを補完することができる。
10)同様に、それは、単純な意図的カラーマーキングにより、基準とすることのできる自然に着色されたいくつかのゾーンをより容易に探知できるようにし、かつマーキングの補色であるLED照明を選択することによりビューの相関を容易にすることができる。
11)今日、最近のソフトウェアツールを用いて、カラー情報による自動相関が容易になっており、複雑な表面(歯列弓全体)、これらの表面(下部歯列弓との関係における上部歯列弓)の動きを動的に撮影することが可能である。
12)画像センサーの一つのみを使用することで、3D画像から2D画像に転換して、同じツールで平面解析と空間解析を得ることができ、これは、今日市販されている多くの器具の基礎である。
13)同じ瞬間に二重または三重にされる唯一のビューだけで、第三次元を抽出するのに充分であり、これにより、データ収集における「被写体ぶれ」はことごとく回避される。
14)スクリーンでの3D再生は、標準的3D高解像度スクリーン上で可能となり、これは、現在の口腔内システムの場合、複雑な処理無しでは得られないことである。
15)処理が単純であるため、安価な標準的コンピュータの使用が可能である。
16)最後に、提案されている器具はその適用分野に汎用性があり、コスト、精度および診断用画像形成に関する多くの要求に応えるものである。
− 画像の焦点面がセンサーの占有する面に存在するように、それ自体がレンズ系を有し得るセンサー上に測定対象ゾーンの画像を投げ返す鏡またはプリズムによって反射させられるか、または、
− 内視鏡の光学的組立てを縮小し単純化する「画像」光ファイバーによって誘導される。
− 機械式または電子式シャッターを用いて各内視鏡の画像の読出しの時間を、例えば数千分の1秒ずらすこと。
− 異なる画像周波数、画像変調または画像強度で作業して、唯一のセンサーに関連する各内視鏡に固有のビュー各々の間のずれを回避すること。
− ラスタまたは他の構造光の投影無く昼光79を使用することから、撮影78中の制御アプローチにおける視覚化スクリーン5は、この光学印象カメラを単なる2Dカメラとして使用できるようにし、こうして歯科医師の投資コストは有意に制限される。
− 同様に、デジタル処理そして特定の波長のLEDの走査により顕示された病理学的ゾーンの明示の後、この2D視覚化を実施することもできる。この技術は、当然、3D画像からしか可能ではない。
2、4 接続
3 ケーブル
5 コンピュータ
6 ボックス
7 ヘッド
8 アーム
9 本体
11 ケーブル
12 画像接続カード
10 中央レンズ
13 コネクタ
14、15 光学系
18 ボタン
20 センサー
21 固定集束系
24 マイクロミラー
26 光ファイバ
28 光伝送ファイバ
33、37 LED
36 画像処理システム
40 ミラー
42 センサー
43 マイクロミラー
47 処理用本体
46 カメラヘッド
48 プラグ
49、57 印象トレー
51 歯列弓
65 光学系
Claims (10)
- 歯科分野で使用可能なカラー光学印象による経時的三次元測定装置において、構造光投影を利用せず、かつそのために、前記装置が、
− その再書込み速度により、読出し速度すなわち連続的印象採得の速度を定義づけし、かつ静的または動的読出しを可能にするカラーCCDまたはCmosタイプの既定の位置にある少なくとも二つのセンサーで構成されている立体カメラと、
− 術野上で視覚化されたデータを、変形無く前記センサーに伝達できるようにする、既定の固定焦点を有する光学系と、
− 印象採得ゾーンを照明するための、LED照明システムと、
− 前記センサー各々の後方または近傍に位置づけされ、各センサーを管理すると同時に印象採得ゾーンを照明するLEDをも管理する電子システムと、
を有する三次元歯科撮影装置で構成されており、
および前記電子システムが、
− 前記センサーにより読取られたデータを収集し、蓄積し、整理することのできる中央管理ユニットと、
− 前記中央ユニットにコントロールされる、前記LEDの制御カードと、
を有し、
および前記センサーが、歯列弓の全体または一部分の上に分布して、たった一回の露光で印象を作製できるようになっており、そのため作業者による患者の歯列弓の臨床的走査を回避し、これらのセンサーは、たった一回の露光での歯列弓の完全なデータ収集を可能にするある種の光学印象トレー内に配置されていること、
を特徴とする、装置。 - LEDが印象トレーに沿って配置させられ、進行中の解析に応じて一括してまたは特定的に制御されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 電子システムが同様に、
− USBまたはバッテリーの下で機能できる標準タイプの電源カードと、
− ビューを蓄積しコンピュータに移送できるようにする、カメラ内に含まれた小型メモリーカードと、
を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の装置。 - 検討すべき物体の周囲に公知の幾何形状に沿って規則的に位置づけされるようになっている三つのセンサーと、互いとの関係における位置および空間的配向が完全にわかっている中心光学軸に沿って各センサーに対面して設置された固定焦点レンズとを有し、前記レンズが、センサーの視野軸との関係において共線位置で、各センサーに固有の三つの画像トラックを形成することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
- 公知の幾何形状に沿って検討対象の物体の周囲に規則的に位置づけされた二つのセンサーと、互いとの関係における位置および空間的配向が完全にわかっている中心光学軸に沿って各センサーに対面して設置された焦点レンズとを有し、前記レンズが、センサーの視野軸との関係において共線位置で、各センサーに固有の二つの画像トラックを形成することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
- LEDが、補色マーカーを用いて行なわれる印象採得前に実施されたマーキング、またはナチュラルマーキングを明らかにすることのできる既定の波長を有するものであることを特徴とする、請求項4または5に記載の装置。
- LEDが、センサーの前に設置された各画像焦点レンズの周囲に設置されていることを特徴とする、請求項4〜6のいずれか一項に記載の装置。
- 自然色および非人工色から測定が実施されるように、LEDが、既定の波長をもつLEDと白色LEDの組合せで構成されることを特徴とする、請求項4〜7のいずれか一項に記載の装置。
- センサーおよびLEDに結びつけられたマイクロミラーを有することを特徴とする、請求項1または2に記載の装置。
- 光学系が少なくとも一つの内視鏡を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置。
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