JP2015527896A - 蛍光を測定する口腔内３ｄスキャナ - Google Patents

Abstract

歯の虫歯を発生させる領域を歯から発した蛍光に基づいて検出及び／又は視覚化する３Ｄスキャナシステムであって、組み合わされたデジタル３Ｄ表示を提供するために、発した蛍光の表現を歯のデジタル３Ｄ表示の対応する部分にマッピングするように構成したデータ処理手段を備える３Ｄスキャナシステムを開示する。【選択図】図３

Description

本発明は、口腔内３Ｄ走査に関する。特に、本発明は、患者の歯から記録された蛍光を歯の虫歯を発生させる領域を検出するために用いる３Ｄスキャナシステムに関する。特に、本発明は、口腔から記録された蛍光を口腔のデジタル３Ｄ表現を生成するときに用いる３Ｄスキャナシステムに関する。

米国特許出願公開第２００８／００６３９９８号明細書は、虫歯を発生させる領域と健全な歯構造との間のコントラストを２Ｄ画像で強調する画像を形成するために一つの蛍光画像と一つの反射画像を組み合わせる技術を記載する。

米国特許出願公開第２００８／０９４６３１号明細書は、口腔内カメラ及び測定装置を有するシステムを記載する。測定装置は、色、透光性、蛍光、光沢、表面組織、及び／又は、口腔内カメラによって取得した画像と組み合わせることができる測定装置からの特定の歯の他のデータを収集することができる。

口腔内の、特に、歯列の表面トポブラフィー特性を記録する光学３Ｄスキャナが従来知られている（例えば、国際公開第２０１０／１４５６６９号）。市販されている口腔内３Ｄスキャナの例は、３ＳｈａｐｅのＴＲＩＯＳ（登録商標）、カデント（Ｃａｄｅｎｔ）のｉＴｅｒｏ（登録商標）、シロナ（Ｓｉｒｏｎａ）のＣｅｒｅｃ及び３Ｍのラヴァ（登録商標）Ｃ．Ｏ．Ｓ．がある。

口腔内スキャナのあらゆるプローブ素子のサイズは制限される。その理由は、プローブ素子が人間の口に適合する必要があるからである。その結果、そのようなスキャナの視野は、複数の隣接する歯又は歯列弓全体となりうる多くの用途の関心のある物体より狭くなる。したがって、口腔内３Ｄスキャナは、複数の副走査の「ステッチング」(stitching)に依存し、副走査の各々は視野を表すが、例えば、歯列弓に沿って３Ｄスキャナを移動させることによって複数の位置で取得される。３Ｄスキャナは、口腔の走査した部分の表面トポグラフィーの全体に亘るデジタル３Ｄ表現を生成するためにステッチされる一連の副走査を記録する。副走査は、３Ｄスキャナ及び患者の口腔の所定の相対位置及び向きに対するデプスマップを表す。複数の副走査を取得するために、３Ｄスキャナを、口腔又はその一部の領域に沿って移動させ、異なるように角度を決める可能性がある。３Ｄスキャナを、ステッチングを可能にするために副走査の少なくとも一部のセットが少なくとも部分的に重なり合うように移動させるとともに角度を決める。ステッチングの結果、単一の副走査によって取得することができる表面のデジタル３Ｄ表現より大きい、すなわち、３Ｄスキャナの視野より大きいデジタル３Ｄ表現となる。レジストレーション(registration)としても知られるステッチングは、種々の副走査における３Ｄ表面の重なり合う領域が最終的に生成する全体に亘る走査に整合するように種々の副走査における３Ｄ表面の重なり合う領域を識別するとともに副走査を共通の座標系に変換することによって役に立つ。このために、反復最近接点（ＩＣＰ）アルゴリズムが広く用いられている。

本発明の目的は、虫歯を発生させる領域の蛍光及び／又は表現を歯のデジタル３Ｄ表現にマッピングすることができる３Ｄスキャナシステムを提供することである。

本発明の目的は、歯から反射したプローブ光及び歯の虫歯を発生させる領域の蛍光材料のような歯の蛍光材料から発した蛍光を記録するために同一のイメージセンサを用いる３Ｄスキャナシステムを提供することである。

本発明の目的は、歯から反射したプローブ光及び歯の虫歯を発生させる領域の蛍光材料のような歯の蛍光材料から発した蛍光を同一の記録画像から読み出すことができる３Ｄスキャナシステムを提供することである。

歯の虫歯を発生させる領域を歯から発した蛍光に基づいて検出及び／又は視覚化する３Ｄスキャナシステムであって、
歯を照明するためにプローブ光を供給することができる照明ユニットであって、プローブ光は、歯の蛍光材料を励起することができる第１の波長の光を備える照明ユニットと、
照明された歯から受光した光の画像を記録するイメージセンサであって、イメージセンサは、蛍光材料が第１の波長の光によって励起されたときに蛍光材料から発した蛍光を検出することができるイメージセンサと、
ｉ．歯の３Ｄトポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を歯から反射したプローブ光を備える記録画像に基づいて形成し、
ｉｉ．歯の蛍光材料から発した蛍光の表現を、発した蛍光を備える記録画像に基づいて形成し、かつ、
ｉｉｉ．組み合わされたデジタル３Ｄ表現を提供するために、発した蛍光の表現を歯のデジタル３Ｄ表現の対応する部分にマッピングするように構成したデータ処理手段と、
組み合わされたデジタル３Ｄ表現を視覚化する視覚的表示装置と、
を備える３Ｄスキャナシステムを開示する。

組み合わされたデジタル３Ｄ表示の視覚化に際し、蛍光及び／又は虫歯を発生させる領域を、歯の正確な位置に従って配置する。一部のケースにおいて、発した蛍光の表現が虫歯を発生させる領域の直接的な表現となるようにするために、虫歯を、虫歯を発生させる領域を第１の波長の光によって照明したときに虫歯を発生させる領域から発した蛍光から直接検出することができる。

組み合わされたデジタル３Ｄ表示の可視性が、患者の歯のセットを調べるときに貴重な援助を歯医者に提供することができるようにするために、識別した虫歯を発生させる領域のマッピングされた表現は、識別した虫歯を発生させる領域の歯の上での可視性に比べて歯の表面に関連する向上した可視性を提供することができる。これを、例えば、虫歯を発生させる領域が組み合わされたデジタル３Ｄ表示の明確な色及び／又は輝度によって表される場合とすることができる。

本発明と関連して、表現「蛍光を記録する」は、蛍光材料から発した蛍光を示す蛍光画像が記録される場合を言及することができる。

本発明による３Ｄスキャナシステムは、口腔の所々の蛍光材料を励起するための第１の波長の光を出射することができる少なくとも第１の光源を有する照明ユニットと、蛍光材料を第１の波長の光で照明するときに蛍光材料から発した蛍光を測定することができるイメージセンサと、を有する。一部の実施の形態において、標準的なイメージセンサを本発明で用いることができるようにするために、第１の光源は、ＵＶ光を供給し、硬い歯組織の蛍光材料から発した蛍光は、可視光に対応する波長を有する。本発明に有用な光源を、レーザ、ＬＥＤ又はそれ以外とすることができる。

口腔の３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表示を、口腔の表面から反射した光に基づいて生成することができる。口腔の表面が３Ｄスキャナシステムの光源からの光によって照明されるとき、視野内の表面から反射した光は、３Ｄスキャナシステムのイメージセンサによって検出される。反射した光に基づいて、データ処理手段は、視野内に配置された表面の領域に対する副走査を計算することができる。一連の副走査を、例えば、表面の種々の領域が視野に配置されるようにするために３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド部を口腔に対して相対移動させるときに計算することができる。

蛍光の大部分が、第１の波長のある値に対してはある波長範囲内にあり、第１の波長の他の値に対しては他の波長範囲内あるようにするために、硬い歯組織から発した蛍光は、蛍光材料を励起するために用いられる光の波長に依存するスペクトル分布を有することができる。蛍光を、蛍光材料が第１の波長の光によって励起されるときに蛍光材料が蛍光を発する蛍光波長範囲に亘って発することができる。

口腔の一つ以上の表面の３Ｄトポグラフィー特性を測定するために、３Ｄスキャナは、従来既知の光学原理、例えば、フォーカス走査、共焦点走査、三角測量又はそれ以外のいずれかを用いることができる。これらの全ての原理は、少なくとも一つの光源を必要とし、口腔の表面から反射した光のある特性を測定する。

イメージセンサは、硬い歯組織が第１の波長の光によって照明されるときに硬い歯組織から発した蛍光を記録するように構成され、すなわち、イメージセンサは、第１の波長より大きい少なくとも一つの波長の検出光を許容する。

一部の実施の形態において、３Ｄトポグラフィー特性の記録は、口腔の表面からの第１の波長の光の反射を利用する。第１の波長の光の一部は、口腔の表面から反射され、同時に、一部は、硬い歯組織の蛍光材料によって吸収される。

一部の実施の形態において、イメージセンサが蛍光及び第１の波長の光の両方を検出することができるようにするために、イメージセンサは、第１の波長の光を検出することができる。この場合、イメージセンサを、硬い歯組織からの蛍光の記録に加えて、口腔の表面から反射した第１の波長の光の記録に用いることもできる。表面に対する副走査を、記録した第１の波長の光に基づいて計算することができる。蛍光及び反射した光を、データ処理手段又は光学フィルタによって区別することができる。光のパターンを口腔の表面に投射するように構成したフォーカススキャナを利用する３Ｄスキャナシステムのデータ処理手段において、蛍光及び反射した光を、イメージセンサによって記録した強度を対応する要素に分解することによって区別することができる。

一部の実施の形態において、蛍光及び反射した光を、ベイヤーカラーフィルタのようなカラーフィルタアレイを備えるイメージセンサを用いるとともに光スペクトルの青色部分にある第１の波長（例えば、４０５ｎｍ）のプローブ光のみを供給するようにするように照明ユニットを選択することによって区別することができる。この場合、反射したプローブ光及び蛍光を同一画像に記録できるようにするために、ベイヤーフィルタの青色画素によって、反射したプローブ光を記録することができ、同時に赤色画素及び／又は緑色画素によって、発した蛍光を記録することができる。この場合、データ処理手段を、歯のデジタル３Ｄ表示を形成するだけのために記録画像の青色画素を読み出すとともに蛍光表示を形成するだけのために赤色画素／緑色画素を読み出すように構成される。

一部の実施の形態において、表面の３Ｄトポグラフィー特性の読出しは、第２の波長の光を伴う。第２の波長の光が主に口腔の表面から反射されるとともに第２の波長の光のほんのわずかだけが硬い歯組織の蛍光材料によって吸収されるように、第２の波長を設定することができる。

一部の実施の形態において、プローブ光は、第２の波長の光を備え、イメージセンサは、第２の波長の光を検出することができ、この場合、歯のデジタル３Ｄ表示を、歯から反射したプローブ光を備える画像の第２の波長の光に基づいて形成する。

歯の材料のプローブ光の吸収係数を、第２の波長において第１の波長の１／１００や１／５００のように第１の波長の１／１０まで小さくすることができる。

一部の実施の形態において、照明ユニットを、表面の３Ｄトポグラフィー特性の記録に用いるために第２の波長の光を供給するように構成する。

一部の実施の形態において、イメージセンサが蛍光及び第２の波長の光の両方を検出することができるようにするために、イメージセンサは、第２の波長の光を検出することができる。この場合、イメージセンサを、硬い歯組織からの蛍光の記録に加えて、口腔の表面から反射した第２の波長の光の記録に用いることもできる。表面に対する副走査を、記録した第２の波長の光に基づいて計算することができる。

一部の実施の形態において、発した蛍光の波長は、第２の波長と同様又は同一となるような３Ｄトポグラフィー特性を記録するのに用いられる波長と同様又は同一にすることができる。これは、色収差を保証することをほとんど又は全く必要とすることなく光学設計を簡単にすることができるので有利である。

二つの異なる波長の光を検出するとともに二つの波長の間の区別を行うことができるイメージセンサを、イメージセンサの光検出器の前にフィルタを配置することによって実現することができ、この場合、フィルタのある領域は、一方の波長の光を通過させることができ、他の領域は、他方の波長の光を通過させることができる。そのようなフィルタの一つの構成を、例えば、第１の波長の光が光検出器のある既知のグループを通過することができるとともに蛍光がイメージセンサの光検出器の他の既知のグループを通過することができるように適合した修正されたベイヤーフィルタとすることができる。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、他のイメージセンサを備える。

一部の実施の形態において、他のイメージセンサを、第１の波長の光を検出するように構成する。

一部の実施の形態において、他のイメージセンサを、第２の波長の光を検出するように構成する。

一つのイメージセンサ又は複数のイメージセンサを、視野内に配置された口腔の組織から受光した光を捕えるように配置される。視野は、イメージセンサと、３Ｄスキャナシステムの光学系とによってある程度決定される。

一部の実施の形態において、イメージセンサは、５００ｎｍから７５０ｎｍの範囲のような４００ｎｍから８５０ｎｍまでの波長範囲内の光を検出するように構成される。

一部の実施の形態において、他のイメージセンサは、５００ｎｍから８５０ｎｍまでの波長範囲内の光を検出するように構成される。

一部の実施の形態において、イメージセンサは、センサ素子のアレイを備え、センサ素子の少なくとも一部は、発した蛍光を検出することができる。

これを、例えば、ベイヤーフィルタのようなカラーフィルタアレイを有するカラーイメージセンサを用いることによって実現することができる。

一部の実施の形態において、イメージセンサは、センサ素子の２Ｄアレイのような２次元検出器を備える。

一部の実施の形態において、イメージセンサは、センサ素子の１Ｄアレイのような１次元検出器と、表面の種々の部分をこの略１次元センサ素子に重ね合わせるように構成されたスイーピング光学系(sweeping optics)と、を備える。

一部の実施の形態において、イメージセンサは、単一のセンサ素子と、表面の種々の部分をこの略０次元センサ素子に重ね合わせるように構成されたスイーピング光学系と、を備える。

一部の実施の形態において、照明ユニットは、視野の少なくとも一部内に配置された口腔の柔らかい歯組織及び硬い歯組織が照明されるようにするために視野内の表面を照明するように配置される。照明ユニットは、視野の一部である領域をカバーする表面を照明し、視野と略同一である領域をカバーする表面を照明し、又は、視野を越えて延在する領域をカバーする表面を照明するように構成される。

一部の実施の形態において、照明ユニットは、第１の波長範囲の光を供給し、第１の波長は、第１の波長範囲内にある。

一部の実施の形態において、照明ユニットは、第２の波長範囲の光を供給し、第２の波長は、第２の波長範囲内にある。

一部の実施の形態において、照明ユニットは、第１の波長範囲で供給するように構成されるような第１の波長の光を供給するように構成された第１の光源を備える。

一部の実施の形態において、イメージセンサは、第１の波長の光を検出することができ、歯のデジタル３Ｄ表現は、歯から反射したプローブ光を備える画像の第１の波長の光に基づいて形成される。そのようなケースにおいて、３Ｄスキャナシステムの光学系は、歯から反射した第１の波長の光を収集するとともにイメージセンサに導くことができるように設計される。

一部の実施の形態において、カラーイメージセンサは、第１の波長の光を通過させることができる複数のフィルタ及び発した蛍光を通過させることができる複数のフィルタを備え、データ処理手段は、歯のデジタル３Ｄ表現の形成の少なくとも一部及び蛍光の表現の形成の少なくとも一部を、同一の記録画像に基づかせる。

一部の実施の形態において、多色光源は、赤色ダイオード、緑色ダイオード及び青色ダイオードのアレイのような異なる波長のプローブ光を発するダイオードのアレイを有するマルチダイＬＥＤを備える。

一部の実施の形態において、照明ユニットは、第１の波長に対応するマルチダイＬＥＤのダイオードのサブセットのみを選択的に駆動することができ、同時に、イメージセンサは、発した蛍光の色に少なくとも近似的に整合するカラーフィルタを有するイメージセンサのこれらの画素のみの読出し又は当該画素の優先的な読出しを行う。

好適には、ダイのサブセットは、蛍光材料の励起スペクトルに依存する紫外線ＬＥＤ，青色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ又は黄色ＬＥＤのような蛍光歯材料の励起スペクトル内にある第１の波長の光を出射する一つ以上のＬＥＤを備える。

赤色ダイオード、緑色ダイオード及び青色ダイオードのアレイを備える照明ユニットと、ベイヤーフィルタを備えるイメージセンサと、を備える３Ｄスキャナシステムにおいて、照明ユニットの青色ダイオードを、蛍光測定中に選択的に駆動することができ、同時に、イメージセンサは、緑色光及び／又は赤色光に関するカラーフィルタを有する画素のみを読み出す。この場合、ＬＥＤのサブセットから出射した光は、歯の蛍光材料を励起することができ、スキャナは、これらの蛍光材料から発した蛍光を記録することができる。

一部の実施の形態において、照明ユニットを、口腔の表面を照明するために配置した第１の光源のみを有する単一の光源とする。そのようなケースにおいて、第１の光源は、副走査を反射光に基づいて計算できるように硬い歯組織の蛍光材料を励起することができるとともに口腔の表面から反射することができる光を供給するように構成される。そのような単一光源ユニットの第１の光源の発光スペクトルを、大部分が５００ｎｍより下であるようにすることができる。

一部の実施の形態において、第１の光源の発光スペクトルは、大部分が５００ｎｍより下であり、イメージセンサは、第１の波長の光を検出することができ、データ処理手段は、第１の波長を有する検出光から口腔表面／歯のセットの副走査を計算するとともに副走査をステッチングすることによって口腔表面／歯のセットのデジタル３Ｄ表現を形成するように構成される。これによって、第１の光源が３Ｄ表面トポグラフィー及び蛍光の両方の記録に用いられる単一光源形態を許容する。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムの照明ユニットは、単一光源、すなわち、第１の光源、及び、蛍光を励起するのに用いられる第１の波長をフィルタ処理するように構成されたフィルタのみを有する。このフィルタは、視野から受光した光がイメージセンサへの伝搬の際にフィルタを通過する必要があるようにするために配置される。フィルタ処理手段を実現する一つの方法は、専用の光学フィルタ、好適には、ビーム経路を出入りすることができる専用の光学フィルタである。

一部の実施の形態において、第１の光源は、第１の波長の光と第２の波長の光の両方を供給することができる。

一部の実施の形態において、照明ユニットは、第２の波長範囲で提供するように構成されるような第２の波長の光を提供するように構成された第２の光源を備える。異なる主要な波長を有する二つの光源を有する実施の形態において、好適には、第２の光源は、３Ｄトポグラフィー特性を記録するために用いられ、第１の光源は、硬い歯組織の蛍光材料を励起するために用いられる。

そのような２光源形態において、第１の光源及び第２の光源を、３Ｄスキャナシステムの個別の位置に配置することができる。すなわち、照明ユニットの素子を、３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド部に個別に配置するように３Ｄスキャナシステムに個別に配置することができる。

一部の実施の形態において、第１の光源は、第１の波長の光と第２の波長の光の両方を供給することができ、又は、照明ユニットは、第１の波長の光と第２の波長の光の両方を供給するよう照明ユニットを構成できるように第２の波長の光を供給するように構成された第２の光源を備え、同時に、イメージセンサは、第２の波長の光を検出することができる。この場合、データ処理手段を、第２の波長を有する検出光から口腔表面／歯のセットの副走査を計算するとともに副走査のステッチングによって歯のセットのデジタル３Ｄ表現を形成するように構成することができる。

一部の実施の形態において、照明ユニットは、いつでも第１の波長のみの光又は第２の波長のみの光を供給するように構成される。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナは、口腔の表面が第１の光源からの光及び第２の光源からの光によって連続的に照明されるように二つの光源の間で繰り返しシフトする。

３Ｄスキャナシステムの視野の組織は、いつでも多くても第１の光源と第２の光源の一方によってのみ照明される。

これを、第１の光源及び第２の光源を順次オン及びオフに切り替えることによって、第１の光源が交互の波長の光を連続的に出射することによって、又は、３Ｄスキャナシステムの出口点に導くように第１の波長と第２の波長のいずれかを遮断し、導き若しくは選択することによって実現することができる。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、多くても第１の光源と第２の光源の一方のみがいつでも光を供給するように構成される。

一部の実施の形態において、照明ユニット及び／又は第１の光源の発光スペクトルは、大部分が５００ｎｍより下である。これを、発行スペクトルの大部分が５００ｎｍより下である一つの光源のみを備える照明ユニットによって実現することができる。

本発明に関連して、９９％より上のような光の９０％より上又は光の９９．９％より上のような照明ユニット及び／又は第１の光源から出射した光の大部分が、所定の波長より下、所定の波長より上又は所定の波長範囲内にある場合、発光スペクトルは、所定の波長より下、所定の波長より上又は所定の波長範囲内にある。

一部の実施の形態において、第１の波長は、３５０ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲のような２５０ｎｍから５００ｎｍまでの範囲にある。

一部の実施の形態において、第１の光源は、歯の蛍光材料を励起するのに用いることができる青色光又は紫色光を出射するＬＥＤである。

一部の実施の形態において、第２の波長は、５００ｎｍから８５０ｎｍの範囲内にある。これを、この範囲内の光を供給するように構成された第２の光源を備える実施の形態によって実現することができる。それを、第１の光源が第２の波長の光を出射することもできる実施の形態によって実現することもできる。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、第１の波長及び蛍光に対応する波長の反射率より高い第２の波長の反射率を有するように構成されたダイクロイックミラーを備え、ダイクロイックミラーは、ダイクロイックミラーが第２の光源からの光を視野内に配置された表面に導くとともに視野から受光した蛍光がイメージセンサに向かうことができるように配置される。

一部の実施の形態において、ダイクロイックミラーは、３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド部に配置される。

一部の実施の形態において、歯の３Ｄ表面トポグラフィーを記録するための視野及び蛍光を記録するための視野は、略同一である。

一部の実施の形態において、反射したプローブ光を備える画像を記録するための視野及び蛍光を記録するための視野は、略同一である。これによって、反射したプローブ光を備える画像から形成した歯のデジタル３Ｄ表現への蛍光表現の簡単かつ直接的なマッピングを可能にする。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、口腔の表面からの反射光を記録するのに用いられる積分時間より長い積分時間が蛍光を記録する際に用いられるように構成される。

一部の実施の形態において、照明ユニット、イメージセンサ、及びデータ処理手段の少なくとも一つの装置は、ハンドヘルド３Ｄスキャナ装置のような３Ｄスキャナシステムのハンドヘルドの統合部である。第１の光源及び第２の光源を備える実施の形態において、両方の光源を、３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド部の統合部とすることができる。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、３Ｄスキャナが口腔に関連して配置されるときに口腔の一つ以上の表面から受光した光をイメージセンサに伝送する結像光学系を備える。

本発明に関連して、表現「３Ｄスキャナが口腔に関連して配置される」は、３Ｄスキャナシステムが口腔の少なくとも一つの表面を照明できるように３Ｄスキャナシステムが配置され、及び／又は、口腔からの光をイメージセンサによって受光及び記録できるように３Ｄスキャナシステムが配置される状況を記載する。

実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、口腔と連動するように構成したハンドヘルド口腔内３Ｄスキャナを備え、上記表現は、ハンドヘルド口腔内３Ｄスキャナが口腔表面からの光を受光できるようにハンドヘルド口腔内３Ｄスキャナが配置される状況を記載する。

一部の実施の形態において、結像光学系は、光を照明ユニットから口腔の表面に伝送するようにも構成される。

実施の形態において、イメージセンサ及び照明ユニットは、３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド部に配置され、結像光学系を、ハンドヘルド部の統合部とすることができる。

フィルタ処理手段を実現する一つの方法は、多くの光学材料が一部の波長に対して低い透過率を有し又はイメージセンサの波長に依存する固有の感度を有することを利用することである。両方の効果は、光源が藍色光又はＵＶ光を出射するときに特に顕著である。

一部の実施の形態において、フィルタ処理手段は、結像光学系がフィルタ処理機能を提供するように結像光学系の光学素子のスペクトル特性によって規定される。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、照明ユニットを制御するように構成した制御装置を備える。

一部の実施の形態において、制御装置は、どの波長で第１の光源が所定の時間において光を供給するかを制御するように構成される。

一部の実施の形態において、制御装置は、第１の光源が第１の波長の光と第２の波長の光を交互に出射するようにするために第１の光源を制御するように構成される。

３Ｄ表面トポグラフィーの画像を記録するときよりも著しく高いプローブ光の強度を蛍光歯材料の励起に用いるのが有利となり得る。通常、発する蛍光の強度は、歯表面から反射した光の強度より著しく小さい。３Ｄ表面トポグラフィーを記録するのに用いられる光及び蛍光材料を励起するのに用いられる光によって歯を交互に照明することによって、蛍光材料を励起するのに用いられる光を、歯表面から反射した光によってイメージセンサを飽和させることなく更に強度を高くすることができる。

一部の実施の形態において、制御装置は、照明ユニットが第１の波長の光及び第２の波長の光を順次出射するよう第１の光源及び第２の光源を駆動するように構成される。

一部の実施の形態において、制御装置は、第１の光源と第２の光源のいずれかが所定の時間において光を供給するよう制御するように構成される。制御装置を、例えば、これらの光源の一方のみが光を所定の時間において視野に供給するよう第１の光源及び第２の光源を順次オン／オフに切り替えるように構成することができる。

一部の実施の形態において、制御装置は、第１の波長の光及び第２の波長の光が交互に遮断され、３Ｄスキャナシステムの視野に導かれ、又は、口腔の表面を照明するために通過させることを選択されるよう３Ｄスキャナシステムの光学素子を制御するように構成される。

データ処理手段を、単一のプロセッサ装置で構成することができ、又は、二つ以上のサブユニットで構成してデータ処理手段の機能をこれらのサブユニットによって分割することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段を、副走査を計算し、分類スコアを割り当て、かつ、ステッチングを行うように構成した単一のデータ処理装置とする。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、複数のサブユニットを備え、あるサブユニットは、副走査を計算するように構成したデータ処理ユニットであり、他のサブユニットは、分類スコアを割り当てるとともにステッチングを行うように構成したデータ処理ユニットである。

そのような単一のデータ処理ユニット又はそのようなサブユニットは、適切なアルゴリズムが格納される記憶媒体と、これらのアルゴリズムを実行するように構成したＣＰＵと、を備えることができる。

一部の実施の形態において、一つのサブユニットを、３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド部に配置し、一つ以上のサブユニットを、記録された３Ｄ表面トポグラフィーを視覚化するスクリーンを備えるパーソナルコンピュータ又はカートのような３Ｄスキャナシステムの遠隔部に配置する。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、一連の副走査の計算、分類スコアの割当て及び副走査のステッチングを実行するように構成したコンピュータ実行アルゴリズムを適用することができる。データ処理手段は、そのようなアルゴリズムを実行することができる一つ以上のマイクロプロセッサを備えることができる。

データ処理手段は、一連の副走査を計算するように構成したコンピュータ実行アルゴリズムを適用することができる。

データ処理手段は、分類スコアの割当てを行うように構成したコンピュータ実行アルゴリズムを適用することができる。

データ処理手段は、副走査のステッチングを行うように構成したコンピュータ実行アルゴリズムを適用することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、第１の波長を有する検出光から口腔表面の副走査を計算するように構成される。この場合、口腔の表面の一連の副走査を、表面から反射されるとともにイメージセンサ又は他のイメージセンサによって検出された第１の波長の光に基づいて計算することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、第２の波長を有する検出光から口腔表面の副走査を計算するように構成される。この場合、口腔の表面の一連の副走査を、イメージセンサ又は他のイメージセンサによって検出された第２の波長の光に基づいて計算することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、格納される一つ以上のコンピュータ命令を有する非一時的なコンピュータ可読媒体を備え、コンピュータ命令は、アルゴリズムを実行する命令を備える。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、硬い歯組織によって発した蛍光から口腔の表面によって反射した光をフィルタ処理する手段を備える。

フィルタ処理手段は、第１の波長の光によって照明するときに硬い歯組織から発した蛍光からの第１の波長の光のフィルタ処理を行うことができる。

フィルタ処理手段は、第１の波長の光によって照明するときに硬い歯組織から発した蛍光からの第２の波長の光のフィルタ処理を行うことができる。

そのようなフィルタ処理は、歯から発した蛍光がプローブ光の強度に比べて小さい場合に有利となることができる。この場合、フィルタ処理によって、十分に強い蛍光信号がイメージセンサによって記録される前に生じうるイメージセンサの飽和を防止することができる。

一部の実施の形態において、フィルタ処理手段は、硬い歯組織が第１の波長の光によって照明されるときに硬い歯組織から発した蛍光を抑制するよりも第１の波長の光及び／又は第２の波長の光を抑制する光学フィルタを備える。そのようなフィルタ処理は、歯から発した蛍光がプローブ光の強度に比べて小さいときに有利となり得る。この場合、フィルタ処理によって、十分に強い蛍光信号がイメージセンサによって記録される前に生じうるイメージセンサの飽和を防止することができる。

一部の実施の形態において、フィルタ処理手段は、第１の波長の光を、約３ｄＢ以上、例えば、約１０ｄＢ以上、例えば、約２０ｄＢ以上、例えば、約３０ｄＢ以上抑制する。

光学フィルタ中での散乱及び／又は伝送損失のために、光学フィルタ中での蛍光の僅かな抑制も生じうる。光学フィルタを、第１の波長又は第２の波長の光の抑制と蛍光の抑制との比が少なくとも５、例えば、少なくとも１０、例えば、少なくとも５０、例えば、少なくとも１００、例えば、少なくとも１０００又はそれ以上となるフィルタ処理機能を提供するように構成することができる。

一部の実施の形態において、フィルタ処理手段を、データ処理手段において実現する。

一部の実施の形態において、フィルタ処理手段を、イメージセンサによって検出した信号の強度を蛍光に関連する一つの成分並びに正反射、乱反射及び迷光に関する一つ以上の成分にデジタル的に分解するように構成される。

一部の実施の形態において、正反射に関する成分は、３Ｄ表面トポグラフィーを記録するため又は歯のセットの３Ｄデジタル表現を形成するために用いられる。

一部の実施の形態において、口腔の所定の部分の分類スコアを、この部分から記録した蛍光から少なくとも決定する。

一般的に、副走査内のデータの一部からの制限的なフィルタ処理を行うことなく広い領域をカバーする副走査を用いることが有利となり得る。その理由は、副走査でカバーされる表面領域が狭くなるに従ってステッチングが悪化するからである。これは、表面が３Ｄ構造をほとんど有しないときに特に当てはまる。

蛍光が、３Ｄスキャナシステムのイメージセンサが感知する波長、例えば、４００ｎｍ付近の波長の光によって励起され、波長弁別する光学的なフィルタ処理が適用されず又は不完全に波長弁別する光学的なフィルタ処理が適用されるとき、イメージセンサは、少なくとも一部の発光及び少なくとも一部の反射の和を実際上記録する。したがって、比較的強い信号を硬い歯組織から取得し、一部の信号を柔らかい歯組織から取得する。

一部の実施の形態において、発した蛍光の表現は、歯から発した蛍光に対応する記録画像の区分を識別するために記録画像を分析することによって形成される。これを、蛍光歯材料が第１の波長のプローブ光によって照明されるときに蛍光歯材料から発した蛍光に対応するイメージセンサの画素を選択的に読み出すことによって実現することができる。

一部の実施の形態において、蛍光の表現は２Ｄ表現であり、マッピングは、蛍光の２Ｄ表現を歯のデジタル３Ｄ表現に組み合わせることを備える。

発した蛍光の表現の歯のデジタル３Ｄ表現の対応する部分へのマッピングを、デジタル表現の構造が一致するようにするための歯のデジタル３Ｄ表現に関連する蛍光表現の調整として規定することができる。歯の幾何学的データを備える３Ｄデジタル表現及び歯のデジタル蛍光表現の共通の又は似ている構造は、合わせられる。

デジタル表現を組み合わせるためのマッピングは、虫歯を発生させる領域の視覚化を向上させることができる。一部の実施の形態において、これを、視覚化される組み合わされたデジタル３Ｄ表現において蛍光表現が更に明瞭に目立つように色又は輝度を変更することにより蛍光表現の可視性を上げることによって行うことができる。

本発明に関連して、表現「組み合わされた３Ｄ表現を視覚化する」は、組み合わされた３Ｄ表現によって提供される全てのデータの視覚化又は組み合わされた３Ｄ表現によって提供される一部のデータの視覚化を言及することができる。したがって、視覚化した組み合わされた３Ｄ表現は、２Ｄデジタル表現から提供することができる全てのデータではなく抽出した情報の視覚化を提供することができる。

結像光学系及び照明ユニットのような３Ｄスキャナシステムの光学系の既知の配置に対して、副走査が計算される画像の取得中及び蛍光記録中に３Ｄスキャナシステム及び口腔の相対移動がないと仮定すると、本質的には組織である蛍光の２Ｄ画像を、表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現にマッピング／重ね合わせすることができる。

蛍光の２Ｄ画像データの副走査の３Ｄ表面へのマッピングは、両者が同一の視野及び角度から取得される場合に特に簡単である。換言すれば、３Ｄ「デプス画像」及び２Ｄ蛍光画像が設計によって整合するのは有用である。そのような設計を実現する一つの方法は、３Ｄ復元に基づく画像及び蛍光の画像を記録するために同一の画像センサ及び結像光学系を用いることである。

副走査間の蛍光放射が、例えば、歯に対する異なる距離又は異なる照明角度のために異なり得るので、蛍光の画像は、ステッチング後に、３Ｄ表面全体の蛍光を表す組み合わされた組織に対して強度を調整する必要がある。例えば、異なる副走査間の強度差を平滑化するためにテクスチャウィービング(texture weaving)を用いることができる（Ｃａｌｌｉｅｒｉ等２００２）。

実際には、３Ｄ表面の記録中及び蛍光の記録中に３Ｄスキャナ及び口腔の相対移動がないという仮定は、一般的には完全に当てはまらない。蛍光の記録と３Ｄ表面の記録との間の切替がある本発明の実施の形態において、これら二つの段階の間に追加の相対移動があり得る。

一部の実施の形態において、蛍光の表現は３Ｄ表現であり、マッピングは、蛍光の３Ｄ表現を歯のデジタル３Ｄ表現に記録することを備える。

この利点は、組み合わされたデジタル３Ｄ表現において、設けられる歯のデジタル３Ｄ表現の正確な３Ｄ位置に従って、発した蛍光の表現が配置されることである。したがって、組み合わされたデジタル３Ｄ表現の視覚化は、正確であり、例えば、組み合わされたデジタル３Ｄ表現の視覚化によって、歯のどの領域が虫歯を発生させる領域であるかを歯科医によって正確に識別させることができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、例えば、蛍光のデジタル３Ｄ表現を口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現にマッピングすることによって、記録された蛍光を口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現にマッピングすることができる。

データ処理手段は、記録された蛍光を口腔３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現にマッピングするためのアルゴリズムを格納する記憶媒体と、これらのアルゴリズムを実行するように構成したＣＰＵと、を備える。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現にマッピングされた蛍光を視覚化することができる。３Ｄスキャナシステムは、視覚化のための視覚的表示装置と、視覚的表示装置での図的表現を操作するコンピュータコードと、を備えることができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、象牙質の自然蛍光とエナメル質の自然蛍光との差を検出するように構成される。これを、蛍光のスペクトル分布を記録することによって又は象牙質の蛍光とエナメル質の蛍光との間のデジタル的な区別を行うことによって、象牙質の蛍光とエナメル質の蛍光との間の区別を行うように設計された光学的フィルタを用いて検出することができる。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現上での象牙質とエナメル質の差を視覚化することができる。３Ｄスキャナシステムは、例えば表現において異なる色、組織若しくは不透明度を用いることによって、又は、例えば象牙質及びエナメル質の透明度を独立して変化させることにより象牙質の視覚化及びエナメル質の個別の視覚化を個別に制御できるようにすることによって、象牙質及びエナメル質を区別することができるデジタル３Ｄ表現の視覚的表現を提供することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、硬い歯組織又は柔らかい歯組織のような歯組織から発した蛍光とリトラクションコード(retraction cord)のような歯科用機器から発した蛍光との差を検出することができる。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現における歯組織と歯科用機器との差を視覚化することができる。３Ｄスキャナシステムは、例えば表現において異なる色、組織若しくは不透明度を用いることによって、又は、例えば歯組織及び歯科用機器の透明度を独立して変化させることにより歯組織の視覚化及び歯科用機器の個別の視覚化を個別に制御できるようにすることによって、歯組織及び歯科用機器を区別することができるデジタル３Ｄ表現の視覚的表現を提供することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、記録された蛍光から情報を抽出するとともに抽出した情報を口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現と組み合わせるように構成される。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、記録された蛍光から抽出した情報及び口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現の組合せのような視覚化を可能にする。

蛍光を、一部の歯の疾病の診断に利用することもできる。エナメル質の脱灰、したがって、初期虫歯を、５２０ｎｍより上の波長の黄色蛍光を励起するために４０５ｎｍ周辺の波長の光を用いる光誘導蛍光定量法（ＱＬＦ）によって検出することができる。

ＱＬＦは、歯のホワイトニングを監視するのにも用いられる。（Ａｍａｅｃｈｉ ａｎｄ Ｈｉｇｈａｍ ２００１）また、病原性ミクロフローラは、蛍光を表示することができ、したがって、病原性ミクロフローラを検出することができる。（Ｓｉｎｙａｅｖａ ｅｔ ａｌ ２００４）。

本発明の３Ｄスキャナシステムの一部の実施の形態は、更に正確なステッチングの利益を診断機能の利益に組み合わせる場合に可能になる。任意の診察した虫歯を発生させる領域を歯の３Ｄ表現にマッピングするとともにそのように視覚化することができることは、歯医者にとって特に有利である。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、多少発展した段階で虫歯が存在する虫歯を発生させる領域をこれらの領域から検出した蛍光に基づいて識別するように構成される。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、歯の虫歯を発生させる領域を歯に対応する３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現の部分にマッピングするように構成される。

データ処理手段を、虫歯を発生させる領域の表現を提供するとともにこの表現を３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現にマッピングするように構成することができる。当該表現は、マッピングされた虫歯を発生させる領域を有する３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現の視覚化の際に虫歯を発生させる領域を明確に視認できるように、虫歯を発生させる領域の着色を伴ってもよい。

歯が４０５ｎｍ周辺のスペクトルの紫色光で照明される場合、象牙質によって蛍光が発される。虫歯を発生させる細菌のミュータンス連鎖球菌は、ポルフィリンと称される特定の代謝産物を生成する。これらのポルフィリンは、４０５ｎｍ以上の光に露出したときに、６２０〜７４０ｎｍの波長範囲の光のような赤色波長で蛍光を発し、それに対し、健全な歯組織は、５２０〜５７０ｎｍの波長範囲の光のような緑色波長で蛍光を発する。

一部の実施の形態において、第１の波長は、３７５ｎｍから４３５ｎｍの範囲内であり、例えば、３８５ｎｍから４２５ｎｍの範囲であり、例えば、３９５ｎｍから４１５ｎｍの範囲であり、例えば、４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲である。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、歯の照明された部分から受光した蛍光が４５５ｎｍ周辺の最大強度と６００ｎｍから７００ｎｍの範囲の最大強度のいずれを有するかを決定するように構成される。これを、ベイヤーフィルタのＲＧＢフィルタアレイのようなカラーフィルタアレイを備えるカラーイメージセンサを用いるとともに青色画素の強度が赤色画素の強度と比較されるように記録画像の読出しを比較するデータ処理手段を構成することによって実現することができる。

一般的に、発した蛍光のスペクトル分布の粗測定を、ベイヤーフィルタのＲＧＢフィルタアレイのようなカラーフィルタアレイを備えるカラーイメージセンサを用いることによって実現することができる。記録画像の画素はそれぞれフィルタの色の一つに属する。この場合、データ処理手段は、記録画像の異なる画素の読出しを比較し、それから、例えば、発した蛍光の青色成分、緑色成分及び赤色成分の間の比を決定するように構成される。

健全な歯が４０５ｎｍの波長を有する光によって照明されるとき、歯は、加工しないエナメル質に特有である５００ｎｍの幅の広い放射を有する発光を発し、それに対し、虫歯の場合には、口腔細菌のポルフィリン化合物からの放射に起因する６３５ｎｍ及び６８０ｎｍの追加のピークが見える。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、歯の照明された部分から受光した蛍光が６００ｎｍから７００ｎｍの範囲のピークを有するか否かを決定するように構成される。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、歯の照明された部分から受光した蛍光が４５５ｎｍ周辺の最大強度を有するか５００ｎｍ周辺の最大強度を有するかを決定するように構成される。

決定を、波長の個別の光に配置された光学素子によって実現することができる。

決定を、ベイヤーカラーフィルタを有するカラーイメージセンサを３Ｄスキャナシステムのイメージセンサとして用いるとともに画像の青色画素からの信号と画像の緑色画素からの信号との間の比を読み出すことによって実現することができる。そのような設計において、青色に対する緑色の比は、５００ｎｍの蛍光のときが４５５ｎｍの蛍光のときよりも著しく大きい。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、虫歯損傷に起因する散乱によって生じた歯の自然蛍光の局所的な減少を検出することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、記録画像のスペクトル特性が考慮されるデータ分析を実現することができる。

口腔副走査のステッチングに関連する特定の問題は、副走査の合間及び副走査中でも動く口腔の柔らかい組織である。したがって、複数の副走査において重なり合う領域は、正確に識別されず、ステッチングアルゴリズムの結果の品質を劣化させる。それに対し、歯又は人口装具の他に前口蓋(anterior palate)の襞(rugae)のような硬い物体を表す副走査の部分は、潜在的に良好なステッチングを許容する。

硬い歯組織のみが、光源によって照明されるときに蛍光を発する（Ｈａｒｔｌｅｓ １９５３）。本発明は、口腔のデジタル３Ｄ表現を提供するよう副走査のステッチングの異なる重みを柔らかい歯組織及び硬い歯組織に割り当てることができるように硬い歯組織と柔らかい歯組織との間の区別を行うためにこの事実を利用する。硬い歯組織と柔らかい歯組織との区別を、硬い歯組織に柔らかい歯組織よりも大きい重みを割り当てて、例えば、柔らかい歯組織の動き又は変形によるステッチングの潜在的な誤差を軽減するように行うことができる。

したがって、本発明の３Ｄスキャナは、口腔の一つ以上の表面の３Ｄトポグラフィー特性に加えて硬い歯組織の自然発光を測定するとともにこの発光に基づいて副走査のステッチングにおいて柔らかい歯組織と硬い歯組織との間の区別を行うように構成される。

したがって、患者の口腔の３Ｄ表面トポグラフィーを一連の副走査に基づいて記録する３Ｄスキャナシステムであって、口腔は、柔らかい歯組織及び硬い歯組織を備え、
第１の波長の光を供給するように構成した照明ユニットであって、第１の波長の光は、硬い歯組織の蛍光材料を励起することができる照明ユニットと、
蛍光材料が第１の波長の光によって励起されるときに蛍光材料から発した蛍光を記録するように構成したイメージセンサと、
ｉ．口腔表面の副走査を計算し、各副走査は、表面に対する所定の位置及び向きから見えるような口腔表面トポグラフィーの領域のデプスマップを表現し、
ｉｉ．硬い歯組織及び柔らかい歯組織に関連する副走査の部分に分類スコアを割り当て、分類スコアは、硬い歯組織と柔らかい歯組織との間の区別を行い、分類スコアは、記録された蛍光に少なくとも部分的に基づき、かつ、
ｉｉｉ．口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を形成するために副走査をステッチングし、硬い歯組織及び柔らかい歯組織は、分類スコアに基づいて、ステッチングにおいて異なるように重み付けられるデータ処理手段と、
を備える３Ｄスキャナシステムを開示する。

患者の口腔の３Ｄ表面トポグラフィーを一連の副走査に基づいて記録する方法であって、口腔は、柔らかい歯組織及び硬い歯組織を備え、
実施の形態のいずれかによる３Ｄスキャナシステムを取得することと、
３Ｄスキャナシステムを用いて口腔の少なくとも一部を走査するとともに口腔の複数の走査した領域に関連する副走査を計算することであって、各副走査は、表面に対する所定の位置及び向きから見えるような口腔内表面トポグラフィーの領域のデプスマップを表現することと、
硬い歯組織及び柔らかい歯組織に関連する副走査の部分に分類スコアを割り当てることであって、分類スコアは、硬い歯組織と柔らかい歯組織との間の区別を行い、分類スコアは、３Ｄスキャナシステムを用いて記録した蛍光に少なくとも部分的に基づくことと、
口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を形成するために副走査をステッチングすることであって、硬い歯組織及び柔らかい歯組織は、分類スコアに基づいて、ステッチングにおいて異なるように重み付けられることと、
を備える方法を開示する。

象牙質及びエナメル質の蛍光については、少なくとも一部の励起波長又は観測波長に対して強度が異なることを観察した（Ｈａｒｔｌｅｓ １９５３）。硬い歯組織と柔らかい歯組織との間の区別と同一の原理によって、この現象を、二つの材料を区別するために利用することができる。特に、この現象を、歯科修復物が設計及び製造されるときを知るのに特に重要である準備ライン(preparation line)を検出するのに利用することができる。

歯科医は、しばしば歯肉の下の歯を準備する。この結果、柔らかい組織は、歯肉の下の準備ラインの周りを包囲し、走査を妨げる。これを改善するとともに準備線を明らかにできるようにするために、歯科医は、準備した歯をリトラクションコードによって囲むことができる。そのようなリトラクションコードを、蛍光の追加によって口腔の硬い組織より著しく明るくなるように蛍光を発するようにすることができる。そのような明るい蛍光を、歯科修復物が設計及び製造されるときを知るのに特に重要である準備ラインを検出するのに利用することができる。

口腔の柔らかい歯組織は、歯肉、頬の組織、舌、又は前口蓋の組織を備えることができる。

口腔の硬い歯組織は、本当の歯、歯の象牙質若しくはエナメル質、又は歯科修復物を備えることができる。

３Ｄスキャナシステムの３Ｄ表面記録機能は、硬い組織と柔らかい組織の両方を記録する表面からの反射に基づくが、硬い歯組織のみが蛍光を発する（Ｈａｒｔｌｅｓ １９５３）。一部の歯科修復物については、照明されたときに蛍光を発することも観察される。これは、歯科修復物が硬い構造、したがって、ステッチング動作に対する貴重な入力も表すので有利である。本発明によれば、蛍光を発する歯科修復物を歯の硬い組織と同等であるとみなすことができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、硬い歯組織と柔らかい歯組織との間の区別及び／又は硬い歯組織及び柔らかい歯組織に対する分類スコアの割当ても表面の３Ｄトポグラフィー特性に基づくようになるように構成される。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、副走査をステッチングするように構成したコンピュータ実行アルゴリズムを適用し、アルゴリズムは、口腔の表面の照明された領域の表面から反射した光から取得した情報とこれらの部分の硬い歯組織の励起した蛍光材料から発した蛍光から取得した情報の両方を考慮するように構成される。

口腔、特に、前口蓋の一部の柔らかい組織は、実際には硬く、ステッチングのために更に一層有利であり、それは、明瞭な３Ｄ構造の襞を有する。組織のタイプを蛍光による（すなわち、米国特許第７６９８０６８号明細書におけるように色による）だけでなく構造によっても区別することは有利となり得る。襞を、例えば、大体既知の３Ｄ表面構造によって検出することができる。一部の歯科矯正器具に対して、口蓋の３Ｄ形状の知識は重要であり、したがって、口腔内３Ｄスキャナは、好適には、それを記録できるようにする必要がある。

一部の実施の形態において、分類スコアは、柔らかい歯組織のクラス又は硬い歯組織のクラスに属する確率に関連する。

一部の実施の形態において、分類スコアは、柔らかい歯組織を、歯肉、頬の組織、舌、硬い前口蓋の襞のような柔らかい組織のサブクラスに更に分割する。

柔らかい組織を更に分割する利点は、口腔の他の部分に対する柔らかい組織の一部のタイプの位置が比較的固定されることである。前口蓋は、例えば、舌のように動くことができない。

一部の実施の形態において、分類スコアは、硬い歯組織を、本当の歯、歯科修復物、歯の象牙質又はエナメル質のような硬い組織のサブクラスに更に分割することができる。

この場合、データ処理手段を、所定の柔らかい組織のサブクラスに属する副走査の部分に確率を割り当てるように構成することができる。

この場合、データ処理装置を、所定の硬い歯組織のサブクラスに属する副走査の部分に確率を割り当てるように構成することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、例えば、歯科処置中に歯科医により口腔に配置されるリトラクションコードのような歯科処理中に用いられる装置に分類スコアを割り当てるように構成される。

一部の実施の形態において、分類スコアは数値を備える。分類スコア及びこの分類スコアに基づく副走査の重み付けを、対応する部分がステッチングにおいて大きい重み付けがされることを比較的大きい数値によって表されるように設定することができる。

分類スコア及びこの分類スコアに基づく副走査の重み付けを、対応する部分がステッチングにおいて大きい重み付けがされることを比較的小さい数値によって表されるように設定することができる。

一部の実施の形態において、歯組織の異なるクラス又はサブクラスに関連する副走査の二つの部分に対する分類スコアの相対値は、これら二つの部分がステッチングにおいて有する相対的な重みを決定する。

一部の実施の形態において、硬い歯組織及び柔らかい歯組織に対する分類スコアは、ステッチングにおいて硬い歯組織が柔らかい歯組織よりも大きく重み付けされるように設定される。

一部の実施の形態において、前口蓋の襞並びに頬の組織及び舌のような他の種類の柔らかい歯組織に対する分類スコアは、ステッチングにおいて襞が他の種類の柔らかい歯組織よりも大きく重み付けされるように設定される。

これは、全ての柔らかい組織が均一に重み付けされるときに比べて副走査のステッチングを向上させることができるという利点を提供する。

一実施の形態において、硬い歯組織が柔らかい歯組織の５倍、例えば、１０倍、例えば、１５倍、例えば、２５倍、例えば、５０倍、例えば、７５倍、例えば、１００倍又はそれ以上の重みを有するように重み付けを行う。

一部の実施の形態において、反復最近接点手順を利用し、二つの曇り点の対応する部分の間の局所距離は、距離が高い分類スコアに対して大きく重み付けされるとともに距離が低い分類スコアに対して小さく重み付けされるように分類スコアに乗算される。

一部の実施の形態において、異なる領域の相対的な重み付けは、線形的な関係

によって与えられる。ここで、ｎは、走査された表面要素を識別するラベルであり、ｍは、副走査ラベルであり、ｗ_ｎ，ｍは、口腔内３Ｄ表面の３Ｄ表現を形成するために副走査ｍのステッチングにおいて表面要素ｎに対して用いられる重みであり、ｃ_ｎ，ｍは、副走査ｍにおいて表面ｎに対して記録した蛍光依存信号であり、ｋ_１及びｋ_２は、走査前に決定される定数である。

一部の実施の形態において、異なる領域の相対的な重み付けは、２次の項が追加される２次式

によって与えられる。ここで、定数ｋ_１，ｋ_２及びｋ_３は、走査前に決定される。

一部の実施の形態において、異なる領域の相対的な重み付けは、更に一般的な表現

によって与えられる。ここで、ｃ_ｍは、副走査ｍに対して記録された全ての蛍光依存信号の一群である。この更に一般的な表現は、蛍光依存信号のエッジ又は勾配が表面要素ｎの柔らかい／硬い組織の割当ての際に用いられるスキームを有する。

相対的な重み付けを、分類スコアが所定のしきい値より上である場合に異なるクラスの組織が考慮される階段関数(step function)によって記載することができる。

柔らかい組織と硬い組織との区別に関連する全ての上述した不確実性及び柔らかい組織の少なくとも一部を記録することの利益のために、ステッチングにおいて想定されるが実際には分類を誤った柔らかい組織を完全に無視するのは望ましくない。それに対し、米国特許第７６９８０６８号の請求項１は、「第１の部分のみ」に基づいて副走査をステッチングすること、すなわち、ステッチング前に３Ｄ表面データのセグメントを色によって完全かつ十分に区別を行うことを教示している。それに対し、本発明は、ステッチングアルゴリズムにおいて想定される柔らかい組織に小さいがゼロでない重みを割り当てるのが有利であると考える。多くのそのような標準的なアルゴリズム、例えば、ＩＣＰは、副走査の領域間の距離偏差の一部のノルムの和に基づき、かつ、それを、重み付けされた和、例えば、平方距離の重み付けされた和に簡単に拡張させることができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、口腔の一部の誤った分類スコアを割り当てるリスクを考慮するように構成される。

蛍光からだけでなく３Ｄ表面構造にも少なくとも部分的に基づいて硬い組織を検出することが有利ともなり得る。例えば、糸切り歯、小臼歯及び臼歯は、複数の咬頭を有する少なくとも大体知られている咬合表面を有する。

一部の実施の形態において、口腔の所定の部分に対する分類スコアを、この部分の表面トポグラフィーに基づく部分の識別から少なくとも部分的に決定する。口腔の識別した部分は、糸切り歯、小臼歯又は臼歯に関連することができる。そのような識別を行う適切なアルゴリズムの例は、Ｋｒｏｎｆｅｌｄ ｅｔ ａｌ ２０１０に記載されている。特性表面変調(characteristic surface modulation)を有する前口蓋の襞を、このために用いることもできる。

３Ｄスキャナシステムの一部の用途に対して、特に関心のある領域に対して高い精度及び／又は空間分解能を提供するのが有利である。特に関心のある領域を、少なくとも部分的に領域を囲むように配置されたリトラクションコードのような歯科用機器を用いて口腔にマークすることができる。それから発した蛍光に基づいて、歯科用機器を、歯組織に対する位置を決定することができるように副走査において又は口腔３Ｄ表面トポグラフィーのステッチングしたデジタル３Ｄ表現において識別することができる。歯科用機器が、口腔の特に関心のある領域と残りの領域との間の境界をマークするとき、その位置の知識を、形成されたデジタル３Ｄ表現において特に関心のある領域を自動的に識別するのに用いることができる。

したがって、患者の口腔の３Ｄ表面トポグラフィーを口腔に配置した歯科用機器によって取得した一連の副走査に基づいて記録する３Ｄスキャナシステムであって、歯科用機器は、第１の波長の光によって照明したときに蛍光を発する蛍光材料を備え、
第１の波長の光を供給するように構成した照明ユニットと、
蛍光材料が第１の波長の光によって励起されたときに蛍光材料から発した蛍光を記録するように構成したイメージセンサと、
ｉ．口腔表面の副走査を計算し、各副走査は、表面に対する所定の位置及び向きから見えるような口腔表面トポグラフィーの領域のデプスマップを表現し、
ｉｉ．口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を形成するために副走査をステッチングし、かつ、
ｉｉｉ．副走査において又は口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのステッチングしたデジタル３Ｄ表現において歯科用機器を識別するとともに、歯科用機器から発した記録された蛍光に基づいて歯組織に対する歯科用機器の位置を決定するデータ処理手段と、
を備える３Ｄスキャナシステムを開示する。

一部の実施の形態において、各副走査の計算のために取得した複数の画像のような３Ｄ走査の設定を、３Ｄ走査中に調整することができる。設定を適切に変更することによって、高い精度及び／又は分解能の副走査を、特に関心のある領域のような選択した領域に対して得ることができる。

特に関心のある領域は、例えば、歯科修復物を口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現に基づいて設計する準備された歯に関連することができる。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、歯科用機器が口腔の特に関心のある領域と残りの領域との間の境界をマークするように歯科用機器を配置したときにデータ処理手段がイメージセンサにより記録された歯科用機器からの蛍光に基づいて特に関心のある領域に対応するデジタル３Ｄ表現の部分を識別することができるように構成される。

一部の実施の形態において、データ処理手段は、歯科用機器から記録された蛍光に基づいて歯科用機器の仮想モデルを取得することができ、デジタル３Ｄ表現の境界の位置を、この仮想モデルに基づいて決定する。

一部の実施の形態において、歯科用機器の仮想モデルを取得することは、歯科用機器から記録した蛍光を歯科用機器ライブラリからのテンプレート仮想モデルに整合させることである。

一部の実施の形態において、特に関心のある領域の識別は、記録された３Ｄ表面トポグラフィーの分析にも基づく。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムは、特に関心のある領域に対応するデジタル３Ｄ表現の領域に対して高い精度及び／又は分解能を提供できるようにするために、３Ｄスキャナシステムが副走査の計算のために表面からデータを取得する精度及び／又は分解能に関する設定を調整することができる。

一部の実施の形態において、方法は、分類スコアが本当の歯、歯科修復物、象牙質／エナメル質のような硬い歯組織の異なるサブクラス間の識別を行い、及び／又は、分類スコアが歯肉、頬の組織、舌、硬い前口蓋の襞のような柔らかい歯組織の異なるサブクラス間の識別を行うように設定される。

一部の実施の形態において、方法は、割り当てられた分類スコアが所定の柔らかい歯組織クラス、柔らかい歯組織サブクラス、硬い歯組織クラス又は硬い歯組織サブクラスに属するために所定の副走査における表面の一部についての確率に関連するように設定される。

一部の実施の形態において、方法は、割り当てられた分類スコアが副走査のステッチングにおける部分の重みを表す数値となるように設定される。

一部の実施の形態において、方法は、準備した歯の象牙質及びエナメル質から発した発光の差に基づいて準備ラインを決定することを備える。

一部の実施の形態において、３Ｄスキャナシステムはハンドヘルド部を備え、ハンドヘルド部を、異なる副走査の取得の間に口腔に対して移動させる。

患者の口腔の歯の虫歯を検出する３Ｄスキャナシステムであって、
第１の波長の光を供給するように構成した照明ユニットであって、第１の波長の光は、歯の蛍光材料を励起することができる照明ユニットと、
蛍光材料が第１の波長の光によって励起されたときに蛍光材料から発した蛍光を記録するように構成したイメージセンサと、
ｉ．患者の歯のセットのデジタル３Ｄ表現を形成し、
ｉｉ．歯の虫歯を発生させる領域を識別するために、記録された蛍光を分析し、
ｉｉｉ．識別した虫歯を発生させる領域の表現を形成し、かつ、
ｉｖ．組み合わされたデジタル３Ｄ表現を提供するために、識別した虫歯を発生させる領域の表現を歯のデジタル３Ｄ表現の対応する部分にマッピングするデータ処理手段と、
組み合わされたデジタル３Ｄ表現を視覚化することができる視覚的表示装置と、
を備える３Ｄスキャナシステムを開示する。

患者の口腔の歯の虫歯を一連の副走査に基づいて検出する３Ｄスキャナシステムであって、
第１の波長の光を供給するように構成した照明ユニットであって、第１の波長の光は、歯の蛍光材料を励起することができる照明ユニットと、
蛍光材料が第１の波長の光によって励起されたときに蛍光材料から発した蛍光を記録するように構成したイメージセンサと、
ｉ．口腔表面の副走査を計算し、各副走査は、口腔表面に対する所定の位置及び向きから見えるような口腔内表面トポグラフィーの領域のデプスマップを表現し、
ｉｉ．患者の歯のセットのデジタル３Ｄ表現を形成するために副走査をステッチングし、
ｉｉｉ．歯の虫歯を発生させる領域を識別するために、記録された蛍光を分析し、かつ、
ｉｖ．虫歯を発生させる領域が歯の正しい位置に従って配置される組み合わされたデジタル３Ｄ表現を提供するために、歯のデジタル３Ｄ表現の対応する部分に虫歯を発生させる領域をマッピングするデータ処理手段と、
組み合わされたデジタル３Ｄ表現を視覚化することができる視覚的表示装置と、
を備える３Ｄスキャナシステムを開示する。

３Ｄモデリングは、専門ソフトウェアによって３Ｄモデルと称される任意の３次元オブジェクトの数学的なワイヤフレーム表現を開発するプロセスである。モデルを自動的に形成することができ、例えば、３Ｄモデルを、複数のアプローチの使用：正確かつ滑らかな表面パッチを生成するためのＮＵＲＢＳ曲線、ファセット形状の操作である多角形メッシュモデリング又はＮＵＲＢＳモデルと同様に滑らかな表面となる多角形の向上したテッセレーションである多角形メッシュ細分の使用によって形成することができる。

口腔内スキャナを、フォーカス走査を利用するように構成することができ、走査された歯のデジタル３Ｄ表現は、異なる焦点深度で取得した焦点画像から再構成される。このフォーカス走査技術を、プローブ光を生成するとともに歯のセットの少なくとも一部が照明されるようにこのプローブ光を歯のセットに向けて伝送することによって実行することができる。歯のセットから戻る光は、カメラに向けて伝送され、光学系によってカメラのイメージセンサに撮像され、この場合、イメージセンサ／カメラは、センサ素子のアレイを備える。歯のセットの上の焦点面の位置／歯のセットに対する焦点面の位置を、画像をセンサ素子のアレイから／センサ素子のアレイによって取得する間に収束光学系によって変化させる。画像に基づいて、複数のセンサ素子の各々又は複数のセンサ素子群の各々の一つ以上の焦点位置を、一連の焦点面に対して決定することができる。

焦点位置を、例えば、焦点面の範囲に対する複数のセンサ素子の各々又は複数のセンサ素子群の各々に対して光振動振幅(light oscillation amplitude)を決定することによって計算することができる。焦点位置から、歯のセットのデジタル３Ｄ表現を取得することができる。

反復最近接点は、二つの曇り点間の距離を最小にするために用いられるアルゴリズムである。ＩＣＰを、異なる走査又は副走査から２Ｄ表面又は３Ｄ表面を再構成するのに用いることができる。アルゴリズムは、概念的には単純であり、リアルタイムでよく使用される。それは、二つの生の(raw)走査又は副走査のポイントの間の距離を最小にするために必要な変換、すなわち、移動及び回転を反復的に修正する。入力は、二つの生の走査又は副走査からのポイント、変換の初期推定、及び、反復を停止するための基準である。出力は、改良された変換である。基本的には、アルゴリズムステップは、
１．最近隣基準によってポイントの関連付けを行い、
２．平均二乗コスト関数(mean square cost function)を用いて変換パラメータを推定し、
３．推定したパラメータを用いてポイントを変換し、かつ、
４．反復、すなわち、ポイントの再関連付け等を行う。

本発明は、上述した及び後述するシステム及び方法、並びに、各々が上述した第１の態様に関連して説明した利益及び利点の一つ以上を生じるとともに各々が上述した第１の態様に関連して説明し及び／又は添付した特許請求の範囲に開示した実施の形態に対応する一つ以上の実施の形態を有する対応するシステム及び方法を含む異なる態様に関する。

患者の口腔の３Ｄ表面トポグラフィーを一連の副走査に基づいて記録する３Ｄスキャナシステムであって、口腔は、柔らかい歯組織及び硬い歯組織を備え、
第１の波長の光を供給するように構成した照明ユニットであって、第１の波長の光は、硬い歯組織の蛍光材料を励起することができる照明ユニットと、
蛍光材料が第１の波長の光によって励起されるときに蛍光材料から発した蛍光を記録するように構成したイメージセンサと、
イメージセンサによって取得した光に基づいて口腔内表面の一連の副走査を生成する手段であって、各副走査は、口腔内表面に対する所定の位置及び向きから見えるようなデプスマップを表す手段と、
硬い歯組織の蛍光材料から発した蛍光に基づいて硬い歯組織及び柔らかい歯組織を少なくとも部分的に区別し、かつ、
口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を形成するために副走査をステッチングし、硬い歯組織及び柔らかい歯組織は、ステッチングにおいて異なるように重み付けされるデータ処理手段と、
を備える３Ｄスキャナシステムを開示する。

一部の実施の形態において、ステッチングにおける異なる重み付けは、硬い歯組織と柔らかい歯組織との区別の結果に基づく。

本発明の一態様は、患者の口腔の３Ｄ表面トポグラフィーを一連の副走査に基づいて記録する３Ｄスキャナシステムであって、口腔は、柔らかい歯組織及び硬い歯組織を備え、
第１の波長の光を供給するように構成した照明ユニットであって、第１の波長の光は、硬い歯組織の蛍光材料を励起することができる照明ユニットと、
蛍光材料が第１の波長の光によって励起されるときに蛍光材料から発した蛍光を記録するように構成したイメージセンサと、
ｉ．口腔内表面の副走査を計算し、各副走査は、表面に対する所定の位置及び向きから見えるような口腔内表面トポグラフィーの領域のデプスマップを表現し、
ｉｉ．硬い歯組織及び柔らかい歯組織に関連する副走査の部分に分類スコアを割り当て、分類スコアは、硬い歯組織と柔らかい歯組織との間の区別を行い、分類スコアは、記録された蛍光に少なくとも部分的に基づき、かつ、
ｉｉｉ．口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を形成するために副走査をステッチングし、硬い歯組織及び柔らかい歯組織は、分類スコアに基づいて、ステッチングにおいて異なるように重み付けられるデータ処理手段と、
を備える３Ｄスキャナシステムである。

本発明の一態様は、患者の口腔の３Ｄ表面トポグラフィーを一連の副走査に基づいて記録する方法であって、口腔は、柔らかい歯組織及び硬い歯組織を備え、
実施の形態のいずれかによる３Ｄスキャナシステムを取得することと、
３Ｄスキャナシステムを用いて口腔の少なくとも一部を走査するとともに口腔の複数の走査した領域に関連する副走査を計算することであって、各副走査は、表面に対する所定の位置及び向きから見えるような口腔内表面トポグラフィーの領域のデプスマップを表現することと、
硬い歯組織及び柔らかい歯組織に関連する副走査の部分に分類スコアを割り当てることであって、分類スコアは、硬い歯組織と柔らかい歯組織との間の区別を行い、分類スコアは、３Ｄスキャナシステムを用いて記録した蛍光に少なくとも部分的に基づくことと、
口腔内３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を形成するために副走査をステッチングすることであって、硬い歯組織及び柔らかい歯組織は、分類スコアに基づいて、ステッチングにおいて異なるように重み付けられることと、
を備える方法である。

本発明の一態様は、患者の口腔の歯の虫歯を検出する３Ｄスキャナシステムであって、
第１の波長の光を供給するように構成した照明ユニットであって、第１の波長の光は、歯の蛍光材料を励起することができる照明ユニットと、
蛍光材料が第１の波長の光によって励起されたときに蛍光材料から発した蛍光を記録するように構成したイメージセンサと、
ｉ．患者の歯のセットのデジタル３Ｄ表現を形成し、
ｉｉ．歯の虫歯を発生させる領域を識別するために、記録された蛍光を分析し、
ｉｉｉ．識別した虫歯を発生させる領域の表現を形成し、かつ、
ｉｖ．組み合わされたデジタル３Ｄ表現を提供するために、識別した虫歯を発生させる領域の表現を歯のデジタル３Ｄ表現の対応する部分にマッピングするデータ処理手段と、
組み合わされたデジタル３Ｄ表現を視覚化することができる視覚的表示装置と、
を備える３Ｄスキャナシステムである。

さらに、本発明は、データ処理システムで実行するときに実施の形態のいずれかによる方法をデータ処理システムによって実行させるプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラムプロダクトと、プログラムコード手段に格納したコンピュータ読出し可能媒体を備えるコンピュータプログラムプロダクトと、に関連する。

本発明の上記及び／又は他の目的、特徴及び利点を、添付図面を参照しながら本発明の以下の例示的な限定されない実施の形態の詳細な説明によって更に説明する。

図１は、本発明による３Ｄスキャナシステムの実施の形態を示す。 図２は、３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド部の先端の前付近に配置した第１の光源を有する本発明による３Ｄスキャナシステムの実施の形態を示す。 図３は、単一の光源を有する本発明の実施の形態を示す。 図４は、硬い歯組織及び柔らかい歯組織を硬い歯組織からの記録した蛍光に基づいて区別することができる方法を示す。 図５は、データ処理手段がイメージセンサによって記録した光の強度を分析することができる方法を示す。

以下の説明において、本発明を実施することができる方法を例示として示す添付図面を参照する。

以下で説明する図面は、本発明による３Ｄスキャナシステムの実施の形態を実現することができる方法を線形的に示す。図面は、必ずしも寸法的に正確ではない。

図１は、本発明の実施の形態、すなわち、第１の光源２１０及び第２の光源１１０を有する照明ユニットと、パターン１３０（正確な断面図にあるがここでは明瞭のために傾斜して示すライン）と、イメージセンサ１８０と、ビームスプリッタ１４０と、可動レンズ１５１を有する収束光学系と、を備えるフォーカス走査口腔内３Ｄスキャナシステムを示す。３Ｄスキャナは、走査された口腔３００の領域に向かってビーム経路を折り返すミラー１７２を有する先端又はプローブ１７０を有する。口腔は、硬い歯組織３０１及び柔らかい歯組織３０２を備える。第２の光源１１０は、少なくとも第２の波長の光を出射し、コリメーション光学系を備えることができる。図において、短くて細い破線は、第２の光学系から出射され、走査された物体の像を光学系を通じて取得し、かつ、光学系を通じて戻ってくる光線と、イメージセンサに撮像された光線と、を表す。患者の口腔の３Ｄ表面トポグラフィーは、物体が第２の光源からの光によって照明されるときにイメージセンサによって取得した画像に基づいて記録される。したがって、第２の光源１１０は、３Ｄ表面記録のためのものであり、第１の光源２１０を、３Ｄ表面記録中にオフに切り替えることができる。

３Ｄスキャナは、他の素子を含むことができる。しかしながら、これらは本発明に必須ではなく、図示しない。他のあり得る有益な素子及び関連の計算を含むフォーカス走査装置の詳細な説明は、国際公開第２０１０／１４５６６９号で与えられる。

図１に示す実施の形態の照明ユニットの第１の光源２１０は、口腔３００の硬い歯部分の蛍光を励起するための第１の波長の光を出射するように構成される。ダイクロイックミラー２００は、第１の光源２１０からの光をミラー１７２に向かわせる。ダイクロイックミラー２００は、第２の光源１１０によって生成した波長及び硬い組織３０１からの蛍光を透過させるが、第１の光源２１０によって生成した波長を反射する。

ミラー１７２は、第１の光源１１０によって生成した波長及び第２の光源２１０によって生成した波長並びに硬い組織３０１からの蛍光を反射する。第１の光源から出射した光線を、濃く長い破線として示す。第１の波長の光は、硬い組織部３０１の蛍光を励起する。発した蛍光の一部は、発した蛍光のこの部分をビームスプリッタ１４０によってイメージセンサ１８０に向けることができるようにするために、歯腔から反射された後に第２の光源１１０からの光と略同一経路を進む。

第１の光源２１０を、４０５ｎｍの発光ピークを有するＬＥＤとすることができ、第２の光源１１０を、５２０ｎｍより上、例えば、５９０ｎｍの発光ピークを有するＬＥＤとすることができる。

図１において両方向の矢印で示すように、３Ｄ走査中、光学系の焦点は、収束レンズ１５１を主光軸に沿った方向に移動させることによってフォーカス量の一端から他端までスイープされる。フォーカススイープは、実質的に光学系の光軸に沿った方向に焦点を移動させる。フォーカススイープ中、大量の画像がイメージセンサ１８０によって取得される。

国際公開第２０１０／１４５６６９号に記載されているように、図１に示す市松模様の一つの領域を表す画素のブロック内の相関測度Ａを、以下の式によって決定することができる。

ここで、ｎは、ブロック内の画素数であり、ｆは、較正後にパターン形態の知識から得られる基準信号ベクトルであり、Ｉは、入力信号ベクトル、すなわち、画素に記録された強度である。ブロックを、市松模様の少なくとも１周期、例えば、ｎ＝２×２、ｎ＝４×４、又はｎ＝６×６の画像をカバーする画素の正方形ブロックとすることができる。この場合、そのようなブロックの各々に対する３Ｄ座標を、フォーカススイープの一連の画像に亘るＡの最大値の位置から決定する。上記方法によって硬い組織３０１及び柔らかい組織３００の３Ｄ座標を見つけることに留意されたい。ｆを見つけるための方法を含む計算の詳細については、国際公開第２０１０／１４５６６９号を再び参照されたい。

図１に示す実施の形態において、イメージセンサ１８０を、蛍光、すなわち、励起後に歯の硬い組織によって発した光を測定するのに用いることもできる。このモードにおいて、第２の光源１１０がオフに切り替えられ、同時に第１の光源２１０がオンに切り替えられる。特に、フォーカススキャナは、浅い焦点深度によって特徴付けられ、したがって、単一の画像は、典型的には口腔を見るときに出くわす深さの範囲に亘って鮮明ではない。スイープ中に焦点面の全ての位置に亘って鮮明な画像を取得する一つの方法は、スイープ中に取り出した全ての画像から最適に焦点が合った部分を組み合わせる「結合画像(fused image)」を生成することである。

このステップを実行する方法の詳細な説明は、国際公開第２０１０／１４５６６９号の図１７及び関連の文章に示されている。蛍光の画像の記録を、３Ｄ副走査の取得のように収束レンズの全体的なスイープに基づかせることができる。一部の用途は、蛍光画像の不完全な鮮明さを受け入れ、スイープ中に、例えば、収束レンズが最遠の位置にあるときに少数の蛍光画像のみを取り出し、国際公開第２０１０／１４５６６９号に記載されているようにこれらの蛍光画像を「結合」することもできる。

蛍光を記録するときにイメージセンサの露出時間を増大することが有利となり得る。この理由は、蛍光を発する光の強度が反射した３Ｄ記録光の強度、すなわち、第２の光源１１０がオンであるときの強度より小さくなり得るからである。収束レンズの速度が３Ｄ表面記録中と同一である場合、露出時間を長くするとスイープ中に取得される画像の枚数が少なくなり、したがって、「結合」画像の鮮明さは減少する。また、収束レンズの速度を減少させることができ、これにより、光学的な理由から「結合」画像の鮮明さが増大するが、実際には、相対的に長いスイープ中の手又は患者の動きによる鮮明さの減少のリスクが生じる。

蛍光画像の強度を、硬い歯組織としての分類の確実性のレベルを表すステッチングアルゴリズムの相対的な重みとして用いることができる。ステッチング画像がセンサの全ての画像を表すのに対して３Ｄ座標が式（１）に従って画素のブロックの全てに対して計算されることに留意されたい。したがって、蛍光画像の対応する画素ブロックの平均強度を見つけるとともにそれを画素ブロックに対して見つけた３Ｄ座標に関連させることが望ましいことがある。

図２は、第１の光源２１０を先端１７０の前付近に取り付けた本発明の実施の形態を示す。図１の実施の形態の利点は、ダイクロイックミラーを必要としないことである。それに対し、第１の光源２１０を先端又はプローブ１７０の典型的には制限されたスペースに取り付けることは更に魅力的である。患者に近接する位置での電気的な絶縁も更に困難になる。それに対し、図２の配置の副効果は、廃熱により（図２に示さない）先端の光学素子を加熱しうるＬＥＤの第１の光源２１０のヒートシンクとして先端／プローブ１７０の金属部分を用いることができることである。そのような光学素子の加熱によって、先端／プローブが患者の口腔に入ったときに生じうる圧縮(condensation)が妨げられうる。

第１の光源２１０が、イメージセンサ１８０が応答する波長を出射する場合、ダイクロイックミラーによるフィルタ処理がないので、データ処理手段が第１の光源からの光と第２の光源からの光との間の区別をするように構成されていないのであれば第１の光源からの光を遮断するためにイメージセンサ１８０の前に光学フィルタ２８１を配置するのが有利である。この光学フィルタは、３Ｄ表面記録のための第２の光源の波長及び発した蛍光の波長を通過させることができるが、蛍光を励起する波長を通過させることができない。第１の光源２１０から発した第１の波長の光が４００ｎｍ付近又は４００ｎｍより下である場合、標準的な光学素子は、しばしば有効なフィルタとして機能し、多数のイメージセンサはこれらの波長にほとんど応答しない。この状況において、専用のフィルタ２８１を全く必要としなくすることができる。

適切なアルゴリズムが格納された記憶媒体及びこれらのアルゴリズムを実行するように構成したＣＰＵを備えるデータ処理手段４００をイメージセンサ１８０に接続する。データ処理手段４００は、歯の３Ｄトポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を歯から反射したプローブ光を備える記録画像に基づいて形成し、歯の蛍光材料から発した蛍光の表現を発した蛍光を備える記録画像に基づいて形成し、かつ、組み合わされたデジタル３Ｄ表現を提供するために、発した蛍光の表現を歯のデジタル３Ｄ表現の対応する部分にマッピングするように構成される。

３Ｄスキャナシステムは、データ処理手段４００に結合された視覚的表示装置５００を更に備え、視覚的表示装置において、組み合わされたデジタル３Ｄ表現を視覚化する。

図２の実施の形態の二つの光源は、図１の実施の形態で説明したのと同様に交互にオン及びオフに切り替えられる。

図３は、蛍光を励起するとともに３Ｄ表面トポグラフィーを記録するように構成した単一の光源を有する本発明の実施の形態を示す。

ここでは、照明ユニットは、口腔の表面を照明するために配置した第１の光源３１０のみを有する単一の光源ユニットである。第１の光源３１０は、第１の光源からの光が硬い歯組織３０１の蛍光材料の励起と走査される口腔の領域３００の３Ｄ表面トポグラフィーを記録するためのこの領域へのパターン１３０の投影の両方に適するように４０５ｎｍのピークエミッタンスを有する光を出射する。ミラー１７２は、口腔の表面から反射した光及び蛍光を収集するとともにイメージセンサ１８０に向けるようにするために、第１の光源に供給された光の波長と硬い歯組織３０１から発した蛍光の波長の両方に対して反射を行う。

説明した実施の形態において、物理的要素の構成は、国際公開第２０１０／１４５６６９号で教示された通りである。

データ処理手段によって実行されるデータ処理は異なることができる。

蛍光に関連する信号と反射光に関連する信号の少なくとも部分的な分離は、以下で説明するようにデータ処理手段で生じ、以下で更に説明するように適切な光学設計によって向上される。

図４は、硬い歯組織と柔らかい歯組織とを区別するための蛍光の記録の利点を示す。この図は、本発明による３Ｄスキャナシステムによって取得されるとともに二つの歯及び人の口腔の下歯肉の一部を示す同様なシーンから取り出した三つの画像を示す。画像（ａ）については、シーンを、６３０ｎｍの発光ピークを有する赤色ＬＥＤによって照明した。画像（ｂ）については、シーンを、４００ｎｍの発光ピークを有する藍色ＬＥＤによって照明し、４５０ｎｍより下の波長の放射を除去する４５０ｎｍロングパス光学フィルタをイメージセンサの前に挿入した。画像（ｃ）については、照明は（ｂ）と同一であるが、光学フィルタを適用しなかった。（ａ）を見ても分かるように、赤色光に対する硬い組織と柔らかい組織との間の反射の差は非常に小さく、したがって、差は不明瞭である。画像（ｂ）において、照明された領域からの蛍光が記録され、走査を（ｂ）から見ることができ、蛍光のみが、硬い組織を柔らかい組織から区別することができる強い区別を生じるが、弱い信号しか生じない。蛍光のみが記録されるときに予測されるように、（ａ）及び（ｃ）とは違って（ｂ）では正反射が見えないことにも留意されたい。画像（ｃ）は、藍色光と青色光によって励起されるときの硬い歯組織の蛍光材料から発した蛍光との組合せによって良好な信号及び更に良好な区別を生じることを示す。しかしながら、それは、歯肉からのある正反射のために完全ではない。したがって、画像（ｃ）は、米国特許第７６９８０６８号明細書によって教示されるようなステッチングが最適でないことを示す。画像が一つの位置の収束レンズによって取り出されたので画像が完全に鮮明でないことに留意されたい。

図４の画像は、３Ｄ表面トポグラフィーのデジタル３Ｄ表現にマッピングすることができるテクスチャ画像も表現する。３Ｄ座標が画素のブロックに対して算出されるのに対してテクスチャが個別の画素を表すことに留意されたい。

国際公開第２０１０／１４５６６９号は、記録された強度Ｉに対する種々の寄与の間の区別を行わなかったが、追加の分析は、柔らかい組織及び硬い組織がデータ処理手段によって区別される本発明の単一の光源の実施の形態を説明し及び理解するのに必須である。特に、Ｉを、

として記述することができる。この場合、下付き文字ｓｒは正反射であり、下付き文字ｄｒは副表面反射(sub-surface reflection)を含む乱反射であり、ｆは蛍光であり、ｓは迷光である。以下、一般性を失うことなく、Ｉ_ｓ＝０と仮定する。その理由は、迷光の成分は無視できるほど小さく又は適切な光学設計において補償することができるからである。

パターン１３０の投影が、走査される口腔３００の部分に焦点が合っているとき、この焦点領域からの正反射から記録した強度は、イメージセンサへの投影パターン１３０を表示する。その結果、Ｉ_ｓｒは、走査した表面上で横方向に変化する。３Ｄスキャナが口腔を高分解能で走査できるようにすることが有利である。好適には、横方向分解能は１００μｍ以下である。これは、投影パターンの形態をそれに応じて小さくする必要があることを意味する。硬い組織から拡散的に反射した光及び硬い組織の内側で生成した蛍光の両方の拡散距離は、一般的には１００μｍより長い。したがって、Ｉ_ｄｒ及びＩ_ｆはほとんど又は全く横方向の変化を見せない。

図５（ａ）は、単一の横方向の座標ｘ、すなわち、３Ｄスキャナからの表面に対する視線に垂直な面の座標に対する焦点面に対応する記録画像の一部を示す。図示した種々の成分の相対的な大きさは、例示を目的とするものであり、本発明の特定の実施の形態では異なってもよい。国際公開第２０１０／１４５６６９号は、口腔の３Ｄ形状を記録するための関連の信号が正反射に起因する強度Ｉ_ｓｒであることを教示する。国際公開第２０１０／１４５６６９号は、偏光解消した(depolarized)乱反射(diffuse reflection)からの信号を減少させるための偏光素子を用いる方法を記載する。蛍光から発した光は、特定の偏光状態を有しない乱反射した光と類似し、乱反射と同様に任意の偏光素子によって影響が及ぼされる。

式（２）で表現された強度の分解を、相関測度Ａの分解を記述するために式（１）に挿入することができる。国際公開第２０１０／１４５６６９号は、基準信号ｆが

となるように正規化するのが有利であることを教示している。その結果として、Ｉ_ｄｒから記録されたＤＣ信号及びＩ_ｆから記録されたＤＣ信号に対する寄与は相関深度Ａに寄与せず又は少なくとも著しく寄与しない。

図５（ｂ）は、所定の画素ブロックのフォーカススイープ、すなわち、収束レンズ位置ｚの関数としてのＡの例を示す。位置１８０２において、パターンの投影は、表面に焦点が合わせられ、したがって、相関深度は最大である。

３ＤスキャナはＡを観察するが、全ての寄与の和それ自体は、硬い歯組織の柔らかい歯組織からの強力な区別を提供しない。その理由は、正反射が硬い歯組織と柔らかい歯組織との間で非常に異ならないからである。画素のグループ内のセンサの記録信号Ｉの最大値は、Ｉ_ｄｆ及びＩ_ｆの和に相当する。Ｉ_ｄｆ及びＩ_ｆの和は硬い組織の方が柔らかい組織より大きく、これは硬い組織と柔らかい組織との区別を提供することが図４（ｃ）からわかる。

較正ステップは、和Ｉ_ｄｒ＋Ｉ_ｆの定量化に役立つことができる。例えば、３Ｄスキャナのユーザを、（Ｉ_ｄｆ＋Ｉ_ｆ）を焦点領域のＩの最小値の差として算出できるように最初に歯を走査した後に歯肉の領域を走査するように導くことができる（図５（ａ）参照）。特定のケースに対してＩが変動する入射角に依存することを見つけた場合に変動する入射角で較正を繰り返すことが更に有利となり得る。入射角を他の任意の機器によって測定する必要はない。３Ｄスキャナは、任意のケースにおいて３Ｄ表面を測定し、少なくとも局所勾配近似を算出することができる。

上述した分析は、図５に示すように、本発明の一部の実施の形態の国際公開第２０１０／１４５６６９号に対する新規性を示す。国際公開第２０１０／１４５６６９号がＡの極値の位置を見つける方法のみを教示するのに対し、本発明は、画素グループに亘ってほとんど又は全く横方向の変動のないセンサの背景強度の分析を必要とする。Ａの変動の分析により焦点位置を見つけるための追加の情報については、特に、国際公開第２０１０／１４５６６９号の節「空間相関」(Spatial Correlation)並びに図１８及び付随する文章を参照。

硬い組織と柔らかい組織との間の差別化を高める一つの方法は、蛍光を比較的よく伝送する光学素子を選択することである。簡単のために、第１の光源が単一波長４０５ｎｍの光を出射し、蛍光が５２０ｎｍで発され、波長を下付き文字として使用し、単一画素に記録された強度のみを見ると仮定すると、

と書くことができる。この場合、Ｉ_０は、光源から発した強度であり、ｔは、光源から口腔までの経路に沿った光学系の透過率であり、ｒは反射率であり、ηは、蛍光に起因する放射率であり、ｔ’は、口腔からイメージセンサまでの経路に沿った光学系の透過率である。ηは典型的にはｒより小さいので、全体に亘る信号Ｉにおける蛍光からの寄与が重大となるようにｔ’_５２０がｔ’_４０５より大きくなるようにするために光学系の設計を設けるのが有利となり得る。

硬い組織と柔らかい組織との間の差別化を高める他の方法は、青色光源を使用することである。その理由は、実質的に白い歯からの乱反射が波長依存性をほとんど示さず、それに対し、図４（ａ）と図４（ｃ）とを比較すればわかるように、赤色の歯肉が赤色光と比べると青色光を反射しないからである。

図３の実施の形態の利点は、比較的少数の物理的要素となることであるが、欠点は、単一光源によって出射した光がパターン、すなわち、部分的に遮断された経路を通過する必要があるために蛍光を励起するのに利用できる光のパワーが損失することである。

図２及び図３の他の全ての素子並びに図２及び図３に示した実施の形態によって可能になる動作は、図１に対して説明した通りである。

全ての実施の形態において蛍光の大きさを完全に知ることを要求されないことに留意されたい。ステッチングアルゴリズムにおいて、重みは、硬い歯組織及び柔らかい歯組織のそれぞれへの分類における確実性の一部のレベルを表現するためにのみ用いられる。重みを、そのまま記録された値(raw values as recorded)（例えば、強度又はＡ_ｆ）とすることができるが、重みをこれらの関数、例えば、ある分類又は非線形関数とすることもできる。本発明は、信号の反射及び蛍光への完全な分類が実際には可能ではなく、したがって、この不完全さに対して強固であることを認識する。

一部の実施の形態を詳細に説明し及び示したが、本発明は、これらに限定されず、以下の特許請求の範囲で規定した内容の範囲内で他の方法で実施することもできる。特に、他の実施の形態を利用することができ、かつ、構造的な変更及び機能的な変更を本発明の範囲から逸脱することなく行うことができることを理解すべきである。

複数の手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段の幾つかを、ハードウェアの同一の装置で実現することができる。所定の手段が互いに異なる従属項で列挙され又は異なる実施の形態で記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に用いることができないことを意味しない。

請求項は、前の請求項のいずれかを言及することができ、「いずれか」を、前の請求項の「いずれか一つ以上」を意味すると理解されたい。

本明細書で用いるときの用語「備える／備え」が、述べた特徴、整数、ステップ又は構成要素の存在を特定するものとみなし、他の形態、整数、ステップ、構成要素又はその群の一つ以上の存在又は追加を除外しないことを強調する。

上述した及び後述する方法の特徴を、ソフトウェアで実現することができ、データ処理システム又はコンピュータ実行可能な命令の実行によって生じた他の処理手段によって実施する。命令を、記憶媒体から又は他のコンピュータからコンピュータネットワークを介してＲＡＭのようなメモリにロードしたプログラムコード手段とすることができる。また、上述した特徴を、ソフトウェアの代わりの又はソフトウェアと組み合わせた配線回路によって実現することができる。

参考文献

Claims (14)

1. 歯の虫歯を発生させる領域を前記歯から発した蛍光に基づいて検出及び／又は視覚化する３Ｄスキャナシステムであって、
   歯を照明するためにプローブ光を供給することができる照明ユニットであって、前記プローブ光は、前記歯の蛍光材料を励起することができる第１の波長の光を備える照明ユニットと、
   照明された歯から受光した光の画像を記録するイメージセンサであって、前記イメージセンサは、前記蛍光材料が前記第１の波長の光によって励起されたときに前記蛍光材料から発した蛍光を検出することができるイメージセンサと、
   ｉ．前記歯の３Ｄトポグラフィーのデジタル３Ｄ表現を前記歯から反射したプローブ光を備える記録画像に基づいて形成し、
   ｉｉ．前記歯の蛍光材料から発した蛍光の表現を、発した蛍光を備える記録画像に基づいて形成し、かつ、
   ｉｉｉ．組み合わされたデジタル３Ｄ表現を提供するために、発した蛍光の表現を前記歯のデジタル３Ｄ表現の対応する部分にマッピングするように構成したデータ処理手段と、
   前記組み合わされたデジタル３Ｄ表現を視覚化する視覚的表示装置と、
   を備える３Ｄスキャナシステム。
2. 前記イメージセンサは、前記第１の波長の光を検出することができ、前記歯のデジタル３Ｄ表現を、前記歯から反射したプローブ光を含む前記画像中の前記第１の波長の光に基づいて形成する請求項１に記載の３Ｄスキャナシステム。
3. 前記プローブ光は、第２の波長の光を備え、前記イメージセンサは、前記第２の波長の光を検出することができ、前記歯のデジタル３Ｄ表現を、前記歯から反射したプローブ光を含む前記画像中の前記第２の波長の光に基づいて形成する請求項１又は２に記載の３Ｄスキャナシステム。
4. 前記照明ユニットは、いつでも第１の波長のみの光又は第２の波長のみの光を供給するように構成される請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
5. 前記蛍光の表現は２Ｄ表現であり、前記マッピングは、前記蛍光の２Ｄ表現を前記歯のデジタル３Ｄ表現に組み合わせることを備える請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
6. 前記蛍光の表現は３Ｄ表現であり、前記マッピングは、前記蛍光の３Ｄ表現を前記歯のデジタル３Ｄ表現に組み合わせることを備える請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
7. 前記照明ユニットの発光スペクトルは、大部分が５００ｎｍより下である請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
8. 前記第１の波長は、３７５ｎｍから４３５ｎｍの範囲内であり、例えば、３８５ｎｍから４２５ｎｍの範囲であり、例えば、３９５ｎｍから４１５ｎｍの範囲であり、例えば、４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲である請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
9. 前記第２の波長は、５００ｎｍから８５０ｎｍの範囲内である請求項３から８のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
10. カラーイメージセンサは、前記第１の波長の光を通過させることができる複数のフィルタ及び発した蛍光を通過させることができる複数のフィルタを備えるカラーフィルタアレイを備え、前記データ処理手段は、前記歯のデジタル３Ｄ表現の形成の少なくとも一部及び前記蛍光の表現の形成の少なくとも一部を同一の記録画像に基づかせる請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
11. 発した蛍光の表現は、前記歯から発した蛍光に対応する記録画像の部分を識別するために前記記録画像を分析することによって形成される請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
12. 前記３Ｄスキャナシステムは、前記第１の波長及び前記蛍光に対応する波長の反射率より高い前記第２の波長の反射率を有するように構成されたダイクロイックミラーを備え、前記ダイクロイックミラーは、前記ダイクロイックミラーが第２の光源からの光を前記３Ｄスキャナシステムの視野に導くとともに前記視野から受光した蛍光が前記イメージセンサに向かうことができるように配置される請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
13. 前記歯から反射したプローブ光を備える画像を記録するための視野及び発した蛍光を備える画像を記録するための視野は、略同一である請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。
14. 前記照明ユニット、前記イメージセンサ、及び、前記データ処理手段の少なくとも一つの装置は、前記３Ｄスキャナシステムのハンドヘルド３Ｄスキャナ装置の統合部である請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載の３Ｄスキャナシステム。

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