JP2017202301A - 歯肉診断支援装置および歯肉診断支援システム - Google Patents

歯肉診断支援装置および歯肉診断支援システム Download PDF

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Abstract

【課題】歯科医師による歯肉診断を支援する歯肉診断支援装置を提供する。【解決手段】歯肉診断支援装置（２０Ａ）は、口腔正面の３次元点群データから歯肉辺縁部の奥行き方向の断面データを抽出する断面データ抽出部（２１）と、断面データを歯肉診断に適した形式に加工して歯肉診断用データを生成する歯肉診断用データ生成部（２５）とを備え、歯肉診断用データ生成部（２５）は、例えば、歯肉診断用データとして口腔正面の左右方向または上下方向を第１軸および奥行き方向を第２軸とする２次元グラフを生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、歯科医師による歯肉診断を支援する歯肉診断支援装置および歯肉診断支援システムに関する。
歯科疾患の早期発見・疾患予防のためには、健全な状態から疾患発症までの期間を正確かつ客観的に診断できることが必要である。しかし、歯科予防診断は歯科医師の主観的な経験と勘に頼るところが大きく、歯科医師によって診断判断がばらついたり、一定の客観的なデータが取得できないなどの問題がある。かかる問題の解決策の一つとして、特に歯周病診断に関して、診断の診断基準および安全性を向上させつつ測定データの客観性も向上させる歯周病診断支援装置が公知である（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１５−１１６３０３号公報
歯科疾患のうち歯肉炎などの診断には、歯科医師により主観的に炎症の５つの兆候（発赤、腫脹、発熱、出血、形態異常）の発現の有無により診断されている。特許文献１に開示された技術は、歯周病診断に特化したものであり、歯肉診断に適用することは困難である。したがって、歯肉診断は依然として歯科医師の目視・経験・勘などに頼らざるを得ないというのが現状である。
上記問題に鑑み、本発明は、歯科医師による客観的歯肉診断を支援する歯肉診断支援装置および歯肉診断支援システムを提供することを課題とする。
本発明の一局面に従った歯肉診断支援装置は、口腔正面の３次元点群データから歯肉辺縁部の奥行き方向の断面データを抽出する断面データ抽出部と、断面データを歯肉診断に適した形式に加工して歯肉診断用データを生成する歯肉診断用データ生成部とを備えたものである。
歯肉診断用データ生成部が、歯肉診断用データとして口腔正面の左右方向を第１軸および奥行き方向を第２軸とする２次元グラフを生成するものであってもよい。
歯肉診断用データ生成部が、歯肉診断用データとして口腔正面の上下方向を第１軸および奥行き方向を第２軸とする２次元グラフを生成するものであってもよい。
また、本発明の別局面に従った歯肉診断支援装置は、歯の正面写真画像から歯肉辺縁部の輪郭を抽出して輪郭点群データを生成する輪郭抽出部と、輪郭点群データのうち歯と歯肉の境目の点群データに対して関数フィッティングを行って近似曲線を導出する曲線近似部と、歯と歯肉の境目の点群データに近似曲線を重ねた歯肉診断用データを生成する歯肉診断用データ生成部とを備えたものである。
上記歯肉診断支援装置は、さらに、歯と歯肉の境目の点群データと近似曲線との相関の程度を示す指標を計算する相関計算部を備えていてもよい。
また、本発明のさらに別局面に従った歯肉診断支援装置は、歯の正面写真画像から歯肉辺縁部の輪郭を抽出して輪郭点群データを生成する輪郭抽出部と、輪郭点群データのうち歯と歯肉の境目の点群データに対して関数フィッティングを行って近似曲線を導出する曲線近似部と、歯肉診断用データとして、歯と歯肉の境目の点群データと近似曲線との誤差を示すグラフを生成する歯肉診断用データ生成部とを備えたものである。
なお、輪郭抽出部が、複数の歯が写った口腔正面写真から任意の１本の歯の正面写真画像を切り出すものであってもよい。
また、本発明に係る歯肉診断支援システムは、上記の歯肉診断支援装置と、歯肉診断支援装置による処理対象の原画像データを生成する撮像装置と、歯肉診断支援装置によって生成された歯肉診断用データを表示する表示装置とを備えたものである。
本発明によると、患者の口腔正面の３次元点群データや歯の正面写真画像から歯肉診断用データが生成され、歯科医師は当該歯肉診断用データを参照して歯肉診断を行うことができ、目視による診断と比較して、数量化および画像化により、より信頼性の高い客観的な歯肉診断をすることができる。また、歯肉診断用データはデジタルデータとして保存して患者の歯肉の経年変化を追跡することが可能となり、予防診断の質を向上させることができる。
第１の実施形態に係る歯肉診断支援システムの構成図 一例に係る口腔正面の２次元画像を示す図 図２Ａに対応する口腔正面の３次元点群データを示す図 図２Ｂの３次元点群データから得られた歯肉診断用データの一例を示す図 図２Ｂの２次元点群データから得られた歯肉診断用データの一例を示す図 第２の実施形態に係る歯肉診断支援システムの構成図 一例に係る歯の正面写真画像を示す図 図４Ａの写真画像から得られた輪郭点群データを示す図 図４Ｂ中の歯と歯肉の境目の点群データに近似曲線を重ねた歯肉診断用データを示す図 別例に係る歯の正面写真画像を示す図 図５Ａの写真画像から得られた輪郭点群データを示す図 図５Ｂ中の歯と歯肉の境目の点群データに近似曲線を重ねた歯肉診断用データを示す図 さらに別例に係る歯の正面写真画像を示す図 図６Ａの写真画像から得られた輪郭点群データを示す図 図６Ｂ中の歯と歯肉の境目の点群データに近似曲線を重ねた歯肉診断用データを示す図 図５Ａの写真画像から得られた歯と歯肉の境目の点群データを示す図 図７Ａの輪郭点群データの近似曲線を示す図 図７Ａの点群データと図７Ｂの近似曲線との誤差を示すグラフ
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
≪第１の実施形態≫
図１は、第１の実施形態に係る歯肉診断支援システムの構成図である。本実施形態に係る歯肉診断支援システム１００Ａは、撮像装置１０Ａと、歯肉診断支援装置２０Ａと、表示装置３０とを備えている。
撮像装置１０Ａは、被写体表面の３次元点群データを生成する装置である。撮像装置１０Ａとして、例えば、位相シフト法を利用した３次元計測装置を用いることができる。
具体的には、撮像装置１０Ａは、プロジェクタ１１と、カメラ１２と、イメージプロセッサ１３とを備えている。
プロジェクタ１１は、正弦波の縞パターン光を位相をずらしながら被写体表面に投射する。カメラ１２は、被写体表面からの反射光を撮像して撮像画像を生成する。イメージプロセッサ１３は、縞パターン光の位相をずらして撮像された画像を解析してその位相差から被写体表面の３次元形状（３次元点群データ）を取得する。このような位相シフト法によると比較的短時間で奥行き方向に数１０μｍ程度の精度の３次元計測が可能である。
なお、撮像装置１０Ａは、位相シフト法以外に空間コード法や光切断法などを利用可能である。あるいは、カメラ１２をステレオカメラにして三角測量に基づく３次元計測を行ってもよい。
歯肉診断支援システム１００Ａにおいて、撮像装置１０Ａは患者の口腔正面の３次元点群データを取得するために使用される。
図２Ａは、撮像装置１０Ａにより撮像された口腔正面の２次元画像の一例を示す。図２Ｂは、図２Ａに対応する口腔正面の３次元点群データを示す。
図２Ａおよび図２Ｂに示したように、撮像装置１０Ａにより、左右方向（Ｘ範囲）に１５７ｍｍ、上下方向（Ｙ範囲）に１０２ｍｍ、奥行き方向（Ｚ範囲）に１４２．６ｍｍの範囲の口腔正面の３次元点群データが取得される。
図１へ戻り、歯肉診断支援装置２０Ａは、撮像装置１０Ａから口腔正面の３次元点群データを受けて、当該３次元点群データを加工して、歯科医師による歯肉診断の助けとなる歯肉診断用データを生成する装置である。歯肉診断支援装置２０Ａは、例えば、ＰＣ（Personal Computer）やサーバー装置などの汎用コンピュータで構成することができる。また、歯肉診断支援装置２０Ａは、クラウド上のＳａａＳ（Software as a Service）として実現することも可能である。この場合、撮像装置１０Ａ、歯肉診断支援装置２０Ａおよび表示装置３０は、インターネットなどネットワークを介して互いに接続される。
具体的には、歯肉診断支援装置２０Ａは、断面データ抽出部２１と、歯肉診断用データ生成部２５とを備えている。なお、断面データ抽出部２１および歯肉診断用データ生成部２５は、ソフトウェアまたはハードウェア、あるいはそれらの組み合わせで実現することができる。
断面データ抽出部２１は、口腔正面の３次元点群データから歯肉辺縁部の奥行き方向の断面データを抽出する。すなわち、断面データ抽出部２１は、口腔正面の３次元点群データにおいて任意のＹ範囲位置におけるＸＺ平面の点群データおよび／または任意のＸ範囲位置におけるＹＺ平面の点群データを抽出する。
歯肉診断用データ生成部２５は、歯肉辺縁部の奥行き方向の断面データを歯肉診断に適した形式に加工して歯肉診断用データを生成する。例えば、歯肉診断用データ生成部２５は、歯肉診断用データとして口腔正面の左右方向を横軸および奥行き方向を縦軸とする２次元グラフおよび／または口腔正面の上下方向を横軸および奥行き方向を縦軸とする２次元グラフを生成する。
図２Ｃおよび図２Ｄは、図２Ｂの３次元点群データから得られた歯肉診断用データの一例を示す。図２Ｃの歯肉診断用データは、口腔正面の左右方向を横軸および奥行き方向を縦軸とする２次元グラフであり、図２Ａに示したラインＬ１におけるＸＺ平面の点群データに相当する。ラインＬ１は、口腔正面の３次元点群データにおける任意のＹ範囲位置を示すラインである。図２Ｄの歯肉診断用データは、口腔正面の上下方向を横軸および奥行き方向を縦軸とする２次元グラフであり、図２Ａに示したラインＬ２におけるＹＺ平面の点群データに相当する。図２Ａの口腔正面の２次元画像において手前に突出している部分は、図２Ｃおよび図２Ｄの２次元グラフにおいて大きな縦軸値で表される。すなわち、当該２次元グラフにおいて歯肉辺縁部の腫れは大きな縦軸値で表される。
図１へ戻り、表示装置３０は、歯肉診断支援装置２０Ａによって生成された歯肉診断用データを表示する装置である。例えば、表示装置３０は、図２Ａの口腔正面の２次元画像と図２Ｃおよび／または図２Ｄの歯肉診断用データとを並べて表示する。歯科医師は、表示装置３０に表示されたこれら画像を見ることで歯肉辺縁部の腫れ具合を客観的に判断することができる。
≪第２の実施形態≫
図３は、第２の実施形態に係る歯肉診断支援システムの構成図である。本実施形態に係る歯肉診断支援システム１００Ｂは、撮像装置１０Ｂと、歯肉診断支援装置２０Ｂと、表示装置３０とを備えている。
撮像装置１０Ｂは、被写体の静止画像を撮像する装置である。撮像装置１０Ｂとして、一般的なデジタルスチルカメラを用いることができる。
歯肉診断支援システム１００Ｂにおいて、撮像装置１０Ｂは患者の歯の正面写真画像を取得するために使用される。図４Ａ、図５Ａおよび図６Ａは、歯の正面写真画像のさまざまな例を示す。当該正面写真画像は、撮像装置１０Ｂにより撮像された口腔正面写真から任意の１本の歯の画像を切り出したものである。なお、撮像装置１０Ｂにより撮像される写真画像はカラーおよびグレースケースのいずれでもよい。
図３へ戻り、歯肉診断支援装置２０Ｂは、撮像装置１０Ｂから口腔正面の３次元点群データを受けて、当該３次元点群データを加工して、歯科医師による歯肉診断の助けとなる歯肉診断用データを生成する装置である。歯肉診断支援装置２０Ｂは、例えば、ＰＣやサーバー装置などの汎用コンピュータで構成することができる。また、歯肉診断支援装置２０Ｂは、クラウド上のＳａａＳとして実現することも可能である。この場合、撮像装置１０Ｂ、歯肉診断支援装置２０Ｂおよび表示装置３０は、インターネットなどネットワークを介して互いに接続される。
具体的には、歯肉診断支援装置２０Ｂは、輪郭抽出部２２と、曲線近似部２３と、相関計算部２４と、歯肉診断用データ生成部２５とを備えている。なお、輪郭抽出部２２、曲線近似部２３、相関計算部２４および歯肉診断用データ生成部２５は、ソフトウェアまたはハードウェア、あるいはそれらの組み合わせで実現することができる。
撮像装置１０Ｂにより撮像された口腔正面写真には複数の歯が写っている。輪郭抽出部２２は、撮像装置１０Ｂにより撮像された口腔正面写真から任意の１本の歯の正面写真画像を切り出し、当該歯の正面写真画像から歯肉辺縁部の輪郭を抽出して輪郭点群データを生成する。具体的には、輪郭抽出部２２は、撮像装置１０Ｂにより撮像された口腔正面写真において隣接画素間の輝度またはコントラストの差を計算し、当該差が大きい箇所を輪郭として抽出する。そして、輪郭抽出部２２は、当該抽出した輪郭に基づいて口腔正面写真に写った各歯を認識し、その中から任意の１本の歯の正面写真画像を切り出す。さらに、輪郭抽出部２２は、当該切り出した歯の正面写真画像から歯肉周縁部の輪郭を抽出して輪郭点群データを生成する。図４Ｂ、図５Ｂおよび図６Ｂは、それぞれ、図４Ａ、図５Ａおよび図６Ａの写真画像から得られた輪郭点群データの例を示す。図４Ｂ、図５Ｂおよび図６Ｂからわかるように、歯の正面写真画像から歯肉辺縁部の輪郭を抽出することで、歯と歯肉の境目が輪郭点群データとして表される。
図３へ戻り、曲線近似部２３は、輪郭抽出部２２によって生成された輪郭点群データのうち歯と歯肉の境目の点群データに対して関数フィッティングを行って近似曲線を導出する。ここで、近似曲線として任意の次数の多項式を用いることができる。これは、歯と歯肉の境目の近似曲線には個体差、個人差、経年差などがあるからである。したがって、関数フィッティングにおいて近似曲線の多項式は限定せず、歯と歯肉の境目をより小さい誤差で近似し得る近似曲線を見つける。
相関計算部２４は、歯と歯肉の境目の点群データと近似曲線との相関の程度を示す指標を計算する。当該指標として、相関係数Ｒや決定係数Ｒ＾２を用いることができる。
歯肉診断用データ生成部２５は、歯と歯肉の境目の点群データに近似曲線を重ねた歯肉診断用データを生成する。
図４Ｃ、図５Ｃおよび図６Ｃは、それぞれ、図４Ｂ、図５Ｂおよび図６Ｂ中の歯と歯肉の境目の点群データに近似曲線を重ねた歯肉診断用データを示す。このように、歯肉診断用データは、２次元グラフとして表される。なお、図４Ｃに示した近似曲線は２次多項式であり、図５Ｃおよび図６Ｃに示した近似曲線は４次多項式である。
歯肉診断用データに、例えば、相関計算部２４で計算した歯と歯肉の境目の点群データと近似曲線との決定係数Ｒ＾２を含めてもよい。これにより、歯と歯肉の境目の点群データと近似曲線との相関の程度を数値で知ることができる。
図３へ戻り、表示装置３０は、歯肉診断支援装置２０Ｂによって生成された歯肉診断用データを表示する装置である。例えば、表示装置３０は、図４Ａ、図５Ａおよび図６Ａの歯の正面写真画像と図４Ｃ、図５Ｃおよび図６Ｃの歯肉診断用データとを並べて表示する。歯科医師は、表示装置３０に表示されたこれら画像を見ることで歯と歯肉の境目のギザつきあるいはなめらかさ、近似曲線からの誤差の程度などを客観的に判断することができる。
歯肉診断用データ生成部２５は、図４Ｃ、図５Ｃおよび図６Ｃに示したような歯と歯肉の境目の点群データに近似曲線を重ねた歯肉診断用データの他に、歯肉診断用データとして、歯と歯肉の境目の点群データと曲線近似部２３により導出された近似曲線との誤差を示すグラフを生成することもできる。
図７Ａは、図５Ａの写真画像から得られた歯と歯肉の境目の点群データを示す図である。図７Ｂは、図７Ａの輪郭点群データの近似曲線を示す図である。図７Ｂに示す近似曲線は、曲線近似部２３が図７Ａの点群データに対して関数フィッティングを行うことで導出したものである。そして、図７Ｃは、図７Ａの点群データと図７Ｂの近似曲線との誤差を示すグラフである。図７Ｃに示すグラフは、歯肉診断用データ生成部２５が図７Ａの点群データと図７Ｂの近似曲線とに基づいて生成したものである。
図７Ｃに示したように、歯と歯肉の境目の点群データとその近似曲線との誤差をグラフ化することにより、歯と歯肉の境目のギザつきの程度を一目で捉えやすくすることができる。これにより、歯科医師による客観的な歯肉診断を支援することができる。
なお、第１の実施形態および第２の実施形態のいずれにおいても、撮像装置１０Ａ，１０Ｂで取得した原画像データを図略のストレージ装置に保存しておいて、歯肉診断支援装置２０Ａ，２０Ｂが当該ストレージ装置から任意の原画像データを読み出して解析してもよい。また、歯肉診断支援装置２０Ａ，２０Ｂが生成した歯肉診断用データをストレージ装置に保存してもよい。これにより、各患者の歯肉の経年変化を追跡しやすくなり、経年変化に基づくより高精度な歯肉診断や歯肉炎予防のための診断を行うことができる。
さらに、歯科医師による過去の診断結果も合わせて保存して、歯肉診断支援装置２０Ａ，２０Ｂに歯科医師の診断傾向を機械学習させてもよい。この場合、新たに生成された歯肉診断用データに対して過去の類似例における診断結果を歯科医師に呈示することができるようになる。また、過去の大量の診断結果に基づいて歯肉診断支援装置２０Ａ，２０Ｂが歯科医師に歯肉診断基準を提案することができるようになる。
以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
１００Ａ，１００Ｂ 歯肉診断支援システム
１０Ａ，１０Ｂ 撮像装置
２０Ａ，２０Ｂ 歯肉診断支援装置
２１ 断面データ抽出部
２２ 輪郭抽出部
２３ 曲線近似部
２４ 相関計算部
２５ 歯肉診断用データ生成部
３０ 表示装置

Claims (8)

  1. 口腔正面の３次元点群データから歯肉辺縁部の奥行き方向の断面データを抽出する断面データ抽出部と、
    前記断面データを歯肉診断に適した形式に加工して歯肉診断用データを生成する歯肉診断用データ生成部とを備えた歯肉診断支援装置。
  2. 前記歯肉診断用データ生成部が、前記歯肉診断用データとして口腔正面の左右方向を第１軸および奥行き方向を第２軸とする２次元グラフを生成するものである、請求項１に記載の歯肉診断支援装置。
  3. 前記歯肉診断用データ生成部が、前記歯肉診断用データとして口腔正面の上下方向を第１軸および奥行き方向を第２軸とする２次元グラフを生成するものである、請求項１に記載の歯肉診断支援装置。
  4. 歯の正面写真画像から歯肉辺縁部の輪郭を抽出して輪郭点群データを生成する輪郭抽出部と、
    前記輪郭点群データのうち歯と歯肉の境目の点群データに対して関数フィッティングを行って近似曲線を導出する曲線近似部と、
    前記歯と歯肉の境目の点群データに前記近似曲線を重ねた歯肉診断用データを生成する歯肉診断用データ生成部とを備えた歯肉診断支援装置。
  5. 前記歯と歯肉の境目の点群データと前記近似曲線との相関の程度を示す指標を計算する相関計算部を備えた、請求項４に記載の歯肉診断支援装置。
  6. 歯の正面写真画像から歯肉辺縁部の輪郭を抽出して輪郭点群データを生成する輪郭抽出部と、
    前記輪郭点群データのうち歯と歯肉の境目の点群データに対して関数フィッティングを行って近似曲線を導出する曲線近似部と、
    歯肉診断用データとして、前記歯と歯肉の境目の点群データと前記近似曲線との誤差を示すグラフを生成する歯肉診断用データ生成部とを備えた歯肉診断支援装置。
  7. 前記輪郭抽出部が、複数の歯が写った口腔正面写真から任意の１本の歯の正面写真画像を切り出すものである、請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の歯肉診断支援装置。
  8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の歯肉診断支援装置と、
    前記歯肉診断支援装置による処理対象の原画像データを生成する撮像装置と、
    前記歯肉診断支援装置によって生成された歯肉診断用データを表示する表示装置とを備えた歯肉診断支援システム。
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