JP2017508538A - スキャン装置 - Google Patents

Abstract

操作者が持つハンドル（１０）と、マウスピース（２０）とを備えるスキャン装置が提供される。このマウスピース（２０）によって、スキャン装置が患者の口内に挿入される。ここで、マウスピース内に設けられている検知装置及びスキャン器具（６０）による撮影の際に、それぞれ口内の歯弓の一部がスキャンされ、３次元的に測定され、歯弓のさまざまな部分の個別スキャンが多数撮影され、１つの全体画像に統合される。このスキャン装置は、さらに、それぞれの個別スキャンを実施するため、検知装置が歯弓の１つの部分から次の部分へと移動するように、検知装置を駆動する駆動装置（８０）と、駆動装置（８０）が歯弓の希望する箇所へと検知装置を動かすように、駆動装置（８０）を制御する制御装置（７０）と、を有している。【選択図】図６

Description

本発明はスキャン装置に関する。特に、本発明は顎全体のスキャナーに関する。

シリコン印象をとる必要なく、患者の歯又は顎のデジタル３Ｄデータ又は３Ｄデータを入手したいという要求がある。

従来技術では、「ＣＥＲＥＣ ＯｍｎｉＣａｍ」などのスキャナーがあり、これを患者の口内に入れて撮影すると、歯弓の小さな部分だけを３次元で測定することができる。従って、次に多数の個別撮影を行い、全体像に統合するために、口腔内でこのスキャナーを手動で動かす必要がある。この時ユーザーは、顎全体が完全かつ隙間なく検知されるようにしなければならない。このことは、結果を目視点検した後で、再度スキャンが必要になった箇所へスキャナーを手動で位置決めすることによって行われる。

そのようなスキャンの場合、全体像に統合する際のエラー伝播により、スキャンの精度に関して問題が生じる。さらに、口腔内でスキャナーを手動で動かすことは時間がかかり、簡単ではないため、事前に訓練しなければユーザーが作業を行うことは困難である。完全性の目視点検及びそれに続く手動による装置の位置決めも簡単ではないため、データが不完全になるという危険がある。

また、「ｉＴｒａｙ」というスキャナーもあり、この場合、患者は口内で直接測定される可撓性材料を噛まなければならない。

このような種類のスキャンでは、まず、可撓性材料の取扱いが難しいという問題がある。これに加え、多数のセンサー、も必要である。

独国特許第１０２００８０４７８１６（Ｂ４）号は、キャリア及びハンドル部品を備える、歯をスキャンするための３Ｄスキャナーを開示しており、この場合、キャリアの上にプロジェクターと複数のカメラが設けられている。さらにカメラの校正についても示されており、「記録する」又は「マッチング」、個別撮影の統合が説明されている。

国際公開第２０１３／１２１６０５（Ａ１）号及び独国特許第１１２０１２００５８８６（Ｔ５）号は、口腔内の歯列撮影装置を開示しており、この場合、歯を（同時）撮影するために複数のカメラが設けられている。

米国特許出願第２００２／００５８２２９（Ａ１）号では、歯の撮影装置のマウスピースに透明な材料を使用することが開示されている。

米国特許第６３８６８６７（Ｂ１）号は、個別スキャンで全部スキャンされたかどうか照会を行った上で、次に３Ｄモデルを作成するという歯のスキャン方法を開示している。

米国特許第６８２１１１６（Ｂ１）号も、歯のスキャン方法を開示している。

独国特許第１０２００９０３８５８８（Ａ１）号は、個々のレコードから測定対象の全体レコードを求めるための方法（修正付き）を開示している。

独国特許第３８１０４５５（Ａ１）号は、不規則な物体を非接触で空間的に検出するための方法及び装置を開示しており、この場合、撮影ユニットを駆動する駆動ユニットが評価ユニットによって制御可能になっている。

最も近い文献である独国特許第４２１８２１９（Ｃ２）号は、例えば歯科技術的対象物の非接触測定装置を開示しており、この場合、個々のスキャンを実行する検出装置を駆動するための駆動装置と、検出装置を特定の箇所に移動させるための駆動装置を制御する制御装置とが設けられている。

本発明の課題は、顎全体のスキャナー及びそれに関連する方法を提供することであり、この場合、スキャンは簡単なやり方で行われ、精度の高い顎全体の３Ｄデータが得られる。

この課題は、請求項１に記載のスキャン装置、及び請求項１６に記載のスキャン方法によって解決される。それぞれの従属請求項２〜１５及び１７〜２３は、請求項１のスキャン装置又は請求項１６のスキャン方法の有利な発展形態である。

操作者が持つハンドルと、患者の口内に挿入するマウスピースとを備えるスキャン装置が提供され、このスキャン装置はマウスピース内に設けられている検知装置及びスキャン器具を有しており、この検知装置はスキャン器具と組み合わせて、マウスピースを患者の口内に挿入して撮影すると、それぞれ口内の歯弓の一部をスキャンして、３次元的に測定を行い、歯弓のさまざまな部分の個別スキャンが多数撮影され、１つの全体画像に統合される。

さらにこのスキャン装置は、それぞれの個別スキャンを実施するため、検知装置が歯弓の１つの部分から次の部分へと移行するように、検知装置を駆動する駆動装置と、この駆動装置が歯弓の希望する位置へと検知装置を動かすように、駆動装置を制御する駆動装置とを有しており、好ましくは検知装置が少なくとも１つの鏡を有し、この鏡は、マウスピースの中を駆動装置によってモーター駆動で移動し、スキャン領域がこの鏡によって希望する歯弓位置に向けられるようになっている。

特に、マウスピースのために少なくとも部分的に透明な被覆が設けられており、マウスピースの被覆又は透明なマウスピースの上には、それぞれの個別スキャンと一緒にスキャンされる精密な校正マーカーが付けられている。

可動式検知装置を備えるこのスキャン装置は、有利なやり方では、操作者がスキャン装置全体を患者の口内で新たに位置決めする必要なく、顎全体をスキャンすることができる。

好ましくは、少なくとも１つの鏡が少なくとも３つの自由度を有しており、これにより、スキャン器具を使って患者の口内の舌側及び／又は咬合及び／又は頬側をスキャンできる。

好ましくは、制御装置が、スキャンされた校正マーカー及び鏡の位置を考慮して完全な顎のデータを入手するために個別スキャンを統合し、顎のデータの完全性を確定するため、得られた顎のデータを分析し、顎のデータを完全化する計算・評価装置も有している。

個々のスキャンは、例えばＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）法とも呼ばれる、２つの点群を徐々に近づける反復法によって統合される。鏡のおよその位置は、妥当性チェックのために使用することができる。

マウスピース上の校正マーカーの位置が分かれば、全体の結果を修正することができる。測定がすでに完全であるか否か、すなわち歯弓の表面がすでに完全に検知されているか、それとも測定した表面にまだ空白箇所が残っているかどうかを検出することができる。次に、個別スキャンのスキャン位置が、そのような空白箇所に自動的に設定される。必要に応じて、そのような箇所は複数の視角から測定される。この個別スキャンから得られた測定結果は、次に、残りの個別スキャンと統合される。

スキャン器具は、好ましくは３Ｄスキャナーであり、これは、例えば１００ｍｍの大きな深さ範囲にかけてスキャン可能である。そのようなスキャン器具によって、良好な画像を撮影することができる。

有利には、モーター駆動により、個別スキャンの位置及び視線方向を自由に選択し、位置決めすることが可能である。鏡をモーターで駆動することにより、患者の口内で手動でスキャン装置を動かす必要がなくなり、患者にとっても、またスキャン装置を操作する人にとっても負担が大幅に軽減される。このモーター駆動により、スキャン時の精度をさらに改善することができる。

可動式検知装置として鏡を設けてもよく、スキャン器具も可動式で配置されている。これの代わりに、可動式検知装置として好ましくは２つの鏡が設けられており、スキャン器具が固定式で配置されている。スキャン器具よりも鏡の方が簡単に動かせるため、最後に示した可能性を優先するべきである。

駆動装置は、好ましくはマウスピースの外部、すなわちスキャン装置のハンドル内に配置されている。この配置により、検知装置が動くのに十分な空間がマウスピース内に残される。

マウスピースは上部と下部の底面を有し、これらの底面は周辺を取り囲む側壁によって接続されている。この側壁はハンドルの方向に開口部を備えており、この開口部を介して、マウスピースがハンドルへ移行している。ハンドルとマウスピースはスキャン装置としてユニットを形成している。それらに設けられている技術的装置類は独立して設けられているため、検知装置の運動は妨げられない。そのため、駆動装置と制御装置はマウスピース内に設けられていない。制御装置は、好ましくはハンドルの外部にも設けられているが、もちろんスキャン装置の技術的装置類と接続されている。

さらにマウスピースは、上から見た図では、スキャン装置のハンドルの幅と同じ幅を有する一方の底辺と、この一方の底辺の幅よりも長い、約５５〜８５ｍｍの幅を有する底辺とを持つ等脚台形の形状を有しており、一方の底辺ともう一方の底辺との距離は約４５〜５５ｍｍである。これに加え、このマウスピースは、その側面図で約２０ｍｍの高さを有しているため、歯の間から患者の口内へマウスピースを挿入できる。

好ましくはさまざまな大きさの被覆が使用可能であるか、又は被覆が調整可能もしくは展開可能に形成されている。それによって、有利にはさまざまな大きさの歯列をスキャンすることができる。有利には、被覆が取り外し可能であり、洗浄及び／又は滅菌することができる。

好ましくは、マウスピースが加熱可能であり、加熱がマウスピースの内部で熱風によって実施される。従って、マウスピース内の曇りを防止することが可能である。

特に好ましくは、マウスピース内に２つの鏡が設けられている。この場合、中央の鏡は、ハンドルの外部に支持されている固定アームの端部に、台形の長い方の底辺の方向に向けて、かつスキャン装置のハンドルの延長方向に取り付けられており、外側の鏡は、ハンドルの外部に支持されているもう１つの固定アームの端部に、台形の長い方の底辺の方向に向けて、かつ台形の一方の脚に沿って取り付けられている。

中央の鏡の固定アームは剛性が高く、並進運動に適するように支持されており、この固定アームの端部に取り付けられている中央の鏡が固定フレームに支持され、中央の鏡は固定フレーム内でマウスピースの底面と平行な軸を中心として回転可能に支持されており、固定フレーム自体は、固定アームの端部に、マウスピースの底面に対して垂直な軸を中心として回転可能に支持されている。外側の鏡のもう１つの固定アームは、並進運動に適するように、かつその支持端部においてマウスピースの底面に対して垂直な軸を中心とした回転運動に適するように支持されており、中央に回転点を有し、この回転点においてマウスピースの底面に対して垂直な軸を中心に回転することができる。さらに、外側の鏡は、もう１つの固定アームの端部においてマウスピースの底面に対して平行な軸を中心に、かつマウスピースの底面に対して垂直な軸を中心に回転可能に支持されている。駆動装置は、それぞれ並進運動及び回転運動を発生させる。

中央の鏡は、好ましくは３つの自由度を有している。外側の鏡は、好ましくは少なくとも４つの自由度を有している。

それにより、前述した鏡の支持によって生じる運動自由度を２つの鏡が十分に有している場合は、固定式スキャン器具と、駆動装置によって移動可能な２つの鏡とを使って、歯弓のあらゆる箇所を見ることができる。これらの鏡は精密に駆動されなくてもよい。スキャンの精度は、鏡のポジションの正確な把握とは無関係である。それぞれの個別スキャンだけが正確であればよい。

本発明は、本発明に基づくスキャン装置による顎全体のスキャン方法にも関し、この方法は、好ましくは、以下の工程を有している：
−患者の口の中にスキャン装置のマウスピースを挿入する工程、
−スキャン装置を校正する工程、
−口内の歯弓の一部をスキャンし、３次元で測定する工程、
−そのスキャン位置に該当する、マウスピースの被覆上又はマウスピース上にある校正マーカーを同時スキャンする工程、
−マウスピース内の鏡が別のスキャン位置へ自動的に移動し、そのスキャン位置に該当する、マウスピースの被覆上又はマウスピース上にある校正マーカーの口内の歯弓の一部をさらにスキャンする行程、
−口内の歯弓の全部分がスキャンされるまで前の工程を自動的に繰り返す工程、
−完全な顎のデータを得るために個別スキャンを統合する工程。

本発明に基づき、有利なやり方では、スキャン装置の操作者が操作しなくても、１つのスキャン位置から別のスキャン位置への自動切り替えが行われる。スキャン装置を患者の口内で動かす必要なく、顎全体が比較的素早くスキャンされるため、操作者が口内でスキャン装置を手動で動かすのに比べ、患者への負担が大幅に軽減される。

好ましくは、本方法が、顎のデータの完全性を確定するために、得られた顎のデータを分析し、顎のデータが不完全で顎のデータに空白箇所がある場合は、マウスピース内の鏡がそれぞれ自動的に空白箇所に該当するスキャン位置へと移動し、そのスキャン位置に該当する、マウスピースの被覆上又はマウスピース上にある校正マーカーの口内の歯弓の一部をさらにスキャンし、修正のために実行された個別スキャンが、すでにある個別スキャンと統合される、という工程も有している。

フリーハンドのスキャンでは、個別スキャンの小さなミスが加わるため、個別スキャンを統合する作業で精度の問題が生じるおそれがある一方、この問題は、本発明に基づくスキャン装置と、このスキャン装置を使って実施される方法とによって、簡単なやり方で解決することができる。

スキャン装置の校正は、以下の工程を有している：
−中央の鏡だけを使ってスキャン位置が顎の内側へ向けられる一方で、それぞれの校正マーカーの同時スキャンの際に、顎の内側が一回以上スキャンされる工程、
−中央の鏡が回転し、それによってそれぞれの校正マーカーと一緒に歯弓全体が内側からスキャンされる工程、
−個別スキャンが顎の内側の全体スキャンに統合され、それぞれの歯の輪郭が統合される工程、
−校正マーカーの位置が分析され、その位置と基準位置とを比較して、偏差を特定する工程、
−測定された校正マーカーを均等化し、実際の校正マーカーと一致させることのできる均等化規則をその偏差から計算する工程、
−得られた顎のデータを修正するために、測定した歯弓にこの均等化規則を適用する工程。

校正後、歯弓の上側と外側のスキャンの続きのデータが、測定した歯弓に加えられる。

歯弓の内側のスキャンは非常に素早く行われるため、スキャンは何度実施してもよい。従って、スキャン中に校正マーカーが歯弓に対してずれたかどうか検知することができる。

歯の内側は、有利には、１個の鏡だけを用いてスキャンされ、この鏡は口腔の中央のセンターにあり、鏡がスキャン部分を歯の内側へ向けるように傾けられる。

咬合面をスキャンする際に、スキャン範囲が、有利には中央の鏡によって外側へ、垂直に歯の上方又は下方にある第２の鏡の方へ向けられ、次にこの第２の鏡によって約９０°咬合面に向けられる。

有利には、第２の鏡が、歯の外側をスキャンする際に、咬合面をスキャンする場合よりもさらに外側へ位置決めされ、次にスキャン範囲が外側から歯面に向けられる。

上部と下部が透明なマウスピースの場合、有利には、鏡の傾斜によって下顎と上顎のスキャンの切替えが行われる。

本発明に基づき、迅速で、簡単かつ精密な顎全体のスキャンの利点が生じる。

本発明の提示されているその他の特徴及び詳細は、以下の本発明の特徴を例に基づいて示している詳細な説明及び添付の図から当業者に対してより明確になる。

本発明に基づくスキャン装置の斜視図である。 被覆と校正マーカーを備える、本発明に基づくスキャン装置のマウスピースの斜視図である。 本発明に基づく測定ヘッド付きスキャン装置のマウスピースを上から見た図である。 本発明に基づく測定ヘッド付きスキャン装置のマウスピースの側面図である。 本発明に基づくスキャン装置のマウスピースの内部を上から見た図である。 本発明に基づくスキャン装置のマウスピースの内部を上から見たもう１つの図である。 本発明に基づくスキャン装置のマウスピースを開いた状態にしたマウスピースの斜視図である。 本発明に基づくスキャン装置のマウスピースを開いた状態にしたマウスピースのもう１つの斜視図である。 本発明に基づく、中央の鏡とそのホルダーの斜視図である。 本発明に基づく、外側の鏡とそのホルダーの斜視図である。

以下に、好ましい実施形態を使って、図を用いながら本発明を詳しく説明する。

図１は、本発明に基づくスキャン装置の一般的な構造の斜視図であり、操作者が保持するハンドル１０とこのハンドル１０に接続されているマウスピース２０が示されている。スキャン装置のマウスピース２０は相対的に大きく、少なくとも部分的に透明であり、患者の口内に挿入される。撮影の際には、ハンドル１０の内部に配置されているスキャン器具によって、口内の歯弓の一部がそれぞれスキャンされ、３次元的に測定される。スキャン器具は、好ましくはカメラ又は３Ｄスキャナーであり、これは、例えば１００ｍｍの大きな深さ範囲にかけてスキャンできる。このスキャン器具は、共焦点顕微鏡の原理に従って作動できる。

図２に示されているように、透明なマウスピース２０の周囲を被覆９０が覆っており、その被覆上には精密な校正マーカー５０が付けられ、これらはそれぞれの個別スキャンと一緒にスキャンされる。ここでは、校正マーカー５０が、格子状のパターンで示されているが、その他のパターンを有していてもよい。

歯弓のさまざまな部分の個別スキャンが多数撮影され、１つの全体画像に統合される。本発明に基づき、マウスピース２０には技術的装置類が設けられており、これらの装置類は自動的に制御されながら、同時に又は短時間で連続して歯弓のさまざまな部分の各個別スキャンを実施する。

図３及び４には、スキャン装置のマウスピース２０を上から見た図と側面図がそれぞれ示されている。台形型のマウスピース２０には、多数の測定ヘッド６５が、互いにずれた状態で台形の脚に沿って２列になるように配置されているのが分かる。この配置により、特に図４で分かるように、測定範囲が重なり合う。図３ではさらに、測定ヘッド６５で検知されたデータがどのようにスキャン器具６０に転送されるかが示されている。

図３及び４によれば、スキャン器具６０の多数の測定ヘッド６５は、患者の上顎全体が測定ヘッドによって同時にスキャンされるように位置決めされている。下顎全体をスキャンするには、スキャン装置を逆にする必要がある。患者の上顎も下顎も同時にスキャンできるように測定ヘッド６５を設けることも考えられる。

例えば自動車の測定でも同様の原理が知られている。しかし、この原理を上顎及び／又は下顎全体の測定に使用するためは、測定ヘッド例えば内視鏡レンズなどの小型レンズとして形成するなど、変更が必要である。多数の測定ヘッドを使用することにより、患者の顎全体の非常に迅速な同時スキャンが可能になる。

代替として又は補助的に、本発明に基づき、図５に示されているように駆動装置８０と制御装置７０がスキャン器具６０に追加的に設けられている。駆動装置８０は、検知装置が歯弓の１つの部分から次の部分へ移動して、それぞれの個別スキャンを実施するように検知装置を駆動し、制御装置７０は、駆動装置８０が歯弓の希望する箇所へ検知装置を動かすように駆動装置８０を制御する。

例えば図５及び６でも示されているように、検知装置は２つの鏡３０、４０を有しており、これらの鏡は、スキャン範囲が歯弓の希望する箇所に鏡と連動して向けられるようにモーター駆動によって動かされる。

図５及び６では、マウスピース２０が上部の底面と下部の底面を有しており、これらの底面は周辺の側壁によって接続されていることが明確に認められる。側壁には、操作者が保持しているスキャン装置のハンドル１０の方向に開口部２２が設けられており、この開口部２２を介して、マウスピース２０がハンドル１０へ移行している。

マウスピース２０は、上から見た図では、スキャン装置のハンドル１０の幅と同じ幅を有する一方の底辺２４と、この一方の底辺２４の幅よりも長い、約５５〜８５ｍｍの幅を有するもう一方の底辺２６とを持つ等脚台形の形状を有しており、一方の底辺２４ともう一方の底辺２６との距離が約４５〜５５ｍｍであり、マウスピース２０が、その側面図では約２０ｍｍの高さ２８を有しているため、患者の口内の歯の間にマウスピースを挿入することができるようになっている。

すでに指摘したように、マウスピース２０には被覆９０が設けられている。被覆９０はさまざまな大きさで使用可能である。被覆９０は、展開可能に形成することもでき、それによって被覆は、患者のさまざまな大きさの口腔への挿入に適合する。さらに、マウスピース２０が加熱可能であり、この加熱はマウスピース２０の内部で熱風によって実施される。

図５〜図８から、マウスピース２０には２つの鏡３０、４０が設けられていることが明らかに分かる。中央の鏡３０は、固定アーム３２の端部に、台形の長い方の底辺２６の方向に向けて、かつスキャン装置のハンドル１０の延長方向に取り付けられている。外側の鏡４０は、固定アーム４２の端部に、台形の長い方の底辺２６の方向に向けて、かつ台形の一方の脚に沿って取り付けられている。

中央の鏡３０の固定アーム３２は剛性が高く、並進運動に適するように支持されており、この固定アーム３２の端部に取り付けられている中央の鏡３０が固定フレーム３４に支持されており、中央の鏡３０は固定フレーム３４内でマウスピース２０の底面と平行な軸を中心として回転可能に支持されており、固定フレーム３４自体は、固定アーム３２の端部に、マウスピース２０の底面に対して垂直な軸を中心として回転可能に支持されている。外側の鏡４０のもう１つの固定アーム４２は、並進運動に適するように、かつその支持端部においてマウスピース２０の底面に対して垂直な軸を中心とした回転運動に適するように支持されており、中央に回転点を有し、この回転点においてマウスピース２０の底面に対して垂直な軸を中心に回転することができ、外側の鏡４０は、もう１つの固定アーム４２の端部においてマウスピース２０の底面に対して平行な軸を中心に、かつマウスピース２０の底面に対して垂直な軸を中心に回転可能に支持されている。駆動装置８０は、並進運動及び回転運動を発生させる。

本発明の好ましい実施形態に従って、鏡３０、４０及びマウスピース内の固定具と一緒にマウスピース２０を説明した後で、さらに図５〜１０について短く言及する。

図５及び６の上から見た図では、それぞれ固定アーム３２及び４２を備えるマウスピース２０が示されており、それらの固定アームには中央の鏡３０と外側の鏡４０がそれぞれ取り付けられている。

両方の図は、固定アーム３２、４２及び鏡３０、４０がそれぞれ異なる位置にあるのを示している。

図７及び８の斜視図には、それぞれ固定アーム３２及び４２を備えるマウスピース２０が示されており、それらの固定アームには中央の鏡３０と外側の鏡４０がそれぞれ取り付けられている。両方の図は、図３及び４に対応して、固定アーム３２、４２及び鏡３０、４０がそれぞれ異なる位置にあるのを示している。

最後に図９及び１０は、それぞれ中央の鏡３０を備える固定アーム３２と外側の鏡４０を備える固定アーム４２を示している。これらの図には、すでに上述した、鏡３０、４０の可動式及び回転式支持部が分かりやすく示されている。

一般的に、マウスピース２０の内部はスペースが乏しい。そのため、好ましくは、ほとんどの駆動エレメントがマウスピース２０の外に配置される。マウスピース２０の内部にある駆動又は駆動エレメントは、非常にコンパクトに実施しなければならない。

本説明においては、鏡３０と鏡４０が異なった構造になっている。鏡３０は、鏡４０よりも簡単に形成してもよい。しかし、両方の鏡をまったく同じ構造にする、すなわち両方の鏡を鏡４０の構造で形成する場合は有利であろう。この鏡によって、鏡３０で可能な全てのことができる。

特に図９から、鏡３０が３つの自由度を有していることが分かる。ここでは１つの並進軸と２つの回転軸がある。固定アーム３２はリニアガイドによってガイドされ、モーターによって移動可能である。この移動は、例えばスピンドルドライブ又はリニアモーターで行うことができる。この固定アーム３２の支持部と駆動は、好ましくはマウスピース２０の外に配置されている。回転軸は、固定フレーム３４に関係する。固定アーム３２に固定されている固定フレーム３４は回転可能である。この固定フレームは、例えば小型のボール軸受けで保持されている。駆動は、例えば図９に図示されているように、一方の側から行うことができる。リセットは、リターンスプリングによって可能である。その他の可能性として、例えば超音波駆動のような小型モーターも考えられる。そのような小型モーターは、板のような形の駆動用スペースに格納することができるだろう。側面で駆動する場合、この軸の駆動は、マウスピース２０の外に配置することができる。もう１つの回転軸は、鏡３０の傾斜にのみ必要である。有利には、このことが小型モーター又は可動コイルを有しているような磁気駆動によって実現される。

さらに、特に図１０から、鏡４０が５つの自由度を有していることが分かる。自由度を少なくすることも可能であるが、この場合、患者の口内の特定のエリアが見えにくくなる。今のところ、最低４つの自由度が必要なことが分かっている。

鏡３０と同様の並進軸があることが分かる。さらに、この並進軸では回転軸もある。リニアガイド及びリニア駆動は回転可能に配置されている。駆動及び支持は、マウスピースの外に配置してもよい。駆動は小型モーターによって行われる。また、鏡３０のもう１つの回転軸と同じ回転軸がある。もう１つの回転軸は、鏡３０の第１の回転軸のように駆動を有している。

さらに、制御装置が、スキャンされた校正マーカー及び鏡の位置を考慮して完全な顎のデータを入手するために個別スキャンを統合し、顎のデータの完全性を確定するため、得られた顎のデータを分析し、顎のデータを完全化する計算装置及び評価装置も有していることも言及しなければならない。

本発明に基づくスキャン装置の好ましい実施形態を詳細に説明したが、次に、このスキャン装置によって実施されるスキャンプロセスを説明する。

まず、スキャン装置のマウスピース２０が患者の口内に挿入され、次にスキャン装置を校正する。その後、口内の歯弓の一部がスキャンされ、３次元的に測定され、同時にスキャン位置に該当する、マウスピース２０の上にある校正マーカー５０がスキャンされる。次に、マウスピース２０内の鏡又は鏡３０、４０が別のスキャン位置へ自動的に移動し、そのスキャン位置に該当する、マウスピース２０の上にある校正マーカー５０の口内の歯弓の別の部分がスキャンされる。口内の歯弓の全部分がスキャンされるまでこの工程が自動的に繰り返される。次に、完全な顎のデータを得るために、個別スキャンが統合される。

下顎と上顎を切り替えるために、スキャン装置を口内から取り出して、１８０°回転させ、裏返してから再び挿入することができる。しかしまた、両方の鏡３０と４０の傾斜により、同様に下顎と上顎を切り替えることもできる。その場合、鏡３０及び４０は、光を上方ではなく下方に向けることができる。それにより、スキャン装置を口内から取り出すことなく、下顎と上顎の両方をスキャンできる。この場合、マウスピースは上部と下部が透明であり、両面に校正マーカーを有している必要がある。

内側（舌側）は、有利には１個の鏡だけを用いてスキャン可能である。そのために、この鏡３０は、口腔の中央のセンターにあり、この鏡がスキャン部分を歯の内側へ向けるように傾けられる。

咬合面（咬合）をスキャンする際に、スキャン範囲が、中央の鏡３０によってまず外側へ、垂直に歯の上方又は下方にある第２の鏡４０の方へ向けられ、次にこの第２の鏡４０によって約９０°咬合面に向けられる。

外側（頬側）をスキャンするには、咬合面と同様に行われる。しかし、この場合、第２の鏡４０はさらに外側へ位置決めされ、次にスキャン範囲が外側から歯面に向けられる。

第２の鏡４０のこの外側位置は、最外側の位置であり、これによってマウスピースの最小サイズが決定される。

もちろん、全ての鏡でスキャン範囲は鏡映されるので、スキャン範囲は左右反転となる。従って、スキャンで得られたデータは最初左右逆の状態で検知される。２つの鏡３０と４０では、スキャンが再び通常の状態に戻る。評価の際には、個別スキャンの際にいくつの鏡が使用されたかを把握し、それに応じて鏡映を元に戻す必要がある。

スキャンの順序は、基本的に自由に選択できる。好ましい順序は、内側のスキャンから開始し、次に咬合面、最後に外側をスキャンする。

得られた顎のデータは、顎のデータの完全性を確定するために分析される。顎のデータが不完全で顎のデータに空白箇所がある場合は、マウスピース２０内の鏡又は鏡３０、４０が自動的に空白箇所に該当するスキャン位置へと移動する。そのスキャン位置に該当する、マウスピース２０上にある校正マーカーの口内の歯弓の一部がさらにスキャンされ、最後に、修正のために実行された個別スキャンが、すでにある個別スキャンと統合される。

校正は、中央の鏡３０だけを使ってスキャン位置が顎の内側へ向けられる一方で、それぞれの校正マーカー５０の同時スキャンの際に、顎の内側が一回以上スキャンされ、中央の鏡３０が回転し、それによってそれぞれの校正マーカー５０と一緒に歯弓全体が内側からスキャンされ、個別スキャンが顎の内側の全体スキャンに統合され、それぞれの歯の輪郭が統合され、校正マーカー５０の位置が分析され、その位置と基準位置とを比較して、偏差を特定し、測定された校正マーカー５０を均等化し、実際の校正マーカー５０と一致させることのできる均等化規則をその偏差から計算し、得られた顎のデータを修正するために、測定した歯弓にこの均等化規則を適用することによって行われる。

校正後、歯弓の上側と外側のスキャンの続けて得られたデータが、測定した歯弓に加えられる。

本発明はスキャン装置とスキャン方法を示しており、この場合、操作者はスキャン装置を一回だけ患者の口内に置くだけでよく、その後、スキャンプロセスは自動的に進行する。

全体の上顎又は下顎は、顎に対してスキャン器具を移動する必要なしに、完全に測定することが可能である。このことは、測定を完全に実施するために、操作者が特別な測定戦略をとる必要がないことを意味している。

簡単に言えば、本発明に基づくこのコンセプトは、口腔の外に取り付けられる３Ｄ測定カメラを、口腔用の測定延長を備えるスキャン器具としていることにある。３Ｄ測定カメラであれば、基本的に、別の形の測定構成を使ってその他の形状も測定できると考えられる。従って、測定延長は、多くの測定視点が取り入れられるようにさまざまな形に形成されている「延長部」になる。例えば冒頭に述べた「ＣＥＲＥＣ ＯＭＮＩＣＡＭ」のような従来システムと比較して、本ミラーシステムは手の動作を代替している。自動で動く鏡の代わりに、多数の測定ヘッドをスキャン装置のマウスピースの中に設けることも考えられ、その場合、測定ヘッドは顎全体を撮影できるように位置決めされている。また、スキャン装置に自動で動くことのできる鏡と多数の測定ヘッドを設けることも可能である。

Claims (23)

1. 操作者が持つハンドル（１０）と、患者の口内に挿入するマウスピース（２０）とを備えるスキャン装置であり、該スキャン装置は前記マウスピース（２０）内に設けられている検知装置及びスキャン器具（６０）を有しており、前記検知装置は前記スキャン器具（６０）と組み合わせて、前記マウスピース（２０）を患者の口内に挿入して撮影すると、それぞれ口内の歯弓の一部をスキャンして、３次元的に測定を行い、前記歯弓のさまざまな部分の個別スキャンが多数撮影され、１つの全体画像に統合され、さらに前記スキャン装置は、
   それぞれの個別スキャンを実施するため、前記検知装置が前記歯弓の１つの部分から次の部分へと移動するように、前記検知装置を駆動する駆動装置（８０）と、
   前記駆動装置（８０）が前記歯弓の希望する箇所へと前記検知装置を動かすように、前記駆動装置（８０）を制御する制御装置（７０）と、を有し、
   前記検知装置が少なくとも１つの鏡（３０、４０）を有し、該鏡は、前記マウスピース（２０）の中を前記駆動装置（８０）によってモーター駆動で移動し、スキャン領域が前記鏡と連動して希望する歯弓位置に向けられる、スキャン装置であって、前記マウスピースのために少なくとも部分的に透明な被覆（９０）が設けられており、前記マウスピース（２０）の前記被覆（９０）の上には、それぞれの個別スキャンと一緒にスキャンされる精密な校正マーカー（５０）が付けられていることを特徴とする、スキャン装置。
2. 少なくとも１つの前記鏡（３０、４０）が少なくとも３つの自由度を有しており、これにより、前記スキャン器具（６０）を使って患者の口内の舌側及び／又は咬合及び／又は頬側をスキャンできることを特徴とする、請求項１に記載のスキャン装置。
3. 前記制御装置（７０）が、スキャンされた前記校正マーカー（５０）及び前記鏡又は前記鏡（３０、４０）のそれぞれの位置を考慮して、完全な顎のデータを入手するために個別スキャンを統合し、前記顎のデータの完全性を確定するため、得られた前記顎のデータを分析し、前記顎のデータを完全化する計算・評価装置を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスキャン装置。
4. 前記スキャン器具（６０）が３Ｄスキャナーであり、例えば１００ｍｍの大きな深さ範囲にかけてスキャン可能であ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スキャン装置。
5. 鏡（３０）が設けられており、前記スキャン器具（６０）が可動式で配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスキャン装置。
6. ２つの鏡（３０、４０）が設けられており、前記スキャン器具（６０）が固定式で配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスキャン装置。
7. 前記駆動装置（８０）が、前記マウスピース（２０）の外部に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスキャン装置。
8. 前記マウスピース（２０）が上部と下部の底面を有し、該底面は周辺を取り囲む側壁によって接続されており、前記側壁は、前記スキャン装置の前記ハンドル（１０）の方向に開口部（２２）を備えており、前記開口部（２２）を介して、前記マウスピース（２０）が前記ハンドル（１０）へ移行していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のスキャン装置。
9. 前記マウスピース（２０）は、上から見た図では、前記スキャン装置の前記ハンドル（１０）の幅と同じ幅を有する一方の底辺（２４）と、前記一方の底辺（２４）の幅よりも長い、約５５〜８５ｍｍの幅を有するもう一方の底辺（２６）とを持つ等脚台形の形状を有しており、前記一方の底辺（２４）ともう一方の底辺（２６）との距離が約４５〜５５ｍｍであり、前記マウスピース（２０）が、その側面図では約２０ｍｍの高さ（２８）を有しているため、患者の口内の歯の間に前記マウスピースを挿入できるようになっていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のスキャン装置。
10. さまざまな大きさの前記被覆（９０）が使用可能であるか、又は前記被覆（９０）が調整可能もしくは展開可能に形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスキャン装置。
11. 前記マウスピース（２０）が加熱可能であり、該加熱は前記マウスピース（２０）の内部で熱風によって実施されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスキャン装置。
12. 前記２つの鏡（３０、４０）が、前記ハンドル（１０）の外部に支持されている剛性の高い固定アーム（３２）の端部に、台形の前記長い方の底辺（２６）の方向に向けて、かつ前記スキャン装置の前記ハンドル（１０）の延長方向に取り付けられている中央の鏡（３０）と、前記ハンドル（１０）の外部に支持されているもう１つの固定アーム（４２）の端部に、台形の前記長い方の底辺（２６）の方向に向けて、かつ台形の一方の脚に沿って取り付けられている外側の鏡（４０）を有していることを特徴とする、請求項６〜１１のいずれか一項に記載のスキャン装置。
13. 前記中央の鏡（３０）の前記固定アーム（３２）は剛性が高く、並進運動に適するように支持されており、前記固定アーム（３２）の端部に取り付けられている前記中央の鏡（３０）が固定フレーム（３４）に支持されており、前記中央の鏡（３０）は前記固定フレーム（３４）内で前記マウスピース（２０）の前記底面と平行な軸を中心として回転可能に支持されており、前記固定フレーム（３４）自体は、前記固定アーム（３２）の端部に、前記マウスピース（２０）の前記底面に対して垂直な軸を中心として回転可能に支持されており、前記外側の鏡（４０）の前記もう１つの固定アーム（４２）は、並進運動に適するように、かつその支持端部において前記マウスピース（２０）の前記底面に対して垂直な軸を中心とした回転運動に適するように支持されており、中央に回転点を有し、該回転点において前記マウスピース（２０）の前記底面に対して垂直な軸を中心に回転することができ、前記外側の鏡（４０）は、前記もう１つの固定アーム（４２）の端部において前記マウスピース（２０）の前記底面に対して平行な軸を中心に、かつ前記マウスピース（２０）の前記底面に対して垂直な軸を中心に回転可能に支持されており、前記駆動装置（８０）が、並進運動及び回転運動を発生させることを特徴とする、請求項１２に記載のスキャン装置。
14. 前記中央の鏡（３０）が、３つの自由度を有していることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のスキャン装置。
15. 前記外側の鏡（４０）が、少なくとも４つの自由度を有していることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のスキャン装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の本発明に基づくスキャン装置による顎全体のスキャン方法であり、
    患者の口内に前記スキャン装置の前記マウスピース（２０）を挿入する工程、
    スキャン装置を校正する工程、
    前記スキャン装置を使って口内の歯弓の一部をスキャンし、３次元で測定する工程、
    そのスキャン位置に該当する、前記マウスピース（２０）の前記被覆（９０）上にある前記校正マーカー（５０）を同時スキャンする工程、
    前記マウスピース（２０）内の前記鏡又は前記鏡（３０、４０）が別のスキャン位置へ自動的に移動し、そのスキャン位置に該当する、前記マウスピース（２０）の前記被覆（９０）上にある前記校正マーカー（５０）の口内の歯弓の一部をさらにスキャンする工程、
    口内の歯弓の全部分がスキャンされるまで前の工程を自動的に繰り返す工程、及び
    完全な顎のデータを得るために個別スキャンを統合する工程、を含む、方法。
17. さらに、前記方法が、
    前記顎のデータの完全性を確定するために、得られた前記顎のデータを分析する工程、並びに
    前記顎のデータが不完全で前記顎のデータに空白箇所がある場合は、
    前記マウスピース（２０）内の前記鏡又は前記鏡（３０、４０）がそれぞれ自動的に前記空白箇所に該当する前記スキャン位置へと移動する工程、
    前記スキャン位置に該当する、前記マウスピース（２０）の前記被覆（９０）上にある前記校正マーカー（５０）の口内の歯弓の一部をさらにスキャンする工程、及び
    修正のために実行された前記個別スキャンが、すでにある前記個別スキャンと統合される工程、を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記校正が、
    前記中央の鏡（３０）だけを使って前記スキャン位置が顎の内側へ向けられる一方で、それぞれの校正マーカー（５０）の同時スキャンの際に、顎の内側が一回以上スキャンされる工程、
    前記中央の鏡（３０）が回転し、それによってそれぞれの校正マーカー（５０）と一緒に歯弓全体が内側からスキャンされる工程、
    個別スキャンが顎の内側の全体スキャンに統合され、それぞれの歯の輪郭が統合される工程、
    前記校正マーカー（５０）の位置が分析され、その位置と基準位置とを比較して、偏差を特定する工程、
    測定された前記校正マーカー（５０）を均等化し、実際の前記校正マーカー（５０）と一致させることのできる均等化規則を前記偏差から計算する工程、
    得られた顎のデータを修正するために、測定した歯弓にこの均等化規則を適用する工程、を含むことを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記校正後、歯弓の上側と外側のスキャンの続きのデータが、測定した歯弓に加えられることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. 歯の内側が、１個の鏡（３０）だけを用いてスキャンされ、前記鏡は口腔の中央のセンターにあり、前記鏡がスキャン部分を歯の内側へ向けるように傾けられることを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 咬合面をスキャンする際に、前記スキャン範囲が、中央の鏡（３０）によって外側へ、垂直に歯の上方又は下方にある第２の鏡（４０）の方へ向けられ、次に前記第２の鏡（４０）によって約９０°前記咬合面に向けられることを特徴とする、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記第２の鏡（４０）が、歯の外側をスキャンする際に、咬合面をスキャンする場合よりもさらに外側へ位置決めされ、次に前記スキャン範囲が外側から歯面に向けられることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
23. 上部と下部が透明なマウスピース（２０）の場合、前記鏡（３０、４０）の傾斜によって下顎と上顎のスキャンの切替えが行われることを特徴とする、請求項１６〜２２のいずれか一項に記載の方法。

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