JP2017520292A - ３ｄ頭部計測分析の方法 - Google Patents

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Abstract

少なくとも部分的に計算処理装置上で実行される、患者の３Ｄ頭部計測分析のための方法は、少なくとも第１の２Ｄビューからの、患者の頭部のコンピュータ断層撮影スキャンの再構築ボリューム画像データを表示し、少なくとも第１の表示される２Ｄビュー上に少なくとも１つの参照標識を配置して表示するオペレータ命令を受け入れる。患者の口内の１つ以上の歯列要素がセグメンテーションされ、１つ以上の頭部計測パラメータが、少なくとも１つの参照標識、及び１つ以上のセグメンテーションされた歯列要素に従い、患者用に計算される。１つ以上の計算頭部計測パラメータの分析により生成された１つ以上の結果が表示される。

Description

関連出願の相互参照
これは仮特許出願である。
本発明は一般に、Ｘ線コンピュータ断層撮影における画像処理、及び、特に３次元頭部計測分析用の３Ｄデータを得ることに関する。
頭部計測分析は頭部に関する歯科及び骨格の関係の調査であり、患者の改善された治療のための評価及び計画手段として、歯科医及び矯正歯科医により使用される。従来の頭部計測分析は、治療前に顔面の特徴及び異常を診断するために、または治療の進行を評価するために、２Ｄの頭部Ｘ線写真にて骨及び軟組織の目印を識別する。
例えば、頭部計測分析にて識別可能な主な異常は、上顎骨と下顎骨の骨格関係に関する、前後方向の不正咬合の問題である。不正咬合は上顎の第１大臼歯の相対位置に基づいて分類される。Ｉ級の中性咬合では、臼歯の関係は正常であるが、他の歯が空隙、叢生、または過萌出もしくは未萌出等の問題を有し得る。ＩＩ級の遠心咬合では、上顎の第１大臼歯の近心頬側咬頭が第１下顎臼歯と第２小臼歯の間にある。ＩＩＩ級の近心咬合では、上顎の第１大臼歯の近心頬側咬頭が下顎の第１大臼歯の近心頬側溝の後側にある。
「Ｃｅｐｈａｌｏｍｅｔｒｉｃｓ ｉｎ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｐｒａｃｔｉｃｅ」（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｈ．Ｔｗｅｅｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈにて読まれる論文、Ｏｃｔｏｂｅｒ １９５６，ｐｐ．８−２９）という題の記事でＳｔｅｉｎｅｒにより説明されている、例示的な従来の２Ｄ頭部計測分析は、角度測定を用いて頭蓋底に対して上顎骨と下顎骨を評価する。記載された手順では、Ｓｔｅｉｎｅｒは４つの目印：ナジオン、Ａ点、Ｂ点、及びトルコ鞍中心点を選択する。ナジオンは頭蓋の前頭骨と２つの鼻骨の交点である。Ａ点は上顎骨の歯槽基底の前方限界として認識されている。Ｂ点は下顎骨の歯槽基底の前方限界として認識されている。トルコ鞍中心点はトルコ鞍の中心点である。角ＳＮＡ（トルコ鞍中心点からナジオン、次いでＡ点まで）は、上顎骨が頭蓋底に対して前方に、または後方に位置するか否かを測定するために使用され、約８２°の示度が正常とみなされる。角ＳＮＢ（トルコ鞍中心点からナジオン、次いでＢ点まで）は、下顎骨が頭蓋底に対して前方に、または後方に位置するか否かを測定するために使用され、約８０°の示度が正常とみなされる。
最近の歯列矯正研究は、従来の２Ｄ頭部計測分析を用いて提供される結果に、依然として誤差及び不一致が存在することを示している。著名な研究は、Ｖａｎｄａｎａ Ｋｕｍａｒらにより「Ｉｎ ｖｉｖｏ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｃｏｎｅ ｂｅａｍ ＣＴ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍｓ」の題が付いている（Ａｎｇｌｅ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００８，ｐｐ．８７３−８７９）。
データ取得の根本的な制限のため、従来の２Ｄ頭部計測分析は、人の顔についてのバランスと対称性を考えることなく、主に審美性に焦点を当てている。「Ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｆａｃｅ ａｓ ａ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｅｐｈａｌｏｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ」（Ｔｒｅｉｌら、Ｗｏｒｌｄ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，ｐｐ．１−６）という題の記事で述べられているように、解剖上の容積とその増加を分析するのに平面幾何学は不適切であり、３Ｄ分析のみが、解剖上の顎骨顔面の複雑性を適切に分析することができる。通常の関係は更に２つの重要な側面：バランスと対称性を有し、モデルのバランスと対称性が安定しているとき、これらの特徴は各人にとって正常な状態を規定する。
「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｃｒａｎｉｏｆａｃｉａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅｓ ｏｆ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ」という題の米国特許第６，８７９，７１２号（Ｔｕｎｃａｙら）は、頭蓋顔面の特徴のコンピュータモデルを生成する方法を開示している。３次元の顔面特徴データは、レーザー走査及びデジタル写真を使用して取得され、歯科的特徴は歯を物理的にモデリングすることにより取得される。このモデルはレーザー走査される。次いで、骨格の特徴はＸ線写真から入手される。これらのデータを合わせて、３次元で操作及び確認可能な単一のコンピュータモデルにする。このモデルはまた、現時点でモデリングされた頭蓋顔面の特徴と理論上の頭蓋顔面の特徴をアニメーション化するための能力を有する。
「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｔｏｏｔｈ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ａｎ ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ ｐａｔｉｅｎｔ」の題の米国特許第６，２５０，９１８号（Ｓａｃｈｄｅｖａら）は、実際の歯列矯正用構造の３Ｄデジタルモデル、及び所望の歯列矯正用構造の３Ｄモデルからの、移動の３Ｄ直接経路を測定する方法について開示している。本方法は、各歯の対応する３次元直接経路に基づいて、レーザー走査した歯冠、及び歯石除去のための歯面上のマーカーを使用して歯の移動をシミュレーションする。開示された本方法を使用した歯の３Ｄデータに正しいものはない。
測定値の入力を自動化する技術、及びかかる測定値に基づいて頭蓋顔面の特徴用の生物測定データの計算の開発に向けて著しい発展が行われてきたが、改善の余地が大いにある。既存の手段の効果をもってしても、生物測定データを効果的に使用するために、施術者は十分な訓練を必要とする。相当量の測定データ及び計算データは治療計画の開発及び維持の作業を複雑にし、人間の見落とし及びエラーのリスクを増大させ得る。
したがって、直接の治療計画に役立つことができ、進行中の治療の異なる段階において患者を追跡可能な、頭部計測結果を生成し報告する分析ユーティリティの開発に一定の価値があると考えることができる。
米国特許第６，８７９，７１２号明細書 米国特許第６，２５０，９１８号明細書
「Ｃｅｐｈａｌｏｍｅｔｒｉｃｓ ｉｎ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｐｒａｃｔｉｃｅ」，Ｓｔｅｉｎｅｒ，Ｃｈａｒｌｅｓ Ｈ．Ｔｗｅｅｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ １９５６，ｐｐ．８−２９ 「Ｉｎ ｖｉｖｏ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｃｏｎｅ ｂｅａｍ ＣＴ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍｓ」，Ｖａｎｄａｎａ Ｋｕｍａｒ ｅｔ ａｌ．，Ａｎｇｌｅ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００８，ｐｐ．８７３−８７９ 「Ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｆａｃｅ ａｓ ａ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｅｐｈａｌｏｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ」，Ｔｒｅｉｌ ｅｔ ａｌ．，Ｗｏｒｌｄ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，ｐｐ．１−６
本発明の目的は、頭部計測分析のための３Ｄ解剖データを得るための改善された方法の必要性に応えることである。
本目的を考慮して、本発明は、３Ｄ頭部計測分析のための方法を提供し、この方法は、少なくとも部分的には計算処理装置上で実行され、患者の３Ｄ頭部計測分析のための方法を含み、この方法は、少なくとも部分的には計算処理装置上で実行され、少なくとも第１の２Ｄビューからの患者の頭部のコンピュータ断層撮影スキャンによる、再構成されたボリューム画像データを表示することと、少なくとも前記第１の表示された２Ｄビュー上にある少なくとも１つの参照標識を配置し表示するオペレータ命令を受け入れることと、上記患者の口内の１つ以上の歯列要素を分けることと、上記少なくとも１つの参照標識及び上記１つ以上のセグメンテーションされた歯列要素からのデータに従い、上記患者に対する１つ以上の頭部計測パラメータを計算することと、上記１つ以上の計算頭部計測パラメータの分析により生成された１つ以上の結果を表示することと、を含む。
本開示の特徴は、オペレータとの相互作用により、解剖学的特徴を示す参照標識の位置を識別することである。
本開示の実施形態は、相乗的な方法で、特徴識別のためにシステムの人間オペレータのスキルをコンピュータの性能と組み合わせる。この組み合わせは、創造性、発見的教授法の使用、柔軟性、及び判断力という人間のスキルを利用し、かつ、これらのスキルをコンピュータの利点、例えば計算速度、徹底的かつ正確な処理、並びに報告及びデータの評価性能と組み合わせる。
これら及び他の、本開示の態様、目的、特徴及び利点は、以下の好ましい実施態様及び添付の特許請求の範囲の詳細の説明を確認することにより、並びに添付図面を参照することにより一層明確に理解及び認識されるであろう。
前述及び他の、本発明の目的、特徴、及び利点は、添付図面に示されるように、以下の本発明の実施形態のより特定の説明により明らかとなるであろう。
図面の要素は、互いを比較すると必ずしも正確な縮尺率ではない。
頭部計測分析を提供するためのイメージングシステムを示す概略図である。 本開示の実施形態に係る３Ｄ頭部計測分析のプロセスを示す論理フローチャートである。 ３Ｄで表現したＣＢＣＴ頭部ボリューム画像のビューである。 ３Ｄで表現した、歯のセグメンテーションをした後の歯のボリューム画像のビューである。 ＣＢＣＴ頭部ボリューム画像とオペレータが入力した参照標識の、３つの直交ビューを示す、ユーザインタフェースの図である。 表示される一連の３Ｄ参照標識を有する、３Ｄで表現したＣＢＣＴ頭部ボリューム画像のビューである。 頭部計測分析用の枠組みを提供する、識別された解剖学的特徴を示す斜視図である。 頭部計測分析用の枠組みを提供する、識別された解剖学的特徴を示す斜視図である。 頭部計測分析用の枠組みを提供する、識別された解剖学的特徴を示す斜視図である。 頭部計測分析のために使用される枠組みを生成するオペレータの命令を受け入れるための工程を示す、論理フローチャートである。 オペレータが入力した参照標識を使用する、解剖学的特徴の位置を特定するためのオペレータインタフェースを示す。 オペレータが入力した参照標識を使用する、解剖学的特徴の位置を特定するためのオペレータインタフェースを示す。 オペレータが入力した参照標識を使用する、解剖学的特徴の位置を特定するためのオペレータインタフェースを示す。 種々の導出パラメータが、ボリューム画像データ及び対応するオペレータが入力した参照標識を使用してどのように計算されるかを示すグラフである。 種々の導出パラメータが、ボリューム画像データ及び対応するオペレータが入力した参照標識を使用してどのように計算されるかを示すグラフである。 種々の導出パラメータが、ボリューム画像データ及び対応するオペレータが入力した参照標識を使用してどのように計算されるかを示すグラフである。 種々の導出パラメータが、ボリューム画像データ及び対応するオペレータが入力した参照標識を使用してどのように計算されるかを示すグラフである。 種々の導出パラメータが、ボリューム画像データ及び対応するオペレータが入力した参照標識を使用してどのように計算されるかを示すグラフである。 セグメンテーションした歯のデータからの、多数の導出頭部計測パラメータを示す３Ｄグラフである。 セグメンテーションした歯のデータからの導出頭部計測パラメータを示す２Ｄグラフである。 セグメンテーションした歯のデータからの導出頭部計測パラメータを示す別の３Ｄグラフである。 セグメンテーションした歯のデータからの導出頭部計測パラメータ、及び治療パラメータを示すグラフである。 システムにより、どのように歯の除外が学習されるかを示す３Ｄグラフである。 デジタル模型の歯を示す斜視図である。 上顎及び下顎用に対する慣性系の計算軸を示す３Ｄグラフである。 特定の歯牙構造に対する平行度を示すグラフである。 特定の歯牙構造に対する平行度を示すグラフである。 １本の歯を欠いているデジタル模型の歯を示す斜視図である。 図１８Ａの例の上顎及び下顎に対する慣性系の計算軸を示すグラフである。 特定の歯牙構造に対する、平行度を欠いていることを示すグラフである。 特定の歯牙構造に対する、平行度を欠いていることを示すグラフである。 歯が除外されているデジタル模型の歯を示す斜視図である。 図２０Ａの例の上顎及び下顎に対する慣性系の計算軸を示すグラフである。 欠いている歯についての歯の除外を示す例である。 図２１Ａの例の上顎及び下顎に対する慣性系の計算軸を示すグラフである。 歯を欠いている歯の除外を示す例である。 図２２Ａの例の上顎及び下顎に対する慣性系の計算軸を示すグラフである。 特定の歯を除外した結果を示す画像である。 図２３Ａの例の上顎及び下顎に対する慣性系の計算軸を示すグラフである。 ＤＯＬ基準系の多数の目印及び座標軸またはベクトルを示す。 ＤＯＬ基準系の代替空間に再配置した目印を示す。 本再配置を使用した、側面ビューからの変形した歯の慣性系の例を示す。 本開示の実施形態に係る分析エンジンに関する、独立ネットワークを示す概略図である。 本開示の実施形態に係る分析エンジンに関する、非独立または連結したネットワークを示す概略図である。 図２７の独立ネットワーク配置を使用した、アルゴリズム用の擬似コードを示す。 図２８の非独立ネットワーク配置を使用した、アルゴリズム用の擬似コードを示す。 多数の値及びこれらの解釈の例示パラメータの一覧である。 バイト分析及び歯列弓の角度特性の特定の例に関する、表にした例示的結果を示す。 上顎切歯及び下顎切歯のトルクの特定の例に関する、表にした例示的結果を示す。 二重後退（ｂｉｒｅｔｒｕｓｉｏｎ）または二重前突（ｂｉｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）の評価の別の例に関する、表にした例示的結果を示す。 特定の患者の頭部計測分析に関する結果の、例示的要約の一覧を示す。 分析結果に基づく推奨メッセージを有する、システムの表示を示す。 分析結果を補助する図の描写を有する、システムの表示を示す。
本開示の実施形態に関する以下の詳細の説明においては図面を参照し、これらの図面においては、同一の参照番号は連続した図の同一の要素に割り当てられる。これらの図は、本発明の実施形態に係る全体の機能及び関係を示すために提供され、実寸法または縮尺を示す意図と共に提供はされないという点に留意すべきである。
これらの図面が用いられる場合において、用語「第１の」「第２の」「第３の」等は、必ずしも任意の順序関係または優先関係を示すわけではなく、別のものからある要素、または時間間隔を一層明確に区別するために使用され得る。
本開示との関係においては、用語「画像」とは、個々の画像要素で構成される多次元画像データを意味する。２Ｄ画像に関して、個々の画像要素は画素、またはピクセルである。３Ｄ画像に関して、個々の画像要素はボリューム画像要素、またはボクセルである。用語「ボリューム画像」は、用語「３Ｄ画像」と同義であると考えられる。
本開示との関係においては、用語「コード値」とは、各２Ｄ画像ピクセル、またはそれに対応して、再構成された３Ｄボリューム画像における各ボリューム画像データまたはボクセルと関係する値を意味する。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）またはコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）画像のコード値は多くの場合、各ボクセルの減衰係数の情報を提供するハウンスフィールド単位で表現されるが、必ずしもそうではない。
本開示との関係においては、用語「幾何プリミティブ」は、矩形、円形、線形、トレース曲線または他のトレース模様等の、開放または閉鎖形状に関する。用語「目印」及び「解剖学的特徴」は等価であると考えられ、表示される患者の解剖図の特定の特徴を意味する。
本開示との関係においては、用語「観察者」「オペレータ」及び「使用者」は等価であると考えられ、ディスプレイモニタ上の歯科画像等の画像を確認し操作する、視検施術者または他の人を意味する。「オペレータの命令」または「観察者の命令」は、観察者により、例えばコンピュータマウス、またはタッチスクリーン、またはキーボード入力を使用して入力される明確なコマンドから入手される。
表示される特徴に関する用語「強調」は、情報及び画像表示技術分野の当業者により理解される従来の意味を有する。一般に、強調は、観察者の注意を引きつけるための、幾つかの局在表示強化の形態を使用する。個々の臓器、骨、もしくは組織、またはある房から隣の房への経路の画像の一部の強調は例えば、注釈付け、近隣もしくは重複する記号の表示、輪郭描写もしくはトレーシング、他の画像もしくは情報内容とは異なる色、もしくは著しく異なる強度もしくはグレースケール値での表示、表示の一部の点滅もしくはアニメーション、またはより高い鮮明度もしくはコントラストでの表示を含むがこれらに限定されない、任意の多数の方法により達成可能である。
本開示との関係においては、説明用語「導出パラメータ」は、入手されたまたは入力されたデータ値の処理から計算される値に関する。導出パラメータは、スカラー、点、線、体積、ベクトル、平面、曲線、角度値、画像、閉じた輪郭、面積、長さ、行列、テンソル、または数式であってよい。
本明細書で使用する場合、用語「集合」とは、集合の要素または機素の集合概念が初等数学で幅広く理解されている通り、非空集合を意味する。別様で明示されない限り、用語「部分集合」とは、非空真部分集合、即ち１つ以上の要素を有する、より大きな集合の部分集合を意味するように本明細書にて使用される。集合Ｓに関して、部分集合は全集合Ｓを含んでよい。しかし、集合Ｓの「真部分集合」は厳格に集合Ｓ内に含まれ、集合Ｓの少なくとも１つの要素を除外する。あるいは、より正式に記述すると、本開示で用語が用いられるように、（ｉ）部分集合Ｂが非空であり、かつ（ｉｉ）Ｂ∩Ｓもまた非空であり、かつ部分集合Ｂが更に、集合Ｓ内にある要素のみを含み、かつ集合Ｓの濃度未満の濃度を有する場合、部分集合Ｂは集合Ｓの真部分集合であると考えることができる。
本開示との関係においては、「平面ビュー」または「２Ｄビュー」は、対象の水平面の位置からの、３次元（３Ｄ）物体の２次元（２Ｄ）表示または投影である。本用語は、特定の透視図の３Ｄボリューム画像データ内から２Ｄ平面描写の表示を示すために従来用いられる用語「画像スライス」と同義である。３Ｄボリュームデータの２Ｄビューは、図が撮られる対応する平面が互いに９０（±１０）°、または互いに９０°のｎ倍の整数（ｎ＊９０°、±１０°）にて配置される場合に、実質的に直交すると考えられる。
本開示との関係においては、一般用語「歯列要素」は、歯、義歯及びインプラント等の人工装具、並びに歯の補助構造部材及び関連する補綴具（顎を含む）に関する。
本開示の主題は、デジタル画像処理及びコンピュータビジョン技術に関し、これは、デジタル画像からのデータをデジタル処理して認識することにより、人間が理解できる物体、属性または状態に有用な意味を割り当てた後、得られた結果をデジタル画像の更なる処理のために利用する技術を意味すると理解される。
背景技術の項で予め述べたように、従来の２Ｄ頭部計測分析は多数の顕著な欠点を有する。患者の頭部を頭部計測または他の測定装置の中心に合わせることが難しく、再現性の見込みがなくなってしまう。得られた２次元Ｘ線写真は、３Ｄ画像よりも重なり合った頭部解剖画像を作り出す。目印を頭部Ｘ線像上に配置することが困難な場合があり、結果は多くの場合、一致しない（Ｔｈｅ Ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，ｅｄ．Ｃａｒｉｎｅ Ｃａｒｅｌｓ，Ｇｕｙ Ｗｉｌｌｅｍｓ，Ｌｅｕｖｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９８，ｐｐ．１８１−１９２内の、Ｐ．Ｐｌａｎｃｈｅ ａｎｄ Ｊ．Ｔｒｅｉｌによる「Ｃｅｐｈａｌｏｍｅｔｒｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ」という題の論文を参照のこと）。治療計画を開発し追跡する業務は、部分的には、収集して計算される頭部測定データが著しい量であるために、複雑である。
本開示の一実施形態は、３Ｄ解剖の特徴点の選択、これらの特徴点から導出されるパラメータ、及び頭部計測分析におけるこれらの導出パラメータの使用方法の観点から、Ｔｒｅｉｌの理論を利用する。Ｔｒｅｉｌにより書かれた参照出版物としては、Ｊａｃｑｕｅｓ Ｔｒｅｉｌ，Ｂ，Ｗａｙｓｅｎｓｏｎ，Ｊ．Ｂｒａｇａ及びＪ．Ｃａｓｔｅｉｇｔによる「Ｔｈｅ Ｈｕｍａｎ Ｆａｃｅ ａｓ ａ ３Ｄ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｃｅｐｈａｌｏｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ」（Ｗｏｒｌｄ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，２００５ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌ．６，ｉｓｓｕｅ ５，ｐｐ．３３−３９）；並びに、Ｊ．Ｔｒｅｉｌ，Ｊ．Ｂｒａｇａ，Ｊ．−Ｍ．Ｌｏｕｂｅｓ，Ｅ．Ｍａｚａ，Ｊ．−Ｍ．Ｉｎｇｌｅｓｅ，Ｊ．Ｃａｓｔｅｉｇｔ，及びＢ．Ｗａｙｓｅｎｓｏｎによる「３Ｄ Ｔｏｏｔｈ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ」（Ｓｅｍｉｎａｒｓ ｉｎ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１，Ｍａｒｃｈ ２００９）が挙げられる。
図１の概略図は、３Ｄ ＣＢＣＴ頭部計測イメージング用の画像装置１００を示す。患者１２のイメージングに関して、連続した複数の２Ｄ投影画像が画像装置１００を用いて得られ、処理される。好ましくは、患者１２のサイズに高さが適合するように調整可能なように、回転可能なマウント１３０が支柱１１８に提供される。マウント１３０はＸ線源１１０、及び患者１２の頭部の反対側に放射線センサ１２１を保持して回転し、源１１０及びセンサ１２１を、頭部を中心とした走査パターンのために周回する。マウント１３０は患者の頭部の中心部分に対応する軸Ｑを中心として回転するため、マウント１３０に取り付けられた構成部品が頭部を周回する。デジタルセンサであるセンサ１２１は、ＣＢＣＴボリュームイメージングに好適な放射線パターンを放出するＸ線源１１０の反対側にて、マウント１３０に連結されている。顎当てまたは咬み部材等の、任意の頭部支持体１３６は、画像取得中の患者の頭部の安定化をもたらす。コンピュータ１０６は、オペレータのコマンドを受け入れ、画像装置１００により得られた歯科矯正画像データのボリューム画像を表示するための、オペレータインタフェース１０４及びディスプレイ１０８を有する。コンピュータ１０６は、画像データを入手するためにセンサ１２１と信号で通信しており、源１１０の制御、及び所望により、マウント１３０の構成要素に対する回転作動装置１１２の制御のための信号を提供する。コンピュータ１０６はまた、画像データを保存するためのメモリ１３２と信号で通信している。任意の位置合わせ装置１４０は、イメージング処理のために、患者の頭部を適切に位置合わせすることを補助するために提供される。
図２の論理フローチャートを参照すると、本開示の実施形態に係る歯科用ＣＢＣＴボリュームを用いた、３Ｄ頭部計測分析用の歯科矯正用データに使用される工程の順序２００が示されている。ＣＢＣＴボリューム画像データはデータ取得工程Ｓ１０２にて入手される。ボリュームは、１つ以上の２Ｄ画像用の画像データ（または同様な意味合いで、スライス）を含有する。元の再構築ＣＴボリュームは、ＣＴスキャナから得られる複数の２Ｄ投影または副鼻腔撮影図を使用した、標準的な再構築アルゴリズムを使用して形成される。例えば、図３は、骨の構造、軟組織及び歯を含有する例示的な歯科用ＣＢＣＴボリューム２０２を示す。
図２の順序を続けていくと、セグメンテーション工程Ｓ１０４において、３Ｄ歯列要素データは、歯科用ＣＢＣＴボリューム２０２に３Ｄの歯のセグメンテーションアルゴリズムを適用することにより集められる。歯及び関係する歯列要素用のセグメンテーションアルゴリズムは、歯科用イメージング技術分野では周知である。代表的な歯セグメンテーションアルゴリズムは例えば、同一出願人による、Ｃｈｅｎらによる「ＰＡＮＯＲＡＭＩＣ ＩＭＡＧＥ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＦＲＯＭ ＣＢＣＴ ＤＥＮＴＡＬ ＩＭＡＧＥＳ」という題の米国特許公開公報第２０１３／００２２２５２号、Ｃｈｅｎらによる、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＴＯＯＴＨ ＳＥＧＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ＩＮ ＤＥＮＴＡＬ ＩＭＡＧＥＳ」という題の米国特許公開公報第２０１３／００２２２５５号、及びＣｈｅｎによる、「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＯＯＴＨ ＤＩＳＳＥＣＴＩＯＮ ＩＮ ＣＢＣＴ ＶＯＬＵＭＥ」という題の米国特許公開公報第２０１３／００２２２５４号に記載されており、その全体が本明細書に参照として組み込まれる。
図４に示すように、歯セグメンテーションの結果は画像３０２にて再現され、ここでは、歯は全体で再現されるが、個々にセグメンテーションされている。各歯は歯ボリューム（ｔｏｏｔｈ ｖｏｌｕｍｅ）、例えば歯ボリューム３０４と呼ばれる個別の存在である。
セグメンテーションされた歯の各歯、または、より広義には、セグメンテーションされた各歯列要素は、最低でも、セグメンテーションされた歯列要素内の各ボクセルに対する３Ｄ位置座標を含有する３Ｄ位置リスト、及びセグメンテーションされた要素内の各ボクセルのコード値リスト、を有する。この点において、各ボクセルの３Ｄ位置は、ＣＢＣＴボリューム座標系に関して規定される。
図２の順序における、参照標識選択工程Ｓ１０６において、ＣＢＣＴボリューム画像は、異なる視野角に関して得られた、２つ以上の異なる２Ｄビューを表示する。異なる２Ｄビューは異なる角度とすることができ、例えば、異なる画像スライスであってよいか、または正投影もしくは略正投影であってよいか、または斜視図であってよい。本開示の実施形態に従うと、３つの図は相互に直交している。
図５は、３つの直交２Ｄビューを示すディスプレイインタフェース４０２による、例示フォーマットを示す。ディスプレイインタフェース４０２において、画像４０４はＣＢＣＴボリューム画像２０２（図３）の軸面２Ｄビューの１つであり、画像４０６はＣＢＣＴボリューム画像２０２の冠状２Ｄビューの１つであり、画像４０８はＣＢＣＴボリューム画像２０２の矢状２Ｄビューの１つである。ディスプレイインタフェースは観察者（例えば施術者または技師）に、複数の３Ｄ頭部計測分析作業を達成するために、種々のイメージ処理／コンピュータアルゴリズムを実行するコンピュータシステムと相互作用することを可能にする。観察者の相互作用は、ユーザインタフェース技術分野の当業者に既知の任意の多数の形態、例えばコンピュータマウスジョイスティックもしくはタッチパッド等のポインターの使用、または動作を選択もしくは画像の座標を特定するためのタッチスクリーンの使用をとることができ、相互作用に関しては、後でより詳細に記載されている。
３Ｄ頭部計測分析作業の１つは、図２の３Ｄ参照標識選択工程Ｓ１０６において、自動識別を実施することである。表示される画像上で観察者により識別される３Ｄ目印または特徴点の一種と等価である３Ｄ参照標識は、図５において、ディスプレイインタフェース４０２の相互に異なる直交２Ｄビューで示される。図５で示す例示的な３Ｄ解剖参照標識は参照標識４１４において、より下の鼻口蓋孔（ｎａｓａｌ ｐａｌａｔｉｎｅ ｆｏｒａｍｅｎ）である。図６のビューで示すように、表示される画像５０２上で観察者により識別可能な、他の解剖参照標識としては、標点５０８及び５１０での眼窩下孔、並びに標点５０４及び５０６での槌骨が挙げられる。
図２の工程Ｓ１０６において、観察者はポインティングデバイス（例えばマウスまたはタッチスクリーン等）を使用して、３つのビューのいずれか１つの適切な位置にて、参照標識を幾何プリミティブの一種として配置する。本明細書の図で示される本開示の実施形態に従うと、参照標識は円として表示する。例えば、図５のディスプレイインタフェーススクリーンを使用して、観察者は画像４０４として示すビューに、位置４１４に基準点用の参照標識として、小円を配置する。参照標識４１４は画像４０４内に小円として表示され、かつ画像４０６及び４０８の対応するビューの適切な位置においても表示される。観察者は表示ビュー４０４、４０６または４０８の１つにおいて参照標識４１４の位置を示す必要があるだけであり、患者の解剖学的構造の他のビューにおいて同一の参照標識４１４を示すことにより、システムが応答することを述べておくことが有益である。したがって、観察者は、最も速やかに見ることができるビューにおいて参照標識４１４を識別することができる。
参照標識４１４を入力した後で、使用者は、参照標識４１４の位置を表示ビューのいずれかの上で調節するために、キーボードまたは表示されるアイコン等のオペレータインタフェースツールを使用することができる。観察者はまた、入力した参照標識を除去し、新しい参照標識を入力する選択肢も有する。
ディスプレイインタフェース４０２（図５）は、表示ビューのいずれかまたは全てのサイズ変更をするための、ズームイン／ズームアウトユーティリティを提供する。したがって、観察者は改善された参照標識配置のために、異なる画像を効率的に操作することができる。
３Ｄ画像内容を参照して作成され、３Ｄ画像内容のビューの現れる参照標識を収集することは、患者の頭部形状及び構造の一層正確な特徴付けに使用可能な一連の頭部計測パラメータをもたらす。頭部計測パラメータとしては、患者の頭部の特定の特徴に対する参照標識入力により直接提供される座標情報が挙げられる。頭部計測パラメータとしてはまた、患者の頭部の構造の、座標または幾何学構造として直接入力はされないが、座標情報から誘導される、「導出頭部計測パラメータ」と称される種々の測定可能な特徴の情報も挙げられる。導出頭部計測パラメータは、相対的な大きさまたは体積、対称性、配向、形状、移動経路及び移動の可能範囲、慣性軸、質量中心、並びに他のデータを提供することができる。本開示との関係においては、用語「頭部計測パラメータ」は、例えば参照標識により直接識別されるものか、または参照標識に従い計算される導出頭部計測パラメータのいずれかに当てはまる。例えば、特定の基準点が、対応する参照標識により識別されると、枠組接続線５２２が組み立てられ、全体的特徴の好適な特徴付けのために基準点を接続する。このことは図６で一層明確に示されている。枠組接続線５２２は３Ｄ空間でのベクトルと考えることができる。これらの次元及び空間特徴は、歯科矯正及び他の目的のための計算で使用可能な、更なるボリューム画像データを提供する。
各参照標識４１４、５０４、５０６、５０８、５１０は、イメージ処理装置１００のコンピュータ１０６によるボリュームデータ内で自動的に生成され、後の分析及び測定処理を容易にする枠組みを形成する、１つ以上の枠組接続線５２２の末端点である。図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃは、異なる斜視図から表示される３Ｄ画像５０２ａ、５０２ｂ、及び５０２ｃに関して、頂点で基準点を有する選択基準点の枠組み５２０が、全体の頭部構造の次元側面の規定にどのように役立つかを示す。本開示の実施形態に従うと、オペレータ命令は、オペレータに、患者の頭部のボクセルが部分的に透明な、図５で示したものに類似の２Ｄビューと、図６で示したボリューム表示を切り替えることを可能にする。これはオペレータに、参照標識の配置を調査し、多数の角度からの線配置を接続することを可能にさせる。参照標識位置の調節は、表示ビューのいずれかにて行うことができる。更に、本開示の実施形態に従うと、オペレータは特定の参照標識に関してより正確な座標をタイプすることができる。
図８の論理フローチャートは、参照標識入力及び識別のためのオペレータ命令を受け入れて処理するための、並びに、画像データ及び参照標識に従った計算パラメータを提供するための、一連の工程を示す。表示工程Ｓ２００は、例えば、患者の頭部のコンピュータ断層撮影スキャンからの再構築３Ｄ画像の、相互に直交した角度から等の異なる角度からの、１つ以上の２Ｄビューを表示する。任意のリスティング工程Ｓ２１０において、システムは表リスト等のテキストのリスティング、一連のプロンプト、または再構築３Ｄ画像における多数の目印もしくは解剖学的特徴の位置データを入力することが必要な、数値入力用の連続した標識領域を提供する。このリスティングはオペレータに、後述するように、ユーザインタフェースプロンプトまたはメニュー選択の形態で、明示的に提供され得る。あるいは、リスティングは暗示的に規定され得るため、オペレータは位置情報を入力するための特定の順序に従う必要がない。異なる解剖学的特徴に対してｘ、ｙ、ｚの位置データを与える参照標識は、記録工程Ｓ２２０で入力される。解剖学的特徴は患者の口の中、または外に位置することができる。本開示の実施形態は、工程Ｓ２２０で入力される、ディスプレイ上で識別される解剖学的特徴と、図２に関して前述した歯及び他の歯列要素に関して自動的に生成されたセグメンテーションデータの組み合わせを使用することができる。
図８の記録工程Ｓ２２０において、システムは、解剖学的構造の各目印特徴に対応する参照標識を配置するオペレータ命令を受け入れる。第１もしくは第２の２Ｄビューのいずれか、または３つ以上のビューが提示される場合は、他のビューのいずれかにおいて、参照標識はオペレータにより入力され、入力後、それぞれの表示ビューで表示される。識別工程Ｓ２３０は、入力した参照標識に対応する解剖学的特徴または目印を識別し、及び所望により、オペレータ入力の正確さを検証する。比例値を計算し、所与のオペレータ入力が、特定の解剖学的特徴に対する参照標識の位置を正確に識別する可能性を測定する。例えば、眼窩下孔は通常、口蓋孔から一定の距離範囲内にある。システムは入力された距離を確認し、対応する参照標識が適切に位置していないように思われる場合は、オペレータに知らせる。
図８の順序を続けると、構築工程Ｓ２４０において、枠組接続線を生成し、枠組生成のために参照標識を接続する。計算及び表示工程Ｓ２５０を次に実施し、配置した参照標識に従い、１つ以上の頭部計測パラメータを計算する。計算したパラメータが次に、オペレータに向けて表示される。
図９Ａ、９Ｂ、及び９Ｃは、ディスプレイ１０８上でのオペレータインタフェースの外観を示す。オペレータインタフェースは、ディスプレイ１０８上に、オペレータ命令を受け入れかつ特定の患者の頭部計測パラメータの計算結果を表示するための、相互作用ユーティリティを提供する。ディスプレイ１０８は、例えば、オペレータが指定した参照標識及び他の命令の入力用のタッチスクリーンディスプレイであることができる。ディスプレイ１０８は、ボリューム画像データの少なくとも１つの２Ｄビュー、または異なる角度または眺めからの、ボリューム画像データの２つ以上の２Ｄビューを同時に表示する。例えば、図９Ａは、側面または矢状ビュー１５２と対になった前面または冠状ビュー１５０を示す。３つ以上のビューを同時に表示することができ、かつ異なる２Ｄビューを表示することができ、表示ビューのそれぞれは、本開示の実施形態に従い独立して配置されている。ビューは互いに直交し得るか、または単に異なる角度からであってよい。ディスプレイ１０８のインタフェースの一部として、任意の調整１６６は観察者に、１つ以上の２Ｄビューが得られる視野角を、固定ビュー間で交互に切り替えを行うか、または３Ｄ軸（ｘ、ｙ、ｚ）のいずれかに沿って相対視野角を徐々に増加するかのいずれかにより、調節することを可能にする。図９−Ｃに示すように、各２Ｄビューと共に、対応する調整１６６を提供することができる。ディスプレイ１０８に示すオペレータインタフェースを使用して、幾つかの種類のポインターを用いることでオペレータにより各参照標識４１４が入力され、このポインターはマウスもしくは他の電子ポインターであってもよいし、または図９Ａに示すようにタッチスクリーン入力であってもよい。オペレータインタフェースの一部として、任意のリスティング１５６が提供され、例えば、図９Ｂの例で示すように、ドロップダウンメニュー１６８からの選択により、プロンプトに従い特定の参照標識を入力するようにオペレータに案内するか、またはオペレータの入力を識別するかのいずれかを行う。したがって、オペレータはリスティング１５６の値を入力することができるか、またはフィールド１５８の値を入力することができ、次いでドロップダウンメニュー１６８から、入力された値に関係する名前を選択する。図９Ａ〜９Ｃは、基準点間で構築された枠組み１５４を示す。図９Ａが示すように、入力された各参照標識４１４はビュー１５０及び１５２の両方で示されてよい。選択された参照標識４１４は、太い、または他の色で表示される等、ディスプレイ１０８上で強調される。参照標識についての情報を入手もしくは入力するため、または例えば、参照標識の位置を移動する等、幾つかの動作を行うために、特定の参照標識が選択される。
図９Ｂに示す実施形態において、オペレータによりちょうど入力または選択された参照標識４１４は、リスティング１５６からの選択により識別される。示した実施例に関して、オペレータは示した参照標識４１４を選択した後、メニュー１６８から「眼窩下孔」等のメニュー選択を行う。任意のフィールド１５８は、強調された参照標識４１４を識別する。模型に基づく、または標準的な解剖学的関係に基づく計算を用いて、例えば参照標識４１４を識別することができる。
図９Ｃは、オペレータが、システムにより不正確または疑わしいと検出される参照標識４１４命令を入力する例を示す。エラープロンプトまたはエラーメッセージ１６０が表示され、オペレータ入力がエラーと思われることを示す。システムは例えば、模型に基づき、または学習したデータに基づき、特定の目印または解剖学的特徴の推定位置を計算する。オペレータ入力が不正確と思われる場合、メッセージ１６０が任意の代替位置４１６と共に表示される。システムからの計算情報に従い参照標識を再配置するための再配置命令１６４と共に、停止命令１６２が表示される。表示スクリーンもしくはキーボードからの別のオペレータ入力を受け入れることにより、またはシステムにより計算された参照標識位置を受け入れることにより、図９Ｃの例の中の代替位置４１６にて再配置を行うことができる。
本開示の代替実施形態に従うと、オペレータは、自身が入力した参照標識をラベリングする必要はない。代わりに、ディスプレイがオペレータに、表示された２Ｄビューのいずれかにて特定の目印または解剖学的特徴を示すよう促し、示される特徴を自動的にラベリングする。この案内順序において、オペレータは、特定の目印に対応する参照標識の位置を示すことにより、各システムプロンプトに応答する。
本開示の別の代替実施形態に従うと、システムは、オペレータが参照標識を示すとどの目印または解剖学的特徴が識別されるのかを測定し、オペレータは、自身が入力した参照標識をラベリングする必要はない。システムは、既に識別されている解剖学的特徴についての既知の情報を用いて、あるいは、再構築された３Ｄ画像そのものの寸法を用いた計算により、最も可能性の高い参照標識を計算する。
図９Ａ〜９Ｃの例に示すオペレータインタフェースを用いて、本開示の実施形態は、システムの人間オペレータの技術と、３Ｄ頭部計測分析の処理におけるコンピュータの力を相乗的に一体化する、実用的な３Ｄ頭部計測分析を提供する。これは、人間の創造性のスキル、発見的教授法の使用、柔軟性、及び判断力を利用し、これらをコンピュータの利点、例えば計算速度、正確かつ繰り返し可能な処理能力、報告及びデータアクセス及び保存能力、並びに表示の柔軟性と組み合わせる。
戻って図２の順序を参照すると、導出頭部計測パラメータは、一連の十分な目印が入力されると、計算工程Ｓ１０８にて計算される。図１０Ａ〜１０Ｅは、計算及び分析頭部計測データ用の処理順序を示し、多数の頭部計測パラメータが、オペレータが入力した命令に従い、かつ歯列要素のセグメンテーションに従い、組み合わせられたボリューム画像データ及び解剖学的特徴の情報からどのように入手されるのかを示す。本開示の実施形態に従うと、図１０Ａ〜１０Ｅに示す特徴の一部は、ディスプレイ１０８（図１）に表示される。
図１０Ａに示す例示的な導出頭部計測パラメータは、図６に関して前述した参照標識５０４、５０６、５０８、及び５１０により、第１の幾何プリミティブの集合の部分集合を用いることにより計算される３Ｄ平面６０２（頭部計測分析ではｔ基準面と称される）である。更なる導出頭部計測パラメータは、ｔ基準系と称される３Ｄ座標基準系６１２であり、前述の出版物にＴｒｅｉｌにより記載されている。ｔ基準系６１２のｚ軸は３Ｄｔ基準面６０２に垂直となるように選択される。ｔ基準系６１２のｙ軸は、参照標識５０８と５０４の間の枠組接続線５２２と一直線になっている。ｔ基準系６１２のｘ軸は平面６０２にあり、ｔ基準系のｚ軸及びｘ軸の両方と直交している。ｔ基準系の軸の方向は図１０Ａ、並びに後の図１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、及び１０Ｅにて示される。ｔ基準系の原点は、参照標識５０４と５０６を接続する枠組接続線５２２の中央にある。
ｔ基準系６１２の確立により、工程Ｓ１０６からの３Ｄ参照標識、及び工程Ｓ１０４からの３Ｄ歯データ（歯の３Ｄ位置一覧）は、ＣＢＣＴボリューム座標系からｔ基準系６１２に変換される。この変換により、導出頭部計測パラメータの後続の計算及び分析はここで、ｔ基準系６１２に関して実施することができる。
図１０Ｂを参照すると、３Ｄ上顎平面７０４及び３Ｄ下顎平面７０２は、ｔ基準系６１２の歯データの頭部計測パラメータから導出することができる。導出した上顎平面７０４は、上顎（上顎骨）からセグメンテーションされた歯データに従い計算される。頭部測定及び分析の当業者によく知られている方法を使用して、導出した下顎平面７０２も同様に、下顎（下顎骨）からセグメンテーションした歯データに従い計算される。
歯データからの３Ｄ平面の例示的計算に関して、（Ｔｒｅｉｌの引用出版物に記載されているように）顎の中の全ての歯の３Ｄ位置ベクトル、及びボクセルのコード値を使用して、慣性テンソルを形成する。次いで、慣性テンソルから固有ベクトルが計算される。これらの固有ベクトルは、ｔ基準系６１２内で顎の配向を数学的に記載する。３Ｄ平面は、２つの固有ベクトルを用いて、または固有ベクトルの１つを垂直平面として用いて形成することができる。
図１０Ｃを参照して、更なる導出パラメータを示す。各顎に関して、顎の曲線は導出パラメータとして計算される。上顎曲線８１０は上顎に対して計算され、下顎曲線８１２は下顎に対して導出される。顎曲線は、それぞれの顎の各歯の質量中心と交差し、対応する顎平面に存在するように構築される。これにより、３Ｄ位置の一覧、及びセグメンテーションされた歯のコード値一覧を使用して、歯の質量中心を計算することができる。
歯の質量もまた、歯のコード値から計算される導出頭部計測パラメータである。図１０Ｃにおいて、例示的な歯の質量は、上顎の歯に関して円８１４として、または他の種類の形状として表示される。本開示の実施形態に従うと、形状の相対的な寸法（例えば円の半径等）の１つ以上は、相対的な質量値（顎の他の歯の質量と関係する、特定の歯の質量値）を示す。例えば、上顎の第１大臼歯は、隣接する歯の質量値よりも大きい質量値を有する。
本開示の実施形態に従うと、各歯について、固有ベクトル系もまた計算される。Ｔｒｅｉｌによる引用出版物に記載されているように、歯の３Ｄ位置ベクトル、及びボクセルのコード値を使用して、慣性テンソルが最初に形成される。次に、慣性テンソルからの導出頭部計測パラメータとして固有ベクトルが計算される。これらの固有ベクトルは、ｔ基準系での歯の配向を数学的に記載する。
図１０Ｄに示すように、別の導出パラメータである咬合平面の３Ｄ平面９０８は、２つの顎平面７０２及び７０４から計算される。咬合平面の３Ｄ平面９０８は、２つの顎平面７０２と７０４の間に位置する。平面９０８の垂線は、平面７０２の垂線と平面７０４の垂線の平均である。
各歯に関して、一般的には、計算した最大の固有値に対応する固有ベクトルは、歯の中心軸を示す別の導出頭部計測パラメータである。図１０Ｅは、歯の例示的な２種類の中心軸：上顎切歯に対する中心軸１００６及び下顎切歯に対する中心軸１００４を示す。
歯の中心軸の計算長は、他の導出パラメータと共に、頭部計測分析及び治療計画における有用な頭部計測パラメータである。Ｔｒｅｉｌによる引用出版物で提示されている軸の長さを設定する固有値を用いる代わりに、本開示の実施形態は、異なるアプローチを用いた導出パラメータとして、実際の中心軸長さを計算するという点に留意すべきである。歯ボリュームの底部スライスとの、中心軸の第１交点が最初に設置される。次いで、歯ボリュームの頂部スライスとの、中心軸の第２交点が識別される。本開示の実施形態は次いで、２つの交点間の長さを計算する。
図１１は、上顎平面７０４及び下顎平面７０２に関して咬合平面９０８と分離し、顎曲線８１０及び８１２の相対位置及び曲率を示す拡大図を提供するグラフ１１０２を示す。
図１２は、上歯中心軸１００６と下歯中心軸１００４の位置及び角度関係を示すグラフ１２０２を示す。
前述の記載で説明し、対応する図に示すように、歯列要素のセグメンテーション、及びオペレータが入力した参照標識を含む、組み合わせたボリューム画像データから導出可能な多数の頭部計測パラメータが存在する。これらは、コンピュータが補助する頭部計測分析工程Ｓ１１０（図２）にて計算される。
特に役立ち得る、工程Ｓ１１０における１つの例示的３Ｄ頭部計測分析手順は、上顎骨（上顎）及び下顎骨（下顎）平面７０２及び７０４の相対平行度に関する。上顎及び下顎平面７０２及び７０４はそれぞれ、前述したように、導出パラメータである。評価は以下の順序を用いて行うことができる。
・上顎骨慣性系のｘ軸（即ち、固有ベクトル）をｔ基準系のｘ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｚ軸と投影間の角ＭＸ１＿ＲＦを計算する。
・下顎骨慣性系のｘ軸（即ち、固有ベクトル）をｔ基準系のｘ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｚ軸と投影間の角ＭＤ１＿ＲＦを計算する。
・ＭＸ１＿ＭＤ１＿ＲＦ＝ＭＸ１＿ＲＦ−ＭＤ１＿ＲＦは、ｔ基準系のｘ−ｚ平面における上顎及び下顎の平行度評価を与える。
・上顎骨慣性系のｙ軸（即ち、固有ベクトル）をｔ基準系のｙ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｙ軸と投影間の角ＭＸ２＿ＲＳを計算する。
・下顎骨慣性系のｙ軸（即ち、固有ベクトル）をｔ基準系のｙ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｙ軸と投影間の角ＭＤ２＿ＲＳを計算する。
・ＭＸ２＿ＭＤ２＿ＲＳ＝ＭＸ２＿ＲＳ−ＭＤ２＿ＲＳは、ｔ基準系のｙ−ｚ平面における上顎及び下顎の平行度評価を与える。
工程Ｓ１１０で実行される別の例示的な３Ｄ頭部計測分析手順は、中心軸１００６及び１００４（図１０Ｅ、１２）を用いて、上顎骨（上顎）切歯と下顎骨（下顎）切歯の間の角度の特性を評価することである。評価は以下の順序を用いて行うことができる。
・上顎切歯中心軸１００６をｔ基準系のｘ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｚ軸と投影間の角ＭＸ１＿ＡＦを計算する。
・下顎切歯中心軸１００４をｔ基準系のｘ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｚ軸と投影間の角ＭＤ１＿ＡＦを計算する。
・ＭＸ１＿ＭＤ１＿ＡＦ＝ＭＸ１＿ＡＦ−ＭＤ１＿ＡＦは、ｔ基準系のｘ−ｚ平面における、上顎切歯及び下顎切歯の角度の特性評価を与える。
・上顎切歯中心軸１００６をｔ基準系のｙ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｙ軸と投影間の角ＭＸ２＿ＡＳを計算する。
・下顎切歯中心軸１００４をｔ基準系のｙ−ｚ平面に投影し、ｔ基準系のｙ軸と投影間の角ＭＤ２＿ＡＳを計算する。
・ＭＸ２＿ＭＤ２＿ＡＳ＝ＭＸ２＿ＡＳ−ＭＤ２＿ＡＳは、ｔ基準系のｙ−ｚ平面における上顎切歯と下顎切歯の角度の特性評価を与える。
図１３は、上顎切歯に関する局所ｘ−ｙ−ｚ座標系１３０２、及び下顎切歯に関する局所ｘ−ｙ−ｚ座標系１３０４を示すグラフ１３００を示す。ｘ−ｙ−ｚ座標系の局所軸は、その特定の歯と関係する固有ベクトルと一致する。ｘ軸は示されないが、右手系の法則を満たす。
図１３において、系１３０２の原点は軸１００６に沿った任意の場所にて選択することができる。系１３０２に対する例示的な原点は、軸１００６と関係する歯の質量中心である。同様に、系１３０４の原点は、軸１００４に沿った任意の場所にて選択することができる。系１３０４に対する例示的な原点は、軸１００４と関係する歯の質量中心である。
工程Ｓ１１０（図２）で実施した分析に基づいて、調節または治療計画は、計画工程Ｓ１１２にて取り決められる。例示的な治療計画は、３Ｄ点、例えば局所座標系の原点にて、及び任意の３Ｄ軸、例えば局所ｘ−ｙ−ｚ系のｘ軸を中心にして、上顎切歯を反時計回りに回転させることである。図１４のグラフは、軸位置１４０８に対する回転を示す。
図２の治療工程Ｓ１１４において、治療は計画に基づいて、例えば上顎切歯の回転に基づいて実施される。治療計画は、実際の治療が行われる前に、可視化工程Ｓ１１６において視覚的に試験及び検証可能である。
戻って図２を参照すると、工程Ｓ１１４から工程Ｓ１０２への線１２０が示されている。このことは、順序２００のワークフローにフィードバックループが存在するということを示している。患者が治療を受けた後、治療の迅速な評価、あるいはスケジューリングされた評価を、関係するデータをインプットとしてシステムに入力することで実施することができる。本目的に対する例示的な関係するデータとしては、光学イメージング、Ｘ線写真イメージング、ＭＲＩイメージング、もしくは超音波イメージングからの結果、及び／または意味のある関連測定値もしくは結果を挙げることができる。
光学的な歯の除外工程Ｓ１２４もまた、図２の順序２００に示される。例えば、患者が１つ以上の歯を除去していれば、除去した歯を補完する歯を除外することができる。本工程に関して、オペレータは、存在する場合、顎の平面平行度についてのＴｒｅｉｌの理論に基づき、１つ以上の歯を処理工程から除外するように指定する。図１５のグラフは、バーチャルまたはデジタル模型９１２を使用して、システムが歯の除外をどのように学習するかを示す。デジタル模型９１２は、計算に使用されるバーチャルモデル並びに一連の目印、及び上顎のデジタルモデルにおける一連の上歯、及び下顎のデジタルモデルにおける一連の下歯を用いて構築される表示である。デジタル模型９１２は、患者の解剖学的構造から得られ、かつ提供される目印及び解剖学的情報を用いて生成され、かつ参照のために保存可能または必要に応じた使用のために生成され得る、画像データを表す３Ｄまたはボリューム画像データモデルである。様々な種類のデジタル模型の使用は、デジタルＸ線写真技術分野の当業者に周知である。デジタル模型９１２の参照標識５０４、５０６、５０８、及び５１０等の目印は、ＣＢＣＴボリューム２０２（図３）から識別される実際の参照標識に対応する。これらの目印は、ｔ基準系６１２（図１０Ａ〜１０Ｅ）を計算するために使用される。
オペレータは、歯をディスプレイから選択することにより、またはディスプレイ上で除外した歯を識別する情報を入力することにより、１つ以上の歯を除外することができる。
図１５の表示では、上歯及び下歯（例えばデジタル模型９１２のデジタル歯２２０２及び２２０４）はデジタルで生成される。デジタル歯の例示的形状は、示すように円筒形である。デジタル歯に関する例示的なボクセル値は、本例においては２５５である。模型９１２の表示及び処理に関して、他の形状及び値を使用可能であることを理解することができる。
図１６Ａは、デジタル模型９１２のデジタル歯２２０２及び２２０４を示す。デジタル上顎及びデジタル下顎における対応するデジタル歯は、同一サイズ及び同一コード値で、同じ方法で生成される。
デジタル上顎及び下顎の平行度を評価するために、各デジタル顎に対する慣性テンソルは、デジタル顎における全てのデジタル歯の３Ｄ位置ベクトル、及びボクセルのコード値を用いることにより形成される（先に引用したＴｒｅｉｌの出版物を参照のこと）。次いで、慣性テンソルから固有ベクトルを計算する。これらの固有ベクトルは慣性系として、ｔ基準系６１２（図１０Ａ）において顎の配向を数学的に記載する。先に述べたように、慣性テンソルデータから計算した固有ベクトルは、導出頭部計測パラメータの一種である。
図１６Ｂに示すように、デジタル上顎慣性系２２０６及びデジタル下顎慣性系２２０８の計算軸は、上顎の歯及び下顎の歯が同じ方法で作製されるため、予想どおり生成されたデジタル模型９１２に対して平行である。図１７Ａは、上顎に対する線２２１０、及び下顎に対する線２２１２に沿った矢状図での平行度を示し、図１７Ｂは、上顎に対する線２２１４、及び下顎に対する線２２１６における正面（冠状）図での平行度を示す。
図１８Ａ及び１８Ｂを参照すると、デジタル歯２２０４が失われている場合が示されている。デジタル上顎慣性系２２０６及びデジタル下顎慣性系２２０８の計算軸は、もはや平行ではない。対応する図１９Ａ及び１９Ｂにおいて、上顎に対する線２２１０、及び下顎に対する線２２１２に沿った矢状図において、上顎に対する線２２１４、及び下顎に対する線２２１６に沿った正面図において、この位置合わせ不良もまた、調査することができる。本開示の実施形態に従うと、１つ以上の歯を失ったことによる、上顎及び下顎平面（慣性系）のこの種の位置合わせ不良は、図２０Ａ及び２０Ｂに示すそれぞれの失った歯の対となる歯を除外することにより修正することができる。歯２２０４の対となる歯は、歯２３０４、２３０２、及び２２０２である。歯２３０４は歯２２０４に関して上顎の対となる歯である。歯２２０２及び２３０２は、歯２３０４及び２２０４に関する別の側における、対となる歯である。失った歯２２０４の対となる歯を除外した後で、上顎に対する慣性系２２０６、及び下顎に対する慣性系２２０８の計算軸は、平行に戻っている。
図２１Ａ及び２１Ｂは、対となる歯が失った歯に対して除外されている場合における、ＣＢＣＴボリュームからセグメンテーションされた歯を示す。セグメンテーションの結果を、画像２４０２に示す。上顎及び下顎に対する慣性系の計算軸は、グラフ２４０４に示すように平行である。
図２２Ａ及び２２Ｂは、歯の除外工程Ｓ１２４（図２）を用いて別の患者に適用した、対となる歯を除外する方法を示す。画像２５００に示すように、歯２５０２、２５０４、２５０６、及び２５０８は完全に成長していない。これらの位置、サイズ、及び配向は、慣性系計算の観点において、上顎及び下顎の物理的性質を激しく歪める。図２２Ｂのグラフ２５１０は、上顎慣性系２５１２及び下顎慣性系２５１４が極度に位置合わせされていない（平行でない）状況を示す。
図２３Ａ及び２３Ｂは、画像から特定の歯を除外した結果を示す。画像２６００は、図２２Ａの画像２５００から歯２５０２、２５０４、２５０６、及び２５０８を除外した結果を示す。これらの歯の障害がないことで、画像２６００に示す歯の、上顎の慣性系２６１２及び下顎の慣性系２６１４の軸が、グラフ２６１０に示すように平行となる。
生物測定計算
解剖基準点に関する入力した目印データ、歯、インプラント、及び顎等の歯列要素、並びに関係する支持構造部材のセグメンテーション、並びに前述のように入手した、計算したパラメータがあれば、詳細な生物測定計算を実施することが可能であり、その結果を使用して、治療計画の設定、及び進行中の治療の進展の監視を補助する。戻って図８を参照すると、後で説明する生物測定計算は、記録した参照標識から生成するパラメータを分析して表示するための工程Ｓ２５０についての、更なる詳細を与える。
本発明の実施形態に従うと、歯の入力した目印、及び計算した慣性系は、元のＣＢＣＴ画像ボクセル空間から代わりの基準系に変換され、これは座標（ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ）を有する直接直交目印（ｄｉｒｅｃｔ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｌａｎｄｍａｒｋ）（ＤＯＬ）基準系と称される。図２４は、ＤＯＬ基準系の多数の目印及び座標軸またはベクトルを示す。目印ＲＩＯ及びＬＩＯは眼窩下孔を示し、目印ＲＨＭ及びＬＨＭは槌骨を表示する。（ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ）の原点ｏｄは、線接続目印ＲＩＯ及びＬＩＯの中央にて選択される。ベクトルｘｄの方向は、目印ＲＩＯからＬＩＯに規定される。ＹＺ平面は原点ｏｄにてベクトルｘｄと直交する。ＹＺ平面と、線接続ＲＨＭ及びＬＨＭとの交点ｏ’ｄが存在する。ベクトルｙｄの方向はｏ’ｄからｏｄである。ベクトルｚｄはｘｄとｙｄの外積である。
この変換を用いて、識別した目印を、図２５に示す座標空間に再配置することができる。図２６は、側面ビューからの、この再配置を用いた変換慣性系の例を示す。
例として、またこれに限定されるわけではなく、以下のリスティングは、変換した目印、歯列のセグメンテーション、並びに慣性系データを用いる更なる分析のために計算及び使用されることができる、多数の個々のデータのパラメータを識別する。
変換した空間における目印を用いて計算可能なデータのパラメータの、第１の分類は、前後の値を与える。
１．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ａｌｖｅｏｌａｒ．ＧＩＭ−Ｇｉｍ：上顎切歯と下顎切歯の慣性の平均中心間の、ｙの位置の差。
２．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ａｌｖｅｏｌａｒ．ＧＭ−Ｇｍ：上歯及び下歯の慣性の平均中心間の差。
３．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ａｌｖｅｏｌａｒ．ＴｑＩＭ：上顎切歯の平均トルク。
４．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ａｌｖｅｏｌａｒ．Ｔｑｉｍ：下顎切歯の平均トルク。
５．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ａｌｖｅｏｌａｒ．（ＧＩＭ＋Ｇｉｍ）／２：ＧＩＭとＧｉｍの、平均のｙ位置。
６．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ｂａｓｉｓ．ＭＮＰ−ＭＭ：平均鼻口蓋（ｎａｓａｌ ｐａｌａｔａｌ）と平均オトガイ孔の間のｙ位置の差。
７．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ｂａｓｉｓ．ＭＦＭ−ＭＭ：平均下顎孔と平均オトガイ孔の間の実際距離。
８．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．ＭＭｙ：平均オトガイ孔のｙ位置。
９．Ａｎｔｅｒｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ．ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．ＭＨＭ−ＭＭ：平均槌骨と平均オトガイ孔の間の実際の距離。
第２の分類は、垂直の値を与える。
１０．Ｖｅｒｔｉｃａｌ．ａｌｖｅｏｌａｒ．Ｇｄｚ：全ての歯の慣性中心のｚ位置。
１１．Ｖｅｒｔｉｃａｌ．ａｌｖｅｏｌａｒ．ＭｘＩＩ−ＭｄＩＩ：上歯列弓と下歯列弓の第２の軸の角度間の差。
１２．Ｖｅｒｔｉｃａｌ．ｂａｓｉｓ．＜ＭＨＭ−ＭＩＯ，ＭＦＭ−ＭＭ＞：ベクトルＭＨＭ−ＭＩＯとＭＦＭ−ＭＭ間の角度差。
１３．Ｖｅｒｔｉｃａｌ．ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．ＭＭｚ：平均オトガイ孔のｚ位置。
１４．Ｖｅｒｔｉｃａｌ．ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．１３：ベクトルＭＨＭ−ＭＩＯとＭＨＭ−ＭＭ間の角度差。
横の値もまた、提供される。
１５．Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ．ａｌｖｅｏｌａｒ．ｄＭ−ｄｍ：上側右／左の臼歯距離、及び下側右／左の臼歯距離の差。
１６．Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ．ａｌｖｅｏｌａｒ．ＴｑＭ−Ｔｑｍ：上の第１及び第２臼歯のトルク、並びに下の第１及び第２臼歯のトルクの差。
１７．Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ．ｂａｓｉｓ．（ＲＧＰ−ＬＧＰ）／（ＲＦＭ−ＬＦＭ）：右／左のより大きな口蓋距離と、下顎孔距離との比率。
１８．Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ．ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．（ＲＩＯ−ＬＩＯ）／（ＲＭ−ＬＭ）：右／左の眼窩下孔と、オトガイ孔の距離との比率。
他の計算または「推定」値を、以下の通りに与える。
１９．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．ＧＩＭ：平均の上顎切歯のｙ位置。
２０．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．Ｇｉｍ：平均の下顎切歯のｙ位置。
２１．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．（ＴｑＩＭ＋Ｔｑｉｍ）／２：上顎切歯の平均トルクと下顎切歯の平均トルクの平均値。
２２．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．ＴｑＩＭ−Ｔｑｉｍ：上顎切歯の平均トルクと下顎切歯の平均トルクの差。
２３．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．ＭＮＰｙ：平均の鼻口蓋のｙ位置。
２４．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．ＧＩＭ−ＭＮＰ（ｙ）：平均の上顎切歯のｙ位置と、平均の鼻口蓋のｙ位置との差。
２５．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．Ｇｉｍ−ＭＭ（ｙ）：平均のオトガイ孔のｙ位置。
２６．Ｄｅｄｕｃｅｄ．ｈｉｄｄｅｎ．Ｇｄｚ／（ＭＭｚ−Ｇｄｚ）：Ｇｄｚの値とＭＭｚ−Ｇｄｚの値の比率。
このリスティングは例示的なものであって、本開示の範囲内で幾つかの他の方法により拡大、編集、または変更可能であるという点に留意すべきである。
上記の例示的なリスティングにおいて、前後カテゴリーには９つのパラメータが、垂直カテゴリーには５つのパラメータが、そして横のカテゴリーには４つのパラメータがある。そして、上のカテゴリーのそれぞれは、３つの種類：歯槽用、基底用、及び構造用を有する。更に、特定の空間位置または関係を示し得るものではないが、後続の計算で用いられる８つの推定パラメータが存在する。これらのパラメータは更に、正常と異常にラベリングすることができる。
正常パラメータは、前後の不調和に関して正の関係を有する。即ち、これらの値の観点では、
ＩＩＩ級＜Ｉ級＜ＩＩ級であり、
Ｉ級の値は、上歯、下歯、及び顎またはバランスの取れた咬み合わせにおける正常の関係を示し、ＩＩ級の値は、下の第１大臼歯が上の第１大臼歯に対して後側にあることを示し、ＩＩＩ級の値は、下の第１大臼歯が上の第１大臼歯に対して前側にあることを示す。
異常パラメータは、前後の不協和に関して負の関係を有する。即ち、これらの咬み合わせ関係の値の観点では、
ＩＩ級＜Ｉ級＜ＩＩＩ級である。
本開示の実施形態は、解釈のため、及び治療計画への案内として使用可能な一連の確実な条件を計算するために分析エンジンを使用する。図２７〜３４は、分析エンジン操作及び組織の種々の態様、並びに分析エンジンにより生成される結果を示す。コンピュータ、ワークステーション、またはホストプロセッサを、必須の作業及び機能を達成する、予めプログラミングされた一連の命令に従い、分析エンジンとして構成可能であるという点に留意すべきである。
本開示の実施形態に従うと、図２７に示すように、３層ネットワーク２７００として分析エンジンを作ることができる。この模型では、行ノード及び列ノード入力が、行及び列入力信号に基づく２進出力プログラムをもたらす、一連のコンパレータ２７０２に向けられると考えることができる。１つの出力セル２７０４は、図示の通り、考えられるそれぞれの一連の入力条件に対してアクティベーションされる。図示した例において、入力層１ ２７１０には、前に一覧にした２６個のパラメータの１つがもたらされ、入力層２ ２７２０には２６個のパラメータの別の１つがもたらされる。出力層２７３０は、２つの入力が一定の基準を満たす場合、即ち、これらの値が特定の範囲内にあるときに、それぞれが１つの推定分析を示す９つのセルを含有する。
本開示の実施形態に従うと、分析エンジンは１３個のネットワークを有する。これらは、図２７に示すものに類似の独立ネットワーク、並びに図２８に示す連結ネットワーク２８００及び２８１０を含む。
図２９に示すアルゴリズムは、図２７の例に示すもののような、独立した分析ネットワークの操作を示す。ここで、値ｘとｙは入力パラメータ値であり、ｍはネットワーク指数を示し、Ｄ（ｉ，ｊ）は出力セルである。列の値に対する「評価ベクターｃｍ」と、行の値に対する「評価ベクターｒｍ」の工程では、チェックを行ってどの評価基準を入力値が満たすのかを判定する。例えば、以下の式において、−∞＜ｘｍ≦μｘｍであれば、ｃｍ＝「正、誤、誤」である。
図２８の連結ネットワークは、２つの他のネットワークからの結果を組み合わせ、図３０のアルゴリズムで説明しているように操作することができる。再び、値ｘとｙは入力値であり、ｍはネットワーク指数を示し、Ｄ（ｉ，ｊ）は出力セルである。列の値に対する「評価ベクターｃｋ」と、行の値に対する「評価ベクターｒｋ」の工程では、チェックを行ってどの評価基準を入力値が満たすのかを判定する。
より広い態様において、図２７を参照して記載した独立ネットワークモデル、または図２８を参照して記載した連結ネットワークモデルを用いた、ネットワークの全体の配置は、施術者に報告され、治療計画で使用されることが可能な有用な結果を提供するために、分析を調査して比較し、種々の指標を組み合わせることを可能にする。
図３１は、特定の患者向けの、前に定めた２６個のパラメータのリスティングに基づいて、数値及びこれらの解釈としての例示的パラメータを一覧にしている。図３２Ａは、咬み合わせ分析及び歯列弓の角度特性に関する特定の例についての、表にした例示的結果３２００を示す。図３２Ａの例において、縦列はアンダージェット（ｕｎｄｅｒｊｅｔ）、正常な切歯関係、またはオーバージェット状態を示す。横列は咬合クラス及び歯列弓角度の状態を示す。図３２Ａが示すように、強調を使用して、異常状態または特定の対象の他の状態を示す情報の表示を際立たせることができる。図３２Ａの例における特定の患者に関して、分析は結果として、ＩＩＩ級の咬み合わせ特性を有するアンダージェット状態を示す。この結果を使用して、重症度及び施術者の判断に応じて、治療計画を進めることができる。
図３２Ｂは、前に定めたリスティングのパラメータ３及び４を使用した、上顎切歯及び下顎切歯のトルク分析による、別の例の表にした例示的結果３２００を示す。
図３２Ｃは、前にパラメータ５及び２１として与えられた、計算パラメータ−を使用した、二重後退または二重前突の評価を用いた、別の例の表にした例示的結果３２００を示す。
図３２Ｄは、特定の患者の頭部計測分析に関する結果の、例示的要約の一覧を示す。示したリスティングは、前に一覧にしたパラメータ１〜２６と比較した分析表示を意味する。図３２Ｄの特定の例において、本明細書に記載した通りに導出された生物計測パラメータ及び歯列情報を用いた、パラメータ比較に関する１３個の結果が存在する。更なる結果、またはより少ない結果を実際に提供することが可能である。
生物測定計算による結果情報は、種々の異なるフォーマットで施術者に提供されることができる。図３１〜３２Ｄに示すもの等の表にした情報は、表のスプレッドシート配置での表示及び更なる計算に適合しているコンマ区切り値（ＣＳＶ）形式等で、ファイル形式で提供されることができるか、またはテキストメッセージを提供すること等により、他の形式で示されてもよい。図２６に示したもの等の図形表示を、例えば、測定され計算されたパラメータがオーバージェット、アンダージェット、及び他の状態等の異常な生物測定関係を示す特徴に関して、表示の強度または色を強調することにより特定の結果を強調して、出力として代わりに提供することができる。
計算した生物計測パラメータを、関係するパラメータが組み合わされて処理される分析順序で使用することができ、患者母集団から集めた統計情報と比較可能な結果をもたらす。次いで、比較を使用して種々の特徴間での異常な関係を示すことができる。この関係情報は、特定の患者の場合において異なるパラメータが互いにどのように影響を及ぼすのかを示す手助けとなることができ、治療計画を案内するために使用される結果情報を提供することができる。
戻って図１を参照すると、メモリ１３２を使用して、患者母集団から集めた頭部測定情報の統計データベースを保存することができる。本データに基づく、更なる咬み合わせ、咬合、及び頭部部位と口の部位との相互関係についての更なる情報を有する、歯及び関係する支持構造部材についての大きさの情報を提供する生物測定データの種々の項目を患者母集団から保存し、分析することができる。分析結果そのものを保存することができ、個々の患者の治療についての相当量の有用な情報を得ることができる、所定の値のデータベースをもたらす。本発明の実施形態に従うと、図３１に一覧にしたパラメータデータを各患者について計算して保存し、数百人の患者、または少なくとも統計学的に有意な患者群のために保存してよい。保存した情報は、正常または異常と考えられ、修正の必要がある範囲を測定するのに有用な情報を含む。ついで、個々の患者の場合では、患者からの生物測定データと、データベースから計算した保存値との比較は、効果的な治療計画の指示を提供するのに役立つことができる。
歯列矯正及び関連技術分野の当業者に周知の通り、種々の患者に対して測定され計算された種々の生物計測パラメータの関係は複雑となり得るため、修正処置の必要性を適切に評価するために、複数の変数を計算して比較しなければならない。図２７及び２８について簡素な形式で記載した分析エンジンは異なる対のパラメータを比較し、一連の２元出力値を提供する。しかし実際には、より複雑な処理を実施することが可能であり、患者母集団で見られる条件及び値の範囲を考慮に入れる。
特定の測定または計算生物計測パラメータ及び結果を強調することで、患者用の治療計画の開発を案内することができる有用なデータが提供される。
図３３は、分析結果に基づき、推奨に関係する患者の解剖学的構造の特徴を強調している、推奨メッセージ１７０を有する結果のシステムディスプレイ３２００を示す。図３４は、分析結果３２００の図形描写を有するシステムディスプレイ１０８を示す。推奨メッセージ１７０及び調整１６６と共に、異なる角度で配置された、注釈を付けた３Ｄビュー３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃ、及び３０８ｄが示される。
本開示の実施形態に従うと、コンピュータプログラムは、記載の方法に従って電子メモリからアクセスされた画像データ上で３Ｄ頭部計測分析を実施する、保存命令を実行する。プログラムされた命令は、プロセッサに、頭部計測値を計算し評価するための分析エンジンを形成させるように構成される。イメージ処理技術分野の当業者により理解可能であるように、本開示の実施形態のコンピュータプログラムは、パーソナルコンピュータまたはワークステーション等の好適な汎用コンピュータシステムにより利用されることができる。しかし、専用プロセッサまたは１つ以上のネットワークプロセッサを含む、他の多くの種類のコンピュータシステムを使用して、本開示コンピュータプログラムを実行することができる。本開示の方法を実施するためのコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に保存されることができる。本媒体は例えば、磁気ディスク（ハードドライブ等）もしくは磁気テープといった磁気記憶媒体；光学ディスク、光学テープ、もしくは機械で読み取り可能なバーコードといった光学的記憶媒体；ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、もしくは読出し専用メモリ（ＲＯＭ）といった固体電子記憶装置；またはコンピュータプログラムを保存するために用いられる任意の他の物理デバイスもしくは媒体を含んでよい。本開示の方法を実施するためのコンピュータプログラムはまた、インターネットまたは他の通信媒体により画像処理装置と接続された、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に保存されることができる。当業者は速やかに、かかるコンピュータプログラム生成物の均等物もまた、ハードウェア内に構築可能であることを理解するであろう。
本開示のコンピュータプログラム生成物は、周知の種々の画像操作アルゴリズム及び処理を使用し得ると理解されよう。本開示のコンピュータプログラム生成物の実施形態は、本明細書で特に示されたり記載されていないが実装に有用なアルゴリズムや処理をも取り込み得ることを更に理解されよう。かかるアルゴリズム及び処理は、イメージ処理技術分野の通常の技術の範囲内にある従来のユーティリティを含んでよい。かかるアルゴリズム及びシステム、並びに、本開示のコンピュータプログラム生成物と共に作動する、画像を作成または別様では処理するハードウェア及び／またはソフトウエアの更なる態様は、本明細書では特に示されないかまたは記載されず、また、当該技術分野において既知のかかるアルゴリズム、システム、ハードウェア、構成要素及び機素から選択されてよい。
本発明は、本発明の好ましい実施態様を特に参照して詳細に記述されてきたが、本発明の範囲内で変形及び修正が実施され得ることが理解されよう。本明細書にて開示する実施形態はそれゆえ、全ての点において例示的なものであり、限定的なものではないと考えられる。添付の特許請求の範囲により示される本発明の範囲、並びに、意義の範囲内にある、及びこれらの均等物の範囲内にある全ての変更は、本明細書の特許請求の範囲に包含されることを意味する。

Claims (17)

  1. 少なくとも部分的には計算処理装置上で実行される、患者の３Ｄ頭部計測分析のための方法であって、
    少なくとも第１の２Ｄビューからの患者の頭部のコンピュータ断層撮影スキャンによる、再構成されたボリューム画像データを表示することと、
    少なくとも表示された前記第１の２Ｄビュー上にある少なくとも１つの参照標識を配置し表示するオペレータ命令を受け入れることと、
    前記患者の口内の１つ以上の歯列要素をセグメンテーションすることと、
    前記少なくとも１つの参照標識及び前記１つ以上のセグメンテーションされた歯列要素からのデータに従い、前記患者に対する１つ以上の頭部計測パラメータを計算することと、
    前記１つ以上の計算された頭部計測パラメータの分析により生成された１つ以上の結果を表示することと、
    を含む方法。
  2. 評価の前記結果を表示することは、テキストを表示することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 評価の前記結果を表示することは、図を表示することを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記１つ以上の結果を表示することは更に、頭部計測分析として構成される計算処理装置にて分析を実施することを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 事前に測定した値を計算パラメータと比較することと、前記比較に関係するメッセージを表示することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記第１の２Ｄビューと実質的に直交する第２の２Ｄビュー上に、前記少なくとも１つの参照標識を表示することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  7. 複数の頭部計測パラメータを計算して表示することは、前記頭部計測パラメータに関係する３次元の枠組みを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記１つ以上の結果を表示することは、患者母集団のサンプリングから計算した値に対して、計算パラメータを評価することを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記１つ以上の結果を表示することは、テキスト情報及び図情報の両方を表示することを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記少なくとも１つの参照標識は、前記患者の口の外にある解剖学的特徴を識別する、請求項１に記載の方法。
  11. 論理プロセッサであって、
    患者の頭部の再構築ボリューム画像データの少なくとも１つの２次元ビューを表示し、
    前記少なくとも１つの表示された２次元ビューの解剖学的特徴に対応する少なくとも１つの参照標識を配置するオペレータ命令を実行し、
    前記配置された少なくとも１つの参照標識を表示し、
    前記患者の口内で少なくとも１つの歯列要素を分けるセグメンテーションを実施し、
    前記分けられた歯列要素及び前記少なくとも１つの参照標識を分析し、かつ前記分析に従い少なくとも１つの頭部計測パラメータを計算し、
    前記分析からの前記１つ以上の計算頭部計測パラメータを表示する、
    ことを特徴とする、コード化された命令と共に構成される論理プロセッサ。
  12. 前記プロセッサは更に、所定値に対して計算パラメータを比較し、前記比較の結果を表示する分析エンジンと共に構成される、請求項１１に記載の論理プロセッサ。
  13. 前記所定値は統計学的に測定される、請求項１２に記載の論理プロセッサ。
  14. 前記所定値は、予め入手された前記患者の画像から計算される、請求項１２に記載の論理プロセッサ。
  15. 少なくとも部分的には計算処理装置上で実行される、患者の３Ｄ頭部計測分析のための方法であって、
    少なくとも第１の２Ｄビューからの患者の頭部のコンピュータ断層撮影スキャンによる、再構成されたボリューム画像データを表示することと、
    少なくとも表示される前記第１の２Ｄビュー上に複数の参照標識を配置する１つ以上のオペレータ命令を受け入れることと、
    前記患者の口内にある１つ以上の歯をセグメンテーションすることと、
    前記複数の参照標識及び前記１つ以上のセグメンテーションされた歯に従い、前記患者の１つ以上の頭部計測パラメータを計算することと、
    前記１つ以上の計算頭部計測パラメータの分析により得られる１つ以上の結果を表示することと、
    を含む方法。
  16. 前記複数の参照標識は、前記患者の口の外にある１つ以上の解剖学的特徴を識別する、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記１つ以上の結果を表示することは、テキストメッセージと前記患者の頭部の画像の両方を表示することを含む、請求項１５に記載の方法。
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