JP2019500646A - 解剖学的構造用器具および歯科医のための遠隔かつ対話型の実践的な手術訓練用訓練システム - Google Patents

解剖学的構造用器具および歯科医のための遠隔かつ対話型の実践的な手術訓練用訓練システム Download PDF

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Abstract

訓練装置と、訓練装置と共に使用するための自己評価とを有する歯科的処置のための訓練システムが記載されている。訓練装置は、3Dプリンタで印刷され、ヒトの顎の構造の少なくとも一部の所定の解剖学的形態および少なくとも1つのヒトの歯の構造の所定の解剖学的形態を含む。印刷されたヒトの歯の構造の一部が、印刷されたヒトの顎の構造に根ざしており、両方の構造は、対応するヒトの構造に類似の少なくとも1つの物理的特性を有するように設計されている。自己評価は、処置のステップの処置の結果の写真配列を含み、写真配列のどの画像が、使用者が訓練装置と少なくとも1つのフィードバック指示で使用者によって実行された処置のステップの使用者自身の処置の結果を最もよく表しているかを識別できるようにする。

Description

本発明は、歯科医のための手術訓練システムおよび器具に関する。
今日まで、歯科教育における最大の課題の1つである歯科手術訓練用の、複製可能で、解剖学的に現実的なモデルは存在していない。生徒は現在、プラスチックの顎のモデル、抜去歯、訓練用モデルと抜去歯の何らかの組み合わせ、および患者に合った、訓練用のプラスチック製の歯型のモデルで練習するのに限られている。モデルおよび抜去歯は有益であるが、それらの使用には多くの欠点がある。ヒトの患者に対する訓練では、未熟な臨床医が業務を提供するため、処置がうまくいかない危険性がある。
3D印刷の新たな世界では、一見すべてが可能である。しかし、20年前のインターネットのように、この技術の応用は、各々の想像された用途の詳細に対処しているために、日々進化している。この特許出願は、歯科専門家のための印刷された訓練用のレプリカにおいて、さらに人間の解剖学的構造を確実に再現できるようにするイノベーションについて記載している。
今日までのすべての手術技能は、外科医初心者が、熟練している同業者の指導教官から監督を受けながら、ヒトの患者に対して練習することが要求されていた。この処置の訓練の方法には2つの重大な欠点がある。第1に、このプロセスは必然的に、成功した臨床転帰と同様に失敗により学習することを伴っており、この教授環境で利用されてきた患者に深刻な結果を何度ももたらしている。第2に、これらの処置の技能を伝える1対1の要件という厳しい制限である。それにより、これらの技能を取得することができる専門家の限定数が限られるだけでなく、非常に費用がかかることになる。
マルチインク3Dプリンタの出現は、これらの世界的な問題に対する洗練された解決策を提供する。外科医が自分の分野で有能でなければならない処置での経験を確実に模倣できる様式で、人間の解剖学的構造を複製する可能性を提供するのである。これらの解剖学的レプリカは、処置をする全臨床医が、所与の専門分野における能力を得るために経なければならない学習過程から人間を外すことによって、通常この活動に付随する患者の死亡率および罹患率を減少させる。同時に、レプリカにより、歯科的処置のコストと可用性を低減することができる、かなり多くの臨床医の訓練が可能になる。
歯科、特に歯内治療は、3Dプリンタによる内外の歯の解剖学的構造の複製を通じて行われてきた。参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第14/017,225号、Anatomic Apparatus and Training System for Remote and Interactive Hands−On Procedural Training for Dentistsなどを参照されたい。3D印刷は、歯根管の形態のニュアンスを独自に再現することができる。これは、ヒトや動物の歯の内部にある、顕微鏡的で頻繁に曲がりくねった解剖学的構造を再現する方法がないため、射出成形では適切に達成できないプロセスである。
米国特許出願第14/017,225号
個々の歯の3D印刷により、歯内治療の技能を臨床医に伝える教育者の能力が大幅に改善した。しかし、擬似の歯肉組織と共に顎のセットに装着された歯のレプリカにおける、反復可能で現実的な歯内治療の訓練の必要性も存在している。歯科の学生は、当該の技能を繰り返せるようになるまで、実践で、また同じ解剖学的構造で伴う困難に遭遇する同じ状況で、歯科的処置を繰り返し実行する必要がある。教育者は、彼らの臨床的技能を効果的に改善できるように、生徒が作業をしている解剖学的構造の完全な知識が必要である。また、インターネットでの訓練を通して、より手頃な価格で処置の訓練にアクセスしやすくするために、遠隔または大規模な集団で歯科的処置を教える必要がある。
訓練装置と、訓練装置と共に使用するための自己評価とを有する歯科的処置のための訓練システムが記載されている。訓練装置は、3Dプリンタで印刷され、ヒトの顎の構造の少なくとも一部の所定の解剖学的形態および少なくとも1つのヒトの歯の構造の所定の解剖学的形態を含む。印刷されたヒトの歯の構造の一部が、印刷されたヒトの顎の構造に根ざしており、両方の構造は、対応するヒトの構造に類似の物理的特性を有するように設計されている。自己評価が、処置のステップの処置の結果の写真配列を含み、写真配列のどの画像が、使用者が訓練装置で使用者によって実行された処置のステップの使用者自身の処置の結果を最もよく表しているかを識別できるようにする。自己評価には、使用者の身元に基づく少なくとも1つのフィードバック指示も含まれる。
訓練装置を作製するための方法もまた記載される。この方法のステップは、
ヒトの顎の構造の部分の異なる解剖学的構造をセグメント化するステップと、
各解剖学的構造を印刷するために3Dプリンタを使用するステップと、
次いで印刷された解剖学的構造を顎部に組み立てるステップと
を含む。これらの訓練装置は、切開、反射および縫合することができるシミュレートされた軟組織、輪郭形成、移植および植え込みが可能な複製された骨組織、および根管端部の手術技能を確立または改善したい歯内治療の専門医に、処置の訓練を提供することができるシミュレートされた根管の構造を提供する。
歯の根管、歯根および歯冠を含む解剖学的構造のセグメントを示す。 図1の構造を覆う歯根膜(PDL:PerioDontal Ligament)を含む解剖学的構造の第2のセグメントを示す。 図2の構造を覆う顎の骨構造を含む解剖学的構造の第3のセグメントを示す。 図3の構造を覆う軟質歯肉組織を含む解剖学的構造の第4のセグメントを示す。 図1〜図4のセグメント化されたCTデータセットから印刷された、本発明の実施形態を示す。 図5の実施形態の軟組織の切開を示す。 図6の切開した組織を反射するための歯周エレベータの使用を示す。 図5の実施形態の骨構造を切断して近心頬側根(MB:Mesiobuccal)を曝していることを示す。 MB1およびMB2根管端部を曝す、図5の実施形態の骨構造を通る追加的な切断を示す。 MB1およびMB2根管端部を曝す、図5の実施形態の骨構造を通る追加的な切断を示す。 填塞用のMB1およびMB2根管端部を形成するための超音波レトロ形成チップの使用を示す。 図6の手術用フラップを閉鎖するための軟組織の縫合を示す。 図12に示すように縫合によって閉鎖された後の手術用フラップを示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。 訓練装置の他の実施形態および使用を示す。
本発明に従って作られた訓練装置は、種々の歯科実践領域における遠隔および実践訓練に有用である。3D印刷は、異なる手術方法で歯科医を訓練するために、患者の顎の全部分を複製するために使用される。顎部には、歯肉軟組織、骨、骨梁内の髄様軟組織、歯根および歯冠、歯髄組織および歯根膜をシミュレーションする材料が印刷されている。適用される手術方法に応じて、歯および/または顎部は病変組織を含むことができる。すべての場合において、各訓練装置の解剖学的構造は、歯科の実践において遭遇する1つ以上の解剖学的構造または困難を提示するように選択される。また、各訓練装置の後続のコピーは、第1のものの正確なコピーであり、単一の学生、またはその構造での練習を必要とするすべての生徒に繰り返し練習するための当該の構造の現実的な例を提供する。
訓練装置のすべての構成要素を同時に印刷することができる。あるいは、構成要素を個々にまたは部分的に印刷し、次いで1つの顎部に組み立てることができる。3D印刷は、当技術分野において知られている任意の方法によって行うことができ、好ましくは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第14/017,225号に従って行われる。
硬組織および軟組織を複製するにはいくつかの異なる材料が必要であるため、完全な顎部を印刷するには個々の歯を印刷するよりも多くの準備と洗練されたプリンタが必要である。さらに、印刷が行われる前に、表現されるべき異なる解剖学的構造の各々は、完全なCTでの容積からセグメント化しなければならない。換言すれば、コンピュータに精通した解剖学者は、様々な構造を区別しなければならない。例として、歯の根管、歯根、および歯冠が、図1において一緒にセグメント化され、図2における歯根膜(「PDL」)、図3における骨構造および図4における軟質歯肉組織が続く。図5は、図1〜図4のセグメント化されたCTデータセットから得た3D印刷された手術用レプリカを示す。
訓練装置の各構成要素は、達成すべき訓練目標に応じて、透明または半透明(すなわち、不透明でない)、放射線不透過または不透明であってもよい。例えば、図5の訓練装置では、軟組織は、赤色のフェルト先端マーカーで着色された透明なゴム様材料でモデル化されている。TRUETOOTH(商標)レプリカ(カリフォルニア州サンタバーバラのDental Education Laboratories)のように、訓練装置の歯の材料は象牙質より軟らかいため、ハンドピースバーは半分の速度で動いて、骨組織の切断からの触覚的なフィードバックをよりよく再現する。
印刷されると、訓練装置は治具に取り付けられ、患者を歯科治療中に配置するのと同じように配置され得る。歯科医および歯科の学生は、それらに対して、切開、インプラントの配置、骨切り術、歯根の切開、根管端部のレトロの器具使用およびレトロの填塞、骨移植および縫合、および抜歯および歯科インプラントとの置換を含むがそれらに限定されない様々な処置を行うことができる。処置が完了したら、学生は治具から訓練装置を取り出して、自分の結果を調べることができる。訓練装置の解剖学的構造は反復可能であるため、生徒または開業医は、技法を習得するのに必要な回数だけ、正確な同一の解剖学的構造を用いて処置を繰り返すことができる。各訓練装置は既知の解剖学的構造を有するので、その使用により、格付けの完全な標準化が可能になる。さらに、当局および資格試験のために、訓練装置は、処置を実行する者が治具から取り外すことができないように固定することができる。
例として、図5に示す訓練装置のために選択された材料は、図6に示すように標準的な15Cブレードで切開され、次いで図7に示すように、歯周エレベータで反射され得る。図8において、臨床医または学生は、複製された骨を切り、MB根管の近心頬側根(「MB」)の端部を曝している。図9〜図10に示すように、さらに骨関節アクセスは、シミュレートしている切断されている根管表面のMB1およびMB2根管を曝し、その後図11に示すように、超音波のレトロ形成チップを使用して、填塞物を根管端部に形成する。手術用フラップを閉鎖するために軟組織材料を縫合することが、図12〜図13に示されており、これは、患者に対する処置を実施する経験を正確にシミュレートする。手術訓練を目的とした、印刷された訓練装置の他の実施形態および使用が図14〜42に示されている。
最終的な3D印刷モデルの一部として、より硬質のポリマー材料と共に使用される、溶解可能でより軟質のポリマー材料(例えば、Hermesらの米国特許第8822590号参照)を使用することができる。より軟質のポリマーは、NaOCl溶液またはNaOH溶液で溶解可能に設計されており、処置をする間特定の物質の溶解をシミュレートする。
本発明を使用することによって、手術での形成物を切って整復する方法を歯科の学生に教えるというより簡単な目的でさえ、改善することができる。根管の処置とは異なり、手術での処置は達成中に直接視覚化され、これらの解剖学的構造のレプリカによって、教育者は、臨床での実践で遭遇し得る様々な量および位置の齲蝕病変または破砕を含む、歯の修復されるべき特定の解剖学的変形のすべてに、生徒を曝すことができる。教育者は、訓練装置を使用して、考慮しなければならない隣接する歯の様々なバリエーションを学生に示すことができる。この方法は正確に反復可能なレプリカを提供するので、教育者は、各生徒が遭遇する解剖学的構造の完全な知識を伴って指導を計画することができ、同時に複数の生徒が同じ処置を経験することができ、それによってあらゆる以前の歯科外科手術の教授手段と比較して訓練を容易にする。あるいは、能力が得られるまで、同一の学生が同じ解剖学的形態で同じ処置を繰り返し実行することができる。訓練装置は、印刷して生徒が異なる解剖学的構造、または様々な難易度の解剖学的構造に対して同じ処置を繰り返せるようにすることもできる。
訓練装置は、歯科の概念および処置を大規模な集団で教えるために使用され、それによってコストを削減し、処置訓練へのアクセスを向上させることができる。訓練装置はまた、対応するヒトの顎部よりも大きくなるように印刷してもよい。より大きな顎部を、臨床医を訓練するため、または患者に歯科的処置を説明するための教授の補助として、使用することができる。最後に、訓練装置は研究目的で使用することができる。訓練装置は、装置を体温、ゲージ装置、またはデータ収集手段にもたらす温度制御手段(例えば、加熱要素)を有することによって改善することができる。訓練装置の1つ以上の表面はまた、光学的に平坦化し、研磨して、顕微鏡の視覚化を向上させることができる。
また、本発明により作成された訓練装置は、学生と開業医が遠距離を経て学習するが、依然として実践的な学習経験を保持することを可能にする。インターネットを介して、印刷物、ビデオ、対話型コンピュータ、または対話型コンピュータによって、可能な処置の結果の列挙は、生徒に提示でき、自分の結果を自己評価することができるようにする。この自己評価に基づいて、生徒は戻って前に提示された教材を見直し、次に別の訓練装置で処置ステップを繰り返すか、次のステップに続いていく。
このシステムは、コース全体に使用者を誘導するコンピュータ手段を採用することができ、開業医が自身のアシスタントと一緒に自分の治療室で取り組むことができる訓練モジュールを提示する。各訓練モジュールは、対話型のビデオによって導かれる。学生または開業医は、訓練モジュールを見て、モジュールが説明して示す技法を練習し、その後特定の解剖学的構造に対する自分の技法の結果に自らアクセスし、不正確なものから理想的なものまでの範囲にわたる視覚的な例と比較することができる。検定の目的のために、処置の完了後の訓練装置の放射線写真を、公式の格付けのために提出することができる。さらに、開業医は、特定の患者の顎および歯の解剖学的構造の放射線写真を作成し、その解剖学的構造によって提示される解剖学的課題を綿密に表す訓練装置を選択し、訓練装置で練習し、実際の処置を実行する前に自分のパフォーマンスを格付けできる。
本発明により作られたウェブベースのシステムのための好ましいユーザインターフェースは、自分自身で行う/継続する教育(DIY/CE:do−it−yourself/continuing education)用のアイコンまたはボタンを備えたインターネットサイトのホームページを含む。使用者がDIY/CEボタンをクリックすると、使用者はこのプログラム専用のページに移動する。そのプログラムを完全に説明するビデオを提供することができる。
DIY/CEページには、様々な提供する訓練装置すべてのリストが含まれており、使用者は各々の装置を確認する機会が得られる。このページはまた、特定の訓練装置(または装置のセット)、および関連するコースまたは学習モジュールを購入するためのアイコンまたはボタンを提示する。オンライン決済方法(例えば、PayPal)が決済をドラフトキャプチャした後、コードが即座に使用者にメールされ、使用者はプログラム、コース、またはモジュールにアクセスする。使用者がアクセスコードを紛失した場合、プログラムのプロバイダが、その電子メールにコピーされる。使用者が訓練装置(または訓練装置のセット)を受信した後、使用者はコードを入力し、プログラムへのアクセスがなされる。
コードが入力されると、問題の訓練装置の下にビデオボックスが表示される。この最初のビデオは、実際のモデルを紹介するのに役立つ。このビデオの下に2つの別々のビデオがある。第1のビデオは、使用者(およびそのアシスタント)の期待値を設定し、コースを進めるための正しい資料を手元に持っていることを確認する。第2のビデオでは、訓練装置の解剖学的構造について説明し、従うべき個々のインタラクティブ訓練モジュールのステージを設定する。また、このビデオでは、いかに進行するかについて使用者にガイドラインを提示する。各訓練モジュールは、選択された処置の1つまたは複数の特定のステップを網羅する。
第1の訓練モジュールでは、ビデオが選択された処置の最初の部分の理想的なステップを説明して提示する。1つの好ましい実施形態では、第1の訓練モジュールは、「A」から「E」までの5つの例示的なモデルまたは画像を提示し、「A」は完璧で、スコア「5」を受け取り、「E」は不良で、スコアは1を受け取る。別の好ましい実施形態では、第1の訓練モジュールは、「A」から「C」までの3つの例を提示し、「A」は完璧で、スコア「5」を受け取り、「C」は不良で、スコアは1を受け取る。画像が提示された後、使用者はステップを実行するように求められ、それらを実行した後、その結果に最も密接に類似するモデルを選択する。
この「自己格付け」プロセスは、各セクション全体にわたって繰り返される。例えば、特定の解剖学的構造について選択された処置の最初の部分を首尾よく完了した後、次の訓練モジュールが、5つのモデルまたは画像「A」から「E」を提示し、使用者は処置を実行し、次いで自分の結果をモデルに対して格付けする。この自己格付けは、学問的または継続的な教育上の単位の最終学年的な成績とはみなされないが、使用者が各セクションを進めるにつれて、使用者のベンチマークとして機能する。例えば、使用者が最初のセクションで「A」または「B」をクリックすると、ビデオが表示され、使用者に第2の訓練モジュールに行くように指示する。ただし、使用者が第1のセクションで他のモデル(「C」から「E」)のいずれかをクリックすると、処置のレビューと、正しく行う方法を含むビデオが表示される。次いで、使用者は、モデルに対する自分のパフォーマンスを練習し、格付けする別のチャンスを得る。
すべての訓練モジュールが完了すると、使用者には自らの格付けに基づいて累積スコアが与えられる。継続的な教育上の単位のために、使用者は、公式の格付け用に、完成した訓練装置の1つ以上のX線撮影画像を提出することができる。X線撮影画像を提出すると、使用者のコースのコードはもはや使用されない。
図1〜図42に示す実施形態は、透明な軟組織および白い骨および歯の構造が印刷されているが、訓練装置は、様々な色を有する1つ以上の構成要素で印刷してもよい。例えば、軟組織は赤色に着色でき、PDLおよび小柱状髄質内組織ポリマーは青色に着色でき、歯は淡黄色に着色でき、骨およびエナメル質は白色モデルの媒質に印刷することができる。さらに、解剖学的構造用器具および歯科医のための遠隔かつ対話型の実践的な手術訓練用訓練システムは、ある程度の特殊性をもって記載してきたが、器具の構造および組成、訓練システムのステップ、およびステップの順序について、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更をすることができる。したがって、本発明は、各要素が権利を与えられる均等物の全範囲を含む、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (16)

  1. 3Dプリンタによって印刷される訓練装置と、前記訓練装置と共に使用するための自己評価とを含む、歯科的処置のための訓練システムであって、
    前記訓練装置が、ヒトの顎の構造の少なくとも一部の所定の解剖学的形態を備え、前記印刷されたヒトの顎の構造が、ヒトの顎に対して少なくとも1つの類似の物理的性質を有し、また少なくとも1つのヒトの歯の構造の所定の解剖学的形態を備え、前記印刷されたヒトの歯の構造が、ヒトの歯に少なくとも1つの類似の物理的特性を有し、前記印刷されたヒトの歯の構造の一部が、前記印刷されたヒトの顎の構造の前記解剖学的形態に根ざしており、
    前記自己評価が、処置のステップの処置の結果の写真配列を含み、前記写真配列のどの画像が、使用者が前記訓練装置で前記使用者によって実行された前記処置のステップの前記使用者自身の処置の結果を最もよく表しているかを識別できるようにする、訓練システム。
  2. 前記ヒトの顎の構造の前記一部が、歯肉軟組織、骨、骨梁内の髄様軟組織、歯根膜、および病変組織からなる群から選択される、請求項1に記載の訓練システム。
  3. 前記所定の解剖学的形態を印刷するために使用されるインクが、対応するヒトの構造をシミュレートするように選択される、請求項1に記載の訓練システム。
  4. 前記訓練装置の第1の部分を印刷するために使用されるインクが、前記訓練装置の第2の部分を印刷するために使用されるインクとは異なる、請求項1に記載の訓練システム。
  5. 前記インクが異なる色である、請求項4に記載の訓練システム。
  6. 3Dプリンタによって印刷され、言及された第1の前記訓練装置の前記所定の解剖学的形態とは異なる所定の解剖学的形態を有する、第2の訓練装置をさらに備える、請求項1に記載の訓練システム。
  7. 言及された第1の前記訓練装置および前記第2の訓練装置がそれぞれ、他方と異なるレベルの難易度を提供するように選択される、請求項6に記載の訓練システム。
  8. 前記処置の結果の写真配列が印刷形式で提示される、請求項1に記載の訓練システム。
  9. 前記処置の結果の写真配列がビデオ形式で提示される、請求項1に記載の訓練システム。
  10. 前記処置の結果の写真配列が対話型コンピュータシステムによって提示される、請求項1に記載の訓練システム。
  11. 前記処置の結果の写真配列が、インターネットにわたって対話型コンピュータシステムによって提示される、請求項1に記載の訓練システム。
  12. 前記自己評価に基づく少なくとも1つのフィードバック指示をさらに含む、請求項1に記載の訓練システム。
  13. 前記訓練装置は、3Dプリンタによって印刷される訓練装置のセット内の1つの訓練装置であり、前記訓練装置のセットは所定の解剖学的形態の範囲を網羅する、請求項1に記載の訓練システム。
  14. ヒトの顎の構造の部分の異なる解剖学的構造をセグメント化するステップと、
    各解剖学的構造を印刷するために3Dプリンタを使用するステップと、
    前記印刷された解剖学的構造を顎部に組み立てるステップと
    を含む、歯科的処置のための訓練システム用の訓練装置を作製するための方法。
  15. 前記顎部に対して前記歯科的処置を行うことをさらに含む、請求項14に記載の方法。
  16. 前記歯科的処置が、切開、インプラントの配置、骨切り術、歯根の切開、根管端部のレトロの器具使用およびレトロの填塞、骨移植および縫合、および抜歯および歯科インプラントとの交換からなる群から選択される、請求項14に記載の方法。
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