JP2019528144A - コンピュータ支援の下顎矯正手術計画のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年8月19日に出願され、「CEPHALOMETRY MODELING SYSTEM FOR SURGICAL PLANNING」という名称の米国仮特許出願第62/377,084号の利益を主張する。その開示は、全体が参照により本明細書に明確に組み込まれる。
本発明は、国立衛生研究所/国立歯科頭蓋顔面研究所により授与された、RO1 DE022676及びRO1 DE021863という番号の助成金の下で、政府の支援を受けてなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
セグメンテーション/3Dモデルモジュール102の目的は、外科的計画のための骨格及び顔面の軟組織の正確なレンダリングを表示することができる3Dのグループを生成することである。第1に、医療におけるデジタル画像と通信(DICOM)規格に従ったCTスキャンがシステムにインポートされる。CT画像が例として提供されていることを理解されたい。本開示は、AnatomicAlignerで他の医用画像を使用することを企図している。次に、閾値化、領域閾値化、手動の編集、領域成長、及びブール演算を含むセグメンテーションツールを使用して、個々のモデル(例えば上顎、下顎)のためのマスクを作成する。最後に、結果として得られたマスクは、Marching Cubesアルゴリズムを使用して3D表面モデルを生成するために使用される[21]。3D表面モデルは立体レンダリングとは対照的に使用されることを理解されたい。3D表面モデルは3D印刷プロセスに使用される。印刷された手術用ガイド(例えば、スプリントまたはテンプレート)は、手術時に手術計画を患者に転送するのに重要な役割を果たす(モジュール6を参照)。
位置合わせ/NHPモジュール104には2つの主な機能がある。最初に、手術計画のために骨、軟組織、歯を正確にレンダリングする複合頭蓋骨モデルを構築する。3D CTモデルは歯の非常に正確な仮想レプリカを生成しはしないため、高解像度デジタルの歯のモデルが複合頭蓋骨に使用される[3、4、8]。CTスキャンにおいて、歯は、歯列矯正装具、ワイヤ及びバンド、ならびに歯科修復材料(例えば、アマルガム)からのアーチファクトによって頻繁に影響を受ける。したがって、不正確なCT歯は、非常に正確なデジタル歯のモデルに換えることができる。これらのモデルは、高解像度レーザースキャンまたはコーンビームCTスキャンを使用して生成される[4]。デジタルの歯のモデル及びCTモデルを正しく組み立てることは、歯のモデルの基準マーカを、CT骨モデルの対応する基準マーカに位置合わせすることによって行われる。3Dモデルを位置合わせするために、自動(反復最短点)、半自動(対になったランドマーク)、及び手動位置合わせツールが実装されている。さらに、位置合わせプロセスでは階層構造を使用して、相関モデルがまとめて選択され、その後一緒に移動及び回転されるのを確実にする[16、22]。
3D頭部計測解析モジュール106において、3D頭部計測解析[9、24]は、AnatomicAlignerに組み込まれている。頭部計測、または頭部計測解析は、頭部及び顔面単位の変形を定量化するために使用される解剖学的ランドマークベースの測定値のグループである(例えば、中顔面、上顎または下顎)。従来、頭部計測解析は セファログラム(較正された状態で取得される2Dのプレーンのレントゲン写真)にて二次元的に行われ、ここではすべての3Dの解剖学的構造が2Dの面(矢状面または冠状面)に投影される[25]。2D頭部計測に関する多くの文書化された問題がある[3、9、26〜28]。
3D頭部計測解析はモジュラーシステムである。3D頭部計測解析の例を以下の表1に示す。すべての測定値はグリッドに表示され、そこではそれらは解剖学的位置(例えば下顎骨、上顎骨など)と同様に幾何学的特性(例えば、対象の対称性、形状、大きさ、位置、及び向き)によってグループ分けされる[9、16]。例えば、名前、説明、顔面単位のカテゴリ、使用された測定値/ランドマークなど、頭部計測解析のその他の記述情報がデータベースファイルに格納される。
すべての頭部計測測定値は手動でデジタル化された(配置された)解剖学的ランドマークに基づいている。このシステムには、最も頻繁に使用されている178個の頭部計測ランドマークを含むライブラリが含まれている。ランドマークライブラリは、必要に応じてさらなるランドマークを追加することで、任意選択でカスタマイズできる。AnatomicAlignerでは、目的の測定で使用されるランドマークのみをデジタル化する必要がある。ランドマークのデジタル化中、テンプレートウィンドウが表示され、一般的な3Dモデルの解剖学的位置が表示される。これにより、使用者がデジタル化されたランドマークの正しい位置を識別しやすくなる。
所望の測定結果がフローティングウィンドウに表示され、骨のセグメントとそれらのリンクされたランドマークが新しい場所に移動及び/または回転されると、リアルタイムで自動的に更新される。手術シミュレーションの前後の各ランドマークの測定値及び変換行列を含む頭部計測解析報告を生成することができる。本開示は、頭部計測解析報告を使用者に提供すること、例えば表示装置(例えば、図11に示すように出力装置1112)に印刷及び/または表示できることを企図する。
仮想骨切り術モジュール108によって実行される仮想骨切り術は、AnatomicAlignerシステムの基本機能である。その役割は、3D骨モデルを2つの骨のあるモデル(医学的には「セグメント」と呼ばれる)に切断することである。骨切り術の間に、使用者は、骨切り術を行うべき場所を示す一連のランドマークを画定する。これらのランドマークは、多連結六面体切断面、仮想の「ナイフ」を作成するために使用される。次いで、仮想骨切り術は、多連結六面体と交差する三角形を分類し、「崩れた」三角形を置き換えるための新しい三角形を作成し、骨切り術を受けたモデルを2つの新しい骨セグメントに分離することによって完了する。最後に、2つの新しい3Dの骨セグメントが、その親モデルの階層構造に入れ子式にされている。骨切り術の終わりには、典型的な下顎矯正手術のシミュレーションのために、使用者は少なくとも以下の骨セグメントを有する:中顔面、上歯を有する上顎Le FortI部分、下歯を有する下顎遠位部分、及び左右の近位部分である。仮想骨切り術を達成するためのステップは、以下に詳細に記載される。
仮想ナイフは、一組の手動でデジタル化されたランドマークから形成された多連結六面体の群である。例えば、図2に示すように、デジタル化ドット202は、複合3Dモデル200に使用者定義の切断面を生成する。これらのデジタル化ランドマークは、各六面体の初期の向き及び長さを決定する。隣接するデジタル化ドット間の例示的な六面体を図3に示す。六面体の上面を形成するために、一対の隣接するデジタル化されたランドマーク302がコピーされ、スクリーン「内」に70mm垂直に延びる(すなわち図3の深度ベクトル)。デジタル化されたランドマーク302間の距離は、図3の長さベクトルである。デジタル化されたランドマーク302間の長さベクトルは、使用者によって定義される。六面体の底面を形成するために、上面の4つのランドマークがコピーされ、垂直方向に0.5mm延長される(すなわち、図3の厚さベクトル)。これらのデフォルトの寸法を使用して、隣接するランドマークの各ペアの間に六面体が形成される。したがって、各ランドマークは、最初と最後を除いて、隣接する六面体に2回使用される。
2つの骨セグメントへの3D骨モデルの切断と分離は、三角形の分類、「崩れた」三角形の再構築、及び切断面のキャッピングを経て完了である。この処理については後で詳細に説明する。
3D表面モデルの三角形の数は、頻繁に多すぎる(例えば、300万)。これは特にCBCTスキャンから生成されたモデルに当てはまる。したがって、六面体ナイフとの関係に基づいてすべての三角形を4つのセットに効率的に分類するために、2段階の粗密アルゴリズムが開発された。それらは、図5に示すように、外側集合(交差なし)502、上側交差集合(上面との交差)504、下側交差集合(底面との交差)506、及び内側集合(六面体の完全に内側)508である。
仮想ナイフは、上下のすべての交差している三角形を切り取り、三角形の各辺に2つの交点がある「崩れた」三角形に至る。「崩れた」三角形は、六面体の「外側」に残っている頂点の数に基づいて固定される。図6に示されるように、1つの頂点のみが六面体の外側にある場合(図6の左側)、新しい三角形602は頂点と2つの交点を用いて構築される。三角形の2つの頂点が六面体の外側にある場合(図6の右側)、2つの新しい三角形604が構成される。このアルゴリズムを使用して、元の「崩れた」三角形が新しい「元の」三角形に置き換えられる。
3Dモデルは表面再構成によって作成されるので、骨切り術のセグメントは開いている。したがって、三角形の多角形の表面は、図6に示すように、対応するセグメントを「キャップ」するために作成される。キャップを生成するために、骨モデルと六面体の表面の間の交差するすべての縁部は、輪郭が描かれる。次に、各輪郭を再編成し、単純化し、そして三角測量することによって新しい表面が再構成される。その後、すべての外側、上部交差、下部交差の三角形、及び各セグメントのキャップが結合されて、一時的な骨モデルが形成される。最後に、3D領域成長法を用いて、一時的骨モデルを2つの骨切りされた骨セグメントに分離する。図12は、骨切り術を受けた骨部分を分離することによって「仮想ナイフ」を生成することから複合3Dモデルに対して仮想骨切り術を行うためのプロセスを示す。
骨切り術が行われると、使用者(例えば、医師または外科医)は、手術シミュレーションモジュール110の所望の骨切り術の処置をシミュレートすることができる。手術シミュレーションには3つの主要なステップがある:(1)上下の歯の間に最終的な歯の咬合を確立すること、(2)所望の位置に関連する骨セグメントを動かすことによって上顎及び下顎の手術をシミュレートすること、及び(3)必要に応じて顎形成術をシミュレートすること[4]である。手術シミュレーション中に、骨セグメントの動きに従って、すべての3D頭部計測値がリアルタイムで更新される。任意の3D頭部計測値は、図7Bに示すように表示装置に表示される。任意の手術シミュレーションの前提条件は、手術に必要なすべての骨セグメントが存在し、それらに関連する解剖学的ランドマークがデジタル化されねばならないことである。上述のように、図7Aに示すように、AnatomicAlignerは、手術シミュレーションの開始前に、これらの骨セグメントに対してカスタマイズ可能な階層構造を自動的に確立する。
手術用スプリント/テンプレートモジュール112は、手術用スプリントまたはテンプレートを設計するために使用される。それは手術時にコンピュータ化された手術計画を患者に転送するために使用される。手術用スプリントは、上歯と下歯の間に配置された馬蹄形の歯で固定されたウェハである。両顎手術では、手術シミュレーションで見られる手術とは異なり、上顎と下顎の骨は常に別々に骨切りされる。一方の頤は常に最初に骨切りされ、目的の位置に移動されるが、もう一方の顎は無傷のままである。最初の頤が所定の位置にくると、もう一方の頤はその後骨切り術を受け、目的の位置に移動する。したがって、両顎手術には2つのスプリントが必要である。中間スプリントと最終スプリントである。中間スプリントを使用して、第1の骨切り術を受けた顎を無傷の反対側の顎に対して所望の位置に動かす。最終スプリントを使用して、第2の骨切り術を受けた顎を第1の顎に対して位置決めする。外科医は、臨床評価に基づいてどちらの顎を最初に手術するかを決定する。なぜなら、異なる臨床指標が最初に上顎手術か下顎手術かを決定するからである。しかし、片顎手術では、片方の顎のみが骨切り術を受け、無傷の顎に関して最終的な所望の位置に動かされる。したがって、最終スプリントだけが必要である。手術用スプリントを設計する手順は、以下に詳細に記載される。
手術用テンプレートには3つの可能なタイプがある:最初の上顎手術用の中間スプリント、最初の下顎手術用の中間スプリント、及び最終スプリントである。スプリントの種類が選択されると、上下の歯列弓が意図した種類の手術に適した位置に自動的に移動する。最初の上顎手術では、上顎歯列弓がその最後の位置に表示されるが、下顎歯列弓は元の位置にある。最初の下顎手術に反対のことが当てはまる。最終スプリントについては、両方の歯列弓がそれらの最終的な位置に表示されている。
中間スプリントを使用する場合、片方の顎だけがその最終的な位置に移動し、もう一方の無傷の顎は元の位置のままである。これは上下の歯の間の衝突を引き起こす可能性がある。この問題を回避するには、下顎歯を左右の顆の回転の中心で回転させる必要がある。手術時にも同じ回転が臨床的に行われる。ただし、自動回転は通常、最終スプリントには必要ない。
最初のステップは、上歯列弓の咬合面の3つのランドマークをデジタル化し、スプリントのための上面を形作ることである。この平面は自動的にスプリントのための十分な固定(厚さ)を作成するための咬合面から2mm偏心する。次のステップは、図8Aに示すように、基本スプラインを使用して上歯列弓を手動で上部平面上になぞることによって、スプリントの上面の上部の輪郭802を作成することである。
スプリントの最終モデルは、ブール演算によって生成される。それは生のスプリントモデルからの上下の歯を差し引く。スプリントの最終モデルは、例えば、.stlファイルなどのコンピュータ支援設計(CAD)ファイルとしてエクスポートされ、米国食品医薬品局(FDA)承認の生体適合性材料を使用する任意の3Dプリンタを使用して印刷される。生体適合性材料で形成されたスプリントの一例を図9Bに示す。3Dプリントスプリント902は今や、図9Cに示すように、矯正処置中に手術室で使用する準備ができている。
患者及び方法
最初の検証のために、30人の病歴のある患者のCTデータセットを無作為に、乱数表を使用して本発明者らのデジタル患者アーカイブから選択した。これらの患者は、顎顔面奇形と診断され、両下顎矯正手術を受けた。AnatomicAlignerシステムの精度を評価し、業界のゴールドスタンダードであるMATERIALISE MIMICS 17.0(Materialise NV、ベルギー、ルーヴェン)と、以下の領域について比較した:1)CTモデルの再構築、2)仮想骨切り術、3)並進及び回転運動である。MATERIALISE MIMICSシステムなどの現在入手可能な市販のソフトウェアは、記録されたNHPを3Dモデルに転送すること、及び/または上述のように真の3D頭部計測解析を実行することができないことを理解されたい。したがって、AnatomicAlignerの一部の機能、例えばNHP及び3D頭部計測はMATERIALISE MIMICSシステムに対して評価できなかった。
MATERIALISE MIMICSシステム及びAnatomicAlignerにおける3Dモデル再構成後の2つのモデル間の平均表面偏差は、0.3mmであり、SDは0.03mmであった。これらの誤差は主に、図10に示すように、画像の周縁で分散して帰属され、それにおいて画像はCT取得中に視野を超え、鼻腔内及び眼窩フレームの細い骨、ならびにアマルガム及び歯列矯正バンドによって引き起こされるアーチファクトがあった。これらの誤差が取り除かれると、平均表面偏差は0.2mm未満に減少した。これらの誤差のマージンは臨床的に重要ではない。
患者及び方法
この前向き検証の目的は、計画された結果が、AnatomicAlignerシステムを使用して、現在のゴールドスタンダード(商業サービスによって設計され、印刷された)と少なくともと同じくらい良好であったかどうかを判定することであった。以下の基準に基づいて、10人の患者が連続して含まれた:1)歯顔面奇形と診断された患者;2)両顎手術を予定していた患者;及び3)診断及び治療の一環としてCTスキャンを受けた患者である。各患者に対して、CASSプロトコル[3、4]に従って、商業サービスプロバイダー(3D Systems−Medical Modeling、ゴールデン、コロラド州)と連携して、単一の外科医(J.G.)によって下顎矯正手術が計画された。手術用スプリント(この研究では商業用スプリントと呼ばれる)は商業サービス提供者によって設計され印刷されており、これらのスプリントは手術時に使用されていた。その後、同じ外科医がAnatomicAlignerシステムを使用して、DICOM画像のインポートから手術用スプリントの設計まで、同じ手術計画を繰り返した。その後、サービスプロバイダーによって使用された変換マトリックスは、AnatomicAlignerシステムで複製され、各骨セグメントに適用された。最後に、AnatomicAlignerスプリントと呼ばれるAnatomicAlignerで設計された中間スプリントを、FDA承認のMED610材料を使用して3Dプリンタ(Object30 Orthodesk、Stratasys Ltd、ミネソタ州、Prairie)で印刷した。中間スプリントのみを評価した。これは、最終スプリントとは異なり、中間スプリントの位置がシステムによって直接決定されるためである。したがって、中間スプリントの精度は、システムの精度を測定するための最も直接的な基準である。
評価結果はすべてのAnatomicAlignerスプリントが完全に適合すること(ランク1)を示したが、モデルは、Galetti歯科用咬合器の中間閉塞部に取り付けられていた。さらに、AnatomicAlignerのすべてのスプリントは、上下のモデルで個別に評価しながら、揺れることなく(ランク1)または移動することなく(ランク1)、石のモデルに完全に取り付けられた。
主要参照フレームを定義するための技法を以下に説明する。上述したように、(モジュール2の一部として)下顎矯正手術計画システム及び/またはAnatomicAlignerは、3D頭部計測解析を実行する前に生じる主要参照フレームを定義することができる。言い換えれば、複合3Dモデルの幾何学的特性を定量化するために参照フレームが必要である。例えば、建築者が文字列と高さを使用して下書きの線を設定するように、外科医は顔を再構築するために参照面を必要とする。顔は3D構造であるため、3つの基準面が必要である。垂直(矢状面)、水平(体軸面)、及び横断(冠状面)である。垂直面は顔を左右半分に分割し、横断面とともに、対称性を定義するのに役立つ。水平面は、顔の前方または後方への傾斜を決定し、外科医を任意の顔の特徴の正しい前方への配置に導く。解剖学的な参照フレームを正しく確立することは重要である。顔が対称的であるとき、参照フレームを確立することは容易であり得るが、顔が歪んでいるとき、参照フレームを確立することははるかに困難である。
対称解析を実行するための技術を以下に記載する。上記のように、(モジュール3の一部として)下顎矯正手術計画システム及び/またはAnatomicAlignerは、3D頭部計測解析の一部として対称解析を実行することができる。対称性に関連する2つの要素は、対象物の対称性と、対称的なアライメントである。対象物の対称性は、各顔面単位が有するべき固有鏡面対称性を指す。対称的なアライメントは、各顔面単位と顔面の正中矢状面(またはその複合3Dモデル)との位置合わせを指す。固有対称性を計算するためのハーフフォームの反復重み付けプロクラステス重畳アルゴリズムを、図14を参照して以下に説明する。図14を参照して、3次元(3D)モデル(例えば、上記の複合3Dモデル)の固有対称性を計算するための操作の例が示されている。本開示は、図14に示される例示的な操作が、例えば、図11に示されるコンピュータ装置1100などのコンピュータ装置を使用して実行され得ることを企図する。
手術用スプリントまたはテンプレートを設計するための技術を、以下に記載する。上述したように、(モジュール6の一部として)下顎矯正手術計画システム及び/またはAnatomicAlignerを使用して、手術中に対象の上下の歯の間に配置される馬蹄形の歯固定ウェハである手術用スプリントを設計することができる。
過補正のための技術は以下に説明される。下顎矯正手術計画システム及び/またはAnatomicAlignerを使用して、対象の下顎の3Dモデルの遠位及び/または近位セグメントの過補正を実行することができる。
歯列弓用の対象物参照フレームを確立するための技術を以下に記載している。下顎矯正手術計画システム及び/またはAnatomicAligner(例えば、モジュール3の一部として)を使用して、歯列弓用の対象物参照フレームを確立することができる。
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主題は、構造的特徴及び/または方法論的行為に特有の語で説明されているが、添付の特許請求の範囲に定義された主題は必ずしも上述の特定の特徴または行為に限定されないことを理解されたい。むしろ、上記の特定の特徴及び行為は、特許請求の範囲を実施する形態の例として開示されている。
Claims (40)
- 対象の頭蓋骨の複合三次元(3D)モデルを生成することであって、前記複合3Dモデルが前記対象の頭蓋骨の骨格的、歯科的、及び軟組織の特徴の表現を含む前記生成すること、
前記複合3Dモデルのための主要参照フレームを定義すること、
前記対象の頭蓋骨の少なくとも1つの幾何学的特性を定量化するために前記複合3Dモデルに対して頭部計測解析を実行すること、
前記複合3Dモデルを複数のセグメントに分離する仮想骨切り術を実施すること、
前記骨切り術を施したセグメントを使用して手術シミュレーションを実施すること、及び
前記対象のための手術用スプリントまたはテンプレートを設計すること
を含む、下顎矯正手術計画のためのコンピュータ実装方法。 - 前記複合3Dモデルが複数の3Dモデルを含み、前記複数の3Dモデルが、中顔面モデル、下顎骨モデル、軟組織モデル、歯のモデル、または基準マーカモデルの2つ以上を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記複合3Dモデルを生成することが、前記歯のモデルを前記中顔面モデル及び下顎骨モデルと融合させることを含む、請求項2に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記複合3Dモデルを形成する前記複数の3Dモデルを位置合わせすることをさらに含む、請求項2または3のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記主要参照フレームを定義することは、前記複合3Dモデルを前記対象の標準的な解剖学的姿勢に再度方向付けることを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記主要参照フレームを定義することは、前記複合3Dモデルについて1つ以上の対称面を計算することを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記1つ以上の対称面は、正中矢状面、体軸面、または冠状面を含む、請求項6に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記頭部計測解析を実行することは、前記対象の頭蓋骨の対象物の対称性を定量化することを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記頭部計測解析を実行することは、重み付けプロクラステス分析を使用して前記対象の頭蓋骨の対象物の対称性を定量化することを含む、請求項8に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記頭部計測解析を実行することは、前記対象の頭蓋骨の特徴と前記主要参照フレームとの間の対称的なアライメントを定量化することを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記対象の頭蓋骨の前記特徴と前記主要参照フレームとの間の対称的なアライメントを定量化することは、前記対象の頭蓋骨の前記特徴に対して対象物参照フレームを決定することをさらに含む、請求項10に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記対象の頭蓋骨の前記特徴が歯列弓である、請求項11に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記対象物参照フレームを決定することは、主成分分析(PCA)に基づく適応最小ユークリッド距離を使用することをさらに含む、請求項12に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記手術シミュレーションの前後に、前記対象の頭蓋骨の前記少なくとも1つの幾何学的特性を含む頭部計測解析報告を生成することをさらに含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記少なくとも1つの幾何学的特性が、対称性、形状、大きさ、位置、及び/または向きを含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記仮想骨切り術は、前記仮想骨切り術の位置の近傍に一群の多連結六面体を画定することと、前記複合3Dモデルを前記複数のセグメントに分離することとをさらに含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記複数のセグメントは、中顔面セグメント、Le FortIセグメント及び上歯、遠位セグメント及び下歯、頤セグメント、及び/または左右の近位セグメントを含む、請求項16に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記手術シミュレーションが、上顎手術、下顎手術、または下顎頤手術を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記手術シミュレーションを実行することは、
前記骨切り術を施したセグメントの階層構造を定義すること、
最終的な歯の咬合を確立すること、及び
前記骨切り術を施したセグメントを所望の下顎と上顎の組み合わせに再配置すること
を含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。 - 前記最終的な歯の咬合が、前記対象の上歯と下歯との間の最大の咬合を達成する、請求項19に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記骨切り術を施したセグメントを再配置することは、6つの自由度で前記上顎と下顎の組み合わせを並進及び/または回転させることをさらに含む、請求項19または20のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記手術シミュレーションが、前記骨切り術を施したセグメントの1つ以上を並進及び/または回転させることによって過補正を実行することを含む、請求項1〜21のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記手術用スプリントまたはテンプレートは、前記対象の上歯を所望の位置にする上顎手術用、または前記対象の下歯を所望の位置にする下顎手術用の中間スプリントである、請求項1〜22のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記手術用スプリントまたはテンプレートは、前記対象の上下の歯を所望の位置にする最終スプリントである、請求項1〜22のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記手術用スプリントまたは前記テンプレートを設計することは、
前記手術用スプリントまたはテンプレートの3Dモデルを生成すること、及び
3Dプリンタを使用して前記手術用スプリントまたはテンプレートを印刷すること
をさらに含む、請求項1〜24のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。 - 表示装置に前記複合3Dモデルを表示することをさらに含む、請求項1〜25のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 複数の3D対象物のそれぞれに各々の固有の識別子を割り当てることをさらに含む、請求項1〜26のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 下顎矯正手術計画のためのシステムであって、
処理ユニット、
前記処理ユニットと通信するメモリ、
前記メモリに格納され、対象の頭蓋骨の複合3Dモデルを生成するように構成された3次元(3D)モデルモジュールであって、前記複合3Dモデルは、前記対象の頭蓋骨の骨格的、歯科的、及び軟組織の特徴の表現を含む前記モジュール、
前記メモリに格納され、前記複合3Dモデルのための主要参照フレームを定義するように構成される参照フレームモジュール、
前記メモリに格納され、前記対象の頭蓋骨の少なくとも1つの幾何学的特性を定量化するように構成される3D頭蓋計測分析モジュール、
前記メモリに格納され、前記複合3Dモデルを複数のセグメントに分離するように構成される仮想骨切り術モジュール、
前記メモリに格納され、前記骨切り術を施したセグメントを使用して手術シミュレーションを実行するように構成されるシミュレーションモジュール、及び
前記メモリに格納され、前記対象のための手術用スプリントまたはテンプレートを設計するように構成される手術用スプリントモジュール
を含む、前記システム。 - 三次元(3D)モデルの対称解析を実行するためのコンピュータ実装方法であって、
前記3Dモデルの複数のランドマークを識別することであって、前記ランドマークが点群を定義する前記識別すること、
前記点群の鏡像コピーを作成すること、
前記点群に適合するまで前記鏡像コピーを反復的に並進及び/または回転させること、
前記鏡像コピーと前記点群を重ね合わせて、単一の点の群を作成すること、
及び
前記単一の点の群に基づいて前記3Dモデルの対象物の対称性を定量化すること
を含む、前記方法。 - 前記3Dモデルは、対象の頭蓋骨の複合3Dモデルである、請求項29に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記ランドマークは前記対象の頭蓋骨の特徴である、請求項30に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記点群に適合するまで前記鏡像コピーを反復的に並進及び/または回転させることは、前記鏡像コピーと前記点群との間の重み付けプロクラステス距離を計算することを含む、請求項29〜31のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 対象の歯列弓のための対象物参照フレームを決定するためのコンピュータ実装方法であって、
対象の歯列弓の複合3次元(3D)モデルの複数の歯のランドマークをデジタル化することであって、前記複合3Dモデルが、前記対象の歯列弓の骨格的、歯科的、及び軟組織の特徴の表現を含む前記デジタル化すること、
前記歯のランドマークを使用してそれぞれの左右の曲線を作成すること、
複数のサンプル点を得るために、前記それぞれの左右の曲線に沿ってリサンプリングすること、
前記サンプル点へ主成分分析(PCA)を適用して初期デカルト座標系を計算すること、
前記初期デカルト座標系を新しい原点に変換し、前記対象の歯列弓のための前記対象物参照フレームの第1の軸を割り当てること、
前記対象の歯列弓に対して前記対象参照フレームの第2の軸を反復的に計算することであって、ユークリッド距離を最小にする前記反復的に計算すること、及び
前記対象の歯列弓に対する前記対象物参照フレームの第3の軸を計算すること
を含む前記方法。 - 前記対象の歯列弓のための矢状面、体軸面、及び冠状面を決定することをさらに含む、請求項33に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記それぞれの左右の曲線は、それぞれ左右のサンプル点のアレイを含み、前記反復的な計算は、前記それぞれの左右のサンプル点のアレイの1つと前記それぞれの左右のサンプル点のアレイの他方の鏡像コピーの間のユークリッド距離を最小にする、請求項33または34のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- いくつかのサンプル点がいくつかの歯科用ランドマークよりも大きい、請求項33〜35のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
- 三次元(3D)モデルのための主要参照フレームを定義するためのコンピュータ実装方法であって、
前記3Dモデルの複数のランドマークを識別することであって、前記ランドマークが点群を定義する前記識別すること、
前記点群の鏡像コピーを作成すること、
前記点群に適合するまで前記鏡像コピーを反復的に並進及び/または回転させること、
前記鏡像コピーと前記点群を重ね合わせて、点の単一の群を作成すること、及び
前記単一の点の群を分割する対称面を計算することであって、前記点群に適合するまで前記鏡像コピーを反復的に並進及び/または回転させることは、前記鏡像コピーと前記点群との間の重み付けプロクラステス距離を計算することを含む前記計算すること
を含む前記方法。 - 前記3Dモデルは、対象の頭蓋骨の複合3Dモデルである、請求項37に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記ランドマークが前記対象の頭蓋骨の特徴である、請求項38に記載のコンピュータ実装方法。
- 前記対称面が、正中矢状面、体軸面、または冠状面を含む、請求項38または39のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法。
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