JP2020509889A - 歯科治療ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、歯科治療ユニット（１）であって、フレーム部（２）と、歯科治療に関連する機器（６）および一方で歯科治療に関連して使用されるように構成されている無影灯（８）を支持する支持機構（５，７）と、を備えており、無影灯（８）が、無影灯（８）から所望の距離において所望の光パターンを生成するように構成されている、歯科治療ユニット（１）、に関する。この無影灯（８）には、２つの光学カメラ（８５）を互いに距離をおいて備えたカメラシステムが配置されており、これらの光学カメラ（８５）は、構造的かつ機能的に歯科治療ユニット（１）の無影灯（８）の一部であるように統合されている。

Description

本発明は、歯科治療ユニットに関連して実施可能な装置構造であって、歯科治療ユニットの無影灯に関連してカメラが配置されている、装置構造、に関する。

歯科学の分野において、用語「歯科治療ユニット」（しばしば簡潔に「歯科用ユニット」）は、歯科治療に関連する診断用機器、または歯科治療施術に関連して使用される機器に、電力および場合によっては制御信号を供給する装置または装置構造を意味する。１つの一般的な解決策は、歯科治療ユニットの構造部から延びる支持アームによって支持される機器コンソールに、このような機器を配置することである。

歯科治療ユニットには、歯科治療作業に関連して必要な無影灯のためのアームもしばしば配置されている。このような無影灯については、特に患者の口の領域を照らすことに関連する標準規格が存在し、この標準規格は、無影灯によって生成される光照射野（light field）の特性（サイズ、形状、半影領域など）を定義している。

従来技術においては、このような歯科用無影灯に関連して光学カメラをさらに配置することが知られている。無影灯に関連して配置されるカメラは、特に、教育環境において歯科作業を訓練する人の作業をモニターするために利用されており、これにより、訓練をモニターする人がその特定の作業現場に物理的に存在している必要はなく、どこか別の場所からも作業を観察することが可能である。１つの施設または教育機関内で一般的に複数の使用中の訓練作業現場が存在する場合には、歯科治療ユニットの無影灯にカメラを固定することにより、複数の異なる作業現場で行われている訓練を、監督者自身のオフィスからモニターすることさえも可能になる。

無影灯に後から取り付けられたカメラは、無影灯を支持する構造またはそのバランスが元々そのような装備品をも支持するように設計されていない場合、無影灯を所望の位置に配置して調整するうえでの問題を引き起こすことがある。さらに、歯科治療ユニットが、さまざまな機器および装備品のグループを支持するようにすでに構成されているときには、そのすぐ近くに（すなわち実際には歯科治療設備内に）、中に浮いた、または床を横切るケーブル配線を配置するのは最適ではなく、治療・施術（working）を妨げる。

本発明の目的は、カメラシステムを備えた歯科治療ユニットの新規の種類の無影灯であって、カメラシステムが、無影灯の構造の一体部分としてすでに最初から設計されており、かつ無影灯の可能な用途を広げる、無影灯、を設計することである。

本発明は、歯科用無影灯の構造にステレオカメラ（すなわち互いに距離をおいて位置する２つのカメラ）が統合されている装置構造、に基づく。このような装置構造は、例えば歯科インプラントに必要な穴をドリルで開けることに関連して、インプラント用に設計された穴に対するドリルの姿勢および位置に関する情報を生成するために利用することができる。

本発明の本質的な特徴は、添付の独立請求項に定義される。

本発明のいくつかの好ましい実施形態は、添付の従属請求項と、本発明の以下のさらに詳しい説明とに提示される。

１つの一般的な歯科治療ユニットを示している。 歯科治療ユニットの無影灯の、本発明に係る１つの装置構造を示している。 歯科用無影灯へのステレオカメラの統合を実施するための１つの可能な装置構造のブロック図を示している。

図１は、歯科治療に関連して使用するように設計されている１つの一般的な歯科治療ユニット１の基本構造を示している。図１による歯科治療ユニット１は、フレーム構造２と、フレーム構造２に結合されている患者用椅子３とを備えている。フレーム構造２から垂直構造４が延びており、垂直構造４には、歯科治療に関連する診断用機器６、または歯科治療施術に関連して使用される機器６、またはその両方を支持する第１の支持機構５が結合されている。この垂直構造４には、無影灯８用の第２の支持構造７と、ディスプレイ１０用の第３の支持構造９も結合されている。

図１は、一般に歯科助手によって使用される機器を支持するように設計されている機器コンソール１１と、歯科治療ユニット１の動作、および／または、歯科治療ユニット１に関連するかまたは結合されている装置および構造の動作を制御することのできるフットコントローラー１２と、をさらに示している。これに加えて、歯科治療ユニット１は、データネットワークまたは個別のコンピュータ１３に動作可能に接続されている。

なお、図１による歯科治療ユニットは、一例にすぎないことを記しておく。本発明の範囲内で、歯科治療ユニットは、図１による構造に示したより多くの、またはより少ない、さまざまな種類の装置用の支持構造、を備えることができる。また、歯科治療ユニットにおいて例えば患者用椅子を有する必要はなく、歯科治療ユニットのフレーム部とは完全に個別の構造として患者用椅子を実施することができる。さらには、歯科治療ユニットのフレーム構造を、水平方向および垂直方向の大きな寸法を有する図１に示した構造の代わりに、その寸法のうち基本の支持構造（そこから１本または複数本の支持アームが延びている）のみとすることができ、この構造を、床に取り付けられている歯科治療椅子の構造に統合されるように配置することもできる。しかしながら、歯科治療ユニットのフレーム構造は、一般には、歯科治療に関連して利用される機器および装置を使用するために必要な電力および／または制御信号がフレーム構造を介して供給されるように実施される。したがって課題は、物理的には、以下、すなわち水、圧縮空気、電力、電気制御信号またはそれ以外の制御信号、のうちの少なくとも１つを供給することである。したがって、本出願において歯科治療ユニットが言及されるときには、その歯科治療ユニットは、歯科治療ユニットに関連して配置されている歯科治療機器に、または歯科治療に関連して利用される他の装置に、上に挙げた供給物または等価物のうちの少なくともいくつかを供給するための装置を含む構造を意味する。

図２は、歯科治療ユニットの無影灯の、本発明に係る１つの装置構造を示している。この無影灯８は、枠部８１およびカバーガラス８２を備えており、これらの内側に画成される空間には、歯科用途に適切な光線を生成するように意図されている手段（図２には示していない）が配置されている。これらの手段は、１つまたは複数の実際の光源に加えて、一般には、光学素子（１枚または複数枚のレンズおよび／または反射面など）を含む。したがって歯科用無影灯は、無影灯から実質的に一定の距離に、所望の特性を有する所望の光パターンを生成するように設計されており、この光パターンは、患者がまぶしく感じることなく患者の口腔を照らすことができるように、患者の口の領域に位置させることができる。

図２による無影灯８は、機械的結合構造８３をさらに備えており、この機械的結合構造８３を介して、無影灯８が歯科治療ユニット（図１による歯科治療ユニット１に含まれる第２の支持構造７など）に結合されている。さらには、枠部８１の２つの異なる側面に、無影灯８の位置決めにおいて利用されるハンドル８４が配置されている。

さらに図２による無影灯８には、２つの光学カメラ８５が互いに距離をおいて配置されている。これらのカメラ８５は、物理的かつ動作的に無影灯８の一体部分として実施される。これらのカメラ８５は、無影灯８がその位置に向けて所望の光パターンを生成するように構成されている位置を主として撮影するように向けられて、無影灯８に配置されている。その一方で、視野（ＦＯＶ）の調整が可能であるようにカメラの光学素子を構成することができる。さらに、カメラが撮影する方向を調整可能にすることができる。

この無影灯は、２つのカメラも備えるようにすでに最初から設計されているため、無影灯の支持構造のメカニズムを、カメラによって加わる余分な質量を考慮して設計することがさらに可能である。同様に、カメラを使用してそれらによって生成された画像情報を転送する目的で、無影灯までの追加のケーブル配線を配置する必要がある場合、これらのケーブル配線を無影灯の支持構造の中に通すという要件を、これらの構造を設計するときに最初からすでに考慮に入れることも可能である。

図２は、無影灯の枠部に配置されている構成要素をカバーガラスが保護する無影灯を示している。本発明の発想から逸脱することなく、カバーガラスのない構造として無影灯を実施することもできる。カメラが、構造的かつ動作的に歯科治療ユニットの無影灯の一部として統合されることは極めて重要である。すなわち、カメラシステムが無影灯の枠の外側に後から取り付けられる構成要素であり、かつカメラシステムの動作の制御および信号経路が完全に独立している（すなわち無影灯および歯科治療ユニットに対して外部である）場合とは対照的に、カメラの動作の制御およびカメラの信号経路は、歯科治療ユニットの無影灯の一部である。

図３は、歯科用無影灯へのステレオカメラの組み込みを実施するための１つの可能な装置構造のブロック図を示している。図３による装置構造は、カメラコントローラー８０２に動作可能に接続されている２つのカメラユニット８０１を備えており、カメラコントローラー８０２は、無影灯８の制御システム８０４に動作可能にさらに接続されている。無影灯８の制御システム８０４は、光を発する光照射器８０３を制御し、さらに場合によっては光照射器８０３と通信する。

無影灯のカメラユニット８０１は、レンズ系および画像検出器と、それらの必須およびオプションの周辺要素とを含むことができる。周辺要素の動作は、例えば、検出された画像情報の処理またはレンズ系の制御に関連していることができる。

レンズ系は、固定焦点距離または調整可能焦点距離のレンズを備えていることができ、このレンズは検出器上に結像する。カメラユニット８０１から画像情報がデジタル形式でカメラコントローラー８０２に転送される。画像情報の転送前に、例えば検出器の欠陥画素を補正することによって、またはレンズに起因するアーチファクトを除去することによって、または露光量、感度、もしくはカラーバランスを調整することによって、カメラユニット８０１において画像情報を前処理させることが可能である。

カメラコントローラー８０２は複数の構成要素を含むことができ、これらの構成要素の動作は、カメラユニット８０１からの信号および画像情報を受信し、一方でこれら信号および画像情報を転送することに加えて、画像情報を処理および記憶することに関連する。

カメラコントローラー８０２を、外部のデータシステムからの情報および信号を受信するように構成してもよい。

したがって、カメラユニット８０１において実施することが可能な上述した処理を、部分的または完全にカメラコントローラー８０２のみにおいて実行することが可能である。処理において利用される構成要素は、例えばＡＳＩＣまたはＦＰＧＡに基づく解決策として実施することができる。データの転送およびデータの受信においては、ケーブル配線の代わりとして例えばＷＬＡＮ接続またはＥＴＨＥＲＮＥＴ（登録商標）接続を使用することが可能である。

図３による装置構造においては、カメラコントローラー８０２は、無影灯の制御システム８０４に動作可能に接続されており、カメラコントローラー８０２は、制御システム８０４と通信することができ、制御システム８０４から電力を受け取るように構成してもよい。必要な場合、カメラコントローラー８０２に供給される電力を、カメラコントローラー８０２およびカメラユニット８０１の内部で使用するのに適する電圧に変換する装置を、カメラコントローラー８０２に実施することが可能である。

無影灯の制御システム８０４は、さらに無影灯の光照射器８０３に動作可能に接続されている。無影灯の光照射器８０３は、歯科治療に関連して使用するように意図されている無影灯がこの分野の標準規格に従って生成しなければならない光線を生成する、従来技術において公知の装置、を備えることができる。光照射器８０３は、実際の発光要素として、例えばＬＥＤ装置および他の光学要素（１枚または複数枚のレンズおよび／または反射面など）を備えていることができる。

したがってカメラコントローラー８０２は、カメラユニット８０１からデジタル形式における画像情報を受信し、カメラコントローラー８０２およびカメラユニット８０１の両方を、受信した情報を処理するように構成してもよい。カメラコントローラー８０２は、カメラシステムによって検出および処理された画像情報を記憶しておくことのできる大容量記憶装置をさらに備えることができる。特に、無影灯からケーブルを介して情報が転送されない本発明の実施形態においては、画像情報を、転送前に、容易に伝送可能かつ記憶可能な形式に圧縮できることが好ましい。

図３による装置構造は、本発明に係る無影灯を実施するための１つの方法に過ぎないことが、当業者には明らかであろう。例えば、カメラコントローラー８０２を、カメラユニット８０１とは個別の独立した装置として実施しなくてもよい。

本発明の一実施形態においては、カメラユニット８０１は、カメラシステム内で分析および処理することのできる連続的な情報ストリームとして、画像情報を生成するように構成されている。このような処理は、システムの外側からの制御に基づく、またはシステム自体において実行される分析に基づくことができる。情報の処理は、例えば、意図された用途に関して重要ではない情報を、情報の転送前に削除することができる。

画像データの分析は、例えば、画像のさまざまな部分における空間周波数成分およびそれらの強さの識別、検出されるように事前定義されたパターンの識別およびそれらの２次元位置の識別、または、連続する画像間の変化の計算、を含むことができる。

画像情報の処理は、同様に、例えば画像の空間周波数成分の一部が他の部分よりも小さい数値精度で表示される形式、いくつかの領域が画像情報から削除される形式、または、画像情報が部分的または完全に分析結果に置き換えられる形式、への画像の処理を含むことができる。

本発明の一実施形態においては、上で言及した情報ストリームは、高い周波数で撮影された個々の画像（「フレーム」）を意味する。本発明の好ましい一実施形態によれば、カメラコントローラー８０２は、これらの個々の画像を生成するカメラユニット８０１を、実質的に同時に撮影された画像の対を生成できるように制御することが可能であるように構成されている。この場合、カメラユニット８０１によって生成された画像情報の高品質なステレオ画像を生成することが可能である。

本発明の一実施形態においては、画像の露出過度を防止するため、画像の撮影時に無影灯がオフにされるように、カメラおよび無影灯の動作の制御が同期される。したがって、光が適切な周波数で点滅しながらライブ画像を生成することが可能であり、この周波数は、画像を撮影する周波数に実質的に一致するようにされている。

したがって、図３によるカメラユニットまたは均等物が無影灯自体の構造の一部として配置されており、かつ、図３によるカメラユニットまたは均等物の制御に必要な構成要素が、歯科治療ユニットの無影灯の一部として配置されている、または場合によっては部分的または完全に歯科治療ユニットの構造の一部として配置されていることが、本発明において本質的である。本発明の好ましい一実施形態においては、カメラユニットの画像検出器および光学要素は、これらの視野が、無影灯の同じ構造から、無影灯の光照射野の放出元でもある同じ表面の方向から、かつ無影灯のカバーの内側から、開くように、無影灯の構造内に配置されている。

本発明に係る無影灯を、例えば、歯科治療機器（ドリルなど）をモニターするために使用することが可能である。このような装置構造においては、機器における既知の位置に、無影灯に関連して配置されているカメラが撮影する特徴（マーカー）が存在する、または追加される。無影灯に動作可能に結合されているコンピュータソフトウェアは、無影灯によって生成される画像におけるマーカー自体ならびにマーカーの位置および向きを、いずれも画像情報から検出するように構成される。

このような検出機能は、無影灯においてすでに行われるようにすることができる。検出された画像情報の代わりに、マーカーの位置および向きに関する情報のみが転送される場合、無影灯から転送される情報の量を減らすことができる。

ドリルによる穴あけの制御を可能にするためには、機器の位置および向きの検出に加えて、機器に関連して配置されるマーカーが、歯科治療施術の目標である解剖学的構造（anatomy）に対してどのように位置しているかに関する情報も必要である。この情報は、例えば解剖学的構造の既知の位置に何らかの別のマーカーを配置することによって、取得することができる。しかしながら、カメラによって撮影された口腔内の解剖学的構造を示す表面モデルを基準として利用することも可能であり、この表面モデルは、無影灯に配置されているカメラの対によって生成される画像情報から生成され、更新することができる。

上に説明した種類の方法が、例えば歯科インプラント用に顎骨にドリルで穴を開けるために適用される場合、上述した方法で取得される機器の位置および向きの情報を、カメラシステムに記憶されている、施術の目標である解剖学的構造のモデル（このモデルにはインプラント用に設計された穴もモデル化されている）と比較することができる。これらの情報すべてが存在するとき、これらの情報を利用するためのさまざまな可能な装置構造が存在する。例えば、機器が存在するべき位置と、一方で、機器が現在存在する位置とを、何らかのディスプレイ上に視覚的に示すことが可能であり、このようなシステムは、機器が（いくらかの誤差範囲内で）穴開けの計画に対応する位置および向きにあるとき、またはそうではないときを示すように、実施してもよい。この情報は、穴開けを実行するロボットを制御するために利用することも可能である。

上に提示した内容を要約すれば、本発明は、フレーム構造と、歯科治療に関連する診断用機器もしくは歯科治療施術に関連して使用される機器またはその両方を支持する支持機構と、制御システムと、歯科治療施術に関連して使用される機器の少なくとも一部にそれらの動作に必要な電力もしくは制御信号またはその両方を自身を介して送ることのできる装置と、歯科治療に関連して使用される無影灯（この無影灯は自身から所望の距離において所望の種類の光パターンを生成するように構成されている）のための支持構造と、を備えた歯科治療ユニット、から成る、と言うことができる。この無影灯には、実質的に２つの光学カメラが互いに距離をおいて配置されている。

このようなカメラシステムのカメラは、無影灯がその位置に向けて所望の種類の光パターンを生成するように構成されている位置を主として撮影するように向けることができる。無影灯およびカメラの動作に必要な、無影灯およびカメラの両方の電子機器の少なくとも一部を、無影灯の構造の物理的な一部として配置してもよい。

無影灯から転送される画像情報の量が、カメラによって生成された画像情報の量より大幅に少なくなるように、カメラによって生成された画像情報を前処理する手段を、無影灯に関連して配置してもよい。画像情報を前処理する手段は、カメラが撮影する領域の一部のみの画像情報を転送できるように構成することができる。さらには、転送されるべき画像情報が、カメラが撮影している領域のうちのどの部分領域またはどの種類の部分領域に制限されるかに関する情報を、カメラに送信するように構成されているコンピュータに、機能的に接続してもよい。その一方で、カメラによって撮影された情報から、事前定義された情報を認識し、その情報のみ、またはこれに代えて、もしくはこれに加えて、この情報が認識された画像情報内の位置の座標、を転送するように、カメラシステムの制御電子機器を構成してもよい。

Claims (16)

1. 歯科治療ユニット（１）であって、
   フレーム構造（２）と、
   歯科治療に関連する診断用機器（６）、または歯科治療施術に関連して使用される機器、またはその両方を支持する支持機構（５）と、
   制御システムと、
   前記機器（６）の少なくとも一部に、それらの動作に必要な電力もしくは制御信号またはその両方を自身を介して供給することのできる装置と、
   歯科治療に関連して使用するために配置されている無影灯（８）であって、前記無影灯（８）から所望の距離において所望の種類の光パターンを生成するように構成されている、無影灯（８）と、
   前記無影灯の支持構造（７）と、
   を備えている歯科治療ユニットにおいて、
   前記無影灯（８）に配置されているカメラシステムであって、互いに距離をおいて配置されており、かつ、構造的かつ機能的に前記歯科治療ユニット（１）の前記無影灯（８）の一部であるように統合されている２つの光学カメラ（８５）、を備えるカメラシステム、を特徴とする、
   歯科治療ユニット。
2. 前記２つのカメラ（８５）が、前記無影灯（８）がその位置に向けて前記所望の種類の光パターンを生成するように構成されている位置を主として撮影するように向けられていることを特徴とする、請求項１に記載の歯科治療ユニット。
3. 前記無影灯（８）および前記光学カメラ（８５）の動作に必要な、前記無影灯（８）および前記カメラ（８５）の両方の電子機器、の少なくとも一部が、前記無影灯（８）の構造の物理的な一部として配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の歯科治療ユニット。
4. 前記無影灯（８）のための前記支持構造（７）が、前記無影灯（８）の位置および方向の調整を可能にするメカニズムを備えており、前記メカニズムのバランスが、前記無影灯（８）に加わる前記２つのカメラ（８５）の余分な質量を考慮することによって達成されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
5. 前記カメラの動作の制御および前記カメラの信号経路が、前記歯科治療ユニット（１）の前記無影灯（８）の一部であることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
6. 前記カメラシステムが、画像検出器および少なくとも１つの光学要素を含む２つのカメラユニット（８０１）と、前記カメラユニットのカメラコントローラー（８０２）と、前記無影灯の制御システム（８０４）とを備えており、前記制御システムが、前記カメラユニットの前記カメラコントローラー（８０２）に機能的に接続されていることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
7. 前記カメラユニット（８０１）が、前記画像検出器によって検出された画像情報を前処理するように構成されている少なくとも１つの構成要素、を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の歯科治療ユニット。
8. 前記カメラユニット（８０１）が、連続する情報ストリームとして画像情報を生成するように構成されていることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の歯科治療ユニット。
9. 前記カメラユニット（８０１）の前記画像検出器および前記光学要素が、これらの視野が前記無影灯（８）の同じ構造から、前記無影灯（８）の光照射野の放出元でもある同じ表面の方向から、かつ前記無影灯（８）のカバーの内側から、開くように、前記構造内に配置されていることを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
10. 前記カメラ（８５）が、個々の写真を撮影するように構成されており、前記カメラ（８５）の制御が、個々の写真を同時に撮影することを可能にするように実施されることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
11. 写真の露出過度を防止するため、写真が撮影される間、前記無影灯（８）がオフにされるように、前記カメラ（８５）および前記無影灯（８）の動作の制御が同期される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
12. 前記カメラ（８５）によって生成された画像情報を転送するために、データ伝送通信部が前記無影灯（８）に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
13. 前記無影灯（８）から転送される画像情報の量が、前記カメラ（８５）によって生成された画像情報の量より大幅に少なくなるように、前記カメラ（８５）によって生成された画像情報を前処理する手段が、前記無影灯（８）に関連して配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
14. 画像情報を前処理する前記手段が、前記カメラ（８５）が撮影する領域の一部のみの画像情報の転送を可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の歯科治療ユニット。
15. 前記歯科治療ユニット（１）がコンピュータ（１３）に機能的に接続されており、転送されるべき前記情報が、前記カメラ（８５）が撮影している領域のうちのどの部分領域またはどの種類の部分領域に制限されるかに関する情報を、前記カメラ（８５）に送信するように前記コンピュータ（１３）が構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。
16. 前記カメラ（８５）によって撮影された情報から、事前定義された情報を認識し、その情報のみ、またはこれに代えて、もしくはこれに加えて、前記情報が認識された前記画像情報内の位置の座標、を転送するように構成されている制御電子機器、を前記カメラ（８５）が備えていることを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の歯科治療ユニット。

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