JP2021145946A - 口腔内形状取得装置及び口腔内形状取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】唾液や血液等が付着した領域又は歯肉縁下領域の口腔内形状を正確に取得できる口腔内形状取得装置及び口腔内形状取得方法を提供する。【解決手段】口腔内形状取得装置１は、口腔内を撮影して口腔内形状を取得するスキャナ１１１と、圧縮空気を噴射するエアーブロアー１１３と、を含み、前記エアーブロアー１１３は、前記スキャナ１１１が前記撮影を行うとき、前記撮影対象に対し前記圧縮空気を噴射する。【選択図】図１

Description

本発明は、口腔内形状取得装置及び口腔内形状取得方法に関し、具体的には、唾液や血液等が付着した領域又は歯肉縁下領域の口腔内形状を正確に取得する技術に関する。

近年、歯科業界におけるデジタル化（デジタルデンティストリー）の進展により、従来よりも簡易かつ高精度に治療を行うことができる機材が登場している。例えば、Ｉｎｔｒａ Ｏｒａｌ Ｓｃａｎｎｅｒ（ＩＯＳ）と呼ばれる機器は、ワンドと呼ばれる読取器によって患者の口腔内を撮影し、口腔内形状をデジタルデータ（モデル）として出力することができる。典型的には、ワンドは対象物（歯牙や歯肉等）に対して光を放射し、反射光をセンサで検出することにより、対象物の３次元形状を示す点群データを取得する。

一方、ＩＯＳについては次のような問題も指摘されている。対象物が唾液や血液等で濡れていると、ＩＯＳは適切な反射光を得られないため、正確なモデルを生成できないことがある。また、ＩＯＳが撮影できるのは口腔内の可視領域のみであるため、通常は、歯肉縁下にある不可視領域をモデル化することができない。このような問題に起因して生成された不正確なモデルに基づいて作製される技工物は、不適合すなわち口腔内にぴったりと装着することができないものとなってしまう。

このような問題を解決するため、これまでは、撮影のあいだ唾液や血液等を常に吸引し続ける措置が講じられていた。また、歯肉縁下領域の撮影に際しては、支台歯と歯肉とを分離させる処置（圧排）が行われていた。圧排により出血が引き起こされた場合は吸引も併用する必要があった。

特許文献１及び２には、スタイラス状の測定用治具によって歯の表面をなぞることで、歯肉縁下にある支台歯の形状を取得する口腔内スキャナが開示されている。

特開２０１８−０４７２９９号公報 特表２０１６−５０８７５４号公報

しかしながら、撮影に際して吸引又は圧排を併用する手法は、歯科医師に多大な手間や労力を要求するものであった。また、患者にとっても身体的な負担が大きかった。特許文献１又は２に記載の手法を採用するためには、歯科医師は、専用の測定用治具の使用法に習熟する必要があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、唾液や血液等が付着した領域又は歯肉縁下領域の口腔内形状を正確に取得できる口腔内形状取得装置及び口腔内形状取得方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態に係る口腔内形状取得装置は、口腔内を撮影して口腔内形状を取得するスキャナと、圧縮空気を噴射するエアーブロアーと、を含み、前記エアーブロアーは、前記スキャナが前記撮影を行うとき、前記撮影対象に対し前記圧縮空気を噴射する。
本発明の一実施の形態に係る口腔内形状取得装置は、前記スキャナ及び前記エアーブロアーがワンドに内蔵されている。
本発明の一実施の形態に係る口腔内形状取得装置は、前記エアーブロアーは、前記スキャナが内蔵されたワンドに脱着可能である。
本発明の一実施の形態に係る口腔内形状取得装置は、前記スキャナから前記口腔内形状を示すセンシングデータを受信するセンシングデータ取得部と、前記センシングデータに基づいて３次元モデルを生成するモデル生成部と、を有する情報処理装置をさらに含む。
本発明の一実施の形態に係る口腔内形状取得装置は、前記スキャナは、前記エアーブロアーが前記撮影対象に対し前記圧縮空気を噴射している間、前記口腔内形状を示す前記センシングデータを連続的に取得し、前記情報処理装置は、時間経過に伴う前記センシングデータの変化の特徴に基づいて、前記モデルに含まれる歯肉と支台歯とを識別する支台歯識別部をさらに有する。

本発明により、唾液や血液等が付着した領域又は歯肉縁下領域の口腔内形状を正確に取得できる口腔内形状取得装置及び口腔内形状取得方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる口腔内形状取得装置１の構成を示すブロック図である。 ワンド１１の外観を示す斜視図である。 ワンド１１の外観を示す斜視図である。 実施の形態２にかかる口腔内形状取得装置１の構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる口腔内形状取得装置１の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる口腔内形状取得装置１の構成を示すブロック図である。口腔内形状取得装置１は、ワンド１１、情報処理装置１３を含む。

ワンド１１は、典型的には歯科医師が把持できる杖状の機器であり、患者の口腔内形状を撮影するために使用される。図２は、本実施の形態におけるワンド１１の外観を示す斜視図である。ワンド１１は、スキャナ１１１、エアーブロアー１１３を備える。この例では、ワンド１１の筐体内に、スキャナ１１１及びエアーブロアー１１３が内蔵されている。

スキャナ１１１は、光源１１１１、センサ１１１３を含む。光源１１１１は、対象物表面の複数の点に光を放射する。対象物表面の各点からの反射光は、センサ１１１３によって検出される。なお、図２では光源１１１１とセンサ１１１３とがワンド１１の筐体の先端付近に並列配置した例を示したが、この配置は適宜変更されて良い。例えば、光源１１１１又はセンサ１１１３はワンド１１の筐体内に配置されても良い。この場合、光源１１１１又はセンサ１１１３と筐体外部を結ぶ光路を設け、放射光又は反射光がこの光路を通るように設計することができる。

情報処理装置１３は、センシングデータ取得部１３１、モデル生成部１３３を含む。センシングデータ取得部１３１は、センサ１１１３による反射光の検出結果（センシングデータ）を取得する。モデル生成部１３３は、例えばＡｃｔｉｖｅ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ法や共焦点法などの公知の手法により、センシングデータに基づいて、スキャナ１１１から対象物表面の各点までの距離を特定する。また、この距離に基づいて、対象物表面の各点の座標を特定する。モデル生成部１３３は、対象物表面の各点の点群データ又はこの点群データに基づいて作成した３次元データ（ポリゴンデータ等）をモデルとして出力する。

なお、情報処理装置１３は、処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置、入出力装置、通信装置等のハードウェアを有している。上述の各処理部（１３１，１３３）は、ＣＰＵが記憶装置に格納されたプログラムを実行することによって論理的に実現される。

エアーブロアー１１３は、噴射口１１３１から圧縮空気を噴射する。図２の例では、スキャナ１１１の筐体の先端付近にエアーブロアー１１３の噴射口１１３１が設けられている。噴射口１１３１の向きは可変であることが好ましいが、固定されていても良い。いずれにしても、噴射口１１３１の向きは、対象物に効率良く圧縮空気を噴射できるように設定されているものとする。エアーブロアー１１３は、スキャナ１１１が対象物の撮影を行う際（撮影前又は撮影中を含む）、対象物に圧縮空気を噴射する。噴射された圧縮空気は、対象物の表面に存在する唾液や血液等を飛散させて除去する。これにより、スキャナ１１１は対象物表面からの正確な反射光を取得することができる。また、歯肉と支台歯の間のポケット状の領域内に圧縮空気を噴射すると、圧縮空気によりポケットが押し広げられる。これにより、圧排などの措置を要せずに、歯肉縁下の支台歯を容易に撮影することができる。

エアーブロアー１１３は、スキャナ１１１の動作に連動して、圧縮空気の噴射を自動的に開始するよう構成されていても良い。又は、エアーブロアー１１３は、圧縮空気の噴射を手動で開始するためのボタン等を備えていても良い。

なお、図２の例では、スキャナ１１１とエアーブロアー１１３とは一体化されているが、両者は分離可能に構成されていても良い。例えば、図３に示すように、従来のスキャナ１１１に、アタッチメント１１３２を介してエアーブロアー１１３を外付けすることで、ワンド１１を実現しても良い。

本実施の形態によれば、エアーブロアー１１３が、スキャナ１１１が対象物を撮影する際、対象物に圧縮空気を噴射する。これにより、唾液や血液等で対象物が濡れていたり、対象物が歯肉縁下にあったりするような状況でも、吸引又は圧排等の措置を要せずに、片手の操作のみで対象物の正確なモデルを取得することができる。したがって、従来よりも歯科医師の手間や労力を軽減できる。また、患者の身体的負担も軽減できる。

（実施の形態２）
実施の形態１によれば、歯肉縁下の支台歯を容易に撮影することができる。実施の形態２では、さらに支台歯と歯肉とを自動的に識別するための手段を提供する。

歯肉と支台歯の間のポケット状の領域内に圧縮空気を噴射すると、圧縮空気によりポケットが押し広げられる。圧縮空気の噴射を受けた対象物（支台歯及び歯肉）は振動するが、振動の特性は部位により大きく異なる。すなわち、比較的柔らかい歯肉と、固くて骨に固定された支台歯とでは、振幅や周期に相違が生じるはずである。

そこで、本実施の形態では、まず圧縮空気を噴射しながら、歯肉縁下の支台歯周辺の状態を連続的に撮影する。言い換えれば、所定のフレームレートで「動画」を撮影する。次に、撮影された動画を解析して、対象物の振動特性の相違を検出する。これにより、モデルに含まれる支台歯と歯肉とを判別する。

図４は、実施の形態２にかかる口腔内形状取得装置１の構成を示すブロック図である。情報処理装置１３は、支台歯と歯肉とを識別する処理を行う支台歯識別部１３５を有する。口腔内形状取得装置１の他の構成要素については、実施の形態１と同様である。

図５のフローチャートを用いて、口腔内形状取得装置１の動作例について説明する。なお、ここでは実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１で既に説明した構成及び動作に関しては説明を適宜省略する。

ステップ１：動画の撮影
歯科医師は、ワンド１１を歯肉縁下の支台歯に向けて撮影を開始する。エアーブロアー１１３が動作を開始し、噴射された圧縮空気により歯肉と支台歯の間のポケットが押し広げられる。スキャナ１１１が撮影を開始し、所定の間隔（フレームレート）で、歯肉縁下の支台歯周辺の口腔内形状を連続的に撮影する。これにより、モデル生成部１３３は、時系列的に連続する複数のモデルを出力する。これは、いわば３次元の「動画」である。この「動画」は、情報処理装置１３内の記憶装置に格納される。

ステップ２：特徴点の抽出
支台歯識別部１３５は、「動画」に含まれる各モデルから特徴点を抽出する。典型的には、モデルに含まれる点群の全部又は一部を特徴点として利用できる。

ステップ３：特徴点の動きの算出
支台歯識別部１３５は、時間的に連続する複数のモデルを比較して、対応する特徴点を見つけ出し、各フレームにおける当該特徴点の座標を記録する。この処理を全てのフレームについて行う。すなわち、時刻ｔ１におけるモデルにおける特徴点Ｎの座標ｎ１、時刻ｔ２におけるモデルにおける特徴点Ｎの座標ｎ２、時刻ｔ３におけるモデルにおける特徴点Ｎの座標ｎ３・・・を順次特定する。そして、特徴点Ｎの動きを示すデータセット｛ｎ１，ｎ２，ｎ３・・・｝を生成する。他の特徴点Ｏ，Ｐ，Ｑ・・・についても同様に処理を行う。

ステップ４：特徴点の動きの特性に基づく支台歯と歯肉との判別
支台歯識別部１３５は、特徴点の動きの特性の違いを検出する。典型的には、閾値による判別手法と、機械学習による判別手法とがある。

（閾値による判別）
支台歯識別部１３５は、特徴点Ｎの動きを示すデータセット｛ｎ１，ｎ２，ｎ３・・・｝に基づいて、特徴点Ｎの動きを評価するための指標を算出する。例えば、特徴点Ｎが振動しているならば、その振幅及び周期を指標として算出することができる。他の特徴点Ｏ，Ｐ，Ｑ・・・についても同様に指標を算出する。

支台歯識別部１３５は、算出した指標に予め定義した閾値を適用することで、特徴点を分別する。例えば、振幅が閾値Ｘを超える特徴点に対しては歯肉を示すラベルを、閾値Ｘ以下の特徴点に対しては支台歯を示すラベルを付与する。ここで、閾値は、試験等により予め求められた値を採用することができる。

（機械学習による判別）
支台歯識別部１３５は、特徴点Ｎの動きを示すデータセット｛ｎ１，ｎ２，ｎ３・・・｝を学習データとして使用し、機械学習を行うことにより、特徴点を支台歯と歯肉とに分別することができる。例えば、支台歯識別部１３５は、教師なし学習を行う機械学習部１３５１を有する。機械学習部１３５１は、多数の特徴点の動きを示すデータセットを学習データとして入力すると、その特性の違いを自動的に識別し、同じ特性を有する特徴点の集合（クラスタ）を形成する。機械学習部１３５１は、一方のクラスタに含まれる特徴点には歯肉を示すラベルを、他方のクラスタに含まれる特徴点には支台歯を示すラベルを付与する。

なお、機械学習部１３５１は、教師あり学習や深層学習など、他の公知の機械学習手法により、特徴点を支台歯と歯肉とに分別することとしても良い。例えば教師あり学習では、学習フェーズにおいて、特徴点の動きを示すデータセットと、その特徴点が支台歯又は歯肉のいずれであるかを示すラベルと、を組にした多数の既知の教師データを機械学習部１３５１に与える。これにより、機械学習部１３５１は、特徴点の動きを示すデータセットと、その特徴点が支台歯又は歯肉のいずれであるかを示すラベルと、の相関を徐々に学習する。学習が進むと、機械学習部１３５１は、特徴点の動きを示す未知のデータセットを入力して、その特徴点に相関の高いラベルを出力する、推定器として動作するようになる。

ステップ５：マージンラインの判定
支台歯識別部１３５は、ステップ４において支台歯と判定された特徴点と、歯肉と判定された特徴点と、の境界を特定する。この境界はマージンラインと呼ばれる。支台歯識別部１３５は、マージンラインを示す線（ポリライン）オブジェクトを生成する。

ステップ６：モデル等の出力
支台歯識別部１３５は、支台歯のモデル、マージンライン、歯肉のモデルのうち所望のものを出力する。

本実施の形態によれば、口腔内形状取得装置１は、時系列的に連続するモデルデータを解析することにより、支台歯と歯肉とを、その挙動の違いに応じて判別することができる。また、支台歯の正確な形状を反映したモデルや、支台歯と歯肉との境界にあたるマージンラインを自動的に生成することができる。これにより、優れた適合性を有する技工物を作成することが可能となる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態において、口腔内形状取得装置１は３次元点群データを取得したが、例えば２次元の画像データを取得するものであっても良い。この場合、モデル生成部１３３は、複数の２次元画像データに基づいて３次元モデルを構築することができる。なお、２次元画像からの３次元モデル構築手法は公知技術であるため詳細な説明は割愛する。

また、口腔内形状取得装置１は、３次元点群データに加えて、各特徴点の色や温度等に関する情報を追加で取得しても良い。この場合、例えば、機械学習部１３５１がこれらの追加的な情報を学習データとして用いるならば、判別精度を向上させることが可能である。

１ 口腔内形状取得装置
１１ ワンド
１１１ スキャナ
１１１１ 光源
１１１３ センサ
１１３ エアーブロアー
１１３１ 噴射口
１１３２ アタッチメント
１３ 情報処理装置
１３１ センシングデータ取得部
１３３ モデル生成部
１３５ 支台歯識別部
１３５１ 機械学習部

Claims (5)

1. 口腔内を撮影して口腔内形状を取得するスキャナと、
   圧縮空気を噴射するエアーブロアーと、を含み、
   前記エアーブロアーは、前記スキャナが前記撮影を行うとき、前記撮影対象に対し前記圧縮空気を噴射する
   口腔内形状取得装置。
2. 前記スキャナ及び前記エアーブロアーがワンドに内蔵されている
   請求項１記載の口腔内形状取得装置。
3. 前記エアーブロアーは、前記スキャナが内蔵されたワンドに脱着可能である
   請求項１記載の口腔内形状取得装置。
4. 前記スキャナから前記口腔内形状を示すセンシングデータを受信するセンシングデータ取得部と、
   前記センシングデータに基づいて３次元モデルを生成するモデル生成部と、
   を有する情報処理装置をさらに含む
   請求項１記載の口腔内形状取得装置。
5. 前記スキャナは、前記エアーブロアーが前記撮影対象に対し前記圧縮空気を噴射している間、前記口腔内形状を示す前記センシングデータを連続的に取得し、
   前記情報処理装置は、
   時間経過に伴う前記センシングデータの変化の特徴に基づいて、前記モデルに含まれる歯肉と支台歯とを識別する支台歯識別部をさらに有する
   請求項４記載の口腔内形状取得装置。

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