JP4723517B2 - ３次元（３ｄ）環境内で歯列矯正器具配置を視覚的に支援する平面ガイド - Google Patents

Description

本発明は、電子歯列矯正に関し、特に、歯列矯正診断および治療を支援するコンピュータベースの技術に関する。

歯列矯正の分野は、患者の歯を、咬合を改善し審美的外見を改善するために配置し直しかつ位置合せすることに関する。たとえば、歯列矯正治療では、患者の前歯、犬歯および双頭歯に固定される、ブラケットとして知られる小さい溝付き器具を使用することが多い。各ブラケットの溝にアーチワイヤが支えられ、それが、歯が所望の向きに移動するように案内する軌跡としての役割を果たす。アーチワイヤの端部は、通常、患者の臼歯に固定されるバッカルチューブとして知られる器具に支えられる。

今日商業的に利用される多数の歯列矯正器具は、ローレンス・Ｆ・アンドリュース歯学博士（Ｄｒ．Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｆ． Ａｎｄｒｅｗｓ， Ｄ．Ｄ．Ｓ．）によって開発された「ストレートワイヤの概念（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｗｉｒｅ ｃｏｎｃｅｐｔ）」の原理に基づいて構成されている。この概念によれば、器具の溝の向きを含む器具の形状は、溝が治療の終了時に平坦な基準面において位置合せされるように選択される。さらに、通常平坦な基準面にある全体が湾曲した形状を有する弾性アーチワイヤが選択される。

アーチワイヤは、歯列矯正治療の開始時にストレートワイヤ器具の溝に配置されると、患者の不正咬合にしたがって器具毎に上方にまたは下方に撓むことが多い。しかしながら、アーチワイヤは、その弾性により、平坦な基準面にあるその通常湾曲した形状に戻る傾向がある。アーチワイヤが平坦な基準面に向かって移動するに従い、取り付けられた歯は、それに対応して、位置合せされた審美的に満足のいく配列に向かって移動する。

医師が、ストレートワイヤ器具を使用して、各ブラケットを対応する歯の厳密に適当な位置に固定することが重要であることを理解されたい。たとえばブラケットが歯の表面において咬合方向に高すぎる位置に配置される場合、アーチワイヤは、治療の終了時に、歯冠を歯肉（歯ぐき）に近すぎる位置に配置する傾向がある。別の例として、ブラケットが近心方向かまたは遠心方向において歯の中心の一方の側に配置される場合、結果としての歯の向きは、その長軸を中心に過度に回転する向きになる可能性が高い。

ブラケットを患者の歯に対して位置決めし接着するプロセスには、相当な注意が必要であり、かつ医師は夫々の歯におけるブラケットの適当な位置を視覚的に確定する必要がある。医師は、定規、分度器および鉛筆を使用して患者の歯の印象から作製された石膏型の特徴を測定しマークすることによってブラケット位置を確定することが多い。このプロセスは、精密に行うことが困難であることが多く、本質的に主観的である可能性がある。したがって、医師が、歯の正しい位置にブラケットが正確に配置されているのを確実にすることは困難であることが多い。

一般に、本発明は、歯列矯正診断及び治療において医師を支援する技法に関する。より詳細には、患者の歯列弓の３次元（３Ｄ）表現をモデル化し示す環境を提供するシステムについて述べる。このシステムと対話することにより、歯列矯正医師は、歯列弓の３Ｄ表現を視覚化することができ、かつ「仮想」歯列矯正器具をモデル化された歯列弓に対して正確に位置決めすることができる。たとえば、歯列矯正医師は、このシステムと対話することにより、モデル化された歯列弓内の１つまたは複数の歯の上にブラケットを位置決めすることができる。

本明細書で詳細に説明するように、本システムは、医師がブラケットをそれらの夫々の歯に対して配置し調整するのを視覚的に支援するために、３Ｄ環境内に平面ガイドを提示する。実際には、平面ガイドは、目下位置決めされまたは調整されているブラケットに関連する座標系において位置が特定される。その結果、システムは、医師が３Ｄ環境内でブラケットを歯に対して移動させるに従い、平面ガイドを自動的に移動させる。したがって、平面ガイドは、ブラケットが配置されている歯に対するブラケットの位置の優れた視覚的指示を提供する。

各平面ガイドを、３Ｄ環境内の半透明２次元平面として視覚的に表現してもよい。この特性は、医師が平面ガイドと歯の表面との間の接触を達成するのを支援し、それにより、医師が平面ガイドに関連するブラケットを配置するのを支援する。たとえば、平面ガイドは、医師が、３Ｄ環境内で平面ガイドと他の物体、たとえば歯の表面との間の距離を視覚的に判断するのを支援することができる。さらに、平面ガイドは、医師が、２次元平面を貫通している可能性のある歯の任意の部分を視覚化するのを支援する。

本システムは、１つまたは複数のタイプの平面ガイドを表示する能力を有するようにしてもよい。たとえば、２つのタイプの平面ガイドには、（１）近心平面ガイドと（２）遠心平面ガイドとがある。これらの２つの平面ガイドは、配置されているブラケットの正中矢状面に対して平行でありかつ任意にその面から等距離であるようにレンダリングされる。第３のタイプの平面ガイドは、ブラケットの正中横断（ｍｉｄｌａｔｅｒａｌ）面または溝に対して平行でありかつ歯の咬合面に近接してレンダリングされる咬合側平面ガイドである。第４のタイプの平面ガイドは、ブラケットの正中横断面または溝に対して平行でありかつ歯の歯肉側縁に近接する歯肉側平面ガイドである。

これらの平面ガイドのうちの２つ以上を使用することにより、医師は、歯を効果的に「フレーミング」することによって歯の上でブラケットを正確に位置決めし方向付けすることができる。たとえば、医師は、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドを歯の認識される正中矢状面に対して平行であるように位置合せすることにより、または咬合側平面ガイドを歯列弓の所望の咬合面に位置合せすることにより、ブラケットを歯に位置合せすることができる。

別の例示的なタイプの平面ガイドは、配置されているブラケットの正中横断面に対して平行にレンダリングされる正中横断平面ガイドである。同様に、ブラケットの正中前額（ｍｉｄｆｒｏｎｔａｌ）面に対して平行に正中前額平面ガイドをレンダリングしてもよく、ブラケットの正中矢状面に対して平行に正中矢状平面ガイドをレンダリングしてもよい。しかしながら、正中横断平面ガイド、正中前額平面ガイドおよび正中矢状平面ガイドは、歯を「フレーミングする」ために使用するのではなく、歯を切開しその歯の断面を視覚化するのに有用である場合もある。

一実施形態では、本発明は、３次元（３Ｄ）環境内で歯列弓のデジタル表現をレンダリングするステップと、医師が歯列弓に対して歯列矯正器具を配置するのを視覚的に支援するものとして３Ｄ環境内に平面ガイドを表示するステップと、を含む方法に関する。

別の実施形態では、本発明は、コンピューティング装置と、３次元（３Ｄ）環境を提供するためにコンピューティング装置で実行するモデリングソフトウェアと、を備えるシステムに関する。モデリングソフトウェアは、３Ｄ環境内で歯列弓のデジタル表現をレンダリングするレンダリングエンジンと、医師が歯列弓に対して歯列矯正器具を配置するのを視覚的に支援するものとして３Ｄ環境内に平面ガイドを表示するユーザインタフェースと、を備える。

別の実施形態では、本発明は、命令を含むコンピュータ読取可能媒体に関する。これら命令により、プログラマバルプロセッサが、３次元（３Ｄ）環境内で歯のデジタル表現をレンダリングし、医師が歯に対して歯列矯正器具を配置するのを視覚的に支援するものとして３Ｄ環境内に平面ガイドを表示することができる。

本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、添付図面および以下の説明に示されている。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明および図面から、かつ特許請求の範囲から明らかとなろう。

図１は、例示的なコンピュータ環境２を示すブロック図であり、ここでは、クライアントコンピューティング装置４が、患者６の歯列弓の３次元（３Ｄ）表現をモデル化する環境を提示する。歯列矯正医師８は、クライアントコンピュータ装置４で実行する、歯列弓の３Ｄ表現を視覚化しかつモデル化された歯列弓内で個々の歯に対し「仮想」ブラケットを正確に位置決めするモデリングソフトウェアと対話する。

歯列弓の３Ｄ表現を、最初に、患者６の歯の物理的な印象をデジタルでスキャンすることによって生成してもよい。あるいは、患者６の歯から直接３Ｄデジタル表現を生成するために、医師８が口内スキャナを使用してもよい。医師８は、モデリングソフトウェアと対話することにより、歯の３Ｄデジタル表現を見て各歯の上の夫々のブラケットが配置されるべき位置を選択する。このプロセス中、モデリングソフトウェアは、３Ｄ環境内で各ブラケットを別々のオブジェクトとして操作し、３Ｄ空間内で、ブラケットの夫々の歯に関連する座標系に対する各ブラケットの位置を固定する。したがって、医師８は、３Ｄ環境内においてその夫々の歯に対する各ブラケットを独立して見て正確に位置を特定することができる。

本明細書で詳細に説明するように、モデリングソフトウェアは、医師８が３Ｄ環境内においてブラケットをそれらの夫々の歯に対して配置し調整するのを視覚的に支援する平面ガイドを提示する。各平面ガイドを、半透明２次元平面として視覚的に表現してもよい。モデリングソフトウェアは、３Ｄ環境内で、医師８によって目下位置決めされているかまたは調整されているブラケットに関連する座標系に基づいて平面ガイドを生成する。その結果、モデリングソフトウェアは、医師が歯に対してブラケットを調整する際に平面ガイドの３Ｄ位置および向きを自動的に調整する。したがって、平面ガイドは、ブラケットが配置されている歯に対するブラケットの位置の優れた視覚的指示を提供する。

医師８がブラケットを配置し自身の承認を示すと、クライアントコンピューティング装置４は、ネットワーク１４を介してブラケット配置位置を製造施設１２に通信する。これに応じて、製造施設は、患者６の歯にブラケットを物理的に配置するために使用されるインダイレクトボンディングトレー１６を作成する。言い換えれば、製造施設１２は、クライアントコンピューティング装置４によって提示される３Ｄ環境内において医師８によって選択されたブラケット配置位置に基づいて、インダイレクトボンディングトレー１６を製作する。製造施設１２は、たとえば、インダイレクトボンディングトレー１６を形成するために医師８によって選択される従来の市販のブラケットを使用してもよい。製造施設１２は、従来のインダイレクトボンディング手続きにおいてブラケットを患者６の歯に配置する際に使用されるように、医師８に対しインダイレクトボンディングトレー１６を送る。

あるいは、クライアントコンピューティング装置４は、ブラケット配置位置を製造施設１２に転送する必要はない。クライアントコンピューティング装置４は、代りに、医師８が患者６の歯に対しブラケットを手で位置決めするのを支援するために、各ブラケットに対して関連する距離および角度を出力、たとえば表示または印刷してもよい。

図２は、クライアントコンピューティング装置４の一例としての実施形態をさらに詳細に示すブロック図である。図示する実施形態では、クライアントコンピューティング装置４は、モデリングソフトウェア２０に対する動作環境を提供する。上述したように、モデリングソフトウェア２０は、患者６（図１）の歯の３Ｄ表現をモデル化し示すためのモデリング環境を提示する。図示する実施形態では、モデリングソフトウェア２０は、ユーザインタフェース２２と、ガイド制御モジュール２４と、レンダリングエンジン２６と、を含む。

ユーザインタフェース２２は、ブラケットおよび平面ガイドの３Ｄ表現とともに患者の歯の３Ｄ表現を視覚的に表示するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を提供する。さらに、ユーザインタフェース２２は、たとえばキーボードおよびポインティングデバイスを介して、ブラケットを操作しかつモデル化された歯列弓内の夫々の歯にブラケットを配置するために、医師８からの入力を受け取るインタフェースを提供する。

モデリングソフトウェア２０は、データベース３０と対話することにより、ブラケットデータ３２、３Ｄデータ３４、患者データ３６、配置規則４０および平面ガイドデータ４２等の種々のデータにアクセスする。データベース３０を、データ格納ファイル、ルックアップテーブル、または１つまたは複数のデータベースサーバで実行しているデータベース管理システム（ＤＢＭＳ）を含む種々の形態で表現してもよい。データベース管理システムは、リレーショナル（ＲＤＢＭＳ）、階層（ＨＤＢＭＳ）、多次元（ＭＤＢＭＳ）、オブジェクト指向（ＯＤＢＭＳまたはＯＯＤＢＭＳ）またはオブジェクトリレーショナル（ＯＲＤＢＭＳ）データベース管理システムであってもよい。データを、たとえば、マイクロソフト・コーポレーション（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製のＳＱＬサーバ等の単一リレーショナルデータベース内に格納してもよい。クライアントコンピュータ装置４に対してローカルであるように図示するが、データベース３０をクライアントコンピューティング装置から離れて配置してもよく、公衆ネットワークまたは私設ネットワーク、たとえばネットワーク１４を介してクライアントコンピューティング装置に結合してもよい。

ブラケットデータ３２は、医師８によって選択され３Ｄモデリング環境内で位置決めされ得る市販のブラケットのセットについて記述する。たとえば、ブラケットデータ３２は、寸法、溝の位置および特徴、トルク角、角部分および他の属性等、市販のブラケットに対する種々の属性を格納してもよい。ユーザインタフェース２２は、メニュー駆動インタフェースを提供し、それによって医師８は、患者６に対する処方を定義するために使用するブラケットのタイプを選択する。

患者データ３６は、医師８に関連する１人または複数の患者、たとえば患者６の組について記述する。たとえば、患者データ３６は、各患者について、名前、生年月日および歯の治療履歴等、一般的な情報を指定する。さらに、患者データ３６は、医師８が患者の各々に使用するために選択したブラケットのタイプを含む、患者の各々に対して指定された現処方を指定する。

平面ガイドデータ４２は、医師８が選択されたブラケットを正確に位置決めし方向付けするのを支援するために、医師８によって選択的に使用される可能性のある種々の平面ガイドを指定する。たとえば、医師８は、ブラケットが配置されている歯に関連する１つまたは複数の平面ガイドを使用するように決めてもよい。医師８によって選択される可能性のある２つのタイプの例示的な平面ガイドには、（１）近心平面ガイドと、（２）遠心平面ガイドと、がある。これら２つの平面ガイドは、配置されているブラケットの正中矢状面に対して平行でありかつ任意に等距離であるようにレンダリングされる。第３のタイプの平面ガイドは、ブラケットの正中横断面または溝に対して平行でありかつ歯の咬合面に近接しているようにレンダリングされる咬合側平面ガイドである。第４のタイプの平面ガイドは、ブラケットの正中横断面に対して平行でありかつ歯の歯肉側縁に近接しているようにレンダリングされる歯肉側平面ガイドである。

これら平面ガイドのうちの２つ以上を使用することにより、医師８は、歯を効果的に「フレーミング（ｆｒａｍｉｎｇ）」することによってブラケットを歯の上で正確に位置決めし方向付けることができる。たとえば、医師８は、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドを歯の認識される正中矢状面に対して平行に位置合せすることにより、または咬合側平面ガイドを歯列弓の所望の咬合面に位置合せすることにより、ブラケットを歯に位置合せすることができる。

別の例示的なタイプの平面ガイドは、配置されているブラケットの正中横断面に対して平行にレンダリングされる正中横断平面ガイドである。同様に、ブラケットの正中前額面に対して平行に正中前額平面ガイドをレンダリングしてもよく、ブラケットの正中矢状面内に正中矢状平面ガイドをレンダリングしてもよい。しかしながら、正中横断平面ガイド、正中前額平面ガイドおよび正中矢状平面ガイドは、歯を「フレーミング」するために使用されるのではなく、歯を切開し、歯の断面を視覚化するために有用である場合もある。歯の正中矢状面と歯の表面との交差部分は、歯列矯正業界において臨床的歯冠の面軸（Ｆａｃｉａｌ Ａｘｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｃｒｏｗｎ）（ＦＡＣＣ）として一般に知られる湾曲線を形成する。医師８がこの解剖学的特徴を特定しまたは視覚化するのを支援するために、正中矢状平面ガイドを使用することができる。さらに、ＦＡＣＣと正中横断面との交差部分は、面軸点（Ｆａｃｉａｌ Ａｘｉｓ Ｐｏｉｎｔ）若しくはＦＡ点として一般に知られる点を形成する。このように、正中矢状平面ガイドと正中横断平面ガイドとはともに医師８がＦＡ点を特定するのを支援することができる。したがって、医師８は、正中横断平面ガイド、正中前額平面ガイドおよび正中矢状平面ガイドを利用することにより、器具の咬合・歯肉軸が正中矢状面またはＦＡＣＣと位置合せされ、かつ器具の基部の中心がＦＡ点の上に配置されるように、歯の上に歯列矯正器具をより容易に配置することができる。

このように、平面ガイドデータ２４は、医師８が、歯の解剖学的特徴に従って、所望の結果を達成するために処方に必要であることが多い適当な器具配置を達成するのを支援することができる、種々の平面ガイドを規定する。なお、医師８が適当な器具配置を達成するのを支援するために使用してもよい特定の１つまたは複数の平面ガイドに係らず、歯のいくつかの平面特徴はそれらの解剖学に固有であるとみなされることが多い。その結果、これらの特徴に関する器具の配置は、本質的に主観的である可能性がある。したがって、視覚的基準およびフィードバック手段として平面ガイドを適用することは、医師８がこれらの固有の解剖学的特徴を特定するのに役立つ。したがって、本明細書において歯列矯正器具に固有のいくつかの平面に対して平行であると説明する平面ガイドは、医師８が上述したもののような適当であると考えられる方法で器具を歯の上に配置しまたは調整した時に、器具が配置される歯の解剖学に固有であるそれらの夫々の平面に対して平行になる。

平面ガイドデータ４２は、平面ガイドの利用可能なタイプを定義することに加えて、異なるタイプの平面ガイドに対する属性を格納する。特に、平面ガイドデータ４２は、その定義内に異なるタイプのブラケットまたは歯列内の歯に関して平面ガイドの各タイプに対する属性を格納してもよい。例示的な属性には、歯または他の平面ガイドに対する定義された初期位置および距離、グリッドラインが使用可能であること、せん断角度、スケールおよび他の属性がある。

ガイド制御モジュール２４は、医師８によって使用可能とされる平面ガイドの各タイプに対し３Ｄデータ３４を用いてそれぞれのオブジェクトを作成する。一実施形態では、ガイド制御モジュール２４は、各平面ガイドに対し１×１単位四角形オブジェクトを含む３Ｄデータ３４を生成し、オブジェクトが複数の形式のうちの１つ、たとえば半透明で表示されるようにオブジェクトの属性を定義する。ガイド制御モジュール２４は、平面ガイドを他の形式で表示してもよい。たとえば、ガイド制御モジュール２４は、異なるタイプの平面ガイドを、互いと及び患者の歯と対照して目立つように異なる色で表示してもよい。ガイド制御モジュール２４は、医師８からの入力に基づいて各平面ガイドの色または透明度を調整してもよく、医師からの入力に基づいて平面ガイドを不透明にまたは不可視にレンダリングしてもよい。別のオプションとして、ガイド制御モジュール２４は、平面ガイドを、平面を全体としてレンダリングするのではなく、平面を表す一連の線（たとえば破線または実践）を含む部分的平面として生成してもよい。

一実施形態では、ガイド制御モジュール２４は、１つまたは複数の寸法での不連続な間隔で配置され、各間隔が測定値の単位全体または部分的な単位に等しい、視覚的基準マーカを含むように平面ガイドを生成する。たとえば、ガイド制御モジュール２４は、平面ガイドのうちの１つまたは複数に半透明線の直線グリッドを含むように平面ガイドを生成してもよい。グリッドを、医師８による視覚的測定を可能にするように、規則的で不連続な間隔、たとえばミリメートル毎にレンダリングしてもよい。たとえば、平面ガイドのタイプに応じて、医師８は、グリッドを利用して、歯、ブラケットと歯の周縁のさまざまな点との間の距離、ブラケットと平面ガイドとの間の距離等を視覚的に測定してもよい。

視覚的基準マーカの他の例には、こうした不連続な間隔で配置される点、十字線、チックマーク、円盤、四角形、球がある。かかるマーカは、レンダリングされた平面ガイドの平面に限定されない。たとえば、ガイド制御モジュール２４は、平面ガイドによって境界が画されるボリュームを通して立方体の角にマーカを生成してもよい。かかるマーカに対し、関連する測定単位を用いて注釈を付してもよい。

一実施形態では、ガイド制御モジュール２４は、歯または検査の他の対象の表面が平面ガイドを貫通するかまたはそれに近接して位置する場合に、等高線（ｃｏｎｔｏｕｒ ｌｉｎｅ）を含むように平面ガイドを生成する。これら等高線は、平面ガイドに対する歯または対象の特徴の一定の距離の範囲すなわち標高（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）を示す。このため、平面ガイドは、平面に対する特徴の近接性の大きさを示す「地図」となる。距離または標高を視覚的に示すために、ガイド制御モジュール２４は、各等高線を、関連する距離を定義する凡例に従って色、グレイスケールまたは中断線（破線または点線）パターンでレンダリングしてもよい。医師８は、歯の近接性を視覚的に測定するためにシーンの視点の向きを変えることが困難であるかまたは望ましくない場合に、この特徴を利用して、たとえば平面ガイドに対する歯の近接性を測定することができる。その結果、この特徴により、医師８は、視点を繰り返し変更することなく、歯列弓の概して咬合側のまたは歯肉側のビューを維持しながら、ブラケットを位置決めし方向付けることができる。さらに、この特徴を使用して、咬合面に対する歯の個々の咬頭および窩の近接性を示す「咬合地図」を形成することも可能である。したがって、等高線は、ブラケットの位置および向きがそれらの夫々の歯に対して調整される際に最終咬合モードにおいてリアルタイムに視覚的フィードバックを提供することができ、これによって医師８は、所望の機能的な咬合を達成するようにブラケットの位置および向きを設定することができる。

３Ｄ環境内で各平面ガイドオブジェクトを作成した後、ガイド制御モジュール２４は、各平面ガイドに対して３Ｄ変換を適用する。たとえば、３Ｄ変換は、平面ガイドが関連する歯または歯列弓に対して適当なサイズであるように、平面ガイドに関連するオブジェクトをスケーリングする。３Ｄ変換は、たとえば、平面ガイドを、その寸法が歯の寸法に近似するようにスケーリングしてもよい。

さらに、３Ｄ変換は、目下配置されているブラケットに関連する先端または角部分に基づくせん断係数に従って平面ガイドをせん断してもよい。たとえば、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドのせん断角度を、アーチワイヤスロットに関連するようにブラケットの咬合・歯肉軸に一致するように設定してもよい。このように、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドは、ブラケットが互いに対してかつブラケットの咬合・歯肉軸に対して平行である縁を示すように設計された場合、夫々ブラケットの近心縁および遠心縁に視覚的に位置合せされる。あるいは、または近心ブラケット縁および遠心ブラケット縁と視覚的に位置合せすることに加えて、ブラケットが同様の位置合せ目的のためにその中線に沿って走る咬合・歯肉溝を示す場合、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドのせん断角度を、アーチワイヤに関連するように咬合・歯肉溝に一致するように設定してもよい。

このように、ガイド制御モジュール２４は、平面ガイドデータ４２に基づいて３Ｄ環境を用いて平面ガイドの位置および向きを制御する。さらに、ガイド制御モジュール２４はさらに、医師８が配置規則４０を満足するように各ブラケットを視覚的に配置し方向付けるのを支援するように、平面ガイドの位置および向きを制御してもよい。配置規則４０は、たとえば、市販のブラケットに対して業界規定配置規則を指定してもよい。さらに、配置規則４０は、医師８によって指定されるユーザ定義規則またはブラケット配置を制御する他の規則を含んでもよい。

たとえば、いくつかの市販のブラケットに対する１つの規則は、ブラケットの中心線または長手方向軸が、歯のＦＡＣＣに位置合せされ、上述したように歯の正中矢状面にある、というものである。この規則に従うのを容易にするために、一実施形態では、ガイド制御モジュール２４は、遠心平面ガイドおよび近心平面ガイドの位置および向きを、目下配置されているブラケットの正中矢状面に対して平行でありかつブラケットの中心線から等距離で間隔を空けるように自動的に制御する。医師８がブラケットを調整し方向付けると、ガイド制御モジュール２４は、遠心平面ガイドおよび近心平面ガイドを自動的に更新する。このように、遠心平面ガイドおよび近心平面ガイドと、歯の近心面および遠心面に対するそれらの相対距離とは、医師８が、この規則に従って歯の正中矢状面に対してブラケットを位置決めするのを支援する。

歯が異なると近遠心幅が異なるため、平面ガイドデータ４２は、近心平面ガイドと遠心平面ガイドとの間の初期距離を確定するのに使用するために各タイプの歯の幅に対して統計的標準距離を格納してもよい。ユーザインタフェース２２によって、医師８は、平面ガイドデータ４２を、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドの一方または両方を偏らせるように調整することができ、それにより医師は、目下歯の近心縁および遠心縁から等距離にあるものとして歯の正中矢状面をより正確に特定することができる。医師８が各歯に対する近心平面ガイドと遠心平面ガイドとの間の距離を調整すると、ガイド制御モジュール２４は、平面ガイドデータ４２を自動的に更新する。近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドの一方または両方を並進させるかかる偏りをもたらすことができることは、歯がその窩で回転しその表面の一部が別の歯によって近心縁または遠心縁のいずれかの近くで覆われる場合（これは、ブラケットが１つまたは複数の商用規則に従って配置されるのを妨げる可能性がある）に有用である可能性がある。

近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドは、必ずしも咬合側平面ガイドに垂直である必要はない。たとえば、ガイド制御モジュール２４は、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドを、ブラケットの長手方向軸に対して平行な夫々のブラケットの正中矢状面に対して平行に方向付けてもよい。その結果、歯に対して選択されたブラケットに固有の角部分または先端は、患者６の歯列弓の咬合面に対して垂直な面とブラケットの正中矢状面との間のずれの角度に反映される。かかる角部分または先端は、選択されたブラケットの固有の角度において同様に反映される。各歯に対して選択されたブラケットの角部分が平面ガイドの間の角度に反映されるようにすることにより、医師８は、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドを歯の認識された正中矢状面に位置合せすることにより、または咬合側平面ガイドを歯列弓の所望の咬合面と位置合せすることにより、ブラケットを歯に位置合せすることができる。

別の例示的な業界定義配置規則は、ブラケットの基部の中心が、歯のＦＡＣＣ上の、ＦＡＣＣの咬合側縁または最も咬合側の点および歯冠の歯肉側縁から等距離に配置されるという要件である。上述したようにこの位置はまた、面軸点（ＦＡ点）としても知られている。この規則に従うのを容易にするために、一実施形態では、ガイド制御モジュール２４は、咬合側平面ガイドとともに歯肉側平面ガイドを自動的に制御して、近心平面ガイドおよび遠心平面ガイドに関して上述した方法と同様に歯を「フレーミング」する。このように、医師８は、歯肉側縁と咬合側縁との中間のＦＡ点をより容易に特定することができる。

別の例として、医師８は、ブラケットを、ＦＡ点ではなくＦＡＣＣ上の咬合側縁または最も咬合側の点から一定の距離に配置したい場合がある。したがって、医師８は、ガイド制御モジュール２４に対し、咬合側平面ガイドを、ブラケットの基部の中心または歯の上の意図されたブラケット位置から定義された距離において、歯の正中横断面に対して平行に配置するように指示するように、配置規則４０のうちの１つを規定してもよい。医師８は、その定義において、歯列における異なるタイプの歯に対し、異なるタイプのブラケットに対し、またはその両方に対し、異なる初期配置距離に対する規則を規定してもよい。任意に、規則は、医師８によって選択される器具の特定のタイプまたは処方に関連する既知の規則に全体として基づいてもよくまたは部分的に基づいてもよい。

レンダリングエンジン２６は、３Ｄデータ３４にアクセスしレンダリングすることにより、ユーザインタフェース２２によって医師８に提示される３Ｄビューを生成する。より詳細には、３Ｄデータ３４は、３Ｄ環境内で各歯、ブラケットおよび平面ガイドを表す３Ｄオブジェクトを定義する情報を含む。レンダリングエンジン２６は、各オブジェクトを処理して、３Ｄ環境内の医師８の視点に基づいて３Ｄ三角メッシュをレンダリングする。ユーザインタフェース２２は、医師８に対してレンダリングされた３Ｄ三角メッシュを表示し、医師が３Ｄ環境内で視点を変更しオブジェクトを操作することができるようにする。

医師８の視点または観点が、歯または他の物体の特徴からの視線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）が視点までの経路において２つ以上の平面ガイドを通過するようなものである場合、レンダリングエンジン２６は、各視線に関連するビュー平面上の結果としてのピクセル値を計算する。レンダリング方法の適用または選択は、選択された平面ガイドの色とともに、医師８に対して、いずれの平面ガイドが医師の視線にあるか、かつどの相対向きにあるかを示すために有用であり得る。例示的な方式は、たとえば、加法混色モデルかまたは減法混色モデルを実施してもよい。減法混色モデルでは、平面ガイドは、一定の色で着色またはコーティングされるアセテートフィルム等、光フィルタ材料の物理的なシートをシミュレートする傾向にある。光が各フィルムを通過する際、フィルムの色以外のすべての色がスペクトルから除去される。したがって、２つ以上の原色のフィルムは、オーバラップが発生するそれらの視線にあるピクセルが、黒でない場合は比較的暗くなるように、光のすべてをフィルタリングすることができる。しかしながら、方式を、環境、散乱または他の光源の何パーセントかを通過させるように調整してもよい。加法混色モデルでは、フィルムは、むしろそれらが表す色のスペクトルに対する寄与因子として扱われる。したがって、オーバラップするフィルムは、単一フィルムより広い色のスペクトルを通過させる。一例は、赤、緑および青のフィルタを通過する視線であり、シーンで発生している光が、白い歯から反射する光等、白色であるとすると、ビュー平面上のそれらの夫々のピクセルは白とレンダリングされることになる。このように、医師８によって平面ガイドの色が注意深く選択され、かつレンダリングエンジン２６を調整することにより、医師が、医師の視点および位置、平面ガイドならびに対象を含む３Ｄ環境におけるオブジェクトの相対的な位置および向きを確定することを、より容易に行うことができるようになる。

図３は、クライアントコンピュータ装置４で実行しているモデリングソフトウェア２０の一例としての動作を示すフローチャートである。より詳細には、図３のフローチャートは、医師８が歯列矯正器具、たとえばブラケットを位置決めして方向付けする時に視覚的支援として３Ｄ環境内で平面ガイドを制御し表示する際のモデリングソフトウェア２０の動作を示す。

最初に、モデリングソフトウェア２０は、医師８から入力を受け取り、その入力に基づいて、患者６に対する処方のために使用される一組の市販のブラケットを選択する（５０）。ブラケットを３Ｄ環境内に配置するために、モデリングソフトウェア２０はまず、医師８から、モデル化された歯列弓内の歯のうちの１つを選択する入力を受け取る（５２）。選択された歯にまだブラケットが配置されていない場合、医師８はモデリングソフトウェア２０と対話して初期ブラケット位置を選択する（５６）。たとえば、医師８は、ポインティングデバイス、たとえばマウスを用いて歯の初期位置に単にクリックしてもよい。あるいは、モデリングソフトウェア２０は、配置規則４０、たとえば業界定義配置規則または医師８が最初にブラケットの位置を特定するために指定したユーザ定義規則に基づいて、初期ブラケット位置を自動的に選択してもよい。

この初期位置に基づいて、モデリングソフトウェア２０は、３Ｄ環境内においてブラケットを配置し、配置されているブラケットに関連する座標系を使用して１つまたは複数の平面ガイドをレンダリングする（５８）。歯に関してブラケットの位置または向きを調整する医師８からの入力に応じて（６０）、モデリングソフトウェア２０は、ブラケットおよび任意の関連する平面ガイドの位置および向きを自動的に更新する（６２）。

医師８は、各ブラケットの位置および向きに満足するまで、この、歯を選択し平面ガイドを用いてブラケットを歯の上に配置しかつ調整するプロセスを繰り返す。医師８から承認を受け取ると（６４）、モデリングソフトウェア２０は、製造施設１２に対し、医師８によって選択されたブラケットの位置および向きに基づいてインダイレクトボンディングトレー１６を製作させるために３Ｄデータ３４を通信する（６６）。

図４〜図１０は、モデリングソフトウェア２０によって提示される例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を示す表示図である。たとえば、図４は、例示的なユーザインタフェース７０を示す。図示する実施形態では、ユーザインタフェース７０は、メニュー入力エリア７２を含み、これによってユーザ、たとえば医師８は、患者６の電子処方にアクセスする。

ユーザインタフェース７０はさらに、患者６の歯の３Ｄレンダリング表現を提示する表示エリア７４を含む。この例では、表示エリア７４は、患者６の不正咬合歯列弓の仮想化された正面ビューを提示する。ユーザインタフェース７０は、選択メカニズム７６を提供し、これによって医師８は、表示エリア７４内のブラケットの位置決めを支援する平面ガイドのレンダリングおよび表示を選択的に可能および不能にすることができる。

図５は、モデリングソフトウェア２０が表示エリア７４を３つの表示領域８７Ａ、８７Ｂおよび８７Ｃを有するブラケットビューモードにする例示的な実施形態を示す。この例では、医師８は、不正咬合歯列弓内の歯８２上にブラケット８０を配置している。表示領域８７Ａは、歯８２の拡大された斜めのビューを提供し、表示領域８７Ｃは、歯の拡大表示されたすなわち「クローズアップ」ビューを提供する。表示領域８７Ｂは、歯８２の咬合側ビューを提供する。

さらに、モデリングソフトウェア２０は、表示領域８７Ａ〜８７Ｃの各々の中に遠心平面ガイド８４、近心平面ガイド８６および咬合側平面ガイド８８をレンダリングしかつ表示しており、それにより医師８は、歯８２を有効にフレーミングしブラケット８０をより容易に位置決めすることができる。この例では、遠心平面ガイド８４によって、医師８は、遠心平面ガイドを貫通する歯８２の遠心縁の一部８５を容易に特定することができる。同様に、咬合側平面ガイド８８によって、医師８は、咬合側平面ガイドを貫通する歯８２の咬合面の一部８７を容易に特定することができる。

図６は、表示エリア７４が、遠心平面ガイド８４、近心平面ガイド８６および咬合側平面ガイド８８を含む不正咬合歯列弓の咬合側ビューを提供する例示的な実施形態を示す。

図７は、表示エリア７４が、歯肉のない最終咬合における歯列弓の正面ビューを提供する例示的な実施形態を示す。言い換えれば、モデリングソフトウェア２０は、医師８によって選択されたブラケットおよびブラケット位置に基づいて治療後形態での歯列弓を表示する。図示するように、表示エリア７４は、咬合側歯列弓に対する遠心平面ガイド８４と、近心平面ガイド８６と、咬合側平面ガイド８８と、を提示する。

図８は、表示エリア７４が咬合側歯列弓の斜めのビューを提供し、かつ医師８を支援するために最終咬合面９０を表示する例示的な実施形態を示す。咬合面９０によって、医師８は、咬合面９０に対する治療後の歯の位置の位置合せを視覚的に評価することができる。この例では、医師８はまた、ある歯が咬合面９０を貫通する程度を視覚的に評価することも可能である。あるいは、咬合面９０を、治療前すなわち不正咬合歯列弓とともにレンダリングすることにより、咬合面９０に対する治療前すなわち不正咬合の歯の位置の位置合せを視覚的に評価してもよい。

図９は、表示エリア７４が、最終咬合面９０を含む咬合歯列弓の歯肉ビューを提供する例示的な実施形態を示す。

図１０は、表示エリア７４が、咬合歯列弓の斜めのビューを提供する例示的な実施形態を示す。この実施形態では、表示エリア７４は、歯９４の正中横断面内にレンダリングされる正中横断平面ガイド９２を提示する。さらに、表示エリア７４は、歯９４の正中前額面に対して平行であるようにレンダリングされる正中前額平面ガイド９６と、歯９４の正中矢状面内にレンダリングされる正中矢状平面ガイド９８と、を提示する。

例示の目的で、本明細書で説明した技法は、医師が歯列矯正ブラケットの位置決めおよび方向付けするのを支援することに関して説明した。しかしながら、本技法を、歯列弓の歯または他の領域に対して他のタイプの歯列矯正器具を位置決めし方向付けすることに容易に適用することができる。たとえば、本技法を、医師が、バッカルチューブ、ボタン、シース、アーチワイヤおよび他の歯列矯正器具等、多種多様の器具を配置し、位置決めし、形成しまたは設計するのを支援するために、容易に使用することができる。したがって、歯列矯正器具という用語は、本明細書では一般的に、歯およびそれらの支持構造に対して力を加えることにより互いの関係を変化させかつそれらの成長および発達を制御する、歯に固定されるかまたは着脱可能である装置を言うために使用する。

さらに、説明した技法を、個々の歯の解剖学的構造に対しまたは歯列全体に対し平面ガイドを適用するために利用してもよい。歯列全体の場合、咬合面は、患者の口の正中横断面に類似する。口はまた正中前額面および正中矢状面も有するため、これらのタイプの平面ガイドは、患者の歯列弓の形態を確定することを含む患者の不正咬合の全般的な診断を支援することができる。同様に、これらの平面ガイドを、標準アーチワイヤ形態の変更またはカスタムアーチワイヤの設計における視覚的基準として使用することができる。さらに、かかる平面ガイドを、頭蓋顔面の不整合または周囲の頭蓋顔面構造に対する患者の歯列の位置合せの診断により一般的に適用することができる。他の適用には、限定されないが、歯列矯正治療で使用される周囲のヘッドギアまたは他のかかる器具のコンピュータ支援取付け、調整または設計がある。

本発明のさまざまな実施態様および実施形態について説明した。それでもなお、本発明から逸脱することなくさまざまな変更を行うことができるということが理解される。これらおよび他の実施形態は以下の特許請求の範囲内にある。

クライアントコンピューティング装置が、３次元（３Ｄ）環境で１つまたは複数の平面ガイドを提示することにより医師が歯列弓上で歯列矯正器具を位置決めし方向付けるのを支援する、例示的なコンピュータ環境を示すブロック図である。 図１のクライアントコンピューティング装置の一例としての実施形態をさらに詳細に示すブロック図である。 クライアントコンピュータ装置で実行するモデリングソフトウェアの例示的な動作を示すフローチャートである。 モデリングソフトウェアによって提示される例示的なユーザインタフェースの表示図である。 モデリングソフトウェアによって提示される例示的なユーザインタフェースの表示図である。 モデリングソフトウェアによって提示される例示的なユーザインタフェースの表示図である。 モデリングソフトウェアによって提示される例示的なユーザインタフェースの表示図である。 モデリングソフトウェアによって提示される例示的なユーザインタフェースの表示図である。 モデリングソフトウェアによって提示される例示的なユーザインタフェースの表示図である。 モデリングソフトウェアによって提示される例示的なユーザインタフェースの表示図である。

Claims (2)

1. システムの動作を制御する方法であって、
   前記システムにより提示される３次元（３Ｄ）環境内で歯列弓のデジタル表現をレンダリングするステップと、
   該３Ｄ環境内に平面ガイドを表示するステップとを含み、
   前記平面ガイドは歯列矯正器具と関連する座標系において表示される半透明な２次元平面を有し、
   前記平面ガイドを表示するステップは、前記歯列矯正器具の位置に基づいて前記平面ガイドをレンダリングするステップを含むことを特徴とする方法。
2. コンピューティング装置と、
   該コンピューティング装置で実行するモデリングソフトウェアであって、
   前記コンピューティング装置により提示される３次元（３Ｄ）環境内で歯列弓のデジタル表現をレンダリングするレンダリングエンジンと、
   医師が該歯列弓に対して歯列矯正器具を配置するのを視覚的に支援するものとして該３Ｄ環境内に平面ガイドを表示するユーザインタフェースと、
   を含むモデリングソフトウェアと、
   を具備し、
   前記平面ガイドは前記歯列矯正器具と関連する座標系において表示される半透明な２次元平面を有し、
   前記レンダリングエンジンは、前記歯列矯正器具の位置に基づいて前記平面ガイドをレンダリングすることを特徴とするシステム。

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