JP5859679B2 - 骨切り術用手術ガイドの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、外科用インプラントの位置決めの分野に関し、さらに詳細には、顎骨内にインプラントを配置するための穿孔用のサージカルガイドに関する。

歯科インプラントを使って、欠損歯または著しく損害を受けた歯を置き換えることができる。歯科インプラントを確実に骨組織中に取り付けるために、患者の下顎骨または顎骨中に孔があけられる。人工歯を保持するインプラント部分は、通常、チタンまたはチタン合金から作られており、患者の骨組織と一体化できる。インプラントが取り付けられ、固定されると、人工歯が設置できる。

顎骨または下顎骨中に正確な角度と寸法で穿孔する骨切り術は、周辺の組織または構造に損傷を与えることなくインプラントが正しく適合するように、また、完成品が美的に許容可能であるように、正確さが必要である。全歯欠損または少なくとも部分的歯欠損の患者に対しては、インプラント設計は注意深く行われる。患者の歯列弓のｘ線またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像処理由来の情報に基づいて、専用ソフトウェアツールにより、歯科医が患者の顎骨上に取り付けられるインプラントの位置、直径、長さまたはドリル深さ、形状および角形成を決定することが可能となる。この設計において配慮すべきことの１つは、近くの神経または血管に対する損傷のリスクを減らすことである。

インプラントの調製を手助けするのによく使用される１つの専用機器は、サージカルガイドである。それぞれの患者に対し、患者の歯列弓の少なくとも一部に一致する形状に特注生産されているので、サージカルガイドは、患者の口に適合され、インプラント設計に従って、顎骨中に歯科用ドリルを誘導する１つまたは複数のガイド孔を含む。

サージカルガイドは、インプラント設計の間に得たデジタルデータに基づいて、ステレオリソグラフィープロセスを使って、またはフライス加工プロセスにより、プラスチック製専用機器として製作できる。一部の歯科現場は、歯の補綴用４軸フライス加工装置を備え、サージカルガイドを現場で調製できるようにしている。５軸フライス加工設備を利用可能であるが、４軸フライス加工装置は、より安価であり、他の歯の補綴での使用に適すると考えられている。したがって、一部の歯の専門家は、サージカルガイドをフライス加工するのに、より高価な設備より４軸フライス加工装置を好む。

従来の方式で使われる４軸機械は、機能的に限界があり、いくつかの角度でのガイド孔を製作できない。図１Ａを参照すると、４軸機械加工用の座標表記が示されている。４軸フライス加工装置は、加工品１８を工具１６に対してＸ、Ｙ、およびＺ軸のそれぞれに沿って平行移動でき、さらに、加工品をＸ軸の周りに回転できる。これにより、４軸フライス加工装置は、ＹＺ面内で傾斜した孔をあけることができるが、他の面内で傾斜した孔をあけることができない。図１Ｂに示すように、サージカルガイド１０は、ＹＺ面内の孔以外の角度Ａ１とＡ２のガイド孔１２ａ、１２ｂの穿孔が必要な場合がある。従って、ガイド孔の穿孔をフライス加工操作とは別に行うことにより、４軸フライス加工設備を使ってサージカルガイドの機械加工を可能にする方法と装置に対するニーズが存在する。

本発明の目的は、インプラント設置技術を進展させることである。

本発明の関連目的は、４軸フライス加工装置を使って骨切り術用のサージカルガイドを製作可能とすることである。

これらの目的は、例示的実施例を使ってのみ与えられ、このような目的は、１つまたは複数の本発明実施形態の代表例である。開示発明により本来達成されるほかの望ましい目的および利点は、当業者なら思いつくことができ、自明であろう。本発明は、添付の請求項により規定される。

本発明の一態様では、骨切り術用の手術ガイドの形成方法が提供され、方法は、患者の歯列弓の少なくとも一部に適合するように材料ブロックを成形加工すること、加工したブロック材料の表面から突き出た少なくとも１つのガイド部品を成形加工すること、ドリルガイドスリーブを少なくとも１つのガイド部品の周りに設置すること、および、ドリルの軸をスリーブ内へ誘導し、成形加工ブロック材料を通して穿孔すること、を含む。

代替態様では、本発明は、骨切り術用の手術ガイドを形成する方法を提供し、方法は、４軸フライス加工装置を使って患者の歯列弓の少なくとも一部に適合するように材料ブロックを成形加工すること、成形加工したブロック材料の表面から突き出た少なくとも１つのガイド部品を成形加工すること（この場合、少なくとも１つのガイド部品は、フライス加工装置の回転軸に垂直な面に対しある傾斜角で傾斜した円柱状構造である）、ドリルガイドスリーブを少なくとも１つのガイド部品の周りに設置すること（この場合、ドリルガイドスリーブは、少なくとも１つのガイド部品に適合する座部と、少なくとも１つのガイド部品中に導く方向にドリルビットを誘導する軸ガイド部と、を含む）、軸ガイド部中へ誘導されたドリル軸により成形加工ブロック材料を通して穿孔すること、および少なくとも１つのガイド部品を再成形加工すること、を含む。

本発明の前出および他の目的、特徴、および利点は、次の付随する図で示されるようなさらに詳細な本発明の実施形態の説明から明らかになろう。

図の要素は、必ずしも、相互に縮尺通りになっていない。
本開示の文脈で使われる座標表記の図である。 所望のガイド孔を備えたサージカルガイドの図である。 ガイド部品を備えて機械加工された中間体構造の斜視図である。 ドリルガイドスリーブが設置された図２Ａの中間体構造の斜視図である。 どのようにして図２Ｂのサージカルガイドにドリル孔が形成されるかを示す斜視図である。 ガイド部品を備えて製作されたサージカルガイドの図である。 任意選択でガイド部品が取り除かれて製作されたサージカルガイドの図である。 正確な深さと角度で骨組織中に穿孔するために、どのようにしてサージカルガイドを使うことができるかを示す断面図である。 互いに極めて接近しているか、または接触している２つのガイド部品を有する代替実施形態を示す斜視図である。 機械加工前にスピンドルに連結された加工品を示す斜視図である。 ４軸機械に加工品を取り付けるために旋回軸付加工品を使った代替実施形態を示す斜視図である。 ４軸機械に加工品を取り付けるための代替実施形態を示す斜視図である。 歯列弓の局部領域に個別に配置可能な複数の部分サージカルガイドを示す平面図である。 複数の部分ガイドを収容するために使われるサージカルガイドを示す斜視図である。 歯科医院または他の施設でサージカルガイド製作に使用できるフライス加工装置の斜視図である。 図７Ａのフライス加工装置の内部部品の分解組立斜視図である。

以下では、図に言及しながら本発明の好ましい実施形態の詳細を説明する。図中で同じ参照数字は、いくつかの図のそれぞれにおける同じ構造要素を示す。既に説明されている部品や配置または部品の相互作用に関する類似の説明は、省略されている。用語の「第１の」、「第２の」、などが使われる場合、それらは、必ずしも何らかの順序または優先順位の関係を意味するものではなく、単に構成要素間でより明確に区別するために使われている。

本開示の文脈では、用語の「傾斜の」は、２つの線もしくは面、または線と面が、平行でなく、直角でもなく、また、それらの間の角度が、９０度の整数倍から少なくとも約５度より大きい角度のずれを生じている角度の関係を記述している。

本発明の実施形態は、サージカルガイドの１つまたは複数の面から外側に伸びるガイド部品を形成し、ドリルガイドスリーブを設置してガイド孔の手動穿孔用の孔ガイドを提供することにより、４軸フライス加工装置でサージカルガイドを製作するという課題に対処する。図２Ａ〜２Ｅを参照すると、この手法を使ったサージカルガイド１０の製作順が示されている。サージカルガイド１０を個別患者に適合させるインプラント設計は、従来の方法を使って行うか、または、例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）またはコーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）画像などによる患者の口の構造の３Ｄボリューム画像を使うことにより行うことができる。インプラント設計は、得られたボリューム画像を使って適切なソフトウェアの支援により作成できる。

図２Ａのガイド製作では、後で記載の装置の１つのようなフライス加工装置を使って、患者の歯列弓に適合するように成形加工され、１つまたは複数の面５６上に機械加工された、または他の方法で形成された２つの突き出たガイド部品２０を有する中間体構造１４が形成される。各ガイド部品２０は、代表的ドリル軸Ａ１およびＡ２として図２Ａに示される対応するドリル軸の周りに位置合わせされており、ドリル軸に垂直、すなわち、ドリル孔の長さ方向に垂直の平面７０を有する。ガイド部品２０は、４軸フライス加工装置を使って形成できることが解る。５軸の機械も使用可能であるが、追加の機能、複雑性、およびコストは、この製作には必要でない。示された実施形態では、ガイド部品２０は、円柱状で、図２Ａに示すフライス加工装置軸に対してある傾斜角で傾斜しているが、ガイド穿孔作業を誘導するのに必要な機能を実行するためのいずれの適切な形状であってよい。

図２Ｂと２Ｃは、ドリルガイドスリーブ２４の各ガイド部品２０上への設置と使用を示す。ドリルガイドスリーブ２４は、ガイド部品２０、および、目的の角度でサージカルガイド１０中に穿孔するための製作ドリルビット２８の軸２７を誘導する軸ガイド部３８に適合する座部３６を有する。図２Ｄは、この製作順の完了時の、サージカルガイド１０を示し、この外科器具を通って伸びるガイド孔１２ａと１２ｂを備えている。ガイド孔１２ａと１２ｂは、４軸フライス加工装置で穿孔されずに、手動で穿孔される。図２Ｅは、患者の口への配置のための準備で１つまたは複数のガイド部品２０の高さが短くされ、寸法が再設定され、再成形加工され、または除去さえされる任意選択ステップの後のサージカルガイド１０を示す。

図２Ａ、２Ｂ、および２Ｄに示す突き出たガイド部品２０は、複数の目的を持つことができる。一つ目は、サージカルガイド１０のフライス加工の間に、ガイド部品２０は、サージカルガイド１０の製造の間に、傾斜ガイド孔１２ａと１２ｂ（ｙｚ面から外れた）の手動穿孔を誘導できる。サージカルガイド１０の製造が完了すると、歯科医は、引き続きガイド部品２０を手術中に用いることができる。外科手術の間、歯科医は、患者の顎骨中に１つまたは複数の孔をあけ、規定長のインプラントを挿入する。ガイド部品２０の正しい寸法決定と角度は、外科的穿孔を助け、歯科医が正しい角度と深さで穿孔するのを誘導する。

図３に示すように、外科的ドリルビット４８上で使われるカラー２６は、突き出たガイド部品２０の平面に当接し、外科用ドリルビット４８の使用可能長さを固定することにより、患者の顎骨６８中に穿孔される孔の深さを設定する。ガイド孔１２ａまたは１２ｂは、前に図２Ａ〜２Ｅで示した技術を使って、手動穿孔により、または類似の製造法により、正しい角度で穿孔されている。図３に示すように、ガイド部品２０の高さは、可変長、例えば、長さＬ１またはＬ２として示される寸法を設定するための深さガイド部品としても使用できる。可変長は、インプラント取り付け部品が必要とする深さに依存し、典型的な例では、背景技術の項で前に述べたように、インプラント設計作成支援専用ソフトウェアツールにより規定される。ガイド部品２０の平面は、ドリル孔１２ａまたは１２ｂの長さ方向に直角（垂直）である。ガイド部品２０の平面２２は、フライス加工装置軸に対して傾斜していてもよい（図２Ａ）。

図４は、相互に極めて接近しているか、あるいは接触している２つのガイド部品２０を有する代替実施形態を示す。このような場合には、ドリルガイドスリーブ２４（図２Ｂ）を、それぞれのガイド部品２０の穿孔を可能とするように修正する必要が生じる場合がある。

いくつかの本発明の代替実施形態は、４軸フライス加工装置を使ったサージカルガイド１０の製造を可能とし、簡略化することを支援する。図５Ａは、機械加工作業前にスピンドル３４に取り付けた加工品３０を示す。スピンドルへの連結に使われるいくつかの異なる配置がありうる。

図５Ｂの斜視図は、４軸機械に加工品３０を取り付けるためのキャリア４６を使った代替実施形態を示す。チャック４４に旋回軸機構を設けることにより、キャリア４６を使って工具に提示された表面は、複数の軸に対してある傾斜角で傾斜可能である。ここで、キャリア４６は、回転軸から間隔を置いて離れた位置に加工品を回転させる。その結果、このタイプの機構は、効果的に、サージカルガイドの製造に対する一定の５軸の能力を与える。

図６Ａの斜視図は、全体歯列弓よりも、少しの歯の範囲のみを含むように設計された部分的なサージカルガイド４０を形成するための加工品３２を支持し、フライス加工するための代替実施形態を示す。前に記載のように、４軸フライス加工装置は、ｘ軸の周りを回転できるスピンドル３４、機械軸８０、およびｚ方向に沿って穿孔できるドリルビット２８を含む。加工品３２から開始して、フライス加工装置は、クリアランス７２を保ち、構造とスピンドル３４との間の接触を維持しながら、少なくとも平面を有する構造４０をフライス加工できる。構造４０の少なくとも１つの表面は、装置のｘ軸に対して傾斜している。参照軸（ｘ’、ｙ’、ｚ’）７４の面（ｘ’、ｙ’）が構造４０の傾斜平面を規定することを考慮すると、４軸装置のｘ軸は、（ｘ’、ｙ’）面に平行ではない。

次に、ドリルビット２８は、構造４０を通って機械のｚ軸に沿って孔１２ａを穿孔できる。この孔は、構造４０の参照軸（ｘ’、ｙ’、ｚ’）７４中の（ｙ’ｚ’）面に平行ではない。４軸フライス加工装置は、それ自体の（ｙ、ｚ）面から外れる穿孔はできないが、この方法により構造４０の（ｙ’ｚ’）面から外れた方向に向けられた４軸フライス加工装置を使ったいくつかの穿孔が可能になる。従って、構造の（ｙ’ｚ’）面から外れる傾斜孔を、手動の穿孔ステップを採用しないで穿孔できる。

図６Ｂは、歯列弓の局部領域上に個別に配置できる複数の部分的サージカルガイド４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、および４０ｇを含む平面図を示す。実施に際しては、前に述べたように、ｙｚ面内に無い孔は、フライス加工作業とは別に穿孔される。

図６Ｃに示される本発明の代替実施形態では、患者の歯列弓に適合する蹄鉄形状に成形加工されたサージカルガイド１０は、サージカルガイド１０の表面に対し傾斜している傾斜孔を有する１つまたは複数の部分サージカルガイド４０ａ、４０ｂを保持するためのハウジングとして提供できる。このようにして、単一ガイド１０を使って、２つ以上の部分サージカルガイド４０ａおよび４０ｂをさらに個別に配置でき、それぞれハウジング内に配置可能であり、患者に穿孔するために必要とされる角度の孔を有する。

図７Ａは、歯科医院または他の施設でサージカルガイド製造に使用できるフライス加工装置５０を示す。装置５０は、歯科医院または他の施設で小さい設置面積にするために小型であるのが好ましい。フライス加工装置５０は、中間体構造１４または部分的サージカルガイド４０を規定するインプラント設計用の患者に関するデータを取得し、製造ステップを行い、自動的に中間体構造１４（図２Ａ、２Ｂ）またはサージカルガイド４０を生成する。本発明の実施形態では、このデータは、患者のボリューム画像から入手され、インプラント設計を生成するのに使われる。インプラント設計は、患者の身体に対する設計されたインプラントの位置を示す。また、手術タイプに関する追加の情報も得られ、インプラント設計を生成するのに使われる。装置５０は、保護開口部／ドア５４、ならびに操作開始およびプロセス完了またはエラー報告用制御装置５２を有する。図７Ｂの分解組立部分図は、フィルター６２および水タンク６４を含むフライス加工装置５０の内部部品を示す。また、加工品３０と工具６６の相対位置も例として示されている。

本発明の実施形態では、サージカルガイド１０は、ＰＭＭＡ（ポリ（メチルメタクリルラート））または他のプラスチックなどのプラスチック材料から形成される。また、他の機械加工可能な材料もサージカルガイド１０の形成用に採用できる。

代替実施形態では、サージカルガイド１０に穿孔された孔は、グッタペルカなどの放射線不透過性材料の固形ブロックがマーカーとして充填され、患者の口内のサージカルガイドのボリュームｘ線スキャン像が取得される。放射線不透過性マーカーは、骨切り術およびインプラント歯科手術後にインプラントに固定される予定の補綴歯の位置を示す。手術の前に、歯科医は、不透過性成分の可視化を使って、サージカルガイド１０中の孔が正しい位置にあるか、および正しい傾斜であるかを検査できる。放射線不透過性材料は、ボリュームスキャン後、除去される。

Claims (4)

1. 骨切り術用手術ガイドの形成方法であって、
   患者の歯列弓に少なくとも部分的に適合するように、材料ブロックを成形加工するステップと、
   前記成形加工されたブロック材料の表面から突き出ている少なくとも１つのガイド部品を成形加工するステップと、
   前記少なくとも１つのガイド部品にドリルガイドスリーブを設置するステップと、
   ドリルの軸を前記スリーブ中に誘導し、前記成形加工されたブロック材料を通して穿孔するステップと、
   を含む、方法。
2. 骨切り術用の手術ガイドを形成する方法であって、
   ４軸フライス加工装置を使って、患者の歯列弓の少なくとも一部に適合するように材料ブロックを成形加工するステップと、
   前記成形加工したブロック材料の表面から突き出た少なくとも１つのガイド部品であって、前記少なくとも１つのガイド部品が、前記フライス加工装置の回転軸に直角の面に対しある傾斜角で傾斜している円柱状構造であるガイド部品を成形加工するステップと、
   前記少なくとも１つのガイド部品に適合する座部と、前記少なくとも１つのガイド部品中に導く方向にドリルビットを誘導する軸ガイド部と、を含むドリルガイドスリーブを前記少なくとも１つのガイド部品の回りに設置するステップと、
   前記軸ガイド部中にドリル軸を誘導することにより、前記成形加工されたブロック材料を通して穿孔するステップと、
   を含む、方法。
3. 前記成形加工されたブロック材料の前記孔に放射線不透過性材料を充填するステップと、
   前記患者の口内の前記充填された成形加工ブロック材料をボリュームスキャンするステップと、
   前記ボリュームスキャンを使って、前記孔の位置合わせを確認するステップと、
   をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記ドリルガイドスリーブを取り除くステップと、
   前記少なくとも１つのガイド部品を再成形加工するステップ、
   をさらに含む、請求項２に記載の方法。