JP6299981B2 - 歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置及び補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯科ハンドピースに装着される歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置及び補正方法に関するものである。

一般に、歯科ハンドピースは歯牙を削るか、または歯牙に穴を空けるか、または歯槽骨に穴を空けるなどに使用されるものであり、その末端にドリル刃が回転可能に具備されている。

このような歯科ハンドピースを利用した正確な歯科術式に対する要求はますます増加している。現代歯科術式の二つの軸と言える歯牙削除術式とインプラント植立術式に対してこのような要求を満たすための限りない発展がなされた。正確な歯科的術式は術式の完成度を向上させて、補綴物の寿命を増加させるだけでなく、術式に必要となる時間を減少させて、術式後合併症を減少させる最小浸湿技術（ｍｉｎｉｍａｌｌｙ ｉｎｖａｓｉｖｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）ができるようにする。このうち角度の正確性は鋳造金冠のための支台齒形成と、インプラント植立で特に強調される。

鋳造金冠が機能中に脱落しないためには十分な維持と適切な抵抗形態が必須である。鋳造修復物の維持量は、歯牙削除部の収斂角、表面積、鋳造物の内部表面荒さなどによって決まるが、このうち収斂角が重要因子（ｐｒｉｍａｒｙ ｆａｃｔｏｒ）であり、これに対して一番多くの研究が行われた。収斂角の定義は、歯牙削除を通じて支台齒に形成された向き合っている二つの軸壁の延長線がなす角度であり、前裝冠維持に影響を及ぼして、最適の収斂角は５度から１２度の間で知られている。また、角度の正確性は、歯科用インプラント植立時最上の審美的結果と、長い寿命のための重要である。インプラント植立角度はインプラントに加えられる噛合力の方向と、修復物の維持力を決める。特に、二つ以上の歯科用インプラントが植立された場合、多くのインプラントの間の植立角度はインプラントの機能と寿命に決定的な役割をする。

このように歯科術式で正確な角度は非常に重要であるが、既存のハンドピースを利用した歯科術式は、このような大切さに及ぶことができない結果を見せている。これは鋳造用金冠のための支台歯の収斂角に対する研究でよく現われる。実際の臨床で形成された４７８個の鋳造金属冠支台歯の収斂角を分析した結果、実際の収斂角は平均２１度であり、術者ごとに収斂角に大きい差があるという報告がある。他の研究らも実際臨床での支台齒削除時に収斂角が１４度から２０度の間であると報告して、上の事実を裏付けている。これは理想的な値から相当に脱した数値である。このような収斂角の増加は、使用するセメントの種類に構わなく平均的な維持力の減少に帰結される。固定性補綴物で陶材破絶（１６％）に引き続き現われる問題がまさに維持力不足による接着不良（１５．１％）で、これは収斂角増加を防止して予防することができる。

上のような不正確な臨床結果は、既存のハンドピースを利用した歯科術式がひたすら術者の運動能力と空間遅刻能力に頼るから発生する。特に、人間の生理的限界によって３次元空間で理想的なハンドピースドリルの３次元的角度を達成することはとても難しい。特別な才能と多年間の経験を有した一部‘匠人’を除いた多数の歯科医らが理想的な歯科術式を再現し出すのに困難を経験している。このような限界を補って全般的な歯科治療の質を高めるためには術式を客観的に測定して、これを現わす補助器具の開発が必要である。

このために、コンピューターと連動された新しい方法らが開発された。特に、インプラント植立術式は、３Ｄ ＣＴ、計画ソフトウェア（ｐｌａｎｎｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ）を通じて術前計画を立てて、術式ガイド（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｇｕｉｄｅ）と光学追跡（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ）機器を利用して術前計画を具現するコンピューター案内ナビゲーションシステム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｕｉｄｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の水準に至った。また、電磁気追跡器（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｒａｃｋｅｒ）を利用した方式もあり、歯牙削除時に口内で直接測量（ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ）ができるようにするパラレル−エイ−プレブ（Ｐａｒａｌｌｅｌ−Ａ−ｐｒｅｐ）のような器具が市販されている。

しかし、このような技術的発展にもかかわらずコンピューター案内ナビゲーションシステム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｕｉｄｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の臨床的な活用のためには乗り越えなければならない難題らが多い。前で例に挙げた術式ガイド（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｇｕｉｄｅ）や光学追跡（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ）を利用する場合嵩が大きくて値が高いハードウェア（ｈａｒｄｗａｒｅ）と複雑なプロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓ）が必要である。また、術式ガイド（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｇｕｉｄｅ）や光学追跡（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ）の基準胴体（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｏｄｙ）が再現可能で完璧に患者に適合されなければならないが、すべての手術状況でこれを保障することは現実的に不可能である。特に、術式ガイド（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｇｕｉｄｅ）はインプラント手術部位に冷却水が入って行くためにドリル（ｄｒｉｌｌ）とホール（ｈｏｌｅ）の間の遊隙が不可欠で存在する。それで、一定角度の誤差可能性がいつも存在して、このような誤差は歯槽骨尖部（ｃｏｒｏｎａｌ）でより歯槽骨深部（ａｐｉｃａｌ）部位でさらに大きく現われる。また、電磁気追跡器（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｒａｃｋｅｒ）を利用する方法の場合相対的に低い正確性と、口腔内の金属補綴物に測定値が不安定になることができる限界を有している。そして、ナビゲーションシステム（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を利用する場合既存の方法に比べてインプラント術式途中に基準設定（ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）とナビゲーション（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）自体に入れなければならない時間が長いため手術時間がむしろ長くなる危険性もある。歯牙削除時に正確な挿入路（ｐａｔｈ ｏｆ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ）のために使用されるパラレル−エイ−プレブ（Ｐａｒａｌｌｅｌ−Ａ−Ｐｒｅｐ）の場合、装置の嵩がとても大きくて、装着時に煩わしいという短所がある。

本発明の技術的課題は、追跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）のための基準胴体（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｏｄｙ）や、付加的なカメラなどの測定装備がないのに周辺環境によって使用が制限されない歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置及び補正方法を提供することである。

本発明の他の技術的課題は、小型化、単純化を通じて術者に邪魔になることがある要素を減らして、口腔内金属補綴物などの周辺環境要因によって使用が制限されないで、既存の正確性を維持することができるし、費用がチープで、使用が直観的で簡便な歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置及び補正方法を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明の実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置は、患者の歯牙と顎骨を含む口腔顎顔面領域の硬組織と軟組織の構造物を含む歯牙構造物に対する歯科ハンドピースのドリル刃の３次元空間的角度を補正する歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置で、前記歯科ハンドピースの固定部に具備されるハウジングと、該ハウジングの角度を実時間測定する第１センシング部と、前記患者の頭部の位置を実時間測定する第２センシング部と、前記第１センシング部で測定された角度を前記ドリル刃の角度で１次補正して、前記１次補正されたドリル刃の角度を前記第２センシング部で測定された角度を考慮して前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の角度補正値で実時間２次補正して、前記ドリル刃の３次元空間的角度を演算する演算部と、前記演算部の３次元空間的角度のうちで術者が所望する３次元空間的角度で前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の基準３次元空間的角度をセッティングするセッティング部と、及び前記演算部の３次元空間的角度が前記基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、これを知らせるように警告メッセージを表示する表示部と、を含む。

一例で、前記ハウジングは、前記歯科ハンドピースの前記固定部に着脱可能に具備されることができる。特に、前記ハウジングは前記歯科ハンドピースの前記固定部が着脱可能に挟まれるように中空部を有することができる。

他の例で、前記ハウジングは、前記歯科ハンドピースの前記固定部と一体でなされることができる。

前記中空部の内周面には防振部材が具備されることができる。

前記第１及び第２センシング部それぞれは、電子センサーであることができる。

前記第１及び第２センシング部それぞれは、電子センサーでジャイロセンサーと加速度センサーを含むことができる。

前記表示部は、無線または有線の通信モジュールを含むことができるし、前記通信モジュールは外部端末機に警告メッセージを送ることができる。

前記表示部は、前記ドリル刃が＋Ｘ軸方向である右側方向に傾くように表示する第１ランプと、前記ドリル刃が−Ｙ軸方向である下側方向に傾くように表示する第２ランプと、前記ドリル刃が−Ｘ軸方向である左側方向に傾くように表示する第３ランプと、及び前記ドリル刃が＋Ｙ軸方向である上側方向に傾くように表示する第４ランプと、を含むことができる。

前記第１、第２、第３及び第４ランプそれぞれには、一つ以上の色を有した灯が一つのセットで具備されることができる。

前記ハウジングは、中空された円筒形状を有することができるし、前記第１、第２、第３及び第４ランプは一つのランプユニットに提供されることがあるし、そして、前記ランプユニットは前記ハウジングの外周面にその周りに沿って設定間隔を置いて複数配置されることができる。

前記セッティング部は、スイッチをさらに含むことができるし、術者が前記ドリル刃の角度を決めた後前記スイッチを押せば、その角度が前記基準３次元空間的角度でセッティングされることがある。

前記スイッチは、足で押すことができるように足場に具備されることができる。

一方、本発明の実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正方法は、患者の歯牙と顎孔を含む口腔顎顔面領域の硬組織と軟組織の構造物を含む歯牙構造物に対する歯科ハンドピースのドリル刃の３次元空間的角度を補正する歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正方法で、前記歯科ハンドピースの角度及び前記患者の頭部の角度をそれぞれ実時間で測定する段階と、前記測定された歯科ハンドピースの角度を前記ドリル刃の角度で１次補正して、前記１次補正されたドリル刃の角度を前記頭部の角度を考慮して前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の角度補正値で実時間２次補正して、前記ドリル刃の３次元空間的角度を演算する段階と、前記演算された３次元空間的角度のうちで術者が所望する３次元空間的角度で前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の基準３次元空間的角度をセッティングする段階と、前記演算された３次元空間的角度が前記基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、これを知らせるために警告メッセージを表示する段階と、を含む。

前記演算する段階で、前記歯科ハンドピースの角度を実時間で測定して前記ドリル刃の角度で補正するため、行列式：

（ｘ、ｙ、ｚはドリル刃の位置、ｘ’、ｙ’、ｚ’は歯科ハンドピースの固定部の位置、そして、θは固定部の長さ方向に延長された仮想の第１線とドリル刃に対して垂直である仮想の第２線との角度）
が使用されることができる。

前記表示する段階は、＋Ｘ軸方向である右側方向にかたよって前記３次元空間的角度が前記基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、−Ｘ軸方向である左側方向に傾くように表示して、−Ｙ軸方向である下側方向にかたよって前記３次元空間的角度が前記３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、＋Ｙ軸方向である右側方向に傾くように表示して、−Ｘ軸方向である左側方向にかたよって前記３次元空間的角度が前記基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、＋Ｘ軸方向である右側方向に傾くように表示して、そして＋Ｙ軸方向である上側方向にかたよって前記３次元空間的角度が前記基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、−Ｙ軸方向である下側方向に傾くように表示することができる。

前記ドリル刃の３次元空間的角度が一側にかたよって前記基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、前記一側反対側に前記ドリル刃が傾くように、前記反対側に具備されたランプのうちで第１色を有した色灯を持続的につけて、前記一側に具備されたランプのうちで前記第１色を有した灯をちらつくようにして表示することができる。

前記表示する段階は、無線または有線で外部端末機に警告メッセージを送る過程を含むことができる。

以上のように、本発明の実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置及び補正方法は、次のような効果を有することができる。

本発明の実施例によれば、追跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）のための基準胴体（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｏｄｙ）や、付加的なカメラなどの測定装備がなくて、周辺環境によって使用が制限されないながらも歯科ハンドピースのドリル刃の３次元空間的角度を基準３次元空間的角度の設定範囲で補正することができる。

また、本発明の実施例によれば、小型化、単純化を通じて術者に邪魔になることがある要素を減らすことができるし、口腔内金属補綴物などの周辺環境要因によって使用が制限されないで、既存の正確性を維持することができるし、費用がチープで、使用が直観的で簡便なことがある。

また、本発明の実施例によれば、ハンドピース胴体部で歯科用ドリルの角度を計算することができて、大きさの小型化が要求されるハンドピースヘッド部（ドリル収容部）の大きさを増加させなくても良い。

本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置が歯科ハンドピースなどに設置された状態を現わした図面である。 図１の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置を現わしたブロック図である。 図１の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置のうちで表示部のランプユニット一つを現わした図面である。 本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正方法を現わしたフローチャートである。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明はいろいろ相異な形態で具現されることができるし、ここで説明する実施例に限定されない。

図１は、本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置が歯科ハンドピースなどに設置された状態を現わした図面であり、図２は図１の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置を現わしたブロック図であり、そして、図３は図１の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置のうちで表示部のランプユニット一つを現わした図面である。

本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置は、図１乃至図３に示されたように、患者の歯牙１と顎骨を含む口腔顎顔面領域の硬組織と軟組織の構造物を含む歯牙構造物［以下、歯牙１を一つの例にして説明する］に対する歯科ハンドピース１０のドリル刃１１の３次元空間的角度を補正する歯科ハンドピース用ドリル用３次元空間的角度の補正装置で、ハウジング１１０と、第１センシング部１２０と、第２センシング部１３０と、演算部１４０と、セッティング部１５０と、そして表示部１６０を含む。

ハウジング１１０は、歯科ハンドピース１０の固定部１２に具備されるものであり、ここに第１センシング部１２０と表示部１６０などが具備される。例えば、ハウジング１１０は術者が歯科ハンドピース１０の固定部１２を取る場合に術者の手によってハウジング１１０が隠されない部位、例えば、親指と人差し指を鉛筆取るように取った場合、親指と人差し指の間の空の空間に位置されるように具備されることができる。一例で、ハウジング１１０は歯科ハンドピース１０の固定部１２に着脱可能に具備されることもできて、他の例で歯科ハンドピース１０の固定部１２と一体でなされることもできる。特に、ハウジング１１０が歯科ハンドピース１０の固定部１２に着脱可能に具備される場合、歯科ハンドピース１０の洗滌時にハウジング１１０を脱去することができて、ハウジング１１０に具備される第１センシング部１２０や表示部１６０などの電子装置らが洗滌物によってショート（ｓｈｏｒｔ）されることをあらかじめ阻むことができる。

延いては、ハウジング１１０は、図１に示されたように歯科ハンドピース１０の固定部１２に着脱可能に挟まれるように中空部１１１を有することができる。また、歯科ハンドピース１０が駆動になればその末端に具備されたドリル刃１１が回転するようになるが、この時発生される振動からハウジング１１０に具備される第１センシング部１２０などが影響を受けないように中空部１１１の内周面には防振部材（図示せず）が具備されることができる。

第１センシング部１２０は、ハウジング１１０の角度を実時間測定することで、電子センサーであることができるし、図２に示されたようにジャイロセンサーＳ１と加速度センサーＳ２を含むことができる。ジャイロセンサーＳ１と加速度センサーＳ２は、ハンドピースドリルの３次元空間的角度を測定するために使用されるものであり、加速度センサーＳ２は重力加速度に対する相対加速度を測定して、ジャイロセンサーＳ１はその測定された角速度を積分して回転距離を求める。これを通じて歯科ハンドピース１０のドリル刃１１の３次元空間的角度を評価する基礎情報でハウジング１１０の角度を正確に測定することができる。例えば、加速度センサーＳ２とジャイロセンサーＳ１が共に内蔵されているＭＰＵ−６０５０モジュールを利用することができる。

第２センシング部１３０は、患者の頭部の角度を実時間測定することで、患者のあごや治療を要しない歯牙２にマウスピース２００などを通じて固定されることができる。このような第２センシング部１３０は患者の頭、あるいはあごが動く場合を対比したものであり、患者の頭あるいはあごが動く場合患者の治療を要する歯牙１の角度がまた変更されるので、このような歯牙１の動きを正確に測定する場合演算部１４０を通じて歯牙１に対するドリル刃１１の角度補正値を正確に提供することができるようになる。

延いては、第２センシング部１３０は、上述した第１センシング部１２０のように電子センサーであることができるし、ジャイロセンサーＳ１と加速度センサーＳ２を含むことができる。ジャイロセンサーＳ１と加速度センサーＳ２は、ハンドピースドリルの３次元空間的角度を測定するために使用されるものであり、加速度センサーＳ２は重力加速度に対する相対加速度を測定して、ジャイロセンサーＳ１はその測定された角速度を積分して回転距離を求める。これを通じて歯科ハンドピース１０のドリル刃１１の３次元空間的角度を評価する基礎情報で頭部、あるいはあごの歯牙２の角度を正確に測定することができる。例えば、加速度センサーＳ２とジャイロセンサーＳ１が共に内蔵されているＭＰＵ−６０５０モジュールを利用することができる。

演算部１４０は第１センシング部１２０で測定されたハウジング１１０の角度をドリル刃１１の角度で１次補正して、このように１次補正されたドリル刃１１の角度を第２センシング部１３０で測定された頭部（あるいは、あご）の歯牙２の角度を考慮して治療を要する歯牙１に対するドリル刃１１の角度補正値で実時間２次補正して歯牙１に対するドリル刃１１の３次元空間的角度を演算することで、第１及び第２センシング部１２０、１３０でそれぞれ得られる測定値をカルマンフィルターアルゴリズム（Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などのような補正アルゴリズムを通じて補正する方式でドリル刃の３次元空間的角度を演算することができる。

セッティング部１５０は演算部１４０の３次元空間的角度のうちで術者が所望する３次元空間的角度で歯牙１に対するドリル刃１１の基準３次元空間的角度をセッティングすることで、術者がドリル刃１１の角度を所望する角度にした後スイッチ１５１を押せば、その角度が基準３次元空間的角度でセッティングされることができる。

図１に示されたように、スイッチ１５１は足で押すことができるように足場に具備されることができる。スイッチ１５１とセッティング部１５０は有線で連結されることもできて、図示しなかったが無線通信を通じて連結されることもできる。また、電源は、図示しなかったが周知されたように歯科ハンドピース１０の固定部１２の後段に回動可能に締結される回動部（図示せず）を通じて印加されることができる。

表示部１６０は演算部１４０の３次元空間的角度が基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、これを知らせるように警告メッセージを表示する。例えば、表示部１６０は、図２に示されたように、無線または有線の通信モジュール１６１を含むことができる。このような通信モジュール１６１はグーグルガラスなどのような外部端末機３０に警告メッセージを送ることができる。

他の例で、表示部は図３に示されたように、ドリル刃１１が＋Ｘ軸方向である右側方向に傾くように表示する第１ランプ１６１と、ドリル刃１１が−Ｙ軸方向である下側方向に傾くように表示する第２ランプ１６２と、ドリル刃１１が−Ｘ軸方向である左側方向に傾くように表示する第３ランプ１６３と、そして、ドリル刃１１が＋Ｙ軸方向である上側方向に傾くように表示する第４ランプ１６４を含むことができる。

延いては、第１、第２、第３及び第４ランプ１６１、１６２、１６３、１６４それぞれには一つ以上の色を有した灯が一つのセットで具備されることができる。また、図１に示されたように、ハウジング１１０が中空された円筒形状を有する場合、第１、第２、第３及び第４ランプ１６１、１６２、１６３、１６４は一つのランプユニット（Ｕ１）に提供されることができるし、このようなランプユニット（Ｕ１）はハウジング１１０の外周面にそのまわりに沿って設定間隔を置いて複数個配置されることができる。

また、第１色を有する灯と第２色を有する灯は、発光多異オード（ＬＥＤ）で具現されることができる。一方、ドリル刃１１の軸に該当するＺ軸に対して回転する場合に術者によってハンドピース胴体が移動されてもハンドピースドリルの３次元空間的角度は変化しないので、Ｚ軸に対する角度を表示しない。実質的にＸ軸及びＹ軸に対する角度情報だけが表示部１６０に表示されるので、Ｚ軸と共に表示されることに比べて使用が便利で臨床に好適な利点がある。

一例で、表示部１６０の一つの動作例を詳しく見れば、図３の（ａ）に示されたように、ドリル刃１１の基準角の設定範囲にあれば、９０度間隔を置いて位置された第１、第２、第３及び第４ランプ１６１、１６２、１６３、１６４をつけるが、各ランプに含まれた緑色灯を持続的につけて表示することができる。よって、緑色灯が各ランプ１６１、１６２、１６３、１６４にすべて灯るので、術者は＋Ｘ軸、−Ｘ軸、＋Ｙ軸、−Ｙ軸に対して正確な情報を容易に認知することができる。

また、図３の（ｂ）に示されたように、ドリル刃１１の３次元空間的角度が−Ｙ軸にかたよって設定範囲を脱すれば、−Ｙ軸の反対である＋Ｙ軸にドリル刃１１が傾くように、＋Ｙ軸に具備された第４ランプ１６４のうちで赤色灯を持続的につけて、−Ｙ軸に具備された第２ランプ１６２のうちで赤色灯をちらつくようにして表示することができる。よって、術者は赤色灯が持続的につけている＋Ｙ軸にドリル刃１１を傾ければ良い。残りＸ軸に対しても等しい方法で表示部の動作例を具現することができる。

他の例で、表示部１６０の他の動作例を詳しく見れば、図示しなかったが、色を区別しないで第１、第２、第３及び第４ランプ１６１、１６２、１６３、１６４がすべてつけていれば、設定範囲にあることにして、何れか一つがちらつけばそのちらつく方にドリル刃１１を傾ければ良いようにすることもできる。

以下、図４を参照して、本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正方法を説明する。

図４は、本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正方法を現わしたフローチャートである。

本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正方法、患者の歯牙１と顎骨を含む口腔顎顔面領域の硬組織と軟組織の構造物を含む歯牙構造物［以下、歯牙１を一つの例にして説明する］に対する歯科ハンドピース１０のドリル刃１１の３次元空間的角度を補正する歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正方法で、先ず、歯科ハンドピース１０の角度［例えば、ハウジング１１０の角度］及び患者の頭部（あるいはあご）の角度［例えば、治療を要しない歯牙１の角度］をそれぞれ実時間で測定する（Ｓ１１０）。

例えば、ジャイロセンサーＳ１と加速度センサーＳ２を一つのセットにして各位置にそれぞれ具備されて測定することができる。３軸の角速度を測定するジャイロセンサーＳ１と加速度センサーＳ２は、重力加速度に対する相対加速度を測定して、測定された角速度を積分して回転距離を求めることができる。これを通じて歯科ハンドピース１０のドリル刃１１の３次元空間的角度を評価する基礎情報でハウジング１１０の角度を正確に測定することができる。例えば、加速度センサーＳ２とジャイロセンサーＳ１が共に内蔵されているＭＰＵ−６０５０モジュールを利用することができる。

そしてから、測定された歯科ハンドピース１０の角度［すなわち、ハウジング１１０の角度］をドリル刃１１の角度で１次補正して、１次補正されたドリル刃１１の角度を頭部（あるいはあご）の角度［すなわち、治療を要しない歯牙２の角度］を考慮して歯牙１に対するドリル刃１１の角度補正値で実時間２次補正してドリル刃１１の３次元空間的角度を演算する（Ｓ１２０）。

例えば、ジャイロセンサーＳ１と加速度センサーＳ２でそれぞれ得られる測定値をカルマンフィルターアルゴリズム（Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）などのような補正アルゴリズムを通じて補正する方式でドリル刃１１の３次元空間的角度を演算することができる。また、演算する過程（Ｓ１２０）で、歯科ハンドピース１０の角度を実時間で測定してドリル刃１１の角度に補正するために、行列式：

（図１を基礎にして、ｘ、ｙ、ｚはドリル刃の位置、ｘ’、ｙ’、ｚ’は、歯科ハンドピースの固定部の位置、そしてθは固定部の長さ方向に延長された仮想の第１線とドリル刃に対して垂直である仮想の第２線との角度）が使用されることができる。

演算された３次元空間的角度のうちで術者が所望する３次元空間的角度で歯牙１に対するドリル刃１１の基準３次元空間的角度をセッティングする（Ｓ１３０）。

例えば、術者がドリル刃１１の角度を所望する角度にした後に足でセッティング部１５０のスイッチ１５１を押せば、その角度が基準３次元空間的角度でセッティングされることができる。

演算された３次元空間的角度が基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、これを知らせるように警告メッセージを表示することができる（Ｓ１４０）。表示する方法は、＋Ｘ軸方向である右側方向にかたよって３次元空間的角度が基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、−Ｘ軸方向である左側方向に傾くように表示して、−Ｙ軸方向である下側方向にかたよって３次元空間的角度が基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、＋Ｙ軸方向である右側方向に傾くように表示して、−Ｘ軸方向である左側方向にかたよって３次元空間的角度が基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、＋Ｘ軸方向である右側方向に傾くように表示して、そして＋Ｙ軸方向である上側方向にかたよって３次元空間的角度が基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、−Ｙ軸方向である下側方向に傾くように表示することができる。

より具体的に、図３の（ａ）に示されたように、ドリル刃１１の３次元空間的角度が基準３次元空間的角度の設定範囲にあれば、９０度間隔を置いて位置された第１、第２、第３及び第４ランプ１６１、１６２、１６３、１６４をつけるが各ランプに含まれた第２色を有した灯を持続的につけて表示することができる。

よって、第２色を有した灯が各ランプ１６１、１６２、１６３、１６４にすべて灯るので、術者は＋Ｘ軸、−Ｘ軸、＋Ｙ軸、−Ｙ軸に対して正確な情報を容易に認知することができる。

また、図３の（ｂ）に示されたように、ドリル刃１１の３次元空間的角度が−Ｙ軸にかたよって設定範囲を脱すれば、−Ｙ軸の反対である＋Ｙ軸にドリル刃１１が傾くように、＋Ｙ軸に具備された第２ランプ１６２のうち第１色を有した灯を持続的につけて、−Ｙ軸に具備された第４ランプ１６４のうち第１色を有した灯をちらつくようにして表示することができる。

よって、術者は第１色を有した灯が持続的につけている＋Ｙ軸にドリル刃１１０を傾ければ良い。残りＸ軸に対しても等しい方法で表示部１６０の動作例を具現することができる。

以下、本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置に対する効用性に対して説明する。

本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置の検証
本発明で検証しようとする３次元空間的角度の補正装置の効用性は次のようである。第一、停止状態で既存方式に比べて向上された支台齒３次元空間的角度、第二、患者の動きに対する補正、第三、既存方式に比べて減った総術式時間である。

１．停止状態での支台齒形成評価
学習効果による影響を排除するために本発明品を先に使用するグループ（前グループ；学生１０人、熟練歯科医２人）と本発明品を後で使用するグループ（後グループ；学生１０人、熟練歯科医２人）で分けて実験を進行する。前／後グループは本発明の３次元空間的角度の補正装置を使って支台歯形成（ｔｏｏｔｈ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ）をする手順だけが違うだけで他のすべての実験は等しい条件で進行する。

デントルファントム（Ｄｅｎｔａｌ ｐｈａｎｔｏｍ）に２４、２５番模型歯牙らを抜いた上、下顎デンティフォーム（ｄｅｎｔｉｆｏｒｍ）を装着する。標準基準（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）であらかじめ６度傾斜でミーリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）した２４番模型歯牙を使用する。この時、術者がデントルファントム（Ｄｅｎｔａｌ ｐｈａｎｔｏｍ）の位置と方向を操作することができないように指示する。

Ａ．３次元空間的角度の補正装置使用群
標準基準歯牙（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏｏｔｈ）の３次元空間的角度を３次元空間的角度の補正装置に入力した後、この角度を基準でデプスグローブ（ｄｅｐｔｈ ｇｒｏｏｖｅ）を形成して２４−２６番３ｕｎｉｔ ＰＦＭ ｂｒｉｄｇｅのためのアキシャルウォール（ａｘｉａｌ ｗａｌｌ）の歯牙削除を施行する。歯牙削除途中にも持続的に３次元空間的角度の補正装置に表現される角度情報を活用して３次元空間的角度を調整する。トータル支台歯形成タイム（Ｔｏｔａｌ ｔｏｏｔｈ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）を測定する。

Ｂ．既存支台歯形成（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｏｏｔｈ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ）群
標準基準歯牙（ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏｏｔｈ）を基準で既存の方式どおりに２６番歯牙に３ｕｎｉｔ ＰＦＭ ｂｒｉｄｇｅのためのアキシャルウォール（ａｘｉａｌ ｗａｌｌ）の支台歯形成（ｔｏｏｔｈ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ）を施行する。トータル支台歯形成タイム（Ｔｏｔａｌ ｔｏｏｔｈ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）を測定する。

２．患者の動きに対する補正評価
デントルファントム（ｄｅｎｔａｌ ｐｈａｎｔｏｍ）がスパインポジション（ｓｕｐｉｎｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）である時の標準基準（ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）の角度を測定した後、２６番支台齒に案内グルーブ（ｇｕｉｄｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）を形成する。デントルファントム（ｄｅｎｔａｌ ｐｈａｎｔｏｍ）の頭を−６０度回転させた後２６番歯牙の他の面に新しい案内グルーブ（ｇｕｉｄｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）を形成して、二つのグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）の平行如何を比べる。

上１番と２番の実験で支台齒形成が完了された２６番模型歯牙を３Ｄ−ｓｃａｎｎｅｒ（４Ｄ ＣＵＬＴＵＲＥ、Ｄａｅｇｕ、Ｋｏｒｅａ）を利用して幾何学的情報をデジタル化させて、イメージ分析ソフトウェア（ｉｍａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ：３Ｄ ＳＹＳＴＥＭＳ、Ｒｏｃｋ−Ｈｉｌｌ、ＳＣ、ＵＳＡ）利用してアキシャルウォール（ａｘｉａｌ ｗａｌｌ）の平均収斂角と各面の収斂角を測定する。この時平均収斂角は、全体アキシャルウォールアンギュレーション（ａｘｉａｌ ｗａｌｌ ａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）の平均値で仮定する。

３．既存方式に比べて減った総術式時間評価
上１番のＡ、Ｂ実験で術者がユニットチェアに座った瞬間から術式が終わる時までの総術式時間を測定して比べる。

結論
１．本発明の３次元空間的角度の補正装置を利用して支台齒形成をした時、既存の方式を利用した時より支台歯の３次元空間的角度が統計的に有意味に減少する。既存の方式を利用した場合平均３次元空間的角度が２１度であるが、本発明の３次元空間的角度の補正装置を利用した時支台歯の３次元空間的角度は平均１２度である。本発明の３次元空間的角度の補正装置を利用した場合３次元空間的角度の分散が既存の方式に比べて減少して、術者の正確で一貫された診療を助ける。

２．総術式時間が統計的に有意味に減少する。

以上のように、本発明の一実施例による歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置及び補正方法は、次のような効果を有することができる。

本発明の一実施例によれば、追跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）のための基準胴体（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｏｄｙ）や、付加的なカメラなどの測定装備がないながらも、そして周辺環境によって使用が制限されないながらも歯科ハンドピースのドリル刃の３次元空間的角度を基準３次元空間的角度の設定範囲に補正することができる。

また、本発明の一実施例によれば、小型化、単純化を通じて術者に邪魔になることがある要素を減らすことができるし、口腔内金属補綴物などの周辺環境要因によって使用が制限されないで、既存の正確性を維持することができるし、費用がチープで、使用が直観的で簡便なことがある。

以上で本発明の望ましい実施例に対して詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなくて、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

１ 歯牙（治療対象）
２ 歯牙（治療非対象）
１０ 歯科ハンドピース
１１ ドリル刃
１１０ ハウジング
１１１ 中空部
１２０ 第１センシング部
Ｕ１ ランプユニット
１３０ 第２センシング部
１４０ 演算部
１５０ セッティング部
１６０ 表示部
２００ マウスピース
ＦＰ 足場
３０ 外部端末機
１６１ 通信モジュール
１５１ スイッチ

Claims (8)

1. 患者の歯牙と顎骨を含む口腔顎顔面領域の硬組織と軟組織の構造物を含む歯牙構造物に対する歯科ハンドピースのドリル刃の３次元空間的角度を補正する歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置であり、
   前記歯科ハンドピースの固定部に具備されるハウジングと、
   前記ハウジングの角度を実時間測定する第１センシング部と、
   前記患者の頭部またはあごの角度を実時間測定する第２センシング部と、
   前記第１センシング部で測定された角度を前記ドリル刃の角度で１次補正して、前記１次補正されたドリル刃の角度を前記第２センシング部で測定された角度を考慮して前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の角度補正値で実時間２次補正して前記ドリル刃の３次元空間的角度を演算する演算部と、
   前記演算部の３次元空間的角度のうちで術者が所望する３次元空間的角度で前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の基準３次元空間的角度をセッティングするセッティング部と、及び
   前記演算部の３次元空間的角度が前記基準３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、これを知らせるように警告メッセージを表示する表示部と、
   を含む補正装置であって、
   前記歯科ハンドピースの角度及び前記患者の頭部またはあごの角度をそれぞれ実時間で測定する段階と、
   前記測定された歯科ハンドピースの角度を前記ドリル刃の角度で１次補正して、前記１次補正されたドリル刃の角度を前記頭部の角度を考慮して前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の角度補正値で実時間２次補正して前記ドリル刃の３次元空間的角度を演算する段階と、
   前記演算された３次元空間的角度のうちで術者が所望する３次元空間的角度で前記歯牙構造物に対する前記ドリル刃の基準３次元空間的角度をセッティングする段階と、
   前記演算された３次元空間的角度が前記３次元空間的角度の設定範囲を脱すれば、これを知らせるために警告メッセージを表示する段階と、を含む補正方法において、
   前記実時間で測定する段階で、
   前記歯科ハンドピースの角度を実時間で測定して前記ドリル刃の角度に補正するため、
   行列式：
   （ｘ、ｙ、ｚはドリル刃の位置、ｘ’、ｙ’、ｚ’は歯科ハンドピースの固定部の位置、そしてθは固定部の長さ方向に延長された仮想の第１線とドリル刃に対して垂直である仮想の第２線との角度）が使用され、
   前記セッティング部はスイッチをさらに含んで、術者が前記ドリル刃の角度を決めた後、前記スイッチを押せば前記角度が前記基準３次元空間的角度としてセッティングされ、前記スイッチは足で押すことができるように足場に具備され、
   前記表示部は、
   前記ドリル刃が＋Ｘ軸方向である右側方向に傾くことを表示する第１ランプと、
   前記ドリル刃が−Ｙ軸方向である下側方向に傾くことを表示する第２ランプと、
   前記ドリル刃が−Ｘ軸方向である左側方向に傾くことを表示する第３ランプと、及び前記ドリル刃が＋Ｙ軸方向である上側方向に傾くことを表示する第４ランプと、を含み、
   前記第１、第２、第３及び第４ランプは、一つのランプユニットで提供されて、前記ランプユニットは前記ハウジングの外周面のまわりに沿って一定間隔を置いて複数個配置され、前記第１、第２、第３及び第４ランプそれぞれには、一つ以上の色を有する灯がセットで具備されることにより、
   支台歯のドリル穴の３次元空間的角度の分散を減少させ、且つ、治療時間を短縮させることを特徴とする歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。
2. 前記ハウジングは、前記歯科ハンドピースの前記固定部に着脱可能に具備されることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。
3. 前記ハウジングは前記歯科ハンドピースの前記固定部に着脱可能に挟まれるように中空部を有することを特徴とする請求項２に記載の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。
4. 前記ハウジングは前記歯科ハンドピースの前記固定部と一体でなされることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。
5. 前記中空内周防振部材が具備されることを特徴とする請求項３に記載の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。
6. 前記第１及び第２センシング部それぞれは、電子センサーであることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。
7. 前記第１及び第２センシング部それぞれは、前記電子センサーで、ジャイロセンサーと加速度センサーを含むことを特徴とする請求項６に記載の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。
8. 前記表示部は、無線または有線の通信モジュールを含んで、前記通信モジュールは外部端末機に前記警告メッセージを送ることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用ドリルの３次元空間的角度の補正装置。