JP7154392B2

JP7154392B2 - 歯科インプラントシステムとナビゲーション方法

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Publication number: JP7154392B2
Application number: JP2021512886A
Authority: JP
Inventors: シェシャオチェン; カンジュワン; チーユアン; シーウェイファン; ウェンリンチェン
Original assignee: ブレインナビバイオテクノロジーカンパニーリミテッド
Priority date: 2018-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2022-10-17
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: US20210346099A1; JP2021536326A; CA3111867A1; KR20210052541A; EP3847996A4; WO2020048545A1; CN112955094A; EP3847996A1; TWI731408B; TW202010478A

Description

本開示は、歯科インプラントシステムおよびナビゲーション方法、より具体的には、ロボットアームおよびナビゲーション方法によって実装される歯科インプラントシステムに関する。

従来の歯科インプラント処置は歯科医が手作業で行っており、インプラント受容患者のインプラント受容領域（顎骨など）に開けられる穴の質は、歯科医の触覚のパフォーマンスと経験に依存する。結果として、従来の歯科インプラント手順には、経験の浅いまたは注意力のない歯科医が、従来の歯科インプラント手順を上手く実行できないという欠点がある。これを考慮して、歯科インプラントの助けとなる歯科インプラントシステムおよびその方法が必要とされる。

前述の先行技術の欠点を考慮して、本開示の目的は、ロボットアームを用いて自律的な歯科インプラントを実行するだけでなく、歯科インプラントプロセス中に歯科インプラント全体の計画または進行をタイムリーかつ適切に調整することを目的として、歯科インプラントプロセス中に歯科インプラントシステムおよび操作者（歯科医など）にインプラント受容患者のインプラント受容領域に関するリアルタイム情報をフィードバックするために、歯科インプラントシステムおよびナビゲーション方法を提供することである。

本開示の第１の概念によれば、歯科インプラントシステムは、歯科インプラント装置に接続された作用端を有する多軸ロボットアームと、歯科インプラントプロセス中にインプラント受容患者のインプラント受容領域に関するリアルタイム画像情報を取り込むために多軸ロボットアームに結合された少なくとも１つの光学装置とを備え、多軸ロボットアームは、インプラント前計画とリアルタイム画像情報との関連付け結果に従ってインプラント受容領域内の所定の経路に沿って移動する歯科インプラント装置を駆動し、インプラント前計画はインプラント受容領域の３次元モデルに関連付けられ、所定の経路に関連する所定の入口点と、所定の経路に関連する少なくとも１つの所定の中継点と、所定の経路に関連する所定の目標点とを含み、３次元モデルはインプラント受容領域に関するインプラント前画像情報から構築される。

この概念によれば、インプラント前画像情報は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン画像情報、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）画像情報、およびＸ線イメージング画像情報のうちの少なくとも１つを含む。

この概念によれば、少なくとも１つの光学装置は、第１の光学装置と第２の光学装置とを含み、第１の光学装置は、リアルタイム画像情報を取り込むために多軸ロボットアームの作用端に結合され、第２の光学装置は、マーク位置情報を取り込むために多軸ロボットアームの基端部に結合されている。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、インプラント受容患者にしっかりと接続されたマーキング装置をさらに備え、第２の光学装置は、マーキング装置に関連付けられたマーク位置情報を取り込む。

この概念によれば、所定の経路は、インプラント前画像情報にマークされている歯槽神経位置および副鼻腔位置のうちの少なくとも１つに従って決定される。

この概念によれば、少なくとも１つの所定の中継点は、インプラント受容領域内の骨密度および所定の経路の長さのうちの少なくとも１つに従って決定される。

この概念によれば、歯科インプラント装置は、インプラント受容領域内の所定の経路に沿って移動し、少なくとも１つの所定の中継点に到着すると、所定の経路から後退するように駆動される。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、歯科インプラント装置上に配置された温度センサーをさらに含み、歯科インプラント装置は、温度センサーの感知結果に応答して、所定の経路から後退する。

この概念によれば、歯科インプラント装置が所定の経路から後退すると、歯科インプラントシステムは、インプラント前計画における少なくとも１つの所定の中継点をさらに調整する。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、所定の経路に従ってインプラント受容領域にインプラントを固定するために多軸ロボットアームによって駆動されるインプラント固定装置をさらに含み、インプラント固定装置は、インプラントに関連するリアルタイムトルク値が所定のトルク閾値に達するとすぐに動作を停止する。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、インプラント前計画とリアルタイム画像情報との関連付け結果に従って、インプラント受容領域内の所定の経路に沿って移動する歯科インプラント装置を駆動するように多軸ロボットアームに指示するために、多軸ロボットアームおよび少なくとも１つの光学装置と通信接続する処理装置をさらに含む。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、リアルタイム画像情報、インプラント前画像情報、所定の経路、所定の入口点、少なくとも１つの所定の中継点、所定の目標点、インプラント受容領域の骨密度、歯科インプラント装置のリアルタイム温度、歯科インプラント装置の移動速度、インプラントのリアルタイムトルク、および歯科インプラントプロセスに関連する仮想画像のうちの少なくとも１つを操作者に表示するために処理装置に通信接続されたウェアラブルディスプレイ装置をさらに備える。

本開示の第２の概念によれば、歯科インプラントシステムは、多軸ロボットアームと、多軸ロボットアームの作用端に接続された歯科インプラント装置とを備え、多軸ロボットアームは、歯科インプラントドリルが完了するまでインプラント前計画に従ってインプラント受容患者のインプラント受容領域の所定の経路に沿って往復運動する歯科インプラント装置を駆動し、インプラント前計画は、所定の経路に関連し、かつインプラント受容領域の骨密度および所定の経路の長さのうちの少なくとも１つに従って決定される少なくとも１つの所定の中継点を含む。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、歯科インプラント装置が動作している間にインプラント受容領域に関するリアルタイム画像情報を取り込むために多軸ロボットアームの作用端に結合された第１の光学装置と、インプラント受容患者にしっかりと接続されたマーキング装置と、マーキング装置のマーク位置情報を取り込むために多軸ロボットアームの基端部に結合された第２の光学装置とをさらに備える。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、インプラント前計画とリアルタイム画像情報との関連付け結果に従って、インプラント受容領域内の所定の経路に沿って往復運動する歯科インプラント装置を駆動するように多軸ロボットアームに指示するために、多軸ロボットアーム、第１の光学装置および第２の光学装置と通信接続する処理装置をさらに備える。

この概念によれば、歯科インプラントシステムは、リアルタイム画像情報、インプラント前計画の関連付け情報、所定の経路、インプラント受容領域の骨密度、歯科インプラント装置のリアルタイム温度、歯科インプラント装置の移動速度、および歯科インプラントドリルプロセスに関連する仮想画像のうちの少なくとも１つを操作者に表示するために歯科インプラントシステムに通信接続されたウェアラブルディスプレイ装置をさらに備える。

この概念によれば、インプラント前計画は、インプラント受容領域の３次元モデルに関連付けられ、３次元モデルは、インプラント受容領域に関するインプラント前画像情報から構築される。

この概念によれば、歯科インプラント装置は格納式ドリル装置である。

本開示の第３の概念によれば、歯科インプラント用の格納式ドリル装置は、取り付け部分を備えた第１の末端部分を有するスリーブであって、取り付け部分によってスリーブが歯科インプラント装置に取り付けられ、ねじ穴が第２の末端部分に形成され、取り付け部分の遠位に配置されている、スリーブと、隣接ヘッドと隣接ヘッドから延びるドリル本体とを有するドリル要素であって、ドリル本体は雄ねじ部分を有し、ドリル要素の雄ねじ部分がスリーブのねじ穴に固定される、ドリル要素とを備え、隣接ヘッドはスリーブの内壁に隣接し、隣接ヘッドが第１の位置にあるときに第１の末端部分の近くにあり、歯科インプラント装置は、駆動されてスリーブを回転させ、それにより、スリーブに固定されたドリルを第１の位置から第２の位置に移動させ、したがって、隣接ヘッドが第２の末端部分に到達し、それによりスリーブの内壁に隣接するまで、スリーブから突出する。

本開示の第４の概念によれば、歯科インプラント用の格納式ドリル装置は、取り付け部分を備えた第１の末端部分を有するスリーブであって、取り付け部分によってスリーブは歯科インプラント装置に取り付けられ、穴が第２の末端部分に形成され、取り付け部分の遠位に配置されている、スリーブと、スリーブ内に配置されたドリル部材であって、スリーブの内壁に形状が対応し、したがってスリーブの内壁に隣接する外面を有する円筒形ベースであって、円錐形のくぼみが円筒形ベースに形成され、取り付け部分に近接して配置されている、円筒形ベースと、一方の端が円筒形ベースに接続され、もう一方の端がスリーブの穴から第１の長さだけ突出するドリル本体と、ドリル本体の一部分の周りに適合するばねであって、一部分はスリーブの内側にあり、ばねは一方の端が円筒形ベースに隣接し、もう一方の端がスリーブの内壁に隣接し、第２の末端部分に近接して配置されている、ばねと、円錐形のくぼみに配置された少なくとも１つのボールとを備える、ドリル部材とを備え、円筒形ベースとドリル本体が一体的に形成され、歯科インプラント装置が駆動されて格納式ドリル装置を回転させると、少なくとも１つのボールが円錐形のくぼみの中心から円錐形のくぼみを横切って外側に転がり、それによって円錐形のくぼみに作用力を及ぼし、作用力の下で円筒形ベースがドリル本体を押して、ドリル本体がスリーブの穴から第２の長さだけさらに突出する。

本開示の第５の概念によれば、歯科インプラントシステムにおけるインプラント受容領域内の所定の経路に沿った歯科インプラント装置の動きを案内するための歯科インプラントナビゲーション方法であって、この方法は、歯科インプラントシステムによってインプラント受容領域に関するインプラント前画像情報を取得することと、歯科インプラントシステムによってインプラント前画像情報からインプラント受容領域の３次元モデルを構築することと、歯科インプラントシステムによってインプラント前画像情報および３次元モデルに従ってインプラント前計画を作成することであって、インプラント前計画が、所定の経路に関連する所定の入口点と、所定の経路に関連する少なくとも１つの所定の中継点と、所定の経路に関連する所定の目標点とを含む、作成することと、歯科インプラントシステムによってインプラント受容領域に関するリアルタイム画像情報を取得することと、リアルタイム画像情報に表示される第１の位置を、インプラント前画像情報に表示された第２の位置に位置合わせするために、歯科インプラントシステムによって、インプラント前画像情報に含まれる少なくとも１つの初期特徴点およびリアルタイム画像情報に含まれる少なくとも１つの第１の特徴点に従って位置変換情報を生成することと、歯科インプラントシステムによって、インプラント前画像情報、リアルタイム画像情報、位置変換情報およびインプラント前計画に従ってインプラント受容領域内の所定の経路に沿って往復運動するように歯科インプラント装置を駆動することとを含み、歯科インプラントシステムは、歯科インプラント装置がインプラント前計画に従って少なくとも１つの所定の中継点または所定の目標点に移動するときに、所定の経路から後退するように歯科インプラント装置を駆動する。

この概念によれば、方法はさらに、歯科インプラントシステムによって、歯科インプラント装置のリアルタイム温度値を検出することと、歯科インプラントシステムによって、リアルタイム温度値の検出に応答して所定の経路から後退するように歯科インプラント装置を駆動することとを含む。

この概念によれば、方法はさらに、

歯科インプラントシステムによって、マーキング装置のマーク位置情報を取得することであって、マーキング装置がインプラント受容領域にしっかりと接続されている、取得することと、

歯科インプラントシステムによって、マーク位置情報と決定された移動閾値を比較して、インプラント受容領域の現在位置が変化したかどうかを決定することと、

肯定的な決定に基づいて、歯科インプラントシステムによって、マーク位置情報およびインプラント受容領域の現在位置の変化に従って、歯科インプラント装置の現在位置を調整することとを含む。

この概念によれば、方法はさらに、歯科インプラント装置の作用端の位置を位置合わせすることを含む。

この概念によれば、方法はさらに、インプラント受容領域の骨密度および所定の経路の長さに従って、少なくとも１つの所定の中継点を決定することを含む。

この概念によれば、インプラント受容領域に関するインプラント前画像情報を取得するステップは、インプラント受容領域の歯槽神経位置およびインプラント前画像情報における副鼻腔位置のうちの少なくとも１つをマーキングすることを含む。

この概念によれば、方法はさらに、ウェアラブルディスプレイ装置によって、リアルタイム画像情報、インプラント前計画における関連情報、所定の経路、インプラント受容領域内の骨密度、歯科インプラント装置のリアルタイム温度、歯科インプラント装置の移動速度、および歯科インプラントプロセスに関連する仮想画像のうちの少なくとも１つを操作者に提供することを含む。

当業者は、本開示の実施形態の説明および添付の図面を参照することにより、本開示の技術的特徴への洞察を得ることができる。しかしながら、説明および添付の図面は、参照のみを目的としており、本開示を限定することを意図するものではないため、例示と見なされるべきである。
本開示の例示的な実施形態による、歯科インプラントシステムとインプラント受容患者との関係の概略図である。本開示の歯科インプラントシステムを用いて歯科インプラントを実施するための主な流れ図である。本開示の例示的な実施形態による、歯科インプラントシステムのインプラント前計画の作成プロセスの流れ図である。本開示の特定の実施形態による、歯科インプラント計画中に歯列弓線を描くことの概略図である。本開示の特定の実施形態による、歯列弓線に従って作成されたパノラマの概略図である。本開示の特定の実施形態による、ＣＴ座標を光学座標に変換する概略図である。本開示の特定の実施形態による、変換情報を計算する流れ図である。本開示の特定の実施形態による歯科インプラントプロセスの流れ図である。本開示の特定の実施形態によるドリルプロセスの流れ図である。本開示の特定の実施形態によるドリルプロセスの概略図である。本開示の特定の実施形態による、インプラントを所定の位置に固定する流れ図である。本開示の特定の実施形態による、インプラントを所定の位置に固定する概略図である。本開示の特定の実施形態による、歯科インプラントシステムを位置合わせする概略図である。本開示の特定の実施形態による、ｘ－ｚ平面上の器具先端位置を識別する概略図である。本開示の特定の実施形態による、ｙ－ｚ平面上の器具先端位置を識別する概略図である。本開示の特定の実施形態による、歯科インプラント装置と共に使用するための格納式ドリルの概略図である。本開示の別の特定の実施形態による、歯科インプラント装置と共に使用するための格納式ドリルの概略図である。本開示の特定の実施形態によるマーキング装置の概略図である。本開示の特定の実施形態による、患者が移動したかどうかをマーキング装置で検出する流れ図である。本開示の特定の実施形態による、仮想現実装置の助けを借りて表示された視覚化された外科的内容の概略図である。

本開示の概念は、添付の図面を参照して例示的な実施形態に従って以下に説明される。添付の図面および説明では、類似または同一の構成要素は、同一の参照番号で示されている。説明のために、添付の図面は、各層の厚さと形状に関して、実際の測定値を示すために描かれたものでも、縮尺どおりに描かれたものでもない。添付の図面に示されていない、または以下に説明されていない構成要素は、当業者の間でよく知られている可能性がある。

図１を参照すると、本開示の例示的な実施形態による、歯科インプラントシステムとインプラント受容患者との関係の概略図が示されている。図１に示されるように、歯科インプラントシステム１００は、本質的に、多軸ロボットアーム１４０、歯科インプラント装置１５０、第１の光学装置１４２、および第２の光学装置１４３を備える。多軸ロボットアーム１４０は、互いに接続された支持アーム１４７、１４８、１４９を備える。歯科インプラント装置１５０および光学装置１４２は、ロボットアーム１４０の作用端に結合されている。光学装置１４３は、ロボットアーム１４０に結合されている（例えば、ロボットアーム１４０の基端部に結合されている）。本開示の実施形態では、光学装置１４２、１４３は、２次元カメラまたは２次元カメラモジュールを含む。カメラモジュールはプロジェクターを含む。あるいは、変形実施形態では、２次元カメラは、赤外線（ＩＲ）カメラ、カラー（ＲＧＢ）カメラ、またはグレースケールカメラを含む。

本開示によれば、光学装置１４２、１４３と多軸ロボットアーム１４０との間の位置情報変換関係は、所定の位置合わせ手段によって得られる。歯科インプラント装置１５０の作用端（先端など）１５２と多軸ロボットアーム１４０との間の位置情報変換関係の特定の実施形態は、以下でさらに説明される（図１２～図１４）。

本開示によれば、歯科インプラントシステム１００は、スタンド１２０およびマーキング装置１２１をさらに備える。マーキング装置１２１は、その画像情報が光学装置１４３によって取り込まれる特別なマーキング装置であるように設計されている。本開示によれば、歯科インプラントシステム１００は、マーキング装置１２１によってインプラント受容患者１０に接続されている。例えば、インプラント受容患者１０の頭部がスタンド１２０上にあるとき、スタンド１２０は、インプラント受容患者１０の頭部とマーキング装置１２１との間の堅固な接続を可能にし、その結果、インプラント受容患者１０のインプラント受容領域の位置の変化の原因であるインプラント受容患者１０の動きを検出することができる。好ましくは、マーキング装置１２１の新しい位置は、歯科インプラント経路を更新するために、第２の光学装置１４３によって取り込まれる。あるいは、変形実施形態では、スタンド１２０は、インプラント受容患者１０の頭部または口腔、またはインプラント受容患者１０を支えるベッド１３０に接続されている。

図２を参照すると、本開示の歯科インプラントシステムを用いて歯科インプラントを実施する主な流れ図２００が示されている。図２に示すように、本開示の歯科インプラントシステムを用いて歯科インプラントを実施することは、インプラント受容領域に関するインプラント前画像情報（断層撮影スキャン画像情報など）を入力し、画像情報から３次元モデルを構築することを含む（ステップ２１０）。この特定の実施形態では、インプラント前画像情報は、歯科用コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン情報、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）画像情報、および／またはＸ線イメージング画像情報を含む。

次に、インプラント前画像情報およびこうして構築された３次元モデルに従って、インプラント前計画が作成される（ステップ２２０）。本開示によれば、インプラント前計画は、歯科インプラント装置の所定の経路（歯科インプラント経路としても知られる）、歯科インプラント経路に関連する所定の入口点、少なくとも１つの所定の中継点、および所定の目標点（すなわち、歯科インプラントの完了時に到達する位置）を含む。所定の中継点は、歯科インプラントドリルを実行するために、歯科インプラント装置が経路から後退し、動作を停止しなければならない位置点である。所定の中継点は、インプラント受容領域内の骨密度および歯科インプラント経路の経路長に従って決定される。例示的な実施形態では、歯科インプラント装置は、経路から後退し、それにより、所定の入口点に戻る。しかしながら、変形実施形態では、歯科インプラント装置は、歯科インプラント経路上の任意の適切な位置に後退する。本開示によれば、インプラント前画像情報は、インプラント受容患者１０の歯の断面情報およびインプラント受容患者１０の歯列弓線情報を含む。さらに、インプラント前計画は、以下でさらに説明するように、インプラント受容患者１０の副鼻腔位置情報、インプラント受容患者１０の歯槽神経位置情報、インプラント受容患者１０の顎骨密度情報、およびインプラントデータ（ブランド名、形状、およびサイズを含む）に依存する（図３、図４Ａ、および図４Ｂを参照）。

次に、インプラント受容領域のリアルタイム画像データを取得するために、インプラント受容患者１０の歯の表面情報などの３次元部分表面情報が光学装置１４２によって取り込まれる（ステップ２３０）。その後、画像データの座標変換プロセスが開始される。

ステップ２１０で構築された３次元モデルの１つまたは複数の特徴点が選択され、それに応じて（すなわち、ステップ２１０で構築された３次元モデルの特徴点を選択するシーケンスに従って）ステップ２３０で取得されたリアルタイム画像データ（歯の表面情報など）の１つまたは複数の特徴点が選択されることにより、２つのデータセット（後で説明し、図５に示す）間の座標変換の準備をする（ステップ２４０）。この実施形態では、選択された特徴点は３つであるが、本開示はそれに限定されない。

次に、３次元モデルと歯の表面情報の特徴点に従って変換行列が計算される（ステップ２５０）。インプラント前画像データ（例えば、歯科用ＣＴスキャンによって得られる）の座標は、ステップ２５０で計算された変換行列を用いて光学システムの座標（リアルタイム画像データ）に変換され（ステップ２６０）、歯科インプラント経路（ＣＴスキャン座標）に関する情報を光学システム座標に変換することを容易にする（後で説明し、図６に示す）。

次に、歯科インプラント経路に関する情報がロボットアームの座標系に代入され、歯科インプラント経路に沿って移動するロボットアームおよび歯科インプラント装置を駆動し（ステップ２７０）、それによって歯科インプラントが実施される（ステップ２８０）（後で説明し、図７に示す）。

図３を参照すると、本開示の例示的な実施形態による、歯科インプラントシステムのインプラント前計画の作成プロセスの流れ図３００が示されている。図３に示されるように、インプラント前計画の作成プロセスは、以下に記載されるステップを含む。

最初に、インプラント前画像データ、およびインプラント受容領域に関するコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）スキャンデータなどのインプラント受容領域に関するデータが読み取られる（ステップ３１０）。次に、画像データに従って歯列弓線が描かれる（ステップ３２０）。図４Ａを参照すると、歯列弓線は、インプラント前画像データに含まれる断層撮影断面４１０で歯上の複数の選択点４２１～４２９を選択するステップと、歯科インプラントシステムによって、選択点間の位置に従って歯列弓線４３０を作成するステップと、断層撮影断面４１０に歯列弓線４３０を表示するステップに従って描かれる。この実施形態では、選択点は９個であるが、本開示はそれに限定されず、したがって、他の特定の実施形態では、異なる数の選択点が必要に応じて選択される。

次に、ステップ３２０で描かれた歯列弓線に従って、インプラント受容患者１０のパノラマ（パノ）およびその３次元モデルが作成される（ステップ３３０）。このように作成されたパノが図４Ｂに示されている（４４０で表されている）。図４Ｂに示すパノにマークされている副鼻腔４５２、４５４および／または歯槽神経４６２、４６４の位置、ならびに副鼻腔（ステップ３４０）が検出され、検出された情報が断面情報に表示される。

その後、データベース内のインプラント３次元モデル４７０が選択され、断面に配置される（ステップ３５０）。次に、インプラント３次元モデル４７０の計画位置は、歯科インプラント経路が他の歯の位置または骨の位置によって影響を受けないように調整される（ステップ３６０）。本開示によれば、インプラントの計画位置が副鼻腔４５２、４５４または歯槽神経４６２、４６４に近すぎる場合、警告メッセージが操作者に送信される（ステップ３７０）。最後に、歯科インプラントシステムは、所定の入口点４８０および所定の目標点４９０を含む歯科インプラント経路を出力する。

座標系の変換に関して、図５および図６は、それぞれ、ＣＴ座標系を光学座標系に変換する方法と、座標変換行列を計算する方法を示している。この実施形態では、図６に示す流れ図６００で概略的に記述される変換計算は、図５で選択された特徴点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’に従って実行される。しかしながら、図５および図６は、単に例示的な目的を果たすに過ぎず、したがって、変形実施形態では、変換行列の計算は、必要に応じて数が変更される可能性のある特徴点に従って実行される。

図６を参照すると、初期の対角正変換行列が計算される（ステップ６１０）。この実施形態では、第１の初期行列Ｔ_ＣＴおよび第２の初期行列Ｔ_{ｃａｍｅｒａ}が計算される。第１の初期行列Ｔ_ＣＴと第２の初期行列Ｔ_{ｃａｍｅｒａ}の計算は、以下の式で満たされる。まず、ＣＴでの計算は次のとおりであり、

式中、

ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＸｘはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘのｘ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＸｙはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘのｙ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＸｚはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘのｚ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＹｘはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙのｘ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＹｙはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙのｙ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＹｚはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙのｚ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＺｘはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚのｘ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＺｙはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚのｙ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_ＺｚはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚのｚ成分である。Ｐ１_ｘは点Ｐ１のｘ値、Ｐ１_ｙは点Ｐ１のｙ値、Ｐ１_ｚは点Ｐ１のｚ値である。

光学装置での計算は次のとおりであり、

式中、

ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘ’ｘはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘ’のｘ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘ’ｙはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘ’のｙ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘ’ｚはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｘ’のｚ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙ’ｘはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙ’のｘ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙ’ｙはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙ’のｙ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙ’ｚはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｙ’のｚ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚ’ｘはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚ’のｘ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚ’ｙはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚ’のｙ成分、ベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚ’ｚはベクトルＶｅｃｔｏｒ_Ｚ’のｚ成分である。Ｐ１’_ｘは点Ｐ１’のｘ値、Ｐ１’_ｙは点Ｐ１’のｙ値、Ｐ１’_ｚは点Ｐ１’のｚ値である。

次に、ＣＴ座標情報の特徴点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、変換行列

に従って光学システム座標に代入されて、それぞれ、Ｐ１_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}、Ｐ２_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}、およびＰ３_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}になる（ステップ６２０）。

その後、ステップ６３０は、計算されたＰ１_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}、Ｐ２_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}、Ｐ３_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}とＰ１’、Ｐ２’、Ｐ３’との間の距離がそれぞれ閾値を満たすかどうかを確認することを含む。距離が閾値を満たさない場合、プロセスフローはステップ６２０に戻り、Ｔ_{ｃａｍｅｒａ}行列と

行列をＰ１_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}、Ｐ２_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}、Ｐ３_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}で更新した後、変換によって再度Ｐ１_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}’、Ｐ２_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}’、Ｐ３_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}’を生成する。次に、生成されたＰ１_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}’、Ｐ２_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}’、Ｐ３_{ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ}’とＰ１’、Ｐ２’、Ｐ３’との間の距離は、距離が閾値を満たすまで繰り返し計算される。したがって、最終的な変換行列は次のようになる。

次に、光学システム座標は、光学装置１４２（図１）およびロボットアーム１４０（図１）の既知の変換関係Ｔ_{ｃａｍｅｒａ２ｒｏｂｏｔ}に従ってロボットアームに代入される（ステップ６１０）。ステップ６４０の変換行列

を考慮すると、変換方程式は

になる。したがって、ＣＴ座標をロボットアーム座標に変換できる。

図７を参照すると、本開示の特定の実施形態による、ロボットアームおよび歯科インプラント装置によって実行される歯科インプラントプロセスの流れ図７００が示されている。図７に示されるように、歯科インプラント装置が歯科インプラント経路上の所定の入口点に到達すると、本開示の歯科インプラントプロセスを開始する準備ができている。

まず、歯科インプラントを行う前に、操作者（歯科医）は手作業で歯茎を切る（歯肉フラップ手術）か、ロボットアームと特殊な器具で歯肉穿孔を行い、その後の歯科インプラントプロセスへの道を開く（ステップ７１０）。次に、ステップ７２０は、ドリルおよび歯科インプラントを実行するためのロボットアームおよび歯科インプラント装置の動作に関するものである。過度に高いドリル温度によってインプラント受容患者１０に起こり得る歯の組織の壊死を予防する必要がある。この目的のために、ステップ７２０はさらに、関連するプロセスを実行することを含み、それにより、普通ならドリルプロセス中の過度の高温によって引き起こされる損傷から歯の組織を保護する（後で説明し、図８および図９に示す）。

歯科インプラント経路に従って実行されるドリルプロセスが完了すると、ロボットアームは、インプラント前計画に従ってドリル穴にインプラントを固定する（ステップ７３０）。このステップでは、インプラントは所定のトルク値に従って所定の位置にしっかりと固定され、関連する詳細は後で説明され、図１０および図１１に示される。

図８を参照すると、本開示の特定の実施形態による、ロボットアームによって実行されるドリルプロセスの流れ図８００が示されている。図８に示されるように、流れ図８００の目的は、普通ならドリルプロセス中の過度の高温によって引き起こされる損傷から歯の組織を保護することである。したがって、本開示によれば、歯科インプラントシステムは、ドリル温度を下げるための冷却装置（散水装置など）と、新たにドリル位置点を計算するかどうかを決定するために関連する感知測定値をリアルタイムで読み取るためのセンサーとを備える。本開示の歯科インプラントシステムで実行されるドリルプロセスは、以下に記載されるステップを含む。

最初に、歯科インプラント経路のＨＵ（ハウンズフィールドユニット）値が、インプラント前画像情報またはスキャン情報から読み取られる（ステップ８１０）。その後、ＨＵ値が処理され、インプラント受容領域の対応する骨密度レベルが計算される（ステップ８２０）。例えば、この特定の実施形態では、５つの骨密度レベル、すなわち、Ｎ１（最低の骨密度、すなわち、最も柔らかい骨）からＮ５（最高の骨密度、すなわち、最も硬い骨）が存在する。

次に、その移動の各段階におけるドリルツール（ドリルなど）の変位が、前述の骨密度レベルに従って事前に決定される（ステップ８３０）。例えば、この実施形態では、骨密度レベル０～Ｎ１は３．５ｍｍの単位変位に関連し、骨密度レベルＮ１～Ｎ２は３．０ｍｍの単位変位に関連し、骨密度レベルＮ２～Ｎ３は２．５ｍｍの単位変位に関連し、骨密度レベルＮ３～Ｎ４は２．０ｍｍの単位変位に関連し、骨密度レベルＮ４～Ｎ５は１．５ｍｍの単位変位に関連する。（前述の単位変位値はすべて経験設計値である。）

その後、本開示の歯科インプラントシステムの多軸ロボットアームが歯科インプラント経路全体に有するユニット移動位置点の数が、歯科インプラント経路の長さおよびステップ８３０で得られたユニット変位値に従って計算される（ステップ８４０）。ユニット移動位置点は、所定の中継点である。

次に、ステップ８４０で計算された所定の中継点位置に従って、多軸ロボットアームおよび歯科インプラント装置がドリルのために駆動され、冷却装置が冷却のために水を噴霧し始める（ステップ８５０）。本開示によれば、ロボットアームが所定の各中継点の位置に移動すると、ロボットアームは、歯科インプラント装置を駆動して歯科インプラント経路から後退させ、歯科インプラントシステムは、冷却用の水を噴霧するために冷却装置を始動し、ドリル温度が顎骨の壊死を引き起こすのに十分なほど高くならないようにする。例示的な実施形態では、歯科インプラント装置は、歯科インプラント経路から後退し、したがって、所定の入口点に戻る。しかしながら、別の実施形態では、歯科インプラント装置は、歯科インプラント経路上の任意の適切な位置に後退する。ドリルプロセスでは、歯科インプラント装置のリアルタイムの温度と圧力が、ロボットアームまたは歯科インプラント装置にそれぞれ取り付けられた温度センサーまたは圧力センサーで検出され（ステップ８６０）、現在の進行状況と状態が判定される（ステップ８７０）。感知された測定値が閾値を超えると、ロボットアームは歯科インプラント装置を駆動して、歯科インプラント経路から後退させ、それによって所定の入口点位置に戻す。その後、プロセスフローはステップ８３０に戻り、ドリルユニットの変位を計算し、ドリルプロセスを続行する前に、ユニットの移動位置ポイント（すなわち、所定の中継点）を新たに更新する。センサー情報が閾値を超えない場合、ロボットアームは歯科インプラント装置を制御して、歯科インプラント経路上の所定の目標点に到達するまで次の位置ポイントに動かし続け、それによってドリルプロセスを終了する。

図９を参照すると、本開示の特定の実施形態による、ロボットアームによって実行されるドリルプロセスの概略図が示されている。図に示すように、インプラント受容領域で行われた歯肉フラップ手術が完了するときまでには歯茎９１０が展開され、したがって、下の顎骨９３０が露出している。歯科インプラント経路は、所定の入口点９４０、少なくとも１つ（図では３つ）の所定の中継点（またはユニット移動位置点）９６２、９６４、９６６、および所定の目標点９５０を含む。ドリル９２０は、所定の入口点９４０で歯科インプラント経路に入り、歯科インプラント経路に沿って移動する。ドリル９２０は、所定の中継点９６２、９６４、９６６で停止し、歯科インプラント経路から後退するまで逆転する。この時点で、歯科インプラントシステムは冷却装置を始動し、冷却装置は水を噴霧し、普通なら過度の高温によって引き起こされる顎骨９３０の壊死を防止する目的で冷却を達成する。例示的な実施形態では、歯科インプラント装置は歯科インプラント経路から後退し、それによって所定の入口点に戻る。しかしながら、別の実施形態では、歯科インプラント装置は、歯科インプラント経路上の任意の適切な位置に後退する。本開示によれば、所定の中継点（またはユニット移動位置点）は、歯科インプラント経路の長さおよび顎骨９３０のインプラント受容領域内の骨密度に従って決定される。本開示によれば、歯科インプラント装置（すなわち、ドリル９２０）は、多軸ロボットアームの作用端に接続され、ロボットアームによって移動される。

特定の実施形態では、歯科インプラント経路のＨＵ値が読み取られた後、所定の入口点、所定の中継点、および所定の目標点など、ドリルプロセスに関連する位置点の計算が開始される。さらに、ドリルプロセス中、インプラント受容領域の歯の組織を損傷から保護する目的で、散水装置を使用してドリル温度を下げる。温度センサーまたは圧力センサーの測定値がリアルタイムで読み取られ、ドリル関連の位置点を新たに計算するかどうかが即座に決定される。変形実施形態では、センサーは、ロボットアームまたは歯科インプラント装置に取り付けられて、歯科インプラントシステムがその測定値を読み取ることを可能にする。一実施形態では、ドリルプロセスの開始前に、歯科インプラントシステムは、歯科インプラント経路およびＨＵ値を読み取り、対応するユニット変位を識別し、歯科インプラント経路上の所定の中継点を計算／決定する（移動周波数を計算する）。

図１０を参照すると、本開示の特定の実施形態による、インプラントを所定の位置に固定する流れ図１０００が示されている。図１０に示されるように、本開示のインプラント固定プロセスは、以下に記載されるステップを含む。

最初に、歯科インプランター（すなわち、インプラント固定装置）が、本開示の歯科インプラントシステムに接続される（ステップ１０１０）。この実施形態では、歯科インプランターは、インプラントの回転速度またはトルクなどの関連データがすでに付属している市販の歯科インプランターである。本開示の歯科インプラントシステムは、ロボットアームに対してフィードバック制御を実行する目的で、インプラントに関するトルク情報を取得するために歯科インプランターに接続されている。

その後、インプラントを所定の位置に固定するために必要なトルク値が事前決定される（ステップ１０２０）。トルク値は、インプラントのサイズとインプラント受容領域内の骨密度に依存する。この特定の実施形態では、歯科医は、その経験値に従ってトルク値を事前決定し、所定のトルク値を歯科インプラントシステムに割り当てる。インプラントを所定の位置に固定するためのドリルが、本開示の歯科インプラント装置に取り付けられる（ステップ１０３０）。歯科インプラントシステムは、ロボットアームを歯科インプラント経路上の所定の入口点まで駆動し始める（ステップ１０４０）。次に、インプラントをドリルに固定する（ステップ１０５０）。次に、ステップ１０６０は、インプラントを所定の位置に固定し、現在のトルク値をリアルタイムで検出することを含む。その後、ステップ１０７０は、トルク値のリアルタイム検出結果に従って、トルク値がステップ１０２０で事前決定され、かつ歯科インプランターに必要であるトルク値を超えているかどうか、およびインプラントがその目的地に到達したかどうかを決定することを含む。決定が否定的である場合、プロセスフローはステップ１０６０に戻り、歯科インプラント装置がインプラントを所定の位置に固定することとインプラントを緩めることとを交互に繰り返すことを可能にする。リアルタイムで検出されたトルク値がステップ１０２０で事前決定されたトルク値に到達し、歯科インプラント経路上の所定の目標点に到達するとすぐに、本開示のインプラント固定プロセスは終了する（ステップ１０８０）。

図１１を参照すると、本開示の特定の実施形態による、インプラントを所定の位置に固定する概略図が示されている。図に示されるように、歯科インプランター１１２０は、本開示の歯科インプラントシステムのロボットアーム１１１０、およびロボットアーム１１１０の作用端にある歯科インプラント装置に接続され、一方、インプラント１１３０は、歯科インプラント装置に接続される。インプラント固定プロセス１１４０の間、歯科インプラント装置は、歯科インプラント経路上の所定の入口点１１４２からインプラント受容領域の顎骨１１４１に入り、歯科インプラントシステムは、インプラント１１３０が歯科インプラント経路上の所定の目標点１１４３に到達するまで歯科インプラント経路に沿って図１０のステップを実行する。本開示によれば、歯科インプラント装置はドリルを実行し、ロボットアーム１１１０の作用端に歯科インプランター１１２０の所定のインプラントトルク値で接続されて、現在のトルク値の変化をリアルタイムで検出し、インプラントがその目的地に到達したかどうかを決定する。歯科インプラント装置は、インプラントが所定のインプラント位置に到達するまで、インプラントを所定の位置に固定するために継続的に動作する。

図１２を参照すると、本開示の特定の実施形態による、歯科インプラントシステムを位置合わせする概略図が示されている。図１２に示されるように、位置合わせプロセスの目的は、歯科インプラント装置の作用端（先端）の位置を位置合わせし、それをロボットアーム座標に変換することである。この特定の実施形態では、歯科インプラント装置は、ロボットアームフランジに固定されている。歯科インプラントシステムは、ロボットアームのフランジ１２１２、歯科インプラント装置支持部材１２１０、歯科インプラント装置１２１１、歯科インプラント装置１２１１のフロントエンド器具（ドリルなど）１２２０、器具先端１２２１、第１の光源１２３２、第２の光源１２３４、第１のカメラ１２４２、第２のカメラ１２４４、および計算コンピュータ１２６０を備える。計算コンピュータ１２６０は、ロボットアームを有線または無線で制御する。いくつかの特定の実施形態では、第１の光源１２３２および第２の光源１２３４は、平面１２５０上に垂直に配置されたバックライトボードである。いくつかの特定の実施形態では、平面１２５０は、フランジ１２１２に取り付けられた標準的な器具によって、ロボットアーム座標に従って、位置合わせ方法によって位置合わせされる。平面１２５０が位置合わせされた後、第１の光源１２３２のｘ座標およびｚ座標は、ロボットアームのｘ座標およびｚ座標に対応し、一方、第２の光源１２３４のｙ座標およびｚ座標は、ロボットアームのｙ座標およびｚ座標に対応する。

いくつかの特定の実施形態では、第１の光源１２３２および第２の光源１２３４は、互いに垂直である。いくつかの他の特定の実施形態では、第１のカメラ１２４２は、平面１２５０上に配置され、第２の光源１２３４に垂直であり、第２のカメラ１２４４は、平面１２５０上に配置され、第１の光源１２３２に垂直である。フロントエンド器具１２２０は、第１のカメラ１２４２および第２のカメラ１２４４がフロントエンド器具１２２０の写真を撮るように、第１の光源１２３２および第２の光源１２３４に配置されている。

図１３を参照すると、本開示の特定の実施形態による、ｘ－ｚ平面上の器具先端位置を識別する概略図が示されている。図１３に示されるように、フロントエンド器具１２２０は、第１のカメラ１２４２がフロントエンド器具１２２０の写真を撮るように、その画像を第１のバックライトボード１２３２に投影する。いくつかの他の特定の実施形態では、フロントエンド器具１２２０の画像は、画像１３０１、１３０２、１３０３に含まれる。さらに、フロントエンド器具１２２０およびフロントエンド器具先端１２２１は、画像１３０１内で識別される。投影面がロボットアーム座標（ｘ、ｚ）と位置合わせされているため、画像１３０２に示されるように、フロントエンド器具先端１２２１は画像の中心に移動される。次に、フロントエンド器具１２２０の方向は、画像１３０３で示されるような画像によって補正される。この時点で、フロントエンド器具１２２０とロボットアームのｘ－ｚ座標との位置合わせが完了する。

図１４を参照すると、本開示の特定の実施形態による、ｙ－ｚ平面上の器具先端位置を識別する概略図が示されている。図１４に示されるように、フロントエンド器具１２２０は、第２のカメラ１２４４がフロントエンド器具１２２０の写真を撮るように、その画像を第２のバックライトボード１２３４に投影する。いくつかの他の特定の実施形態では、フロントエンド器具１２２０の画像は、画像１４０１、１４０２、１４０３に含まれる。さらに、フロントエンド器具１２２０およびフロントエンド器具作用端（先端）１２２１は、画像１４０１内で識別される。投影面がロボットアーム座標（ｙ、ｚ）と位置合わせされているため、画像１４０２に示されるように、フロントエンド器具先端１２２１は画像の中心に移動される。次に、フロントエンド器具１２２０の方向は、画像１４０３で示されるような画像によって補正される。この時点で、フロントエンド器具１２２０とロボットアームのｙ－ｚ座標との位置合わせが完了する。

本開示によれば、図１３および図１４に示されるプロセスのステップは、フロントエンド器具先端１２２１のｘ－ｚ投影画像およびｙ－ｚ投影画像の中心点までの距離が所定の閾値よりも小さくなるまで繰り返され続け、これにより、位置合わせプロセスが完了する。

本開示はさらに、臼歯などの限られたスペースを有するインプラント受容領域においてドリルおよび歯科インプラントを実施する際に使用するのに適した格納式ドリル装置を提供する。

図１５Ａおよび図１５Ｂを参照すると、本開示の２つの特定の実施形態による、歯科インプラント装置と共に使用するための格納式ドリル装置（ドリル）の概略図がそれぞれ示されている。図１５Ａは、本開示の一実施形態による、遠心力下で駆動されたときに伸長および格納することができるドリルを示す。図１５Ｂは、本開示の別の実施形態による、ねじ込み式のプッシュ／プルによって駆動されたときに伸長および格納することができるドリルを示す。

図１５Ａに示されるように、本開示によれば、格納式ドリル装置１５１０は、本質的に、スリーブ１５１１と、スリーブ１５１１に受容されたドリル部材とを備える。取り付け部分１５１２は、スリーブ１５１１の第１の末端部分に配置され、スリーブ１５１１が歯科インプラント装置（図示せず）に取り付けられることを可能にするように適合されている。穴１５１３は、スリーブ１５１１の第２の末端部分に形成され、取り付け部分１５１２の遠位に配置されている。ドリル部材は、円筒形ベース１５１４、ドリル本体１５１５、少なくとも１つのボール１５１６、１５１７、およびばね１５１８を備える。円筒形ベース１５１４の外面は、形状がスリーブ１５１１の内壁に対応し、したがってそれに隣接する。円錐形のくぼみ１５１９が円筒形ベース１５１４に形成され、スリーブ１５１１の取り付け部分１５１２の近くに配置されている。ドリル本体１５１５は、一端が円筒形ベース１５１４に接続され、他端がスリーブ１５１１の穴１５１３から第１の長さだけ突出している。ドリル本体１５１５の一部がスリーブ１５１１の内側にあるため、ばね１５１８は、ドリル本体１５１５の一部の周りに適合する。ばね１５１８は、一端が円筒形ベース１５１４に隣接している。ばね１５１８の他端は、スリーブ１５１１の内壁に隣接し、第２の末端部分に近接して（すなわち、穴１５１３の近くに）配置されている。少なくとも１つのボール（この実施形態では２つのボール）１５１６、１５１７は、円錐形のくぼみ１５１９に配置されている。この時点で、図１５Ａの左の図に示されているように、ドリルは格納状態にある。

本開示の歯科インプラント装置が駆動されて格納式ドリル装置１５１０を回転させると、ボール１５１６、１５１７は、円錐形のくぼみ１５１９の中心から円錐形のくぼみ１５１９の凹面を横切って外側に転がり、それによって円錐形のくぼみ１５１９に作用力（遠心力）が作用し、円筒形ベース１５１４がドリル本体１５１５を押して、ドリル本体１５１５がスリーブ１５１１の穴１５１３から第２の長さ（第１の長さよりも長い）だけさらに突出するようになる。この時点で、図１５Ａの右の図に示されるように、ドリルは突出状態にある。

好ましくは、円筒形ベース１５１４およびドリル本体１５１５は一体的に形成される。

図１５Ｂに示されるように、別の実施形態では、本開示の格納式ドリル装置１５２０は、本質的に、スリーブ１５２１およびドリル要素を含む。スリーブ１５２１は、取り付け部分１５２２を備えた第１の末端部分を有し、それにより、スリーブ１５２１は歯科インプラント装置（図示せず）に取り付けられる。ねじ穴１５２３は、スリーブ１５２１の第２の末端部分に形成され、取り付け部分１５２２の遠位に配置されている。ドリル要素は、隣接ヘッド１５２４と、隣接ヘッド１５２４から延びるドリル本体１５２５とを有する。ドリル本体１５２５は、雄ねじ構造１５２６を有する。ドリル要素の雄ねじ構造１５２６は、スリーブ１５２１のねじ穴１５２３に固定される。隣接ヘッド１５２４が第１の位置にあるとき（図１５Ｂの左の図に示されるように）、隣接ヘッド１５２４は、スリーブ１５２１の内壁に隣接し、第１の末端部分の近く（すなわち、取り付け部分１５２２の近く）にある。この時点で、ドリル装置１５２０は、図１５Ｂの左の図に示されているように、格納状態にある。対照的に、歯科インプラント装置が駆動されてスリーブ１５２１を回転させると、スリーブ１５２１に固定されたドリル本体１５２５は、第１の位置から第２の位置に移動し（図１５Ｂの右の図に示されるように）、したがって、隣接ヘッド１５２４が第２の末端部分に到達し、それによってスリーブ１５２１の内壁に隣接するまで、スリーブ１５２１から突出する。この時点で、ドリル装置１５２０は、図１５Ｂの右の図に示されるように、突出状態にある。本開示によれば、ドリル装置１５１０、１５２０は、ドリルプロセス中にインプラント受容患者の口腔内で利用可能な小さなスペースに適合するように設計され、したがって、歯科医がドリルスペースの変動のためにドリルを交換しなければならない回数を減らす。

図１６を参照すると、本開示の特定の実施形態によるマーキング装置の概略図が示されている。図１６に示されるように、マーキング装置１６００は、図１のマーキング装置１２１に対応する。いくつかの特定の実施形態では、マーキング装置１６００は、特徴点１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０５および認識パターン１６０９を備える。一実施形態では、マーキング装置１６００の特徴点１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０５および認識パターン１６０９は、特定の波長の光を放出し、その光は、本開示の歯科インプラントシステムに配置された光学装置（光学装置１４３など）によって取り込まれる。対照的に、マーキング装置１６００の他の部分は、放出する光が少なすぎるので、光学装置によって取り込むことができない。他の特定の実施形態では、マーキング装置１６００の特徴点１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０５および認識パターン１６０９は、特定の波長の光（光源から放出される）を反射し、その光は、本開示の歯科インプラント装置に配置された光学装置（光学装置１４３など）によって取り込まれる。対照的に、マーキング装置１６００の他の部分は光を吸収するため、光学装置は光をほとんど取り込まない。

歯科インプラントシステムがマーキング装置１６００の特徴点１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０５および認識パターン１６０９の位置を見つけると、特徴点１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０５の３次元位置および認識パターン１６０９の３次元位置を識別し、２次元から３次元へのいくつかの座標変換方法（ＰＮＰアルゴリズムなど）によって変換関係を識別することが可能である。図１に示すように、インプラント受容患者１０（またはインプラント受容領域）が移動したかどうかを検出するために、マーキング装置１２１とインプラント受容患者１０は、堅固に接続されている（インプラント受容患者１０の頭部とマーキング装置１２１は、スタンド１２０によって堅固に接続されている）。

図１７を参照すると、本開示の特定の実施形態による、インプラント受容患者１０（またはインプラント受容領域）が移動したかどうかをマーキング装置で検出する流れ図１７００が示されている。本開示によれば、インプラント受容患者１０（またはインプラント受容領域）の位置は、経路を更新するかどうかを決定するために、図２に示されるステップ２７０～２８０の方法によって連続的に検出される。図１７に示すように、この方法のプロセスフローは、以下に説明するステップを含む。

まず、最初に検出されたマーク位置が登録され（ステップ１７１０）、変換関係Ｔが計算される。次に、現在のマーク点位置と初期マーク点位置とを比較し、投影距離を計算するために、マーク画像における特徴点１６０１、１６０２、１６０３、１６０４、１６０５の現在検出された位置および認識パターン１６０９が、変換関係Ｔによって画像上に投影される（ステップ１７２０）。その後、ステップ１７３０は、投影距離が所定の閾値を超えるかどうかを決定することを含む。ステップ１７３０の決定が否定的である場合、プロセスフローはステップ１７１０に戻って計算を続行する。ステップ１７３０での決定が肯定的である場合、インプラント受容患者１０またはインプラント受容領域が移動したと決定される（ステップ１７４０）。この時点で、歯科インプラントシステムは、変形関係Ｔ’を更新し、それに応じて歯科インプラント経路情報を更新する（ステップ１７５０）。

本開示の歯科インプラントシステムはさらに、歯科インプラントプロセスに関するメッセージを操作者（歯科医）に表示するウェアラブルディスプレイ装置（ウェアラブル仮想現実ディスプレイ装置など）に接続される。図１８を参照すると、本開示の特定の実施形態による、仮想現実装置の助けを借りて表示された視覚化された外科的内容の概略図が示されている。図１８に示されるように、操作者（歯科医）１８１０は、本開示の歯科インプラント装置１８３０を用いてインプラント受容患者１８２０に歯科インプラントを実施する間、仮想現実ディスプレイ装置１８４０を着用する。仮想現実ディスプレイ装置１８４０は、歯科インプラントプロセスに関する内容を表示し、視覚化情報インターフェース１８５０と連動して動作することによって内容を操作者１８１０に表示する。この特定の実施形態では、視覚化情報インターフェース１８５０は、インプラント前断層撮影スキャンによって得られた断面、骨密度のＨＵ値（表示情報１８５４）、歯槽神経（表示情報１８５５）、ならびに所定の入口点（表示情報１８５９）および所定の目標点（表示情報１８５８）を有する歯科インプラント経路を含む、インプラント前計画に関する情報を有する。視覚化情報インターフェース１８５０はさらに、ドリル温度（表示情報１８５１）、現在のドリル回転速度（表示情報１８５２）、ドリル反作用力値（表示情報１８５３）および現在のドリル深さ（表示情報１８５６）を含む、歯科インプラントプロセスで得られた関連メッセージを有する。視覚化情報インターフェース１８５０では、リアルタイム画像情報（表示情報１８５７）が、インプラント受容患者１８２０の画像に重ね合わされる。他の特定の実施形態では、歯科インプラントプロセス中に、リアルタイム情報は、トルク、警告メッセージ、およびドリルまたはインプラントが歯槽神経または副鼻腔と接触する警告領域など、任意の他のセンサーで検出される情報を含む。視覚化情報インターフェース１８５０はさらに、パノおよび歯列弓線情報など、任意の他のインプラント前情報を表示するが、本開示はそれに限定されない。他の特定の実施形態では、仮想現実ディスプレイ装置１８４０は、ヘッドマウントディスプレイなどに限定されない。

本開示の装置および／またはプロセスの特定の実施形態は、ブロック図、流れ図、および／または例によって示されている。ブロック図、流れ図、および／または例は、１つまたは複数の機能および／または動作を示す。当業者は、ブロック図、流れ図、および／または例によって示されるすべての機能および／または動作をハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらのほぼ任意の組み合わせによって、個別におよび／または集合的に実装できることを理解している。いくつかの特定の実施形態では、本明細書に記載の主題の一部は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などによって実装される。しかしながら、当業者は、特定の実施形態のいくつかの態様が、１つまたは複数のコンピュータ上で実行される１つまたは複数のコンピュータプログラム（例えば、１つまたは複数のコンピュータシステムで実行される１つまたは複数のプログラム）、１つまたは複数のプロセッサで実行される１つまたは複数のプログラム（例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサで実行される１つまたは複数のプログラム）、ファームウェア、またはそれらのほぼ任意の組み合わせの形で全体的または部分的に集積回路に同等に実装されることを認識する。さらに、回路の設計および／またはソフトウェアおよび／またはファームウェアのプログラミングは、本開示を考慮して当業者に周知であると見なされなければならない。さらに、当業者は、本明細書に記載の主題のメカニズムが異なる方法でプログラム製品として配布され得ること、および本明細書に記載の主題の例示的な特定の実施形態が、配布を実行する際に使用するための信号伝達媒体の特定のタイプに関係なく適用可能であることを理解する。信号伝達媒体の例には、フロッピーディスク、ハードディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなどの記録可能な媒体、ならびにデジタルおよび／またはアナログ通信媒体など（光ファイバケーブル、導波管、有線通信接続、および無線通信接続など）の伝送媒体が含まれるがこれらに限定されない。

本開示の歯科インプラントシステムおよび方法は、上で説明され、添付の図面によって示されている。しかしながら、本開示の特定の実施形態は、単に例示的な目的で役立つに過ぎない。したがって、本開示の特許請求の範囲および精神から逸脱することなく、本開示の特定の実施形態に様々な変更を加えることができ、変更は、本開示の請求項の範囲内に入る方法で解釈されなければならない。したがって、特定の実施形態は、本開示を限定するものではないが、本開示の範囲および精神は、添付の特許請求の範囲で定義されている。

１０インプラント受容患者
１００歯科インプラントシステム
１２０スタンド
１２１マーキング装置
１３０ベッド
１４０ロボットアーム
１４２光学装置
１４３光学装置
１４７支持アーム
１４８支持アーム
１４９支持アーム
１５０歯科インプラント装置
１５２歯科インプラント装置の作用端
２００流れ図
２１０-２８０ステップ
３００流れ図
３１０-３８０ステップ
４１０断層撮影断面
４２１-４２９選択点
４３０歯列弓線
４４０パノ
４５２副鼻腔
４５４副鼻腔
４６２歯槽神経
４６４歯槽神経
４７０インプラント３次元モデル
４８０入口点
４９０目標点
６００流れ図
６１０-６４０ステップ
７００流れ図
７１０-７３０ステップ
８００流れ図
８１０-８８０ステップ
９１０歯茎
９２０ドリル
９３０顎骨
９４０入口点
９５０目標点
９６２、９６４、９６６中継点
１０００流れ図
１０１０-１０８０ステップ
１１１０ロボットアーム
１１２０歯科インプランター
１１３０インプラント
１１４０インプラント固定プロセス
１１４１顎骨
１１４２入口点
１１４３目標点
１２１０歯科インプラント装置支持部材
１２１１歯科インプラント装置
１２１２フランジ
１２２０フロントエンド器具
１２２１フロントエンド器具
１２３２第１の光源
１２３４第２の光源
１２４２第１のカメラ
１２４４第２のカメラ
１２５０平面
１２６０計算コンピュータ
１３０１-１３０３画像
１４０１-１４０３画像
１５１０ドリル装置
１５１１スリーブ
１５１２取り付け部分
１５１３穴
１５１４円筒形ベース
１５１５ドリル本体
１５１６ボール
１５１７ボール
１５１８ばね
１５１９円錐形のくぼみ
１５２０ドリル装置
１５２１スリーブ
１５２２取り付け部分
１５２３ねじ穴
１５２４隣接ヘッド
１５２５ドリル本体
１５２６雄ねじ構造
１６００マーキング装置
１６０１-１６０５特徴点
１６０９認識パターン
１７００流れ図
１７１０-１７５０ステップ
１８１０操作者
１８２０インプラント受容患者
１８３０歯科インプラント装置
１８４０仮想現実ディスプレイ装置
１８５０視覚化情報インターフェース
１８５１-１８５９表示情報
Ｐ１-Ｐ３特徴点
Ｐ１’-Ｐ３’ 特徴点

Claims

歯科インプラント装置に接続された作用端を有する多軸ロボットアームと、
歯科インプラントプロセス中にインプラント受容患者のインプラント受容領域に関するリアルタイム画像情報を取り込むために前記多軸ロボットアームに結合された少なくとも１つの光学装置と
を備え、
前記多軸ロボットアームは、インプラント前計画と前記リアルタイム画像情報との関連付け結果に従って前記インプラント受容領域内の所定の経路に沿って移動する前記歯科インプラント装置を駆動し、
前記インプラント前計画は、前記インプラント受容領域の３次元モデルに関連付けられ、前記所定の経路に関連する所定の入口点、該所定の経路に関連する少なくとも１つの所定の中継点、および該所定の経路に関連する所定の目標点を含み、前記３次元モデルは、前記インプラント受容領域に関するインプラント前画像情報から構築され、
前記歯科インプラント装置は、前記インプラント受容領域内の前記所定の経路に沿って移動し、前記少なくとも１つの所定の中継点に到着すると、該所定の経路から後退するように駆動される、
歯科インプラントシステム。
前記インプラント前画像情報は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン画像情報、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）画像情報、およびＸ線イメージング画像情報のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記少なくとも１つの光学装置は、第１の光学装置と第２の光学装置とを含み、前記第１の光学装置は、前記リアルタイム画像情報を取り込むために前記多軸ロボットアームの前記作用端に結合され、前記第２の光学装置は、マーク位置情報を取り込むために前記多軸ロボットアームに結合されている、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記多軸ロボットアームが、前記作用端とは異なる基端部を有し、前記第２の光学装置が前記基端部に結合されている、
請求項３に記載の歯科インプラントシステム。
前記インプラント受容患者にしっかりと接続されたマーキング装置をさらに備え、前記第２の光学装置は、前記マーキング装置に関連付けられた前記マーク位置情報を取り込む、
請求項３に記載の歯科インプラントシステム。
前記所定の経路は、前記インプラント前画像情報にマークされている歯槽神経位置および副鼻腔位置のうちの少なくとも１つに従って決定される、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記少なくとも１つの所定の中継点は、前記インプラント受容領域内の骨密度および前記所定の経路の長さのうちの少なくとも１つに従って決定される、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置上に配置された温度センサーをさらに含み、前記歯科インプラント装置は、前記温度センサーの感知結果に応答して、前記所定の経路から後退する、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置が前記所定の経路から後退すると、前記歯科インプラントシステムは、前記インプラント前計画における前記少なくとも１つの所定の中継点をさらに調整する、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記所定の経路に従って前記インプラント受容領域にインプラントを固定するために前記多軸ロボットアームによって駆動されるインプラント固定装置をさらに含み、前記インプラント固定装置は、前記インプラントに関連するリアルタイムトルク値が所定のトルク閾値に達するとすぐに動作を停止する、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置に結合され、前記インプラントが前記所定の経路から逸脱するときはいつでも警告情報を送信するように適合された警告装置をさらに備える、
請求項９に記載の歯科インプラントシステム。
前記インプラント前計画と前記リアルタイム画像情報との関連付け結果に従って、前記インプラント受容領域内の前記所定の経路に沿って移動する前記歯科インプラント装置を駆動するように前記多軸ロボットアームに指示するために、前記多軸ロボットアームおよび前記少なくとも１つの光学装置と通信接続する処理装置をさらに備える、
請求項１に記載の歯科インプラントシステム。
前記リアルタイム画像情報、前記インプラント前画像情報、前記所定の経路、前記所定の入口点、前記少なくとも１つの所定の中継点、前記所定の目標点、前記インプラント受容領域の骨密度、前記歯科インプラント装置のリアルタイム温度、該歯科インプラント装置の移動速度、前記インプラントのリアルタイムトルク、および前記歯科インプラントプロセスに関連する仮想画像のうちの少なくとも１つを操作者に表示するために前記処理装置に通信接続されたウェアラブルディスプレイ装置をさらに備える、
請求項１２に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置が動作している間に前記インプラント受容領域に関する前記リアルタイム画像情報を取り込むために前記多軸ロボットアームの作用端に結合された第１の光学装置と、
前記インプラント受容患者にしっかりと接続されたマーキング装置と、
前記マーキング装置のマーク位置情報を取り込むために前記多軸ロボットアームの基端部に結合された第２の光学装置と
をさらに含む、
請求項１３に記載の歯科インプラントシステム。
前記インプラント前計画とリアルタイム画像情報との関連付け結果に従って、前記インプラント受容領域内の前記所定の経路に沿って往復運動する前記歯科インプラント装置を駆動するように前記多軸ロボットアームに指示するために、前記多軸ロボットアーム、前記第１の光学装置および前記第２の光学装置と通信接続する処理装置をさらに備える、
請求項１４に記載の歯科インプラントシステム。
前記リアルタイム画像情報、前記インプラント前計画の関連付け情報、前記所定の経路、前記インプラント受容領域の骨密度、前記歯科インプラント装置のリアルタイム温度、該歯科インプラント装置の移動速度、および歯科インプラントドリルプロセスに関連する仮想画像のうちの少なくとも１つを操作者に表示するために前記歯科インプラントシステムに通信接続されたウェアラブルディスプレイ装置をさらに備える、
請求項１５に記載の歯科インプラントシステム。
前記インプラント前計画は、前記インプラント受容領域の３次元モデルに関連付けられ、前記３次元モデルは、前記インプラント受容領域に関するインプラント前画像情報から構築される、
請求項１３に記載の歯科インプラントシステム。
前記インプラント前画像情報は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン画像情報、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）画像情報、およびＸ線イメージング画像情報のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１３に記載の歯科インプラントシステム。
前記所定の経路は、前記インプラント前画像情報にマークされている歯槽神経位置および副鼻腔位置のうちの少なくとも１つに従って決定される、
請求項１８に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置は、前記インプラント受容領域内の前記所定の経路に沿って移動し、前記少なくとも１つの所定の中継点に到着すると、該所定の経路から後退するように駆動される、
請求項１３に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置上に配置された温度センサーをさらに含み、前記歯科インプラント装置は、前記温度センサーの感知結果に応答して、前記所定の経路から後退する、
請求項１３に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置が前記所定の経路から後退すると、前記歯科インプラントシステムは、前記インプラント前計画における前記少なくとも１つの所定の中継点をさらに調整する、
請求項２１に記載の歯科インプラントシステム。
前記歯科インプラント装置が格納式ドリル装置である、
請求項１３に記載の歯科インプラントシステム。
取り付け部分を備えた第１の末端部分を有するスリーブであって、該取り付け部分によって該スリーブが歯科インプラント装置に取り付けられ、ねじ穴が第２の末端部分に形成され、前記取り付け部分の遠位に配置されている、スリーブと、
隣接ヘッドと該隣接ヘッドから延びるドリル本体とを有するドリル要素であって、該ドリル本体は雄ねじ部分を有し、該ドリル要素の該雄ねじ部分が前記スリーブのねじ穴に固定される、ドリル要素と
を備え、
前記隣接ヘッドは前記スリーブの内壁に隣接し、該隣接ヘッドが第１の位置にあるときに前記第１の末端部分の近くにあり、前記歯科インプラント装置は、駆動されて前記スリーブを回転させ、それにより、該スリーブに固定された前記ドリルを前記第１の位置から第２の位置に移動させ、したがって、該隣接ヘッドが前記第２の末端部分に到達し、それにより該スリーブの内壁に隣接するまで、該スリーブから突出する、請求項１に記載の前記歯科インプラントシステム用の、
格納式ドリル装置。
請求項１に記載の前記歯科インプラントシステム用の格納式ドリル装置であって、
歯科インプラント用の格納式ドリル装置であって、
取り付け部分を備えた第１の末端部分を有するスリーブであって、該取り付け部分によって該スリーブは歯科インプラント装置に取り付けられ、穴が第２の末端部分に形成され、該取り付け部分の遠位に配置されている、スリーブと、
前記スリーブ内に配置されたドリル部材であって、
該スリーブの内壁に形状が対応し、したがって該スリーブの内壁に隣接する外面を有する円筒形ベースであって、円錐形のくぼみが該円筒形ベースに形成され、前記取り付け部分に近接して配置されている円筒形ベースを備える、ドリル部材と、
一方の端が前記円筒形ベースに接続され、もう一方の端が前記スリーブの穴から第１の長さだけ突出するドリル本体と、
前記ドリル本体の一部分の周りに適合するばねであって、該一部分は前記スリーブの内側にあり、該ばねは一方の端が前記円筒形ベースに隣接し、もう一方の端が該スリーブの内壁に隣接し、前記第２の末端部分に近接して配置されている、ばねと、
前記円錐形のくぼみに配置された少なくとも１つのボールと
を備える、ドリル部材と
を備え、
前記円筒形ベースと前記ドリル本体が一体的に形成され、前記歯科インプラント装置が駆動されて前記格納式ドリル装置を回転させると、前記少なくとも１つのボールが前記円錐形のくぼみの中心から該円錐形のくぼみを横切って外側に転がり、それによって該円錐形のくぼみに作用力を及ぼし、該作用力の下で該円筒形ベースが該ドリル本体を押して、該ドリル本体が前記スリーブの穴から第２の長さだけさらに突出する、
該歯科インプラントシステム用の格納式ドリル装置。