JP7268000B2 - 表面誘導クロップを使用するボリュームレンダリング - Google Patents
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Description
本開示は、概略的に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データなどの３Ｄボリュームデータのボリュームレンダリングにおいて、望ましくない又は重要ではないデータを切り取る（crop away）ための表面情報の使用に関する。本開示は、歯科などのいくつかの医療分野において用途を有する。
３Ｄボリュームデータのボリュームレンダリングは、走査される物体に対して所与の視点から見たように、物体の２Ｄの投影を生成できる。異なる各視点について、新たな２Ｄ投影が生成される。ボリュームレンダリングが特定の身体構造に関する３Ｄボリュームデータのみを選択しなければならないとき、クリッピング平面及び／又は境界ボックスを使用して、他の身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外できる。ボリュームレンダリングに含まれるべき３Ｄボリュームデータを囲繞するクリッピング平面は、クリッピング平面の外部に位置する物体が、生成された２Ｄ投影において見えないように画定される。例えば、患者の身体の３Ｄボリュームデータをボリュームレンダリングするとき、視線をブロックするような部分からのデータを除外するためにクリッピング平面が使用されるとき、所与の身体部位の内側の点がより良く見える。米国特許第９３９０５４６号明細書は、３Ｄ超音波画像における咬合の除去に関するクリッピング面を説明する。
しかしながら、クリッピング平面又は単純な境界ボックスは、特に介在部分を有する咬合物体がある場合、選択された部分に関する３Ｄボリュームデータの充分に詳細な選択を提供することができない。クリッピング平面又は境界ボックスが、選択された身体部位に関するデータを完全に分離するように配置できない場合、レンダリング処理の結果は、他の身体部位に関する部分を更に含むか、又は、選択された身体部位のいくつかの部分を省略しなければならない。
介在面を有する咬合物体の高度に選択的なボリュームレンダリングを与えると言う問題が残る。
１つの実施形態に従って、患者からの３Ｄボリュームデータを選択的にボリュームレンダリングする方法を開示する。方法は、
－患者の身体の第１及び第２身体構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得すること、
－第１身体構造のトポグラフィを表す第１部分を含む第１デジタル３Ｄ表示を取得することと、
－少なくとも部分的に第１デジタル３Ｄ表示の第１部分から第１クリッピング面を画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって第１身体構造の２Ｄ投影を生成することであって、第１クリッピング面が第２身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、
を含む。
－患者の身体の第１及び第２身体構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得すること、
－第１身体構造のトポグラフィを表す第１部分を含む第１デジタル３Ｄ表示を取得することと、
－少なくとも部分的に第１デジタル３Ｄ表示の第１部分から第１クリッピング面を画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって第１身体構造の２Ｄ投影を生成することであって、第１クリッピング面が第２身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、
を含む。
１つの実施形態に従って、患者からの３Ｄボリュームデータを選択的にボリュームレンダリングする方法を開示する。方法は、
－患者の身体の第１及び第２身体構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得することと、
－第１身体構造のトポグラフィを表す第１部分を含む第１デジタル３Ｄ表示を取得することと、
－少なくとも部分的に第１デジタル３Ｄ表示の第１部分から境界ボリュームを画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって第１身体構造の２Ｄ投影を生成することであって、境界ボリュームが第２身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、
を含む。
－患者の身体の第１及び第２身体構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得することと、
－第１身体構造のトポグラフィを表す第１部分を含む第１デジタル３Ｄ表示を取得することと、
－少なくとも部分的に第１デジタル３Ｄ表示の第１部分から境界ボリュームを画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって第１身体構造の２Ｄ投影を生成することであって、境界ボリュームが第２身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、
を含む。
単純な平面ではなく第１身体構造の形状を考慮に入れるクリッピング面の使用は、介在する身体構造からの３Ｄボリュームデータをボリュームレンダリングにおいて分離できるようにし、かつ、生成された２Ｄ投影が、第１身体構造に関するデータのみから生成できるようにする。同じことが、形状を考慮に入れる境界ボリュームの使用についても言え、単純な境界ボックスがボリュームレンダリングにおいて適用される場合に比べて優れた結果を与える。
第１デジタル３Ｄ表示は、第１身体構造のトポグラフィを表す情報を提供できる任意のスキャン技術によって取得できる。歯など可視身体構造の場合、例えば口腔内スキャナを使用する表面スキャンが第１デジタル３Ｄ表示を提供できるが、患者体内に埋め込まれた身体構造の場合、第１デジタル３Ｄ表示は、表面下スキャン技術、例えば、光コヒーレンス断層撮影、超音波及び例えば造影剤を使用するＸ線スキャン、並びに、その後の記録されたデータの区分化によって得られる。
本開示については主に歯科の適用に関して説明するが、説明する方法、コンピュータプログラム製品及びシステムは、高度に選択的なボリュームレンダリングの実施が少なくともほぼ不可能になる介在面がある構造のボリュームデータの任意のセットに適用できる。同様に、患者は、人間又は動物とすることができる。
いくつかの実施形態において、第１身体構造は、患者の顎部（jaws）の第１顎（上顎又は下顎）における歯構造を含み、第２身体構造は、患者の顎部の対向する第２顎の歯構造を含む。顎部の第１顎の歯構造は、顎部の第１顎の顎骨及び／又は歯の少なくとも一部とすることができ、３Ｄボリュームデータセットは、この顎骨及び／又は歯についてのデータを含む。３Ｄボリュームデータは、更に、顎部の対向する第２顎の歯構造についてのデータ、特に対向する顎の歯についてのデータを含む可能性がある。本明細書において開示するクリッピング面又は境界ボリュームの役割は、ボリュームレンダリングにおいて顎部の第２顎の歯構造に関するボリュームデータなどのデータを除外することであり、単純なクリッピング平面又は境界ボックスに依存する先行技術に比べて３Ｄボリュームデータの選択を改良する。
例えばインプラント治療を計画するために、患者をＸ線スキャンすることによって取得された３Ｄボリュームデータセットは、上顎及び下顎の歯及び顎骨に関するデータなど両顎の歯構造についてのデータを含むことがしばしばある。顎部の第１顎の歯に応じた形状のクリッピング面又は境界ボリュームの使用は、第１顎の歯構造に関する３Ｄボリュームデータの２Ｄ投影を生成するボリュームレンダリングが、ボリュームレンダリングにおいて第１顎からのいくつかの３Ｄボリュームデータが省略されることなく、対向する顎からのボリュームデータを効率よく除外できるようにする。即ち、生成された２Ｄ投影において、第１顎への視界をブロックする可能性のある顎部の第２顎からの部分を２Ｄ投影が含まないように、第１デジタル３Ｄ表示から画定された第１クリッピング面が適用されたとき、第２顎の歯構造に関する３Ｄボリュームデータは、ボリュームレンダリングにおいて除外されることができる。
いくつかの実施形態において、第１デジタル３Ｄ表示は、第１表面スキャンを含み、第１部分は、患者の顎部の第１顎の１本または複数本の歯のトポグラフィを表す。ボリュームレンダリングが選択された顎の歯（及び顎骨）に関する３Ｄボリュームデータのみを選択できるようにするために、歯が咬合して配置されるときの歯のトポグラフィを考慮に入れることは、特に有利である。歯のトポグラフィを無視する単純なクリッピング平面が、咬合配置された歯から記録された３Ｄボリュームデータのために使用される場合、生成された２Ｄ投影は、対向する顎についての３Ｄボリュームデータを含むか、又は、選択された顎からのいくつかのデータがボリュームレンダリングに含まれない。第１クリッピング面を画定するときに患者の歯のトポグラフィを考慮すると、たとえ患者の口が閉じられて上下の顎が咬合して配置された状態でＣＴスキャンが記録されても、対向する顎からのボリュームデータは、第１顎のボリュームレンダリングにおいて除外できる。このような事例において、平坦なクリッピング平面又は平坦な面のみ有する境界ボックスは、歯を上下の顎から区別するために使用されることができない。
患者の歯群の表面スキャンは、当業者には既知の様々な様式、例えば口腔内スキャンによって、又は、歯の印象若しくは印象から作られた物理的歯型を走査することによって、取得できる。表面スキャンは、歯のトポグラフィを表すトポグラフィデータを含み、選択的レンダリングが行われる口腔の部分の１本または複数本の歯のトポグラフィを表す第１部分を有する。第１部分に対応する第１表面スキャンの部分は、例えばコンピュータ画面に表示される表面スキャンの視覚化において第１部分を指し示すポインタツールを使用するなど、様々な様式で選択できる。
いくつかの実施形態において、方法は、ボリュームレンダリングに含まれる３Ｄボリュームデータを囲繞するように配置された１つ又は複数の境界ボリュームを生成することを含み、１つの境界ボリュームの１つの面の少なくとも一部は、第１クリッピング面によって形成される。
米国特許第９０３６８８１号明細書において、例えば患者の顎部の一方の顎の歯の修正３Ｄモデルは、他の部分に関する３Ｄボリュームデータを削除することによって生成される。ボリュームレンダリングによって２Ｄ投影を生成するときに、どの３Ｄボリュームデータが使用されるかを代わりに選択する本開示のいくつかの実施形態においては、全ての利用可能なデータを保管でき、全てのデータは、生成された２Ｄ投影と一緒に２Ｄスライスにおいて視覚化できる。
開示する実施形態の方法は、患者の歯の詰め物上での散乱によって生じた３Ｄボリュームデータにおける欠損など、生成された２Ｄ投影における散乱誘導欠損を避けるためにも使用できる。第２身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外する代わりに又はそれに加えて、３Ｄボリュームデータにおける散乱欠損は、ボリュームレンダリングにおいて除外される。即ち、より良い視界を選択できる他に、クリッピング面に基づくクロップは、顎自体からのデータのみを選択するので、咬合における又は歯付近の散乱欠損を示すことなく、ＣＴ散乱クリーニング法の必要を無くす。
いくつかの実施形態において、方法は、少なくとも部分的に第１デジタル３Ｄ表示の第２第１部分からの第２クリッピング面を画定することを更に含む。第２クリッピング面は、ボリュームレンダリングプロセスにおいて使用される３Ｄボリュームデータの選択の反対側の境界を画定するために使用できる。第２クリッピング面は、その後、ボリュームレンダリングに含まれる３Ｄボリュームデータが２つのクリッピング平面の間に位置するように配置される。歯科において、第２クリッピング面は、単に咬合歯の介在面から離れた位置にある３Ｄボリュームデータの境界を画定するだけのことが多いので、平面である場合がある。いくつかの実施形態において、第１及び第２クリッピング面は、３Ｄボリュームデータのどれがボリュームレンダリングに含まれるかを選択するために使用された境界ボリュームの一部である。
３Ｄボリュームデータは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）Ｘ線又はコーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）スキャンなどのＸ線スキャン、又は、ＭＲＩ及びＯＣＴなどのその他のスキャン技術によって記録できる。歯科において、３Ｄボリュームデータは、顎骨、歯肉、パレットなど、口腔の硬組織又は軟組織の両方についてのデータ、及び、患者の皮膚などの顔面組織についてのデータを含む可能性がある。更に、３Ｄボリュームデータは、インプラントなど口腔内の異物、スキャンポスト又はその他の異物を含む可能性がある。
いくつかの実施形態において、ボリュームレンダリングは、少なくとも部分的にレイトレーシングに基づく。レイトレーシングにおいて、光線は、仮想画面において各ピクセルについての３Ｄボリュームデータを介して選択された視点から追跡される。最終ピクセルカラーは、そのボリュームを通過するときに、光線が交差する各ボクセルからの色を（前から後へ）累積した結果である。（視点から見て）第１クリッピング面の前に位置する３Ｄボリュームデータは、ボリュームレンダリングにおいて除外される。同様に、第２クリッピング面の後に位置する３Ｄボリュームデータも除外される。境界ボリュームを使用する実施形態において、境界ボリューム内に位置する３Ｄボリュームデータのみがボリュームレンダリングにおいて考慮に入れられる。
いくつかの実施形態において、第１クリッピング面が第１身体構造から離れる方へ移動するように、第１クリッピング面と３Ｄボリュームデータとの間にはオフセットが与えられる。歯科において、これは、顎部の第１顎の歯から離れる方へ第１クリッピング面を移動することに相当する。オフセットは、第１デジタル３Ｄ表示及び３Ｄボリュームデータセットによって与えられる歯のトポグラフィの表示に僅かな逸脱があっても又はその整列に小さい誤差があっても、第１身体構造に関する３Ｄボリュームデータがボリュームレンダリングにおいて除外されないようにする。
本開示の様々な実施形態は、以上及び以下で説明する方法、システム及びコンピュータプログラム製品、並びに、各々上述の第１形態に関連して説明した利点及び利益の１つ以上を生じる対応する方法、システム及びコンピュータプログラム製品を含み、かつ、各々上述の第１形態に関連して説明しかつ／又は特許請求の範囲において開示する実施形態に対応する１つ又は複数の実施形態を有する、様々な形態、に関連する。
１つの実施形態に従って、コンピュータ命令がデータ処理ユニットにおいて実行されるとき、実施形態のいずれかに従った方法をデータ処理ユニットに実施させるためのコンピュータ命令を含む、コンピュータプログラム製品を開示する。コンピュータプログラム製品は、非一時的コンピュータ可読媒体に埋め込まれ得る。
１つの実施形態に従って、コンピュータ命令がデータ処理ユニットにおいて実行されるとき、実施形態のいずれかに従った方法をデータ処理ユニットに実施させるためのコンピュータ命令を含む、コンピュータプログラム製品でコード化された非一時的コンピュータ可読媒体を開示する。
１つの実施形態に従って、コンピュータ命令がデータ処理ユニットにおいて実行されるとき、データ処理ユニットと、実施形態のいずれかに従った方法をデータ処理ユニットに実施させるためのコンピュータ命令を含むコンピュータプログラム製品でコード化された非一時的コンピュータ可読媒体と、を備えるシステムを開示する。
１つの実施形態に従って、患者からの３Ｄボリュームデータを選択的にボリュームレンダリングする方法を開示する。方法は、
－患者の顎部の第１顎の歯構造についてのデータ及び顎部の対向する第２顎の歯構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータを取得することと、
－患者の顎部の第１顎の１本または複数本の歯のトポグラフィを表す第１部分を含む第１表面スキャンを取得することと、
－少なくとも部分的に第１表面スキャンの第１部分から第１クリッピング面を画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって顎部の第１顎の歯構造の２Ｄ投影を生成することであって、第１クリッピング面が第２顎の歯構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、
を含む。
－患者の顎部の第１顎の歯構造についてのデータ及び顎部の対向する第２顎の歯構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータを取得することと、
－患者の顎部の第１顎の１本または複数本の歯のトポグラフィを表す第１部分を含む第１表面スキャンを取得することと、
－少なくとも部分的に第１表面スキャンの第１部分から第１クリッピング面を画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって顎部の第１顎の歯構造の２Ｄ投影を生成することであって、第１クリッピング面が第２顎の歯構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、
を含む。
１つの実施形態に従って、患者からの３Ｄボリュームデータを選択的にボリュームレンダリングする方法を開示する。方法は、
－患者の顎部の第１顎の歯構造についてのデータ及び顎部の対向する第２顎の歯構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得することと、
－患者の顎部の第１顎の１本または複数本の歯のトポグラフィを表す第１部分を含む第１表面スキャンを取得することと、
－少なくとも部分的に第１表面スキャンの第１部分によって形成される第１クリッピング面を有する境界ボリュームを画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって顎部の第１顎の歯構造の２Ｄ投影を生成することであって、境界ボリュームが、第２顎の歯構造に関する３Ｄボリュームデータが除外されるようにボリュームレンダリングに含まれるボリュームデータを選択するために適用される、ことと、
を含む。
－患者の顎部の第１顎の歯構造についてのデータ及び顎部の対向する第２顎の歯構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得することと、
－患者の顎部の第１顎の１本または複数本の歯のトポグラフィを表す第１部分を含む第１表面スキャンを取得することと、
－少なくとも部分的に第１表面スキャンの第１部分によって形成される第１クリッピング面を有する境界ボリュームを画定することと、
－３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって顎部の第１顎の歯構造の２Ｄ投影を生成することであって、境界ボリュームが、第２顎の歯構造に関する３Ｄボリュームデータが除外されるようにボリュームレンダリングに含まれるボリュームデータを選択するために適用される、ことと、
を含む。
本開示の上述の及び／又は付加的な目的、特徴及び利点は、添付図面を参照する下記の例示的かつ非限定的な本開示の実施形態の詳細な説明によってさらに明らかになる。
下記の説明において、本開示をどのように実施するかの例として示す添付図面を参照する。
図１は、１つの実施形態に従ってコンピュータ断層撮影（ＣＴ）Ｘ線スキャンによって患者から記録した３Ｄボリュームデータの２Ｄ投影を示す。コンピュータ断層撮影、特にＸ線コンピュータ断層撮影は、広く使用されるボリューム画像化原理である。概略的に、放射線源及び放射線感応イメージセンサは、一列に配置され、被験体がその間に位置付けられる。被験体は、放射線を減衰する。放射線源－検出器の配置体は、典型的に被験体の周りで円形又はその円弧上で複数の位置へ動かされ、画像は、全ての位置で撮影される。被験体内の減衰係数の空間的容積分布を表す３Ｄボリュームデータセットは、記録された画像から生成できる。患者の歯群のＣＴスキャンは、歯のトポグラフィ及び顎骨密度などの患者の歯構造の構造に関する情報を抽出するために一般に使用される。ＣＴデータは、歯の外面、又は、歯根若しくは神経などの内部構造の両方に関連する可能性がある。
図１に示す３Ｄボリュームデータ１００は、上顎歯１０１（即ち、上顎の歯）、下顎歯１０２（即ち、下顎の歯）及び下顎骨１０３についてのデータを含む。３Ｄボリュームデータは、各々が走査対象ボリュームにおける対応する位置について物質のＸ線の減衰に関するＣＴ数を有する、ボクセルのグリッドとして提示される。ＣＴ数は、下記の式で与えられる。
ＣＴ数＝Ｋ*（Ｕvoxel－Ｕwater）/Ｕwater
式において、Ｕvoxel及びＵwaterは、それぞれ算定ボクセル減数係数及び水の減衰係数であり、Ｋは、整数の定数である。２Ｄ投影は、レイトレーシングを使用して生成され、光線は、仮想画面において各ピクセルについての３Ｄボリュームデータを介して選択される視点から追跡される。最終ピクセルカラーは、そのボリュームを通過するときに、光線が交差する各ボクセルからの色を（前から後に）累積した結果である。各ボクセルの色を測定するために、ボクセル「強さ」を色に変換する色関数が使用される。このような色関数を使用することによって、エアボクセルを（半）透明と見なすことができ、例えば、皮膚、骨及び歯に所望の色を割り当てることができる。
ＣＴ数＝Ｋ*（Ｕvoxel－Ｕwater）/Ｕwater
式において、Ｕvoxel及びＵwaterは、それぞれ算定ボクセル減数係数及び水の減衰係数であり、Ｋは、整数の定数である。２Ｄ投影は、レイトレーシングを使用して生成され、光線は、仮想画面において各ピクセルについての３Ｄボリュームデータを介して選択される視点から追跡される。最終ピクセルカラーは、そのボリュームを通過するときに、光線が交差する各ボクセルからの色を（前から後に）累積した結果である。各ボクセルの色を測定するために、ボクセル「強さ」を色に変換する色関数が使用される。このような色関数を使用することによって、エアボクセルを（半）透明と見なすことができ、例えば、皮膚、骨及び歯に所望の色を割り当てることができる。
ＣＴデータは、例えば、患者の下顎におけるインプラントの位置を計画するために取得でき、操作者は、下顎のみにおける歯及び顎骨からのデータのボリュームレンダリングを見ることを望む。ＣＴスキャンデータのボリュームレンダリングを処理するための市販のソフトウェアは、しばしば操作者がレンダリングのためのボリュームを選択できるようにする。このボリュームは、上顎及び下顎に関するスキャンデータを切り開くクリッピング平面及び／又は該当するボリュームを囲繞する単純な境界ボックスによって示すことができる。
患者の歯が咬合したままＣＴデータが記録されるとき、このような境界ボックスまたはクリッピング平面は、多くの患者についてのデータを正確に分離できない。これは、上前歯が下顎の数本の歯の咬合面より下方まで延びる前方歯に関して言える。または、いくつかの歯又は小臼歯又は大臼歯の咬合面においては、しばしば、上顎及び下顎の歯の咬合面を完全に分離するクリッピング平面を画定できないことがしばしばある。
図２は、単純なクリッピング平面を使用して、一方の顎に関する３Ｄボリュームデータを対向する顎に関するデータから分離しようとするときに生じる可能性のある問題を図解する。この例において、目的は、下顎についての３Ｄボリュームデータの２Ｄ投影を生成することであるが、目的が上顎からのデータのみを選択する場合にも明らかに上記の問題が生じる。
図２Ａにおいて、水平線２０５ａ及び２０５ｂは、両方とも図の平面の中へ延びるクリッピング平面の断面表示である。線２０５ａに沿って配置されたクリッピング平面に基づくボリュームレンダリングの結果をまず検討すると、図２Ｂから、この配置が、下顎の歯及び顎骨に関する全ての３Ｄボリュームデータが２Ｄ投影２０８に含まれるようにすることが分かる。しかし、図から分かるように、対向する顎の歯２０１に関する３Ｄボリュームデータも、生成された２Ｄ投影に含まれて、下顎の歯２０２のいくつかの面への視線をブロックする。
図２Ｃ及び図２Ｄは、線２０５ｂに沿った第１クリッピング平面を適用する３Ｄボリュームデータ２００のボリュームレンダリングによって生成された２Ｄ投影を示す。図２Ｃは、患者の側面からの視点で生成された２Ｄ投影を示し、図２Ｄは、視点が患者の前面からの場合の２Ｄ投影を示す。線２０５ｂに沿った第１クリッピング平面は、上顎の歯に関する全ての３Ｄボリュームデータがクリッピング平面の上方に位置するように配置される。ボリュームレンダリングにおいてこのようなクリッピング平面を適用することによって、対向する顎の歯が下顎の歯２０２への視線をブロックしないようにする。しかし、図２Ｃ及び図２Ｄに同様に示すように、生成された投影は、それぞれ下顎の後方歯２０２ａ及び前歯２０２ｂの咬合面及び切端面についてのボリュームデータを含まない。
図３は、１つの実施形態に従った下顎の歯の表面スキャンの視覚的表示を示す。図３に示す表面スキャン３１１は、下顎の歯のトポグラフィを表す歯データ３１２及び歯肉の歯肉データ３１３を有する。表面スキャンは、例えば、3Shape A/Sが製造するTRIOSスキャナなどの口腔内スキャナを使用して記録できる。
図４は、構造化クリッピング面を有する境界ボリュームを使用して、どのように１つの実施形態に従ってより選択的なボリュームレンダリングを提供できるかを示す。
図４Ａは、３Ｄボリュームデータ４００、及び、ボリュームレンダリングにおいて使用される３Ｄボリュームデータの部分を画定する単純な境界ボックス４１５を示す。境界ボックス４１５は、第１クリッピング面４０５と第２クリッピング面４１６とを有する。第１クリッピング面は平面状であり、図２Ａに示す第１クリッピング平面と同様に配置される。図２に同様に示すように、第１クリッピング面のこの配置は、上顎の歯についてのいくつかの３Ｄボリュームデータがボリュームレンダリングに含まれるようにする。
図４Ｂは、下顎の歯の表面スキャンから画定された第１クリッピング面を有するように単純な境界４１５を修正することによって、どのように境界ボリュームが生成されるかを示す。境界ボックスは、境界ボリューム４１８の第１クリッピング面が、患者の歯のトポグラフィに従った形状を有するセクション４１９及びその背後の維持されるセクション４２０を有するように、第１クリッピング平面の一部分を表面スキャンと置き換えることによって修正され、歯の背後にある顎骨の部分をボリュームレンダリングに含めることができる。
図４Ｃは、歯形状の部分４１９、維持されるセクション４２０、及び、歯形状の部分を取り囲むセクション４２１を含む、歯構造の第１クリッピング面を有する境界ボリューム４１８を示す。少なくとも１つの領域において歯の第１部分のトポグラフィに応じた形状を有する構造化第１クリッピング面は、ボリュームレンダリングが、図５に関して以下に説明するボリュームレンダリングのための適切な３Ｄボリュームデータをより正確に選択できる、と言う利点を有する。
図５は、１つの実施形態に従って選択性が改良された３Ｄボリュームデータの２Ｄ投影を示す。
図５Ａ及び図５Ｂは、３Ｄボリュームデータをクロップするときに、境界ボリュームが歯のトポグラフィを考慮に入れる、３Ｄボリュームデータの２Ｄ投影を示す。図４Ｂ及び図４Ｃに示す構造化第１クリッピング面を有する境界ボリュームが、これらの２Ｄ投影が生成されるときに使用される。
図５Ａにおいて、２Ｄ投影５２４は、患者の顔の側面に位置する視点から見たレンダリングされた３Ｄボリュームデータを示す。この２Ｄ投影と、図２Ｂ及び図２Ｃ（単純な平面状の第１クリッピング面を有する境界ボックスが使用される）に示される２Ｄ投影と、の比較は、歯形状を有する第１クリッピング面が、どのように下顎に関する３Ｄボリュームデータの高度な選択的ボリュームレンダリングによって、クロップを提供するかを示す。３Ｄボリュームデータの選択の改良は、後方歯５２５の咬合面を２Ｄ投影に含められるようにし、２Ｄ投影において、前方歯５２６の切端面は、視線を妨げる対向する上顎からのボリュームデータ無しに見える。
改良は、患者の顔の前面に位置する視点から見たボリュームレンダリングされた３Ｄボリュームデータの２Ｄ投影を示す図５Ｂの２Ｄ投影５２７においても明白である。この２Ｄ投影は図２Ｄに示すものと比較されるべきであり、改良された第１クリッピング平面の使用は、後方歯５２５の咬合面が２Ｄ投影５２７に含まれかつ前方歯５２６の切端面が視線を遮る対向する上顎からのボリュームデータ無しに見えるように、３Ｄボリュームデータをボリュームレンダリングするときに、より高い選択性を与えることは明らかである。
図５Ｃは、２Ｄ投影が下顎の歯の内部構造も表すように、異なる種類の組織、即ち顎骨、歯の象牙質及びエナメル質についての閾値を使用して生成された２Ｄ投影を示す。これによって、レンダリングされた３Ｄボリュームデータが、これらの内部構造についてのデータを含むようにする。これは、歯の表面に関連しないボリュームデータを削除することによって新しい３Ｄモデルが生成される先行技術の手法に対する本開示の方法の利点の１つである。開示する方法においては、新しい２Ｄ投影は、ボリュームレンダリングによって各視点について生成され、すべての３Ｄボリュームデータが維持され、選択は、どのデータがボリュームレンダリングに含まれるかのみに関する。
図６は、１つの実施形態に従って患者から記録された３Ｄボリュームデータを見るように構成されたユーザーインターフェイス６２９の部分を示す。
２Ｄ投影６２４は、下顎のみの歯構造に関する３Ｄボリュームデータを選択するために、ボリュームレンダリングにおいて改良された第１クリッピング平面を使用することによって、生成される。２Ｄ投影を表示することに加えて、ユーザーインターフェイスは、パノラマ図６３１、並びに、３Ｄボリュームデータセットの軸方向図６３２、直交図６３３及び接線図６３４を示す３枚の２Ｄスライスも示す。この図は、開示する方法が、全ての３Ｄボリュームデータが維持され、生成された２Ｄ投影６２４と一緒に様々な図６３１、６３２、６３３及び６３４に表示できると言う利点を与えることを示す。
図７は、１つの実施形態に従って、患者の下顎からのＤボリュームデータを選択的にボリュームレンダリングするために適用されたときの方法のステップを含むフローチャート７４０を示す。即ち、クロップは、上顎からのデータが、ボリュームレンダリングにおいて除外されるようにする。
ステップ７４１において、患者の歯及び顎骨の３Ｄボリュームデータセットが取得される。３Ｄボリュームデータは、Ｘ線コンピュータ断層撮影スキャンによって与えられてもよく、方法を実現するように構成されたデータ処理システムのマイクロプロセッサにロードされてもよい。
ステップ７４２において、下顎の歯の表面スキャンが、例えば3Shape A/Sから供給されるTRIOSスキャナを使用した口腔内スキャンによって取得され、マイクロプロセッサにロードされる。表面スキャンは、下顎の歯のトポグラフィを表すデータを含む。
ステップ７４３において、第１クリッピング面が、取得された表面スキャンから画定される。第１クリッピング面は、境界ボリュームの部分として画定することができ、図４Ｂに示すように境界ボックスの一部分を表面スキャンと取り換えることによって形成できる。表面スキャン又は画定クリッピング面は、表面スキャンにおける歯の表面が対応する３Ｄボリュームデータと整列するように、３Ｄボリュームデータと同じ尺度及び向きを有するように向き及びサイズが定められる。
整列は、表面スキャン及び３Ｄボリュームデータの対応する点を検出して、これらの点を整列することによって又は手動プロセスによって、表面スキャンと３Ｄボリュームデータの対応する部分との間の相違を最小化するために、Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔアルゴリズムを使用して実施できる。
ステップ７４４において、下顎の３Ｄボリュームデータの２Ｄ投影は、３Ｄボリュームデータのボリュームレンダリングにおいて第１クリッピング平面を適用することによって生成される。第１クリッピング面が境界ボリュームの一部であるとき、境界ボリュームは、第１クリッピング面が歯に沿うように配置され、ボリュームの第２クリッピング面は、下顎のボリュームデータに対向して配置される。
図８は、患者の歯群からの３Ｄボリュームデータの選択的ボリュームレンダリングが歯の口腔内スキャンに基づく、１つの実施形態に従ったシステムの概略図である。システム８５０は、コンピュータ可読媒体８５２と、マイクロプロセッサ８５３の形式の電子データ処理装置と、を備える、コンピュータ装置８５１を備える。システムは、更に、視覚表示ユニット８５６と、操作者がコンピュータシステムの機能性を利用できるようにしかつデータを入力し視覚表示ユニット８５６上で視覚化されたユーザーインターフェイスの仮想ボタンを起動するための少なくとも１つのアクセス装置及び／又はインターフェイスと、を有する。アクセス装置及び／又はインターフェイスは、キーボード、マウス、タッチスクリーン、スタイラス、ジョイスティック、ライトペン、トラックボール、音声対話機能、３次元グローブ、ソリッド三次元マウスボール、グラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）、ディスプレイ画面、プリンタ及びその他の既知の入力または出力装置及びインターフェイスを含むことができるが、これらに限定されない。図８において、アクセス装置は、コンピュータキーボード８５４及びコンピュータマウス８５５である。視覚表示ユニット８５６は、例えば、コンピュータ画面とすることができる。コンピュータは、多様なソフトウェアアプリを実行できる汎用コンピュータ又は特定機能に限定された専用装置とすることができる。コンピュータは、任意のタイプ、数、形式または構成のプロセッサ、システムメモリ、コンピュータ可読媒体、周辺機器及びオペレーティングシステムを含むことができる。コンピュータは、デスクトップ、ラップトップ、タブレットＰＣ又はその他の既知の形式のパソコンを含む、パソコン（ＰＣ）を含むことができる。
コンピュータ装置８５１は、患者の歯の表面スキャン及び３Ｄボリュームデータセットの両方を受信でき、これらのデータは、両方とも、コンピュータ可読媒体８５２に保存でき、処理のためにマイクロプロセッサ８５３にロードできる。表面スキャンは、例えば3Shape TRIOS A/S製造のTRIOS 3口腔内スキャナなどの口腔内スキャナ８５７を使用して記録された歯のデジタル３Ｄ表示として取得できる。３Ｄボリュームデータは、例えばコーンビームＣＴスキャナ８５８を使用して記録できる。
マイクロプロセッサに本発明の方法のステップのいくつかを実施させるためのコンピュータ命令を含むコンピュータプログラム製品は、非一時的コンピュータ可読媒体８５２に保存される。例えば、コンピュータプログラム製品は、表面スキャン及び３Ｄボリュームデータセットを操作し整列するため及び２Ｄ投影を生成するためにボリュームレンダリングにおいて使用されるレイトレーシングを実施するためのアルゴリズムを有することができる。コンピュータシステムは、取得されたデータを自動的に又は操作者のコマンドに応じて実施できる方法のステップを実行できるようにする。
表面スキャン及び３Ｄボリュームデータが使用者の支援によって整列される場合、システム８５０は、操作者が、視覚表示ユニット８５６上で表面スキャン及び３Ｄボリュームデータの視覚表示をドラグ又は回転するために、例えばコンピュータマウスを使用して、正確な解剖学的配置を最良に反映する空間的配置に従って、表面スキャン及び３Ｄボリュームデータを配置できるようにする。操作者が相対的配置に満足したら、操作者は、ユーザーインターフェイスの仮想プッシュボタンを起動し、空間的関係は、コンピュータ可読媒体８５２に保存される。コンピュータ可読媒体８５２はまた、例えばＩＣＰベースのアルゴリズムなど自動的に整列を実施するための命令も有することができる。
いくつかの実施形態について詳細に説明し図示したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、下記の特許請求の範囲によって規定される内容の範囲内で、他の様式でも実現できる。特に、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用可能であり、構造的及び機能的修正を加えることができることが、分かるはずである。
１つの請求項が、先行する請求項のいずれかに言及する場合があり、「いずれか」は、先行する請求項の「いずれか１項又はそれ以上」を意味するものと解釈される。
本明細書において使用される場合、用語「含む／備える（comprise）」は、提示される特徴、完成品、ステップ又は構成要素の存在を特定するものと見なされるが、１つ又は複数の他の特徴、完成品、ステップ、構成要素又はそれらのグループの存在又は付加を妨げるものではないことが強調される。
以上及び以下で説明される方法の特徴は、ソフトウェアにおいて実現され、データ処理システム又はコンピュータ実行可能命令の実行によって得られるその他の処理手段で実行できる。命令は、記憶媒体から又はコンピュータネットワークを介して別のコンピュータからＲＡＭなどのメモリにロードされたプログラムコード手段とすることができる。代替的に、説明する特徴は、ソフトウェアの代わりに配線回路によって、又は、ソフトウェアとの組み合わせで実現できる。
Claims (7)
- 患者からの３Ｄボリュームデータを選択的にボリュームレンダリングする方法であって、
－前記患者の体内の第１身体構造及び第２身体構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得することと、
－第１クリッピング面及び第２クリッピング面を有する境界ボックスを画定することであって、前記境界ボックスは、ボリュームレンダリングで使用される前記３Ｄボリュームデータセットの一部を画定することと、
－少なくとも部分的に前記第１クリッピング面を前記第１身体構造のトポグラフィ面と置き換えることと、
－前記境界ボックスによって画定された前記３Ｄボリュームデータのセットのボリュームレンダリングによって前記第１身体構造の２Ｄ投影を生成することであって、前記置き換えられた第１クリッピング面が、前記第２身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、を含む、方法。 - 前記第１身体構造が、前記患者の顎部の第１顎の歯構造を含み、前記第２身体構造が、前記患者の顎部の前記第１顎と対向する第２顎の歯構造を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記患者の顎部の第１顎の身体構造が、前記患者の顎部の前記第１顎の顎骨又は歯の少なくとも一部の構造を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記方法が、前記ボリュームレンダリングに含まれる前記３Ｄボリュームデータを囲繞するように配置される境界ボリュームを生成することを含み、前記境界ボリュームの１つの面の少なくとも一部が前記第１クリッピング面によって形成される、請求項１に記載の方法。
- 前記ボリュームレンダリングが、少なくとも部分的にレイトレーシングに基づく、請求項１に記載の方法。
- 前記第１クリッピング面が前記第１身体構造から離れる方へ移動するように、前記第１クリッピング面と前記３Ｄボリュームデータとの間にオフセットが与えられる、請求項１に記載の方法。
- 患者からの３Ｄボリュームデータを選択的にボリュームレンダリングする方法であって、
－前記患者の体内の第１身体構造及び第２身体構造についてのデータを含む３Ｄボリュームデータセットを取得することと、
－前記第１身体構造のトポグラフィ面を表す第１部分を含む第１デジタル３Ｄ表示を取得することと、
－少なくとも部分的に前記第１デジタル３Ｄ表示の前記トポグラフィ面に従った形状のクリッピング面を有する境界ボリュームを画定することと、
－前記３Ｄボリュームデータセットのボリュームレンダリングによって前記第１身体構造の２Ｄ投影を生成することであって、前記境界ボリュームが、前記第２身体構造に関する３Ｄボリュームデータを除外するために適用される、ことと、を含む、方法。
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