JP7456311B2

JP7456311B2 - 口腔内測定装置

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Publication number: JP7456311B2
Application number: JP2020114530A
Authority: JP
Inventors: 成幸飯島; 隆宏松尾; 敦長岡
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2024-03-27
Anticipated expiration: 2040-07-02
Also published as: JP2022012590A; US20220000591A1

Description

本発明は、口腔内測定装置に関する。

近年、歯科で行われる型取りの代替手段として、口腔内を三次元測定する装置の利用が進んできている。この装置で口腔全体の三次元画像データを取得する場合、装置を口腔内で移動させながら取得した複数の画像データを繋ぎ合わせることで、口腔全体の画像データが生成される。複数の画像データの繋ぎ合わせは、個々の画像データの特徴点（例えば、歯の凸凹部分など）を合致させるようにして行われる。

しかし、画像データの正確度及び精度によっては、２つの画像データを繋ぎ合わせるときに繋ぎ合わせ誤差が発生してしまう。それが多数の画像データを繋ぎ合わせる口腔全体の画像データとなった場合、繋ぎ合わせ誤差が大きく累積してしまう。

これに対し、例えば特許文献１に記載の技術では、シート上に識別可能な複数の識別部を設けた補助器具を患者の口腔内に装着し、三次元画像データの位置合わせ基準として使用している。

特開２０１９－１７０６０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、患者の口腔内に補助器具を装着する必要があるため、患者の負担が大きくなる。また、取得した画像データの精度によっては、繋ぎ合わせ誤差が残るおそれもある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来に比べ、口腔内形状の測定精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、口腔内測定装置であって、
口腔内の測定対象の形状を個別に測定する複数の測定光学系と、制御手段とを備え、
前記複数の測定光学系は、口腔内のうち互いに異なる領域の形状を測定し、
前記制御手段は、前記複数の測定光学系から取得した情報に基づいて、前記測定対象の形状を算出し、
前記複数の測定光学系の各々は、
光源と、
前記光源から射出した光を集光するとともに、前記測定対象に導く光学素子と、
前記測定対象から反射した光を受光する受光センサーと、
を含み、
前記複数の測定光学系の光照射位置を移動させる可動部と、前記可動部の移動量を検出する検出手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、
前記受光センサーから取得した情報に基づいて、三次元の画像データを複数生成し、
前記検出手段から取得した前記移動量に基づいて、前記複数の測定光学系が照射する複数の光照射位置の位置関係についての光照射位置情報を算出し、
各画像データ内の特徴点と、前記光照射位置情報とに基づいて、複数の画像データを連結させる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べ、口腔内形状の測定精度を向上させることができる。

実施形態に係る口腔内測定装置の装置本体の構成を示す図である。実施形態に係る口腔内測定装置の概略の制御構成を示すブロック図である。実施形態に係る口腔内測定装置の動作を説明するための図である。実施形態の第１の変形例に係る口腔内測定装置の装置本体の構成を示す図である。実施形態の第１の変形例に係る口腔内測定装置の概略の制御構成を示すブロック図である。実施形態の第２の変形例に係る口腔内測定装置を説明するための図である。実施形態の第２の変形例に係る口腔内測定装置を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［口腔内測定装置の構成］
図１は、本実施形態に係る口腔内測定装置１の装置本体１０の構成を示す図である。
口腔内測定装置１は、主に人（人体）の口腔内の三次元形状を測定するものであり、図１に示すように、装置本体１０を備える。

装置本体１０は、口腔内に挿入される部分であり、その内部に、口腔内を個別に三次元測定するための２つ（２系統）の測定光学系４０を収容している。
各測定光学系４０は、光源４１、ハーフミラー４２、集光レンズ４３、第１ミラー４４、第２ミラー４５、受光センサー４６を含む。各測定光学系４０では、光源４１から出射した光がハーフミラー４２で反射され、集光レンズ４３を経て第１ミラー４４及び第２ミラー４５でさらに反射された後に、装置本体１０先端の図示しない透光窓を通じて口腔内の測定対象（例えば歯Ｔ）に照射される。この光の少なくとも一部は、測定対象で反射して透光窓から装置本体１０内に入射し、第２ミラー４５、第１ミラー４４及び集光レンズ４３を経てからハーフミラー４２を透過して、受光センサー４６に受光される。そして、受光された光の光学情報に基づいて、口腔内の測定対象の形状が測定される。ただし、後述するように、装置本体１０の状態によっては第１ミラー４４での反射が省略される。
なお、測定光学系４０は、口腔内を光学的に三次元測定できるものであれば、その具体構成は特に限定されない。

装置本体１０は、ベース部１１と、２つのアーム部１２とを備える。２つのアーム部１２は、各々の基端部がエルボ部１３を介してベース部１１の先端部に連結されている。エルボ部１３は、２つのアーム部１２が同一の平面内で先端を接離可能なように、当該２つのアーム部１２を回動可能に支持している。２つのアーム部１２は、互いの先端を近接させてベース部１１の長手方向に沿った伸長状態（図６（ａ）参照）から、互いの先端を離間させた屈曲状態まで、所定の角度範囲で回動可能となっている。２つのアーム部１２は、エルボ部１３に組み込まれたモータ１４（図２参照）により、互いに同じ回動量だけ回動する。ただし、２つのアーム部１２は別々のモータで個別に回動させてもよい。
なお、本明細書では、装置本体のうち、先に口腔内に挿入される側（図１の左側）を「先端」側といい、先端側とは反対側を「基端」側という。

ベース部１１の内部には、２系統の測定光学系４０のうち、光源４１、ハーフミラー４２、集光レンズ４３、受光センサー４６が２つずつ配置されている。このうち、２つの受光センサー４６がベース部１１の基端部に並設され、２組のハーフミラー４２及び集光レンズ４３が、各々対応する受光センサー４６の先端側にこの順に配置されている。こうして、２組の受光センサー４６、ハーフミラー４２及び集光レンズ４３が、各組で基端側から先端側に向かってこの順に直列に配列された状態で、ベース部１１の幅方向（図１の上下方向）に並設されている。２つの光源４１は、各々対応するハーフミラー４２の側方に配置されている。

各アーム部１２の内部には、第２ミラー４５が配置されている。第２ミラー４５は、基端側からの光を当該アーム部１２の回動平面と直交する方向（図１の紙面垂直方向）に反射させる向きで、アーム部１２の先端に配置されている。アーム部１２が伸長状態のときに、その内部の第２ミラー４５が、対応する受光センサー４６、ハーフミラー４２及び集光レンズ４３の直線上に位置する。

エルボ部１３の内部には、２系統の測定光学系４０のうち、２つの第１ミラー４４が配置されている。各第１ミラー４４は、対応する受光センサー４６、ハーフミラー４２及び集光レンズ４３の直線上に配置されている。各第１ミラー４４は、対応する第２ミラー４５を収容するアーム部１２の回動に伴って自身も回動し、この回動により、集光レンズ４３からの光を第２ミラー４５に向けて反射させるように向きを変化させる。但し、対応するアーム部１２が伸長状態（から所定の角度範囲内）のとき、第１ミラー４４は当該アーム部１２に沿った状態となり、集光レンズ４３からの光は第１ミラー４４を介さずに第２ミラー４５に直接入射する（図６（ａ）参照）。

図２は、口腔内測定装置１の概略の制御構成を示すブロック図である。
この図に示すように、口腔内測定装置１は、制御装置６０を備える。
制御装置６０は、図示しないケーブルを介して装置本体１０と接続されており、ユーザ操作等に基づいて、口腔内測定装置１を中央制御する。具体的に、制御装置６０は、制御部６１と記憶部６２を備える。

記憶部６２には、口腔内測定装置１を動作させるための各種プログラムや、測定光学系４０により取得された情報を含む各種データが格納される。

制御部６１は、記憶部６２に格納された所定のプログラムに基づいて、装置本体１０の動作を制御して口腔内の三次元形状を測定する。具体的に、制御部６１は、モータ１４を駆動して２つのアーム部１２を回動させたり、モータ１４に接続されたエンコーダ１５からモータ１４の駆動量（すなわち、２つのアーム部１２の回動量）を取得したり、測定光学系４０の動作を制御して口腔内の三次元形状を測定したりする。

［口腔内測定装置の動作］
続いて、口腔内測定装置１の動作について説明する。
図３は、口腔内を形状測定する際の口腔内測定装置１の動作を説明するための図である。

口腔内の形状測定時には、まず装置本体１０が先端側から口腔内に挿入される。このとき、図３（ａ）に示すように、制御部６１は、モータ１４を駆動して２つのアーム部１２を伸長状態から回動させ、２つのアーム部１２の先端部を両奥歯に対向させる。そして、制御部６１は、モータ１４を駆動して２つのアーム部１２を徐々に閉じつつ、手動により奥歯側から前歯側に向かって装置本体１０を移動させて、２系統の測定光学系４０により口腔内の左右両側の歯列を個別かつ同時に測定する。なお、口腔内で測定を行う方向は特に限定されず、２つのアーム部１２を徐々に開きつつ前歯側から奥歯側に向かって測定を行ってもよい。

このとき、制御部６１は、２系統の測定光学系４０の各々において、光源４１から出射させて口腔内の歯Ｔで反射された光を受光センサー４６で受光させ、この受光センサー４６が受光した光学情報を取得する。制御部６１は、受光センサー４６から得られた情報に基づいて三次元の画像データを生成する。
こうして、２系統の測定光学系４０が、口腔内のうち左側の測定位置Ｌ１、Ｌ２、…と、右側の測定位置Ｒ１、Ｒ２、…とを個別に測定した複数の画像データが得られる。このとき、隣接する測定位置での撮影範囲が互いに重なるように、画像データが生成される。

次に、制御部６１は、生成した複数の画像データを連結させる。このとき、制御部６１は、隣接する測定位置での２つの画像データを、同じ特徴点を合致させるように繋ぎ合わせていき、複数の画像データを連結させる。画像の特徴点は、画像情報から歯Ｔを特定できるものであれば特に限定されず、例えば歯Ｔの凹凸部や外形などを利用できる。こうして、口腔内の歯列全体を表す１つの画像データが生成される。

このように、本実施形態では、２系統の測定光学系４０により個別に口腔内の形状が測定される。これにより、図３（ｂ）に示すように、１系統の測定光学系４０だけで口腔内全域を測定する場合に比べ、各測定光学系４０での画像の演算回数（繋ぎ合わせ処理回数）を低減させ、これに伴い累積繋ぎ合わせ誤差を低減することができる。またこれにより、演算処理時間も短縮できる。

なお、複数の画像データを繋ぎ合わせる場合に、画像の特徴点に加え、光照射位置データを位置補正用に用いてもよい。光照射位置データとは、２つのアーム部１２先端の２箇所の光照射位置の位置関係についての情報である。制御部６１は、当該光照射位置データを、各アーム部１２での回動中心から光照射位置までの距離と、エンコーダ１５から取得される２つのアーム部１２の回動量（伸長状態からの回動角α）とに基づいて算出し、この回動量のときに取得された画像データと対応付けて記憶部６２に記憶させる。各アーム部１２での上記距離は、予め取得された計測値又は設計値である。そして、制御部６１は、２系統の測定光学系４０間で左右の歯列の画像データを繋ぎ合わせるときに、取得した光照射位置データに基づいて画像データの位置を補正する。これにより、より高精度な口腔全体の画像データを生成できる。

［実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態の口腔内測定装置１によれば、２系統の測定光学系４０が口腔内のうち互いに異なる領域の形状を測定し、当該２系統の測定光学系４０が取得した情報に基づいて口腔内の形状が算出される。
これにより、１系統の測定系だけで形状測定を行っていた従来に比べ、各測定光学系４０での画像の演算回数を抑えて累積繋ぎ合わせ誤差を低減し、口腔内形状の測定精度を向上させることができる。

また、本実施形態の口腔内測定装置１によれば、各画像データ内の特徴点と、２箇所の光照射位置の位置関係についての光照射位置データとに基づいて、複数の画像データが連結される。
これにより、より高精度な口腔全体の画像データを生成できる。

また、本実施形態の口腔内測定装置１によれば、エンコーダ１５から取得した２つのアーム部１２の回動角αに基づいて、光照射位置データが算出される。
これにより、光照射位置データを好適に算出でき、ひいては、高精度な口腔全体の画像データを好適に生成できる。

［変形例１］
続いて、本実施形態の第１の変形例に係る口腔内測定装置２について説明する。
本変形例の口腔内測定装置２は、装置本体の２つのアーム部が回動ではなく並進移動する点で上記実施形態の口腔内測定装置１と異なる。以下では、主にこの異なる点について説明し、上記実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図４は、口腔内測定装置２の装置本体２０の構成を示す図である。
この図に示すように、口腔内測定装置２は、装置本体２０を備える。

装置本体２０の内部には、口腔内を個別に三次元測定するための２つ（２系統）の測定光学系５０が収容されている。
各測定光学系５０は、光源５１、ハーフミラー５２、集光レンズ５３、ミラー５５、受光センサー５６を含む。これらは、上記実施形態における光源４１、ハーフミラー４２、集光レンズ４３、第２ミラー４５、受光センサー４６と同様に機能する。

装置本体２０は、ベース部２１と、２つのアーム部２２とを備える。
ベース部２１は、装置本体２０の幅方向（図４の上下方向）に沿ったレール２３を備える。
２つのアーム部２２は、各々が幅方向と直交する方向に延在した状態で、幅方向に並設されている。２つのアーム部２２は、各々の基端部がレール２３に連結されている。レール２３は、２つのアーム部２２が接離可能なように、当該２つのアーム部２２を幅方向に移動可能に支持している。２つのアーム部２２は、ベース部２１に組み込まれたモータ２４（図５参照）により、互いに同じ移動量だけ移動する。ただし、２つのアーム部２２は別々のモータで個別に移動してもよい。

２つのアーム部２２の内部には、２系統の測定光学系５０が個別に収容されている。具体的に、各アーム部２２の内部には、受光センサー５６、ハーフミラー５２、集光レンズ５３、ミラー５５が、基端側から先端側に向かってこの順に直列に配列され、このうち、受光センサー５６が基端部に、ミラー５５が先端部に配置されている。光源５１は、ハーフミラー５２の側方に配置されている。

図５は、口腔内測定装置２の概略の制御構成を示すブロック図である。
この図に示すように、口腔内測定装置２は、制御装置６０を備える。
制御装置６０は、図示しないケーブルを介して装置本体２０と接続されており、ユーザ操作等に基づいて、口腔内測定装置１を中央制御する。具体的に、制御装置６０は、制御部６１と記憶部６２を備える。

制御装置６０は、上記実施形態のものと同様に機能する。
ただし、本変形例における制御部６１は、上記実施形態のモータ１４に代えてモータ２４を駆動して２つのアーム部２２を移動させ、モータ２４に接続されたエンコーダ２５からモータ２４の駆動量（すなわち、２つのアーム部２２の移動量）を取得する。

このように構成された口腔内測定装置２によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、画像データの位置補正用に用いる光照射位置データは、上記実施形態における２つのアーム部１２の回動角αに代えて、エンコーダ２５から取得される２つのアーム部２２の移動量（中央位置からの移動距離Ｄ：図４参照）に基づいて算出すればよい。

［変形例２］
続いて、上記実施形態の第２の変形例に係る口腔内測定装置１Ａについて説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は、本変形例に係る口腔内測定装置１Ａの装置本体１０Ａの構成を示す図である。
これらの図に示すように、口腔内測定装置１Ａの装置本体１０Ａは、２つのアーム部１２に代えて、２つのアーム部１２Ａを備える。

２つのアーム部１２Ａの各々には、その先端部のうち回動方向外側の側面に、ガイド部材３０が取り付けられている。各アーム部１２Ａは、その他の点については、上記実施形態におけるアーム部１２と同様に構成されている。
ガイド部材３０は、例えば人体への十分な安全性を有する柔軟な弾性体で構成されている。このガイド部材３０を、口腔内の測定対象を含むその周辺の部位（例えば歯茎や口唇等）に接触させることで、２つのアーム部１２Ａの回動を含む装置本体１０Ａの移動を安定させ、ひいては、画像データの位置精度を向上させることができる。このとき、モータ１４による駆動ではなく、口腔内の部位と接触したガイド部材３０によってアーム部１２Ａが動かされるようにしてもよい。
なお、ガイド部材３０は、測定対象を含むその周辺の部位と接触して装置本体１０Ａを安定させるものであればよく、その位置や形状は特に限定されない。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の変形例における口腔内測定装置２にガイド部材３０を設けてもよい。
このガイド部材３０を設けた口腔内測定装置２Ａの装置本体２０Ａでは、２つのアーム部２２Ａの幅方向外側の各側面に、当該ガイド部材３０が配置されている。これにより、上記同様の効果を得ることができる。

［その他］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態及びその変形例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態及びその変形例では、可動部としての２つのアーム部がモータで駆動されることとしたが、当該２つのアーム部の可動は手動によるものであってもよい。
また、可動部の駆動手段（駆動機構）や、可動部の移動量を検出する検出手段は、モータやエンコーダに限定されない。

また、本発明に係る可動部として、回動又は並進移動する２つのアーム部を例に挙げて説明したが、当該可動部は、２つの光照射位置を移動させるものであれば、その可動態様は特に限定されない。
さらに言えば、２系統の測定光学系を備えていれば、可動部を有していなくとも（２つのアーム部が可動しなくとも）よい。この場合、２つの光照射位置の位置関係についての光照射位置データは、予め計測等されて記憶部に記憶されていればよい。

また、３系統以上の測定光学系を用いてもよい。例えば、上顎の歯列を測定する２系統と、下顎の歯列を測定する２系統との、４系統の測定光学系を用いてもよい。この場合、下顎用の２系統の測定光学系と、これを上下反転させた上顎用の２系統の測定光学系とを、装置本体内に上下に並設すればよい。

また、複数の測定光学系は、個別に形状を測定可能であれば、互いに部品を共用してもよい。ただし、少なくとも光源は各測定光学系に設ける必要がある。

１、１Ａ、２、２Ａ口腔内測定装置
１０、１０Ａ、２０、２０Ａ装置本体
１２、１２Ａ、２２、２２Ａアーム部（可動部）
１４、２４モータ
１５、２５エンコーダ（検出手段）
３０ガイド部材
４０、５０測定光学系
４１、５１光源
４２、５２ハーフミラー（光学素子）
４３、５３集光レンズ（光学素子）
４４第１ミラー（光学素子）
４５第２ミラー（光学素子）
４６、５６受光センサー
５５ミラー（光学素子）
６０制御装置（制御手段）
６１制御部
６２記憶部（記憶手段）
α （アーム部の）回動角
Ｄ（アーム部の）移動距離
Ｔ歯（測定対象）

Claims

口腔内の測定対象の形状を個別に測定する複数の測定光学系と、制御手段とを備え、
前記複数の測定光学系は、口腔内のうち互いに異なる領域の形状を測定し、
前記制御手段は、前記複数の測定光学系から取得した情報に基づいて、前記測定対象の形状を算出し、
前記複数の測定光学系の各々は、
光源と、
前記光源から射出した光を集光するとともに、前記測定対象に導く光学素子と、
前記測定対象から反射した光を受光する受光センサーと、
を含み、
前記複数の測定光学系の光照射位置を移動させる可動部と、前記可動部の移動量を検出する検出手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、
前記受光センサーから取得した情報に基づいて、三次元の画像データを複数生成し、
前記検出手段から取得した前記移動量に基づいて、前記複数の測定光学系が照射する複数の光照射位置の位置関係についての光照射位置情報を算出し、
各画像データ内の特徴点と、前記光照射位置情報とに基づいて、複数の画像データを連結させる、
ことを特徴とする口腔内測定装置。
前記可動部は、口腔内に接触するガイド部材を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の口腔内測定装置。