WO2012002564A1 - 口腔内撮影システム - Google Patents
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- A61B1/247—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the mouth, i.e. stomatoscopes, e.g. with tongue depressors; Instruments for opening or keeping open the mouth with means for viewing areas outside the direct line of sight, e.g. dentists' mirrors
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- A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
- A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
- A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
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- A61B1/00101—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features the distal tip features being detachable
Definitions
- the present invention relates to an intraoral camera used in the field of dentistry and a system for managing patient information using the same.
- the present invention also relates to a dental intraoral imaging system.
- intraoral cameras that display moving image information on a display in real time are also widely used. Since intraoral cameras are mainly used for patient explanations, not for recording, the number of pixels is often less than 10% of digital cameras for taking still images. Since it is designed to be small, the camera part is inserted into the oral cavity and can be photographed freely to show the patient. For the purpose of displaying on a display, it is said that there is no problem with an image quality of about 300,000 pixels. In addition, since the captured image is important patient information, it is needless to say an image of a multi-million pixel level captured by a digital camera, and is an image of about 300,000 pixels captured by an intraoral camera.
- Patent Document 1 discloses a configuration for photographing an entire dentition by providing an auxiliary instrument for photographing a dentition outside the oral cavity.
- Patent Document 2 discloses a structure in which three mirrors are combined to capture a front view, an occlusal view, and left and right side views of a subject article including a research model for dental care in a single photograph.
- the body is shown.
- Patent Document 3 discloses a configuration in which a semicircular concave mirror 7a and a plane mirror 8a are arranged in a mountain shape, and a configuration in which one convex mirror 9 is arranged on the other surface, mainly for local enlargement.
- the dental mirror used is shown.
- Patent Document 4 discloses a video camera for dentition imaging that images the oral cavity through a curved mirror (concave mirror).
- Patent Document 5 discloses a dome-shaped illuminator that is not particularly used for dental purposes, but does not directly irradiate the subject to the tip of the photographing camera, and uniformly illuminates the reflected light reflected on the inner surface of the dome.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes that a square of a difference is taken between pixels in a specific area of image data acquired by a digital camera, and focus setting is performed based on the total number and other total differences.
- Patent Document 7 describes an intraoral camera used for informed consent for displaying the oral cavity to a patient, explaining the state of dental caries, the progress of treatment, and future treatment policy and obtaining consent.
- a camera having an optical fiber disposed at the tip and having no illumination means is disclosed.
- Patent Document 8 discloses a pen-type intraoral camera equipped with a remote-control switch and a camera attached to the tip connected to this by an electrical lead wire and operated with both hands.
- Patent Document 9 describes a configuration in which a plurality of intraoral image data captured in advance is displayed on a display.
- Patent Document 10 discloses a pen-shaped intraoral camera having a camera at the tip, a small portable display device that displays an image captured by the camera, and a wireless transmission unit that transmits the image to an external device.
- Patent Document 11 discloses a configuration for confirming the appearance of dental teeth, caries, and the adhesion status of tartar and dental plaque by a combination of excitation light irradiation means and a light receiving filter that passes a specific wavelength range.
- Patent Document 12 shows an intraoral camera using a reflecting mirror, but it is simply a configuration for taking an image, and as with the type in which the camera is inserted into the oral cavity, effective treatment, diagnosis, A configuration suitable for photographing purposes such as dental practice is not disclosed.
- the problem to be solved is the problem of focusing including camera shake. Since the intraoral camera has to be inserted into the patient's oral cavity and photographed, the photographing unit composed of the image sensor and the lens is formed to be quite small. For this reason, it is difficult to incorporate an automatic focusing mechanism for the lens, and it is very susceptible to camera shake during shooting.
- the video to the patient if you use it while moving the camera moderately, you can get a relatively good image, but when you press the camera button etc.
- the oral cavity is always wet with saliva, and when directly illuminated, the reflected light is too strong and a clear image cannot be obtained.
- the space inside the oral cavity is limited, and it is difficult to shoot all the teeth, but shooting that fits in one image is difficult due to the arrangement and performance of the camera, and images such as stitching the images together It is necessary to solve the problem by processing, which is troublesome and complicated.
- the intraoral camera is mainly used by inserting the camera part and lens part into the oral cavity, it is necessary to wash the camera probe thoroughly after use.
- a method has been proposed in which the cover is used, or a cover is formed on the camera unit, inserted into the oral cavity, and the cover is removed and washed after use.
- the cleaning of the lens unit and the camera unit is a precision instrument and should be avoided as much as possible. It is desirable that the part to be cleaned is easier to clean and can be replaced at low cost even if it is damaged.
- the configuration in which the camera is directly inserted into the oral cavity as described above is difficult to obtain a clear image because of shooting from a close range, and the portion that can be clearly shot is limited, Although a camera using a reflector has been proposed, this is also a configuration that only captures images, and does not indicate the relevance to the work process such as treatment, but in actual parts that are difficult to see, such as the back teeth It is hard to say that the structure is linked to treatment.
- the present invention is a hand-held grippable housing in which a photographing unit in which an illumination member and a photographing member are combined is disposed at the tip, and a hollow shape that is detachably attached to the photographing unit. It is sufficient to insert the reflecting member into the oral cavity by combining the reflecting member in which the mirror surface portion that transmits the illuminated tissue surface to the imaging member is arranged at a predetermined angle.
- a system including an intraoral photographing camera that is easy to clean and inexpensive is realized.
- an optical system such as a lens must be as simple and compact as possible. Therefore, it is not easy to incorporate a mechanism for automatically adjusting the lens position in order to correct camera shake. If it is difficult to adjust the focus by a hardware mechanism, it is a natural idea to adjust the focus by software control or analysis. In fact, there are many methods based on this concept. The most common method is not intended to capture a perfectly focused image, but it takes multiple images by gradually changing the shooting position, and the most focused by software analysis. For example, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-19161 can be given.
- the optimal image for the user is an image that is not completely in focus but is in focus as much as possible in a desired image group. According to such a purpose, when one representative image is selected from moving images taken by the user, the most focused image is selected from among a plurality of images existing within a certain period of time before and after the selected image.
- JP-A-2008-154047 discloses a method of performing analysis and selection in the above.
- the intraoral camera of the present invention adopts a method of selecting the most focused image from the group of images stocked during this period from the moment when the switch is pressed to the moment when the switch is released as the image stock time. To do. With this method, only the time during which the user is pressing the switch is limited to the shooting time, and the operation is very simple. Even in general intraoral cameras that are already in widespread use, the method of recording a still image by pressing the shooting switch is the most standard, but the effect of camera shake is greatest when the camera switch is pressed There are many opinions that it is a moment.
- the shooting time is as long as the switch is pressed as described above, not only the image at the moment of pressing the switch but also the subsequent images are included in the selection candidates, and as a result, an image that is not affected by camera shake is recorded. Is likely to be.
- the time from when the switch is pressed to the moment when the switch is released is not set as the image stock time, but may be an appropriate time between them or may be a fixed time after the switch is pressed. In any case, the effect of camera shake due to the operation of pressing the switch can be avoided, and the same effect is obtained in that the best image is likely to be recorded because a plurality of images are candidates.
- an algorithm for evaluating the degree of focus an edge detection method used in general image processing can be used. It is possible to calculate the maximum value by calculating the sum of squares of the difference between the brightness values of adjacent pixels, and to count those whose brightness value difference is a certain value or more, without performing so complicated processing. It is possible to select and record the most focused image.
- the best image must be recorded in parallel while explaining the patient with the intraoral camera, instead of starting the evaluation after the switch is released, It is better to start evaluation at the same time as starting stock of images. That is, it is preferable to evaluate an already stocked image group and select the best image at that time and display it on the display even when the image stocking process is continued. In this case, while an image having a higher evaluation value than the displayed best image is obtained while the photographing switch is pressed, the display image is updated one after another. With this method, it is only necessary to hold down the shooting switch while moving the camera until a satisfactory image for the user is obtained, and the operation for obtaining the best image becomes very simple.
- a general intraoral camera is a method in which an imaging target such as a tooth is directly captured by an imaging unit, the distance from the imaging unit to the imaging target is as short as about 15 mm, and the camera shake of the photographer is about 1 mm. Even if it exists, it will have a relatively large effect. No matter how skilled the photographer is, it is difficult to focus and photograph because the patient cannot be prevented from moving. Therefore, in the intraoral photographing system of the present invention, the photographing unit such as the teeth reflected on the mirror is indirectly photographed with the photographing unit, not directly with the photographing unit (also referred to as “imaging unit”) including the camera and the lens. Adopt the method.
- the optical distance from the photographing unit to the photographing object can be increased to about 50 to 80 mm, and the depth of field can be secured to 10 mm or more. It becomes easy to adapt.
- the above-described software has a pseudo autofocus function, an extremely focused image can be obtained.
- an imaging unit comprising a camera and a lens can be placed outside the oral cavity, and only the mirror part is inserted into the oral cavity, so this mirror part can be attached and detached.
- the mirror part can be sterilized by high-pressure steam, so that an intraoral imaging system that is extremely excellent in terms of hygiene can be realized.
- the photographing unit includes two switches. One is a main switch used for shooting (still image recording) and decision making, and the other is a sub switch used for switching options.
- an image having a certain degree of focus is temporarily acquired by performing the above-described focusing operation with the main switch while viewing the moving image display.
- the image with the highest evaluation value is not necessarily the best image for the photographer.
- the displayed list is displayed, and can be confirmed in an enlarged display while switching each image by pressing a sub switch. It is decided to record and save this image by pressing the main switch while the image that is best for the photographer, that is, the image to be recorded and saved is selected.
- the tooth number displayed and selected by the sub switch can be switched. When the main switch is pressed here, the tooth number is determined and recorded together with the image.
- the image can be recorded together with the tooth number, so that it becomes easy to confirm the image later and to compare the images before and after the treatment.
- a method of using images as information input means is also effective.
- the intraoral camera of the present invention has a function of performing a specific process according to the analysis result of the pattern when a specific pattern exists in the acquired image.
- the specific pattern here is a specific color, a specific shape, and / or a combination thereof. For example, if a blue square appears in the image, the previously acquired image can be saved, and if a number or character appears, the number or character can be input to the system.
- the image information recognition function is executed by pressing the main switch as necessary, it is possible to prevent malfunctions caused by unintentionally captured images.
- information input is executed by using an input sheet or wristband pre-printed with numerical values, characters, and / or code information representing specific processing that need to be frequently input, and photographing these necessary portions.
- a method may be used in which code information representing numerical values, characters, and / or specific processing is displayed on the display, and information is input by photographing them.
- image processing correction can be executed instantaneously for each frame image that composes a moving image, there is no need to wait for image processing correction after recording and saving a still image and determine whether the image is sufficient for recording. While performing wide-angle video shooting, the best image can be selected and recorded and saved in the same manner as during normal shooting. As already described, since the mirror portion is detachable, it can be easily used separately from a plane mirror for normal photographing, and can withstand high-pressure steam sterilization, so that it is excellent in terms of hygiene.
- the present invention provides a gripping housing that can be held and held by a photographing unit that combines a lighting member and a photographing member at the tip, and is disposed at a site where a finger can be operated when the gripping housing is gripped.
- the switch is attached to the gripping housing in a detachable manner, and when mounted, the illumination surface of the illumination member is reflected to illuminate the living body and the mirror surface portion that transmits the illuminated tissue surface to the imaging member at a predetermined angle. It is difficult to see in the oral cavity due to the combined configuration of the display means for displaying the image taken by the intraoral imaging unit arranged in the intraoral imaging unit arranged in the intraoral imaging unit arranged in the user's field of view at the time of imaging.
- the “display” in the display unit is not limited to the following, but can include the following.
- Steps formed for the prosthesis of a microprosthesis such as an inlay, other parts, the state of the oral cavity before and after the treatment of a prosthesis such as a margin when a prosthesis such as a crown is attached; Back teeth, wisdom teeth, impacted teeth, and the treatment status before or after these treatments, other deep oral conditions; Inside or around the hole formed in the tooth, such as the root site for root canal treatment, or the situation before or after the treatment; Tooth surface condition such as calculus adhesion, remaining condition after calculus removal; Implant establishment status such as parallelism before and after implant implantation, perpendicularity, perpendicularity of jaw hole, depth, and degree of implantation after implantation; Application status of intraoral jigs such as the scale display part of the periodontal pocket depth measuring jig, the inclination of the jig for measuring the inclination of the implant bone jaw hole, and the depth; Intraoral treatment status such as inclination angle of abutment teeth, margin line, etc .; and status
- a selection operation on the display unit for example, a tool bar on which a plurality of buttons are arranged is displayed on the screen, and the display of this button is changed by operating switches mounted on the surface of the gripping housing,
- GUI graphical user interface
- switches for example, if the display unit is a touch panel type, it is used in combination with a method of touching a predetermined part of the screen, a keyboard, a mouse, a touch pad, etc. Also good.
- switches in the present invention various types of switches such as a press type, a slide type, a rotary type, a type that can be rotated and pressed, and a touch switch type that can be touched with a finger are applicable.
- These switches may be one or more, and switches using the different methods described above may be arranged. That is, these switches may preferably have functions similar to those of a computer keyboard or mouse button.
- the display means arranged at the part that enters the operator's field of view during the treatment is a desktop type, in the case of a notebook type computer, a liquid crystal display monitor, A display or the like is exemplified, and it is only necessary to be able to be placed at a site that enters the operator's field of view even during treatment.
- a display unit of a mobile phone monitor or PDA terminal is preferably used. The Placing the display means at the part that enters the field of view at the time of imaging means entering the field of view during treatment, entering the field of view by turning the neck, or reflecting the monitor display using a separate reflector.
- the designated position of the display surface of the display means can be changed and determined by operating the switches.
- the switches provided on the gripping housing are operated, for example, each time the button is pressed, the display means
- the specified position changes, and when you press another button, the specified part is executed, or the menu selection of the screen display is performed with the top switch, and the confirmation to execute the menu is another button Indicates what to do by pressing.
- the treatment site in the oral cavity is imaged with the left hand while looking at the display unit, for example, when operating the imaging mode, the selected region of the display unit is changed while pressing the button with the left finger, By pressing another button or pressing the same button continuously, the selection can be confirmed and the shooting menu can be executed.
- this method uses a reflecting mirror, the mirror image is taken at an appropriate distance, so the focus of the shooting camera is always constant, and it is possible to clearly capture the image reflected on the mirror surface. For this reason, dentists can perform accurate treatment, especially in caries on the back teeth, root canal treatment, abutment tooth formation, and implant placement.
- suitable imaging sites include inlay stepped parts, back teeth such as wisdom teeth (parent wisdom), endodontic conditions during root canal treatment, nerve positions in the teeth, etc. And still images can be displayed and recorded. More specifically, the following display can be implemented. 1. It is possible to shoot and display a portion of a small prosthesis such as an inlay that has been difficult to see until now, such as an undercut surface and a step, which has been scraped off for prosthesis. 2. When forming a crown, it is possible to display a margin line portion that is difficult to see in the vicinity of the contact portion with the gingiva. Other prosthetic treatment status can be displayed. 3.
- a convex spherical mirror can be used in addition to a plane mirror, and all the teeth of the upper and lower jaws can be photographed.
- the image is clear and includes an arrangement on the back side of the teeth. It can be displayed on a display body, and a therapeutic treatment can be used in combination with one-handed operation.
- the present invention includes imaging of intraoral conditions, as well as performing imaging in conjunction with the above-described treatment or before and after the treatment.
- the present invention displays a grid display superimposed on the monitor together with actual imaging data, and implants an implant planting hole in the jawbone according to the grid display, so that the implant can be placed more vertically. Can be realized.
- a guideline setting means for displaying guideline data for the shape data that serves as a guide for sharpening the teeth and the abutment tooth shape data having the target inclination and size.
- guideline data setting means and superimposing means is a method that transparently superimposes photographing data and guidelines during or after the practice, instructing the instructor in the practice of dental practitioners. By comparing these, accurate and efficient dental lessons can be performed. Further, by superimposing the grid lines on the imaging data, even a doctor who is somewhat inexperienced in skill can perform more accurate treatment by treating with the grid lines as a reference.
- the intraoral camera of the present invention can generally be expected to have the following effects.
- the simplified exchangeable reflecting member for the imaging unit can acquire not only an intraoral image by general enlargement imaging but also a wide range of intraoral information at a wide angle. .
- the imaging system is very excellent in terms of hygiene.
- a good image in focus can be easily taken, so that a correct diagnosis is performed without overlooking a small symptom and appropriate guidance is also given to the patient.
- the direction of the image coincides with the direction that can be seen with the naked eye, it is easy for the patient to understand, and it is possible to prevent mistakes such as erroneous naming when recording and saving the image.
- by making it possible to execute information input using images it is possible to facilitate operation and recording, and to spend more time in communication with patients.
- a gripping housing having a photographing unit in which a light emitting element is arranged at the periphery of the camera at the tip, and a switch provided at a site that can be operated with a fingertip around the gripping portion;
- the intraoral imaging unit and the image captured by the imaging unit are provided with a reflecting mirror arranged at a predetermined angle on the back and a mirror part provided with a gripping housing and a hollow cylindrical part that can be attached to the rear end.
- the intraoral imaging unit consisting of a display unit arranged at a position that enters the operator's field of view, it is possible to select the display menu of the display unit with switches, etc. But a clear image can be displayed.
- An intraoral camera 100 shown in FIG. 1 includes a hand-held pen-type housing 101, a photographing unit 101b composed of a lens, a camera and illumination arranged in the long axis direction thereof, and a part inserted into the oral cavity.
- the reflection member 101a is configured to reflect the illumination that can be freely attached to and detached from the imaging unit, irradiate it into the oral cavity, and further reflect the reflected light reflected on the intraoral tissue and transmit it to the imaging unit 101b.
- the intraoral camera according to the present invention further captures the intraoral area through a convex spherical reflecting member so that all the teeth of the upper and lower jaws can be imaged in one operation. Intraoral data can be accommodated. And this invention makes it possible to acquire the stable imaging
- the intraoral camera and the dental information input device have completed the system shown in FIG. 1 including software.
- an intraoral camera 100 is used by being connected to a general computer 102 such as a personal computer.
- a cable 103 is used for this connection, but as an example, a USB cable is used.
- Some intraoral cameras that are commercially available have a function of transferring image data to a computer by wireless communication. However, in addition to the operation of the camera, a large amount of power is consumed for lighting LED lighting and wireless data communication. Therefore, a battery and a charging mechanism for the battery are required, and there is a drawback that the camera as a whole becomes heavy and large. In the USB connection, the power of the camera can be supplied from the computer.
- FIG. 2 shows and describes an embodiment of the present invention.
- Reference numeral 201 in FIGS. 2A and 2B denotes a grip portion (also referred to as a “grip housing”).
- the grip portion 201 is formed of a plastic material, a metal material, or the like, and is formed in a long and narrow bar shape so as to be easily held, and an electric lead wire 204 for connection to a USB cable or other external monitor is connected to the rear end.
- 202 is a mirror part in which a mirror surface part 203 such as a plane mirror or a convex mirror is arranged at a predetermined angle (40 to 50 degrees with respect to the lens surface).
- the mirror part 202 is a part to be inserted into the oral cavity, and a reflecting mirror is formed at the front end, and a cylindrical mounting part 208 to which the photographing unit is detachably attached is formed at the rear end.
- 207 is an operation switch.
- the operation switch 207 forms instructions such as power on / off and magnification change by a pressing method, a sliding method, a touch panel method, and the like.
- a plurality of operation switches 207 are arranged as necessary, and are used in a combination of a main switch mainly used for determination of photographing and selection and a sub switch mainly used for switching states and options.
- FIG. 2 (C) is a diagram schematically showing the internal configuration of the intraoral camera shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). 2 (C), the mirror unit 202 is attached to the tip of the grip unit 201.
- the tip of the mirror unit 202 is formed with an inclination of 40 to 50 degrees with respect to the lens 205, and the mirror surface unit 203 is disposed here, so that an image of the intraoral tissue H that is an imaging target is connected to the lens 205.
- the image is formed on the image sensor inside the unit 206. Since the camera unit 206 is arranged so that the direction of the mirror surface unit 203 is the front, the camera unit 206 is connected to the main board 209 with an inclination of 90 degrees. Image information acquired by the camera unit 206 is appropriately received and processed by the image processing microcomputer 210 on the main board 209 and transferred to a personal computer (not shown) through the USB cable 204. The actual shooting operation is executed using the operation switch 207.
- the mirror portion 202 has a cylindrical structure at the base, and is mounted by inserting a mounting portion 208 disposed at the tip of the grip portion 201.
- the reason why the mounting portion 208 is not integrated with the gripping portion 201 and is a different member is to reduce mechanical wear due to such mounting method as much as possible, and is specifically formed of a material such as polyacetal. This is because that.
- the gripper 201 is usually cleaned with disinfecting alcohol, and chemical resistance is more important than wear resistance. Therefore, the gripper 201 is formed of a material such as polypropylene or has a chemical resistant coating on the surface. Applied.
- the imaging unit also includes a light source substrate 212 disposed around the lens 205, and light emitted from the white light emitting diode on the substrate passes through the tip surface 211 and is reflected by the mirror surface unit 203 to be imaged (in the oral cavity).
- the front end surface 211 is not necessarily flat, and may have a hemispherical convex structure for collecting light from the light source. The size of the hemispherical structure is about 3 mm in diameter.
- the material of the mirror part 202 is preferably formed of a resin that can withstand high temperature processing such as polysulfone. Since the mirror surface portion 203 is usually formed of glass, there is no problem with respect to heat resistance. As a method for connecting the mirror surface portion 203 to the mirror portion 202, it is difficult to use an adhesive because of heat resistance or biological safety. For example, as shown in FIG.
- a structure is used in which a tap structure is formed on the back surface and the silicon cover 214 is covered after being fixed to the mirror portion with a screw 213.
- the position of the operation switch 207 disposed on the mirror unit 202 is easier to handle as much as possible in front, but the front of the main substrate 209 requires an area for connection to the imaging unit and a configuration for processing. Is difficult to place. Therefore, the switch board 215 is prepared separately, and the switch element 216 and the power-on confirmation LED 217 are arranged on the switch board 215. Then, the switch board 215 is incorporated into the gripper 202 to solve the problem of arrangement.
- the rubber cover 218 is covered on the upper portion of the switch element 216 to ensure waterproofness, and the switch member 207 is further disposed thereon.
- the switch board 215 is connected to the main board 209, and the state of the switch is transferred to the computer together with the image information.
- a direction sensor 219 is incorporated on the main board 209, and direction information of the intraoral camera is also transferred to the computer.
- the two sensors are different from each other by 90 degrees. If it is arranged on the substrate, it can be determined whether the mirror surface part 203 is facing up, down, left, or right, and the orientation of the image displayed on the computer display can be appropriately rotated. Of course, if one sensor can determine these four directions independently, only one sensor may be arranged on the substrate.
- the imaging device and each device on the board require a fairly high-speed operation. Inevitably, high frequency noise is radiated to the surroundings. Since the intraoral camera is also a medical device, it is necessary to prevent the emission of high-frequency noise below a certain level, and a structure that covers the main substrate and the imaging device with the shield member 220 is employed as necessary. In addition to being formed of a thin aluminum plate or the like, the shield member may be substituted by conductively coating the inner surface of the grip portion 201.
- FIG. 3 shows an enlarged view of the reflecting member 301.
- 304 indicates a cylindrical mounting portion A
- 305 indicates a reflecting mirror
- the mounting portion A and the reflecting mirror 305 are a reflecting portion support member 303 formed of a hard plastic material.
- A304 to the reflecting mirror 305 are open, and a streamline shape is formed from the mounting portion A304 to the portion where the reflecting mirror 305 is supported, so that no stimulation is given to the oral cavity.
- Reference numeral 306 denotes a gripping unit
- reference numeral 307 denotes a photographing unit. This is the same as the lens 205 and the camera unit 206 in FIG.
- the reflecting member 301 is detachable from the imaging unit 307, high-temperature steam sterilization is possible and there are advantages in that the optical distance is long and the focusing is easy. There is also an advantage that the mirror characteristics can be easily changed depending on the mode. For example, if a convex mirror 310 is used as the reflecting mirror 305 as shown in the figure instead of a flat surface, the intraoral tissue that is the subject of imaging is reflected in a wider range. In dentistry, an image showing the entire occlusal surface of the tooth and the entire front and side images are also extremely important. These images can be easily obtained by using a convex mirror.
- FIG. 3B is a diagram illustrating an example of the photographing unit 307.
- Reference numeral 308 denotes a photographing unit, which is formed by a preference lens, a CCD camera, or the like.
- 309 is an illumination unit, which is formed of an LED, a light emitting diode, or the like. The number of the illumination units 309 is arbitrary, and is appropriately selected according to the case where the tissue is illuminated via the reflecting mirror 305.
- reference numeral 401 denotes a disk-like reflecting mirror
- the mirror surface 402 is formed in a convex spherical shape such as a convex mirror.
- the mirror surface 402 formed in a spherical shape has a radius of 9 to 13 mm and a curvature radius of 15 to 30 mm. However, it is not simply a spherical surface, and a spherical surface having a different radius is used depending on the purpose of an image photographed using the spherical surface.
- Reference numeral 403 denotes a connecting member, which is a metal or plastic rod-like member that connects the reflecting mirror 401 and the gripping portion 404.
- the connecting member 403 and the reflecting mirror 401 have a predetermined angle ⁇ (130 to 140 degrees).
- the grip portion 404 is formed of a hard plastic or the like, and is connected to the end portion of the connecting member 403 connected to the reflecting mirror 401 and the opposite end portion so that sliding adjustment is possible.
- the connecting member 403 may basically be a resin, but may be a metal such as stainless steel or a structure in which a metal rod is insert-molded in a resin.
- Reference numeral 405 denotes a lens that collects the reflected light from the reflecting mirror 401 and forms an image on the image sensor of the internal photographing camera unit 406 such as a CCD.
- FIG. 4 (B) is a perspective view of FIG. 4 (A). Since the intraoral image 4h reflected by the reflecting mirror 401 and incident on the lens 405 with respect to the incident light 4n is wider than the plane mirror, all the teeth of the upper jaw or the lower jaw can be photographed at a time. An image obtained by enlarging this range is schematically shown on the display 504 in FIG. As shown in the schematic diagram shown in Fig.
- 501A is the tongue
- 501D is the lower jaw full row of teeth
- 501C is the lips.
- the imaging range is a wide range of all teeth or more.
- a large plane mirror with a width of about 80 mm is inserted into the oral cavity, and the camera is taken from outside the oral cavity with a macro lens connected. It was a shooting method.
- the image reflected by the convex reflecting mirror is curved from the center toward the outside based on the convex curved surface, some correction processing is necessary.
- the angle of the mirror surface with respect to the object to be imaged becomes an uncertain factor afterwards.
- the tip of the mirror part is the center of the upper jaw
- it is inserted at a position where it comes into contact with the vicinity, and is adjusted so that the mirror surface is as horizontal as possible to the mandibular occlusal surface. Therefore, the following two methods can be considered as a method for correcting and converting an image photographed by a mirror having a curved surface.
- the imaging target surface is horizontal (or the most average angle, for example, 15 degrees) with respect to the mirror surface, and a curved surface image that is theoretically obtained. Is applied to an original plane image.
- the distortion of the converted image increases as the angle formed between the actual mirror surface and the imaging target surface deviates from the assumed angle. It is not easy to obtain an appropriate image by executing a conversion process after taking a still image and confirming the converted image, which is a burden on the patient. Therefore, in this method, it is necessary to perform conversion processing while a moving image is being acquired by a camera and display an image that has been converted at the time of displaying the moving image.
- the conversion algorithm for a plurality of assumed angles is theoretically required if the curved surface shape of the mirror is determined, it is considered that the angle of the mirror surface in normal photographing is in the range of 0 to 30 degrees at most. For example, it is not so much trouble that a photographer selects a plurality of converted images and selects them. Therefore, even by this method, an optimal converted image can be easily obtained.
- a still image is not recorded at the moment when the operation switch 207 shown in FIG. 2 is pressed, but is released after the operation switch 207 is pressed.
- a method is employed in which the best image is selected from the images constituting the plurality of image moving images acquired in the meantime.
- FIG. 6 shows this specific processing procedure.
- the intraoral camera of the present invention and software for using the intraoral camera are activated, and the user presses the photographing switch in a state where the moving image display (601) is executed. (602) and the stock (603) processing of each image acquired after that timing is continued.
- the process of selecting the best image, which will be described later, from the stocked image group is executed even while the photographing switch is pressed, and the provisional best image display (604) is executed.
- the displayed provisional final image is also updated. Therefore, the user only has to keep pressing the photographing switch until a satisfactory image is displayed for recording.
- the stock of each image (603) is also ended, and the best image selection and display (606) in the stocked image group while the shooting switch is being pressed is automatically displayed.
- the provisional best image is constantly updated, the provisional best image at the timing when the shooting switch is released often becomes the best image as it is, but the best image is selected after the shooting switch is released. Compared to the method, the time until the best image is determined is greatly reduced. This best image may be automatically recorded and saved, but the user can record and save by pressing the shooting switch shortly, or the recording and saving can be performed by providing a separate recording switch. Good.
- the photographing operation is started again and the image is retaken by pressing the photographing switch for a predetermined time or longer.
- the user input an image data file name and use that to record and save the best image (607).
- the selection and display (606) of the best image it is also an important issue what kind of criteria and algorithm are used to determine the best image.
- the primary purpose of the method of selecting from among the images while pressing the shooting switch is to eliminate the effects of camera shake as much as possible, so the best image criteria is basically the image with the least camera shake effects. It turns out that.
- the highest image may be obtained by using the sum of squares of luminance differences between adjacent pixels as an evaluation value.
- Simply taking the sum of the absolute values of the brightness differences will only moderate the change in brightness within a certain range, such as a defocused image, and the overall change will be the sum of squares even if there is no difference from the focused image. This is because the magnitude of the local change is remarkably reflected in this case.
- FIG. 7 shows a more specific configuration example of the intraoral imaging system of the present invention.
- reference numeral 700 denotes an imaging probe, which includes a reflection unit 701 that is detachably connected to the imaging unit 702A of the grip unit 702.
- the photographing unit 702A is formed by a combination of an illumination unit and a photographing unit.
- a reflecting mirror 701k is disposed at a predetermined angle.
- the photographing unit 702A continuously captures images and transfers the image data to an image processing system such as a personal computer. As the capture speed, it is necessary to be able to acquire and transfer 15 to 30 image data per second without any sense of incongruity even when displaying moving images.
- Reference numeral 702S denotes a shutter button for starting photographing, which is formed by a push switch, a slide switch, or the like, and is formed at a position where it can be operated by a finger of a hand gripping the grip portion 702.
- the shutter button 702S is preferably configured to return when the pressed state such as a finger to be pressed is released, and the still image forming operation is stopped. However, in some cases, the pressed state is maintained, and when pressed again, the shutter button 702S returns to the original state. Such a configuration may be adopted.
- the image data acquisition operation may be switched in the photographing unit depending on the state of the switch.
- the photographing unit side does not perform complicated determination processing. Yes. Therefore, the status information of each switch and sensor is also transferred to the image processing system together with the image data, and the image data is always transferred at the same speed as the moving image data.
- 703 is an electric signal cable, which may be a general-purpose detachable cable such as a USB, or may be fixed without being attached or detached. From 704 onwards, the image processing system is configured.
- Reference numeral 704 denotes image data forming means for outputting a still image as image data at the timing when the shutter button 702S for starting shooting is pressed.
- Reference numeral 705 denotes image data storage means, which is composed of a memory that temporarily stores the still image over time.
- Reference numeral 706 denotes a pixel data reading unit that reads a still image from the image data storage unit 705, detects a luminance value mainly for part or all of the pixel data for each still image, and temporarily stores it. To do.
- 707 is a luminance value difference square means for outputting a value obtained by squaring the difference value between the luminance value of the pixel data read out before and the luminance value of the pixel data read out later.
- 708 is an integration means for integrating the luminance value difference square value.
- Reference numeral 709 denotes integrated data storage means, which is a storage means for storing the integrated value for each still image.
- 710 is an integrated data comparison / determination unit that compares the accumulated data values for each still image stored in the integrated data storage unit 709 and determines a still image that has the maximum value.
- Reference numeral 711 denotes optimum image data determination means, which determines the corresponding image data from the image data storage means 705 based on the determination of the still image having the maximum value by the integrated data comparison determination means 710, and displays the display 104 in FIG. Or output to the output terminal 712 for temporary storage. Note that the processing in steps 705 to 711 is continuously executed while the photographing switch is pressed, so that the display on the display or the like is also performed at the same time. In other words, an image temporarily optimized during the shooting operation is displayed, and if an image with a higher evaluation value is acquired thereafter, the display image is also updated to that image.
- the operation of the embodiment shown in FIG. 7 is to insert the reflecting portion 701 of the probe 700 into the oral cavity to be measured and bring the reflecting mirror 701k of the reflecting portion 701 closer to the tooth SG to be measured.
- the reflecting mirror 701k displays the shooting moving image of the shooting unit 702A on the display 104 in FIG. 1 until the shutter button 702S is pressed. The position is adjusted close to the tooth row SG. ⁇ Press the shutter button 702S at the timing when the reflector 701k seems to have been placed at the optimal position.
- the image data forming unit 704 automatically outputs and stores still images to the image data storage unit 705 at regular time intervals.
- the pixel data reading unit 706 calculates a luminance value from all or a part of main pixel data for each image stored in the image data storage unit 705, and outputs the luminance value to the luminance value difference square unit 707.
- the means 707 temporarily stores this in time series, calculates a square difference value from the luminance value of the previous pixel data and the subsequent pixel data, and outputs the difference square value to the integrating means 708.
- Integrating means 708 integrates the difference square value for each image and outputs it to integrated data storage means 709.
- the integrated data for each image stored in the integrated data storage means 709 is output to the integrated data comparison / determination means 710, the integrated data for each image is compared, and the image data corresponding to the maximum value is determined.
- the optimum image data determination unit 711 reads the image determined by the integrated data comparison / determination unit 710 from the image data storage unit 705, outputs it to the output terminal 712, and displays it on the display 104 shown in FIG. To do.
- the optimal image determination means in the oral cavity comprising the block diagram shown in FIG. 7 is configured by a software process if a computer is used, or a custom or semi-custom electric circuit such as a gate array if hardware. Also good.
- the first feature is an intraoral camera or image processing system having a function of stocking images at regular intervals while the photographing switch is pressed.
- the second feature is an intraoral camera or image processing system having a function of automatically selecting and displaying the provisional best image at that time from a stocked image group.
- Third feature is an intraoral camera or image processing system having a function of determining and displaying a final best image including the provisional best image after the photographing switch is released.
- the best image is an intraoral camera or an image processing system characterized in that it is an image in the best focus.
- the number of pixels of the image data of the intraoral camera is in the range of 300,000 to 1.3 million pixels.
- the image to be displayed on the computer display information of about 300,000 pixels is sufficient, and when the number of pixels exceeds 1.3 million pixels, the current USB 2.0 standard transfers about 15 image data per second.
- the two main reasons are that it is difficult to perform and smooth display as a moving image is impossible.
- the approximate display is provided, but it is often necessary to enlarge the image when confirming the affected part in detail later. This is because there is a shortage. Therefore, there are many dentists who specialize the use of intraoral cameras for explanation to patients.
- the intraoral camera of the present invention has 1.9 million pixels or more as the number of recording pixels.
- the intraoral camera of the present invention is characterized in that the image data size at the time of moving image display and the image data size for recording while the photographing switch is pressed are switched. In each operation state, it is preferable that the number of pixels can be set by the user. In addition, in order to confirm the affected area in detail, it was explained that the image may be enlarged and viewed, but in some cases it is often more effective to show the enlarged display to the patient on the spot. . Therefore, the intraoral camera of the present invention has a function of displaying an enlarged image of the central portion on the display in a moving image and / or still image display state.
- the enlargement display rate of the central portion may be about 200% or 400%, and it is desirable that the enlargement display rate can be easily switched by pressing a photographing switch or other switches. This is because if the enlarged display is made from the beginning, it is difficult for the patient to know which part.
- the intraoral camera of the present invention has already been described to support high pixels so that it can also be used for recording and storing images, there are some aspects in which the number of pixels alone is insufficient for recording and storing. In other words, the intraoral camera is mainly used for explaining a patient, and thus a lens having an angle of view (70 degrees or less) that can photograph a specific tooth or an affected part is generally used.
- the occlusal surface is imaged by inserting an oral mirror into the patient's mouth and photographing the occlusal surface reflected on the oral mirror from outside the mouth with a camera.
- a wide-field image such as an occlusal surface is obtained by projecting a wide range image in a narrow range (mirror surface) using a curved mirror, and performing image conversion processing after photographing the image with the camera. It has already been mentioned that the method of obtaining is adopted.
- the intraoral camera of the present invention has an information input function using an image in addition to providing a sub switch separately from the imaging switch. That is, in the case where numbers and letters, specific color and / or specific shape code information, etc. are photographed with an intraoral camera, it has a function of analyzing the image and recognizing such information and inputting it into the system.
- an identification number such as a patient name or medical record number
- the patient's medical record information is automatically displayed.
- the captured image is recognized as that of the patient.
- the operation mode of the program such as information display and photography can be executed by photographing a specific color and / or a specific shape code or icon.
- number information such as a tooth type is photographed before or after the photography is performed in the photography mode
- a corresponding number is assigned to the photographed photograph data file and recorded and saved.
- an analysis function for recognizing information from an image may be provided not in the intraoral camera but in software on the computer side that receives the information.
- a microphone may be built in the intraoral camera, and a function of performing a photographing operation and / or an information input operation by voice information may be provided.
- a photographing operation and / or an information input operation by voice information may be provided.
- Coloring work on artificial teeth is performed mainly by a dental technician, but if there is no dental technician at the dental clinic treating the patient, a photograph of the patient's tooth surface is sent to the dental technician to request the coloring work It will be.
- the quality of the artificial aesthetics of the artificial tooth is more likely to depend on whether or not a natural tooth photograph is taken under appropriate conditions beyond the skill of the dental technician.
- the ambient lighting conditions and camera properties have a great influence on the color of the photograph, it is preferable to shoot under conditions that make these as constant as possible.
- Oral camera lighting In order to perform photographing under conditions that can manage the color of natural teeth using the intraoral camera of the present invention, the surrounding light is blocked and the photographing is performed only with the light source built in the intraoral camera.
- FIG. 8 shows this example.
- the method of using indirect illumination for photographing the shade pattern on the tooth surface is particularly effective for photographing using a general digital camera or film camera, not just an intraoral camera.
- a general camera shade pattern photographing illuminator needs to have a structure that can be connected to a lens mount 801 of a general camera lens. However, since a lens adapter 802 is sold for various lens mounts. This is used for connection.
- the dome structure 803 is connected to the lens adapter 802. These may be connected by screws or the like so that they can be changed according to the camera, or may be integrally formed from the beginning.
- the dome structure has a circular or parabolic cross section, covers the teeth to be imaged and blocks external light, and also plays a role of uniformly illuminating light from the light source.
- a light source substrate 804 is connected to the lower part (the edge on the photographing target side) of the dome structure.
- the light source substrate 804 has a donut shape, and images are taken so that a tooth as an object to be imaged enters a central opening. About 4 to 20 white LEDs are arranged on the light source substrate.
- a power cable 806 for supplying power is connected.
- This power cable is used by connecting to an AC adapter or a battery. Since it is difficult to use a long cable connected to the device connected to the camera, preferably the power cable is connected to the battery, and the battery is fixed to the camera tripod screw hole, etc. It is better to be able to use it.
- the power cable 806 is not necessary. The light emitted from the white LED 805 is reflected on the inner surface of the dome structure 803 and then travels toward the opening 808 to illuminate a subject to be photographed (not shown).
- a cylindrical light shield 807 that covers the periphery of the opening 808 is also connected to the light source substrate 804 so that light from the white LED 805 is not directly irradiated onto the object to be imaged.
- the inner surface of the dome structure 803 is painted white or achromatic so that the light from the light source can be diffused and illuminated uniformly. Note that when photographing a glossy object such as a tooth, the color of the camera lens tends to be reflected on the surface of the object to be photographed, so the inner color of the dome structure 803 is also close to the color of the camera lens. You can shoot more beautifully. Since many camera lenses are black, it may be preferable that the inner color of the dome structure is black.
- the optical substrate 804 is formed with a portion 809 extending in the direction of the edge opposite to the light shielding body 807, and standard data such as RGB and CMYK is pasted in the direction of the camera lens mount 801 for this portion. Also good. Although this is optional, it may be useful for correcting the deviation from the reference color of the captured image.
- standard data such as RGB and CMYK
- a cylindrical structure that can be connected to a lens mount of a general camera lens, a dome structure that has an arc or a parabolic cross section connected to the cylindrical structure, and a center that is connected to the imaging target side of the dome structure
- a white light source substrate having an opening in the portion, and the light from the white light source is reflected from the inner surface of the dome structure and then emitted from the opening of the white light source substrate to irradiate the object to be photographed.
- Tooth surface illuminator An illuminator for photographing a tooth surface in which the color of the inner surface of the dome structure is white, black, or other achromatic color.
- 9 and 10 are diagrams showing an example of the overall shape of the embodiment shown in FIG. 2 and the like of the present invention.
- FIG. 9A is a plan view
- FIG. 9B is a right side view
- the right side view and the left side view of FIG. 9D have the same shape.
- FIG. 9C is a bottom view.
- FIG. 10 is a perspective view.
- the shape shown in FIGS. 9 and 10 can be a preferred embodiment of the present invention.
- the grip portion 201 is formed in an elongated rod shape so as to be easy to hold, and an electric lead wire 204 for connection to a USB cable or other external monitor is connected to the rear end.
- the mirror unit 202 is obtained by arranging mirror surface parts 203 such as a plane mirror and a convex mirror at a predetermined angle.
- the operation switch 207 forms instructions such as power on / off and magnification change by a pressing method, a sliding method, a touch panel method, and the like.
- a plurality of operation switches are arranged as necessary, and are used in combination with a main switch mainly used for determining photographing and selection and a sub switch mainly used for switching states and options. Since details of each member have already been described, description thereof is omitted here.
- a photographing unit having a light emitting element arranged around the camera at the tip is provided, a gripping housing provided with switches at a portion that can be operated with a fingertip around the gripping portion, and a predetermined angle at the tip.
- the intraoral imaging unit and the image captured by the imaging unit are provided with a mirror disposed with a reflecting mirror disposed at the rear and a mirror case provided with a gripping housing and a hollow cylindrical portion that can be mounted on the rear end, and
- An intraoral imaging system comprising a display unit arranged at a position that enters the field of view, and preferably a switch that can be operated with a fingertip in a combination configuration that allows selection of a display menu of the display unit, etc.
- a configuration in which the above operation enables an operation for selecting and confirming a selection menu in the display means can be exemplified.
- GUI graphical user interface
- the present invention is combined with a monitor for performing portable display, a mobile personal computer, and a PDA (Personal Digital Assistant) type display member as shown in FIG. It may be. That is, as shown in FIG.
- the illumination member and the camera are integrated, preferably the camera is arranged at the center, and the intraoral tissue via the reflector and the reflector in the range of 360 degrees around the camera.
- the imaging unit 101b having a configuration preferably a configuration in which four LEDs are arranged every 90 degrees around the camera is disposed at a position where sufficient illumination light can be irradiated to the tip of the gripping housing 101.
- the imaging unit can be inserted, and the intraoral imaging unit combined with the mirror part 101c having the reflecting member 101a arranged at a predetermined angle at the tip and the rear of the gripping housing 101
- a small computer having a cable 107 for outputting an image connected to the end to the outside and a portable display, preferably a touch switch type (In the present invention, can also be referred to as a "Display") screen similar contact switch operation by capable display body combination of 108 is illustrated.
- a plurality of button-shaped, dial-shaped, and touch-panel type switches 101d and 101e are arranged in a portion of the gripping housing 101 that can be operated with a finger.
- switches 101e are linked with software switches displayed on the display body 108, and the position of the selected switch changes each time the switch 101e is pressed.
- An example is shown in which a switch on the screen is confirmed and executed by pressing.
- the switches 101d and 101e may have the same functions as those of a keyboard or mouse computer connected to the computer.
- the display body 108 can be attached to, for example, a treatment table, a treatment chair, etc., and can be easily attached to an observable position enough to turn the neck during dental examination.
- the display body 108 may be general-purpose, and the cable to be connected may be a USB cable or the like. In the present invention, these switches are operated with a finger of one hand.
- the operation of these switches enables the operation of the display means and the operation of the photographing unit through the operation of the display means, even in the treatment of the part where the back teeth 10H cannot be seen or other difficult-to-view parts.
- the operation can be performed while viewing the display unit. For example, it is possible to shoot parts that have been difficult to shoot with cameras until now, such as caries treatment for back teeth, tooth extraction, wisdom tooth treatment, tooth extraction, periodontal treatment for back teeth, implant treatment, etc. Can be linked to.
- the display 104 shown in FIG. 1A is also in a state where the user can easily enter the field of view when observing the oral cavity using the intraoral camera and interlocking with the treatment. It is preferable.
- the intraoral camera unit portion which is a part of one embodiment of the present invention is as described above with reference to FIG.
- the gripping housing 201 is formed of a plastic material, a metal material, or the like, and is formed in an elongated rod shape so that it can be easily held.
- An electrical lead wire 204 for connection to a USB cable or other external monitor is connected to the rear end of the gripping housing 201.
- Mirror portion 202 in which mirror surface portion 203 such as a plane mirror or a convex mirror is arranged at a predetermined angle (40 to 50 degrees with respect to the lens surface) is a portion to be inserted into the oral cavity.
- a reflecting mirror is formed at the front end of the mirror unit 202, and a cylindrical mounting unit 208 to which the photographing unit is detachably mounted is formed at the rear end.
- the operation switches 207 (referred to as 207a and 207b since two switches are shown in the figure) are used to give instructions to turn on / off the power, change the magnification, etc. by pressing, rotating, rotating and pressing, etc. It can be performed by a pressing method, a sliding method, a touch panel method, or the like.
- a plurality of operation switches are arranged as necessary, and mainly have a function to operate in conjunction with the display 104, the keyboard for operating the display 108, and the mouse switch shown in FIG.
- 12K2 shown in FIG. 12 is a photographing unit in which a camera is arranged at the center and one or more illumination units are arranged around the camera.
- the photographing unit 2K2 is fixed at a distance 2K1 that faces the reflecting mirror 203 and has a focal point. Therefore, since the reflected image can be clearly captured regardless of the distance from the reflector to the oral tissue, a clear image can be obtained as long as the optical path is secured even if the reflector is close to the oral tissue. Can shoot.
- the illumination unit is uniformly arranged around the camera, so that it is a part of the mirror image, but can be obtained as a bright and clear image. Further, the configuration of the intraoral camera unit will be further described with reference to FIG. 12 showing the side of the unit. Extra saliva in the oral cavity, irrigation performed during treatment, teeth that emerge during treatment, and prosthetic residue are collected. The suction part which performs is also provided.
- 2B1 is a suction port, which is present at the distal end of the flexible conduit 2B3.
- the position of the suction port 2B1 is an example, and for example, an arrangement like 2B2 is possible.
- the conduit 2B3 is connected to an external suction device.
- the suction port 2B1 Since the position of the suction port 2B1 corresponds to the bottom portion of the photographed image, the treatment unit, saliva, and excess water are removed by moving the camera unit while viewing the image of the display 104 shown in FIG. 1 or the display body 108 shown in FIG. In some cases, the suction operation is preferable.
- the suction port 2B1 may be slightly protruded from the camera surface.
- the size and shape of the suction port 2B1 are selected depending on the target to be sucked, and for example, a circular shape, an elongated elliptical shape, a rectangular shape, and a shape along the peripheral edge of the reflecting mirror are shown.
- the conduit 2B3 may be mounted so as to crawl the side surfaces of the mirror unit 202 and the gripping housing 201, or may be integrally disposed inside or outside the mirror unit 202 and the gripping housing 201.
- the conduit is also connected to a connector or the like for the purpose of attachment / detachment.
- the suction operation from the suction port 2B1 preferably has a mode of starting, stopping, and output strength by display on the screen of the display 104 shown in FIG. 1 or the display body 108 shown in FIG. 11, and switches 207a, 207b
- the display on the screen is a selection display such as a tool bar that displays suction start, stop, and strength adjustment buttons, and the switch 207a is pressed or turned. For example, from the start of suction where the color of the button display is different from the others, it moves to the next stop button.
- FIG. 12 schematically shows the internal configuration of the intraoral camera as shown in FIG. 2C described above with reference to FIG.
- An enlarged view of the mirror unit 202 is shown in FIG. 3 described with reference to the above. That is, referring to FIG. 3 again, the reflecting mirror 305 is formed with a predetermined angle at the tip of the mirror support portion 303 formed of a hard plastic material.
- the mounting portion 304 is formed in a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape at the rear end of the mirror support portion 303.
- the mounting portion 304 is open to the reflecting mirror 305, and the mounting portion 304 supports the reflecting mirror 305. It has a streamlined shape up to the part that has been made, and does not give a stimulus to the oral cavity.
- Reference numeral 306 denotes a gripping housing, and reference numeral 307 denotes a photographing unit. This is the same as the lens 205 and the camera unit 206 in FIG.
- FIG. 13 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In FIG.
- the gripping housing 2301 has a photographing unit 2301a in which a light source is disposed around the camera at the tip thereof.
- the gripping housing 2301 is formed with touch and switch switches 2301b and 2301c, which are used for both pressing, sliding, rotation and pressing.
- the number of switches is an example, and three or more switches may be formed.
- the mirror support portion 2302 includes a reflecting mirror 2303 at a 45 ° angle at the tip, and the rear end is formed of a hollow cylindrical body.
- the photographing unit 2301a captures a camera image in a moving image or still image state.
- Reference numeral 2301d denotes a general-purpose or dedicated electric lead wire such as a USB cable for connecting to an external signal processing unit and a display unit.
- the block diagrams after 2304 are signal processing units formed in software or hardware by an image processing computer or the like.
- the input unit 2304 is for inputting image data as an electric signal of moving image data or still image data.
- an operation for extracting a contour region of only a reflector image may be performed.
- the distortion correction means 2305 is a means for correcting distortion for photographing the inside of the oral cavity with the reflector having a predetermined angle.
- the switches 2301b and 2301c are displayed while looking at the display 104 or the display body 108 with a fingertip, and a plurality of a-value button displays are designated by moving, pressing, sliding, pulling, turning, etc., and other switches
- the a value is determined by, for example, operating.
- the grid forming means 2307 forms a grid-like grid display 2312a shown in FIG. 13B based on the value of the distance a or an arbitrary value.
- the grid display 2312a may be arbitrarily set with respect to the captured image 2312b when displaying the relative interval, size, verticality, and parallelism.
- the imaging distance setting means 2306 may perform grid display with an interval in the distance on the actual oral cavity surface based on the value of the imaging distance a.
- 2312c which shows a base part becomes a position of a reflective-mirror front-end
- This grid display may be limited to the reflecting surface of the reflecting mirror 2303, that is, the circular shape.
- the superimposing unit 2308 transparently superimposes the mirror image output from the distortion correcting unit 2305 and the grid diagram output from the grid forming unit 2307 (transmission means that both diagrams are displayed as shown in the figure). This is a part for displaying on the display.
- the display means 2309 is exemplified by a display screen such as a desktop or notebook personal computer monitor display, PDA, or mobile phone.
- the distortion adding means 2310 is a means for forming and displaying a distorted grid by adding distortion of the screen display reflected by the actual reflecting mirror to the grid display formed by the grid forming means 2307.
- the distortion adding unit 2310 may be suitable when, for example, when the shooting unit performs shooting in the moving image mode, the delay time due to the increase in calculation time when the distortion correcting unit 2305 is used is eliminated and the grid display is performed in the moving image mode. .
- This is suitable for the treatment of sites that are difficult to treat conventionally, such as the back teeth, with the imaging unit in one hand, the treatment tool in the other hand, and viewing the display means 2309.
- FIG. 13B shows an example of a display screen 2312 in which image data photographed by the photographing unit 2301a is displayed on a computer display.
- FIG. 13C is a diagram illustrating a state in which an image captured by the imaging unit 2301a is left without being subjected to distortion correction and is superimposed with distortion applied to grid lines.
- the block diagram shown in FIG. 13 can be realized by a combination of electric circuits, but is preferably realized by software in terms of using computer processing as shown in FIGS. The same applies to the block diagram shown in FIG. Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 13 will be described.
- the holding housing 2301 is held, and the reflecting mirror 2303 at the tip of the mirror support 2302 is placed on the observation / treatment tooth 23H with a predetermined distance a indicated by 23A.
- the illuminating unit 309 made up of, for example, four light emitting elements shown in FIG.
- the imaging unit 2302a emits light toward the reflecting mirror 2303 and is reflected at an angle of, for example, 90 degrees to illuminate the observation / treatment tooth 23H.
- the imaging unit 308 (see FIG. 3) of the imaging unit 2302a inputs an image of the illuminated observation / treatment tooth 23H as a moving image or a still image as an image signal via an electrical lead wire 2301d such as a USB cable. 2304.
- a person who operates this device sets the distance between the reflecting mirror 2303 and the observation / treatment tooth 23H by the photographing distance setting means 2306 and selectively inputs the value a.
- This selection input is performed by displaying buttons of a distance, 0 mm, 2 mm, and 5 mm in a tool bar shape on the screen of the display unit 2309 in advance, for example, by pressing, sliding, or turning the switches 2301c.
- the button color display may be moved, and then a switch 2301b may be pressed to determine a button having a different color, and a GUI designation input may be performed to determine and input the distance.
- the image input to the input unit 2304 is subjected to distortion correction by the distortion correction unit 2305 and input to the overlay unit 2308.
- the shooting distance setting means 2306 the signal is input to the grid forming means 2307, the unit distance of 2311d showing the unit grid diagram shown in FIG.
- the superimposing means 2308 forms superimposition data obtained by superimposing the input image 2312b taken by the reflecting mirror after distortion correction and the grid display 2312a, and displays them on the display means 2309. This state is shown in FIG. Further, when displaying a moving image, the grid forming unit 2307 adds distortion in a form corresponding to the image reflected by the reflecting mirror 2303 by the distortion adding unit 2310 and the input unit 2304.
- the mirror image output in step S1 is input to the superimposing unit 2308 without being subjected to distortion correction by the distortion correcting unit 2305, and is then distorted by the superimposing unit 2308 and the distortion adding unit 2310 without distortion correction.
- the display may be superimposed and displayed on the display means 2309. This state is shown in FIG.
- a window-like display 2311 displayed on a computer monitor a distorted grid 2311a and a reflector image 2311b are superimposed and displayed.
- 2311c is the tip of the reflecting mirror 2303, which is the distance reference.
- 2311d is a grid display scale set based on the distance a. 2311d may be unnecessary in the case of relative display. Note that the scale display 2311d displayed only in FIG. 13C is also displayed in FIG.
- This embodiment can be used with treatment, and even a reflecting mirror 2303 close to the tooth can obtain a clear image from the reflecting mirror. By setting a scale display and a grid display on this, the tooth can be obtained.
- the operating means 2401 is constituted by, for example, a photographing unit shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B).
- the operation means 2401 one having a configuration in which a monitor screen selection operation is performed by operating switches attached to the photographing unit is preferably used.
- the distortion correction means 2402 is a means for correcting distortion for photographing the oral cavity with the reflector having a predetermined angle.
- the superimposing means 2403 transmits and superimposes two images, and has a function of adjusting the size and angle of the two input images in order to perform coincident superimposition.
- the guideline data forming means 2404 is, for example, for forming an index image for setting the inclination of the side surface of the abutment tooth and the size of the abutment tooth when forming the abutment tooth to be created. It is created by a drawing function by so-called graphic software.
- the display means 2405 is exemplified by a display screen of a desktop or notebook personal computer monitor display, PDA, mobile phone or the like.
- Photographed image data 2406 shown in FIG. 14B is obtained by the photographing means 2401.
- the photographed image data 2406 is obtained by photographing the abutment tooth 2406a from the side surface, and 2406b is an adjacent tooth.
- a guideline image 2407 indicating an index 2408 indicating the inclination of the abutment tooth is created in advance as shown in FIG.
- the guideline image 2407 forms a plurality of types of images having different angles of the inclined portions of the abutment teeth, for example, as indicated by c-1 and c-2 in FIG.
- FIG. 14C is an index image when the abutment tooth is viewed from the upper surface direction, 2412 indicates the index margin line, and 2413 indicates the index top. It is preferable that a plurality of types of index images indicated by c-3 are prepared for each tooth type.
- FIG. 14D shows a superimposed image 2409 when the captured image 2405 of the inclined surface of the abutment tooth and the index image 2107 are superimposed.
- the superimposing means 2403 is the distortion correcting means 2402.
- the distortion-corrected abutment tooth image, the captured image data 2406 formed by the guideline data forming unit 2404, and the index 2408 formed by the guideline data forming unit 2404 are used as superimposed data, and the display unit 2405 It is displayed.
- FIG. 14E shows an index image indicated by an index margin line 2412 and an index apex 2413, an imaged margin line 2411, and an imaged apex 2414 when the abutment is imaged from above.
- This is an image 2410 obtained by superimposing captured images. These superimposed image data are used for intermediate evaluation and final evaluation at the time of preparation of the abutment tooth, and an accurate treatment is possible based on the guideline image data.
- FIG. 15 shows an example of a state in which an image is displayed on the display body 180P when the configuration shown in FIG. 11 is used.
- Reference numeral 2501d denotes a general-purpose cable such as a USB cable or an electric cable such as a dedicated cable.
- the part of the mirror part 2502 attached to the elliptical columnar imaging unit 2501a at the tip of the gripping housing 2501 forms an elliptic cylinder, and a reflecting mirror 2503 is arranged at an angle of 45 degrees at the tip. ing.
- reference numeral 1801 denotes a dental treatment menu screen, and it may be preferable that the display changes every time the stage shifts.
- Reference numeral 1802 denotes a case selection list. By specifying such as clicking on this part along with the display of caries, missing teeth, etc., moving image display, still image display, etc. are executed. May be preferred.
- 1803 is a schematic diagram of the dentition, with the upper and lower parts and the tooth number inside.
- Reference numeral 1804 denotes a treatment mark indicating a target site. In some cases, this mark is preferably displayed with a noticeable color, symbol, or the like.
- 1805 is a treatment-completed mark indicating a past treatment site, and is preferably a color, a symbol, or other display distinguishable from the treatment mark 1804.
- 1806 is an image display unit when the target part is imaged by the intraoral camera 2500, and based on this display, the above-described dental formula 1813 can be designated at hand.
- 1807 is a simulation table, which is displayed at the corresponding location every time it is designated. In the present embodiment, for example, an example in which a tooth type is selected at hand using an intraoral camera shown in FIG. For example, the reflecting mirror 2403 of the intraoral camera 2500 is brought close to the measurement tooth SG.
- the case selection changes as 1802a ⁇ 1802b ⁇ 1802c ⁇ 1802d ⁇ 1802e so that the color changes, and the switches 2408 are pressed and confirmed in the selected case.
- the case is displayed in the simulation table 1807 and the process proceeds to the next dental expression display unit 1803.
- the measurement tooth SG is photographing the left mandible 6
- the button of the switches 2408 is turned with a finger
- the display of the tooth type or the treatment mark moves, for example, 8 ⁇ 7 ⁇ sequentially from the upper left each time it is turned or pressed.
- the dentist pushes the switches 2407 on the near side until the teeth match, and when the display mark reaches the target part (here, the lower jaw right 6), presses it. Stop or press switch 2407 or switches 2408 to confirm.
- the intraoral camera 2500 With one hand, hold the treatment tool with the other hand, and look at the display unit 180P, and it is difficult to see and treat the intraoral site with limited space. Is possible.
- the dental oral cavity can be obtained with a probe-like imaging means that can be moved more freely by inserting various types of images into the oral cavity. Therefore, it can be used greatly in the fields of dental treatment, dental caries prevention and periodontal disease prevention.
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Abstract
口腔内撮影システムであって、手持ち把持が可能な形態を有し、かつ指操作が可能な1個以上の操作ボタンを備えた筐体と、前記筐体の先端部に配置された、照明部材及び撮影部材を含む撮影ユニットと、前記筐体に関連付けで配置された、前記撮影部材により撮影された口腔内画像を表示する表示モニタとを備えてなり、前記表示モニタの画面には、前記口腔内画像とともに、前記表示モニタの表示機能が、項目別に選択可能に表示され、前記操作ボタンの操作により当該表示機能が選択的に実行されることを特徴とする口腔内撮影システム。この口腔内撮影システムは、利用しやすく、しかも明瞭な画像や、広範囲の画像を得ることができる。また、奥歯を初め、従来観察しづらく、治療しにくい部位を、治療時に併用可能な口腔内映像として提供することができる。
Description
本発明は歯科医療分野において使用される、口腔内カメラ及びこれを利用して患者情報を管理するシステムに関する。本発明また、歯科用の口腔内撮影システムに関する。
近年、日本では高齢化社会の進行もあり、歯周病の患者が増加するとともに、インプラント治療のように新しい医療行為が行われる機会も急増するなど、歯科医療の重要性が高まっている。
歯科医療において患者の状態を把握する上で、まず重要なのは虫歯の有無や歯茎の出血、発赤など、外観上の変化を確認することである。これらの情報は治療方針を決定する上で重要であるばかりでなく、治療の効果を確認する上でも重要であり、初診時から各治療のステップごとに的確に記録され、比較する必要がある。外観上の情報は、文章やスケッチなどにより記録するよりも、写真を撮影することで、全く損なうことなく記録することができる。デジタルカメラで撮影すれば、後から拡大表示することで当初は見逃していた病変に気付くこともあり、医療現場でも広く利用されるようになっている。
また、デジタル技術の応用としては、動画情報をリアルタイムでディスプレイに表示する口腔内カメラも広く普及している。口腔内カメラは記録用としてではなく患者説明用として主に使われるため、画素数としては静止画撮影用のデジタルカメラの10%にも満たないものが多い代わりに、カメラモジュールやレンズは非常に小型に設計されているため、カメラ部を口腔内に挿入して自在に撮影し、患者に見せられるような形状となっている。ディスプレイに表示する目的であれば、30万画素程度の画質でも問題はないと言われている。
なお、撮影された画像は重要な患者情報であるため、デジタルカメラで撮影された数百万画素レベルの画像はいうまでもなく、口腔内カメラで撮影された30万画素程度の画像であっても、患者名、歯番、日付といった情報を付与して記録保存しておくことが通常である。ただし、実際の使用時には主に歯科医または歯科衛生士である使用者が片手にカメラを持ち、もう一方の手で患者の頬を広げたりミラー操作を行いながら撮影する必要があるため、撮影や記録といった作業には手を使うことが難しく、フットスイッチが利用されることが非常に多い。
患者情報としては画像情報だけでなく、各種検査の結果や治療過程も同時に管理され、必要に応じてそれらを組み合わせて確認することで、正確に診断を行うことができる。したがって、患者の画像を扱うソフトウエアでは、検査結果や歯科医のコメント等の入力および表示、印刷が可能になっているものが主流である。特許文献1には、口腔外に歯列撮影用の補助器具を設けて、歯列全般を撮影するための構成が示されている。
特許文献2には、歯科医療用の研究用模型を含む被写体物品の正面観、咬合面観、左右の側方面観を1枚の写真に取り込んで撮影する為の、3枚鏡を組み合わせた構造体が示されている。
特許文献3には、山形状に半円形の凹面鏡7aおよび平面鏡8aが配置された二面構成とし、他方の面を一枚の凸面鏡9が配置された構成が開示され、主に局所拡大用に用いられるデンタルミラーが示されている。
特許文献4には、湾曲した鏡(凹面鏡)を介して口腔内を撮影する歯列撮影用ビデオカメラが開示されている。
特許文献5には、特に歯科用ではないが、撮影用カメラの先端に直接被写体を照射せず、ドーム内面に反射した反射光を被写体に均一に照明するドーム型の照明器が示されている。
特許文献6には、デジタルカメラで取得した画像データの特定のエリアの画素間で差分二乗をとり、その総数と他の差分総数からフォーカス設定を行うことが記載されている。
また、患者に口腔内を表示して、虫歯等の状態、治療の進行状況や、今後の治療方針を説明し同意を得る為のインフォームドコンセントに用いられる口腔内カメラについて、特許文献7には、先端に光ファイバを配置したカメラであって、照明手段がないものが開示されている。また、特許文献8には、リモコン型のスイッチを備え、これと電気リード線で繋いだ先端にカメラを装着したペン型の口腔内カメラであって、両手で操作する構成が開示されている。
特許文献9には、ディスプレイ上に予め撮影した口腔内画像データを複数枚表示する構成が記載されている。
特許文献10には、先端にカメラを備えたペン状の口腔内カメラと、このカメラで撮影した画像を表示する小型携帯型の表示装置と、この画像を外部機器に送信する無線送信手段が開示されている。
特許文献11には、励起光照射手段、特定の波長域を通過させる受光フィルタ、の組み合わせにより歯の外観の確認やう蝕、歯石や歯垢の付着状況の確認をする構成が示されている。
これらの構成の中には、カメラの小型化に伴い、カメラ本体を口腔内に挿入して、直接撮影する手法が多く提案されているが、近距離からの撮影によって、撮影画像が不鮮明になってしまい奥歯のような限られた空間での撮影が困難である。他方、特許文献12には、反射鏡を用いた口腔内カメラが示されるが、単に、撮影をするための構成であって、カメラを口腔内へ挿入するタイプと同様、有効な治療、診察、歯科実習等、撮影目的に適した構成は開示されていない。
歯科医療において患者の状態を把握する上で、まず重要なのは虫歯の有無や歯茎の出血、発赤など、外観上の変化を確認することである。これらの情報は治療方針を決定する上で重要であるばかりでなく、治療の効果を確認する上でも重要であり、初診時から各治療のステップごとに的確に記録され、比較する必要がある。外観上の情報は、文章やスケッチなどにより記録するよりも、写真を撮影することで、全く損なうことなく記録することができる。デジタルカメラで撮影すれば、後から拡大表示することで当初は見逃していた病変に気付くこともあり、医療現場でも広く利用されるようになっている。
また、デジタル技術の応用としては、動画情報をリアルタイムでディスプレイに表示する口腔内カメラも広く普及している。口腔内カメラは記録用としてではなく患者説明用として主に使われるため、画素数としては静止画撮影用のデジタルカメラの10%にも満たないものが多い代わりに、カメラモジュールやレンズは非常に小型に設計されているため、カメラ部を口腔内に挿入して自在に撮影し、患者に見せられるような形状となっている。ディスプレイに表示する目的であれば、30万画素程度の画質でも問題はないと言われている。
なお、撮影された画像は重要な患者情報であるため、デジタルカメラで撮影された数百万画素レベルの画像はいうまでもなく、口腔内カメラで撮影された30万画素程度の画像であっても、患者名、歯番、日付といった情報を付与して記録保存しておくことが通常である。ただし、実際の使用時には主に歯科医または歯科衛生士である使用者が片手にカメラを持ち、もう一方の手で患者の頬を広げたりミラー操作を行いながら撮影する必要があるため、撮影や記録といった作業には手を使うことが難しく、フットスイッチが利用されることが非常に多い。
患者情報としては画像情報だけでなく、各種検査の結果や治療過程も同時に管理され、必要に応じてそれらを組み合わせて確認することで、正確に診断を行うことができる。したがって、患者の画像を扱うソフトウエアでは、検査結果や歯科医のコメント等の入力および表示、印刷が可能になっているものが主流である。特許文献1には、口腔外に歯列撮影用の補助器具を設けて、歯列全般を撮影するための構成が示されている。
特許文献2には、歯科医療用の研究用模型を含む被写体物品の正面観、咬合面観、左右の側方面観を1枚の写真に取り込んで撮影する為の、3枚鏡を組み合わせた構造体が示されている。
特許文献3には、山形状に半円形の凹面鏡7aおよび平面鏡8aが配置された二面構成とし、他方の面を一枚の凸面鏡9が配置された構成が開示され、主に局所拡大用に用いられるデンタルミラーが示されている。
特許文献4には、湾曲した鏡(凹面鏡)を介して口腔内を撮影する歯列撮影用ビデオカメラが開示されている。
特許文献5には、特に歯科用ではないが、撮影用カメラの先端に直接被写体を照射せず、ドーム内面に反射した反射光を被写体に均一に照明するドーム型の照明器が示されている。
特許文献6には、デジタルカメラで取得した画像データの特定のエリアの画素間で差分二乗をとり、その総数と他の差分総数からフォーカス設定を行うことが記載されている。
また、患者に口腔内を表示して、虫歯等の状態、治療の進行状況や、今後の治療方針を説明し同意を得る為のインフォームドコンセントに用いられる口腔内カメラについて、特許文献7には、先端に光ファイバを配置したカメラであって、照明手段がないものが開示されている。また、特許文献8には、リモコン型のスイッチを備え、これと電気リード線で繋いだ先端にカメラを装着したペン型の口腔内カメラであって、両手で操作する構成が開示されている。
特許文献9には、ディスプレイ上に予め撮影した口腔内画像データを複数枚表示する構成が記載されている。
特許文献10には、先端にカメラを備えたペン状の口腔内カメラと、このカメラで撮影した画像を表示する小型携帯型の表示装置と、この画像を外部機器に送信する無線送信手段が開示されている。
特許文献11には、励起光照射手段、特定の波長域を通過させる受光フィルタ、の組み合わせにより歯の外観の確認やう蝕、歯石や歯垢の付着状況の確認をする構成が示されている。
これらの構成の中には、カメラの小型化に伴い、カメラ本体を口腔内に挿入して、直接撮影する手法が多く提案されているが、近距離からの撮影によって、撮影画像が不鮮明になってしまい奥歯のような限られた空間での撮影が困難である。他方、特許文献12には、反射鏡を用いた口腔内カメラが示されるが、単に、撮影をするための構成であって、カメラを口腔内へ挿入するタイプと同様、有効な治療、診察、歯科実習等、撮影目的に適した構成は開示されていない。
上記のように広く普及している口腔内カメラであるが、使用者からの不満点がないわけではない。実際に口腔内カメラを使用している使用者(歯科医等)に意見を聞いてみると、解決すべき課題がいくつか存在することが判明した。
まず第一に解決すべき課題として、手ぶれも含めた焦点合わせの問題が挙げられる。口腔内カメラは患者の口腔内に挿入して撮影しなければならないことから、イメージセンサおよびレンズからなる撮影部はかなり小型に形成されている。このため、レンズの自動焦点調整機構を組み込むことは困難であり、撮影時に手ぶれの影響を非常に受けやすい。動画を患者に見せて説明する場合は適度にカメラを動かしながら使用すれば、比較的良好な画像を得ることができるものの、特定箇所を静止画像として記録する際にカメラのボタン等を押すと、その動作によって手ぶれが発生してしまう。とくに口腔内カメラの場合、カメラから撮影対象物までの距離も10~20mm程度と非常に近いため、1mm程度の手ぶれも大きく影響することになる。撮影の瞬間にフットスイッチを利用することで手ぶれをある程度緩和することは可能であるが、撮影部位によっては使用者も体の位置や角度を変える必要があるためフットスイッチとの位置関係は必ずしも一定ではなく、フットスイッチよりは手元で操作できる方がはるかに便利である。
第二に解決すべき課題として、情報入力の問題が挙げられる。既に述べたように、患者の口腔内を撮影する際には、一方の手にカメラを持ち、もう一方の手で患者の頬を広げる、あるいは舌を除けるといった作業となるため、撮影した画像を記録する際の情報入力に手を使うことができない。画像を一枚撮影するたびにキーボードなどで情報入力するのは、患者一人あたり5枚から10枚程度の画像を撮影することが一般的であることを考えると、非常に大きな手間となる。このためフットスイッチなどが補助的な入力手段として利用されているが、キーボードのように細かいキーを配列することができないため、十分な情報を入力することはできない。また、撮影する部位によって使用者の体勢も一定にはならないため、フットスイッチの位置を探る手間も増えることになる。
また口腔内は、唾液により常に濡れており、直接照明をあてると反射光が強すぎて、明確な画像が得られない。
さらに、口腔内は、空間が限られており、全歯の撮影を行おうとしてもなかなか、一枚の画像に収まる様な撮影はカメラの配置、性能等から難しく、画像をつなぎ合わせる等の画像処理によって解決する必要が生じ、手間がかかり、煩雑さがある。更に、口腔内カメラは、主にカメラ部、レンズ部を口腔内へ挿入して使用されることから、使用後は、十分な洗浄をする必要があり、カメラプローブを丸洗いするか、ビニール袋で覆い使用するか、或いは、カメラ部にカバーを形成して、口腔内に挿入し、使用後、カバーを取り外して、洗浄する手法が提案されている。
レンズ部、カメラ部の洗浄は、精密機器である点で、なるべく避けたいところであり、洗浄する部分は、より洗浄しやすく、破損しても安価な交換で済むことが望ましい。
さらに加えて、上記したような、口腔内にカメラを直接挿入する構成は、至近距離からの撮影のため、鮮明な画像を得ることは難しく、鮮明に撮影できる部位は限られてしまい、また、反射鏡を用いたカメラが提案されているものの、これも撮影することのみの構成であって、治療等の作業工程との関連性を示すものではなく、奥歯のような見えにくい部分での実際治療と連動する構成とは言い難い。
まず第一に解決すべき課題として、手ぶれも含めた焦点合わせの問題が挙げられる。口腔内カメラは患者の口腔内に挿入して撮影しなければならないことから、イメージセンサおよびレンズからなる撮影部はかなり小型に形成されている。このため、レンズの自動焦点調整機構を組み込むことは困難であり、撮影時に手ぶれの影響を非常に受けやすい。動画を患者に見せて説明する場合は適度にカメラを動かしながら使用すれば、比較的良好な画像を得ることができるものの、特定箇所を静止画像として記録する際にカメラのボタン等を押すと、その動作によって手ぶれが発生してしまう。とくに口腔内カメラの場合、カメラから撮影対象物までの距離も10~20mm程度と非常に近いため、1mm程度の手ぶれも大きく影響することになる。撮影の瞬間にフットスイッチを利用することで手ぶれをある程度緩和することは可能であるが、撮影部位によっては使用者も体の位置や角度を変える必要があるためフットスイッチとの位置関係は必ずしも一定ではなく、フットスイッチよりは手元で操作できる方がはるかに便利である。
第二に解決すべき課題として、情報入力の問題が挙げられる。既に述べたように、患者の口腔内を撮影する際には、一方の手にカメラを持ち、もう一方の手で患者の頬を広げる、あるいは舌を除けるといった作業となるため、撮影した画像を記録する際の情報入力に手を使うことができない。画像を一枚撮影するたびにキーボードなどで情報入力するのは、患者一人あたり5枚から10枚程度の画像を撮影することが一般的であることを考えると、非常に大きな手間となる。このためフットスイッチなどが補助的な入力手段として利用されているが、キーボードのように細かいキーを配列することができないため、十分な情報を入力することはできない。また、撮影する部位によって使用者の体勢も一定にはならないため、フットスイッチの位置を探る手間も増えることになる。
また口腔内は、唾液により常に濡れており、直接照明をあてると反射光が強すぎて、明確な画像が得られない。
さらに、口腔内は、空間が限られており、全歯の撮影を行おうとしてもなかなか、一枚の画像に収まる様な撮影はカメラの配置、性能等から難しく、画像をつなぎ合わせる等の画像処理によって解決する必要が生じ、手間がかかり、煩雑さがある。更に、口腔内カメラは、主にカメラ部、レンズ部を口腔内へ挿入して使用されることから、使用後は、十分な洗浄をする必要があり、カメラプローブを丸洗いするか、ビニール袋で覆い使用するか、或いは、カメラ部にカバーを形成して、口腔内に挿入し、使用後、カバーを取り外して、洗浄する手法が提案されている。
レンズ部、カメラ部の洗浄は、精密機器である点で、なるべく避けたいところであり、洗浄する部分は、より洗浄しやすく、破損しても安価な交換で済むことが望ましい。
さらに加えて、上記したような、口腔内にカメラを直接挿入する構成は、至近距離からの撮影のため、鮮明な画像を得ることは難しく、鮮明に撮影できる部位は限られてしまい、また、反射鏡を用いたカメラが提案されているものの、これも撮影することのみの構成であって、治療等の作業工程との関連性を示すものではなく、奥歯のような見えにくい部分での実際治療と連動する構成とは言い難い。
上記に鑑み本発明は、照明部材と撮影部材を組み合わせた撮影ユニットを先端に配置した手持ち把持可能な筐体、撮影ユニットに着脱自在に装着される中空状で、装着時、照明部材の照明光を反射させて、生体を照らすと共に、照らされた組織面を撮影部材へ伝達する鏡面部を所定の角度で配置した反射部材の組み合わせ構成により、口腔内には、反射部材を挿入するだけで足り、洗浄が容易でしかも安価な口腔内撮影用カメラを含むシステムを実現する。
以下、既に述べた各課題について、本発明の口腔内カメラ及び歯科情報入力器を用いて具体的に解決する方法について詳述する。
まず第一の課題である焦点合わせの方法について説明する。既に述べたように、口腔内にカメラを挿入できるようにするためには、レンズなどの光学系は可能な限り単純で小型化された構造でなければならない。したがって、手ぶれを補正するためにレンズ位置を自動調整するといった機構を組み込むことは容易ではない。
ハードウエア機構によって焦点調整を行うことが難しいとすれば、ソフトウエアによる制御あるいは解析によって焦点調整を行えばよいというのは自然な考え方である。実際、このような考え方に基づく方法も多数存在している。最も一般的な方法は完全に焦点の合った画像を撮影することを目的にするのではなく、撮影位置を少しずつ変化させながら複数の画像を撮影し、ソフトウエアによる解析によって最も焦点の合っている画像を選択することを目的にするもので、例えば特開平5−19161号公報に開示されている方法が挙げられる。撮影対象物の表面に存在する微小な傷に焦点を合わせたいというような場合でも、撮影位置を変化させるステップを非常に細かくすれば、解析には時間がかかるものの、完全に焦点の合った画像を得ることができる。
一方、人間の手によって撮影された動画では、このように高精度で撮影位置を変化させるという操作は不可能である。この場合、使用者にとって最適な画像とは、必ずしも焦点が完全には合っていないものの、望ましい画像群の中で極力焦点が合っている画像ということになる。このような目的に応じ、使用者が撮影した動画の中から代表的な画像を1枚選択すると、その前後一定時間内に存在する複数の画像の中から最も焦点の合っている画像をソフトウエアで解析して選択するという方法が、特開2008−154047号公報に開示されている。
上記のように複数の画像候補の中から最適な画像をソフトウエア解析によって選択するという方法を口腔内カメラに適用する場合、さらに目的に特化した方法を考える必要がある。口腔内カメラの場合、先に撮られた動画を後から編集するのではなく、動画をその場で患者に見せながら、同時に最適な画像を記録していかなければならない。したがって特開2008−154047号公報に開示されている方法のように使用者が後から選択した画像から一定時間内に存在する画像の中から最適な画像を選択するのではなく、使用者がリアルタイムで画像を撮影する時間範囲を決定し、その中から最適な画像を選択できる必要がある。
そこで本発明の口腔内カメラでは、スイッチを押した瞬間からスイッチを離す瞬間までを画像のストック時間とし、この間にストックされた画像群の中から最も焦点の合っている画像を選択する方法を採用する。この方法であれば、使用者がスイッチを押している間のみが撮影時間と限定され、操作としては非常に簡便である。既に普及している一般的な口腔内カメラでも、撮影スイッチを押すことにより静止画像を記録するという方式が最も標準的になっているが、手ぶれの影響が最も大きくなるのはカメラのスイッチを押す瞬間であるという意見は多い。上記のようにスイッチを押している間を撮影時間とすれば、スイッチを押した瞬間の画像のみでなくそれ以降の画像も選択候補に含まれるため、結果的に手ぶれの影響を受けない画像が記録される可能性が高くなる。なお、スイッチを押した瞬間から離した瞬間までを画像のストック時間とするのではなく、これらの間の適当な時間でもよいし、スイッチを押した後の一定時間としてもよい。いずれの場合でも、スイッチを押す操作による手ぶれの影響は回避でき、複数画像を候補としているため最良の画像が記録される可能性が高いという効果が期待できる点も同様である。
このように瞬間的に画像を取得して記録するのではなく、ある期間に撮影された画像群の中から最良の画像を選択する方式の場合、手ぶれは必ずしも負に作用するとは限らず、むしろ積極的に手を動かすことによっていわゆるピンボケ画像が撮影される問題も回避しやすくなる。すなわち、使用者が患者の撮影部位をディスプレイ上で確認し、口腔内カメラの撮影スイッチを押しながらカメラを前後させて撮影スイッチを離すという操作を行った場合、撮影対象から異なる距離で撮影した複数の画像が一時的にメモリにストックされていることになる。動画を滑らかに表示するために1秒あたり10枚から60枚程度の画像を撮影している口腔内カメラでは、わずか数秒の操作であっても数十枚から百枚以上の画像データが撮影されるため、余程高速に手を動かさない限り、これらの中にはほぼ確実に焦点の合った画像が含まれており、しばらく時間をおいて安定することを待つまでもない。したがってこれらの画像に対してそれぞれ焦点の合っている程度を評価するアルゴリズムを適用すれば、使用者はピンボケの問題にほとんど気を遣うことなく、最良の画像を記録できることになる。
焦点の合っている程度を評価するアルゴリズムとしては、一般的な画像処理に用いられているエッジ検出法などを利用することができる。隣接する画素との輝度値の差の二乗和を計算して最大値を求める方法や、それらの輝度値の差が一定値以上であるものをカウントする方法など、それほど複雑な処理を行わずとも、最も焦点の合っている画像を選択し、記録することが可能である。撮影者の意思に関係なく常に画像データを取得していると、たまたま濃淡の大きい画像を取得した場合に、本来撮るべき画像よりもそのような画像が最良と判定されてしまう場合があるが、初めにディスプレイで撮影対象を確認した上で、撮影スイッチをオンオフする間に取得された画像に特化して解析かつ選択すれば、全体的に全く異なる画像が比較対象になることはないため、このような問題はほとんど発生しない。さらに必要ならば、撮影スイッチを押した瞬間の画像と比較して、焦点の合っている程度を評価するアルゴリズムの評価値があまりにも異なる画像は、選択対象から外す処理を行えばよい。なお、実用上の観点からは、エッジ検出や差の二乗和などの評価を行う際に、何らかの閾値を設定しておく方がよい。これにより、極大値ではなく最大値(最良値)を選択しやすくなるためである。
また、口腔内カメラでは患者説明を行いながら最良の画像を並行して記録していかなければならないことを考慮すると、焦点の合っている程度の評価をスイッチを離した後に開始するのではなく、画像のストック開始と同時に評価も開始する方がよい。すなわち、画像のストック処理が継続されている状態であっても、既にストックされた画像群に対して評価を行い、その時点での最良の画像を選択してディスプレイに表示することが好ましい。この場合、撮影スイッチを押している間は表示されている最良画像よりもさらに評価値の高い画像が得られれば、次々と表示画像が更新されていくことになる。この方式であれば、使用者が満足できる画像が得られるまでカメラを動かしながら撮影スイッチを押しっぱなしにすればよく、最良の画像を得るための操作が非常に簡単になる。
なお、一般的な口腔内カメラでは撮像部で歯などの撮影対象を直接撮影する方式となっているため、撮像部から撮影対象までの距離は15mm前後と短く、撮影者の手ぶれが1mm程度であっても相対的に大きな影響を及ぼしてしまう。どれだけ熟練した撮影者であっても、患者が動くことまでは防げないため、やはり焦点を合わせて撮影することは難しい。そこで本発明の口腔内撮影システムでは、カメラおよびレンズからなる撮影ユニット(「撮像ユニット」ともいう)で直接撮影するのではなく、ミラーに映る歯などの撮影対象を撮影ユニットで間接的に撮影する方式を採用する。これにより、撮影ユニットから撮影対象までの光学距離を50~80mm程度に拡大させることができ、被写界深度も10mm以上確保することが可能となるため、手ぶれや患者の動きがあっても焦点を合わせることは容易になる。これに加えて前述したソフトウエアによる疑似的なオートフォーカス機能も有するため、極めて安定して焦点の合った画像を得ることができる。
さらに、ミラーを介して撮影することにより、カメラおよびレンズからなる撮影ユニットを口腔外に配置することができ、口腔内に挿入されるのはミラー部のみとなるため、このミラー部を着脱可能な構造にすることにより、ミラー部を高圧蒸気滅菌することが可能となるため、衛生面で非常に優れた口腔内撮影システムを実現できる。撮像部を口腔内に挿入する一般的な方式では、イメージセンサ等の電子部品が高圧蒸気滅菌に耐えられないため、清潔さを保つのが難しい。
最後に第二の課題である情報入力の問題について説明する。歯科に限らず医療現場で情報入力が難しいのは、基本的に検査あるいは治療行為において、医師が両手を使用することが多いためである。このため、フットスイッチを利用して情報を入力する場合が多いが、足での操作では細かいキー操作はできないため入力できる情報が限られていることについては既に述べた通りである。
本発明の口腔内撮影システムでは、撮影ユニットに2つのスイッチを備えている。一方は撮影(静止画記録)および意思決定に用いるメインスイッチ、もう一方は選択肢の切り替えに用いるサブスイッチとする。実際の撮影操作では、動画表示を見ながら前述した焦点合わせ操作をメインスイッチで行うことにより、まず一定以上の焦点度合いを有する画像を一時的に取得する。焦点度合いの基準値を満たす画像は複数存在するのが通常であり、最も評価値が高い画像が撮影者にとって最良の画像であるとは限らないため、メインスイッチを離すと同時にこれらの画像を掲載したリストが表示され、サブスイッチを押すことにより各画像を切り替えながら拡大表示で確認することができる。撮影者にとって最良、すなわち記録保存したい画像が選択されている状態でメインスイッチを押すことにより、この画像を記録保存することが決定されるわけであるが、この直後に歯式を表示したダイアログが表示され、サブスイッチにより選択されている歯番を切り替えることができる。ここでメインスイッチを押すと歯番が決定され、画像とともに記録される。以上の処理により、画像を歯番とともに記録することができるため、後で画像を確認したり、治療の前後の画像を比較することが容易になる。
また、口腔内カメラの場合、動作中は常に画像を取得し続けていることから、画像を情報の入力手段として利用する方法も有力である。すなわち、本発明の口腔内カメラでは、取得された画像の中に特定のパターンが存在する場合、当該パターンの解析結果に応じて、特定の処理を行う機能を有する。ここでいう特定のパターンとは、特定の色、特定の形状、および/またはそれらの組み合わせである。例えば画像の中に、青色の正方形が映っていればその前に取得した画像を保存する、数字あるいは文字が映っていればその数字あるいは文字がシステムに入力される、といった処理が可能である。必要に応じてメインスイッチを押すことにより上記の画像情報認識機能が実行されるようにしておけば、意図せず撮影された画像によって誤動作が発生することも防止できる。また、頻繁に入力する必要のある数値、文字および/または特定処理を表すコード情報があらかじめ印刷された入力シートまたはリストバンドを使用し、これらの必要箇所を撮影することで情報入力が実行される方式にしておくことで、さらに誤入力が発生しにくいシステムとなる。画像情報を映し出すディスプレイがあることを前提とすれば、数値、文字および/または特定処理を表すコード情報をディスプレイ上に表示し、これらを撮影することで情報入力が実行される方式でもよい。この場合、入力のために撮影されている部位をディスプレイ上で点滅させるなど、コンピュータ側で正しく認識できていることを確認する方法も用意できるため、さらに誤入力が発生しにくくなる。このように画像情報を入力に利用すれば、限られたスイッチで情報を入力するのに比べて遥かに多くの種類の情報を瞬時に入力することが可能になる。
更に本発明は、既に述べたミラー撮影方式において、ミラー部材として凸面で湾曲状の反射鏡を用いることで、広角度な撮影データが入手できると共に、このデータに、上記凸面で湾曲状の反射鏡の曲率に応じた画像処理補正をすることで、上顎、下顎の全歯を精度良く形成することを実現した。画像処理補正は動画を構成する各コマ画像に対し瞬時に実行できるため、静止画を記録保存した後に画像処理補正を待って、その画像が記録用として十分であるかどうかを判断する必要はなく、広角動画撮影を行いながら、通常撮影時と同様の感覚で最良の画像を選択し、記録保存することができる。既に述べたように、ミラー部は着脱可能であるため、通常撮影用の平面ミラーと使い分けることは容易であり、高圧蒸気滅菌にも耐えうるため、衛生面でも優れている。
さらに加えて、本発明は、照明部材と撮影部材を組み合わせた撮影ユニットを先端に配置した手持ち把持可能な把持用筐体、把持用筐体を把持した際、指操作が可能な部位に配置されたスイッチ類、把持用筐体に着脱自在に装着され、装着時、照明部材の照明光を反射させて、生体を照らすと共に、照らされた組織面を撮影部材へ伝達する鏡面部を所定の角度で配置した反射部材よりなる口腔内撮影ユニット、撮影時、使用者の視界に入る部位へ配置された口腔内撮影ユニットで撮影した画像を表示する表示手段の組み合わせ構成により、口腔内で、見えにくい部位、撮影が困難な部位でも鮮明な画像が形成され、しかも表示部へ、グリッド、ガイドライン等の治療サポートの為の表示を重ね合わせて行うことで、治療のための作業が困難な部位でも、安定した作業ができることを実現した。
ここで、表示部における「表示」としては、以下のものに限定されるわけではないけれども、次のようなものを挙げることができる。
インレー等の微小補綴物の補綴用に形成されたステップ、その他の部位、クラウン等の補綴物装着時のマージン部等の補綴物治療時、又はその前後の口腔内状況;
奥歯、智歯、埋伏歯、及びこれらの治療時、又はその前後の治療状況、その他の口腔内深部状況;
根管治療の為の根幹部位等の歯に形成された孔内部、溝部の治療時又はその前後の状況;
歯石の付着状況、歯石除去後の残存状況等の歯表面状況;
インプラント植立前後又は植立時の平行度、垂直度、顎骨穿設孔の垂直度、深度、インプラント埋入後の埋入の程度等のインプラント植立状況;
歯周ポケット深度計測治具の目盛り表示部、インプラント形成用顎骨孔の傾斜測定用治具の傾斜度、深度等の口腔内治具の適用状況;
支台歯の傾斜角度、マージンライン等の口腔内処置状況;及び
上顎、下顎の全歯、全歯裏部の状況(反射鏡を球状凸面状としたとき)。
更に表示部上の選択操作、例えば複数のボタンを配列したツールバーを画面上に表示させ、このボタンの表示を把持用筐体表面に装着されたスイッチ類の操作により変更させ、目的とするボタンのところで、連続して同じスイッチ類を押したり、他のスイッチ類を押す等してそのボタンに関連した機能を確定実行させる、いわゆるGUI(グラフィカルユーザインターフェース)的な手法を実現する。本発明は、表示部の表示を見て、片手で撮影しながらもう一方の手で治療、その他治療前後の評価測定等を行うことを可能とする。
尚、スイッチ類だけで、画面上のツールバー選択をする場合の他、例えば表示部がタッチパネル式であれば画面の所定の部位に接触する手法や、キーボード、マウス、タッチパッド等に併用であってもよい。
本発明におけるスイッチ類は、押圧式、スライド式、回転式、回転と押圧可能な方式、指で触れるだけのタッチスイッチ式等様々な方式のスイッチが適用可能である。
これらのスイッチ類は、1又は2以上あればよく、上述の異なる方式を用いたスイッチ類を配置するものであってもよい。
即ち、これらのスイッチ類は、好ましくはコンピュータのキーボード又はマウスのボタンと同様の機能を有するものであっても良い。
撮影ユニットで撮影された画像を表示するものであって、治療中でも操作者の視界に入る部位へ配置された表示手段とは、デスクトップ式、ノートブック式のコンピュータの場合は、液晶表示のモニター、ディスプレイ等が例示され、これらが治療中でも操作者の視界に入る部位へ配置可能なものであれば良く、移動に自由度を与える場合は、携帯電話モニター、PDA端末の表示部が好適に使用される。
表示手段を撮影時視界に入る部位へ配置するとは、治療している最中に視界に入るところ、首を回す程度で視界に入るところ、又は別途反射鏡を用いてモニター表示を反射させて表示させる等して、撮影時視界に入る所であれば良い。
本発明における、スイッチ類の操作により前記表示手段の表示面の指定位置を変更可能とし且つ確定可能とするとは、把持用筐体に設けたスイッチ類を操作すると、例えばボタンを押す毎に表示手段の指定位置が変化していき、他のボタンを押すと指定された部位が実行したり、画面表示のメニュー選択を、先頭のスイッチで行い、メニューを実行するための確定をもう一つのボタンを押すことで行うこと等を示すものである。
従って、本発明は口腔内の治療部位を例えば表示部を見ながら左手で撮影し、撮影モードを操作する際は、左指でボタンを押しながら、表示部の選択部位を変更させていって、他のボタンを押すか、同じボタンを連続して押すことで、その選択を確定させて、撮影メニューが実行できる。
しかも反射鏡を用いる手法であるため、鏡面の画像を適当な距離をおいて撮影していることから、撮影カメラのピントが常に一定であり、鏡面に反射した画像を鮮明に写す事が可能であることから、特に奥歯のう蝕、根管治療、支台歯形成、インプラント植立施術等でも、歯科医は、正確な治療を可能とするのである。
治療の際、好適な撮影部位としては、インレーのステップ部分、智歯(親不知)などの奥歯部分、根管治療の際の歯内の状況、歯内の神経の位置、等が鮮明に画像で動画及び静止画で表示録画できる。より詳細には、次のような表示を実施可能である。
1.今まで見えにくかったインレーのような小補綴物についての、アンダーカット面、ステップの様な補綴するために削り取った部位を、動画的に、静止画的に見えやすく撮影表示できる。
2.クラウン形成の際の、歯肉との接触部付近で見えにくかったマージンライン部分の表示をすることができる。その他補綴物治療状況を表示することができる。
3.口腔内でも一番奥に位置する智歯(親不知)の周囲側面まで十分な照明と反射鏡の鮮明な画像による表示ができる。特に埋伏歯のように大部分が歯肉に隠れた状態のものの撮影、治療に利用できる。その他口腔内深部治療状況を表示できる。
4.根管治療の際の、根管の、位置状態や神経の位置が見えにくかった歯に開けた孔からの様子を、見える範囲でより鮮明に撮影表示ができる。
5.人工歯根の顎骨埋入部が全て顎骨内に埋入されているかの撮影表示ができる。歯の裏側等、見えにくいところが表示可能となり、更に治療と連動した表示を可能とする。歯周全般の歯石の表示、除去後の程度の表示を可能とする。
6.表示部に、グリッド線を表示させることで、インプラントと隣在歯との距離が正確にわかる。
7.歯周ポケットを測定する際のプローブのスケールを鮮明に観察でき、歯周ポケットの深度を測定することが出来る。
8.インプラントの平行性、垂直植立性がグリッド表示から評価できる。
9.顎骨へのインプラント植立孔の穿設に際し、垂直で、突き抜けにくい深度の孔を形成可能とする。
10.インプラント植立の際の段階を踏んで形成される穿設孔の垂直状況、傾斜度を測定する治具を挿入した状態での治具の傾斜度、深度等も測定できる。
尚、本発明は、平面鏡の他、凸状の球面鏡が使用でき、上顎、下顎の全歯を撮影可能とするが、その際も、画像が鮮明であり、歯の裏側の配列を含む状態を表示体に表示することができ、片手での操作で治療処置を併用可能である。又、本発明は、口腔内状況の撮影の他、上述した治療と連動して、又は治療の前後の撮影も行うことも含むものである。
本発明は、グリッド表示をモニタ上に実際の撮影データと共に重ね合わせた状態で表示し、グリッド表示に従って、顎骨へ、インプラント植立用孔を穿設することで、より垂直に近いインプラントの植立が実現できる。又、グリッド表示をドリルに表示されたスケールを表示する画像データに重ね合わせた状態で、インプラント植立用孔を穿設することで、深く孔を開けすぎない様にすることができる。
又、歯牙を少し削る目安となる形状データや、目標とする傾斜と大きさを持つ支台歯形状データをガイドラインデータ表示するガイドライン設定手段を併せて設け、この設定手段で、設定されたガイドラインと、実際に撮影して得られた画像とを透過する関係で表示可能とすることで、より正確な傾斜とマージンラインを備えた支台歯の形成を促すことができる。
このようなガイドラインデータ設定手段及び重ね合わせ手段の組み合わせは、歯科実習生の実技において、教官の指導をガイドライン画像データ化し、実習の途中、あるいはその後で、撮影データと、ガイドラインを透過的に重ね合わせて比較することで、正確で効率の良い歯科教習ができる。
又、グリッド線を撮影データと重ね合わせることで、技量的に多少未熟な医師であっても、グリッド線を基準として治療することで、より正確な治療が可能となる。
以下、既に述べた各課題について、本発明の口腔内カメラ及び歯科情報入力器を用いて具体的に解決する方法について詳述する。
まず第一の課題である焦点合わせの方法について説明する。既に述べたように、口腔内にカメラを挿入できるようにするためには、レンズなどの光学系は可能な限り単純で小型化された構造でなければならない。したがって、手ぶれを補正するためにレンズ位置を自動調整するといった機構を組み込むことは容易ではない。
ハードウエア機構によって焦点調整を行うことが難しいとすれば、ソフトウエアによる制御あるいは解析によって焦点調整を行えばよいというのは自然な考え方である。実際、このような考え方に基づく方法も多数存在している。最も一般的な方法は完全に焦点の合った画像を撮影することを目的にするのではなく、撮影位置を少しずつ変化させながら複数の画像を撮影し、ソフトウエアによる解析によって最も焦点の合っている画像を選択することを目的にするもので、例えば特開平5−19161号公報に開示されている方法が挙げられる。撮影対象物の表面に存在する微小な傷に焦点を合わせたいというような場合でも、撮影位置を変化させるステップを非常に細かくすれば、解析には時間がかかるものの、完全に焦点の合った画像を得ることができる。
一方、人間の手によって撮影された動画では、このように高精度で撮影位置を変化させるという操作は不可能である。この場合、使用者にとって最適な画像とは、必ずしも焦点が完全には合っていないものの、望ましい画像群の中で極力焦点が合っている画像ということになる。このような目的に応じ、使用者が撮影した動画の中から代表的な画像を1枚選択すると、その前後一定時間内に存在する複数の画像の中から最も焦点の合っている画像をソフトウエアで解析して選択するという方法が、特開2008−154047号公報に開示されている。
上記のように複数の画像候補の中から最適な画像をソフトウエア解析によって選択するという方法を口腔内カメラに適用する場合、さらに目的に特化した方法を考える必要がある。口腔内カメラの場合、先に撮られた動画を後から編集するのではなく、動画をその場で患者に見せながら、同時に最適な画像を記録していかなければならない。したがって特開2008−154047号公報に開示されている方法のように使用者が後から選択した画像から一定時間内に存在する画像の中から最適な画像を選択するのではなく、使用者がリアルタイムで画像を撮影する時間範囲を決定し、その中から最適な画像を選択できる必要がある。
そこで本発明の口腔内カメラでは、スイッチを押した瞬間からスイッチを離す瞬間までを画像のストック時間とし、この間にストックされた画像群の中から最も焦点の合っている画像を選択する方法を採用する。この方法であれば、使用者がスイッチを押している間のみが撮影時間と限定され、操作としては非常に簡便である。既に普及している一般的な口腔内カメラでも、撮影スイッチを押すことにより静止画像を記録するという方式が最も標準的になっているが、手ぶれの影響が最も大きくなるのはカメラのスイッチを押す瞬間であるという意見は多い。上記のようにスイッチを押している間を撮影時間とすれば、スイッチを押した瞬間の画像のみでなくそれ以降の画像も選択候補に含まれるため、結果的に手ぶれの影響を受けない画像が記録される可能性が高くなる。なお、スイッチを押した瞬間から離した瞬間までを画像のストック時間とするのではなく、これらの間の適当な時間でもよいし、スイッチを押した後の一定時間としてもよい。いずれの場合でも、スイッチを押す操作による手ぶれの影響は回避でき、複数画像を候補としているため最良の画像が記録される可能性が高いという効果が期待できる点も同様である。
このように瞬間的に画像を取得して記録するのではなく、ある期間に撮影された画像群の中から最良の画像を選択する方式の場合、手ぶれは必ずしも負に作用するとは限らず、むしろ積極的に手を動かすことによっていわゆるピンボケ画像が撮影される問題も回避しやすくなる。すなわち、使用者が患者の撮影部位をディスプレイ上で確認し、口腔内カメラの撮影スイッチを押しながらカメラを前後させて撮影スイッチを離すという操作を行った場合、撮影対象から異なる距離で撮影した複数の画像が一時的にメモリにストックされていることになる。動画を滑らかに表示するために1秒あたり10枚から60枚程度の画像を撮影している口腔内カメラでは、わずか数秒の操作であっても数十枚から百枚以上の画像データが撮影されるため、余程高速に手を動かさない限り、これらの中にはほぼ確実に焦点の合った画像が含まれており、しばらく時間をおいて安定することを待つまでもない。したがってこれらの画像に対してそれぞれ焦点の合っている程度を評価するアルゴリズムを適用すれば、使用者はピンボケの問題にほとんど気を遣うことなく、最良の画像を記録できることになる。
焦点の合っている程度を評価するアルゴリズムとしては、一般的な画像処理に用いられているエッジ検出法などを利用することができる。隣接する画素との輝度値の差の二乗和を計算して最大値を求める方法や、それらの輝度値の差が一定値以上であるものをカウントする方法など、それほど複雑な処理を行わずとも、最も焦点の合っている画像を選択し、記録することが可能である。撮影者の意思に関係なく常に画像データを取得していると、たまたま濃淡の大きい画像を取得した場合に、本来撮るべき画像よりもそのような画像が最良と判定されてしまう場合があるが、初めにディスプレイで撮影対象を確認した上で、撮影スイッチをオンオフする間に取得された画像に特化して解析かつ選択すれば、全体的に全く異なる画像が比較対象になることはないため、このような問題はほとんど発生しない。さらに必要ならば、撮影スイッチを押した瞬間の画像と比較して、焦点の合っている程度を評価するアルゴリズムの評価値があまりにも異なる画像は、選択対象から外す処理を行えばよい。なお、実用上の観点からは、エッジ検出や差の二乗和などの評価を行う際に、何らかの閾値を設定しておく方がよい。これにより、極大値ではなく最大値(最良値)を選択しやすくなるためである。
また、口腔内カメラでは患者説明を行いながら最良の画像を並行して記録していかなければならないことを考慮すると、焦点の合っている程度の評価をスイッチを離した後に開始するのではなく、画像のストック開始と同時に評価も開始する方がよい。すなわち、画像のストック処理が継続されている状態であっても、既にストックされた画像群に対して評価を行い、その時点での最良の画像を選択してディスプレイに表示することが好ましい。この場合、撮影スイッチを押している間は表示されている最良画像よりもさらに評価値の高い画像が得られれば、次々と表示画像が更新されていくことになる。この方式であれば、使用者が満足できる画像が得られるまでカメラを動かしながら撮影スイッチを押しっぱなしにすればよく、最良の画像を得るための操作が非常に簡単になる。
なお、一般的な口腔内カメラでは撮像部で歯などの撮影対象を直接撮影する方式となっているため、撮像部から撮影対象までの距離は15mm前後と短く、撮影者の手ぶれが1mm程度であっても相対的に大きな影響を及ぼしてしまう。どれだけ熟練した撮影者であっても、患者が動くことまでは防げないため、やはり焦点を合わせて撮影することは難しい。そこで本発明の口腔内撮影システムでは、カメラおよびレンズからなる撮影ユニット(「撮像ユニット」ともいう)で直接撮影するのではなく、ミラーに映る歯などの撮影対象を撮影ユニットで間接的に撮影する方式を採用する。これにより、撮影ユニットから撮影対象までの光学距離を50~80mm程度に拡大させることができ、被写界深度も10mm以上確保することが可能となるため、手ぶれや患者の動きがあっても焦点を合わせることは容易になる。これに加えて前述したソフトウエアによる疑似的なオートフォーカス機能も有するため、極めて安定して焦点の合った画像を得ることができる。
さらに、ミラーを介して撮影することにより、カメラおよびレンズからなる撮影ユニットを口腔外に配置することができ、口腔内に挿入されるのはミラー部のみとなるため、このミラー部を着脱可能な構造にすることにより、ミラー部を高圧蒸気滅菌することが可能となるため、衛生面で非常に優れた口腔内撮影システムを実現できる。撮像部を口腔内に挿入する一般的な方式では、イメージセンサ等の電子部品が高圧蒸気滅菌に耐えられないため、清潔さを保つのが難しい。
最後に第二の課題である情報入力の問題について説明する。歯科に限らず医療現場で情報入力が難しいのは、基本的に検査あるいは治療行為において、医師が両手を使用することが多いためである。このため、フットスイッチを利用して情報を入力する場合が多いが、足での操作では細かいキー操作はできないため入力できる情報が限られていることについては既に述べた通りである。
本発明の口腔内撮影システムでは、撮影ユニットに2つのスイッチを備えている。一方は撮影(静止画記録)および意思決定に用いるメインスイッチ、もう一方は選択肢の切り替えに用いるサブスイッチとする。実際の撮影操作では、動画表示を見ながら前述した焦点合わせ操作をメインスイッチで行うことにより、まず一定以上の焦点度合いを有する画像を一時的に取得する。焦点度合いの基準値を満たす画像は複数存在するのが通常であり、最も評価値が高い画像が撮影者にとって最良の画像であるとは限らないため、メインスイッチを離すと同時にこれらの画像を掲載したリストが表示され、サブスイッチを押すことにより各画像を切り替えながら拡大表示で確認することができる。撮影者にとって最良、すなわち記録保存したい画像が選択されている状態でメインスイッチを押すことにより、この画像を記録保存することが決定されるわけであるが、この直後に歯式を表示したダイアログが表示され、サブスイッチにより選択されている歯番を切り替えることができる。ここでメインスイッチを押すと歯番が決定され、画像とともに記録される。以上の処理により、画像を歯番とともに記録することができるため、後で画像を確認したり、治療の前後の画像を比較することが容易になる。
また、口腔内カメラの場合、動作中は常に画像を取得し続けていることから、画像を情報の入力手段として利用する方法も有力である。すなわち、本発明の口腔内カメラでは、取得された画像の中に特定のパターンが存在する場合、当該パターンの解析結果に応じて、特定の処理を行う機能を有する。ここでいう特定のパターンとは、特定の色、特定の形状、および/またはそれらの組み合わせである。例えば画像の中に、青色の正方形が映っていればその前に取得した画像を保存する、数字あるいは文字が映っていればその数字あるいは文字がシステムに入力される、といった処理が可能である。必要に応じてメインスイッチを押すことにより上記の画像情報認識機能が実行されるようにしておけば、意図せず撮影された画像によって誤動作が発生することも防止できる。また、頻繁に入力する必要のある数値、文字および/または特定処理を表すコード情報があらかじめ印刷された入力シートまたはリストバンドを使用し、これらの必要箇所を撮影することで情報入力が実行される方式にしておくことで、さらに誤入力が発生しにくいシステムとなる。画像情報を映し出すディスプレイがあることを前提とすれば、数値、文字および/または特定処理を表すコード情報をディスプレイ上に表示し、これらを撮影することで情報入力が実行される方式でもよい。この場合、入力のために撮影されている部位をディスプレイ上で点滅させるなど、コンピュータ側で正しく認識できていることを確認する方法も用意できるため、さらに誤入力が発生しにくくなる。このように画像情報を入力に利用すれば、限られたスイッチで情報を入力するのに比べて遥かに多くの種類の情報を瞬時に入力することが可能になる。
更に本発明は、既に述べたミラー撮影方式において、ミラー部材として凸面で湾曲状の反射鏡を用いることで、広角度な撮影データが入手できると共に、このデータに、上記凸面で湾曲状の反射鏡の曲率に応じた画像処理補正をすることで、上顎、下顎の全歯を精度良く形成することを実現した。画像処理補正は動画を構成する各コマ画像に対し瞬時に実行できるため、静止画を記録保存した後に画像処理補正を待って、その画像が記録用として十分であるかどうかを判断する必要はなく、広角動画撮影を行いながら、通常撮影時と同様の感覚で最良の画像を選択し、記録保存することができる。既に述べたように、ミラー部は着脱可能であるため、通常撮影用の平面ミラーと使い分けることは容易であり、高圧蒸気滅菌にも耐えうるため、衛生面でも優れている。
さらに加えて、本発明は、照明部材と撮影部材を組み合わせた撮影ユニットを先端に配置した手持ち把持可能な把持用筐体、把持用筐体を把持した際、指操作が可能な部位に配置されたスイッチ類、把持用筐体に着脱自在に装着され、装着時、照明部材の照明光を反射させて、生体を照らすと共に、照らされた組織面を撮影部材へ伝達する鏡面部を所定の角度で配置した反射部材よりなる口腔内撮影ユニット、撮影時、使用者の視界に入る部位へ配置された口腔内撮影ユニットで撮影した画像を表示する表示手段の組み合わせ構成により、口腔内で、見えにくい部位、撮影が困難な部位でも鮮明な画像が形成され、しかも表示部へ、グリッド、ガイドライン等の治療サポートの為の表示を重ね合わせて行うことで、治療のための作業が困難な部位でも、安定した作業ができることを実現した。
ここで、表示部における「表示」としては、以下のものに限定されるわけではないけれども、次のようなものを挙げることができる。
インレー等の微小補綴物の補綴用に形成されたステップ、その他の部位、クラウン等の補綴物装着時のマージン部等の補綴物治療時、又はその前後の口腔内状況;
奥歯、智歯、埋伏歯、及びこれらの治療時、又はその前後の治療状況、その他の口腔内深部状況;
根管治療の為の根幹部位等の歯に形成された孔内部、溝部の治療時又はその前後の状況;
歯石の付着状況、歯石除去後の残存状況等の歯表面状況;
インプラント植立前後又は植立時の平行度、垂直度、顎骨穿設孔の垂直度、深度、インプラント埋入後の埋入の程度等のインプラント植立状況;
歯周ポケット深度計測治具の目盛り表示部、インプラント形成用顎骨孔の傾斜測定用治具の傾斜度、深度等の口腔内治具の適用状況;
支台歯の傾斜角度、マージンライン等の口腔内処置状況;及び
上顎、下顎の全歯、全歯裏部の状況(反射鏡を球状凸面状としたとき)。
更に表示部上の選択操作、例えば複数のボタンを配列したツールバーを画面上に表示させ、このボタンの表示を把持用筐体表面に装着されたスイッチ類の操作により変更させ、目的とするボタンのところで、連続して同じスイッチ類を押したり、他のスイッチ類を押す等してそのボタンに関連した機能を確定実行させる、いわゆるGUI(グラフィカルユーザインターフェース)的な手法を実現する。本発明は、表示部の表示を見て、片手で撮影しながらもう一方の手で治療、その他治療前後の評価測定等を行うことを可能とする。
尚、スイッチ類だけで、画面上のツールバー選択をする場合の他、例えば表示部がタッチパネル式であれば画面の所定の部位に接触する手法や、キーボード、マウス、タッチパッド等に併用であってもよい。
本発明におけるスイッチ類は、押圧式、スライド式、回転式、回転と押圧可能な方式、指で触れるだけのタッチスイッチ式等様々な方式のスイッチが適用可能である。
これらのスイッチ類は、1又は2以上あればよく、上述の異なる方式を用いたスイッチ類を配置するものであってもよい。
即ち、これらのスイッチ類は、好ましくはコンピュータのキーボード又はマウスのボタンと同様の機能を有するものであっても良い。
撮影ユニットで撮影された画像を表示するものであって、治療中でも操作者の視界に入る部位へ配置された表示手段とは、デスクトップ式、ノートブック式のコンピュータの場合は、液晶表示のモニター、ディスプレイ等が例示され、これらが治療中でも操作者の視界に入る部位へ配置可能なものであれば良く、移動に自由度を与える場合は、携帯電話モニター、PDA端末の表示部が好適に使用される。
表示手段を撮影時視界に入る部位へ配置するとは、治療している最中に視界に入るところ、首を回す程度で視界に入るところ、又は別途反射鏡を用いてモニター表示を反射させて表示させる等して、撮影時視界に入る所であれば良い。
本発明における、スイッチ類の操作により前記表示手段の表示面の指定位置を変更可能とし且つ確定可能とするとは、把持用筐体に設けたスイッチ類を操作すると、例えばボタンを押す毎に表示手段の指定位置が変化していき、他のボタンを押すと指定された部位が実行したり、画面表示のメニュー選択を、先頭のスイッチで行い、メニューを実行するための確定をもう一つのボタンを押すことで行うこと等を示すものである。
従って、本発明は口腔内の治療部位を例えば表示部を見ながら左手で撮影し、撮影モードを操作する際は、左指でボタンを押しながら、表示部の選択部位を変更させていって、他のボタンを押すか、同じボタンを連続して押すことで、その選択を確定させて、撮影メニューが実行できる。
しかも反射鏡を用いる手法であるため、鏡面の画像を適当な距離をおいて撮影していることから、撮影カメラのピントが常に一定であり、鏡面に反射した画像を鮮明に写す事が可能であることから、特に奥歯のう蝕、根管治療、支台歯形成、インプラント植立施術等でも、歯科医は、正確な治療を可能とするのである。
治療の際、好適な撮影部位としては、インレーのステップ部分、智歯(親不知)などの奥歯部分、根管治療の際の歯内の状況、歯内の神経の位置、等が鮮明に画像で動画及び静止画で表示録画できる。より詳細には、次のような表示を実施可能である。
1.今まで見えにくかったインレーのような小補綴物についての、アンダーカット面、ステップの様な補綴するために削り取った部位を、動画的に、静止画的に見えやすく撮影表示できる。
2.クラウン形成の際の、歯肉との接触部付近で見えにくかったマージンライン部分の表示をすることができる。その他補綴物治療状況を表示することができる。
3.口腔内でも一番奥に位置する智歯(親不知)の周囲側面まで十分な照明と反射鏡の鮮明な画像による表示ができる。特に埋伏歯のように大部分が歯肉に隠れた状態のものの撮影、治療に利用できる。その他口腔内深部治療状況を表示できる。
4.根管治療の際の、根管の、位置状態や神経の位置が見えにくかった歯に開けた孔からの様子を、見える範囲でより鮮明に撮影表示ができる。
5.人工歯根の顎骨埋入部が全て顎骨内に埋入されているかの撮影表示ができる。歯の裏側等、見えにくいところが表示可能となり、更に治療と連動した表示を可能とする。歯周全般の歯石の表示、除去後の程度の表示を可能とする。
6.表示部に、グリッド線を表示させることで、インプラントと隣在歯との距離が正確にわかる。
7.歯周ポケットを測定する際のプローブのスケールを鮮明に観察でき、歯周ポケットの深度を測定することが出来る。
8.インプラントの平行性、垂直植立性がグリッド表示から評価できる。
9.顎骨へのインプラント植立孔の穿設に際し、垂直で、突き抜けにくい深度の孔を形成可能とする。
10.インプラント植立の際の段階を踏んで形成される穿設孔の垂直状況、傾斜度を測定する治具を挿入した状態での治具の傾斜度、深度等も測定できる。
尚、本発明は、平面鏡の他、凸状の球面鏡が使用でき、上顎、下顎の全歯を撮影可能とするが、その際も、画像が鮮明であり、歯の裏側の配列を含む状態を表示体に表示することができ、片手での操作で治療処置を併用可能である。又、本発明は、口腔内状況の撮影の他、上述した治療と連動して、又は治療の前後の撮影も行うことも含むものである。
本発明は、グリッド表示をモニタ上に実際の撮影データと共に重ね合わせた状態で表示し、グリッド表示に従って、顎骨へ、インプラント植立用孔を穿設することで、より垂直に近いインプラントの植立が実現できる。又、グリッド表示をドリルに表示されたスケールを表示する画像データに重ね合わせた状態で、インプラント植立用孔を穿設することで、深く孔を開けすぎない様にすることができる。
又、歯牙を少し削る目安となる形状データや、目標とする傾斜と大きさを持つ支台歯形状データをガイドラインデータ表示するガイドライン設定手段を併せて設け、この設定手段で、設定されたガイドラインと、実際に撮影して得られた画像とを透過する関係で表示可能とすることで、より正確な傾斜とマージンラインを備えた支台歯の形成を促すことができる。
このようなガイドラインデータ設定手段及び重ね合わせ手段の組み合わせは、歯科実習生の実技において、教官の指導をガイドライン画像データ化し、実習の途中、あるいはその後で、撮影データと、ガイドラインを透過的に重ね合わせて比較することで、正確で効率の良い歯科教習ができる。
又、グリッド線を撮影データと重ね合わせることで、技量的に多少未熟な医師であっても、グリッド線を基準として治療することで、より正確な治療が可能となる。
以上の説明と以下の詳細な説明より理解できるように、本発明の口腔内カメラでは、概ね次のような効果が期待できる。
本発明の口腔内カメラでは、撮影ユニットに対し、簡素化された交換可能な反射部材により、一般的な拡大撮影による口腔内画像の習得のみならず、広角度で広範囲な口腔内情報も得られる。さらに、口腔内に挿入されるのは反射部材のみであるから、反射部材を着脱して高圧蒸気滅菌を実施することも容易であり、衛生面でも非常に優れた撮影システムとなる。
また、本発明の口腔内カメラでは、焦点の合った良好な画像が容易に撮影できることにより、小さな症状も見逃すことなく正しい診断が行われ、患者にも適切な指導が実行される。さらに画像の方向が実際に肉眼で見える方向と一致していることにより、患者にとってもわかりやすく、また画像を記録保存する際にも誤った命名をするようなミスを防ぐことができる。また、画像を利用した情報入力を実行できるようにすることで、操作や記録を容易にし、患者とのコミュニケーションにより多くの時間を費やすことができるようになる。
さらに、本発明の口腔内カメラでは、先端に発光素子をカメラの周囲に配置した撮影ユニットを内装し、把持部周辺で指先で操作可能な部位にスイッチ類を設けた把持用筐体と、先端に所定の角度で配置した反射鏡と、後端に、把持用筐体と装着可能な中空の円筒部を設けたミラー部を備えた口腔内撮影ユニットと撮影ユニットで撮影された画像を表示し、操作者の視界に入る位置に配置された表示部からなる口腔内撮影ユニットにおいて、表示部の表示メニューなどの選択をスイッチ類で行うことを可能とすることで、奥歯、口腔内奥の部分でも鮮明な画像が表示できる。更に、指先によるスイッチ類の操作によって、表示部の選択等の操作を行うことで、今まで困難だった口腔内部位の撮影、治療効率の向上等を可能とする。
さらに加えて、本発明では、撮影画面にグリッド線を透過的に重ね併せることで、顎骨へ正確な孔を穿設したり、過度な深さの孔を開けないようにすることができる。
又、支台歯作成の際の支台歯の傾斜角度、マージンラインの大きさ等のガイドライン画像を作成し、支台歯形成の際、撮影した支台歯画像と、ガイドライン画像を透過するように重ね合わせて、支台歯形成の為の目安とすることで、正確な支台歯が形成できる。
本発明の口腔内カメラでは、撮影ユニットに対し、簡素化された交換可能な反射部材により、一般的な拡大撮影による口腔内画像の習得のみならず、広角度で広範囲な口腔内情報も得られる。さらに、口腔内に挿入されるのは反射部材のみであるから、反射部材を着脱して高圧蒸気滅菌を実施することも容易であり、衛生面でも非常に優れた撮影システムとなる。
また、本発明の口腔内カメラでは、焦点の合った良好な画像が容易に撮影できることにより、小さな症状も見逃すことなく正しい診断が行われ、患者にも適切な指導が実行される。さらに画像の方向が実際に肉眼で見える方向と一致していることにより、患者にとってもわかりやすく、また画像を記録保存する際にも誤った命名をするようなミスを防ぐことができる。また、画像を利用した情報入力を実行できるようにすることで、操作や記録を容易にし、患者とのコミュニケーションにより多くの時間を費やすことができるようになる。
さらに、本発明の口腔内カメラでは、先端に発光素子をカメラの周囲に配置した撮影ユニットを内装し、把持部周辺で指先で操作可能な部位にスイッチ類を設けた把持用筐体と、先端に所定の角度で配置した反射鏡と、後端に、把持用筐体と装着可能な中空の円筒部を設けたミラー部を備えた口腔内撮影ユニットと撮影ユニットで撮影された画像を表示し、操作者の視界に入る位置に配置された表示部からなる口腔内撮影ユニットにおいて、表示部の表示メニューなどの選択をスイッチ類で行うことを可能とすることで、奥歯、口腔内奥の部分でも鮮明な画像が表示できる。更に、指先によるスイッチ類の操作によって、表示部の選択等の操作を行うことで、今まで困難だった口腔内部位の撮影、治療効率の向上等を可能とする。
さらに加えて、本発明では、撮影画面にグリッド線を透過的に重ね併せることで、顎骨へ正確な孔を穿設したり、過度な深さの孔を開けないようにすることができる。
又、支台歯作成の際の支台歯の傾斜角度、マージンラインの大きさ等のガイドライン画像を作成し、支台歯形成の際、撮影した支台歯画像と、ガイドライン画像を透過するように重ね合わせて、支台歯形成の為の目安とすることで、正確な支台歯が形成できる。
引き続いて、本発明の好ましい形態を添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下に記載する特定の形態によって限定されるものではないことを理解されたい。
図1で示す口腔内カメラ100は、手持ち型でペン型の筐体101と、その長軸方向に配置されたレンズ、カメラ及び照明よりなる撮影ユニット101bと、口腔内に挿入される部位であって、撮影ユニットに着脱が自在な当該照明を反射させて、口腔内に照射し、口腔内組織に反射した反射光を更に反射させて撮影ユニット101bへ伝達させる反射部材101aとで形成される。
口腔内を撮影する際、複数の画像を撮影して、これらの画像データから、最適な画像を差分二乗処理によるソフトウエア処理により求め、常に診断に最適な画像を口腔内カメラとしての簡素化された構成で得ることができる。
本発明における口腔内カメラは、更に凸状の球面反射部材を介して口腔内を撮影することで、上顎、下顎の全歯を1回の操作で撮影する事が出来るなど一つの画像に広範囲の口腔内データを収容することができる。
そして、本発明は、ドーム型照明部材を介して口腔内を撮影することで、唾液などによる乱反射を抑え、安定した撮影データを得ることを可能とする。
上述した本発明を実現するために口腔内カメラ及び歯科情報入力器は、ソフトウエアも含めた図1で示すシステムを完成させたものである。
図1にその概要を示す口腔内撮影システムにおいて、口腔内カメラ100は、パーソナルコンピュータなどの一般的なコンピュータ102に接続して使用される。この接続にはケーブル103が用いられるが、一例としてはUSBケーブルとなる。市販されている口腔内カメラには無線通信によって画像データをコンピュータに転送する機能を有するものも存在するが、カメラの動作以外にも照明用LEDの点灯やデータの無線通信に大きな電力を消費するため、バッテリーおよびその充電機構が必要となり、カメラ全体として重く大型なものになるという欠点がある。USB接続ではコンピュータからカメラの電力を供給できるため、ケーブル103の重量を考慮しても、全体としては小型軽量化されたものにできる利点がある。さらにコンピュータ102にはディスプレイ104を接続して実際に口腔内カメラで撮影した画像をリアルタイムで見ることができ、患者説明用などに利用できる。また、情報入力用デバイスとしてキーボード105やマウス106も接続され、システムの操作に利用される。
次に、本発明の口腔内カメラおよび歯科情報入力器について、それぞれ図面を参照しながら詳述する。
口腔内撮影部
図2に本発明の一実施例を示し説明する。図2(A)及び図2(B)の201は、把持部(「把持用筐体」ともいう)である。把持部201は、プラスチック材、金属材等で形成され、持ちやすいように細長い棒状で形成され、後端には、USBケーブル、その他の外部モニタとの接続のための電気リード線204が接続する。
202は、平面鏡、凸面鏡等の鏡面部203を所定の角度(レンズ面に対し40~50度)で配置したミラー部である。ミラー部202は、口腔内に挿入される部位であって、先端に反射鏡が形成され、後端は、撮影ユニットが着脱自在に装着される円筒状の装着部208が形成されている。
207は、操作スイッチである。操作スイッチ207は、電源のオンオフ、倍率の変更等の指示を、押圧方式、スライド方式、タッチパネル方式などで形成する。操作スイッチ207は、必要に応じて複数配置され、主に撮影および選択の決定に用いるメインスイッチと、主に状態および選択肢の切り替えに用いるサブスイッチといった組み合わせで利用される。
図2(C)は、図2(A)及び図2(B)で示す口腔内カメラの内部構成を模式的に示した図である。
図2(C)において、把持部201の先端にミラー部202が装着される。ミラー部202の先端はレンズ205に対して40~50度傾いて形成され、ここに鏡面部203が配置されることで、撮影対象である口腔内組織Hの像がレンズ205に接続されたカメラ部206内部のイメージセンサ上に結像する。カメラ部206は鏡面部203方向が正面となるように配置されるため、メイン基板209に対しては90度傾いて接続される。カメラ部206で取得される画像情報はメイン基板209上の画像処理用マイクロコンピュータ210で適切に受信および加工され、USBケーブル204を通じてパーソナルコンピュータ(図示せず)へと転送される。実際の撮影操作は操作スイッチ207を利用して実行される。なお、口腔内カメラの動力となる電気エネルギーはUSBケーブル204を介してパーソナルコンピュータから供給される。
ミラー部202は根元が筒状の構造になっており、把持部201の先端に配置された装着部208が挿入されることで装着されるようになっている。装着部208が把持部201と一体化されず、異なる部材となっているのは、このような装着方法による機械的摩耗をできるだけ低減させるためであり、具体的にはポリアセタール等の材質で形成されるからである。一方、把持部201は消毒用アルコールで清掃されることが通常であり、耐摩耗性よりも耐薬品性が重要となるため、ポリプロピレン等の材質で形成されるか、または表面に耐薬品コーティングが施される。なお、装着部208の内部には撮像部が配置されるため、装着部208の先端面211は透明でなければならず、アクリルやポリカーボネイト等の樹脂で形成される。撮像部にはレンズ205の周囲に配置される光源基板212も含まれ、基板上の白色発光ダイオードから放出される光は先端面211を通過し、鏡面部203で反射されて撮影対象(口腔内組織H)へと供給される。先端面211は必ずしも平坦ではなく、光源からの光を集光するために半球状の凸構造を有していてもよい。半球構造のサイズは直径3mm程度である。
既に述べたように、ミラー部202のみが口腔内に入り、かつ着脱が容易な構造となっている場合、ミラー部202を取り外して高温蒸気滅菌することにより、常に清潔な状態で使用することが可能である。そのため、ミラー部202の材質はポリサルホン等、高温での処理に耐えられる樹脂で形成することが好ましい。鏡面部203は通常ガラスで形成されるため、耐熱性については問題ない。なお、ミラー部202に鏡面部203を接続する方法としては、耐熱性あるいは生物学的安全性の問題で接着剤を使用することは難しいため、例えば図2(C)のように鏡面部203の背面にタップ構造を形成し、ミラー部にねじ213で固定した上でシリコンカバー214を被せるといった構造を利用する。
ミラー部202上に配置する操作スイッチ207の位置としては、なるべく前方にある方が扱いやすいが、メイン基板209の前方は撮像部との接続や処理のための構成に面積を要するため、スイッチ素子を配置することは難しい。そこで、スイッチ基板215を別に用意し、ここにスイッチ素子216や電源投入確認用LED217を配置した上で、把持部202の内部に組み込むことで配置の問題を解決する。実際にはスイッチ素子216の上部にゴムカバー218を被せることで防水性を確保し、さらにその上にスイッチ部材207を配置することになる。
スイッチ基板215はメイン基板209に接続され、スイッチの状態は画像情報とともにコンピュータへ転送される。なお、メイン基板209上には方向センサ219が組み込まれ、口腔内カメラの方向情報も併せてコンピュータへ転送される。方向センサ219として、互いに相反する2つの方向のいずれかを向いているか、あるいはいずれも向いていないかの3状態を出力として得られるものを利用する場合、このセンサを2個互いに90度異なるように基板上に配置すれば、鏡面部203が上下左右のいずれを向いているかを判別でき、コンピュータのディスプレイ上に表示される画像の向きを適切に回転させることができる。当然ながら、1つのセンサでこれらの4方向の判定が独立にできるのであれば、基板上に配置するセンサは1個でよい。
なお最後になるが、口腔内カメラのように数十万画素以上の画像情報を動画として耐えうるフレームレートで転送する必要がある場合、撮像デバイスおよび基板上の各デバイスはかなり高速な動作を要求されることになり、必然的に高周波ノイズを周囲に放出する。口腔内カメラは医療用機器でもあるため、高周波ノイズの放出を一定レベル以下に防がなければならず、必要に応じてシールド部材220でメイン基板および撮像デバイスを覆う構造を採用する。シールド部材は薄いアルミニウム板等で形成される他、把持部201の内面を導電コーティングすることで代用してもよい。
図3に反射部材301について拡大した図を示した。図中、304は、円筒状の装着部Aを示し、305は、反射鏡を示す、装着部Aと反射鏡305は、硬質性プラスチック材で形成された反射部支持部材303であり、装着部A304から、反射鏡305までは、開放されており、又、装着部A304から反射鏡305が支持された部位まで、流線形状をしており、口腔内に刺激を与えない形状となっている。306は、把持部であり、307は、撮影ユニットである。これは、図2のレンズ205およびカメラ部206と同じものである。
反射部材301は、撮影ユニット307と着脱自在であることから、高温蒸気滅菌が可能であることや光学距離が長くなり焦点を合わせやすいという利点があることは既に述べたが、口腔内組織の撮影態様に応じて、ミラー特性を容易に変更できるという利点も得られる。例えば反射鏡305として平面ではなく図示のように凸面ミラー310を使用すれば、撮影対象である口腔内組織がより広範囲に映ることになる。歯科の臨床としては歯の咬合面全体を写した画像や、正面および側面の全体画像も極めて重要であるが、これらの画像は凸面ミラーを使用することで容易に得ることができる。
310は、凸状で球面状の反射鏡であり、上顎又は下顎の全歯、又は目的とする範囲の歯列を撮影するための曲率をもっている。尚、このような凸状で球面状の反射鏡は一例であっても良く、目的に応じて、凹面鏡であってもよい場合もある。
図3(B)は、撮影ユニット307の一例を示す図である。308は、撮影部であり、趣向レンズ、CCDカメラなどで形成されている。
309は、照明部であり、LED、発光ダイオード等で形成されている。照明部309の個数は、任意であり、反射鏡305を介して組織を照らす場合に応じ適宜選択される。
図4は、凸面鏡、凸状で湾曲した鏡面を持つ鏡体を使用した場合の模式図を示す。本実施形態は、上顎又は下顎の全歯等広範囲の画像データを得るためのものである。
図4(A)において、401は、円盤状の反射鏡であり、鏡面402が凸面鏡等の凸状の球面状に形成されている。球面状に形成された鏡面402の半径は9~13mm、曲率半径は15~30mmで示されるが、単に球面ではなく、これを用いて撮影された画像の目的等に応じ、異なる半径の球面を持つ場合もある。
403は、連結部材であり、反射鏡401と、把持部404を連結する金属、プラスチック状の棒状の部材であり、連結部材403と、反射鏡401は、所定の角度α(130~140度)で接続している。把持部404は、硬質状のプラスチック等で形成され、連結部材403の反射鏡401と接続する端部と、反対の端部と、摺動調整可能に接続する。連結部材403は基本的に樹脂でよいが、ステンレス等の金属、または樹脂内に金属棒をインサート成型した構造であってもよい。
405は、レンズであり、反射鏡401からの反射光を集光しCCD等の内部撮影用カメラ部406のイメージセンサ上に像を結像させる。
図4(B)に、図4(A)を斜視図的に示した。入射光4nに対し、反射鏡401が反射してレンズ405に入射する口腔内の像4hは、平面鏡に比べ、広範囲にわたる為、上顎又は下顎の全歯を一度に撮影可能としている。この範囲を拡大して得られる画像をディスプレイ504上に模式的に示したものが図5である。
図5で示す模式的な図の様に広範囲の口腔内501Aを一度に撮影可能としているため、いわゆるパノラマ写真よりもより手軽で、しかも口腔内の様な限られた空間内でも自在に撮影可能とする。501Bは舌、501Dは下顎全歯列、501Cは唇であり、撮影範囲は全歯以上の幅広い範囲となる。通常、このような写真を撮影するためには口腔内に幅80mm程度の大きな平面ミラーを挿入し、口腔外からマクロレンズを接続したカメラで撮影しているが、患者にとってはかなりの苦痛を伴う撮影法であった。
ただしこのように、凸面の反射鏡により反射した画像は、中心から外方向へ向かって、凸面の曲面に基づいて湾曲していることから、何らかの補正処理が必要である。ミラーの凸面形状とレンズからの距離は決まっているため、後は撮影対象に対するミラー面の角度が不確定要素となるが、例えば下顎の咬合面を撮影する場合、ミラー部の先端が上顎の中央付近に接触するような位置に挿入し、できるだけミラー面が下顎咬合面に対して水平になるように調整するのが普通である。したがって曲面を有するミラーにより撮影した画像を補正変換する方法としては、次の2通りが考えられる。
まず第一の補正法としては、ミラー面に対して撮影対象面(領域)が水平(あるいは最も平均的な角度、例えば15度など)になっていると仮定し、理論的に求められる曲面像を元の平面像に変換するアルゴリズムを適用する方法である。この場合、実際のミラー面と撮影対象面とがなす角度が仮定の角度からずれるほど、変換画像の歪みが大きくなる。静止画撮影後に変換処理を実行し、変換画像を確認するのでは適切な画像を得ることは容易でなく、患者にとっても負担が大きい。したがってこの方式では、カメラで動画を取得している最中に変換処理を行い、動画表示の時点で変換処理がなされた画像を表示する必要がある。このような処理は、一画像に対して変換処理も一種類しか存在しないこの方式であれば処理時間としては問題なく、撮影者にとっても動画でリアルタイムに変換画像を確認できるようになっていれば、適切な画像が得られるまでカメラの角度を微調整することで、短時間のうちに撮影操作を完了させることができる。
第二の補正法としては、曲面ミラーによって撮影された画像に対し、ミラー面と撮影対象がなす仮定の角度を少しずつ、例えば1度ずつ変化させながら変換処理を行って得られる複数の変換画像の中から、撮影者が最適な画像を選択できるようにする方法である。複数の想定角度に対する変換アルゴリズムはミラーの曲面形状が決まっていれば理論的に求められるものであるから、通常の撮影におけるミラー面の角度がせいぜい0度から30度の範囲に収まることを考慮すれば、複数の変換画像を生成し、撮影者が選択する手間はそれほど大きくない。したがってこの方法によっても、容易に最適な変換画像を得ることができる。
本発明の口腔内カメラでは、手ぶれやピンボケの問題を回避するため、図2で示す操作スイッチ207が押された瞬間に静止画像を記録するのではなく、操作スイッチ207が押されてから離されるまでの間に取得された複数の画像動画を構成する各画像の中から最良の画像を選択する方式を採用している。この具体的な処理手順を示したものが図6である。
図6に示す処理手順を参照すると、本発明の口腔内カメラとこれを使用するためのソフトウエアが起動され、動画の表示(601)を実行している状態において、使用者が撮影スイッチを押す(602)と、そのタイミング以降に取得される各画像のストック(603)処理を継続していく。これらストックされた画像群の中から後述する最良画像を選択する処理は、撮影スイッチを押している間にも実行され、暫定最良画像の表示(604)が実行される。当然ながら暫定最終画像よりもさらに良好な評価をされる画像が得られた段階では、表示される暫定最終画像も更新される。したがって、使用者は記録用として納得できる画像が表示されるまで撮影スイッチを押し続ければよい。
撮影スイッチを離す(605)ことにより撮影を終了すると、各画像のストック(603)も終了し、撮影スイッチを押していた間にストックされた画像群における最良画像の選択と表示(606)を自動的に行う。実際には暫定最良画像の更新を常に行っているため、撮影スイッチを離したタイミングでの暫定最良画像がそのまま最良画像となる場合が多いが、撮影スイッチを離してから最良画像の選択処理を行う方法に比べると、最良画像が確定するまでの時間は大幅に短縮されている。この最良画像は自動的に記録保存してもよいが、使用者が撮影スイッチを短く押すことで記録保存が実行されるか、あるいは記録スイッチを別に設けて記録保存が実行されるようにしてもよい。この場合、撮影スイッチが一定時間以上押されることにより、再び撮影動作を開始し、画像を撮り直すことができるとよい。記録保存の際には、使用者に画像データファイル名を入力させ、それを利用して最良画像の記録保存(607)が実行されるようになっていることも好ましい。
なお、最良画像の選択と表示(606)を実行するにおいて、どのような判定基準およびアルゴリズムを用いて最良の画像を決定するかということも重要な課題である。撮影スイッチを押している間の画像の中から選択する方式の第一の目的は、手ぶれの影響を極力排除することにあるため、最良画像の判定基準も基本的には手ぶれの影響が最も少ない画像ということになる。これに次いで、焦点が合っていない、いわゆるピンボケ画像になっていないということも判定基準となる。手ぶれの影響を受けた画像やピンボケ画像の特徴は、画像内の境界線が鮮明でないことである。したがって、極力境界線がシャープである画像を選択できればよい。
境界線がシャープである画像を選択するためには、一般的な画像処理でもよく利用されるエッジ検出アルゴリズムを利用すればよい。ただしエッジ検出の場合、歯茎に光が反射してできる光沢でもエッジとみなす傾向があり、歯茎に焦点が合った画像を選択してしまうことは十分にありうる。したがって、光沢のように一定値以上に輝度が大きい部位については、エッジとみなさないような処理も必要である。また、隣接画素間の輝度差の2乗和を評価値として、最大となるものを最良画像としてもよい。単純に輝度差の絶対値の和をとるだけでは、ピンボケ画像のようにある範囲の輝度の変化が緩やかになるだけで全体としての変化は焦点の合う画像と差がない場合でも、2乗和の方では局所的な変化の大きさが顕著に反映されるからである。
本発明の口腔内撮影システムのより具体的な構成例を図7に示した。
図7において、700は、撮影用プローブであって、把持部702の撮影ユニット702Aと着脱自在に接続する反射部701よりなる。撮影ユニット702Aは、照明部及び撮影部の組み合わせで形成されている。
反射部701には、反射鏡701kが所定の角度で配置されている。撮影ユニット702Aは、連続的に画像を撮り込み、パーソナルコンピュータ等の画像処理システムへと画像データを転送する。撮り込み速度としては、動画表示としても違和感のない毎秒15~30枚の画像データを取得および転送できる必要がある。
702Sは、撮影開始用のシャッターボタンであり、プッシュスイッチ、スライドスイッチ等で形成されており、把持部702を把持した手の指で操作できる位置に形成されている。シャッターボタン702Sは、押す指等、押圧状態が解除されると、戻り、静止画像形成動作が停止するような構成が好ましいが、場合によっては、押した状態が維持され、再度押すと元に戻るような構成であっても良い。
なお、スイッチの状態によって撮影ユニット内で画像データの取得動作を切り替えても良いが、本発明のシステムでは、撮影ユニットの小型軽量化のため、撮影ユニット側では複雑な判定処理は行わない構成としている。したがって、各スイッチおよびセンサの状態情報も画像データと共に画像処理システムへと転送する方式とし、画像データは常に動画データと同等の速度で転送し続けるものとする。
703は、電気信号用ケーブルであり、USBのような汎用性の着脱可能なケーブルの他、着脱せずに、そのまま組込も固定されているものであっても良い。
704以降は画像処理システム側の構成となる。704は、画像データ形成手段であり、撮影開始用のシャッターボタン702Sが押されたタイミングで、静止画を画像データとして出力する手段である。前述の通り、画像データは常に動画として表示するのに十分な速度で転送され続けているが、画像データと共に転送されるスイッチの状態情報に応じて動画表示、静止画表示等を切り替える。
705は、画像データ記憶手段であり、前記静止画を経時的に一時的に記憶していくメモリで構成されている。
706は、画素データ読出手段であり、画像データ記憶手段705から静止画を読み出して、個々の静止画ごとに、その一部又は全部の画素データの主に輝度値を検出し、一時的に記憶するのである。
707は、輝度値差分二乗手段であり、前に読み出した画素データの輝度値と、後に読み出した画素データの輝度値との差分値を二乗した値を出力するものである。
708は、積算手段であり、輝度値差分二乗値を積算していく手段である。また、709は、積算データ記憶手段であり、この積算値を静止画毎に記憶していく記憶手段である。
710は、積算データ比較判定手段であり、前記積算データ記憶手段709で記憶された静止画ごとの積算データの値を比較し、最大値となる静止画を判定する手段である。
711は、最適画像データ決定手段であり、積算データ比較判定手段710で最大値となる静止画の判定に基づいて、画像データ記憶手段705から、対応する画像データを決定し、図1のディスプレイ104に出力するか、一時的に記憶する為に出力端712に出力する。なお、705~711の処理は撮影用のスイッチを押している間は継続的に実行されるため、ディスプレイ等への表示も同時に行われる。すなわち、撮影操作中に一時的に最適となった画像の表示が行われ、その後にさらに評価値の高い画像が取得されれば、表示画像もその画像へと更新される。これにより、撮影者は満足できる画像が得られるまで撮影スイッチを押しながら、撮影ユニットの角度や位置を微調整すればよく、直感的に使用しやすいシステムとなるのである。
図7で示す実施例の動作は、測定しようとする口腔内にプローブ700の反射部701を挿入し、反射部701の反射鏡701kを測定対象となる歯牙SGに近づける。反射鏡701kは、シャッターボタン702Sが押されるまでは、図1のディスプレイ104に撮影ユニット702Aの撮影動画像を表示しており、使用者は、このディスプレイ104を見ながら、測定対象となる部位例えば歯列SGに近づけて、位置を調整する。
最適と思われる位置に反射鏡701kが配置できたと思えるタイミングでシャッターボタン702Sを押す。
このシャッターボタン702Sが押されたタイミングで、画像データ形成手段704は、一定時間間隔で、自動的に静止画を画像データ記憶手段705に出力し、記憶する。
画素データ読出手段706は、画像データ記憶手段705で記憶された画像毎に全部又は、主要な一部の画素データから輝度値を算出して輝度値差分二乗手段707に出力し、輝度値差分二乗手段707は、これを時系列的に一時的に記憶すると共に前の画素データの輝度値と後の画素データに輝度値から差分二乗値を算出し、積算手段708に出力する。
積算手段708は、画像毎に差分二乗値を積算していき、積算データ記憶手段709に出力する。
積算データ記憶手段709で記憶された画像毎の積算データを積算データ比較判定手段710に出力し、画像毎の積算データを比較し、その最大値に対応する画像データを判定する。
最適画像データ決定手段711は、積算データ比較判定手段710で、判定された画像を画像データ記憶手段705から読み出して、出力端712に出力し、状況に応じて図1で示したディスプレイ104に表示する。
図7で示すブロック図からなる口腔内の最適画像判定手段は、コンピュータを用いるのであれば、ソフトウエアによる処理、ハードウエアであれば、ゲートアレイ等のカスタム、セミカスタムな電気回路で構成されてもよい。
以上のようなアルゴリズムにより、手ぶれやピンボケによる影響が最小となっている最良画像を選択することができる。使用者は撮影スイッチを1回押して離すのみの直感的な操作で最良の画像を得ることができ、しかもこのようなスイッチ操作の間にカメラの位置あるいは角度を調整することによって画像の選択肢を簡単に増やすことができ、より最適な画像を得やすくなる。ハードウエアとしてオートフォーカス機構を搭載せずとも、簡便な操作によって焦点の合った画像を得るためのセミオートフォーカス機能が実現されるのである。
以上をまとめると、最良の画像を得るために本発明の口腔内カメラが有する特徴は次のように表現することができる。
第一の特徴として、撮影スイッチが押されている間、一定時間間隔で画像をストックしていく機能を有する口腔内カメラまたは画像処理システムである。
第二の特徴として、ストックされた画像群からその時点での暫定最良画像を自動的に選択し、表示する機能を有する口腔内カメラまたは画像処理システムである。
第三の特徴として、撮影スイッチが離された後に、前記暫定最良画像も含めて最終的な最良画像を決定し、表示する機能を有する口腔内カメラまたは画像処理システムである。
第四の特徴として、最良の画像とは、焦点が最も合っている画像であることを特徴とする口腔内カメラまたは画像処理システムである。
なお、一般的に口腔内カメラの画像データの画素数としては、30万~130万画素の範囲となっている。コンピュータのディスプレイに表示する画像としては、30万画素程度の情報があれば十分であること、130万画素を超える画素数になると、現状のUSB2.0規格では毎秒15枚程度の画像データを転送することが難しく、動画として滑らかな表示ができないこと、の2点がその主な理由となっている。しかしながら、実際の歯科医師の立場からは、情報としてはより多くの画素数を有する画像データとして記録保存しておきたいという事情がある。患者への説明ではおおよその表示がされれば十分であるが、後から詳細に患部を確認する際には画像を拡大して見る必要があることも多く、拡大時にはこの程度の画素数では情報が不足するためである。したがって、口腔内カメラはあくまでも患者への説明用として用途を特化している歯科医師も少なくない。
本発明の口腔内カメラは、記録画素数として190万画素以上を有している。既に述べたように現状のUSB2.0規格では、カメラからコンピュータに画像データを送信する際に、190万画素以上の画像データは毎秒5~6枚分しか転送することができない。しかしながら将来的にはUSB規格もさらに進化し、この程度の画像を毎秒15枚以上転送できるようになることはほぼ確実であるため、性能としては現時点で有していることが好ましい。また、患者説明用には30万画素程度の表示でも十分であるとの意見が多いため、カメラとしては最大190万画素以上のデータを処理することができるが、動画情報の表示は30万画素程度の転送で行い、撮影スイッチが押されている間は190万画素以上の記録モードに切り替える機能を有していれば、患者説明用の滑らかな動画表示と、記録保存用の高画素の画像取得を両立させることができる。したがって本発明の口腔内カメラでは、動画表示時の画像データサイズと、撮影スイッチが押されている間の記録用画像データサイズを切り替えることを特徴としておく。なお、それぞれの動作状態において、画素数の設定は使用者ができるようにしておくことが好ましい。
また、患部を詳細に確認するため、画像を拡大表示して見ることがあるという説明を行ったが、場合によっては患者にもその場で拡大表示を見せられる方が効果が大きいことも少なくない。したがって本発明の口腔内カメラでは、動画および/または静止画の表示状態において、中心部の拡大画像をディスプレイに表示する機能を有することを特徴とする。中心部の拡大表示率は200%、400%程度があればよく、撮影スイッチあるいはその他のスイッチを押すことにより簡単に拡大表示率を切り替えられるようになっていることが望ましい。最初から拡大表示がなされていると、患者にとってはどの部位かわかりにくくなるためである。
また、本発明の口腔内カメラでは画像の記録保存用としても使用できるように高画素対応させることを既に述べたが、画素数だけでは記録保存用としては不十分な面もある。すなわち、口腔内カメラでは患者説明用が主な用途であるため、特定の歯あるいは患部を大きく撮影できるような画角(70度以下)のレンズが用いられているのが一般的であるが、記録保存用としては症状のある部位だけではなく、症状のない部位も一緒に撮影される必要があるということである。その中でもとくに難しいのは歯の咬合面の撮影であり、理想的には上下それぞれ16本の歯が全て写っているような写真を得ることであるが、口腔内ではカメラと歯との距離を20~30mm程度しか確保できないため、画角としては100度~140度程度が必要とされるのである。このような画角のレンズを、口腔内カメラのサイズに納めるように作製することは非常に難しい。
一般的には、咬合面の撮影は、患者の口腔内に口腔鏡を挿入して、口腔鏡に映った咬合面を口腔外からカメラで撮影する方法が採用されている。口腔外から撮影を行えば、口腔内カメラのように小型化されたカメラである必要はないからである。しかしながらこの方法では、患者の頬を押し広げて口腔内に幅の広い口腔鏡を挿入しなければならないため、患者にとっては苦痛を伴う作業となる。とくに女性の患者にとっては、精神的にも辛い作業である。そこで本発明の口腔内カメラでは、曲面ミラーを用いて狭い範囲(ミラー面)に広範囲の像を映し、これをカメラで撮影した上で画像変換処理を行うことにより、咬合面などの広視野画像を得る方式を採用していることを既に述べた。広角レンズを用いないのは、前述の通り限られたサイズにレンズを収めることが難しいだけでなく、像の歪みも大きくなるため、接写拡大画像の画質も低下してしまう問題があることにもよる。広角画像と接写拡大画像は光学的にかなり性質の異なるものであるため、交換が容易なミラー撮影方式にしてそれぞれ撮り分けるのが最善の方法となる。
咬合面など広域を撮影する場合のもう一つの工夫としては、画像合成が考えられる。すなわち、咬合面の部分的な画像を複数回にわたって撮影すれば、これらの複数の画像をソフトウエアで合成し、咬合面全体の画像を作成する機能を有するということである。離散的に撮影された画像を繋ぎ合わせるためには、隣接する画像の中に共通する部位が映っている必要があるなど、撮影時に注意が必要であるが、撮影した画像の中心の歯が何番であるかといった情報を入力することで補うことも可能であり、少なくともこのような機能を有していれば、口腔鏡を使用せずに咬合面の画像を得ることができ、患者と使用者双方の負担が著しく減少する。
また、本発明で用いる撮影ユニットも含め、一般的な口腔内カメラが動画データを取得する機能を有していることから、意識的に共通する部位が映るように撮影を行わずに済む方式も実現できる。すなわち、動画撮影状態において撮影者が咬合面や正面、側面などの歯列をなぞるように撮影ユニットを動かせば、毎秒15~30枚という速度で連続する画像群を容易に得ることができるので、よほど高速に撮影ユニットを動かさない限り、これらの画像群はわずかずつ撮影部位が連続的に変位している像を有していることになる。したがって前後の画像とは共通部分が大きく、画像を合成することはそれほど難しくはない。
また、既に課題として挙げたように、口腔内カメラの使用時にはカメラを持つ手とミラーを使用する手が必要となることから、情報入力が難しいという問題がある。一般的にコンピュータへの情報入力機器として使用されるマウスおよびキーボードは、ツール類の非常に多いチェアサイドに置かれることが難しい。また、患者の口腔内に接触した手で操作するとなると、衛生管理も難しくなる。情報入力の問題を解決する方法の一つとして、本発明の口腔内カメラでは、撮影スイッチとは別にサブスイッチを用意する他、画像を用いた情報入力機能を有する。すなわち、口腔内カメラで数字および文字、特定色および/または特定形状のコード情報等を撮影した場合、画像を解析してこれらの情報を認識し、システムに入力する機能を有する。
具体的には、患者名あるいはカルテ番号等の識別番号を撮影すれば、現在その情報に該当する患者の撮影を行っていることを認識し、自動的に患者のカルテ情報などを表示するとともに、撮影された画像は当該患者のものであると認識する。また、情報表示や写真撮影といったプログラムの動作モードも、特定色および/または特定形状のコードやアイコン等を撮影することで実行できることが望ましい。さらに、写真撮影モードにおいて、写真撮影実行の前あるいは後に、歯式などの番号情報を撮影した場合には、撮影された写真データファイルに該当する番号を付与して記録保存する。なお、画像から情報を認識するための解析機能は、口腔内カメラ内部ではなく、情報を受け取るコンピュータ側のソフトウエアに有していてもよい。以上のような機能により、マウスやキーボード等を使用せずとも、口腔内カメラのみで必要な情報入力を行うことができるようになる。
また、同様に情報入力の問題を解決する方法として、口腔内カメラにマイクを内蔵し、音声情報によって撮影動作および/または情報入力操作が実行できる機能を有していてもよい。
なお、歯科医療で患者口腔をカメラで撮影する場合、単に情報として記録するだけではなく、より高度な情報活用が行われる場合もある。その例として、患者歯牙表面のシェードパターン撮影が挙げられる。最近の歯科医療では、単に患者の歯牙を治療するのみならず、その審美性も重要視する傾向が高まっている。すなわち、治療された歯牙であっても天然歯と見分けがつかないような自然な色合いが求められているのである。人口歯への着色作業は主に歯科技工士によって行われるが、患者を治療する歯科医院に歯科技工士がいない場合、患者の歯牙表面の写真を歯科技工士に送信して着色作業を依頼することになる。この場合、人口歯の審美性の質は、歯科技工士の技量以上に天然歯の写真が適切な条件で撮影されたかどうかに依存する傾向が強くなる。当然ながら写真の色合いには周囲の照明条件やカメラの性質が大きく影響するため、できるだけこれらを一定にした条件で撮影が行われることが好ましい。
口腔内カメラ用照明
本発明の口腔内カメラを利用して、天然歯の色合いまで管理できる条件で撮影を行うためには、周囲の光を遮断して、口腔内カメラに内蔵された光源のみで撮影が行われることが必要条件となる。さらに、LEDのような点光源を直接歯牙に照明すると、例え光拡散体を利用したとしても、撮影対象までの距離が短いため均一な照明を行うことは難しい。したがって、口腔内カメラの光源を利用しつつも、歯牙に対しては間接的な照明を行うことが望ましい。図8は、この例を示したものである。
なお、歯牙表面のシェードパターンを撮影するために間接的な照明を利用する方法は、とくに口腔内カメラでなくとも一般のデジタルカメラやフィルムカメラを用いる撮影においても有効である。一般的なカメラ用のシェードパターン撮影照明器は、まず一般的なカメラのレンズのレンズマウント801に対して接続できる構造が必要であるが、各種レンズマウント用にレンズアダプタ802が販売されているため、これを接続に利用する。さらにレンズアダプタ802にドーム構造体803を接続する。これらはカメラに応じて変更できるようにねじ等で連結されていてもよいし、最初から一体化して形成されていてもよい。ドーム構造体は円弧あるいは放物線状の断面をもっており、撮影対象となる歯を覆って外光を遮断するとともに、光源からの光を均一に照明する役割も担っている。
さらにドーム構造体の下部(撮影対象側の縁)に光源基板804が接続される。光源基板804はドーナツ状の形状をしており、中心の開口部に撮影対象物である歯牙が入るようにして撮影を行う。光源基板上には白色LEDが4~20個程度配置される。さらに光源基板に電池等の電源を配置できない場合は、電力を供給するための電源ケーブル806が接続される。この電源ケーブルはACアダプターやバッテリーに接続して使用される。カメラに接続する機器に長いケーブルが接続されていると使用しにくいことから、望ましくは、電源ケーブルはバッテリーに接続され、さらにバッテリーはカメラの三脚ねじ穴などに固定されることで、安定した姿勢で使用できる方がよい。バッテリーをドーム構造体の外部に直接固定できる場合は、電源ケーブル806は不要である。白色LED805から放出された光は、ドーム構造体803の内面に反射された後、開口部808に向かい、撮影対象(図示せず)を照明する。光源基板804には開口部808の周辺を覆う筒状の遮光体807も接続されており、白色LED805からの光が撮影対象に直接照射されないようになっている。ドーム構造体803の内面は白色あるいは無彩色に塗られており、光源からの光を拡散させて均一に照明できるようになっている。なお、歯のように表面に光沢のある物体を撮影する場合、カメラレンズの色が撮影対象の表面に写り込む傾向があるため、ドーム構造体803の内面色もカメラレンズの色に近いものにする方が、より美しく撮影できる。カメラレンズは黒色のものも多いため、ドーム構造体の内面色は黒色にすることが好ましい場合もある。
尚、光学基板804には、遮光体807より更に対向する縁部方向へ延びた部分809を形成し、この部分の撮影用カメラレンズマウント801方向に、RGB、CMYK等の標準データが貼り付けてもよい。これは任意であるが、撮影画像の基準色とのずれを補完校正する場合に役立つ場合がある。
以上の一般カメラ用のシェードパターン撮影器の特徴をまとめると次のようになる。
一般的なカメラレンズのレンズマウントに接続できる筒状構造と、当該筒状構造に接続された円弧あるいは放物線状の断面を有するドーム構造体と、当該ドーム構造体の撮影対象側に接続された中心部に開口部をもつ白色光源基板を有し、白色光源からの光が前記ドーム構造体の内面に反射された後に白色光源基板の開口部から放出され、撮影対象物に照射される構造となっている歯牙表面撮影用照明器。
ドーム構造体の内面の色が、白色または黒色、あるいはその他の無彩色である歯牙表面撮影用照明器。
図9および図10は、本発明の図2等で示した実施例の全体形状の一例を示す図である。図9(A)は、平面図、図9(B)は、右側面図であり、右側面図と図9(D)の左側面図は、同じ形状である。図9(C)は、底面図である。また、図10は、斜視図である。図9及び図10で示す形状は、本発明の好適な一実施態様となり得る。
これらの図面において、把持部201は、持ちやすいように細長い棒状で形成され、後端には、USBケーブル、その他の外部モニタとの接続のための電気リード線204が接続する。ミラー部202は、平面鏡、凸面鏡等の鏡面部203を所定の角度で配置したものである。操作スイッチ207は、電源のオンオフ、倍率の変更等の指示を、押圧方式、スライド方式、タッチパネル方式などで形成する。操作スイッチは必要に応じて複数配置され、主に撮影および選択の決定に用いるメインスイッチと、主に状態および選択肢の切り替えに用いるサブスイッチといった組み合わせで利用される。なお、各部材の詳細は、すでに説明したところであるので、ここでの説明を省略する。
また、本発明では、先端に発光素子をカメラの周囲に配置した撮影ユニットを内装し、把持部周辺で指先で操作可能な部位にスイッチ類を設けた把持用筐体と、先端に所定の角度で配置した反射鏡と、後端に、把持用筐体と装着可能な中空の円筒部を設けたミラー部を備えた口腔内撮影ユニットと撮影ユニットで撮影された画像を表示し、操作者の視界に入る位置に配置された表示部からなる口腔内撮影システムであって、好ましくは表示部の表示メニューなどの選択をスイッチ類で行うことを可能とする組み合わせ構成とし、指先で操作できるスイッチ類の操作が、表示手段内の選択メニューの選択と確定の為の操作を可能とする構成を例示することができる。
即ち、本発明における口腔内カメラユニットとスイッチ類の組み合わせとグラフィカルに形成された表示画面に対する選択、決定などの仕組み、いわゆるGUI(グラフィカルユーザインターフェース)として使用される構成が好ましく、表示部を見ながら、表示部のサポートに基づいた治療を行うことができる。
次いで、本発明の実施形態を詳細に説明するけれども、この構成は、図1を参照しながら先に説明した構成に基本的に同一であるので、ここにおいて繰り返し説明することを省略する。
また、本発明は、図1を参照しながら先に説明した構成に加えて、図11で示すような、携帯表示を行うモニタ、モバイルパソコン、PDA(Personal Digital Assistant)タイプの表示部材との組み合わせであっても良い。すなわち、図11で示すように、本発明は、照明部材とカメラを一体化し、好ましくは中心にカメラを配置し、その周囲に360度の範囲で、反射鏡及び反射鏡を介した口腔内組織に十分な照明光を照射できる位置に照明部材を複数個配置した構成(好ましくは、カメラの周囲90度づつ4個のLEDを配置する構成)を有する撮影ユニット101bを把持用筐体101の先端に配置し、当該撮影ユニットを内挿可能で、先端には、所定の角度をもって配置された反射部材101aを配置したミラー部101cとを組み合わせた口腔内撮影ユニットと、把持用筐体101の後端に接続する画像を外部へ出力するためのケーブル107と、携帯型の表示ディスプレイを備えた、小型コンピュータであって、好ましくはタッチスイッチタイプのような画面接触によるスイッチ操作が可能な表示体(本発明では、「ディスプレ」とも呼ぶことができる)108との組み合わせが例示される。
把持用筐体101の指で操作可能な部位には、複数のボタン状、ダイヤル状、タッチパネル形式の、スイッチ類101dおよび101eが配置され、これを指で押すことで、例えば、スイッチ類101dが、動画撮影、静止画撮影の切り替え、スイッチ類101eが、表示体108上に表示されるソフトウエアスイッチと連動し、押す毎に、選択されるスイッチの位置がかわり、この動作で、スイッチ類101dを押すことで、画面上のスイッチが確定実行するもの等が例示される。
当該スイッチ類101dと101eは、コンピュータに接続されるキーボードやマウスコンピュータのスイッチと同じ機能を備えても良い場合がある。
また反射鏡を使った口腔内カメラであって、照明光が均一に照射する構成を持つものは、カメラを直接口腔内に挿入する構成とは異なり、奥歯の見えない部分を鮮明に表示することを可能とすることから、目視困難な奥歯の虫歯治療、抜歯治療や、隙間が狭い部分の治療においても、表示体108を見ながら、片手で、撮影ユニットを持ち、スイッチ類101dおよび101eを操作しながら、もう一方の手での治療を可能とするものである。
当該表示体108は、例えば、治療台、治療用イスなどに装着可能であって、歯科診療時に首を回す程度で十分に、観察可能な位置に容易に取り付けられるものである。
表示体108は、汎用的で良く、接続するケーブルもUSBケーブル等で良い。
本発明では、これらのスイッチ類の操作を片手の指で行う。これらスイッチ類の操作が、表示手段の操作と、表示手段の操作を介した撮影ユニットの操作を可能とすることから、奥歯10Hの見えない部分や、その他目視困難な部位の治療であっても、表示部を見ながらの操作を可能とする。
例えば、奥歯の虫歯治療、抜歯、親知らず治療、抜歯、奥歯の歯周治療、インプラント治療、等、今まで、カメラでは撮影困難な部位の撮影を可能とし、その結果、治療部位の画像表示を治療と連動させることができる。
尚、図1(A)で示したディスプレイ104も、口腔内カメラを使用して口腔内を観察し、治療と連動する場合、使用者の作業時に容易に視界に入る位置にある状態に位置することが好ましい。又、ディスプレイ104及び表示体108は、タッチスイッチ方式として触れるだけで、スイッチ機能が実現できることが好ましい。
本発明の一実施形態の一部である口腔内カメラユニット部分は、図2を参照して先に説明した通りである。把持用筐体201は、プラスチック材、金属材等で形成され、持ちやすいように細長い棒状で形成される。把持用筐体201の後端には、USBケーブル、その他の外部モニタとの接続のための電気リード線204が接続される。
平面鏡、凸面鏡等の鏡面部203を所定の角度(レンズ面に対し40~50度)で配置したミラー部202は、口腔内に挿入される部位である。ミラー部202の先端には反射鏡が形成され、後端には、撮影ユニットが着脱自在に装着される円筒状の装着部208が形成される。
操作スイッチ類207(図では2個のスイッチが示されているので、207a及び207bと呼ぶ)は、押圧、回転、回転と押圧の連動等で、電源のオンオフ、倍率の変更等の指示を、押圧方式、スライド方式、タッチパネル方式などで行うことができる。操作スイッチは必要に応じて複数配置され、主に図1で示すディスプレイ104、表示体108の表示を操作するキーボード、マウスのスイッチのように連動して操作する機能を持つものであるが、その他、撮影および選択の決定に用いるメインスイッチと、主に状態および選択肢の切り替えに用いるサブスイッチといった組み合わせで利用されてもよい。
図12で示す2K2は、中心にカメラを配置し、その周辺に照明部を1乃至複数配置した撮影ユニットである。撮影ユニット2K2は、反射鏡203方向に向いて、焦点があうような距離2K1で固定されている。
従って、反射鏡から口腔内組織の距離にかかわらず、反射された像を鮮明に撮影できることから、反射鏡が、口腔内組織に近接しても、光路が確保されている限り、鮮明な画像が撮影できる。又、光路が舌等で一部遮られたとしても、照明部がカメラ周辺に一様に配置されているため、反射鏡面画像の一部であるが、明るい鮮明な画像として得られる。
また、口腔内カメラユニットは、そのユニットの側面を示す図12を参照してその構成をさらに説明すると、口腔内の余分な唾液、治療時に行う注水、治療時に出る歯、補綴物の残渣を回収する吸引部を併せて備えたものである。図中、2B1が吸引口であり、可撓性の導管2B3の先端部に存在する。吸引口2B1の位置は一例であり、例えば2B2の様な配置も可能である。導管2B3は、外部の吸引装置と接続している。
吸引口2B1の位置は、撮影画像の底辺部分に相当する為、図1で示すディスプレイ104又は図11で示す表示体108の画像を見ながら、カメラユニットを動かして治療残渣、唾液、余剰水を吸引操作可能とする点で、好ましい場合もある。吸引口2B1は、カメラ面から多少突出させても良い場合もある。吸引口2B1の大きさ、形状は、吸引する対象によって選択され、例えば、円状、細長い楕円状、長方形状であって、反射鏡周縁部に沿った形状などが示される。
導管2B3は、ミラー部202及び把持用筐体201の側面を這うように装着されたり、ミラー部202、把持用筐体201の内部又は外部に一体的に配置したりしてもよい。
尚、ミラー部202は、主に口腔内へ挿入されるミラー部202を交換するため、把持用筐体201と着脱可能に形成される為、導管も、途中、着脱を目的とするコネクタ等の接続体2B4を設けて、ミラー部202を交換する際、一緒に導管2B3を接続体2B4の位置で分離する構成であってもよい。
尚、接続体2B4、及びその機能、形状、配置位置等は、いずれも任意であり、無い場合もある。
当該吸引口2B1からの吸引動作は、図1で示すディスプレイ104又は図11で示す表示体108の画面上の表示によって、開始、停止、及び出力の強弱を行う態様が好ましく、スイッチ類207a、207bを押圧、摺動、回動させることで、例えば、当該画面の表示には、吸引開始、停止、強弱調整ボタン表示がされたツールバーのような選択表示がされ、スイッチ類207aを押すか回すと、例えばボタン表示の色がその他と異なる色となっていた吸引開始から、次の停止ボタンへと移動する。目的とするボタンの色が異なる色に変わったタイミングで、スイッチ類207bを押すと確定し、例えば、ボタンの色がその他と異なるボタンが吸引開始の場合は、確定すると吸引を開始するような動作を行うものであってもよい。尚、図12の吸引構成は、一例であり、具体的構成、動作は、適宜調整されるものである。
図12で示す口腔内カメラの内部構成を模式的に示すと、先に参照して説明した図2(C)の通りである。
ミラー部202について拡大した図を示すと、先に参照して説明した図3の通りである。すなわち、再び図3を参照して説明すると、反射鏡305は、硬質性プラスチック材で形成されたミラー支持部303の先端に所定の角度を持って形成されている。装着部304は、ミラー支持部303の後端に円筒状、楕円筒状に形成され、装着部304から、反射鏡305までは、開放されており、又、装着部304から反射鏡305が支持された部位まで、流線形状をしており、口腔内に刺激を与えない形状となっている。306は、把持用筐体であり、307は、撮影ユニットである。これは、図2のレンズ205およびカメラ部206と同じものである。その他の構成部材については、図3を参照した先の説明を参照されたい。
図13は、本発明の他の実施形態を示す図である。
図13(A)において、把持用筐体2301は、その先端において、カメラを中心にしてその周囲に光源を配置した撮影ユニット2301aが配置されている。
把持用筐体2301は、押圧、スライド、回転と押圧の兼用、タッチパネル状のスイッチ類2301bと2301cが形成されている。スイッチ類の数は、例示であって、3個以上が形成されても良い。
ミラー支持部2302は、その先端に反射鏡2303を45度の角度で備えており、後端は中空状の円筒体で形成されている。
把持用筐体2301の先端にミラー支持部2302が着脱自在に装着されると、撮影ユニット2301aの照明が、反射鏡2303に反射して口腔内を照らし、照らされた口腔内を反射鏡2303を介して撮影ユニット2301aが動画、静止画状態でカメラ画像として取り込む構成を示している。2301dは、USBケーブル等の汎用又は専用の電気リード線であり、外部信号処理部、表示部と接続するためのものである。
2304以降のブロック図は、画像処理用コンピュータ等でソフトウエア的に又はハードウエア的に形成された信号処理部である。
入力手段2304は、画像データを動画データ、又は静止画データの電気信号として入力するものである。又、撮影対象が、反射鏡のみの場合は、反射鏡画像のみの輪郭領域を抽出する操作をこれで行う場合もある。
歪み補正手段2305は、反射鏡が所定の角度を備えて、口腔内を撮影するための歪みを補正する手段である。これは例えば、予め基準図形を撮影した際の、歪み度を計測し、これを係数化して画像データを演算処理することが示される。
撮影距離設定手段2306は、例えば図13(A)で示す撮影距離a(歯牙表面から、反射鏡先端までの距離)の値を例えば予め設定する手段である。これは、a=0mm、3mm、・・・と設定し、コンピュータモニター上で、使用者が目安として選択指定する。この場合スイッチ類2301b、2301cを指先でディスプレイ104又は表示体108を見ながら表示された、複数のa値のボタン表示を押圧、摺動、引く、回す等して移動指定し、他のスイッチ類を操作する等してa値を確定することが例示される。
グリッド形成手段2307は、距離aの値又は、任意の値に基づいて図13(B)で示す格子状のグリッド表示2312aを形成するものである。グリッド表示2312aは、相対的間隔、大きさ、垂直性、平行性を表示する場合は、撮影画像2312bに対して任意に設定してもよい。又、前記撮影距離設定手段2306で、撮影距離aの値に基づいて、実際の口腔面での距離における間隔をもったグリッド表示を行っても良い。
その際、底辺部位を示す2312cが、反射鏡先端部の位置となることが好ましい。このグリッド表示は、反射鏡2303の反射面、即ち円形状に限っても良い場合もある。
重ね合わせ手段2308は、歪み補正手段2305から出力された反射鏡映像と、グリッド形成手段2307が出力するグリッド線図を、透過的に重ね合わせて(透過とは図のように両方の図が表示される状態)ディスプレイ上に表示するための部分である。重ね合わせの手法は、汎用グラフィックソフトウエアによる、マウスを用いた重ね合わせ手法の他、マウスを用いず、スイッチ類2301b、2301cの操作により、選択操作、重ね合わせ操作、を行うことが好ましい場合もある。
表示手段2309は、デスクトップ状、ノートブック状のパソコンのモニターディスプレイ、PDA、携帯電話等の表示画面が例示される。
歪み付加手段2310は、グリッド形成手段2307で形成されたグリッド表示に、実際反射鏡で反射された画面表示の歪みを付加してゆがんだグリッドを形成して表示する手段である。
歪み付加手段2310は、例えば撮影ユニットが動画モードで撮影を行う際、歪み補正手段2305を用いる場合の計算時間増加による遅延時間を解消して動画モードでグリッド表示を行う場合に好適な場合がある。これは、片手に撮影ユニットを持ち、他の片手に治療具を持ち、表示手段2309を見ながら、例えば奥歯など、従来でも処置が困難な部位の処置に好適となる。
図13(B)は、撮影ユニット2301aによって撮影された画像データをコンピュータディスプレイ上に表示した表示画面2312の一例である。図13(C)は、撮影ユニット2301aで撮影した画像に歪み補正を施さないでそのままとし、グリッド線に歪みを付加した状態で重ね合わせた状態を示す図である。
2311dは、グリッドに実際の距離値を与えた場合の単位データであり、縦の単位をk、横の単位をlで示してある。尚、図13で示すブロック図は、電気回路の組み合わせでも実現可能であるが、図1および図11で示すようにコンピュータ処理を使用している点で、ソフトウエアによる実現が好適である。図14で示すブロック図も同様である。
次に、図13で示した実施形態の動作を説明する。
把持用筐体2301を持ち、ミラー支持部2302の先端部の反射鏡2303を観察・治療用歯23Hに23Aで示す所定の距離aを持って配置する。撮影ユニット2302aの例えば図3で示す4個の発光素子からなる照明部309は、反射鏡2303へ向かって発光し、例えば90度の角度で反射して観察・治療用歯23Hを照明する。
撮影ユニット2302aの撮影部308(図3を参照)は、この照明された観察・治療用歯23Hの画像を動画、又は静止画で画像信号としてUSBケーブル等の電気リード線2301dを介して入力手段2304に入力される。本デバイスを操作する者は、撮影距離設定手段2306で、反射鏡2303と、観察・治療用歯23Hとの距離を設定してその値aを、選択入力する。この選択入力は、予め表示手段2309の画面上に、aの距離、0mm、2mm、5mmのボタンをツールバー状に表示し、例えば、スイッチ類2301cを押すか、摺動させるか、回すかして、ボタンの色表示を移動させ、次にスイッチ類2301bを押す等して、色の異なるボタンを確定させ、その距離を決定入力するようなGUI的な指定入力をしてもよい。
入力手段2304に入力された画像は、歪み補正手段2305で、歪み補正がされ、重ね合わせ手段2308へ入力される。撮影距離設定手段2306で、撮影距離が設定された場合、その信号は、グリッド形成手段2307へ入力され、図13(C)で示す単位格子線図を示す2311dの単位距離、kとlの距離が設定され、その距離に基づいたグリッド表示2312aが重ね合わせ手段2308へ出力される。
重ね合わせ手段2308は、入力された歪み補正後の反射鏡による撮影画像2312bと、グリッド表示2312aを重ね合わせた重ね合わせデータを形成して表示手段2309で表示するものである。この状態を図13(C)で示した。
又、動画表示をする際、グリッド形成手段2307で、形成されたグリッド表示を歪み付加手段2310で、反射鏡2303で反射した画像に対応する形で、歪みを付加して、又、入力手段2304で出力した反射鏡画像を歪み補正手段2305で歪み補正をせず、そのまま重ね合わせ手段2308に入力し、重ね合わせ手段2308で、歪み補正をしない反射鏡画像と歪み付加手段2310で歪ませたグリッド表示を重ね合わせ、表示手段2309で表示させてもよい。この状態を図13(C)で示した。
コンピュータモニター上に写されたウィンドウ状の表示2311内に、歪んだグリッド2311aと、反射鏡画像2311bが重ね合わされて表示されている。
2311cの部分が、反射鏡2303の先端部となり、距離の基準となる部分である。
2311dは、距離aに基づいて設定されたグリッド表示のスケール表示となる。2311dは、相対的表示である場合は、不要となる場合もある。尚、図13(C)のみに表示したスケール表示2311dは,図13(B)にも表示される。
本実施形態は、治療とともに用いることが出来、歯牙に近接した反射鏡2303であっても反射鏡からの鮮明な画像を得ることができ、これにスケール表示、グリッド表示を設定することで、歯牙の状態、損傷の程度、大きさ、目安となる深度等が計測可能であり、グリッド表示のオンオフ等の操作をスイッチ類2301b、2301cで行いながら、治療等を行うことも可能とする。
次に、他の実施形態を図14に示し詳細に説明する。
図14において、操作手段2401は、例えば、図11(A)及び図11(B)で示す撮影ユニットで構成される。操作手段2401としては、撮影ユニットに装着されるスイッチ類を操作することでモニタ画面の選択操作が行われる構成のものが好適に用いられる。
歪み補正手段2402は、反射鏡が所定の角度を備えて、口腔内を撮影するための歪みを補正する手段である。これは例えば、予め基準図形を撮影した際の、歪み度を計測し、これを係数化して画像データを演算処理することが示される。
重ね合わせ手段2403は、2つの画像を透過して重ね合わせるものであって、その際、一致した重ね合わせを行うべく、入力される2つの画像の大きさ、角度を調整する機能を併せて有する。
ガイドラインデータ形成手段2404は、例えば、作成しようとする支台歯形成の際の、支台歯側面の傾斜、支台歯の大きさを設定するための指標画像を形成するためのものであり、いわゆるグラフィックソフトウエアによる作図機能により作図したものである。
表示手段2405は、デスクトップ状、ノートブック状のパソコンのモニターディスプレイ、PDA、携帯電話等の表示画面が例示される。
本実施形態の動作を、図14(B)以降を参照して詳細に説明する。
撮影手段2401で、図14(B)で示す撮影画像データ2406を得る。
撮影画像データ2406は、支台歯2406aを側面から撮影したものであり、2406bは、隣接歯である。
予め、図14(C)で示すように支台歯の傾斜を示す指標2408を示すガイドライン画像2407を作成する。このガイドライン画像2407は、例えば図14(C)のc−1とc−2で示すように支台歯の傾斜部分の角度が異なる画像を複数種類、形成する。これは例えば、既成のデータや、自らが作成したデータを本実施例を実行するコンピュータに取り込み、表示可能な画像データを記憶させていくことが好ましい。
図14(C)のc−3は、支台歯を上面方向からみた指標画像であり、2412は、指標マージンライン、2413は指標頂上部を示す。c−3で示す指標画像も歯式毎に複数種類用意されることが好ましい。
次に、図14(D)は、支台歯の傾斜面の撮影画像2405と指標画像2107の重ね合わせを行った際の重ね合わせ画像2409であり、重ね合わせ手段2403で、歪み補正手段2402で歪み補正された支台歯画像と、ガイドラインデータ形成手段2404で形成された撮影画像データ2406とガイドラインデータ形成手段2404で形成された指標2408を透過した状態で重ね合わせたデータとし、表示手段2405で表示したものである。
また、図14(E)は、支台歯を上部方向から撮影した際の指標マージンライン2412と指標頂上部2413で示される指標画像と、撮影したマージンライン2411と、撮影した頂上部2414で示される撮影画像を重ね合わせた画像2410である。
これらの重ね合わされた画像データは、支台歯形成の際の、中間的評価、最終的評価となり、このガイドライン画像データに基づいて的確な処置を可能とするものである。
図15は、図11で示した構成を用いた場合表示体180Pに画像が表示された状態の一例を示す。
把持用筐体2501は、その先端に、照明用光源2501cがカメラ2501bを中心に十字方向に配置した撮影ユニット2501aが配置され、指先で操作可能な部位には、押圧式のスイッチ2507、回転と押圧可能なジョグダイヤル状のスイッチ類2508が設置されている。2501dは、USBケーブル等の汎用ケーブル又は専用ケーブル等の電気ケーブルを示す。
更に把持用筐体2501の先端部の楕円柱状の撮影ユニット2501aに装着されるミラー部2502の部位は、楕円筒状を形成し、先端部には、45度の角度で反射鏡2503が配置されている。
表示体180Pの画面180G上において、1801は、歯科治療メニュー画面を示し、段階が移行する毎に表示が変化する事が好ましい場合もある。
1802は、症例の選択リストであり、虫歯、1歯欠損などの表示と共に、この部位をクリックする等の指定を行うことで、そのタイトルを説明する動画表示、静止画表示等が実行されることが好ましい場合もある。
1803は、歯列の模式図であり、上下に部位と、内部に歯番が示されている。1804は、目的とする部位を示す治療マークである。このマークは、色、記号等、目立つ表示がされることが好ましい場合もある。
1805は、過去の治療部位を示す治療済みマークであり、治療マーク1804と区別される色、記号、その他の表示であることが好ましい。
1806は、口腔内カメラ2500で目的とする部位を撮影した際の画像表示部であり、この表示に基づき上述した歯式1813を手元で指定することを可能としている。
1807は、シミュレーション表であり、指定する毎に該当する箇所に表示がされていく。
本実施形態では、例えば図12で示す口腔内カメラを用いて、手元で、歯式の選択を行う実施例が例示される。
例えば、口腔内カメラ2500の反射鏡2403を測定歯SGに近づける。この状態で、スイッチ類2408を回すか押すと症例の選択が色が変わる様に1802a→1802b→1802c→1802d→1802eと変化し、選択する症例で、スイッチ類2408を押して確定させる。確定すると、シミュレーション表1807に、その症例が表示され、次の歯式表示部1803へ移行する。
測定歯SGが下顎左6を撮影している場合はスイッチ類2408のボタンを指で回すかおすと、回すか押す毎に歯式の表示又は治療マークが例えば左上から順に8→7→と移動していく、歯科医は、歯式が一致するところまで、手前のスイッチ類2407を押していき、表示が目的となる部位(ここでは、下顎右6)に表示マーク等が到達すると、押すのをやめるか、スイッチ2407又はスイッチ類2408を押して確定する。
以上の様に片方の手で、口腔内カメラ2500を持って、もう一方の手で治療用具を持ち、表示部180Pを見ながら、見えにくく、空間が限られた口腔内部位での治療、処置が可能となる。
図1で示す口腔内カメラ100は、手持ち型でペン型の筐体101と、その長軸方向に配置されたレンズ、カメラ及び照明よりなる撮影ユニット101bと、口腔内に挿入される部位であって、撮影ユニットに着脱が自在な当該照明を反射させて、口腔内に照射し、口腔内組織に反射した反射光を更に反射させて撮影ユニット101bへ伝達させる反射部材101aとで形成される。
口腔内を撮影する際、複数の画像を撮影して、これらの画像データから、最適な画像を差分二乗処理によるソフトウエア処理により求め、常に診断に最適な画像を口腔内カメラとしての簡素化された構成で得ることができる。
本発明における口腔内カメラは、更に凸状の球面反射部材を介して口腔内を撮影することで、上顎、下顎の全歯を1回の操作で撮影する事が出来るなど一つの画像に広範囲の口腔内データを収容することができる。
そして、本発明は、ドーム型照明部材を介して口腔内を撮影することで、唾液などによる乱反射を抑え、安定した撮影データを得ることを可能とする。
上述した本発明を実現するために口腔内カメラ及び歯科情報入力器は、ソフトウエアも含めた図1で示すシステムを完成させたものである。
図1にその概要を示す口腔内撮影システムにおいて、口腔内カメラ100は、パーソナルコンピュータなどの一般的なコンピュータ102に接続して使用される。この接続にはケーブル103が用いられるが、一例としてはUSBケーブルとなる。市販されている口腔内カメラには無線通信によって画像データをコンピュータに転送する機能を有するものも存在するが、カメラの動作以外にも照明用LEDの点灯やデータの無線通信に大きな電力を消費するため、バッテリーおよびその充電機構が必要となり、カメラ全体として重く大型なものになるという欠点がある。USB接続ではコンピュータからカメラの電力を供給できるため、ケーブル103の重量を考慮しても、全体としては小型軽量化されたものにできる利点がある。さらにコンピュータ102にはディスプレイ104を接続して実際に口腔内カメラで撮影した画像をリアルタイムで見ることができ、患者説明用などに利用できる。また、情報入力用デバイスとしてキーボード105やマウス106も接続され、システムの操作に利用される。
次に、本発明の口腔内カメラおよび歯科情報入力器について、それぞれ図面を参照しながら詳述する。
口腔内撮影部
図2に本発明の一実施例を示し説明する。図2(A)及び図2(B)の201は、把持部(「把持用筐体」ともいう)である。把持部201は、プラスチック材、金属材等で形成され、持ちやすいように細長い棒状で形成され、後端には、USBケーブル、その他の外部モニタとの接続のための電気リード線204が接続する。
202は、平面鏡、凸面鏡等の鏡面部203を所定の角度(レンズ面に対し40~50度)で配置したミラー部である。ミラー部202は、口腔内に挿入される部位であって、先端に反射鏡が形成され、後端は、撮影ユニットが着脱自在に装着される円筒状の装着部208が形成されている。
207は、操作スイッチである。操作スイッチ207は、電源のオンオフ、倍率の変更等の指示を、押圧方式、スライド方式、タッチパネル方式などで形成する。操作スイッチ207は、必要に応じて複数配置され、主に撮影および選択の決定に用いるメインスイッチと、主に状態および選択肢の切り替えに用いるサブスイッチといった組み合わせで利用される。
図2(C)は、図2(A)及び図2(B)で示す口腔内カメラの内部構成を模式的に示した図である。
図2(C)において、把持部201の先端にミラー部202が装着される。ミラー部202の先端はレンズ205に対して40~50度傾いて形成され、ここに鏡面部203が配置されることで、撮影対象である口腔内組織Hの像がレンズ205に接続されたカメラ部206内部のイメージセンサ上に結像する。カメラ部206は鏡面部203方向が正面となるように配置されるため、メイン基板209に対しては90度傾いて接続される。カメラ部206で取得される画像情報はメイン基板209上の画像処理用マイクロコンピュータ210で適切に受信および加工され、USBケーブル204を通じてパーソナルコンピュータ(図示せず)へと転送される。実際の撮影操作は操作スイッチ207を利用して実行される。なお、口腔内カメラの動力となる電気エネルギーはUSBケーブル204を介してパーソナルコンピュータから供給される。
ミラー部202は根元が筒状の構造になっており、把持部201の先端に配置された装着部208が挿入されることで装着されるようになっている。装着部208が把持部201と一体化されず、異なる部材となっているのは、このような装着方法による機械的摩耗をできるだけ低減させるためであり、具体的にはポリアセタール等の材質で形成されるからである。一方、把持部201は消毒用アルコールで清掃されることが通常であり、耐摩耗性よりも耐薬品性が重要となるため、ポリプロピレン等の材質で形成されるか、または表面に耐薬品コーティングが施される。なお、装着部208の内部には撮像部が配置されるため、装着部208の先端面211は透明でなければならず、アクリルやポリカーボネイト等の樹脂で形成される。撮像部にはレンズ205の周囲に配置される光源基板212も含まれ、基板上の白色発光ダイオードから放出される光は先端面211を通過し、鏡面部203で反射されて撮影対象(口腔内組織H)へと供給される。先端面211は必ずしも平坦ではなく、光源からの光を集光するために半球状の凸構造を有していてもよい。半球構造のサイズは直径3mm程度である。
既に述べたように、ミラー部202のみが口腔内に入り、かつ着脱が容易な構造となっている場合、ミラー部202を取り外して高温蒸気滅菌することにより、常に清潔な状態で使用することが可能である。そのため、ミラー部202の材質はポリサルホン等、高温での処理に耐えられる樹脂で形成することが好ましい。鏡面部203は通常ガラスで形成されるため、耐熱性については問題ない。なお、ミラー部202に鏡面部203を接続する方法としては、耐熱性あるいは生物学的安全性の問題で接着剤を使用することは難しいため、例えば図2(C)のように鏡面部203の背面にタップ構造を形成し、ミラー部にねじ213で固定した上でシリコンカバー214を被せるといった構造を利用する。
ミラー部202上に配置する操作スイッチ207の位置としては、なるべく前方にある方が扱いやすいが、メイン基板209の前方は撮像部との接続や処理のための構成に面積を要するため、スイッチ素子を配置することは難しい。そこで、スイッチ基板215を別に用意し、ここにスイッチ素子216や電源投入確認用LED217を配置した上で、把持部202の内部に組み込むことで配置の問題を解決する。実際にはスイッチ素子216の上部にゴムカバー218を被せることで防水性を確保し、さらにその上にスイッチ部材207を配置することになる。
スイッチ基板215はメイン基板209に接続され、スイッチの状態は画像情報とともにコンピュータへ転送される。なお、メイン基板209上には方向センサ219が組み込まれ、口腔内カメラの方向情報も併せてコンピュータへ転送される。方向センサ219として、互いに相反する2つの方向のいずれかを向いているか、あるいはいずれも向いていないかの3状態を出力として得られるものを利用する場合、このセンサを2個互いに90度異なるように基板上に配置すれば、鏡面部203が上下左右のいずれを向いているかを判別でき、コンピュータのディスプレイ上に表示される画像の向きを適切に回転させることができる。当然ながら、1つのセンサでこれらの4方向の判定が独立にできるのであれば、基板上に配置するセンサは1個でよい。
なお最後になるが、口腔内カメラのように数十万画素以上の画像情報を動画として耐えうるフレームレートで転送する必要がある場合、撮像デバイスおよび基板上の各デバイスはかなり高速な動作を要求されることになり、必然的に高周波ノイズを周囲に放出する。口腔内カメラは医療用機器でもあるため、高周波ノイズの放出を一定レベル以下に防がなければならず、必要に応じてシールド部材220でメイン基板および撮像デバイスを覆う構造を採用する。シールド部材は薄いアルミニウム板等で形成される他、把持部201の内面を導電コーティングすることで代用してもよい。
図3に反射部材301について拡大した図を示した。図中、304は、円筒状の装着部Aを示し、305は、反射鏡を示す、装着部Aと反射鏡305は、硬質性プラスチック材で形成された反射部支持部材303であり、装着部A304から、反射鏡305までは、開放されており、又、装着部A304から反射鏡305が支持された部位まで、流線形状をしており、口腔内に刺激を与えない形状となっている。306は、把持部であり、307は、撮影ユニットである。これは、図2のレンズ205およびカメラ部206と同じものである。
反射部材301は、撮影ユニット307と着脱自在であることから、高温蒸気滅菌が可能であることや光学距離が長くなり焦点を合わせやすいという利点があることは既に述べたが、口腔内組織の撮影態様に応じて、ミラー特性を容易に変更できるという利点も得られる。例えば反射鏡305として平面ではなく図示のように凸面ミラー310を使用すれば、撮影対象である口腔内組織がより広範囲に映ることになる。歯科の臨床としては歯の咬合面全体を写した画像や、正面および側面の全体画像も極めて重要であるが、これらの画像は凸面ミラーを使用することで容易に得ることができる。
310は、凸状で球面状の反射鏡であり、上顎又は下顎の全歯、又は目的とする範囲の歯列を撮影するための曲率をもっている。尚、このような凸状で球面状の反射鏡は一例であっても良く、目的に応じて、凹面鏡であってもよい場合もある。
図3(B)は、撮影ユニット307の一例を示す図である。308は、撮影部であり、趣向レンズ、CCDカメラなどで形成されている。
309は、照明部であり、LED、発光ダイオード等で形成されている。照明部309の個数は、任意であり、反射鏡305を介して組織を照らす場合に応じ適宜選択される。
図4は、凸面鏡、凸状で湾曲した鏡面を持つ鏡体を使用した場合の模式図を示す。本実施形態は、上顎又は下顎の全歯等広範囲の画像データを得るためのものである。
図4(A)において、401は、円盤状の反射鏡であり、鏡面402が凸面鏡等の凸状の球面状に形成されている。球面状に形成された鏡面402の半径は9~13mm、曲率半径は15~30mmで示されるが、単に球面ではなく、これを用いて撮影された画像の目的等に応じ、異なる半径の球面を持つ場合もある。
403は、連結部材であり、反射鏡401と、把持部404を連結する金属、プラスチック状の棒状の部材であり、連結部材403と、反射鏡401は、所定の角度α(130~140度)で接続している。把持部404は、硬質状のプラスチック等で形成され、連結部材403の反射鏡401と接続する端部と、反対の端部と、摺動調整可能に接続する。連結部材403は基本的に樹脂でよいが、ステンレス等の金属、または樹脂内に金属棒をインサート成型した構造であってもよい。
405は、レンズであり、反射鏡401からの反射光を集光しCCD等の内部撮影用カメラ部406のイメージセンサ上に像を結像させる。
図4(B)に、図4(A)を斜視図的に示した。入射光4nに対し、反射鏡401が反射してレンズ405に入射する口腔内の像4hは、平面鏡に比べ、広範囲にわたる為、上顎又は下顎の全歯を一度に撮影可能としている。この範囲を拡大して得られる画像をディスプレイ504上に模式的に示したものが図5である。
図5で示す模式的な図の様に広範囲の口腔内501Aを一度に撮影可能としているため、いわゆるパノラマ写真よりもより手軽で、しかも口腔内の様な限られた空間内でも自在に撮影可能とする。501Bは舌、501Dは下顎全歯列、501Cは唇であり、撮影範囲は全歯以上の幅広い範囲となる。通常、このような写真を撮影するためには口腔内に幅80mm程度の大きな平面ミラーを挿入し、口腔外からマクロレンズを接続したカメラで撮影しているが、患者にとってはかなりの苦痛を伴う撮影法であった。
ただしこのように、凸面の反射鏡により反射した画像は、中心から外方向へ向かって、凸面の曲面に基づいて湾曲していることから、何らかの補正処理が必要である。ミラーの凸面形状とレンズからの距離は決まっているため、後は撮影対象に対するミラー面の角度が不確定要素となるが、例えば下顎の咬合面を撮影する場合、ミラー部の先端が上顎の中央付近に接触するような位置に挿入し、できるだけミラー面が下顎咬合面に対して水平になるように調整するのが普通である。したがって曲面を有するミラーにより撮影した画像を補正変換する方法としては、次の2通りが考えられる。
まず第一の補正法としては、ミラー面に対して撮影対象面(領域)が水平(あるいは最も平均的な角度、例えば15度など)になっていると仮定し、理論的に求められる曲面像を元の平面像に変換するアルゴリズムを適用する方法である。この場合、実際のミラー面と撮影対象面とがなす角度が仮定の角度からずれるほど、変換画像の歪みが大きくなる。静止画撮影後に変換処理を実行し、変換画像を確認するのでは適切な画像を得ることは容易でなく、患者にとっても負担が大きい。したがってこの方式では、カメラで動画を取得している最中に変換処理を行い、動画表示の時点で変換処理がなされた画像を表示する必要がある。このような処理は、一画像に対して変換処理も一種類しか存在しないこの方式であれば処理時間としては問題なく、撮影者にとっても動画でリアルタイムに変換画像を確認できるようになっていれば、適切な画像が得られるまでカメラの角度を微調整することで、短時間のうちに撮影操作を完了させることができる。
第二の補正法としては、曲面ミラーによって撮影された画像に対し、ミラー面と撮影対象がなす仮定の角度を少しずつ、例えば1度ずつ変化させながら変換処理を行って得られる複数の変換画像の中から、撮影者が最適な画像を選択できるようにする方法である。複数の想定角度に対する変換アルゴリズムはミラーの曲面形状が決まっていれば理論的に求められるものであるから、通常の撮影におけるミラー面の角度がせいぜい0度から30度の範囲に収まることを考慮すれば、複数の変換画像を生成し、撮影者が選択する手間はそれほど大きくない。したがってこの方法によっても、容易に最適な変換画像を得ることができる。
本発明の口腔内カメラでは、手ぶれやピンボケの問題を回避するため、図2で示す操作スイッチ207が押された瞬間に静止画像を記録するのではなく、操作スイッチ207が押されてから離されるまでの間に取得された複数の画像動画を構成する各画像の中から最良の画像を選択する方式を採用している。この具体的な処理手順を示したものが図6である。
図6に示す処理手順を参照すると、本発明の口腔内カメラとこれを使用するためのソフトウエアが起動され、動画の表示(601)を実行している状態において、使用者が撮影スイッチを押す(602)と、そのタイミング以降に取得される各画像のストック(603)処理を継続していく。これらストックされた画像群の中から後述する最良画像を選択する処理は、撮影スイッチを押している間にも実行され、暫定最良画像の表示(604)が実行される。当然ながら暫定最終画像よりもさらに良好な評価をされる画像が得られた段階では、表示される暫定最終画像も更新される。したがって、使用者は記録用として納得できる画像が表示されるまで撮影スイッチを押し続ければよい。
撮影スイッチを離す(605)ことにより撮影を終了すると、各画像のストック(603)も終了し、撮影スイッチを押していた間にストックされた画像群における最良画像の選択と表示(606)を自動的に行う。実際には暫定最良画像の更新を常に行っているため、撮影スイッチを離したタイミングでの暫定最良画像がそのまま最良画像となる場合が多いが、撮影スイッチを離してから最良画像の選択処理を行う方法に比べると、最良画像が確定するまでの時間は大幅に短縮されている。この最良画像は自動的に記録保存してもよいが、使用者が撮影スイッチを短く押すことで記録保存が実行されるか、あるいは記録スイッチを別に設けて記録保存が実行されるようにしてもよい。この場合、撮影スイッチが一定時間以上押されることにより、再び撮影動作を開始し、画像を撮り直すことができるとよい。記録保存の際には、使用者に画像データファイル名を入力させ、それを利用して最良画像の記録保存(607)が実行されるようになっていることも好ましい。
なお、最良画像の選択と表示(606)を実行するにおいて、どのような判定基準およびアルゴリズムを用いて最良の画像を決定するかということも重要な課題である。撮影スイッチを押している間の画像の中から選択する方式の第一の目的は、手ぶれの影響を極力排除することにあるため、最良画像の判定基準も基本的には手ぶれの影響が最も少ない画像ということになる。これに次いで、焦点が合っていない、いわゆるピンボケ画像になっていないということも判定基準となる。手ぶれの影響を受けた画像やピンボケ画像の特徴は、画像内の境界線が鮮明でないことである。したがって、極力境界線がシャープである画像を選択できればよい。
境界線がシャープである画像を選択するためには、一般的な画像処理でもよく利用されるエッジ検出アルゴリズムを利用すればよい。ただしエッジ検出の場合、歯茎に光が反射してできる光沢でもエッジとみなす傾向があり、歯茎に焦点が合った画像を選択してしまうことは十分にありうる。したがって、光沢のように一定値以上に輝度が大きい部位については、エッジとみなさないような処理も必要である。また、隣接画素間の輝度差の2乗和を評価値として、最大となるものを最良画像としてもよい。単純に輝度差の絶対値の和をとるだけでは、ピンボケ画像のようにある範囲の輝度の変化が緩やかになるだけで全体としての変化は焦点の合う画像と差がない場合でも、2乗和の方では局所的な変化の大きさが顕著に反映されるからである。
本発明の口腔内撮影システムのより具体的な構成例を図7に示した。
図7において、700は、撮影用プローブであって、把持部702の撮影ユニット702Aと着脱自在に接続する反射部701よりなる。撮影ユニット702Aは、照明部及び撮影部の組み合わせで形成されている。
反射部701には、反射鏡701kが所定の角度で配置されている。撮影ユニット702Aは、連続的に画像を撮り込み、パーソナルコンピュータ等の画像処理システムへと画像データを転送する。撮り込み速度としては、動画表示としても違和感のない毎秒15~30枚の画像データを取得および転送できる必要がある。
702Sは、撮影開始用のシャッターボタンであり、プッシュスイッチ、スライドスイッチ等で形成されており、把持部702を把持した手の指で操作できる位置に形成されている。シャッターボタン702Sは、押す指等、押圧状態が解除されると、戻り、静止画像形成動作が停止するような構成が好ましいが、場合によっては、押した状態が維持され、再度押すと元に戻るような構成であっても良い。
なお、スイッチの状態によって撮影ユニット内で画像データの取得動作を切り替えても良いが、本発明のシステムでは、撮影ユニットの小型軽量化のため、撮影ユニット側では複雑な判定処理は行わない構成としている。したがって、各スイッチおよびセンサの状態情報も画像データと共に画像処理システムへと転送する方式とし、画像データは常に動画データと同等の速度で転送し続けるものとする。
703は、電気信号用ケーブルであり、USBのような汎用性の着脱可能なケーブルの他、着脱せずに、そのまま組込も固定されているものであっても良い。
704以降は画像処理システム側の構成となる。704は、画像データ形成手段であり、撮影開始用のシャッターボタン702Sが押されたタイミングで、静止画を画像データとして出力する手段である。前述の通り、画像データは常に動画として表示するのに十分な速度で転送され続けているが、画像データと共に転送されるスイッチの状態情報に応じて動画表示、静止画表示等を切り替える。
705は、画像データ記憶手段であり、前記静止画を経時的に一時的に記憶していくメモリで構成されている。
706は、画素データ読出手段であり、画像データ記憶手段705から静止画を読み出して、個々の静止画ごとに、その一部又は全部の画素データの主に輝度値を検出し、一時的に記憶するのである。
707は、輝度値差分二乗手段であり、前に読み出した画素データの輝度値と、後に読み出した画素データの輝度値との差分値を二乗した値を出力するものである。
708は、積算手段であり、輝度値差分二乗値を積算していく手段である。また、709は、積算データ記憶手段であり、この積算値を静止画毎に記憶していく記憶手段である。
710は、積算データ比較判定手段であり、前記積算データ記憶手段709で記憶された静止画ごとの積算データの値を比較し、最大値となる静止画を判定する手段である。
711は、最適画像データ決定手段であり、積算データ比較判定手段710で最大値となる静止画の判定に基づいて、画像データ記憶手段705から、対応する画像データを決定し、図1のディスプレイ104に出力するか、一時的に記憶する為に出力端712に出力する。なお、705~711の処理は撮影用のスイッチを押している間は継続的に実行されるため、ディスプレイ等への表示も同時に行われる。すなわち、撮影操作中に一時的に最適となった画像の表示が行われ、その後にさらに評価値の高い画像が取得されれば、表示画像もその画像へと更新される。これにより、撮影者は満足できる画像が得られるまで撮影スイッチを押しながら、撮影ユニットの角度や位置を微調整すればよく、直感的に使用しやすいシステムとなるのである。
図7で示す実施例の動作は、測定しようとする口腔内にプローブ700の反射部701を挿入し、反射部701の反射鏡701kを測定対象となる歯牙SGに近づける。反射鏡701kは、シャッターボタン702Sが押されるまでは、図1のディスプレイ104に撮影ユニット702Aの撮影動画像を表示しており、使用者は、このディスプレイ104を見ながら、測定対象となる部位例えば歯列SGに近づけて、位置を調整する。
最適と思われる位置に反射鏡701kが配置できたと思えるタイミングでシャッターボタン702Sを押す。
このシャッターボタン702Sが押されたタイミングで、画像データ形成手段704は、一定時間間隔で、自動的に静止画を画像データ記憶手段705に出力し、記憶する。
画素データ読出手段706は、画像データ記憶手段705で記憶された画像毎に全部又は、主要な一部の画素データから輝度値を算出して輝度値差分二乗手段707に出力し、輝度値差分二乗手段707は、これを時系列的に一時的に記憶すると共に前の画素データの輝度値と後の画素データに輝度値から差分二乗値を算出し、積算手段708に出力する。
積算手段708は、画像毎に差分二乗値を積算していき、積算データ記憶手段709に出力する。
積算データ記憶手段709で記憶された画像毎の積算データを積算データ比較判定手段710に出力し、画像毎の積算データを比較し、その最大値に対応する画像データを判定する。
最適画像データ決定手段711は、積算データ比較判定手段710で、判定された画像を画像データ記憶手段705から読み出して、出力端712に出力し、状況に応じて図1で示したディスプレイ104に表示する。
図7で示すブロック図からなる口腔内の最適画像判定手段は、コンピュータを用いるのであれば、ソフトウエアによる処理、ハードウエアであれば、ゲートアレイ等のカスタム、セミカスタムな電気回路で構成されてもよい。
以上のようなアルゴリズムにより、手ぶれやピンボケによる影響が最小となっている最良画像を選択することができる。使用者は撮影スイッチを1回押して離すのみの直感的な操作で最良の画像を得ることができ、しかもこのようなスイッチ操作の間にカメラの位置あるいは角度を調整することによって画像の選択肢を簡単に増やすことができ、より最適な画像を得やすくなる。ハードウエアとしてオートフォーカス機構を搭載せずとも、簡便な操作によって焦点の合った画像を得るためのセミオートフォーカス機能が実現されるのである。
以上をまとめると、最良の画像を得るために本発明の口腔内カメラが有する特徴は次のように表現することができる。
第一の特徴として、撮影スイッチが押されている間、一定時間間隔で画像をストックしていく機能を有する口腔内カメラまたは画像処理システムである。
第二の特徴として、ストックされた画像群からその時点での暫定最良画像を自動的に選択し、表示する機能を有する口腔内カメラまたは画像処理システムである。
第三の特徴として、撮影スイッチが離された後に、前記暫定最良画像も含めて最終的な最良画像を決定し、表示する機能を有する口腔内カメラまたは画像処理システムである。
第四の特徴として、最良の画像とは、焦点が最も合っている画像であることを特徴とする口腔内カメラまたは画像処理システムである。
なお、一般的に口腔内カメラの画像データの画素数としては、30万~130万画素の範囲となっている。コンピュータのディスプレイに表示する画像としては、30万画素程度の情報があれば十分であること、130万画素を超える画素数になると、現状のUSB2.0規格では毎秒15枚程度の画像データを転送することが難しく、動画として滑らかな表示ができないこと、の2点がその主な理由となっている。しかしながら、実際の歯科医師の立場からは、情報としてはより多くの画素数を有する画像データとして記録保存しておきたいという事情がある。患者への説明ではおおよその表示がされれば十分であるが、後から詳細に患部を確認する際には画像を拡大して見る必要があることも多く、拡大時にはこの程度の画素数では情報が不足するためである。したがって、口腔内カメラはあくまでも患者への説明用として用途を特化している歯科医師も少なくない。
本発明の口腔内カメラは、記録画素数として190万画素以上を有している。既に述べたように現状のUSB2.0規格では、カメラからコンピュータに画像データを送信する際に、190万画素以上の画像データは毎秒5~6枚分しか転送することができない。しかしながら将来的にはUSB規格もさらに進化し、この程度の画像を毎秒15枚以上転送できるようになることはほぼ確実であるため、性能としては現時点で有していることが好ましい。また、患者説明用には30万画素程度の表示でも十分であるとの意見が多いため、カメラとしては最大190万画素以上のデータを処理することができるが、動画情報の表示は30万画素程度の転送で行い、撮影スイッチが押されている間は190万画素以上の記録モードに切り替える機能を有していれば、患者説明用の滑らかな動画表示と、記録保存用の高画素の画像取得を両立させることができる。したがって本発明の口腔内カメラでは、動画表示時の画像データサイズと、撮影スイッチが押されている間の記録用画像データサイズを切り替えることを特徴としておく。なお、それぞれの動作状態において、画素数の設定は使用者ができるようにしておくことが好ましい。
また、患部を詳細に確認するため、画像を拡大表示して見ることがあるという説明を行ったが、場合によっては患者にもその場で拡大表示を見せられる方が効果が大きいことも少なくない。したがって本発明の口腔内カメラでは、動画および/または静止画の表示状態において、中心部の拡大画像をディスプレイに表示する機能を有することを特徴とする。中心部の拡大表示率は200%、400%程度があればよく、撮影スイッチあるいはその他のスイッチを押すことにより簡単に拡大表示率を切り替えられるようになっていることが望ましい。最初から拡大表示がなされていると、患者にとってはどの部位かわかりにくくなるためである。
また、本発明の口腔内カメラでは画像の記録保存用としても使用できるように高画素対応させることを既に述べたが、画素数だけでは記録保存用としては不十分な面もある。すなわち、口腔内カメラでは患者説明用が主な用途であるため、特定の歯あるいは患部を大きく撮影できるような画角(70度以下)のレンズが用いられているのが一般的であるが、記録保存用としては症状のある部位だけではなく、症状のない部位も一緒に撮影される必要があるということである。その中でもとくに難しいのは歯の咬合面の撮影であり、理想的には上下それぞれ16本の歯が全て写っているような写真を得ることであるが、口腔内ではカメラと歯との距離を20~30mm程度しか確保できないため、画角としては100度~140度程度が必要とされるのである。このような画角のレンズを、口腔内カメラのサイズに納めるように作製することは非常に難しい。
一般的には、咬合面の撮影は、患者の口腔内に口腔鏡を挿入して、口腔鏡に映った咬合面を口腔外からカメラで撮影する方法が採用されている。口腔外から撮影を行えば、口腔内カメラのように小型化されたカメラである必要はないからである。しかしながらこの方法では、患者の頬を押し広げて口腔内に幅の広い口腔鏡を挿入しなければならないため、患者にとっては苦痛を伴う作業となる。とくに女性の患者にとっては、精神的にも辛い作業である。そこで本発明の口腔内カメラでは、曲面ミラーを用いて狭い範囲(ミラー面)に広範囲の像を映し、これをカメラで撮影した上で画像変換処理を行うことにより、咬合面などの広視野画像を得る方式を採用していることを既に述べた。広角レンズを用いないのは、前述の通り限られたサイズにレンズを収めることが難しいだけでなく、像の歪みも大きくなるため、接写拡大画像の画質も低下してしまう問題があることにもよる。広角画像と接写拡大画像は光学的にかなり性質の異なるものであるため、交換が容易なミラー撮影方式にしてそれぞれ撮り分けるのが最善の方法となる。
咬合面など広域を撮影する場合のもう一つの工夫としては、画像合成が考えられる。すなわち、咬合面の部分的な画像を複数回にわたって撮影すれば、これらの複数の画像をソフトウエアで合成し、咬合面全体の画像を作成する機能を有するということである。離散的に撮影された画像を繋ぎ合わせるためには、隣接する画像の中に共通する部位が映っている必要があるなど、撮影時に注意が必要であるが、撮影した画像の中心の歯が何番であるかといった情報を入力することで補うことも可能であり、少なくともこのような機能を有していれば、口腔鏡を使用せずに咬合面の画像を得ることができ、患者と使用者双方の負担が著しく減少する。
また、本発明で用いる撮影ユニットも含め、一般的な口腔内カメラが動画データを取得する機能を有していることから、意識的に共通する部位が映るように撮影を行わずに済む方式も実現できる。すなわち、動画撮影状態において撮影者が咬合面や正面、側面などの歯列をなぞるように撮影ユニットを動かせば、毎秒15~30枚という速度で連続する画像群を容易に得ることができるので、よほど高速に撮影ユニットを動かさない限り、これらの画像群はわずかずつ撮影部位が連続的に変位している像を有していることになる。したがって前後の画像とは共通部分が大きく、画像を合成することはそれほど難しくはない。
また、既に課題として挙げたように、口腔内カメラの使用時にはカメラを持つ手とミラーを使用する手が必要となることから、情報入力が難しいという問題がある。一般的にコンピュータへの情報入力機器として使用されるマウスおよびキーボードは、ツール類の非常に多いチェアサイドに置かれることが難しい。また、患者の口腔内に接触した手で操作するとなると、衛生管理も難しくなる。情報入力の問題を解決する方法の一つとして、本発明の口腔内カメラでは、撮影スイッチとは別にサブスイッチを用意する他、画像を用いた情報入力機能を有する。すなわち、口腔内カメラで数字および文字、特定色および/または特定形状のコード情報等を撮影した場合、画像を解析してこれらの情報を認識し、システムに入力する機能を有する。
具体的には、患者名あるいはカルテ番号等の識別番号を撮影すれば、現在その情報に該当する患者の撮影を行っていることを認識し、自動的に患者のカルテ情報などを表示するとともに、撮影された画像は当該患者のものであると認識する。また、情報表示や写真撮影といったプログラムの動作モードも、特定色および/または特定形状のコードやアイコン等を撮影することで実行できることが望ましい。さらに、写真撮影モードにおいて、写真撮影実行の前あるいは後に、歯式などの番号情報を撮影した場合には、撮影された写真データファイルに該当する番号を付与して記録保存する。なお、画像から情報を認識するための解析機能は、口腔内カメラ内部ではなく、情報を受け取るコンピュータ側のソフトウエアに有していてもよい。以上のような機能により、マウスやキーボード等を使用せずとも、口腔内カメラのみで必要な情報入力を行うことができるようになる。
また、同様に情報入力の問題を解決する方法として、口腔内カメラにマイクを内蔵し、音声情報によって撮影動作および/または情報入力操作が実行できる機能を有していてもよい。
なお、歯科医療で患者口腔をカメラで撮影する場合、単に情報として記録するだけではなく、より高度な情報活用が行われる場合もある。その例として、患者歯牙表面のシェードパターン撮影が挙げられる。最近の歯科医療では、単に患者の歯牙を治療するのみならず、その審美性も重要視する傾向が高まっている。すなわち、治療された歯牙であっても天然歯と見分けがつかないような自然な色合いが求められているのである。人口歯への着色作業は主に歯科技工士によって行われるが、患者を治療する歯科医院に歯科技工士がいない場合、患者の歯牙表面の写真を歯科技工士に送信して着色作業を依頼することになる。この場合、人口歯の審美性の質は、歯科技工士の技量以上に天然歯の写真が適切な条件で撮影されたかどうかに依存する傾向が強くなる。当然ながら写真の色合いには周囲の照明条件やカメラの性質が大きく影響するため、できるだけこれらを一定にした条件で撮影が行われることが好ましい。
口腔内カメラ用照明
本発明の口腔内カメラを利用して、天然歯の色合いまで管理できる条件で撮影を行うためには、周囲の光を遮断して、口腔内カメラに内蔵された光源のみで撮影が行われることが必要条件となる。さらに、LEDのような点光源を直接歯牙に照明すると、例え光拡散体を利用したとしても、撮影対象までの距離が短いため均一な照明を行うことは難しい。したがって、口腔内カメラの光源を利用しつつも、歯牙に対しては間接的な照明を行うことが望ましい。図8は、この例を示したものである。
なお、歯牙表面のシェードパターンを撮影するために間接的な照明を利用する方法は、とくに口腔内カメラでなくとも一般のデジタルカメラやフィルムカメラを用いる撮影においても有効である。一般的なカメラ用のシェードパターン撮影照明器は、まず一般的なカメラのレンズのレンズマウント801に対して接続できる構造が必要であるが、各種レンズマウント用にレンズアダプタ802が販売されているため、これを接続に利用する。さらにレンズアダプタ802にドーム構造体803を接続する。これらはカメラに応じて変更できるようにねじ等で連結されていてもよいし、最初から一体化して形成されていてもよい。ドーム構造体は円弧あるいは放物線状の断面をもっており、撮影対象となる歯を覆って外光を遮断するとともに、光源からの光を均一に照明する役割も担っている。
さらにドーム構造体の下部(撮影対象側の縁)に光源基板804が接続される。光源基板804はドーナツ状の形状をしており、中心の開口部に撮影対象物である歯牙が入るようにして撮影を行う。光源基板上には白色LEDが4~20個程度配置される。さらに光源基板に電池等の電源を配置できない場合は、電力を供給するための電源ケーブル806が接続される。この電源ケーブルはACアダプターやバッテリーに接続して使用される。カメラに接続する機器に長いケーブルが接続されていると使用しにくいことから、望ましくは、電源ケーブルはバッテリーに接続され、さらにバッテリーはカメラの三脚ねじ穴などに固定されることで、安定した姿勢で使用できる方がよい。バッテリーをドーム構造体の外部に直接固定できる場合は、電源ケーブル806は不要である。白色LED805から放出された光は、ドーム構造体803の内面に反射された後、開口部808に向かい、撮影対象(図示せず)を照明する。光源基板804には開口部808の周辺を覆う筒状の遮光体807も接続されており、白色LED805からの光が撮影対象に直接照射されないようになっている。ドーム構造体803の内面は白色あるいは無彩色に塗られており、光源からの光を拡散させて均一に照明できるようになっている。なお、歯のように表面に光沢のある物体を撮影する場合、カメラレンズの色が撮影対象の表面に写り込む傾向があるため、ドーム構造体803の内面色もカメラレンズの色に近いものにする方が、より美しく撮影できる。カメラレンズは黒色のものも多いため、ドーム構造体の内面色は黒色にすることが好ましい場合もある。
尚、光学基板804には、遮光体807より更に対向する縁部方向へ延びた部分809を形成し、この部分の撮影用カメラレンズマウント801方向に、RGB、CMYK等の標準データが貼り付けてもよい。これは任意であるが、撮影画像の基準色とのずれを補完校正する場合に役立つ場合がある。
以上の一般カメラ用のシェードパターン撮影器の特徴をまとめると次のようになる。
一般的なカメラレンズのレンズマウントに接続できる筒状構造と、当該筒状構造に接続された円弧あるいは放物線状の断面を有するドーム構造体と、当該ドーム構造体の撮影対象側に接続された中心部に開口部をもつ白色光源基板を有し、白色光源からの光が前記ドーム構造体の内面に反射された後に白色光源基板の開口部から放出され、撮影対象物に照射される構造となっている歯牙表面撮影用照明器。
ドーム構造体の内面の色が、白色または黒色、あるいはその他の無彩色である歯牙表面撮影用照明器。
図9および図10は、本発明の図2等で示した実施例の全体形状の一例を示す図である。図9(A)は、平面図、図9(B)は、右側面図であり、右側面図と図9(D)の左側面図は、同じ形状である。図9(C)は、底面図である。また、図10は、斜視図である。図9及び図10で示す形状は、本発明の好適な一実施態様となり得る。
これらの図面において、把持部201は、持ちやすいように細長い棒状で形成され、後端には、USBケーブル、その他の外部モニタとの接続のための電気リード線204が接続する。ミラー部202は、平面鏡、凸面鏡等の鏡面部203を所定の角度で配置したものである。操作スイッチ207は、電源のオンオフ、倍率の変更等の指示を、押圧方式、スライド方式、タッチパネル方式などで形成する。操作スイッチは必要に応じて複数配置され、主に撮影および選択の決定に用いるメインスイッチと、主に状態および選択肢の切り替えに用いるサブスイッチといった組み合わせで利用される。なお、各部材の詳細は、すでに説明したところであるので、ここでの説明を省略する。
また、本発明では、先端に発光素子をカメラの周囲に配置した撮影ユニットを内装し、把持部周辺で指先で操作可能な部位にスイッチ類を設けた把持用筐体と、先端に所定の角度で配置した反射鏡と、後端に、把持用筐体と装着可能な中空の円筒部を設けたミラー部を備えた口腔内撮影ユニットと撮影ユニットで撮影された画像を表示し、操作者の視界に入る位置に配置された表示部からなる口腔内撮影システムであって、好ましくは表示部の表示メニューなどの選択をスイッチ類で行うことを可能とする組み合わせ構成とし、指先で操作できるスイッチ類の操作が、表示手段内の選択メニューの選択と確定の為の操作を可能とする構成を例示することができる。
即ち、本発明における口腔内カメラユニットとスイッチ類の組み合わせとグラフィカルに形成された表示画面に対する選択、決定などの仕組み、いわゆるGUI(グラフィカルユーザインターフェース)として使用される構成が好ましく、表示部を見ながら、表示部のサポートに基づいた治療を行うことができる。
次いで、本発明の実施形態を詳細に説明するけれども、この構成は、図1を参照しながら先に説明した構成に基本的に同一であるので、ここにおいて繰り返し説明することを省略する。
また、本発明は、図1を参照しながら先に説明した構成に加えて、図11で示すような、携帯表示を行うモニタ、モバイルパソコン、PDA(Personal Digital Assistant)タイプの表示部材との組み合わせであっても良い。すなわち、図11で示すように、本発明は、照明部材とカメラを一体化し、好ましくは中心にカメラを配置し、その周囲に360度の範囲で、反射鏡及び反射鏡を介した口腔内組織に十分な照明光を照射できる位置に照明部材を複数個配置した構成(好ましくは、カメラの周囲90度づつ4個のLEDを配置する構成)を有する撮影ユニット101bを把持用筐体101の先端に配置し、当該撮影ユニットを内挿可能で、先端には、所定の角度をもって配置された反射部材101aを配置したミラー部101cとを組み合わせた口腔内撮影ユニットと、把持用筐体101の後端に接続する画像を外部へ出力するためのケーブル107と、携帯型の表示ディスプレイを備えた、小型コンピュータであって、好ましくはタッチスイッチタイプのような画面接触によるスイッチ操作が可能な表示体(本発明では、「ディスプレ」とも呼ぶことができる)108との組み合わせが例示される。
把持用筐体101の指で操作可能な部位には、複数のボタン状、ダイヤル状、タッチパネル形式の、スイッチ類101dおよび101eが配置され、これを指で押すことで、例えば、スイッチ類101dが、動画撮影、静止画撮影の切り替え、スイッチ類101eが、表示体108上に表示されるソフトウエアスイッチと連動し、押す毎に、選択されるスイッチの位置がかわり、この動作で、スイッチ類101dを押すことで、画面上のスイッチが確定実行するもの等が例示される。
当該スイッチ類101dと101eは、コンピュータに接続されるキーボードやマウスコンピュータのスイッチと同じ機能を備えても良い場合がある。
また反射鏡を使った口腔内カメラであって、照明光が均一に照射する構成を持つものは、カメラを直接口腔内に挿入する構成とは異なり、奥歯の見えない部分を鮮明に表示することを可能とすることから、目視困難な奥歯の虫歯治療、抜歯治療や、隙間が狭い部分の治療においても、表示体108を見ながら、片手で、撮影ユニットを持ち、スイッチ類101dおよび101eを操作しながら、もう一方の手での治療を可能とするものである。
当該表示体108は、例えば、治療台、治療用イスなどに装着可能であって、歯科診療時に首を回す程度で十分に、観察可能な位置に容易に取り付けられるものである。
表示体108は、汎用的で良く、接続するケーブルもUSBケーブル等で良い。
本発明では、これらのスイッチ類の操作を片手の指で行う。これらスイッチ類の操作が、表示手段の操作と、表示手段の操作を介した撮影ユニットの操作を可能とすることから、奥歯10Hの見えない部分や、その他目視困難な部位の治療であっても、表示部を見ながらの操作を可能とする。
例えば、奥歯の虫歯治療、抜歯、親知らず治療、抜歯、奥歯の歯周治療、インプラント治療、等、今まで、カメラでは撮影困難な部位の撮影を可能とし、その結果、治療部位の画像表示を治療と連動させることができる。
尚、図1(A)で示したディスプレイ104も、口腔内カメラを使用して口腔内を観察し、治療と連動する場合、使用者の作業時に容易に視界に入る位置にある状態に位置することが好ましい。又、ディスプレイ104及び表示体108は、タッチスイッチ方式として触れるだけで、スイッチ機能が実現できることが好ましい。
本発明の一実施形態の一部である口腔内カメラユニット部分は、図2を参照して先に説明した通りである。把持用筐体201は、プラスチック材、金属材等で形成され、持ちやすいように細長い棒状で形成される。把持用筐体201の後端には、USBケーブル、その他の外部モニタとの接続のための電気リード線204が接続される。
平面鏡、凸面鏡等の鏡面部203を所定の角度(レンズ面に対し40~50度)で配置したミラー部202は、口腔内に挿入される部位である。ミラー部202の先端には反射鏡が形成され、後端には、撮影ユニットが着脱自在に装着される円筒状の装着部208が形成される。
操作スイッチ類207(図では2個のスイッチが示されているので、207a及び207bと呼ぶ)は、押圧、回転、回転と押圧の連動等で、電源のオンオフ、倍率の変更等の指示を、押圧方式、スライド方式、タッチパネル方式などで行うことができる。操作スイッチは必要に応じて複数配置され、主に図1で示すディスプレイ104、表示体108の表示を操作するキーボード、マウスのスイッチのように連動して操作する機能を持つものであるが、その他、撮影および選択の決定に用いるメインスイッチと、主に状態および選択肢の切り替えに用いるサブスイッチといった組み合わせで利用されてもよい。
図12で示す2K2は、中心にカメラを配置し、その周辺に照明部を1乃至複数配置した撮影ユニットである。撮影ユニット2K2は、反射鏡203方向に向いて、焦点があうような距離2K1で固定されている。
従って、反射鏡から口腔内組織の距離にかかわらず、反射された像を鮮明に撮影できることから、反射鏡が、口腔内組織に近接しても、光路が確保されている限り、鮮明な画像が撮影できる。又、光路が舌等で一部遮られたとしても、照明部がカメラ周辺に一様に配置されているため、反射鏡面画像の一部であるが、明るい鮮明な画像として得られる。
また、口腔内カメラユニットは、そのユニットの側面を示す図12を参照してその構成をさらに説明すると、口腔内の余分な唾液、治療時に行う注水、治療時に出る歯、補綴物の残渣を回収する吸引部を併せて備えたものである。図中、2B1が吸引口であり、可撓性の導管2B3の先端部に存在する。吸引口2B1の位置は一例であり、例えば2B2の様な配置も可能である。導管2B3は、外部の吸引装置と接続している。
吸引口2B1の位置は、撮影画像の底辺部分に相当する為、図1で示すディスプレイ104又は図11で示す表示体108の画像を見ながら、カメラユニットを動かして治療残渣、唾液、余剰水を吸引操作可能とする点で、好ましい場合もある。吸引口2B1は、カメラ面から多少突出させても良い場合もある。吸引口2B1の大きさ、形状は、吸引する対象によって選択され、例えば、円状、細長い楕円状、長方形状であって、反射鏡周縁部に沿った形状などが示される。
導管2B3は、ミラー部202及び把持用筐体201の側面を這うように装着されたり、ミラー部202、把持用筐体201の内部又は外部に一体的に配置したりしてもよい。
尚、ミラー部202は、主に口腔内へ挿入されるミラー部202を交換するため、把持用筐体201と着脱可能に形成される為、導管も、途中、着脱を目的とするコネクタ等の接続体2B4を設けて、ミラー部202を交換する際、一緒に導管2B3を接続体2B4の位置で分離する構成であってもよい。
尚、接続体2B4、及びその機能、形状、配置位置等は、いずれも任意であり、無い場合もある。
当該吸引口2B1からの吸引動作は、図1で示すディスプレイ104又は図11で示す表示体108の画面上の表示によって、開始、停止、及び出力の強弱を行う態様が好ましく、スイッチ類207a、207bを押圧、摺動、回動させることで、例えば、当該画面の表示には、吸引開始、停止、強弱調整ボタン表示がされたツールバーのような選択表示がされ、スイッチ類207aを押すか回すと、例えばボタン表示の色がその他と異なる色となっていた吸引開始から、次の停止ボタンへと移動する。目的とするボタンの色が異なる色に変わったタイミングで、スイッチ類207bを押すと確定し、例えば、ボタンの色がその他と異なるボタンが吸引開始の場合は、確定すると吸引を開始するような動作を行うものであってもよい。尚、図12の吸引構成は、一例であり、具体的構成、動作は、適宜調整されるものである。
図12で示す口腔内カメラの内部構成を模式的に示すと、先に参照して説明した図2(C)の通りである。
ミラー部202について拡大した図を示すと、先に参照して説明した図3の通りである。すなわち、再び図3を参照して説明すると、反射鏡305は、硬質性プラスチック材で形成されたミラー支持部303の先端に所定の角度を持って形成されている。装着部304は、ミラー支持部303の後端に円筒状、楕円筒状に形成され、装着部304から、反射鏡305までは、開放されており、又、装着部304から反射鏡305が支持された部位まで、流線形状をしており、口腔内に刺激を与えない形状となっている。306は、把持用筐体であり、307は、撮影ユニットである。これは、図2のレンズ205およびカメラ部206と同じものである。その他の構成部材については、図3を参照した先の説明を参照されたい。
図13は、本発明の他の実施形態を示す図である。
図13(A)において、把持用筐体2301は、その先端において、カメラを中心にしてその周囲に光源を配置した撮影ユニット2301aが配置されている。
把持用筐体2301は、押圧、スライド、回転と押圧の兼用、タッチパネル状のスイッチ類2301bと2301cが形成されている。スイッチ類の数は、例示であって、3個以上が形成されても良い。
ミラー支持部2302は、その先端に反射鏡2303を45度の角度で備えており、後端は中空状の円筒体で形成されている。
把持用筐体2301の先端にミラー支持部2302が着脱自在に装着されると、撮影ユニット2301aの照明が、反射鏡2303に反射して口腔内を照らし、照らされた口腔内を反射鏡2303を介して撮影ユニット2301aが動画、静止画状態でカメラ画像として取り込む構成を示している。2301dは、USBケーブル等の汎用又は専用の電気リード線であり、外部信号処理部、表示部と接続するためのものである。
2304以降のブロック図は、画像処理用コンピュータ等でソフトウエア的に又はハードウエア的に形成された信号処理部である。
入力手段2304は、画像データを動画データ、又は静止画データの電気信号として入力するものである。又、撮影対象が、反射鏡のみの場合は、反射鏡画像のみの輪郭領域を抽出する操作をこれで行う場合もある。
歪み補正手段2305は、反射鏡が所定の角度を備えて、口腔内を撮影するための歪みを補正する手段である。これは例えば、予め基準図形を撮影した際の、歪み度を計測し、これを係数化して画像データを演算処理することが示される。
撮影距離設定手段2306は、例えば図13(A)で示す撮影距離a(歯牙表面から、反射鏡先端までの距離)の値を例えば予め設定する手段である。これは、a=0mm、3mm、・・・と設定し、コンピュータモニター上で、使用者が目安として選択指定する。この場合スイッチ類2301b、2301cを指先でディスプレイ104又は表示体108を見ながら表示された、複数のa値のボタン表示を押圧、摺動、引く、回す等して移動指定し、他のスイッチ類を操作する等してa値を確定することが例示される。
グリッド形成手段2307は、距離aの値又は、任意の値に基づいて図13(B)で示す格子状のグリッド表示2312aを形成するものである。グリッド表示2312aは、相対的間隔、大きさ、垂直性、平行性を表示する場合は、撮影画像2312bに対して任意に設定してもよい。又、前記撮影距離設定手段2306で、撮影距離aの値に基づいて、実際の口腔面での距離における間隔をもったグリッド表示を行っても良い。
その際、底辺部位を示す2312cが、反射鏡先端部の位置となることが好ましい。このグリッド表示は、反射鏡2303の反射面、即ち円形状に限っても良い場合もある。
重ね合わせ手段2308は、歪み補正手段2305から出力された反射鏡映像と、グリッド形成手段2307が出力するグリッド線図を、透過的に重ね合わせて(透過とは図のように両方の図が表示される状態)ディスプレイ上に表示するための部分である。重ね合わせの手法は、汎用グラフィックソフトウエアによる、マウスを用いた重ね合わせ手法の他、マウスを用いず、スイッチ類2301b、2301cの操作により、選択操作、重ね合わせ操作、を行うことが好ましい場合もある。
表示手段2309は、デスクトップ状、ノートブック状のパソコンのモニターディスプレイ、PDA、携帯電話等の表示画面が例示される。
歪み付加手段2310は、グリッド形成手段2307で形成されたグリッド表示に、実際反射鏡で反射された画面表示の歪みを付加してゆがんだグリッドを形成して表示する手段である。
歪み付加手段2310は、例えば撮影ユニットが動画モードで撮影を行う際、歪み補正手段2305を用いる場合の計算時間増加による遅延時間を解消して動画モードでグリッド表示を行う場合に好適な場合がある。これは、片手に撮影ユニットを持ち、他の片手に治療具を持ち、表示手段2309を見ながら、例えば奥歯など、従来でも処置が困難な部位の処置に好適となる。
図13(B)は、撮影ユニット2301aによって撮影された画像データをコンピュータディスプレイ上に表示した表示画面2312の一例である。図13(C)は、撮影ユニット2301aで撮影した画像に歪み補正を施さないでそのままとし、グリッド線に歪みを付加した状態で重ね合わせた状態を示す図である。
2311dは、グリッドに実際の距離値を与えた場合の単位データであり、縦の単位をk、横の単位をlで示してある。尚、図13で示すブロック図は、電気回路の組み合わせでも実現可能であるが、図1および図11で示すようにコンピュータ処理を使用している点で、ソフトウエアによる実現が好適である。図14で示すブロック図も同様である。
次に、図13で示した実施形態の動作を説明する。
把持用筐体2301を持ち、ミラー支持部2302の先端部の反射鏡2303を観察・治療用歯23Hに23Aで示す所定の距離aを持って配置する。撮影ユニット2302aの例えば図3で示す4個の発光素子からなる照明部309は、反射鏡2303へ向かって発光し、例えば90度の角度で反射して観察・治療用歯23Hを照明する。
撮影ユニット2302aの撮影部308(図3を参照)は、この照明された観察・治療用歯23Hの画像を動画、又は静止画で画像信号としてUSBケーブル等の電気リード線2301dを介して入力手段2304に入力される。本デバイスを操作する者は、撮影距離設定手段2306で、反射鏡2303と、観察・治療用歯23Hとの距離を設定してその値aを、選択入力する。この選択入力は、予め表示手段2309の画面上に、aの距離、0mm、2mm、5mmのボタンをツールバー状に表示し、例えば、スイッチ類2301cを押すか、摺動させるか、回すかして、ボタンの色表示を移動させ、次にスイッチ類2301bを押す等して、色の異なるボタンを確定させ、その距離を決定入力するようなGUI的な指定入力をしてもよい。
入力手段2304に入力された画像は、歪み補正手段2305で、歪み補正がされ、重ね合わせ手段2308へ入力される。撮影距離設定手段2306で、撮影距離が設定された場合、その信号は、グリッド形成手段2307へ入力され、図13(C)で示す単位格子線図を示す2311dの単位距離、kとlの距離が設定され、その距離に基づいたグリッド表示2312aが重ね合わせ手段2308へ出力される。
重ね合わせ手段2308は、入力された歪み補正後の反射鏡による撮影画像2312bと、グリッド表示2312aを重ね合わせた重ね合わせデータを形成して表示手段2309で表示するものである。この状態を図13(C)で示した。
又、動画表示をする際、グリッド形成手段2307で、形成されたグリッド表示を歪み付加手段2310で、反射鏡2303で反射した画像に対応する形で、歪みを付加して、又、入力手段2304で出力した反射鏡画像を歪み補正手段2305で歪み補正をせず、そのまま重ね合わせ手段2308に入力し、重ね合わせ手段2308で、歪み補正をしない反射鏡画像と歪み付加手段2310で歪ませたグリッド表示を重ね合わせ、表示手段2309で表示させてもよい。この状態を図13(C)で示した。
コンピュータモニター上に写されたウィンドウ状の表示2311内に、歪んだグリッド2311aと、反射鏡画像2311bが重ね合わされて表示されている。
2311cの部分が、反射鏡2303の先端部となり、距離の基準となる部分である。
2311dは、距離aに基づいて設定されたグリッド表示のスケール表示となる。2311dは、相対的表示である場合は、不要となる場合もある。尚、図13(C)のみに表示したスケール表示2311dは,図13(B)にも表示される。
本実施形態は、治療とともに用いることが出来、歯牙に近接した反射鏡2303であっても反射鏡からの鮮明な画像を得ることができ、これにスケール表示、グリッド表示を設定することで、歯牙の状態、損傷の程度、大きさ、目安となる深度等が計測可能であり、グリッド表示のオンオフ等の操作をスイッチ類2301b、2301cで行いながら、治療等を行うことも可能とする。
次に、他の実施形態を図14に示し詳細に説明する。
図14において、操作手段2401は、例えば、図11(A)及び図11(B)で示す撮影ユニットで構成される。操作手段2401としては、撮影ユニットに装着されるスイッチ類を操作することでモニタ画面の選択操作が行われる構成のものが好適に用いられる。
歪み補正手段2402は、反射鏡が所定の角度を備えて、口腔内を撮影するための歪みを補正する手段である。これは例えば、予め基準図形を撮影した際の、歪み度を計測し、これを係数化して画像データを演算処理することが示される。
重ね合わせ手段2403は、2つの画像を透過して重ね合わせるものであって、その際、一致した重ね合わせを行うべく、入力される2つの画像の大きさ、角度を調整する機能を併せて有する。
ガイドラインデータ形成手段2404は、例えば、作成しようとする支台歯形成の際の、支台歯側面の傾斜、支台歯の大きさを設定するための指標画像を形成するためのものであり、いわゆるグラフィックソフトウエアによる作図機能により作図したものである。
表示手段2405は、デスクトップ状、ノートブック状のパソコンのモニターディスプレイ、PDA、携帯電話等の表示画面が例示される。
本実施形態の動作を、図14(B)以降を参照して詳細に説明する。
撮影手段2401で、図14(B)で示す撮影画像データ2406を得る。
撮影画像データ2406は、支台歯2406aを側面から撮影したものであり、2406bは、隣接歯である。
予め、図14(C)で示すように支台歯の傾斜を示す指標2408を示すガイドライン画像2407を作成する。このガイドライン画像2407は、例えば図14(C)のc−1とc−2で示すように支台歯の傾斜部分の角度が異なる画像を複数種類、形成する。これは例えば、既成のデータや、自らが作成したデータを本実施例を実行するコンピュータに取り込み、表示可能な画像データを記憶させていくことが好ましい。
図14(C)のc−3は、支台歯を上面方向からみた指標画像であり、2412は、指標マージンライン、2413は指標頂上部を示す。c−3で示す指標画像も歯式毎に複数種類用意されることが好ましい。
次に、図14(D)は、支台歯の傾斜面の撮影画像2405と指標画像2107の重ね合わせを行った際の重ね合わせ画像2409であり、重ね合わせ手段2403で、歪み補正手段2402で歪み補正された支台歯画像と、ガイドラインデータ形成手段2404で形成された撮影画像データ2406とガイドラインデータ形成手段2404で形成された指標2408を透過した状態で重ね合わせたデータとし、表示手段2405で表示したものである。
また、図14(E)は、支台歯を上部方向から撮影した際の指標マージンライン2412と指標頂上部2413で示される指標画像と、撮影したマージンライン2411と、撮影した頂上部2414で示される撮影画像を重ね合わせた画像2410である。
これらの重ね合わされた画像データは、支台歯形成の際の、中間的評価、最終的評価となり、このガイドライン画像データに基づいて的確な処置を可能とするものである。
図15は、図11で示した構成を用いた場合表示体180Pに画像が表示された状態の一例を示す。
把持用筐体2501は、その先端に、照明用光源2501cがカメラ2501bを中心に十字方向に配置した撮影ユニット2501aが配置され、指先で操作可能な部位には、押圧式のスイッチ2507、回転と押圧可能なジョグダイヤル状のスイッチ類2508が設置されている。2501dは、USBケーブル等の汎用ケーブル又は専用ケーブル等の電気ケーブルを示す。
更に把持用筐体2501の先端部の楕円柱状の撮影ユニット2501aに装着されるミラー部2502の部位は、楕円筒状を形成し、先端部には、45度の角度で反射鏡2503が配置されている。
表示体180Pの画面180G上において、1801は、歯科治療メニュー画面を示し、段階が移行する毎に表示が変化する事が好ましい場合もある。
1802は、症例の選択リストであり、虫歯、1歯欠損などの表示と共に、この部位をクリックする等の指定を行うことで、そのタイトルを説明する動画表示、静止画表示等が実行されることが好ましい場合もある。
1803は、歯列の模式図であり、上下に部位と、内部に歯番が示されている。1804は、目的とする部位を示す治療マークである。このマークは、色、記号等、目立つ表示がされることが好ましい場合もある。
1805は、過去の治療部位を示す治療済みマークであり、治療マーク1804と区別される色、記号、その他の表示であることが好ましい。
1806は、口腔内カメラ2500で目的とする部位を撮影した際の画像表示部であり、この表示に基づき上述した歯式1813を手元で指定することを可能としている。
1807は、シミュレーション表であり、指定する毎に該当する箇所に表示がされていく。
本実施形態では、例えば図12で示す口腔内カメラを用いて、手元で、歯式の選択を行う実施例が例示される。
例えば、口腔内カメラ2500の反射鏡2403を測定歯SGに近づける。この状態で、スイッチ類2408を回すか押すと症例の選択が色が変わる様に1802a→1802b→1802c→1802d→1802eと変化し、選択する症例で、スイッチ類2408を押して確定させる。確定すると、シミュレーション表1807に、その症例が表示され、次の歯式表示部1803へ移行する。
測定歯SGが下顎左6を撮影している場合はスイッチ類2408のボタンを指で回すかおすと、回すか押す毎に歯式の表示又は治療マークが例えば左上から順に8→7→と移動していく、歯科医は、歯式が一致するところまで、手前のスイッチ類2407を押していき、表示が目的となる部位(ここでは、下顎右6)に表示マーク等が到達すると、押すのをやめるか、スイッチ2407又はスイッチ類2408を押して確定する。
以上の様に片方の手で、口腔内カメラ2500を持って、もう一方の手で治療用具を持ち、表示部180Pを見ながら、見えにくく、空間が限られた口腔内部位での治療、処置が可能となる。
以上に説明したように、本発明によれば、歯科口腔内をより鮮明で、様々な種類の画像を口腔内に挿入し自在に動くことが出来るプローブ状の撮影手段を用いて得ることができるため、歯科治療、虫歯予防、歯周病予防の分野で大いに利用可能である。
また、本発明によれば、反射鏡を用いた撮影手段を用いることで、奥歯や、いままで観察することが困難だった部位での表示を可能とし、更に、撮影画像にグリッド線、ガイドライン画像を重ね合わせて表示する操作を行うことができることから、微小な補綴物の補綴、智歯等の奥歯治療、インプラントの安定した正確な植立、支台歯の正確な形成、正確な根管治療が行えるなど、様々な歯科治療分野で、有効に利用される。
また、本発明によれば、反射鏡を用いた撮影手段を用いることで、奥歯や、いままで観察することが困難だった部位での表示を可能とし、更に、撮影画像にグリッド線、ガイドライン画像を重ね合わせて表示する操作を行うことができることから、微小な補綴物の補綴、智歯等の奥歯治療、インプラントの安定した正確な植立、支台歯の正確な形成、正確な根管治療が行えるなど、様々な歯科治療分野で、有効に利用される。
100 口腔内カメラ
101 把持用筐体
101a 反射部材
101b 撮影ユニット
101c ミラー部
101d スイッチ類
101e スイッチ類
102 コンピュータ
103 ケーブル
104 ディスプレイ
105 キーボード
106 マウス
101 把持用筐体
101a 反射部材
101b 撮影ユニット
101c ミラー部
101d スイッチ類
101e スイッチ類
102 コンピュータ
103 ケーブル
104 ディスプレイ
105 キーボード
106 マウス
Claims (8)
- 口腔内撮影システムであって、手持ち把持が可能な形態を有し、かつ指操作が可能な1個以上の操作ボタンを備えた筐体と、前記筐体の先端部に配置された、照明部材及び撮影部材を含む撮影ユニットと、前記筐体に関連付けで配置された、前記撮影部材により撮影された口腔内画像を表示する表示モニタとを備えてなり、
前記表示モニタの画面には、前記口腔内画像とともに、前記表示モニタの表示機能が、項目別に選択可能に表示され、前記操作ボタンの操作により当該表示機能が選択的に実行されることを特徴とする口腔内撮影システム。 - 前記撮影ユニットは、その先端部にさらに、凸面及び平面を有する反射鏡を交換可能に備え、前記照明部材からの光で当該反射鏡を介して照明された口腔内の状況を当該反射鏡の鏡面に画像として映し出し、さらにその鏡面画像を前記撮影部材により撮影する、請求項1に記載の口腔内撮影ユニット。
- 前記反射鏡の凸面において撮影された鏡面画像のデータを前記凸面の湾曲度に応じて補正する補正手段をさらに備えている、請求項2に記載の口腔内撮影システム。
- 口腔内の状況を、前記撮影部材による撮影のタイミングに応じて、複数の静止画として形成及び記憶する画像データ形成記憶手段、前記画像データの画素情報について隣接する画素情報の差分二乗値を算出する差分二乗値算出手段、前記差分二乗値を画像データ毎に積算する積算手段、前記積算手段で得られた積算データから最大値を備えた画像データを判定してこれを最適画像データと決定する最適画像データ決定手段の組み合わせよりなる最適画像決定ユニットをさらに備えている、請求項1に記載の口腔内撮影システム。
- 前記複数の静止画の撮影が、撮影開始の為の操作が開始した時点から自動的に行われる、請求項4に記載の口腔内撮影システム。
- 前記表示モニタの画面に、前記口腔内画像にグリッド線を重ね合わせて表示するグリッド表示手段をさらに備えている、請求項1に記載の口腔内撮影システム。
- 治療用指標画像データを作成する指標データ作成手段と、前記指標データ作成手段の指標データと撮影画像データを重ね合わせて前記表示モニタの画面に表示する指標データ表示手段をさらに備えている、請求項1に記載の口腔内撮影システム。
- 前記照明部材が、それと一体的に形成された湾曲構造体を備えており、該湾曲構造体の凹部において反射した光源からの反射光を照明光として利用する、請求項1に記載の口腔内撮影システム。
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