WO2012004937A1 - インプラント設計方法及びインプラント設計装置、並びにインプラント設計プログラム - Google Patents

Abstract

歯科用インプラントを、患者の顎骨の構造や状態に合わせて患者毎に最適な形状に設計することができるインプラント設計装置を提供する。 歯科用インプラントをコンピュータによる画像処理を用いて設計するインプラント設計装置１００において、患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成する顎骨モデル作成部１１１と、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するインプラントモデル作成部１１２と、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルに組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするシミュレーション部１１０と、該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計する設計部１２０とを備えた。

Description

インプラント設計方法及びインプラント設計装置、並びにインプラント設計プログラム

　本発明は、インプラント設計方法及びインプラント設計装置、並びにインプラント設計プログラムに関し、特に、コンピューター断層撮影により得られた患者の顎骨の画像を用いて、顎骨に埋め込む人工歯根の設計を行う方法及び装置、並びに該人工歯根の設計のためのシュミレーションプログラムに関するものである。

　従来から、歯科治療として、歯の欠損個所に歯の機能を代用させる目的で人工歯根（以下、歯科用インプラントという。）を埋め込むインプラント治療がある。

　図１６は、このようなインプラント治療に用いられる歯科用インプラントの構造の一例を説明する模式図である。

　歯科用インプラント１０は、顎骨に埋め込まれる例えば円柱状のインプラント本体（以下、フィクスチャーという。）１１と、フィクスチャー１１に形成されているネジ穴１１ａにネジ止めなどにより固定される支柱（以下、アバットメントという。）１２と、このアバットメント１２に接着剤あるいはスクリュー（螺子）により装着される上部構造（以下、補綴冠という。）１３とを有している。

　ところで、インプラント治療をより安全、適切に行うためには、顎の骨の状態を詳しく調べる必要があり、担当医は、レントゲン、口腔内写真撮影などによる充分な検査、診断を行って顎の骨の状態などを検査し、歯科用インプラントを埋め込む部位やその部位の骨量に問題はないかなどのインプラント治療の可否を検討する。

　また、担当医は、必要に応じてＣＴスキャンなどの精密検査を行う。

　ここで、ＣＴとは、コンピューター断層撮影（ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の略であり、広義のＣＴは、Ｘ線を用いたＸ線ＣＴだけでなく、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）などによりコンピュータを用いて断面像を得る各種検査法の総称であるが、一般にＣＴは、人体などへのＸ線の照射と、Ｘ線照射により得られるデータのコンピューター解析とにより、体の構造の輪切りの状態を把握できる断面画像を得る装置（以下、ＣＴ装置という。）であり、この断面画像からは、例えば、体の各臓器の形態、大きさ、位置などを確認することができる。

　このようにコンピューター断層撮影は、本来は物体の（輪切りなどの）断面画像を得る技術であるが、これらの検査技術は単に断面画像として用いられるのみでなく、画像処理技術向上によって３次元グラフィックスとして表示されることも多く、必ずしも「断面」に限定して用いる検査方法ではなくなってきている。

　ＣＴ装置の基本原理について簡単に説明する。

　ＣＴ装置は、検査対象の周囲をＸ線源とＸ線検出器とが回転するよう構成されており、ＣＴ装置内の検査対象はＸ線を全方位から受ける。照射されたＸ線は、検査対象を通過する際に検査対象に一部吸収されて減衰した後、Ｘ線源の反対側に位置するＸ線検出器に到達し、Ｘ線検出器ではＸ線の強度が記録される。つまり、ＣＴ装置で基本となるデータは、物体にその周囲３６０度の全方向から照射したＸ線が、それぞれの方向ではどの程度吸収されたかを示す度合い（吸収率）である。

　この吸収率の単位としては、伝統的に空気を－１０００ＨＵ、水を０ＨＵと定義したＨＵ（Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄ　ｕｎｉｔ）という単位が利用され、これによる透過率の表現を、特に「ＣＴ値（ＣＴ　ｎｕｍｂｅｒ）」と呼ぶ。

　ＣＴ装置は、この吸収率を示すデータ（ＣＴ値）に対してコンピュータによりフーリエ変換演算処理を施して、検査対象の３次元画像を再構成するものである。

　次に、インプラント治療について簡単に説明する。

　図１７は、インプラント治療の手順を説明する図である。

　まず、担当医は、患者の顎骨など口腔の構造を、レントゲン撮影やコンピュータ断層撮影（ＣＴ）により得られた画像などを用いて検査する。このとき、担当医は、患者の歯の欠損個所の状態だけでなく、噛み合わせや顎の関節の状態などを調べる。そして、その患者に合った歯科用インプラント１０を、サイズや形状の異なる複数の既製品の中から選択する。

　歯科用インプラント１０が選択されると、歯６０を支える顎骨（歯槽骨）５０に、インプラント１０を埋め込むための埋込み穴５０ａをドリルで形成する（図１７（ａ））。次に、顎骨５０に形成した埋込み穴５０ａにインプラント本体であるフィクスチャー１１を埋め込む。このフィクスチャー１１の外表面にはネジ山（スレッド）が形成されており、フィクスチャー１１は、顎骨に形成した埋込み穴５０にねじ込まれる（図１７（ｂ））。このようにインプラントのフィクスチャー１１を顎骨に埋め込んだ後は、フィクスチャー１１のネジ穴１１ａをキャップ１４で覆い、フィクスチャー１１と顎骨５０とが癒着するのを待つ（図１７（ｃ））。このフィクスチャーと顎骨との癒着はオッセオ・インテグレーションと呼ばれ、このオッセオ・インテグレーションには、２～３ヶ月、場合によっては６ヶ月程度を要する。

　その後、フィクスチャー１１と顎骨５０との癒着の状態を確認した後、キャップ１４を外して、アバットメント１２の下部のネジ部をフィクスチャー１１のネジ穴１１ａに螺合させて、アバットメント１２をフィクスチャー１１に装着する（図１７（ｄ））。この状態で、被せ物（補綴冠）１３の型をとって、アバットメント１２に、型どおりに仕上げた補綴冠１３を取り付けて、インプラント治療を完了する（図１７（ｅ））。

　ところで、このようなインプラント治療では、担当医が、レントゲン撮影やＸ線ＣＴ撮影などにより得られた顎骨画像を利用して目視によってインプラント本体（フィクスチャー）の埋込位置を決定していたが、その埋込位置が少しずれただけでも、顎骨内の血管や神経を傷つけるという致命的な事故が発生する恐れがある。

　そこで、より安全性の高い埋込位置の設定を容易に行えるように、インプラント治療をシミュレーションすることが行われるようになってきている。例えば、患者の顎骨をＣＴスキャンして得られた画像を用いて、治療方法を支援するためのシミュレーションが普及している（特許文献１）。

　しかしながら、従来は、形状や大きさの決められた数種類の規格品の歯科用インプラントの中から患者の顎骨の構造に適したものを選択していたため、歯科用インプラントの埋込位置を精度よく設定できても、インプラントを患者毎にその顎骨の構造にマッチした最適な形状にするという要求を満たすことは困難であった。

　なお、特許文献２には、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）により得られた患者の顎骨の構造を示す画像を、長さや直径の異なる様々な歯科用インプラントの画像に図解的に重ね合わせて、これらの様々な歯科用インプラントの中から適切な歯科用インプラントを選択する手法も開示されている。

特許第４４０８４３０号公報（特開２００７－１３０３２５号公報） 特表２００９－５３７１９０号公報

　以上説明したように、従来の歯科用インプラントの埋込位置をシミュレーションにより精度よく設定する方法や、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）により得られる患者の顎骨の構造を示す画像を、長さや直径の異なる様々な歯科用インプラントの画像に図解的に重ね合わせて、これらの様々なインプラントの中から適切な歯科用インプラントを選択する手法では、長さや直径の異なる歯科用インプラントは予め用意されたものであるため、患者の顎骨に、その様々な状態や構造に合った最適な歯科用インプラントを埋め込むことは不可能であるという課題は未解決のままである。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、歯科用インプラントを、患者の顎骨の構造や状態に合わせて患者毎に最適な形状に設計することができるインプラント設計方法及びインプラント設計装置、並びにインプラント設計プログラムを得ることを目的とする。

　本発明に係るインプラント設計方法は、歯科用インプラントをコンピュータにより設計するインプラント設計方法であって、患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成するステップと、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するステップと、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルを組み込むことにより、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするステップと、該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計するステップとを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記シミュレーションを行うステップは、前記顎骨モデルと、該顎骨モデルに埋め込まれた前記インプラントモデルとの位置関係に基づいて、前記インプラントモデルのサイズの上限値及び下限値を決定するステップと、前記変形させたインプラントモデルのサイズが、該上限値及び下限値で示される範囲外のサイズであるとき、警告を発するステップとを含むことが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記患者の顎骨の構造を示す顎骨データは、該患者の顎骨のコンピューター断層撮影により得られた画像データであることが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記コンピューター断層撮影は、Ｘ線ＣＴ撮影あるいはＭＲＩ撮影であることが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記患者の顎骨の構造を示す顎骨データは、該患者の顎骨のＸ線ＣＴ撮影により得られた画像データであり、前記シミュレーションを行うステップは、前記顎骨モデルに前記フィクスチャーモデルを埋め込んでいない状態における、該顎骨モデルの海綿骨部分の血流量の目安となる術前血流パラメータを、該Ｘ線ＣＴ撮影により得られた画像データに含まれるＣＴ値に基づいて導出するステップと、該顎骨モデルに該フィクスチャーモデルを埋め込んだ状態における、該顎骨モデルの海綿骨部分の血流量の目安となる術後血流パラメータを、該ＣＴ値、及び前記顎骨モデルと前記インプラントモデルとの位置関係に基づいて導出するステップとを含み、前記警告を発するステップは、前記変形させたインプラントモデルのサイズが、前記上限値及び下限値が示す範囲内のサイズであっても、該術前血流パラメータ及び該術後血流パラメータから、術後の血流量が術前の血流量より低下すると判定されるとき、警告を発するステップであることが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記シミュレーションの最初に用いるインプラントデータは、構造、サイズ、及び材料が異なる既成の複数の歯科用インプラントの中から選択した特定の歯科用インプラントの外形形状を表すインプラント標準データであることが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記顎骨モデルを作成するステップは、前記患者の顎骨のコンピューター断層撮影により得られた画像データの変換処理により該患者の顎骨の構造を示す顎骨データとして３次元画像データを作成するステップと、該顎骨データとしての３次元画像データから３次元顎骨モデルを作成するステップとを含み、前記インプラントモデルを作成するステップは、前記インプラントデータとしての３次元画像データから３次元インプラントモデルを作成するステップを含み、前記手術のシミュレーションを行うステップは、該３次元顎骨モデルと該３次元インプラントモデルとを合成するステップを含むことが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記歯科用インプラントは、前記患者の顎骨に埋め込まれるインプラント本体と、該インプラント本体に固定される支柱と、該支柱に装着される人工歯とを有していることが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記インプラントデータは、前記歯科用インプラントを構成する前記インプラント本体、前記支柱、及び前記の外形形状をそれぞれ決める３次元画像データとして、インプラント本体データ、支柱データ、人工歯データを含み、前記インプラントモデルを作成するステップは、前記インプラント本体データ、支柱データ、及び人工歯データから３次元インプラントモデルを作成するステップであることが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記手術のシミュレーションを行うステップは、前記顎骨モデルにおける皮質骨部と海綿骨部との境界と、前記インプラントモデルのインプラント本体との位置関係をシミュレートするステップを含むことが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記手術のシミュレーションを行うステップは、前記顎骨モデルにおける血管及び神経と、前記インプラントモデルのインプラント本体との位置関係をシミュレートするステップを含むことが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記手術のシミュレーションを行うステップは、前記顎骨モデルに基づいて上顎と下顎の動きをシミュレートするステップと、該上顎と該下顎の動きのシミュレーション結果に基づいて、前記患者の顎骨の歯欠損部に人工歯を配置したときに該人工歯を支えるインプラント本体にかかる荷重及び該荷重のかかる方向をシミュレートするステップとを含むことが好ましい。

　本発明は、上記インプラント設計方法において、前記手術のシミュレーションを行うステップは、前記荷重のシミュレーションにより得られたインプラント本体にかかる荷重に基づいて、該インプラント本体を患者の顎骨が支えられるか否かをシミュレートするステップを含むことが好ましい。

　本発明に係るインプラント設計装置は、歯科用インプラントをコンピュータによる画像処理を用いて設計するインプラント設計装置であって、患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成する顎骨モデル作成部と、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するインプラントモデル作成部と、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルを組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするシミュレーション部と、該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計する設計部とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

　本発明に係るインプラント設計プログラムは、歯科用インプラントを設計するインプラント設計方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、該コンピュータが、患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成するステップと、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するステップと、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルに組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするステップと、該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計するステップとを実行するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

　本発明によれば、患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成し、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成し、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルを組み込むことにより、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションし、該シミュレーションの結果に応じたインプラントデータの修正により変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計するので、歯科用インプラントを、患者の顎骨の構造や状態に合わせて患者毎に最適な形状に設計することができるという効果がある。

図１は、本発明の実施形態１によるインプラント設計装置を説明する図であり、図１（ａ）は、患者の顎骨を撮影するＣＴスキャン装置、及びＣＴスキャン装置で得られた患者の顎骨の画像データを用いるインプラント設計装置を示し、図１（ｂ）は、インプラント設計装置の基本構成を示し、図１（ｃ）は、インプラント設計装置の具体的な構成を示している。 図２は、本実施形態１のインプラント設計装置の対象となる歯科用インプラントを説明する図であり、実際の患者の顎骨に歯科用インプラントを装着した状態を示している。 図３は、本実施形態１のインプラント設計装置の対象となる歯科用インプラントとして、種々の構造のもの（図（ａ）～図（ｄ））を示している。 図４は、本実施形態１のインプラント設計装置を用いたインプラント治療の流れを説明する図であり、図（ａ）は、治療全体の流れを示し、図（ｂ）はインプラントの設計工程、図（ｃ）はインプラントの製造工程を示している。 図５は、本実施形態１のインプラント設計装置を構成するシミュレーション部１１０に供給されるデータを示す図である。 図６は、患者の顎骨モデルの説明図であり、図６（ａ）は、顎骨モデルを正面から見た図、図６（ｂ）は、顎骨モデルの拡大斜視図である。 図７は、患者の顎骨モデルに歯科用インプラントのモデルを取り付けた状態を示す図であり、図７（ａ）は、顎骨モデルを正面から見た図、図７（ｂ）は、顎骨モデルの拡大斜視図である。 図８は、患者の顎骨モデルにドリルモデルによりフィクスチャー取り付けのための穴を開けるシミュレーションを説明する図である。 図９は、患者の顎骨モデルにフィクスチャーモデルを埋め込んだ状態を示す図である。 図１０は、患者の顎骨モデルに人工歯モデル（補綴冠のモデル）を取り付けた状態（図（ａ））、この状態でフィクスチャーの形状（長さ）を変化させた状態（図（ｂ）及び（ｃ））を示す図である。 図１１は、患者の顎骨モデルにフィクスチャーモデルを埋め込んだ状態で、フィクスチャの長さを変化させて、フィクスチャーと神経との距離を検査するところを説明する断面図であり、フィクスチャを埋め込んでいない状態（図（ａ）及び図（ｄ））、長いフィクスチャを埋め込んだ状態（図（ｂ）及び（ｅ））、短いフィクスチャーを埋め込んだ状態（図（ｃ）及び図（ｆ））を示している。 図１２は、フィクスチャーの埋込みシミュレーションの結果得られたデータを表示画面上に表示した状態を示す図であり、図１２（ａ）は、長いフィクスチャを埋め込んだ状態、図１２（ｂ）は、短いフィクスチャを埋め込んだ状態を示している。 図１３は、患者の顎骨モデルに人工歯モデル（補綴冠のモデル）を取り付けた状態（図（ａ））、この状態でフィクスチャーの角度を変化させた状態（図（ｂ）及び（ｃ））を示す図である。 図１４は、患者の顎骨モデルにフィクスチャーモデルを埋め込んだ状態で、フィクスチャーモデルの角度を変化させて、フィクスチャーと神経との距離を検査するところを説明する断面図であり、フィクスチャーを埋め込んでいない状態（図（ａ）及び図（ｄ））、フィクスチャをやや傾けた状態（図（ｂ）及び（ｅ））、フィクスチャーをさらに傾けた態（図（ｃ）及び図（ｆ））を示している。 図１５は、本発明の実施形態２によるインプラント設計装置を説明する図であり、図１５（ａ）は、患者の顎骨を撮影するＭＲＩ撮影装置、及びＭＲＩ撮影装置で得られた患者の顎骨の画像データを用いるインプラント設計装置を示し、図１５（ｂ）は、インプラント設計装置の基本構成を示し、図１５（ｃ）は、インプラント設計装置の具体的な構成を示している。 図１６は、従来のインプラント治療に用いられる歯科用インプラントの構造の一例を説明する模式図である。 図１７は、一般的なインプラント治療の手順を説明する図であり、埋込み穴５０ａの形成工程（図（ａ））、フィクスチャー１１の埋め込み工程（図（ｂ））、キャップ１４の取り付け工程（図（ｃ））、アバットメント１２の装着工程（図（ｄ））、補綴冠１３の取り付け工程（図（ｅ））を示している。

　以下、本発明の実施形態について説明する。

　（実施形態１）
〔Ａ．インプラント設計装置の構成の説明〕
　図１は、本発明の実施形態１によるインプラント設計装置を説明する図であり、図１（ａ）は、患者の顎骨を撮影するＣＴスキャン装置、及びＣＴスキャン装置で得られた患者の顎骨の画像データを用いるインプラント設計装置を示し、図１（ｂ）は、このインプラント設計装置の基本構成を示し、図１（ｃ）は、このインプラント設計装置の具体的な構成を示している。

　この実施形態１のインプラント設計装置１００は、図１（ａ）に示すように、ＣＴスキャン装置８０により患者の顎骨を撮影して得られた画像データＤａｈを用いて、歯科用インプラントを設計する装置である。なお、ここで、ＣＴスキャン装置８０は、従来技術で説明したＣＴ装置、つまり、人体などへのＸ線の照射と、Ｘ線照射により得られるデータのコンピューター解析とにより、体の構造の輪切りの状態を把握できる断面画像を得る装置と同一のものである。

　このインプラント設計装置１００は、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションして歯科用インプラントを設計するプロセッサ１００ａと、種々のデータを記憶する記憶装置１００ｂと、本インプラント設計装置１００をユーザが操作するためのユーザインターフェース１００ｃと、プロセッサ１００ａでのデータ処理の内容を出力する出力部１００ｄとを有しており、これらはデータバスＤｂを介して相互に接続されている。ここで、ユーザインターフェース１００ｃはキーボード、マウス等の操作部１１４を含んでいる。また、出力部１００ｄは、プロセッサ１００ａの内部でのデータ処理の内容を表示する表示部１１６やプリンタ（図示せず）、あるいは音声出力部（図示せず）などを含んでいる。

　具体的には、このインプラント設計装置１００の記憶装置１００ｂは、ＣＴスキャン装置８０により患者の顎骨を撮影して得られた顎骨の構造を示す画像データＤａｈを格納する顎骨データ格納部１０１と、予め用意された構造の異なる複数の歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐを格納するインプラント標準データ格納部１０２とを有している。

　このインプラント設計装置１００のプロセッサ１００ａは、歯科用インプラントの手術をシミュレーションして歯科用インプラントを設計するようプログラムされており、顎骨データ格納部１０１からの患者の顎骨の構造を示す顎骨データＤａｈに基づいて顎骨モデルＭａｈ（図５参照）を作成する顎骨モデル作成部１１１と、インプラント標準データ格納部１０２からの歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐに基づいてインプラントモデルＭｉｐ（図５参照）を作成するインプラントモデル作成部１１２とを有している。また、このインプラント設計装置１００のプロセッサ１００ａは、顎骨モデルＭａｈの指定された部位にインプラントモデルＭｉｐを組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするシミュレーション部１１０と、該シミュレーションの結果に応じてインプラント標準データＳＤｉｐが示すインプラントモデルＭｉｐを修正して変形させたインプラントモデルＭＭｉｐから歯科用インプラントを設計する設計部１２０と、シミュレーション結果や入力情報を表示する表示部１１６に、顎骨モデルＭａｈの指定された部位にインプラントモデルＭｉｐを組み込んだ状態などが表示されるよう、表示部１１６を制御する表示制御部１１５とを備えている。

　ここで、インプラントモデル作成部１１２は、シミュレーション部１１０からのシミュレーションの結果を示す指示信号Ｏｓｇに応じて、インプラント標準データＳＤｉｐが示すインプラントモデルＭｉｐを修正変形させてインプラントモデルＭＭｉｐを生成するよう構成されている。また、顎骨データ格納部１０１に格納される顎骨データＤａｈは、Ｘ線ＣＴ撮影により得られたものとしているが、顎骨データ格納部１０１に格納される顎骨データは、ＭＲＩ撮影により得られたものでもよく、患者の顎骨のコンピューター断層撮影により得られた画像データであることが好ましい。例えば、顎骨データは、歯の配列方向に沿った顎骨の縦断面の画像、あるいは歯の配列方向と垂直な縦断面の画像を示す２次元画像データであり、より好ましくは、顎骨の構造を立体的に示す３次元画像データである。

　なお、顎骨データ格納部１０１に格納される顎骨データＤａｈが、患者の顎骨のコンピューター断層撮影により得られた２次元画像である場合は、顎骨モデル作成部１１１を、この２次元画像データの変換処理により該患者の顎骨の構造を示す３次元画像データを作成する画像処理部を有し、該顎骨データとしての３次元画像データから３次元顎骨モデルを作成する構成とすることで、シミュレーション部１１０には、患者の顎骨の構造を示す画像データとして３次元画像データを供給することができる。

　また、インプラント標準データ格納部１０２には、構造、サイズ、及び材料が異なる複数の歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐが格納されており、インプラントモデル作成部１１２には、複数の歯科用インプラントの中から担当医が選択した特定の歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐが初期インプラントデータとして供給される。

　また、インプラントモデル作成部１１２は、この初期インプラントデータとしての３次元画像データから３次元インプラントモデルＭｉｐを作成するよう構成されている。従って、この実施形態では、上記シミュレーション部１１０は、該３次元顎骨モデルＭａｈに３次元インプラントモデルＭｉｐが組み込まれるようこれらのモデルの画像を合成する合成処理部（図示せず）を有し、３次元顎骨モデルＭａｈに３次元インプラントモデルＭｉｐを組み込むことにより、インプラント手術のシミュレーションを行うものとしている。

　図２及び図３は、この実施形態１のインプラント設計装置で設計される歯科用インプラントの例を説明する図であり、図２は、患者の顎骨に所定の歯科用インプラントを装着した状態を示している。図３は、歯科用インプラントの構造の他の例（図３（ａ）～図３（ｄ））を示している。

　歯科用インプラント２０は、患者の顎骨３０に埋め込まれるインプラント本体（以下、フィクスチャーともいう。）２１と、フィクスチャー２１にネジ止めなどにより固定される支柱（以下、アバットメントともいう。）２２と、アバットメント２２に接着剤などにより固着される上部構造（以下、補綴冠ともいう。）２３とを有している。

　ここで、患者の顎骨３０は、内側の海綿骨３１が外側の皮質骨３２により覆われ、さらに皮質骨３２が歯肉３３により覆われた構造となっている。なお、海綿骨３１の内側には、神経Ｓｐや血管Ｂｖが配置されている。また、図中、Ｂｐは海綿骨３１と皮質骨３２との界面である。

　また、歯科用インプラントには図３（ａ）～図３（ｄ）に示すように種々の構造のものがある。

　例えば、図３（ａ）は、インプラントのフィクスチャーの例として、前歯などの顎骨の幅が狭い部分に埋め込むフィクスチャーＩＰａを示している。また、図３（ｂ）は、スレッド（ネジ山）Ｓｒを上端部と下端部以外の部分に形成したフィクスチャーＩＰｂを示している。さらに、図３（ｃ）は、略円柱状のフィクスチャーＩＰｃを示し、図３（ｄ）は、フィクスチャー部とアバットメント部とを一体に形成したインプラント体ＩＰｄを示している。

　この実施形態１では、図２に示すように、アバットメント２２が細く、アバットメントと歯肉との間から細菌が入りにくいタイプの歯科用インプラント２０を、患者に合わせてカスタマイズして設計する場合について説明する。

　この場合、インプラント標準データ格納部１０２からインプラントモデル作成部１１２に初期インプラントデータとして供給されるインプラント標準データＳＤｉｐは、歯科用インプラント２０を構成するインプラント本体（フィクスチャー）２１、支柱（アバットメント）２２、及び上部構造（補綴冠）２３の外形形状をそれぞれ表す３次元画像データとして、インプラント本体データ、支柱データ、上部構造データを含む。また、前記インプラントモデル作成部１１２は、前記インプラント本体データ、支柱データ、及び上部構造データから、フィクスチャーモデル２１ａ、アバットメントモデル２２ａ、及び上部構造モデル（補綴冠モデル）２３ａを含む３次元インプラントモデルＭｉｐを作成する。

　また、この実施形態１では、シミュレーション部１１０は、図９に示すように、顎骨モデル３０ａにおける皮質骨部３２ａと海綿骨部３１ａとの境界Ｂｐと、インプラントモデルのインプラント本体（フィクスチャーモデル）２１ａとの位置関係をシミュレート結果として出力するとともに、顎骨モデルＭａｈにおける血管Ｂｖあるいは神経Ｓｐと、インプラントモデルＭｉｐのインプラント本体（フィクスチャーモデル）２１ａとの位置関係をシミュレート結果（指示信号Ｏｓｇ）として出力する。

　また、この実施形態１では、シミュレーション部１１０は、顎骨モデルＭａｈ（図５参照）に基づいて、患者の顎骨の歯牙欠損部での補綴冠（インプラント上部構造）の理想的な位置を決定する位置シミュレーションと、顎骨モデルＭａｈに基づいて上顎と下顎の動きをシミュレートする動きシミュレーションと、該上顎と下顎の動きシミュレーション結果に基づいて、患者の顎骨の歯牙欠損部に補綴冠を配置したときに該補綴冠を支えるインプラント本体（フィクスチャー）にかかる荷重の大きさ及び該荷重のかかる方向をシミュレートする荷重シミュレーションと、前記荷重シミュレートにより得られたインプラント本体にかかる荷重に基づいて、該インプラント本体を患者の顎骨が支えられるか否かをシミュレートする耐荷重シミュレーションとを行うものである。ここで、上記位置シミュレーションでは、補綴冠の理想的な位置として、上記歯牙欠損部での歯の配列方向における位置と、歯牙欠損部での歯の配列方向と直交する水平方向における位置と、歯牙欠損部での歯の高さ方向における位置とが決定される。

　さらには、この実施形態１のシミュレーション部１１０は、以下のとおり、シミュレーションによるインプラントの設計をアシストする機能（設計支援機能）を有している。

　つまり、シミュレーション部１１０は、前記顎骨モデルと、該顎骨モデルに埋め込まれた前記インプラントモデルとの位置関係に基づいて、前記インプラントモデルのサイズの上限値及び下限値を決定する処理と、前記変形させたインプラントモデルのサイズが、該上限値及び下限値で示される範囲外のサイズであるとき、警告を発する処理とを行う。

　具体的には、ユーザ（例えば担当医）が、インプラント設計装置（コンピュータ）１００の表示部１１６に表示された患者の顎骨モデルＭａｈの歯牙欠損部Ａ（図６（ａ）及び（ｂ）参照）の大きさに応じて、インプラント標準データ格納部１０２に格納されているインプラント標準データＳＤｉｐを選択すると、選択されたインプラント標準データＳＤｉｐが示す上部構造モデル（補綴冠モデル）２３ａが顎骨モデルＭａｈの歯牙欠損部Ａに配置される（図７（ａ）及び（ｂ）参照）。その後、ユーザ操作により、顎骨モデルＭａｈの歯牙欠損部Ａでの隣接する歯の離間間隔、及びそれらの歯の大きさに合わせて、補綴冠モデル２３ａの最適位置及び最適サイズが決定される。このとき、ユーザは、シミュレーション部１１０からの警告がでない範囲で、補綴冠モデル２３ａの理想的な位置及びサイズを決定する。

　その後、ユーザは、表示部１１６に表示された患者の顎骨モデルＭａｈにおいて、このモデルＭａｈに対して決定された補綴冠モデル２３ａの理想的な位置に基づいて、フィクスチャーモデル２１ａの挿入位置、及びアバットメントモデル２２ａの方向（水平面内及び垂直面内での角度）を決定する。

　さらに、ユーザは、このフィクスチャーモデル２１ａの挿入位置、及びアバットメントモデル２２ａの方向に基づいて、顎骨モデル３０ａ内での皮質骨部３２ａと海綿骨部３１ａとの境界位置に応じて、フィクスチャーの太さとして可能な最大の設計値が決定され、フィクスチャーに係る荷重に基づいて、フィクスチャーの太さとして可能な最小の設計値が決定される。

　また、顎骨モデル３０ａでの神経Ｓｐあるいは血管Ｂｖ（図９参照）の位置とフィクスチャーモデル２１ａとの位置関係に基づいて、フィクスチャーの長さとして可能な最大の設計値が決定され、海綿骨の骨密度の指標となるＣＴ値に基づいて海綿骨部分でのフィクスチャーの必要な長さが決定される。つまり、フィクスチャーと海綿骨とは、フィクスチャーの埋め込み後に癒着し、これにより、フィクスチャーが顎骨と強固に結合することとなるが、海綿骨の骨密度によって海綿骨部での支持強度が異なることとなり、海綿骨の骨密度によって、フィクスチャーの長さとして最低限必要な長さが決まる。

　また、シミュレーション部１１０は、前記顎骨モデルに前記フィクスチャーモデルを埋め込んでいない状態における、該顎骨モデルの海綿骨部分の血流量の目安となる術前血流パラメータを、該Ｘ線ＣＴ撮影により得られた画像データに含まれるＣＴ値に基づいて導出する処理と、該顎骨モデルに該フィクスチャーモデルを埋め込んだ状態における、該顎骨モデルの海綿骨部分の血流量の目安となる術後血流パラメータを、該ＣＴ値、及び前記顎骨モデルと前記インプラントモデルとの位置関係に基づいて導出する処理とを行うものであってもよい。この場合、前記警告を発する処理は、前記変形させたインプラントモデルのサイズが、前記上限値及び下限値が示す範囲内のサイズであっても、該術前血流パラメータ及び該術後血流パラメータから、術後の血流量が術前の血流量より低下すると判定されるとき、警告を発するよう構成することが好ましい。

　ここで、術前血流パラメータ、つまり、フィクスチャーを埋め込まない状態での海綿骨部分での血流量の目安となる術前血流パラメータは、顎骨内で海綿骨の占める領域の歯の配列方向と垂直な断面での面積（海綿骨領域の断面積）と、ＣＴ値と、血管の分布とに基づいて計算されたものである。ただし、海綿骨領域の断面積は、該海綿骨領域の上端から、フィクスチャーが到達する深さまでの範囲で求められるものとする。

　また、術後血流パラメータ、フィクスチャーを埋め込んだ状態での海綿骨部分での血流の目安となる術後血流パラメータは、顎骨内で海綿骨の占める領域の歯の配列方向と垂直な断面での面積（海綿骨領域の断面積）と、ＣＴ値と、血管の分布とに基づいて計算されたものである。ただし、海綿骨領域の断面積は、該海綿骨領域の上端から、フィクスチャーの埋め込み深さまでの範囲で求められるものとする。

　ここで、ＣＴ値は、Ｘ線ＣＴ撮影された組織内での水分の含有量の目安となるものであり、骨部分のＸ線ＣＴ撮影で得られたＣＴ値は、骨密度を示す目安となり、同時に血流量の指標となる血流パラメータとして用いることができるものである。

　さらにシミュレーション部の設計支援機能は、表示制御部１１５に、該表示部１１６に以下のように、設計の目安となる上限値及び下限値、さらに、警報が表示されるように指令する機能を含んでいる。

　具体的には、図１２は、シミュレーション結果が表示部に表示された状態を示している。

　図１２（ａ）及び（ｂ）中、Ｆはシミュレーション結果を表示する画面であり、Ｄｇ及びＤｎは、該画面Ｆのグラフ表示部、及び数値表示領域である。

　この数値表示部Ｄｎには、第１～第６の数値表示領域Ｄｎ１～Ｄｎ６が含まれている。

　例えば、第１の数値表示領域Ｄｎ１には、顎骨３０内での皮質骨と海綿骨との境界位置Ｂｐ（図２参照）に基づいて、フィクスチャーの太さとして可能な最大の設計値が表示され、第２の数値表示領域Ｄｎ２には、フィクスチャーに係る荷重に基づいて、フィクスチャーの太さとして可能な最小の設計値が表示される。

　また、第３の数値表示領域Ｄｎ３には、顎骨３０内での神経Ｓｐあるいは血管Ｂｖ（図２、図９参照）の位置に基づいて、フィクスチャーの長さとして可能な最大の設計値が表示され、第４の数値表示領域Ｄｎ４には、海綿骨の骨密度の指標となるＣＴ値に基づいて海綿骨部分でのフィクスチャーの必要な長さが表示される。

　また、第５及び第６の数値表示領域Ｄｎ５及びＤｎ６には、顎骨内での血流量の多さの目安となる血流パラメータが表示される。つまり、第５の数値表示領域Ｄｎ５には、フィクスチャーを埋め込まない状態での海綿骨部分での血流量の目安となる術前血流パラメータが表示される。また、第６の数値表示領域Ｄｎ６には、フィクスチャーを埋め込んだ状態での海綿骨部分での血流の目安となる術後血流パラメータが表示される。
〔Ｂ．インプラント設計装置の動作の説明〕
　次に、インプラント治療の流れとともに、本実施形態１のインプラント設計装置の動作について説明する。

　図４は、本実施形態１のインプラント設計装置を用いたインプラント治療の流れを説明する図であり、図４（ａ）は、インプラント治療全体の流れを示し、図４（ｂ）は、歯科用インプラントの設計工程を示し、図４（ｃ）は、歯科用インプラントの製造工程を示している。

　まず、インプラント治療を行う際には、前もって、歯の状態を診断する（手順Ｐ１）。

　歯周病（歯槽膿漏）は歯槽骨（歯肉の内部にある骨・歯根を支える部分）が破壊される病気であり、歯周病の治療をしないままインプラント治療を行うと、歯科用インプラントを埋め込んだ周囲組織に細菌感染がおこる可能性があり、歯科用インプラントの周辺組織が歯周病にかかると、天然の歯が抜けるのと同様に、歯科用インプラントも脱落することとなる。

　さらに、インプラント治療を行う際には、患者の噛み合わせをチェックする必要がある。

　現在、歯科用インプラントのトラブルは、感染よりも、よくない噛み合わせによって異常な力がかかることで起こる場合が多いためである。

　特に、パラファンクションと言われる、歯ぎしりや食いしばりによって、インプラントに問題を起こす場合があり、インプラント治療を行う前に噛み合わせのチェックを行うことが非常に重要である。

　次に、診断に基づいた治療計画の説明を患者に行う（手順Ｐ２）。

　例えば、他の歯に虫歯があったり歯周病にかかっている場合、すぐにはインプラント治療はできないため、インプラント治療の前に周囲の歯の虫歯治療や歯周病（歯槽膿漏）の治療を行う必要があり、また、骨量が不足している患者には骨の再生治療を行う必要があることを説明する。

　続いて、本実施形態１のインプラント設計装置１００を用いて歯科用インプラント２０の設計を行う（手順Ｐ３）。なお、インプラントの設計プロセス（手順Ｐ３）は、フィクスチャーの設計プロセス（手順Ｐ３ａ）、アバットメントの設計プロセス（手順Ｐ３ｂ）、上部構造の設計プロセス（手順Ｐ３ｃ）を含んでいる。また、設計した歯科用インプラントに合わせて、インプラント手術に用いる手術治具の設計も行う（手順Ｐ５）。

　例えば、インプラント手術に用いる手術治具としては、図８に示すように、顎骨にインプラント装着孔を形成するためのドリルＤＴの刃先、及び手術時にドリルの刃先をガイドするサージカルガイドＳＧなどが挙げられる。

　続いて、設計した歯科用インプラント２０の製造（手順Ｐ４）、及び手術治具の製造（手順Ｐ６）を行う。このインプラントの製造プロセス（手順Ｐ４）は、フィクスチャーの製造プロセス（手順Ｐ４ａ）、アバットメントの製造プロセス（手順Ｐ４ｂ）、上部構造の製造プロセス（手順Ｐ４ｃ）を含んでいる。

　その後、製造された歯科用インプラント２０を、これに合わせて製造した手術治具を用いて患者の顎骨に埋め込むインプラント手術を行う。

　以下、本実施形態１のインプラント設計装置を用いてインプラントを設計する方法について説明する。

　本実施形態１のインプラント設計装置１００では、予め患者の顎骨をＸ線ＣＴスキャンにより撮影して得られた、患者の顎骨の構造を示す顎骨データＤａｈが顎骨データ格納部１０１に格納されている。また、このインプラント設計装置１００のインプラント標準データ格納部１０２には、構造、サイズ、材料などの異なる種々の歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐが格納されている。

　担当医（ユーザ）が、操作部１１４から、患者の希望する歯科用インプラントの種類を入力すると、インプラント設計装置１００のインプラント標準データ格納部１０２に格納されている種々のインプラント標準データから、患者の希望する材質、色（人工歯の色）などに応じた歯科用インプラントのインプラント標準データＳＤｉｐが選択される。このとき、インプラント標準データＳＤｉｐに基づいて、色や材質は同じであるが、直径、長さなどのサイズの異なる規格品の歯科用インプラントが表示部１１６に複数表示される。

　次に、担当医は、操作部１１４の操作により、予め、検査結果など、例えば患者の顎骨の構造から適切と予測される歯科用インプラントを、表示されているサイズの異なる複数の規格品の歯科用インプラントのうちから選択すると、インプラント標準データ格納部１０２から、１つの規格品の歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐが初期インプラントデータとしてインプラントモデル作成部１１２に供給される。なお、このインプラント標準データＳＤｉｐは、フィクスチャーの形状データ、アバットメントの形状データ、及び補綴冠の形状データを含んでいる。

　インプラントモデル作成部１１２は、インプラント標準データＳＤｉｐに基づいて、図５に示す、フィクスチャーのモデル２１ａ、アバットメントのモデル２２ａ、及び補綴冠のモデル２３ａを含むインプラントモデルＭｉｐを作成する。

　また、このとき、顎骨モデル作成部１１１は、顎骨データ格納部１０１から顎骨データＤａｈを受けて、図５に示す顎骨モデルＭａｈを生成する。ここでは、これらのモデルとして、それぞれ３次元モデルを用いるが、必ずしも３次元モデルに限らず、歯の配列方向に沿った縦断面の構造を示すモデルと、歯の配列方向と垂直な縦断面の構造を示すモデルとを用いてもよい。

　これらのモデルは、シミュレーション部１１０にて合成されて、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術のシミュレーションが行われる。

　具体的には、シミュレーション部１１０では、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、顎骨データＤａｈを受けて顎骨モデルＭａｈが生成される。

　このとき、選択されたインプラント標準データＳＤｉｐが示す上部構造モデル（補綴冠モデル）２３ａが顎骨モデルＭａｈの歯牙欠損部Ａに配置される（図７（ａ）及び（ｂ）参照）。その後、ユーザ操作により、顎骨モデルＭａｈの歯牙欠損部Ａでの隣接する歯の離間間隔、及びそれらの歯の大きさに合わせて、補綴冠モデル２３ａの最適位置及び最適サイズが決定される。このとき、ユーザ操作により、補綴冠モデル２３ａの位置及びサイズが、表示部１１６の画面上で顎骨モデルＭａｈと補綴冠モデル２３ａとが重ね合わせられた状態で変更される。ユーザは、シミュレーション部１１０からの警告がでない範囲で、補綴冠モデル２３ａの理想的な位置及びサイズを決定する。

　その後、ユーザの操作により、この顎骨モデルＭａｈに対して決定された補綴冠モデル２３ａの理想的な位置に基づいて、フィクスチャーモデル２１ａの挿入位置、及びアバットメントモデル２２ａの方向（水平面内及び垂直面内での角度）などが決定される。

　例えば、顎の支点Ｐと歯牙欠損箇所Ａとの距離によって、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、選択した歯科用インプラントのインプラントモデルの補綴冠モデル２３ａを該欠損箇所Ａに配置したときにこの補綴冠モデル２３ａにかかる荷重の大きさと方向がシミュレーションされる。

　この荷重シュミレーションの結果に基づいて、補綴冠モデル２３ａの理想的な位置及びサイズに応じてフィクスチャー２１からアバットメント２２を立ち上げる方向を決定し、アバットメント２２を固定するフィクスチャー２１の角度を決定する。

　具体的には、図１０（ａ）に示すように、患者の顎骨モデルＭａｈの歯の欠損箇所Ａに補綴冠モデル２３ａを埋め込んだ状態で、さらに、フィクスチャーモデル２１ａを、アバットメントを立ち上げる方向に沿って顎骨モデルＭａｈに組み込む（図１０（ｂ））。この状態では、図１１（ｂ）及び（ｅ）に示すように神経Ｓｐとフィクスチャモデル２１ａとが接近しているため、図１１（ｃ）及び（ｆ）に示すように、ユーザ操作による操作部１１４の操作により、入力制御部１１３を介してインプラントモデル作成部１１２に指令信号を送り、インプラントモデル作成部１１２に、フィクスチャーモデル２１ａの長さが短くなるよう、初期インプラントデータとしてのインプラント標準データＳＤｉｐを変更させる。これにより、患者の顎骨に最適なフィクスチャーモデル２１ａの長さを決定する。

　なお、図１１（ａ）及び（ｄ）は、顎骨モデルにフィクスチャモデルを埋め込んでいない状態（図１０（ａ）に対応）を示している。また、図１１（ａ）～（ｃ）は、顎骨の構造モデルとして、歯の配列方向と垂直な縦断面の構造を示し、図１１（ｄ）～（ｆ）は、顎骨の構造モデルとして、歯の配列方向に沿った縦断面の構造を示している。

　また、上記荷重シミュレーションの結果に基づいて、フィクスチャーモデル２１ａの太さを決定し、決定した太さのフィクスチャーモデル２１ａを、顎骨モデルＭａｈに埋め込んだときの応力分布を求める。この応力分布は、上下の歯のかみ合わせにより最大の荷重がフィクスチャーにかかった場合に生ずる分布である。

　図１２（ａ）には、顎骨モデルＭａｈに埋め込んだフィクスチャモデル２１ａの直径が細い場合に、顎骨モデルＭａｈのフィクスチャーモデル２１ａの周辺で生ずる応力分布をグラフＧ１で示している。図１２（ｂ）は、顎骨モデルＭａｈに埋め込んだフィクスチャモデル２１ａの直径が太い場合に、顎骨モデルＭａｈのフィクスチャモデル２１ａの周辺で生ずる応力分布をグラフＧ２で示している。

　このシミュレーション結果に基づいて、上記と同様、ユーザ操作により、初期インプラントデータとしてのインプラント標準データＳＤｉｐを変更して、患者の顎骨に最適なフィクスチャーモデル２１ａの太さを決定する。

　また、図１３及び図１４には、フィクスチャモデル２１ａの埋め込み角度を顎骨モデル内での神経Ｓｐの配置によって変化させる様子を示している。

　例えば、図１３（ａ）に示すように、患者の顎骨モデルＭａｈに補綴冠モデル２３ａを埋め込んだ状態で、さらに、フィクスチャーモデル２１ａを、アバットメントを立ち上げる方向に沿って顎骨モデルＭａｈに組み込む（図１３（ｂ））。この状態では、図１４（ｂ）及び（ｅ）に示すように神経Ｓｐとフィクスチャモデル２１ａとが接近しているため、図１４（ｃ）及び（ｆ）に示すように、ユーザ操作によりフィクスチャモデル２１ａをその姿勢がより斜めに傾くよう変形させる。

　なお、図１４（ａ）及び（ｄ）は、フィクスチャモデルを埋め込んでいない状態を示している。

　また、フィクスチャー２１の外周面には、図２に示すように、スレッド（ネジ山）が、その上部２１１と下部２２２とでピッチを変えて形成されており、図２に示すものでは、上部では下部に比べてスレッドのピッチをより狭くしており、またネジの深さは上部と下部とで同じにしている。

　従って、荷重シミュレーションの結果と、皮質骨３２及び海綿骨３１の厚みとに応じて、フィクスチャモデルの上部スレッド及び下部スレッドのピッチや深さにより、内部での応力や荷重に対する強度を適正に設定することもできる。

　さらに、上記シミュレーション部１１０は、ユーザによるインプラント設計を支援する機能（設計支援機能）を搭載しており、この設計支援機能について図１２を用いて説明する。

　表示部１１６の表示画面Ｆの数値表示部Ｄｎには、第１～第６の数値表示領域Ｄｎ１～Ｄｎ６が含まれており、それぞれ以下の数値が表示される。

　例えば、第１の数値表示領域Ｄｎ１には、顎骨３０内での皮質骨と海綿骨との境界位置Ｂｐ（図２参照）に基づいて、フィクスチャーの太さとして可能な最大の設計値が表示され、第２の数値表示領域Ｄｎ２には、フィクスチャーにかかる荷重に基づいて、フィクスチャーの太さとして可能な最小の設計値が表示される。

　また、第３の数値表示領域Ｄｎ３には、顎骨３０内での神経Ｓｐや血管Ｂｖなど（図２、図９参照）の位置に基づいて、フィクスチャーの長さとして可能な最大の設計値が表示され、第４の数値表示領域Ｄｎ４には、海綿骨の骨密度の指標となるＣＴ値に基づいて海綿骨部分でのフィクスチャーの必要な長さが表示される。

　また、第５及び第６の数値表示領域Ｄｎ５及びＤｎ６には、顎骨内での血流量の多さの目安となる血流パラメータが表示される。第５の数値表示領域Ｄｎ５には、フィクスチャーを埋め込まない状態での海綿骨部分での血流量の目安となる術前血流パラメータが表示され、第６の数値表示領域Ｄｎ６には、フィクスチャーを埋め込んだ状態での海綿骨部分での血流の目安となる術後血流パラメータが表示される。

　そして、インプラント設計装置のプロセッサ１００ａは、ユーザ操作により、上記フィクスチャーの長さと太さとが上記最大値と最小値との間の範囲外に設定されたとき、あるいは上記フィクスチャーの長さと太さとが上記最大値と最小値との間に設定された場合でも、シミュレーション部１１０が、術後血流パラメータが術前血流パラメータより小さいと判定したときには、表示画面上での警告表示、あるいは音声による警報を発するための警報信号を出力する。

　そして設計部１２０は、上記のようにしてインプラントのシミュレーションにより求められた患者の最適なインプラントモデルに基づいて歯科用インプラントの設計を行う。

　この場合、歯科用インプラントは、インプラント本体、アバットメント、上部構造として設計されることとなる。

　また、上記設計部１２０は、上記のようにしてインプラントのシミュレーションにより求められた患者の最適なインプラントモデルから、インプラント手術で用いる手術治具の設計を行う。

　このように本実施形態では、歯科用インプラントをコンピュータによる画像処理を用いて設計するインプラント設計装置１００において、患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成する顎骨モデル作成部１１１と、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するインプラントモデル作成部１１２と、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルに組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするシミュレーション部１１０と、該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計する設計部１２０とを備えたので、歯科用インプラントを、患者の顎骨の構造や状態に合わせて患者毎に最適な形状に設計することができる。

　また、上記シミュレーション部１１０は、ユーザによるインプラント設計を支援する機能（設計支援機能）を搭載しているので、ユーザ操作により、上記フィクスチャーの長さと太さとが上記最大値と最小値との間の範囲外に設定されたとき、あるいは上記フィクスチャーの長さと太さとが上記最大値と最小値との間に設定された場合でも、シュミレーション部１１０が、術後血流パラメータが術前血流パラメータより小さいと判定したときには、表示画面上での警告表示、あるいは音声による警報が発せられることとなり、より信頼性の高いインプラントの設計を少ない労力で行うことができる。

　また、本実施形態１では、インプラントの設計と同時に、設計されたインプラントの形状データに基づいて、手術治具を設計するので、インプラント手術の準備を短期間に行うことができる。

　なお、上記実施形態１では、顎骨データ格納部１０１に格納される顎骨データＤａｈは、Ｘ線ＣＴ撮影により得られたものとし、骨部分のＸ線ＣＴ撮影で得られたＣＴ値を血流量の指標となる血流パラメータとして用いているが、顎骨データ格納部１０１に格納される顎骨データをＭＲＩ撮影により得られたものとし、このＭＲＩ撮影で得られる灌流強調画像を用いて血流量を診断するようにしてもよい。

　以下、本発明の実施形態２として、ＭＲＩ撮影で得られた画像データである灌流強調画像を用いて血流量を診断するインプラント設計装置について説明する。
（実施形態２）
　図１５は、本発明の実施形態２によるインプラント設計装置を説明する図であり、図１５（ａ）は、患者の顎骨を撮影するＭＲＩ撮影装置、及びＭＲＩ撮影装置で得られた患者の顎骨の画像データを用いるインプラント設計装置を示し、図１５（ｂ）は、インプラント設計装置の基本構成を示し、図１５（ｃ）は、インプラント設計装置の具体的な構成を示している。

　この実施形態２のインプラント設計装置２００は、患者の顎骨の構造を示すデータとして、患者の顎骨をＭＲＩ撮影装置９０により撮影して得られた画像データＤａｈｍを用い、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術のシミュレーションでは、このＭＲＩ撮影による画像データＤａｈｍから得られる灌流強調画像を用いて血流量を診断する点で、上記実施形態１のインプラント設計装置とは異なっている。

　つまり、この実施形態２のインプラント設計装置２００は、実施形態１のインプラント設計装置１００における、Ｘ線ＣＴ撮影で得られた画像データＤａｈを受けるシミュレーション部１１０及び顎骨モデル作成部１１１に代えて、ＭＲＩ撮影により得られた画像データＤａｈｍを受けるシミュレーション部２１０及び顎骨モデル作成部２１１を備えたものであり、その他の構成は、実施形態１のインプラント設計装置２００と同一である。また、この実施形態２のシミュレーション部２１０では、上記実施形態１における術後血流パラメータ及び術前血流パラメータに代えて、灌流強調画像の情報から得られる術後血流量及び術前血流量を用いている。

　以下、ＭＲＩ（核磁気共鳴画像法：ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｍａｇｉｎｇ）について簡単に説明する。また、シミュレーション部２１０及び顎骨モデル作成部２１１は、実施形態１のシミュレーション部１１０及び顎骨モデル作成部１１１の構成に加えて、灌流強調画像に基づいたインプラントモデルのシミュレーションを可能とする構成を有するものである。

　ところで、ＭＲＩは、核磁気共鳴（ＮＭＲ：ｎｕｃｌｅａｒ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象を利用して生体内の内部の情報を画像にする方法である。この方法では、断層画像としてはＸ線ＣＴ撮影と一見よく似た画像が得られるが、Ｘ線ＣＴ撮影とは全く異なる物質の物理的性質に着目した撮影法であるため、Ｘ線ＣＴ撮影で得られない情報が多く得られ、ＭＲＩの原理は以下のとおりである。

　そもそも、電子とともに原子を構成する原子核のうちの、原子番号と質量数がともに偶数でない原子核は、その原子核スピンにより磁石の性質を持つが、それぞれの原子核スピンの磁化方向はばらばらであり全体としては磁化を発生しない。この状態で、外部から（強い）静磁場を作用させると、原子核スピンの持つ磁化の方向は磁場をかけた向きにわずかに揃う。これにより、全体として磁場をかけた向きに磁化が行われる。

　また、この原子核磁化の方向は、特定周波数の高周波パルス電圧の印加により、静磁場方向を軸として歳差運動（コマの首振り運動と同様な運動）を行うこととなるが、そのパルス電圧の印加を停止すれば徐々に元の状態に戻る。

　ここで、このパルス電圧の印加をやめて定常状態に戻るまでの過程（緩和現象）で、人体のそれぞれの組織によって戻る速さが異なる。核磁気共鳴画像法では、各組織における戻り方の違いを信号処理により画像化して人体の３次元画像を作成する。

　なお、原子核スピンにより磁石の性質を持つ原子核であれば、その挙動を全て画像データに反映することが可能であるが、人体に含まれる原子のうちで原子核が磁石の性質を持つものは、水素の除いてはその含有量が極微量であるため、医療用ＭＲＩでは、水素原子の原子核の挙動から画像データを取得している。

　従って、海綿骨などの組織内で水の偏在している箇所は血管があることから、ＭＲＩ撮影により得られた画像データから血流量を示す情報を抽出することができ、この実施形態２では、特に血流量を診断する画像として灌流強調画像を用いている。

　次に動作について説明する。

　具体的には、本実施形態２のインプラント設計装置を用いてインプラントを設計する方法について説明する。

　本実施形態２のインプラント設計装置２００では、予め患者の顎骨をＭＲＩ撮影装置９０により撮影して得られた、患者の顎骨の構造を示す顎骨データＤａｈｍが顎骨データ格納部１０１に格納されている。また、このインプラント設計装置２００のインプラント標準データ格納部１０２には、実施形態１と同様に、構造、サイズ、材料などの異なる種々の歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐが格納されている。

　担当医（ユーザ）が、操作部１１４から、患者の希望する歯科用インプラントの種類を入力すると、インプラント設計装置２００のインプラント標準データ格納部１０２に格納されている種々のインプラント標準データから、患者の希望に応じた歯科用インプラントのインプラント標準データＳＤｉｐが選択される。このとき、インプラント標準データＳＤｉｐに基づいて、色や材質は同じであるが、直径、長さなどのサイズの異なる規格品の歯科用インプラントが表示部１１６に複数表示される。

　次に、担当医が、操作部１１４の操作により、検査結果など（例えば患者の顎骨の構造）から適切と予測される歯科用インプラントを、表示されているサイズの異なる複数の規格品の歯科用インプラントのうちから選択すると、インプラント標準データ格納部１０２から、１つの規格品の歯科用インプラントの外形形状を示すインプラント標準データＳＤｉｐが初期インプラントデータとしてインプラントモデル作成部１１２に供給される。なお、このインプラント標準データＳＤｉｐは、フィクスチャーの形状データ、アバットメントの形状データ、及び補綴冠の形状データを含んでいる。

　インプラントモデル作成部１１２は、インプラント標準データＳＤｉｐに基づいて、フィクスチャーのモデル２１ａ、アバットメントのモデル２２ａ、及び補綴冠のモデル２３ａを含むインプラントモデルＭｉｐ（図５参照）を作成する。

　また、このとき、顎骨モデル作成部２１１は、顎骨データ格納部１０１から顎骨データＤａｈｍを受けて顎骨モデルＭａｈを生成する。ここでは、これらのモデルとして、それぞれ３次元モデルを用いるが、必ずしも３次元モデルに限らない。

　これらのモデルは、シミュレーション部２１０にて合成されて、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術のシミュレーションが実施形態１と同様に行われる。

　ただし、この実施形態２では、顎骨データＤａｈｍはＭＲＩ撮影により得られたものであるため、表示部１１６の画面上には、顎骨モデルの歯牙欠損部Ａの周辺での血流量を例えば赤色などの濃淡により示す灌流強調画像が表示されている。

　従って、この実施形態２のインプラント設計装置２００では、患者の最適なインプラントモデルを求めるシミュレーションを行う際、担当医は、フィクスチャーモデルの形状及び位置を灌流強調画像に基づいて決定することができる。

　なお、この実施形態２においても、実施形態１と同様に、顎骨モデルＭａｈの歯牙欠損部Ａでの隣接する歯の離間間隔、及びそれらの歯の大きさに合わせて、補綴冠モデル２３ａの最適位置及び最適サイズを決定する処理、補綴冠モデル２３ａの理想的な位置に基づいて、フィクスチャーモデル２１ａの挿入位置、及びアバットメントモデル２２ａの方向などを決定する処理、さらに、フィクスチャーモデル２１ａの太さをを決定する処理が行われる。

　この実施形態２では、特に顎骨モデルの歯牙欠損部Ａの周辺での血流量をインプラントの設計を行う上で重要な要素としているが、それは、血流量により幹細胞がインプラントの周辺に運ばれてくる量が決まり、幹細胞が多ければ多いほど骨の成長が促進され、インプラントと海綿骨及び皮質骨との癒着（オッセオ・インテグレーション）が良好に行われるからである。

　このように本実施形態２では、歯科用インプラントをコンピュータによる画像処理を用いて設計するインプラント設計装置２００において、患者の顎骨の構造を示す、ＭＲＩ撮影により得られた顎骨データから顎骨モデルを作成する顎骨モデル作成部２１１と、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するインプラントモデル作成部１１２と、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルに組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするシミュレーション部２１０と、該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計する設計部１２０とを備えたので、歯科用インプラントを、患者の顎骨の構造や状態に合わせて患者毎に最適な形状に設計することができる。

　また、上記シミュレーション部２１０は、ユーザによるインプラント設計を支援する機能（設計支援機能）を搭載しているので、ユーザ操作により、上記フィクスチャーの長さと太さとが上記最大値と最小値との間の範囲外に設定されたとき、あるいは上記フィクスチャーの長さと太さとが上記最大値と最小値との間に設定された場合でも、シュミレーション部２１０が、術後血流量が術前血流量より小さいと判定したときには、表示画面上での警告表示、あるいは音声による警報が発せられることとなり、より信頼性の高いインプラントの設計を少ない労力で行うことができる。

　また、本実施形態２では、インプラントの設計と同時に、設計されたインプラントの形状データに基づいて、手術治具を設計するので、インプラント手術の準備を短期間に行うことができる。

　さらに、本実施形態２では、患者の顎骨の構造を示すデータとして、患者の顎骨をＭＲＩ撮影により得られた画像データＤａｈｍを用い、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術のシミュレーションでは、このＭＲＩ撮影による画像データＤａｈｍから得られる灌流強調画像に基づいて血流量を診断するので、顎骨のインプラント周辺での血流量を確保して、インプラント周辺での骨の成長を促進し、良好なオッセオ・インテグレーションを早期に実現することが可能となる効果がある。

　なお、本実施形態１あるいは２のインプラント設計装置１００あるいは２００は、プロセッサ、記憶装置、ユーザインターフェース（入力操作部）、出力部を有する通常のパーソナルコンピュータにより実現可能なものであり、パーソナルコンピュータに以下のインプラント設計用プログラムをインストールすることで、パーソナルコンピュータ上に上記インプラント設計装置１００あるいは２００を実現することができる。

　このようなインプラント設計用プログラムは、基本的には、コンピュータが、患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成するステップと、歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するステップと、該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルに組み込むことにより、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするステップと、該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計するステップとを実行する、プログラムである。

　また、このようなプログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納しておき、必要に応じてコンピュータに読み込むことで、上記インプラント設計装置を構築することができる。ここで、コンピュータ読取可能な記録媒体は、光ディスク、ハードディスクなどである。また、上記プログラムは、記録媒体に格納したものに限らず、インターネット上の所定のサーバーに格納したものであってもよく、この場合、プログラムはインターネット上の所定のサーバーから通信回線を介してダウンロードすることができる。

　なお、上記実施形態１及び２では、シミュレーション部１１０及び２１０は、シミュレーションによるインプラントの設計をアシストする機能（設計支援機能）を有しているものを示したが、シミュレーション部１１０及び２１０は、上記シミュレーションによるインプラントの設計をアシストする機能を有していないものでもよい。

　本発明は、患者の顎骨のコンピューター断層撮影により得られた３次元画像を用いて、顎骨に埋め込む歯科用インプラントを設計する方法及び装置の分野において、歯科用インプラントを、患者の顎骨の構造や状態に合わせて患者毎に最適な形状に設計することができる方法及び装置を提供することができるものである。

　２０　歯科用インプラント
　２１　インプラント本体（フィクスチャー）
　２１ａ　フィクスチャーモデル
　２２　支柱（アバットメント）
　２２ａ　アバットメントモデル
　２３　上部構造（人工歯あるいは補綴冠）
　２３ａ　補綴冠モデル
　３０　患者の顎骨
　３１　海綿骨
　３２　皮質骨
　３３　歯肉
　８０　ＣＴスキャン装置
　９０　ＭＲＩ撮影装置
　１００、２００　インプラント設計装置
　１００ａ　プロセッサ
　１００ｂ　記憶装置
　１００ｃ　ユーザインターフェース
　１００ｄ　出力部
　１０１　顎骨データ格納部
　１０２　インプラント標準データ格納部
　１１０、２１０　シミュレーション部
　１１１　顎骨モデル作成部
　１１２　インプラントモデル作成部
　１１３　入力制御部
　１１４　操作部
　１１５　表示制御部
　１１６　表示部
　１２０　設計部
　Ｄａｈ　顎骨データ
　Ｄｂ　データバス
　Ｍａｈ　顎骨モデル
　Ｍｉｐ　インプラントモデル
　ＭＤｉｐ　インプラント変形データ
　ＳＤｉｐ　インプラント標準データ

Claims (15)

1. 　歯科用インプラントをコンピュータにより設計するインプラント設計方法であって、
   　患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成するステップと、
   　歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するステップと、
   　該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルを組み込むことにより、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするステップと、
   　該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計するステップと
   　を含む、インプラント設計方法。
2. 　請求項１に記載のインプラント設計方法において、
   　前記シミュレーションを行うステップは、
   　前記顎骨モデルと、該顎骨モデルに埋め込まれた前記インプラントモデルとの位置関係に基づいて、前記インプラントモデルのサイズの上限値及び下限値を決定するステップと、
   　前記変形させたインプラントモデルのサイズが、該上限値及び下限値で示される範囲外のサイズであるとき、警告を発するステップとを含む、インプラント設計方法。
3. 　請求項２に記載のインプラント設計方法において、
   　前記患者の顎骨の構造を示す顎骨データは、該患者の顎骨のコンピューター断層撮影により得られた画像データである、インプラント設計方法。
4. 　請求項３に記載のインプラント設計方法において、
   　前記コンピューター断層撮影は、Ｘ線ＣＴ撮影あるいはＭＲＩ撮影である、インプラント設計方法。
5. 　請求項４に記載のインプラント設計方法において、
   　前記患者の顎骨の構造を示す顎骨データは、該患者の顎骨のＸ線ＣＴ撮影により得られた画像データであり、
   　前記シミュレーションを行うステップは、
   　前記顎骨モデルに前記フィクスチャーモデルを埋め込んでいない状態における、該顎骨モデルの海綿骨部分の血流量の目安となる術前血流パラメータを、該Ｘ線ＣＴ撮影により得られた画像データに含まれるＣＴ値に基づいて導出するステップと、
   　該顎骨モデルに該フィクスチャーモデルを埋め込んだ状態における、該顎骨モデルの海綿骨部分の血流量の目安となる術後血流パラメータを、該ＣＴ値、及び前記顎骨モデルと前記インプラントモデルとの位置関係に基づいて導出するステップとを含み、
   　前記警告を発するステップは、前記変形させたインプラントモデルのサイズが、前記上限値及び下限値が示す範囲内のサイズであっても、該術前血流パラメータ及び該術後血流パラメータから、術後の血流量が術前の血流量より低下すると判定されるとき、警告を発するステップである、インプラント設計方法。
6. 　請求項２または５に記載のインプラント設計方法において、
   　前記シミュレーションの最初に用いるインプラントデータは、構造、サイズ、及び材料が異なる既成の複数の歯科用インプラントの中から選択した特定の歯科用インプラントの外形形状を表すインプラント標準データである、インプラント設計方法。
7. 　請求項３または５に記載のインプラント設計方法において、
   　前記顎骨モデルを作成するステップは、
   　前記患者の顎骨のコンピューター断層撮影により得られた画像データの変換処理により該患者の顎骨の構造を示す顎骨データとして３次元画像データを作成するステップと、
   　該顎骨データとしての３次元画像データから３次元顎骨モデルを作成するステップとを含み、
   　前記インプラントモデルを作成するステップは、
   　前記インプラントデータとしての３次元画像データから３次元インプラントモデルを作成するステップを含み、
   　前記手術のシミュレーションを行うステップは、
   　該３次元顎骨モデルと該３次元インプラントモデルとを合成するステップを含む、インプラント設計方法。
8. 　請求項２または７に記載のインプラント設計方法において、
   　前記歯科用インプラントは、
   　前記患者の顎骨に埋め込まれるインプラント本体と、
   　該インプラント本体に固定される支柱と、
   　該支持に装着される人工歯とを有している、インプラント設計方法。
9. 　請求項８に記載のインプラント設計方法において、
   　前記インプラントデータは、前記歯科用インプラントを構成する前記インプラント本体、前記支柱、及び前記人工歯の外形形状をそれぞれ決める３次元画像データとして、インプラント本体データ、支柱データ、人工歯データを含み、
   　前記インプラントモデルを作成するステップは、前記インプラント本体データ、支柱データ、及び人工歯データから３次元インプラントモデルを作成するステップである、インプラント設計方法。
10. 　請求項２または５に記載のインプラント設計方法において、
    　前記手術のシミュレーションを行うステップは、
    　前記顎骨モデルにおける皮質骨部と海綿骨部との境界と、前記インプラントモデルのインプラント本体との位置関係をシミュレートするステップを含む、インプラント設計方法。
11. 　請求項２または５に記載のインプラント設計方法において、
    　前記手術のシミュレーションを行うステップは、
    　前記顎骨モデルにおける血管及び神経と、前記インプラントモデルのインプラント本体との位置関係をシミュレートするステップを含む、インプラント設計方法。
12. 　請求項９に記載のインプラント設計方法において、
    　前記手術のシミュレーションを行うステップは、
    　前記顎骨モデルに基づいて上顎と下顎の動きをシミュレートするステップと、
    　該上顎と該下顎の動きのシミュレーション結果に基づいて、前記患者の顎骨の歯欠損部に人工歯を配置したときに該人工歯を支えるインプラント本体にかかる荷重及び該荷重のかかる方向をシミュレートするステップとを含む、インプラント設計方法。
13. 　請求項１２に記載のインプラント設計方法において、
    　前記手術のシミュレーションを行うステップは、前記荷重のシミュレーションにより得られたインプラント本体にかかる荷重に基づいて、該インプラント本体を患者の顎骨が支えられるか否かをシミュレートするステップを含む、インプラント設計方法。
14. 　歯科用インプラントをコンピュータによる画像処理を用いて設計するインプラント設計装置であって、
    　患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成する顎骨モデル作成部と、
    　歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するインプラントモデル作成部と、
    　該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルに組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするシミュレーション部と、
    　該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計する設計部と
    　を備えた、インプラント設計装置。
15. 　歯科用インプラントを設計するインプラント設計方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    　該コンピュータが、
    　患者の顎骨の構造を示す顎骨データから顎骨モデルを作成するステップと、
    　歯科用インプラントの外形形状を示すインプラントデータからインプラントモデルを作成するステップと、
    　該顎骨モデルの指定された部位に該インプラントモデルに組み込んで、患者の顎骨に歯科用インプラントを埋め込む手術をシミュレーションするステップと、
    　該シミュレーションの結果に応じて該インプラントデータを修正して変形させたインプラントモデルから該歯科用インプラントを設計するステップと
    　を実行する、インプラント設計プログラム。

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