WO2019003452A1 - Ct imaging reference marker, three-dimensional tomogram creation method, matching method, and system therefor - Google Patents
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Abstract
Provided are: highly accurate direct matching between a three-dimensional CT tomogram according to a single CT scan scheme and a three-dimensional intraoral surface shape image obtained through an intraoral or oral model scan; a three-dimensional CT tomography reference marker which makes it possible to obtain an image of an accurate size in a three-dimensional CT tomogram, and which is sterilizable and reusable; a CT matching template which includes a reference marker that can be simply fabricated; a matching system using a simple single CT scan scheme; and direct matching that can be used for all cases including a case having much artifact and a case of anodontia. A reference marker made of glass ceramics material has no expansion or contraction during three-dimensional CT tomography, and provides an image of an accurate size. From a three-dimensional CT tomogram of a patient wearing in the oral cavity thereof a CT matching template including a reference marker, and from a three-dimensional intraoral surface shape image in a state in which the reference marker is arranged, a three-dimensional image of the reference marker is acquired. With reference to the reference marker, it is possible to perform accurate direct matching between the three-dimensional CT tomogram and the three-dimensional intraoral surface shape image.
Description
本発明は、シングルCTスキャン方式でのCT撮影のための新たな素材によるリファレンスマーカーであり、そのリファレンスマーカーを使用し、3次元CT断層撮影像と口腔内または口腔模型スキャンにより得られた３次元口腔内表面形状像のマッチングを行う方法及びシステムである。
The present invention is a reference marker with a new material for CT imaging in a single CT scan method, using the reference marker, and a three-dimensional CT tomographic image and a three-dimensional obtained by intraoral or oral model scan Method and system for matching an intraoral surface shape image.
全ての症例に対して、口腔模型（サーファイス）スキャンデータとCTデータ（DICOM)のマッチングに基づくCAD/CAMサージカルガイドの使用は、精密なインプラント外科手術を行うために重要である。しかしながら今までのCAD/CAMサージカルガイドに於いては、模型スキャンデータとCTデータのマッチングに基づくCAD/CAMサージカルガイドの使用は、遊離端欠損やメタルアーチファクトが多い場合などは、１、メタルアーチファクトの影響や口腔内サーフェィスデータの不一致より、軟組織、硬組織における正確な診断ができない、２、口腔模型スキャンデータとCTデータのマッチング不良が起こり、サージカルガイドの位置ズレ、インプラント埋入位置ズレの危険性がある。これは、Tabea Flggeらの研究において同様の報告がある。（非特許文献１）
For all cases, the use of CAD / CAM surgical guides based on matching oral scan (surface) scan data and CT data (DICOM) is important for performing precision implant surgery. However, in the CAD / CAM surgical guides so far, the use of CAD / CAM surgical guides based on matching of model scan data and CT data is not effective when there are many free end defects and metal artifacts, etc. Due to the impact and incompatibility of intraoral surface data, accurate diagnosis in soft tissue and hard tissue can not be made. 2. Mismatch between oral model scan data and CT data occurs, and the risk of positional deviation of surgical guide and positional deviation of implant There is sex. This is similar to the report of Tabea Flgge et al. (Non-patent document 1)
これらの解決のため、従来は、特許文献１～６に開示されているように、位置合わせのためにCT撮影を２回行うダブルCTスキャニング方法と呼ばれる手法が考案された。
In order to solve these problems, conventionally, as disclosed in Patent Documents 1 to 6, a method called a double CT scanning method in which CT imaging is performed twice for alignment has been devised.
特許文献２～６においての手法は、歯の模型を作製し、作製した歯の作業用模型を元にして、Ｘ線造影剤によるマーカーを含んだＣＴ撮影用テンプレートを作製し、ＣＴ撮影時に患者にＣＴ撮影用テンプレート装着する。そしてＣＴ撮影用テンプレートのみを再度CT撮影を行う。その後、この２つの３次元画像データを重ね合わせるために、マーカーを基準として手動の位置合わせ、およびマッチングを行う。その後アーチファクトは手動による消去を行い、インプラントプラニングを行う。そのデータを基に３次元CT撮影像より直接、サージカルガイドを作製する。
According to the methods in Patent Documents 2 to 6, a dental model is produced, and a CT imaging template including a marker by an X-ray contrast agent is produced based on the produced dental working model, and a patient at the CT imaging Attach a CT imaging template to the Then, CT imaging is performed again for only the CT imaging template. Thereafter, in order to superimpose the two three-dimensional image data, manual alignment and matching are performed using the marker as a reference. The artifact is then manually eliminated and implant planned. Based on the data, a surgical guide is produced directly from the three-dimensional CT image.
特許文献１においての手法は、歯の模型を作製し、作製した歯の作業用模型を基にして、Ｘ線造影剤によるマーカーを含んだＣＴ撮影用テンプレートを作製し、ＣＴ撮影時に患者の口腔内にＣＴ撮影用テンプレートを装着する。そして、製作した患者の歯の模型にＣＴ撮影用テンプレートを装着させ、再度CT撮影を行う。その後この２つのデータを重ね合わせるために、マーカーを基準に手動の位置合わせを行い、重ね合わせる。その後アーチファクトを取り除く。
The method in Patent Document 1 prepares a dental model, prepares a CT imaging template including a marker by an X-ray contrast agent based on the prepared dental working model, and prepares a patient's oral cavity during CT imaging Attach a CT imaging template inside. Then, a CT imaging template is attached to the manufactured patient's tooth model, and CT imaging is performed again. Then, in order to superimpose the two data, manual alignment is performed on the basis of the marker, and superimposing. Then remove the artifact.
特許文献２～６において、有歯顎から無歯顎までの症例で行われるダブルCTスキャン手法の課題は、非特許文献２～３に示すようにCT断層撮影から得られる３次元像には寸法誤差あるということである。つまりダブルCTスキャン方式においては、CT断層撮影を基にして、３次元CT断層撮影像より直接サージカルガイドを作製する為、CT誤差が含まれるサージカルテンプレートが作製されてしまう。このサージカルテンプレートを使用し、インプラント手術を行う場合、サージカルガイドの寸法精度が悪いため、インプラント埋入時に誤差を生じると言う問題点がある。また、ダブルCTスキャン方式のもう一つの問題点は、レジンで作製されたラジオグラフィックガイドにある。レジン収縮などにより変形が生じた場合、適合に問題があるラジオグラフィックガイドの形態がそのままCT断層撮影され、問題のある３次元CT断層撮影像よりサージカルガイドに転写されてしまう。そのため、口腔内適合性が悪くなり、サージカルガイドの位置ズレ、インプラント埋入位置ズレの危険性がある。
In the patent documents 2 to 6, the problem of the double CT scanning method performed in the case from the edentulous jaw to the edentulous jaw is the dimension in the three-dimensional image obtained from the CT tomography as shown in non-patent documents 2 to 3 It means that there is an error. That is, in the double CT scan method, since a surgical guide is directly produced from a three-dimensional CT tomographic image based on CT tomography, a surgical template containing a CT error is produced. When implant surgery is performed using this surgical template, there is a problem that an error occurs when implanting the implant because the dimensional accuracy of the surgical guide is poor. In addition, another problem of the double CT scan method is the radiographic guide made of resin. When deformation occurs due to resin contraction or the like, the form of the radiographic guide having a problem in conformity is directly CT tomographic imaged, and is transferred to the surgical guide from the three-dimensional CT tomographic image having a problem. Therefore, the intraoral compatibility deteriorates, and there is a risk of positional deviation of the surgical guide and positional deviation of the implant.
また特許文献２～６においてのシングルCTスキャン方式による、３次元CT断層撮影像と３次元口腔内表面形状像とのマッチングは、一部の症例のみ可能となっているが、アーチファクトが有る症例や遊離端欠損症例においては、非特許文献１にあげる問題や課題が起こる。
In addition, although matching between a 3D CT tomographic image and a 3D intraoral surface shape image by the single CT scan method in Patent Documents 2 to 6 is possible only in some cases, cases with artifacts or In the free end defect case, problems and problems described in Non-Patent Document 1 occur.
この手法のマッチング不良の原因は、歯を基準にマッチングを行うためであり、マッチングが可能な歯の数や歯の位置によりマッチング不良がおこる。つまりこの手法では、無歯顎、多数歯欠損症例、遊離端欠損症例、アーチファクトの有る症例におけるマッチングは、不可能であったり大きな誤差を生む可能性が有る。そのため、アーチファクトが有る症例や遊離端欠損症例においては、非特許文献１にあげる問題や課題を解決することが求められる。
The cause of the matching failure in this method is to perform matching on the basis of teeth, and the matching failure occurs depending on the number of teeth that can be matched and the position of the teeth. That is, with this method, matching in edentulous jaws, cases of multiple tooth defects, cases of free end defects, and cases with artifacts may not be possible or may cause large errors. Therefore, in the case where there is an artifact or the free end defect case, it is required to solve the problems and problems described in Non-Patent Document 1.
特許文献１においての手法の課題は、複雑な マーカー作製のため、時間と費用がかかり、しかも操作が複雑であり、臨床的な面からも凡庸性に欠ける面が指摘される。また特許文献１のマーカーは、Ｘ線造影剤としてバリュウム入りアクリル即時スキャニングレジンを使用している。これは、熱に弱く滅菌は、不可能であり、臨床的に問題がある。また特許文献１に記載されているように、実際の寸法に対するCT像の寸法の増加する割合は、４．４１％もあり膨張していることが分かる。これにより３次元CT断層撮影像と実際のマーカーの形状データーとの直接マッチングには、大きな誤差が生まれる可能性が指摘され、マーカーとしては、不適切であることが伺える。
The problem of the method in Patent Document 1 is pointed out that it is time-consuming and expensive due to the complicated marker production, and the operation is complicated and lacks mediocrity from the clinical point of view. Moreover, the marker of patent document 1 is using the acrylic immediate scanning resin containing barium as an X-ray contrast agent. It is weak to heat and sterilization is impossible and is clinically problematic. Also, as described in Patent Document 1, it can be seen that the increasing ratio of the size of the CT image to the actual size is expanded by as much as 4.41%. As a result, it is pointed out that there may be a large error in direct matching between a three-dimensional CT tomographic image and the shape data of an actual marker, and it can be said that the marker is unsuitable.
先行特許文献及び非特許文献における技術の問題点、課題は、
１、マーカーのCT撮影時の膨張収縮の問題点、課題（先行特許文献１～６）
２、ダブルCTスキャン方式にによる、誤差の問題点、課題
３、臨床的な煩雑さ、複雑さによって起こる誤差の問題点、課題
４、樹脂で出来たマーカーの滅菌の問題点、課題
５、マッチング精度の問題点、課題
６、マッチング部位を歯で行う場合、遊離端欠損症例、多数歯欠損は、残存歯の数が少ない、残存歯の位置（マッチング部位が少ない、マッチング部位の位置が近すぎる問題）などの原因により起こるマッチング精度悪化の問題、課題が挙げられる。
７、無歯顎症例における３次元断層撮影像と３次元口腔内表面形状STLデータの精度の高いマッチング方法の問題、課題 Technical problems and problems in prior patent documents and non-patent documents
1. Problem of expansion and contraction during CT imaging of markers, problems (previous patent documents 1 to 6)
2. Error problems due to doubleCT scan method 3. Problem 3. Clinical complexity, problems due to errors caused by complexity, Problem 4. Problems with sterilization of resin marker made, Problems 5 and Matching Accuracy issue, task 6, when matching site is done with teeth, free end defect case, multiple teeth missing, the number of remaining teeth is small, the position of residual teeth (there are few matching sites, the position of matching sites is too close Problems in matching accuracy deterioration and problems that occur due to causes such as problems.
7, The problem and problem of high accuracy matching method of 3D tomographic image and 3D intraoral surface shape STL data in edentulous jaw case
１、マーカーのCT撮影時の膨張収縮の問題点、課題（先行特許文献１～６）
２、ダブルCTスキャン方式にによる、誤差の問題点、課題
３、臨床的な煩雑さ、複雑さによって起こる誤差の問題点、課題
４、樹脂で出来たマーカーの滅菌の問題点、課題
５、マッチング精度の問題点、課題
６、マッチング部位を歯で行う場合、遊離端欠損症例、多数歯欠損は、残存歯の数が少ない、残存歯の位置（マッチング部位が少ない、マッチング部位の位置が近すぎる問題）などの原因により起こるマッチング精度悪化の問題、課題が挙げられる。
７、無歯顎症例における３次元断層撮影像と３次元口腔内表面形状STLデータの精度の高いマッチング方法の問題、課題 Technical problems and problems in prior patent documents and non-patent documents
1. Problem of expansion and contraction during CT imaging of markers, problems (
2. Error problems due to double
7, The problem and problem of high accuracy matching method of 3D tomographic image and 3D intraoral surface shape STL data in edentulous jaw case
そこで、本発明は、３次元CT断層撮影を行った場合にも正確な大きさの画像が得られる３次元断層撮影用リファレンスマーカー、およびかかるリファレンスマーカー用いたCTマッチングテンプレートの作成方法、及びシングルCTスキャン方式における３次元断層撮影像と３次元口腔内表面形状像の精度の高いマッチング方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a reference marker for three-dimensional tomography for obtaining an image of an accurate size even when three-dimensional CT tomography is performed, a method for creating a CT matching template using such a reference marker, and single CT An object of the present invention is to provide a highly accurate matching method of a three-dimensional tomographic image and a three-dimensional intraoral surface shape image in a scanning method.
また、無歯顎から有歯顎まですべての症例において、１回のCT撮影で、３次元顎骨CT断層撮影DICOMデータと３次元口腔内表面形状STLデータとの正確なマッチングが行える方法は現在存在しない。そのため、発明者らは、これらの問題の解決を行うために、下記の１～５に記載された内容を見出した。
１、シンプルで実用性、凡庸性が高く、容易に作製できるマーカーを使用したCTマッチングテンプレート。
２、無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損、アーチファクトの多い症例などすべての症例に対応したシステム。
３、CT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式で得られた３次元顎骨CT断層撮影DICOMデータと３次元口腔内表面形状STLデータのマッチングが直接行える高精度マッチング方法およびそのシステム。
４、使用するマーカーの材料として、実際の寸法に対するCT像の寸法の増加する割合は、0％であり、膨張収縮がない材料。
５、滅菌が可能である実用性の高いマーカー In addition, there is currently a method that enables accurate matching between 3-dimensional jaw bone CT tomography DICOM data and 3-dimensional intra-oral surface shape STL data in a single CT imaging in all cases from edentulous jaws to edentulous jaws. do not do. Therefore, the inventors found the contents described in the following 1 to 5 in order to solve these problems.
1, CT matching template using markers that are simple, practical, highly mediocre, and easily manufactured.
2. A system for all cases, including edentulous jaws, multiple tooth defects, free end defects, and cases with many artifacts.
3. High precision matching method and system that can directly match 3D jaw bone CT tomography DICOM data and 3D intraoral surface shape STL data obtained by single CT scan method which completes CT imaging at one time.
4, as the material of the marker used, the increasing ratio of the size of the CT image to the actual size is 0%, a material without expansion and contraction.
5, highly practical marker that can be sterilized
１、シンプルで実用性、凡庸性が高く、容易に作製できるマーカーを使用したCTマッチングテンプレート。
２、無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損、アーチファクトの多い症例などすべての症例に対応したシステム。
３、CT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式で得られた３次元顎骨CT断層撮影DICOMデータと３次元口腔内表面形状STLデータのマッチングが直接行える高精度マッチング方法およびそのシステム。
４、使用するマーカーの材料として、実際の寸法に対するCT像の寸法の増加する割合は、0％であり、膨張収縮がない材料。
５、滅菌が可能である実用性の高いマーカー In addition, there is currently a method that enables accurate matching between 3-dimensional jaw bone CT tomography DICOM data and 3-dimensional intra-oral surface shape STL data in a single CT imaging in all cases from edentulous jaws to edentulous jaws. do not do. Therefore, the inventors found the contents described in the following 1 to 5 in order to solve these problems.
1, CT matching template using markers that are simple, practical, highly mediocre, and easily manufactured.
2. A system for all cases, including edentulous jaws, multiple tooth defects, free end defects, and cases with many artifacts.
3. High precision matching method and system that can directly match 3D jaw bone CT tomography DICOM data and 3D intraoral surface shape STL data obtained by single CT scan method which completes CT imaging at one time.
4, as the material of the marker used, the increasing ratio of the size of the CT image to the actual size is 0%, a material without expansion and contraction.
5, highly practical marker that can be sterilized
本発明のリファレンスマーカーは、ガラスセラミックス素材からなるCT撮影用リファレンスマーカーである。このリファレンスマーカーは、患者の口腔内に装着された状態で３次元CT断層撮影データに再現でき、かつ３次元スキャナーによる３次元口腔内表面形状データに再現することができる。このリファレンスマーカーの位置を基準として、患者３次元CT断層撮影データと３次元口腔内表面形状データ（３次元スキャナー使用による）との高精度なマッチングが可能である。
The reference marker of the present invention is a reference marker for CT imaging made of a glass ceramic material. The reference marker can be reproduced as three-dimensional CT tomographic data in a state of being mounted in the oral cavity of a patient, and can be reproduced as three-dimensional intraoral surface shape data by a three-dimensional scanner. Based on the position of the reference marker, highly accurate matching of patient 3D CT tomography data and 3D intraoral surface shape data (by using a 3D scanner) is possible.
また、本発明は、従来法の欠点を補い、シンプルで実用性、凡庸性が高く、滅菌による再利用可能な規格統一化されたリファレンスマーカーを使用したCTマッチングテンプレートにより、無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損、アーチファクトの多い症例などすべての症例に対応する。また、CT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式でえられたDICOMデータとSTLデータマッチングが直接行える高精度マッチング方法およびそのシステムである。その工程(図1１)は、
１、咬合床、およびマウスピース（以降ベーステンプレートと総称する）に固定されたリファレンスマーカーからなるCTマッチングテンプレートを準備する工程A1、
２、CTマッチングテンプレートを装着し、バイトを噛んだ状態で患者のCT断層撮影後、DICOMデータを取得する工程A2、
３、CTマッチングテンプレートを装着した患者の歯列模型および口腔内を３次元計測機にてその外形データを取得し、３次元口腔内表面形状像STLデータを取得とする工程A3、
４、CTマッチングテンプレートを装着し無い患者の歯列模型および口腔内３次元計測機にてその外形データを取得した３次元口腔内表面形状像STLデータを取得とする工程A3、
５、コンピュータシステムにおいて、患者CT断層撮影DICOMデータからマーカーを含む３次元CT断層撮影像を作成し、３次元口腔内表面形状像STLデータを取り込み、３次元CT断層撮影像中のマーカーと３次元口腔内表面形状像画像中のマーカーを、コンピュータ上で自動マッチングさせる工程A4、
６、CTマッチングテンプレート装着歯列模型と非装着歯列模型より取得した３次元口腔内表面形状像（口腔内直接外形スキャニングを含む）の２つの３次元画像を自動マッチングさせる工程６
アーチファクトの無い症例、無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損症例はこの工程６で作業が終了となり、インプラント治療計画、CADCAMサージカルガイドの作製を行う。
アーチファクトのある症例では、CTマッチングテンプレート非装着歯列模型より取得した３次元口腔内表面形状像を基にして、３次元CT断層撮影像のアーチファクト像を自動的に除去する工程A5を行い、インプラント治療計画、CADCAMサージカルガイドの作製を行う。
上記の行程からなるリファレンスマーカーの作製、及び３次元口腔領域像を作成するシステムからなることを特徴とする。 In addition, the present invention compensates for the shortcomings of the conventional method and uses a CT matching template that uses a standardized reference marker that is simple, practical, highly mediocre, and reusable and standardized by sterilization. It corresponds to all cases such as defects, free end defects and cases with many artifacts. Another object of the present invention is a high-precision matching method and system for directly performing STL data matching with DICOM data obtained by a single CT scan method in which CT imaging is completed at one time. The process (FIG. 11) is
1. preparing a CT matching template consisting of an occlusal floor and a reference marker fixed to a mouthpiece (hereinafter collectively referred to as a base template), A1.
2. Acquire a DICOM data after CT tomography of a patient with a CT matching template attached and biting a bite, A2,
3. Acquire the external shape data of the dentition model of the patient wearing the CT matching template and the inside of the oral cavity with a three-dimensional measuring device, and obtain three-dimensional intraoral surface shape image STL data, A3.
4. A three-dimensional intraoral surface shape image STL data obtained by acquiring its external shape data with a dental model of a patient who does not wear the CT matching template and the intraoral three-dimensional measuring device A3.
5. In a computer system, create a 3-dimensional CT tomographic image including markers from patient CT tomography DICOM data, capture 3-dimensional intra-oral surface shape image STL data, 3D CT with markers in 3-dimensional CT tomographic image Automatically matching the markers in the intraoral surface shape image on the computer step A4,
6. A step of automatically matching two three-dimensional images of a three-dimensional intra-oral surface shape image (including intra-oral direct external shape scanning) acquired from a CT matching template-mounted dentition tooth model and a non-mounted dentition tooth model
In the case of an artifact-free case, an edentulous jaw, a multiple tooth defect, and a free end defect case, the operation is completed at thisstep 6, and an implant treatment plan and a CADCAM surgical guide are prepared.
In cases where there is an artifact, step A5 of automatically removing the artifact image of the three-dimensional CT tomographic image based on the three-dimensional intraoral surface shape image acquired from the CT matching template non-mounted dentition model is performed. Create a treatment plan, CADCAM surgical guide.
The method is characterized by comprising the production of a reference marker consisting of the above steps, and a system for producing a three-dimensional oral cavity region image.
１、咬合床、およびマウスピース（以降ベーステンプレートと総称する）に固定されたリファレンスマーカーからなるCTマッチングテンプレートを準備する工程A1、
２、CTマッチングテンプレートを装着し、バイトを噛んだ状態で患者のCT断層撮影後、DICOMデータを取得する工程A2、
３、CTマッチングテンプレートを装着した患者の歯列模型および口腔内を３次元計測機にてその外形データを取得し、３次元口腔内表面形状像STLデータを取得とする工程A3、
４、CTマッチングテンプレートを装着し無い患者の歯列模型および口腔内３次元計測機にてその外形データを取得した３次元口腔内表面形状像STLデータを取得とする工程A3、
５、コンピュータシステムにおいて、患者CT断層撮影DICOMデータからマーカーを含む３次元CT断層撮影像を作成し、３次元口腔内表面形状像STLデータを取り込み、３次元CT断層撮影像中のマーカーと３次元口腔内表面形状像画像中のマーカーを、コンピュータ上で自動マッチングさせる工程A4、
６、CTマッチングテンプレート装着歯列模型と非装着歯列模型より取得した３次元口腔内表面形状像（口腔内直接外形スキャニングを含む）の２つの３次元画像を自動マッチングさせる工程６
アーチファクトの無い症例、無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損症例はこの工程６で作業が終了となり、インプラント治療計画、CADCAMサージカルガイドの作製を行う。
アーチファクトのある症例では、CTマッチングテンプレート非装着歯列模型より取得した３次元口腔内表面形状像を基にして、３次元CT断層撮影像のアーチファクト像を自動的に除去する工程A5を行い、インプラント治療計画、CADCAMサージカルガイドの作製を行う。
上記の行程からなるリファレンスマーカーの作製、及び３次元口腔領域像を作成するシステムからなることを特徴とする。 In addition, the present invention compensates for the shortcomings of the conventional method and uses a CT matching template that uses a standardized reference marker that is simple, practical, highly mediocre, and reusable and standardized by sterilization. It corresponds to all cases such as defects, free end defects and cases with many artifacts. Another object of the present invention is a high-precision matching method and system for directly performing STL data matching with DICOM data obtained by a single CT scan method in which CT imaging is completed at one time. The process (FIG. 11) is
1. preparing a CT matching template consisting of an occlusal floor and a reference marker fixed to a mouthpiece (hereinafter collectively referred to as a base template), A1.
2. Acquire a DICOM data after CT tomography of a patient with a CT matching template attached and biting a bite, A2,
3. Acquire the external shape data of the dentition model of the patient wearing the CT matching template and the inside of the oral cavity with a three-dimensional measuring device, and obtain three-dimensional intraoral surface shape image STL data, A3.
4. A three-dimensional intraoral surface shape image STL data obtained by acquiring its external shape data with a dental model of a patient who does not wear the CT matching template and the intraoral three-dimensional measuring device A3.
5. In a computer system, create a 3-dimensional CT tomographic image including markers from patient CT tomography DICOM data, capture 3-dimensional intra-oral surface shape image STL data, 3D CT with markers in 3-dimensional CT tomographic image Automatically matching the markers in the intraoral surface shape image on the computer step A4,
6. A step of automatically matching two three-dimensional images of a three-dimensional intra-oral surface shape image (including intra-oral direct external shape scanning) acquired from a CT matching template-mounted dentition tooth model and a non-mounted dentition tooth model
In the case of an artifact-free case, an edentulous jaw, a multiple tooth defect, and a free end defect case, the operation is completed at this
In cases where there is an artifact, step A5 of automatically removing the artifact image of the three-dimensional CT tomographic image based on the three-dimensional intraoral surface shape image acquired from the CT matching template non-mounted dentition model is performed. Create a treatment plan, CADCAM surgical guide.
The method is characterized by comprising the production of a reference marker consisting of the above steps, and a system for producing a three-dimensional oral cavity region image.
本発明による効果、利点を、下記に述べる。
１、CT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式であるため、非特許文献２～３に示すCT寸法誤差の影響を少なくし、１回で３次元CT断層撮影像と高精度３次元口腔内表面形状像との高精度な直接マッチングにより、インプラント手術に使用するサージカルガイドの寸法制度の飛躍的な向上が得られる。
２、歯科医師及び歯科医院にとって１回のCTスキャンで済むため、時間短縮、利便性、経済性が得られる。
３、熱に対応したマーカーであるため、オートクレーブなどの滅菌が出来、臨床的に実用的である。
４、使用するマーカーの材料として、実際の寸法に対するCT像の寸法の増加する割合は、0％であり、CT像の膨張収縮がない材料であるため、マッチング精度の向上が得られる。
５、精度の向上により、手術の安全性が担保され、患者に絶大な恩恵が得られる。
などの効果、利点がある。
本発明にかかるＣＴ撮影用リファレンスマーカーおよび３次元断層撮影像の作成方法を用いることにより、従来法の欠点を補うことができる。このリファレンスマーカーは、シンプルで実用性、凡庸性が高く、滅菌による再利用可能な規格統一されている。このリファレンスマーカーを使用したCTマッチングテンプレートにより、無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損、アーチファクトの多い症例などすべての症例に対応することが出来る。しかもCT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式であるため、臨床的に時間や費用のコストが抑えられる。それにより得られた３次元CT断層撮影像DICOMデータと３次元口腔内表面形状像STLデータの高精度な直接マッチングが可能となる。これによりインプラント手術の精度が上がり、患者の利益に貢献することができる。 The effects and advantages of the present invention are described below.
1 、 Since it is a single CT scan method that completes CT imaging at one time, the influence of the CT dimensional error shown innon-patent documents 2 to 3 is reduced, and a three-dimensional CT tomographic image and a high-precision three-dimensional oral cavity at one time The high precision direct matching with the internal surface shape image can dramatically improve the dimensional system of the surgical guide used in implant surgery.
2. For dentists and dental clinics, only one CT scan is required, thus providing time savings, convenience and economy.
3. Since it is a marker corresponding to heat, sterilization such as autoclave can be performed and is clinically practical.
4. As the material of the marker to be used, the increasing ratio of the size of the CT image to the actual size is 0%, and the material has no expansion and contraction of the CT image, so that the matching accuracy can be improved.
5. Improved accuracy secures the safety of the operation and provides patients with tremendous benefits.
There are advantages such as effects.
By using the reference marker for CT imaging and the method of creating a three-dimensional tomographic image according to the present invention, the disadvantages of the conventional method can be compensated. This reference marker is simple, practical, highly mediocre, and standardized to be reusable by sterilization. The CT matching template using this reference marker can handle all cases such as edentulous jaws, multiple teeth defects, free end defects, cases with many artifacts, and the like. Moreover, since the CT scan is a single CT scan method that is completed once, the cost of time and cost can be reduced clinically. This enables high-precision direct matching of the three-dimensional CT tomographic image DICOM data obtained and the three-dimensional intra-oral surface shape image STL data. This can improve the accuracy of implant surgery and contribute to the patient's benefit.
１、CT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式であるため、非特許文献２～３に示すCT寸法誤差の影響を少なくし、１回で３次元CT断層撮影像と高精度３次元口腔内表面形状像との高精度な直接マッチングにより、インプラント手術に使用するサージカルガイドの寸法制度の飛躍的な向上が得られる。
２、歯科医師及び歯科医院にとって１回のCTスキャンで済むため、時間短縮、利便性、経済性が得られる。
３、熱に対応したマーカーであるため、オートクレーブなどの滅菌が出来、臨床的に実用的である。
４、使用するマーカーの材料として、実際の寸法に対するCT像の寸法の増加する割合は、0％であり、CT像の膨張収縮がない材料であるため、マッチング精度の向上が得られる。
５、精度の向上により、手術の安全性が担保され、患者に絶大な恩恵が得られる。
などの効果、利点がある。
本発明にかかるＣＴ撮影用リファレンスマーカーおよび３次元断層撮影像の作成方法を用いることにより、従来法の欠点を補うことができる。このリファレンスマーカーは、シンプルで実用性、凡庸性が高く、滅菌による再利用可能な規格統一されている。このリファレンスマーカーを使用したCTマッチングテンプレートにより、無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損、アーチファクトの多い症例などすべての症例に対応することが出来る。しかもCT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式であるため、臨床的に時間や費用のコストが抑えられる。それにより得られた３次元CT断層撮影像DICOMデータと３次元口腔内表面形状像STLデータの高精度な直接マッチングが可能となる。これによりインプラント手術の精度が上がり、患者の利益に貢献することができる。 The effects and advantages of the present invention are described below.
1 、 Since it is a single CT scan method that completes CT imaging at one time, the influence of the CT dimensional error shown in
2. For dentists and dental clinics, only one CT scan is required, thus providing time savings, convenience and economy.
3. Since it is a marker corresponding to heat, sterilization such as autoclave can be performed and is clinically practical.
4. As the material of the marker to be used, the increasing ratio of the size of the CT image to the actual size is 0%, and the material has no expansion and contraction of the CT image, so that the matching accuracy can be improved.
5. Improved accuracy secures the safety of the operation and provides patients with tremendous benefits.
There are advantages such as effects.
By using the reference marker for CT imaging and the method of creating a three-dimensional tomographic image according to the present invention, the disadvantages of the conventional method can be compensated. This reference marker is simple, practical, highly mediocre, and standardized to be reusable by sterilization. The CT matching template using this reference marker can handle all cases such as edentulous jaws, multiple teeth defects, free end defects, cases with many artifacts, and the like. Moreover, since the CT scan is a single CT scan method that is completed once, the cost of time and cost can be reduced clinically. This enables high-precision direct matching of the three-dimensional CT tomographic image DICOM data obtained and the three-dimensional intra-oral surface shape image STL data. This can improve the accuracy of implant surgery and contribute to the patient's benefit.
図１は、歯の金属修復物を有する患者の口腔内写真（下顎）である。このような金属修復物を有する患者に対して口腔領域のＣＴ像を撮影し、３次元イメージに合成した３次元CT断層撮影像を図２に示す。３次元CT断層撮影像は、断層写真であるＣＴ像を積み重ねて合成する。３次元CT断層撮影像の合成には、既存のソフトを用いる。（例coDiagnostiX）
FIG. 1 is an intraoral photograph (mandible) of a patient having a metal restoration of teeth. A CT image of the oral region is taken for a patient having such a metal restoration, and a three-dimensional CT tomographic image synthesized into a three-dimensional image is shown in FIG. Three-dimensional CT tomographic images are synthesized by stacking CT images that are tomographic images. The existing software is used to synthesize 3D CT tomographic images. (Eg coDiagnostiX)
図３は、無歯顎患者の口腔内写真（下顎）である。このような無歯顎患者に対して口腔領域のＣＴ像を撮影し、３次元イメージに合成した３次元CT断層撮影像を図４に示す。
FIG. 3 is an intraoral photograph (mandible) of an edentulous patient. A CT image of the oral region is taken for such edentulous patient, and a three-dimensional CT tomographic image synthesized into a three-dimensional image is shown in FIG.
一方、人工歯根インプラント手術を行う場合、従来は、３次元CT断層撮影像のみでサージカルガイドが作製されていた。これは、多くの誤差が示されており、精度が落ちる。一方、歯列模型は、患者の歯列の型を取り作製されるため、その患者の歯列が正確に再現されており、歯列模型から３次元口腔内表面形状像をとる場合、この精度は、３次元計測機で計測し、寸法精度は、５ミクロンの精度で３次元口腔内表面形状像としてSTLデータに変換されるため、高精度なデータが得られる。かかる３次元口腔内表面形状像を用いて図７のCTマッチングテンプレートを装着した口腔内模型の３次元口腔内表面形状像と患者の３次元CT断層撮影像との直接マッチングを行う。
On the other hand, when performing artificial tooth root implant surgery, conventionally, a surgical guide has been produced only with three-dimensional CT tomographic images. This has shown a lot of errors, and the accuracy drops. On the other hand, since the dentition model is manufactured by taking a model of the patient's dentition, the patient's dentition is accurately reproduced, and when taking a three-dimensional intraoral surface shape image from the dentition model, this accuracy Is measured by a three-dimensional measuring machine, and dimensional accuracy is converted into STL data as a three-dimensional intraoral surface shape image with an accuracy of 5 microns, so high-precision data can be obtained. Using this three-dimensional intraoral surface shape image, direct matching is performed between the three-dimensional intraoral surface shape image of the intraoral model wearing the CT matching template of FIG. 7 and the three-dimensional CT tomographic image of the patient.
図７は、本発明である、CTマッチングテンプレートである。このCTマッチングテンプレートの詳しい構造を図８に示す。
FIG. 7 is a CT matching template according to the present invention. The detailed structure of this CT matching template is shown in FIG.
図８aは、ガラスセラミックス素材からなるリファレンスマーカーである。 発明者は、セラミックの中で強度は360～400mPaと天然歯（エナメル質）の350mPaに近く、天然歯に近い強度、固さを持っているガラスセラミックスに注目した。セラミックス素材の種類として、１、長石系ガラスセラミックス ２、リューサイト系ガラスセラミックス ３、ニケイ酸リチウムガラスセラミックス ４、ジルコニア強化リチウム１ケイ酸系ガラスセラミックス ５、 多孔質結晶ランタン系ガラス ６、ジルコン ７、アルミナ ８、ジルコニア があげられるが、しかしながらCT断層撮影像において、アーチファクトが発生するジルコニア素材やCT断層撮影像において膨張収縮する素材は、使用することはできない。
FIG. 8a is a reference marker made of a glass ceramic material. The inventors focused on glass ceramics having a strength and hardness close to that of natural teeth, which are close to 360 to 400 mPa and 350 mPa of natural teeth (enamel) among ceramics. Types of ceramic materials: 1, feldspar glass ceramics 2, leucite glass ceramics 3, lithium disilicate glass ceramics 4, zirconia reinforced lithium 1 silicate glass ceramics 5, porous crystal lanthanum glass 6, zircon 7, Alumina 8 and zirconia can be mentioned, however, zirconia materials that cause artifacts in CT tomographic images and materials that expand and contract in CT tomographic images can not be used.
後に示す実験結果において、 本発明は、ガラスセラミックス素材の中でも、３次元断層撮影による収縮膨張がほとんどなく、マッチング精度に優れたニケイ酸リチウムガラスとリューサイト系ガラスセラミックスに特に注目した。 リファレンスマーカーに使用できるガラスセラミックスは、上記の材料から適宜選択することができる。リファレンスマーカーの表面形状データとCT断層撮影像との高精度マッチングに必要な事は、膨張収縮がほとんどない事であり、この基準に該当するリファレンスマーカは、ニケイ酸リチウムガラス及びリューサイト系ガラスセラミックスである。マッチング精度の向上を図るには、これらの素材の使用が求められる。
In the experimental results to be shown later, the present invention focuses particularly on lithium disilicate glass and leucite-based glass-ceramics, among glass-ceramic materials, which have almost no shrinkage and expansion due to three-dimensional tomography and are excellent in matching accuracy. Glass ceramics that can be used for the reference marker can be appropriately selected from the above materials. What is necessary for high-precision matching between the surface shape data of the reference marker and the CT tomographic image is that there is almost no expansion and contraction, and the reference marker corresponding to this standard is lithium disilicate glass and leucite glass ceramics It is. Use of these materials is required to improve matching accuracy.
図８ｂは、本発明のリファレンスマーカーの断面図である。
上部中心部に1mmの凹（マッチングの適合確認のために使用）、
頬側中心部に1mmの凹（マッチングの適合確認のために使用）、
舌側中心部に1mmの凹（マッチングの適合確認のために使用）
底部にベーステンプレートと接着させるための凹を設ける。
図８cは、本発明の展開図である。 FIG. 8b is a cross-sectional view of the reference marker of the present invention.
1 mm concave in the upper center (used for matching confirmation),
1 mm concave in the buccal center (used for confirmation of matching match),
1 mm concave in lingual center (used for confirmation of matching match)
The bottom is provided with a recess for bonding with the base template.
FIG. 8c is a developed view of the present invention.
上部中心部に1mmの凹（マッチングの適合確認のために使用）、
頬側中心部に1mmの凹（マッチングの適合確認のために使用）、
舌側中心部に1mmの凹（マッチングの適合確認のために使用）
底部にベーステンプレートと接着させるための凹を設ける。
図８cは、本発明の展開図である。 FIG. 8b is a cross-sectional view of the reference marker of the present invention.
1 mm concave in the upper center (used for matching confirmation),
1 mm concave in the buccal center (used for confirmation of matching match),
1 mm concave in lingual center (used for confirmation of matching match)
The bottom is provided with a recess for bonding with the base template.
FIG. 8c is a developed view of the present invention.
図９は、リファレンスマーカー１を固定するリファレンスプレート３は、厚さ２ミリのレントゲン透過の樹脂プレート（アクリル樹脂等）を使用する。図９aに示すように、リファレンスマーカー１を最低３個、通常６個を配置し、リファレンスプレート３に固定する。(図９ｂ)固定する方法は、脱着が可能でしかも強固に固定できるレゴブロックを使用するか、取り外しが可能な熱可塑性の樹脂２で固定する。これは、リファレンスマーカー１が滅菌が可能であり、経済性を重視し再利用するためである。図９ｃに示すリファレンスプレート３は、S、M、Lのサイズがあり、口腔内歯列の大きさによって選ばれる。以降リファレンスマーカーが、リファレンスプレートに固定された状態をリファレンスインターフェイスと総称する。
In FIG. 9, a reference plate 3 for fixing a reference marker 1 uses a 2 mm thick resin plate (such as acrylic resin) of X-ray transmission. As shown in FIG. 9 a, at least three, usually six reference markers 1 are arranged and fixed to the reference plate 3. (FIG. 9b) As a method of fixing, a removable and rigidly fixable Lego block is used or fixed with a removable thermoplastic resin 2. This is because the reference marker 1 can be sterilized and is reused with emphasis on economics. The reference plate 3 shown in FIG. 9c has a size of S, M, L and is selected according to the size of the intraoral dentition. Hereinafter, the state where the reference marker is fixed to the reference plate is generically referred to as a reference interface.
次に、図１０に示すように、歯列模型４（図１０a)にベーステンプレート５（図１０b)を作成する。このベーステンプレート５は、レントゲン透過性の透明の樹脂プレートをバキュームフォームの製法で作成されるか（エルコプレス等で作成される）、及びデジタルにて３Dプリンターで作成されたレントゲン透過性のレジンで作成されたマウスピースであり、このベーステンプレートにリファレンスインターフェイスを取り付け固定する。上述のように、CTマッチングテンプレートは、歯列模型（図１０a)に装着するようにできている。
Next, as shown in FIG. 10, the base template 5 (FIG. 10b) is created on the dentition model 4 (FIG. 10a). This base template 5 is made of an X-ray transparent transparent resin plate manufactured by a vacuum foam manufacturing method (manufactured by ELCO PRESS etc.), or an X-ray transparent resin manufactured by a digital 3D printer. It is a created mouthpiece, and the reference interface is attached and fixed to this base template. As mentioned above, the CT matching template is adapted to be attached to a dentition model (FIG. 10a).
このように、歯列模型４（図１４a)にCTマッチングテンプレート６を装着固定した状態で、３次元計測機（模型スキャナー、口腔内スキャナー）を用いて外形データを取得し、記録装置に保存される（工程B1）。歯列模型（図１４a、ｃ)の形状は、３次元表面形状測定機（模型スキャナー、口腔内スキャナー）を用いて測定する。シングルCTスキャン方式であるため、この工程では、誤差を避けるためＣＴ像を用いて形状を求めることはしない。
Thus, with the CT matching template 6 attached and fixed to the dentition model 4 (FIG. 14a), external data is acquired using a three-dimensional measuring machine (model scanner, intraoral scanner), and stored in the recording device. (Step B1). The shape of the dentition model (Fig. 14a, c) is measured using a three-dimensional surface shape measuring machine (model scanner, intraoral scanner). Since this is a single CT scan method, in this process, the shape is not determined using a CT image to avoid an error.
更に、図１４のb、ｄに示す様に、３次元表面形状計測機を用いて測定された外形データから、３次元歯列模型像が構築される（工程B３）。
Further, as shown in b and d of FIG. 14, a three-dimensional dentition model image is constructed from the external shape data measured using the three-dimensional surface shape measuring machine (step B3).
次に、図１３ａに示すように、患者の口腔内にCTマッチングテンプレートを噛ませた状態で、口腔領域を撮影し、ＣＴ像（口腔領域断層撮影データ）を得る（図１３b）。この時の注意点は、リファレンスマーカーに上下歯列のメタルアーチファクトがかからないように、リファレンスプレートを基準にCT撮影を行う。かかるデータは、工程B2に示す入力手段を介してコンピュータに入力され、記録部に保存される。
Next, as shown in FIG. 13a, with the CT matching template bitten in the patient's oral cavity, the oral cavity region is photographed to obtain a CT image (oral region tomographic imaging data) (FIG. 13b). The point to be noted at this time is that CT imaging is performed on the basis of the reference plate so that metal artifacts of the upper and lower dentition are not applied to the reference marker. Such data is input to the computer via the input means shown in step B2 and stored in the recording unit.
患者のCTDICOMデータは、３次元CT断層撮影像に表示される（工程B４）。図１５aは、患者に CTマッチッングテンプレートを装着した状態の３次元口腔内表面形状像である。図１５aからわかるように、歯列周辺では、金属修復物の影響でアーチファクトが発生している。
The patient's CTDICOM data is displayed on a three-dimensional CT tomographic image (step B4). FIG. 15a is a three-dimensional intraoral surface profile image of a patient wearing a CT matching template. As can be seen from FIG. 15a, around the dentition, an artifact occurs due to the influence of the metal restoration.
次に、図１６に示すように、図1４ｂの３次元歯列模型像を取り込む。具体的には、図１６に示すように、同じ位置にある３次元口腔内表面形状像に再現されたリファレンスマーカー１と、図1６の患者３次元CT断層撮影像に再現されたリファレンスマーカー１の自動マッチングを行う。これにより重ね合わせが完了する。（工程B６）その後、図１７に示すように CTマッチングテンプレート装着３次元口腔内表面形状像（図１４ｂ）とCTマッチングテンプレート非装着３次元口腔内表面形状像（図１４ｄ)の自動マッチングを行う（工程B７）。これらの工程において、本発明のリファレンスマーカーを基準にマッチングを行うことにより、高い位置精度で３次元口腔内表面形状像と３次元CT断層撮影像をマッチングすることができる。アーチファクトに影響された歯の表面を基準にすることと比較し高精度で位置合わせができる。また後方に歯がない遊離端欠損症例のようにマッチングが出来る歯が少ない場合は、マッチング誤差が生じる。このような場合においても本発明のリファレンスマーカーを使用することにより、歯の数や位置に関係せず、高精度なマッチングにより、３次元口腔内表面形状像と３次元CT断層撮影像を高精度に重ね合わせることができる。
Next, as shown in FIG. 16, the three-dimensional dentition model image of FIG. 14b is captured. Specifically, as shown in FIG. 16, a reference marker 1 reproduced in a three-dimensional intraoral surface shape image at the same position, and a reference marker 1 reproduced in a patient three-dimensional CT tomographic image in FIG. Perform automatic matching. This completes the superposition. (Step B6) Thereafter, as shown in FIG. 17, automatic matching is performed between the CT matching template mounted three-dimensional intraoral surface shape image (FIG. 14b) and the CT matching template non-mounted three dimensional intraoral surface shape image (FIG. 14d) (FIG. Process B7). In these steps, by performing matching based on the reference marker of the present invention, it is possible to match the three-dimensional intraoral surface shape image and the three-dimensional CT tomographic image with high positional accuracy. Alignment can be performed with high accuracy as compared to referencing the tooth surface affected by the artifact. In addition, when there are few teeth that can be matched as in the free end defect case without teeth in the rear, a matching error occurs. Even in such a case, by using the reference marker of the present invention, high-accuracy matching of a three-dimensional intraoral surface shape image and a three-dimensional CT tomographic image is possible by highly accurate matching regardless of the number and position of teeth. Can be superimposed on the
３次元歯列模型表面像（図１４d)とCTマッチングプレートを装着した３次元模型表面像（図１４b)の自動マッチングを行う際（工程B７）、模型の一部に切れ込みを入れた部分を（図１７a）基準にマッチングを行う（図１７b)。これは基準点の特定が容易かつ正確に行えるためである。 また、口腔内３次元計測機（口腔内スキャナー）を使用する場合、 CTマッチングテンプレートに覆われていない歯を基準に重ね合わせる。
When performing automatic matching (step B7) of the 3D dentition model surface image (FIG. 14d) and the 3D model surface image (FIG. 14b) on which the CT matching plate is mounted, Fig. 17a) Matching on the basis (Fig. 17b). This is because it is easy and accurate to specify the reference point. In addition, when using an intraoral three-dimensional measurement machine (intraoral scanner), superimpose on the basis of the teeth not covered by the CT matching template.
図１８に示す様に、基準点の位置が正確に抽出されているかを確認する。また、リファレンスマーカー１の表面に、凹み部が設けられることにより、基準点の特定が容易かつ正確に行える。
As shown in FIG. 18, it is checked whether the position of the reference point is correctly extracted. Further, by providing the recess on the surface of the reference marker 1, the reference point can be identified easily and accurately.
これにより、図１５（ｂ）に示すような３次元像が得られる。
Thereby, a three-dimensional image as shown in FIG. 15 (b) is obtained.
また、図１５（b）では、アーチファクト８が残っているが、必要に応じてこれも削除する（工程 B８）。アーチファクト（８）の除去には、選択領域に含まれるデータを３次元CT断層撮影像のデータから自動削除する。（使用ソフト例coDiagnostiX）
Further, although the artifact 8 remains in FIG. 15 (b), it is also deleted as required (step B8). In the removal of the artifact (8), data included in the selected area is automatically deleted from the data of the three-dimensional CT tomographic image. (Use software example coDiagnostiX)
以上の工程で、アーチファクト源を削除した口腔領域の３次元CT断層撮影像が完了する。本実施の形態にかかる３次元CT断層撮影像（ＣＴ像）の作成方法を、インプラント手術を行う患者に適用した場合の３次元像である。（図１５c d) 図１５からわかるように、本方法を適用することにより、アーチファクトにより不明瞭であった上顎の歯列が明確に表されるようになる。図１５ａは、本方法適用前の３次元像であり、図１５（cd）は、本方法適用後の３次元像である。 図１５からわかるように、本方法を適用することにより、アーチファクトにより不明瞭であった上顎の歯列が明確に表されるようになる。
Through the above steps, a three-dimensional CT tomographic image of the oral cavity region from which the artifact source has been removed is completed. It is a three-dimensional image at the time of applying the creation method of the three-dimensional CT tomography image (CT image) concerning this Embodiment to the patient who performs implant surgery. (FIG. 15c d) As can be seen from FIG. 15, the application of the method makes it possible to clearly show the maxillary dentition that was obscured by the artifact. FIG. 15 a is a three-dimensional image before application of the present method, and FIG. 15 (cd) is a three-dimensional image after application of the present method. As can be seen from FIG. 15, by applying this method, the upper dentition which is unclear due to the artifact is clearly represented.
また、図１～６、図１５は、本実施の形態にかかる３次元断層撮影像（ＣＴ像）の作成方法により作成された３次元像である。図２、４、１５（ａ）は、本方法適用前の３次元ＣＴ像であり、図２（ｃ）、図４（ｃ）、１５(d)は、本方法適用後の３次元ＣＴ像である。これからわかるように、本方法を適用することにより、アーチファクトにより不明瞭であった歯列が、明確に表されるようになる。また図５～６に示すように、無歯顎患者においてもリファレンスマーカーを基準にマッチングさせ、３次元口腔内表面形状像と精密に重ね合わすことができる。
1 to 6 and FIG. 15 are three-dimensional images created by the method of creating a three-dimensional tomographic image (CT image) according to the present embodiment. 2, 4 and 15 (a) are three-dimensional CT images before application of this method, and FIGS. 2 (c), 4 (c) and 15 (d) are three-dimensional CT images after application of this method. It is. As can be seen from the application of the method, the dentition which is unclear due to the artifact is clearly represented. Further, as shown in FIGS. 5 to 6, even in the edentulous patient, the reference marker can be matched based on the reference and precisely superimposed on the three-dimensional intraoral surface shape image.
続いて、本実施の形態にかかる３次元断層撮影像を作成するためのコンピュータシステムについて、簡単に説明する。 図１２は、このシステムに必要なコンピュータシステムの概略図である。このコンピュータシステムは、１、患者の３次元CT断層撮影データ（DICOM)、２、３次元口腔内表面形状像データ（STL）を入力するための、入力部Bを有し、複数のデーターが記録でき、マッチングが可能なシステムである。この条件に当てはまる一般的な市販シュミレーションソフト（使用ソフト例coDiagnostiXなど）を利用する。
Subsequently, a computer system for creating a three-dimensional tomographic image according to the present embodiment will be briefly described. FIG. 12 is a schematic view of a computer system required for this system. This computer system has an input unit B for inputting 1, three-dimensional CT tomography data (DICOM), two-dimensional intraoral surface shape image data (STL) of a patient, and a plurality of data are recorded. It is a system that can and can be matched. Use common commercial simulation software (such as coDiagnostiX used software) that meets this condition.
このコンピュータシステムは、３次元CT断層撮影像とCTマッチングテンプレートを装着した３次元口腔内表面形状像との自動マッチングが行え、その後CTマッチングテンプレートを装着した３次元口腔内表面形状像とCTマッチングテンプレート非装着の３次元口腔内表面形状像を自動マッチングさせ、画像合成を行う事が出来る。３次元像マッチング部Bでは、２つ以上の３次元口腔内表面形状像のマッチングを行う。最後にそれぞれの像を合成部Bにて、３次元画像の合成を可視化する。その後、３次元CT断層撮影像と３次元口腔内表面形状画像を基準にインプラントの適切な位置のポジショニングを行う。
This computer system can perform automatic matching between a three-dimensional CT tomographic image and a three-dimensional intraoral surface shape image equipped with a CT matching template, and then a three-dimensional intraoral surface shape image fitted with a CT matching template and a CT matching template Image combination can be performed by automatically matching a non-mounted three-dimensional intraoral surface shape image. The three-dimensional image matching unit B performs matching of two or more three-dimensional intraoral surface shape images. Finally, the synthesis unit B visualizes the synthesis of the three-dimensional image of each image. Thereafter, positioning of the implant at an appropriate position is performed on the basis of the three-dimensional CT tomographic image and the three-dimensional intraoral surface shape image.
ＣＴ撮影用リファレンスマーカーの造影精度を測るため、実際の大きさに比べてどの程度の大きで撮影されるかについて、以下のような実験を行って調べてみた。
In order to measure the contrast accuracy of the reference marker for CT imaging, the following experiment was conducted to investigate how large the image is to be imaged in comparison with the actual size.
＜試料＞
試料１：（ＣＴ値1949）
試料２：（ＣＴ値2741）
試料３：（ＣＴ値2606）
試料４：（ＣＴ値3500） <Sample>
Sample 1: (CT value 1949)
Sample 2: (CT value 2741)
Sample 3: (CT value 2606)
Sample 4: (CT value 3500)
試料１：（ＣＴ値1949）
試料２：（ＣＴ値2741）
試料３：（ＣＴ値2606）
試料４：（ＣＴ値3500） <Sample>
Sample 1: (CT value 1949)
Sample 2: (CT value 2741)
Sample 3: (CT value 2606)
Sample 4: (CT value 3500)
＜撮影条件＞ ＣＴ装置：TOSHIBA社製Asteion 撮影条件：１２０Ｋｖ、２００ｍＡ、Ｓｌｉｃｅ：０．5ｍｍ
<Choosing conditions> CT device: TOSHIBA manufactured by TOSHIBA Shooting conditions: 120 Kv, 200 mA, Slice: 0.5 mm
＜結果＞
実際の寸法に対するＣＴ像の寸法変化の割合は、以下の通りである。
試料１ ：長石系ガラスセラミックス：マイナス4.73％ （縮小）
試料２：ニケイ酸リチウムガラスセラミックス：0.00％
試料３：リューサイト系ガラスセラミックス：0.00％
試料４：ジルコニア強化リチウム１ケイ酸系ガラスセラミックス：プラス5.64％（膨張） <Result>
The ratio of the dimensional change of the CT image to the actual size is as follows.
Sample 1: feldspar glass ceramics: -4.73% (reduction)
Sample 2: Lithium disilicate glass ceramic: 0.00%
Sample 3: Leucite glass ceramics: 0.00%
Sample 4: Zirconia-toughened lithium 1-silicate glass ceramics: plus 5.64% (expansion)
実際の寸法に対するＣＴ像の寸法変化の割合は、以下の通りである。
試料１ ：長石系ガラスセラミックス：マイナス4.73％ （縮小）
試料２：ニケイ酸リチウムガラスセラミックス：0.00％
試料３：リューサイト系ガラスセラミックス：0.00％
試料４：ジルコニア強化リチウム１ケイ酸系ガラスセラミックス：プラス5.64％（膨張） <Result>
The ratio of the dimensional change of the CT image to the actual size is as follows.
Sample 1: feldspar glass ceramics: -4.73% (reduction)
Sample 2: Lithium disilicate glass ceramic: 0.00%
Sample 3: Leucite glass ceramics: 0.00%
Sample 4: Zirconia-toughened lithium 1-silicate glass ceramics: plus 5.64% (expansion)
このように、試料２（ニケイ酸リチウムガラスセラミックス）と、試料３（リューサイト系ガラスセラミックス）で、０%、試料１の長石系ガラスセラミックスは、実際の大きさより縮小、試料４のジルコニア強化リチウム１ケイ酸系ガラスセラミックスは、実際の大きさより膨張するため、 従って、口腔内に設置するリファレンスマーカーには試料２と３を用いることが好ましいことがわかる。
Thus, the sample 2 (lithium disilicate glass ceramics) and the sample 3 (Leucite glass ceramics), 0%, the sample 1 feldspar glass ceramics is smaller than the actual size, and the zirconia reinforced lithium of the sample 4 1Silicane based glass ceramics expand more than their actual size, therefore it is understood that it is preferable to use samples 2 and 3 as reference markers placed in the oral cavity.
いくら素晴らしい発明であっても、臨床上複雑であったり、特殊な装置が必要であったりした場合、普及がすすまず、患者への恩恵は少なくなる。本発明は、CTの撮影回数を１回に限定し、複雑なステップを簡素化し、普及しやすさと高精度なマッチングの両方に重点が置かれている。また本発明に係るリファレンスマーカーによるマッチングシステムは、３次CT断層撮影像と３次元口腔内表面形状像の均一で安定した高精度なマッチングが行える。これにより、高精度な３次元口腔内表面形状像を基にして、高精度なCAD/CAMサージカルガイドが作製が可能になる。
No matter how great an invention is, if it is clinically complicated or needs a special device, it will not be widely disseminated, and the benefit to patients will decrease. The present invention limits the number of CT imaging operations to one, simplifies complicated steps, and places emphasis on both ease of dissemination and high-precision matching. The matching system using the reference marker according to the present invention can perform uniform and stable high-precision matching of the third-order CT tomographic image and the three-dimensional intraoral surface shape image. As a result, a highly accurate CAD / CAM surgical guide can be produced based on the highly accurate three-dimensional intraoral surface shape image.
ダブルCTスキャン方法と比較し、マッチング回数が減少し、その分マッチング時の誤差の影響を避けることができる。つまりマッチング回数が多いほど誤差を生む可能性がある。また３次元CT断層撮影像は、５ミクロンの精度をほこる３次元計測機による３次元表面形状像と比較し寸法精度が悪い。そのため、全ての症例に対して、３次元口腔内表面形状像スキャンデータ（STLデータ）と３次元CT断層撮影像データ（DICOM)のマッチングに基づくCAD/CAMサージカルガイドの使用は、精密なインプラント外科手術を行うために重要である。 本発明は、インプラント埋入用のCAD/CAMサージカルガイドの適合精度、およびそれに伴うインプラント埋入精度の向上が期待され、インプラント手術の安全性が担保される。これは、患者の利益に貢献でき、産業上の利用可能性を有する。
As compared with the double CT scan method, the number of matching times is reduced, and the influence of errors at the time of matching can be avoided. That is, the more the number of matchings, the more the error may occur. The three-dimensional CT tomographic image is inferior in dimensional accuracy to a three-dimensional surface shape image by a three-dimensional measuring device which has an accuracy of 5 microns. Therefore, for all cases, the use of CAD / CAM surgical guides based on matching 3D intraoral surface topography scan data (STL data) and 3D CT tomographic imaging data (DICOM) is a precision implant surgery It is important to perform surgery. The present invention is expected to improve the matching accuracy of the CAD / CAM surgical guide for implant placement and the implant placement accuracy associated therewith, and secure the safety of implant surgery. This can contribute to the patient's benefit and has industrial applicability.
またX線造影剤とプラスチックの混合材料からなることを特徴とする先行特許文献１のマーカーは、Ｘ線造影剤としてバリュウム入りアクリル即時スキャニングレジンを使用している。これは、熱に弱く滅菌は、不可能であり、臨床的に問題がある。また文献１に記載されているように、実際の寸法に対するCT像の寸法の増加する割合は、４．４１％もあり膨張していることが分かる。これにより３次元CT断層撮影像と実際のマーカーの形状データーとの直接マッチングには、大きな誤差が生まれる可能性が指摘され、マーカーとしては、不適切であることが伺える。
Further, the marker of the prior patent document 1 characterized by being made of a mixed material of an X-ray contrast agent and a plastic uses an acrylic immediate scanning resin containing barium as an X-ray contrast agent. It is weak to heat and sterilization is impossible and is clinically problematic. Also, as described in Document 1, it can be seen that the increasing ratio of the size of the CT image to the actual size is expanded by as much as 4.41%. As a result, it is pointed out that there may be a large error in direct matching between a three-dimensional CT tomographic image and the shape data of an actual marker, and it can be said that the marker is unsuitable.
それに対して、本発明のリファレンスマーカーは、ガラスセラミック素材を使用し、均一で精度の高いマッチングが行われるだけではなく、安定した素材であり、熱、化学薬品による変形がなく患者ごとの滅菌が可能であること、滅菌後に再利用が可能で、経済的である。
On the other hand, the reference marker of the present invention is not only uniform and accurate matching but also stable material using glass ceramic material, and there is no deformation due to heat and chemicals, and sterilization for each patient is possible. It is possible, reusable after sterilization, and economical.
また 先行特許文献１は、種類の異なる口腔外と口腔内の２種類のマーカーの複雑な作製が必要であるのに対して、本発明は、口腔内のみであり、口腔内に装着の出来るマウスピース、及び義歯等にインターフェイスに固定するのみであり、すべての症例に対応出来、簡単な作業で完了する。
Moreover, while the prior art Patent Document 1 requires complicated preparation of two kinds of markers, different types of extraoral and intraoral, the present invention is only intraoral, and a mouse that can be worn in the oral cavity. It is only fixed to the interface on the piece, denture, etc., and it can handle all cases and is completed in a simple operation.
また解析にあたっての方法は、先行特許文献１では、複雑で難解な工程が必要であり、歯科医院での普及には限界がある事に対して、本発明は、条件に当てはまる一般的な市販シュミレーションソフト（使用ソフト例coDiagnostiXなど）を利用して、自動のマッチングが行え、簡便で時間的経済性が得られる等の利点が多く産業上の利用可能性が拡大する。
Moreover, the method for analysis requires a complicated and difficult process in the prior patent document 1 and the spread in the dental clinic is limited, whereas the present invention applies a general commercial simulation that satisfies the conditions. Using software (such as coDiagnostiX used software), automatic matching can be performed, and there are many advantages such as simplicity and time economics, which extends the industrial applicability.
１、リファレンスマーカー
２、リファレンスマーカーを固定する接着素材
３、リファレンスプレート
４、口腔内模型
５、マウスピース、およびベーステンプレート
６、CTマッチングテンプレート
７、バイト
８、アーチファクト
９、患者３次元CT断層撮影像
１０、模型切り込みマーキング
１１、３次元模型表面形状データ
１２、口腔内の金属修復物
１３、口腔内のジルコニアによる修復物 1,reference marker 2, adhesive material 3 for fixing reference marker 3, reference plate 4, intraoral model 5, mouthpiece and base template 6, CT matching template 7, bite 8, artifact 9, patient three-dimensional CT tomographic image 10, model incision marking 11, three-dimensional model surface shape data 12, metal restoration 13 in the oral cavity, restoration by zirconia in the oral cavity
２、リファレンスマーカーを固定する接着素材
３、リファレンスプレート
４、口腔内模型
５、マウスピース、およびベーステンプレート
６、CTマッチングテンプレート
７、バイト
８、アーチファクト
９、患者３次元CT断層撮影像
１０、模型切り込みマーキング
１１、３次元模型表面形状データ
１２、口腔内の金属修復物
１３、口腔内のジルコニアによる修復物 1,
Claims (8)
- 患者の口腔領域に装着された状態で口腔領域断層撮影データが取得され、かつ患者の歯列模型に配置された状態で歯列模型の外形データが取得されるリファレンスマーカーであって、このリファレンスマーカーの位置を基準として、CT断層撮影DICOMデータの３次元断層撮影像と３次元口腔内表面形状STLデータがマッチング出来るガラスセラミックス材料からなるＣＴ撮影用リファレンスマーカー。 A reference marker in which oral region tomographic data is acquired in a state of being attached to an oral region of a patient and external shape data of a dentition model is acquired in a state of being disposed in a patient's dentition model A reference marker for CT imaging made of a glass-ceramic material that can be matched with a three-dimensional tomographic image of CT tomography DICOM data and three-dimensional intra-oral surface shape STL data based on the position of.
- 上記リファレンスマーカーが患者の口腔内に装着された状態で、CT断層撮影データが取得されることを特徴とする３次元断層撮影像作成方法。 A method of producing a three-dimensional tomographic image, wherein CT tomographic data is acquired in a state in which the reference marker is mounted in the oral cavity of a patient.
- 上記リファレンスマーカーは、動きがなく脱着可能な精密なマウスピース状のベーステンプレートに固定されたCTマッチングテンプレートとして、患者の口腔内、および口腔内模型に装着することを特徴とするＣＴ撮影用マーカー。 A marker for CT imaging, characterized in that the reference marker is attached to an intraoral cavity and an intraoral model of a patient as a CT matching template fixed to a non-moving, detachable and precise mouthpiece base template.
- 上記リファレンスマーカーは、アーチファクトが無く,ＣＴ値は、1５０１～３５００の範囲にあることを特徴とするＣＴ撮影用リファレンスマーカー。 The reference marker for CT imaging is characterized in that there is no artifact and the CT value is in the range of 1501 to 3500.
- 上記リファレンスマーカーは、その表面上部、下部、側面に半球状の凹部を有することを特徴とするＣＴ撮影用リファレンスマーカー。 The reference marker for CT imaging, wherein the reference marker has hemispherical concaves on the upper surface, the lower surface, and the side surface thereof.
- 上記リファレンスマーカーは、リファレンスプレートおよびマウスピースとの接着は、強固でありながら、容易に取り出せ、滅菌が可能で再利用が可能なリファレンスマーカー。 The reference marker can be easily removed, sterilized, and reused while its adhesion to the reference plate and the mouthpiece is strong.
- 上記リファレンスマーカーを使用したCTマッチングテンプレートにより、 無歯顎、多数歯欠損、遊離端欠損、アーチファクトの多い症例などすべての症例に対応し、CT撮影が１回で完了するシングルCTスキャン方式でえられた３次元CT断層撮影像DICOMデータと口腔内表面形状像STLデータマッチングが直接行えるマッチング方法およびそのシステム。 The CT matching template using the above reference marker can be obtained with a single CT scan method that completes CT imaging in one operation, covering all cases such as edentulous jaws, multiple teeth defects, free end defects, cases with many artifacts, etc. 3D CT tomographic image DICOM data and intraoral surface shape image STL A matching method and system that can directly perform data matching.
- 長石系ガラスセラミックス、リューサイト系ガラスセラミックス、ニケイ酸リチウムガラスセラミックス、ジルコニア強化リチウム１ケイ酸系ガラスセラミックス、 多孔質結晶ランタン系ガラスの素材からなるリファレンスマーカー。 Reference markers made of materials of feldspar glass ceramics, leucite glass ceramics, lithium disilicate glass ceramics, zirconia-reinforced lithium monosilicate glass ceramics, and porous crystalline lanthanum glass.
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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