JP7414286B2 - 施術支援システム及び処理装置 - Google Patents
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Description
図1Aは、本実施形態に係る歯科インプラント施術のための施術支援システム1の概要図である。
図1Bに、ソフトウェアに応じたハードウェアの動作により実現される、施術支援装置100、管理サーバー200、及び処理装置300の機能ブロックの概要を示す。施術支援装置100及び処理装置300のハードウェアとしては一般的なコンピュータであってもよく、管理サーバー200のハードウェアとしては一般的なサーバー型コンピュータであってもよい。施術支援装置100と処理装置300は互いに同じ機能を有するように構成してもよく、そうすることで施術支援システム1に加わる装置のソフトウェアの一括更新が容易となる。この場合、遠隔サポート施設においても、施術支援装置100が設置されている歯科医院と同様に、赤外線撮影装置40等の3次元測定部及びディスプレイ60等の表示装置も設置される。
より具体的に、記憶部310は、プレート10を固定したステントを被施術者の歯に装着させた状態で撮像されたCT画像に関するDICOMデータを施術支援装置100から取得して記憶している。3次元モデル生成部330は、DICOMデータに基づいてCTの3次元再構成画像を生成する。位置取得部340は、3次元モデル生成部330が生成した3次元再構成画像中の複数のCTマーカー11の位置の指定を、マウス等の図示しない処理装置300が備えるポインティングデバイスを介して処理装置300のユーザから受け付ける。
図2及び図3は、プレート10及び基準フレーム20の模式図である。以下、実施の形態に係る施術支援システム1で利用されるプレート10及び基準フレーム20についてより詳細に説明する。なお、図2では被施術者の歯形石膏模型から作製するステント15(透明な樹脂で形成されたマウスピース状のもの)に装着された状態のプレート10が描かれている。すなわち、実施の形態に係るプレート10は、被施術者の歯列に装着させるステント15に固定して用いられる。
図1Bの説明に戻る。処理装置300の位置合わせ部380は、基準フレーム20に備えられた複数の赤外線マーカー25とプレート10に備えられた複数のCTマーカー11との相対的な位置関係に関する既知の設計情報と、3次元再構成画像中の複数のCTマーカー11の位置とに基づいて、第1のフレーム21と第2のフレーム24とが取り得る角度である所定の角度毎に、基準フレーム20に備えられた複数の赤外線マーカー25の位置を3次元再構成画像中の複数のCTマーカー11の位置に変換するための変換行列を生成する。
A=R*B+t
式中、Aは3次元再構成画像上のCTマーカー11の位置(x, y, z)の行列であり、BはCTマーカー11のCADデータ(中心Oに対するCTマーカー11の位置(X、Y、Z))の行列であり、Rは回転行列、tは平行移動行列である。所定の角度毎にBの値は異なることから、位置合わせ部380記憶は所定の角度毎に変換行列[R,t]を求める。
図6は、施術者が歯科インプラントの施術や設計をする際に用いる操作器具30の模式図であり、種々存在する操作器具30の一例として、ドリル刃451を有するドリル450を示している。ドリル450は先端部にドリル刃451が取り付けられた歯科用ドリルであって、末端部にドリル用フレーム460が着脱可能に取り付けられる。ドリル用フレーム460は、先端から三方に延びるアームを備え、アームの先端に円盤形状のドリル用マーカー461が取り付けられる。ドリル用マーカー461は、赤外線を反射する素材及び赤外線発光ダイオード(IR・LED)から成る。ドリル刃451は、ドリル450の長手方向に略垂直な方向を軸として回転しながら、施術者の歯茎や骨を切削する。なお、歯茎や骨を切削する際には、ドリル450が装着されるが、人工歯根を切削した穴に埋め込む際には、ドリル450に代えてその人口歯根が装着される。
再び図1Bの説明に戻る。3次元測定部360は、赤外線撮影装置40等を使って、複数のドリル用マーカー461を有するドリル用フレーム460を撮像する。ドリル用フレーム460はドリル刃451を有するドリル450に着脱可能であり、ドリル刃451との相対的な位置関係が既知である。
次に、図7~10を用いて、本実施形態における施術支援システム1を用いた歯科インプラントの施術フローの概要について具体例を適宜用いながら説明する。
続いて、実施の形態に係る施術支援装置100の表示制御部160が表示装置であるディスプレイ60に表示させる表示画面について説明する。
表示制御部160は、(1)3次元再構成画像から抽出され被施術者のインプラントが埋め込まれる骨を含む画像と、(2)予め決定されたインプラントの埋め込み完了位置と、(3)位置算出部190が算出したドリル刃451の現在の位置に基づいて算出されるインプラントの埋め込み完了予測位置と、(4)ドリル刃451の現在の位置に対応するインプラントの現在位置と、をそれぞれ異なる態様で、施術支援装置100の表示部として機能するディスプレイ60に表示させる。
表示制御部160は、処理装置300から受信した信号に応じて、CTデータから得られたインプラントが埋め込まれる骨及び歯を表示し、予め決定したインプラントの埋め込み完了位置を第1の属性、例えば赤色で表示し、埋め込み完了予測位置を第2の属性、例えば黄色で表示し、現在位置を第3の属性、例えば青色で表示する。
図13(a)~(e)は、インプラントの垂直的ポジション設計の支援をするためのツールを概略的に示す図である。インプラントの垂直的ポジションは、インプラント上部構造の審美性に非常に影響を与える要素の一つである。この垂直的ポジションを頬舌的ポジションとともにコントロールすることは審美的な治療結果を得るために必要不可欠であり、表示制御部160がディスプレイ60に表示させる深度マーカーに係る表示画面は、このポジションをサポートする。
図14(a)~(b)は、矯正用アンカースクリューナビゲーションをするためのツールを概略的に示す図である。矯正用アンカースクリューナビゲーションは、矯正用アンカースクリューを被施術者の口腔内に埋入する際に、矯正用アンカースクリューと天然歯歯根や上顎洞等との解剖学的位置関係をリアルタイムで施術者に提示し、矯正用アンカースクリューを安全な部位に埋入設置しやすくすることを目的とした表示画面である。
〔1-1〕
歯科インプラントを施術する第1の施設における施術支援装置(100)と、
前記第1の施設とは異なる第2の施設における管理サーバー(200)であって、前記施術支援装置(100)とネットワークを介して接続される前記管理サーバー(200)と、
前記第2の施設における又は前記第1及び第2の施設とは異なる第3の施設における処理装置(300)であって、前記管理サーバー(200)とネットワークを介して接続される前記処理装置(300)とを含む、歯科インプラントの施術支援システム(1)であって、
前記施術支援装置(100)は、複数のCTマーカー(11)が埋め込まれたプレート(10)を被施術者の歯に装着させた状態で得られたCT画像に関するDICOMデータを、前記管理サーバー(200)に送信し、
前記管理サーバー(200)は、前記DICOMデータを前記処理装置(300)に送信し、
前記処理装置(300)は、前記DICOMデータを処理し、前記CT画像の1つ以上の3次元再構成画像を生成し、前記3次元再構成画像のデータを前記管理サーバー(200)に送信し、
前記管理サーバー(200)は、前記3次元再構成画像のデータを前記施術支援装置(100)に送信する、前記施術支援システム。
〔1-2〕
前記プレート(10)に装着される基準フレーム(20, 24)は、前記プレート(10)に対して複数の所定の角度毎に回転するものであり、
前記処理装置(300)は、前記基準フレーム(20)に備え付けられた複数の赤外線マーカー(25)と前記CTマーカー(11)との相対的な位置関係に関する既知の設計情報と、前記3次元再構成画像上における前記CTマーカー(11)の位置情報とに基づき、前記所定の角度毎に、前記赤外線マーカー(25)の位置から前記3次元再構成画像上における前記CTマーカー(11)の位置情報を生成するための変換行列を生成し、前記3次元再構成画像のデータとともに前記管理サーバーに送信する、〔1-1〕に記載の施術支援システム。
〔1-3〕
前記処理装置(300)による前記DICOMデータの処理は、前記CT画像データの着色処理を含む、〔1-1〕又は〔1-2〕に記載の施術支援システム。
〔1-4〕
歯科インプラントを施術する第1の施設における施術支援装置(100)と、
前記第1の施設とは異なる第2の施設における管理サーバー(200)であって、前記施術支援装置にネットワークを介して接続される前記管理サーバー(200)と、
前記第2の施設における又は前記第1及び第2の施設とは異なる第3の施設における処理装置(300)であって、前記管理サーバー(200)にネットワークを介して接続される前記処理装置(300)とを含む歯科インプラントの施術支援システム(1)における施術支援方法であって、
前記施術支援装置(100)が、複数のCTマーカー(11)が埋め込まれたプレート(10)を被施術者の歯に装着させた状態で得られたCT画像に関するDICOMデータを、前記管理サーバー(200)に送信するステップと、
前記管理サーバー(200)が、前記DICOMデータを前記処理装置(300)に送信するステップと、
前記処理装置(300)が、前記DICOMデータを処理し、前記CT画像の1つ以上の3次元再構成画像を生成し、前記3次元再構成画像のデータを前記管理サーバー(200)に送信するステップと、
前記管理サーバー(200)が、前記3次元再構成画像のデータを前記施術支援装置(100)に送信するステップと、を含む前記施術支援方法。
〔1-5〕
前記プレート(10)に装着される基準フレーム(20, 24)は、前記プレート(10)に対して複数の所定の角度毎に回転するものであり、
前記処理装置(300)は、前記基準フレーム(20)に備え付けられた複数の赤外線マーカー(25)と前記CTマーカー(11)との相対的な位置関係に関する既知の設計情報と、
前記3次元再構成画像上における前記CTマーカー(11)の位置情報とに基づき、前記所定の角度毎に、前記赤外線マーカー(25)の位置から前記3次元再構成画像上における前記CTマーカー(11)の位置情報を生成するための変換行列を生成し、前記3次元再構成画像のデータとともに前記管理サーバーに送信する、〔1-4〕に記載の施術支援方法。
〔1-6〕
前記処理装置(300)による前記DICOMデータの処理は、前記CT画像データの着色処理を含む、〔1-4〕又は〔1-5〕に記載の施術支援方法。
インプラントが埋め込まれる骨を表示し、
予め決定したインプラントの埋め込み完了位置を第1の属性で表示し、
現在のドリル刃の位置に基づいて算出されるインプラントの埋め込み完了予測位置を第2の属性で表示し、
現在のドリル刃の位置に対応するインプラントの現在位置を第3の属性で表示する、
施術支援表示装置。
〔2-2〕
前記骨の内部に存在する神経を表示する〔2-1〕に記載の施術支援表示装置。
〔2-3〕
前記神経と、現在のドリル刃の先端位置との距離を表示する〔2-2〕に記載の施術支援表示装置。
〔2-4〕
前記埋め込み完了位置における最深部と、現在のドリル刃の先端位置との距離を表示する〔2-1〕から〔2-3〕のいずれかに記載の施術支援表示装置。
〔2-5〕
前記骨、前記埋め込み完了位置、前記埋め込み完了予測位置、及び前記現在位置を、3つの異なる方向から見た画像を表示する〔2-1〕から〔2-4〕のいずれかに記載の施術支援表示装置。
〔2-6〕
ドリル刃を有するドリルに着脱可能であって、ドリル用マーカーを有するドリル用フレームと、
口腔内の歯に装着される固定部から口腔外に延びるように取り付けられ、固定フレーム用マーカーを有する固定フレームと、
前記ドリル用マーカー及び前記固定フレーム用マーカーを撮影する撮像装置と、
前記撮像装置からのデータに基づいて、現在の前記ドリル刃の位置に対応するインプラントの埋め込み完了予測位置と、現在の前記ドリル刃の位置に対応するインプラントの現在位置を算出する処理装置と、
インプラントが埋め込まれる骨及び歯を表示し、予め決定したインプラントの埋め込み完了位置を第1の属性で表示し、前記埋め込み完了予測位置を第2の属性で表示し、前記現在位置を第3の属性で表示する表示装置と、
を備える施術支援システム。
〔2-7〕
歯に装着され、固定部用マーカーを有する固定部と、
前記固定部から口腔外に延びるように前記固定部に取り付けられ、固定フレーム用マーカーを有する固定フレームと、
ドリル刃を有するドリルに着脱可能であって、ドリル用マーカーを有するドリル用フレームと、
前記ドリル用マーカー及び前記固定フレーム用マーカーとを撮影する撮像装置と、
前記固定部用マーカーと前記固定フレーム用マーカーとの位置関係を予め記憶する処理装置と、
インプラントが埋め込まれる骨及び歯を表示する表示装置とを備え、
前記処理装置は、前記固定部を前記歯に装着した状態で撮影して得られたデータと、前記固定部用マーカーと前記固定フレーム用マーカーとの位置関係と、前記ドリル用マーカー及び前記固定フレーム用マーカーとの位置関係に基づいて、前記歯と前記固定フレーム用マーカーとの位置関係を算出し、かつ現在の前記ドリル刃の位置に対応するインプラントの埋め込み完了予測位置と、現在の前記ドリル刃の位置に対応するインプラントの現在位置を算出し、
前記表示装置は、インプラントが埋め込まれる骨及び歯を表示し、予め決定したインプラントの埋め込み完了位置を第1の属性で表示し、前記埋め込み完了予測位置を第2の属性で表示し、前記現在位置を第3の属性で表示する、
施術支援システム。
〔2-8〕
歯に装着され、固定部用マーカーを有する固定部と、
前記固定部から口腔外に延びるように前記固定部に取り付けられ、固定フレーム用マーカーを有する固定フレームと、
前記固定フレーム用マーカーを撮影する撮像装置と、
前記固定部用マーカーと前記固定フレーム用マーカーとの位置関係を予め記憶する処理装置とを備え、
前記処理装置は、前記固定部を前記歯に装着した状態で撮影して得られたデータと、前記固定部用マーカーと前記固定フレーム用マーカーとの位置関係とに基づいて、前記歯と前記固定フレーム用マーカーとの位置関係を算出する位置合わせ装置。
〔2-9〕
前記固定フレーム用マーカーは、前記固定部に対して複数の角度を取りうる〔2-8〕に記載の位置合わせ装置。
10・・・プレート
11・・・CTマーカー
12・・・着脱部
15・・・ステント
16・・・凹部
17・・・石膏モデル
20・・・基準フレーム
25、39・・・赤外線マーカー
30・・・操作器具
40・・・赤外線撮影装置
50・・・CT撮影装置
60・・・ディスプレイ
100・・・施術支援装置
110・・・記憶部
120・・・匿名化処理部
130・・・入力部
140・・・位置情報取得部
150・・・インプラント設計情報生成部
160・・・表示制御部
170・・・送信部
180・・・受信部
190・・・位置算出部
300・・・処理装置
310・・・記憶部
320・・・セグメンテーション処理部
330・・・3次元モデル生成部
340・・・位置取得部
350・・・インプラント設計情報生成部
360・・・3次元測定部
370・・・座標算出部
380・・・位置合わせ部
390・・・精度算出部
395・・・送信部
450・・・ドリル
451・・・ドリル刃
460・・・ドリル用フレーム
461・・・ドリル用マーカー
500・・・仮想インプラント
550・・・指示ツール
551・・・指示部
560・・・ツール用フレーム
561・・・指示部用マーカー
650・・・ドライバツール
651・・・ドライバ
660・・・ドライバ用フレーム
661・・・ドライバ用マーカー
Claims (9)
- 処理装置であって、
被施術者の歯列に装着させるステントに固定して用いられるプレートを固定したステントを前記被施術者の歯に装着させた状態で撮像されたCT(Computed Tomography)画像に関するDICOM(Digital Imaging and COmmunications in Medicine)データであってネットワークを介して取得したDICOMデータを記憶する記憶部と、
前記DICOMデータに基づいてCTの3次元再構成画像を生成する3次元モデル生成部と、
前記処理装置のユーザから、前記3次元再構成画像中の複数のCTマーカーであって前記プレートに備えられたCTマーカーの位置の指定を受け付ける位置取得部と、
前記プレートに接続したときに前記複数のCTマーカーそれぞれとの相対的な位置関係が既知である複数の赤外線マーカーを備える基準フレームが接続された前記プレートを固定したステントを前記被施術者の歯形石膏模型に装着した状態で、前記複数の赤外線マーカーの位置座標を測定する3次元測定部と、
前記複数の赤外線マーカーの位置座標と前記複数のCTマーカーとの相対的な位置関係に基づいて、前記プレートに設けられた複数のCTマーカーの位置座標を算出する座標算出部と、
前記ユーザが指定した前記複数のCTマーカーの位置と、前記座標算出部が算出した位置座標とに基づいて、前記3次元再構成画像と前記歯形石膏模型との位置合わせを実行する位置合わせ部と、
を備える処理装置。 - 前記基準フレームは、前記歯形石膏模型に装着されたステントに固定されたプレートに対して複数の所定の角度毎に回転するものであり、
前記位置合わせ部は、前記基準フレームに備えられた前記複数の赤外線マーカーと前記プレートに備えられた前記複数のCTマーカーとの相対的な位置関係に関する既知の設計情報と、前記3次元再構成画像中の前記複数のCTマーカーの位置とに基づいて、前記所定の角度毎に、前記基準フレームに備えられた前記複数の赤外線マーカーの位置を前記3次元再構成画像中の前記複数のCTマーカーの位置に変換するための変換行列を生成する、
請求項1に記載の処理装置。 - 前記3次元再構成画像、前記3次元再構成画像中の前記複数のCTマーカーの位置、及び前記所定の角度毎の変換行列を、前記ネットワークを介して前記DICOMデータの送信元の装置に送信する送信部をさらに備える、
請求項2に記載の処理装置。 - 前記3次元測定部は、ドリル刃を有するドリルに着脱可能であって前記ドリル刃との相対的な位置関係が既知である複数のドリル用マーカーを有するドリル用フレームをさらに撮像し、
前記位置合わせ部は、前記3次元測定部が測定した複数のドリル用マーカーの位置座標、前記複数のドリル用マーカーと前記ドリル刃との相対的な位置関係、前記複数の赤外線マーカーの位置座標、及び前記複数の赤外線マーカーの位置座標と前記複数のCTマーカーとの相対的な位置関係に基づいて、前記3次元再構成画像における前記ドリル刃の位置を算出し、
前記プレートは、前記プレートを被写体に含むCTの3次元再構成画像における前記複数のCTマーカーの位置座標と、前記プレートが存在する実空間における前記CTマーカーの位置座標であって前記複数の赤外線マーカーの位置座標に基づいて算出された位置座標との位置合わせの精度の測定に用いるための凹部を備えており、
前記処理装置はさらに、前記ユーザが前記ドリル刃を前記凹部に挿入したときに、前記3次元再構成画像における前記凹部の位置と前記ドリル刃の位置との誤差を前記位置合わせの精度として算出する精度算出部を備え、
前記送信部は、前記位置合わせの精度を、前記ネットワークを介して前記DICOMデータの送信元の装置にさらに送信する、
請求項3に記載の処理装置。 - 歯科インプラントを施術する第1の施設における施術支援装置と、前記第1の施設とは異なる第2の施設における装置であって、前記施術支援装置とネットワークを介して接続される請求項3又は4に記載の処理装置とを含む、歯科インプラント施術の施術支援システムであって、
前記施術支援装置は、
前記プレートを固定したステントを前記被施術者の歯に装着させた状態で撮像した前記CT画像に関するDICOMデータを、前記ネットワークを介して前記処理装置に送信する送信部と、
前記処理装置から、前記ネットワークを介して前記3次元再構成画像、前記3次元再構成画像中の前記複数のCTマーカーの位置、及び前記所定の角度毎の変換行列を受信する受信部と、
前記3次元再構成画像を表示部に表示させる表示制御部と、
を備える施術支援システム。 - 前記施術支援装置は、
前記基準フレームが備える前記複数の赤外線マーカーの位置座標と、ドリル刃を有するドリルに着脱可能であって前記ドリル刃との相対的な位置関係が既知である複数のドリル用マーカーを有するドリル用基準フレームが備える前記複数のドリル用マーカーの位置座標と、を測定する位置情報取得部と、
前記3次元再構成画像、前記複数の赤外線マーカーの位置座標、前記複数のドリル用マーカーの位置座標、前記複数のドリル用マーカーと前記ドリル刃との相対的な位置関係、及び前記変換行列に基づいて、前記3次元再構成画像における前記ドリル刃の位置を算出する位置算出部と、をさらに備え、
前記表示制御部は、前記3次元再構成画像に前記ドリル刃を重畳して前記表示部に表示させる、
請求項5に記載の施術支援システム。 - 前記表示制御部は、(1)前記3次元再構成画像から抽出された前記被施術者のインプラントが埋め込まれる骨を含む画像と、(2)予め決定されたインプラントの埋め込み完了位置と、(3)前記位置算出部が算出した前記ドリル刃の現在の位置に基づいて算出されるインプラントの埋め込み完了予測位置と、(4)前記ドリル刃の現在の位置に対応するインプラントの現在位置と、をそれぞれ異なる態様で前記表示部に表示させる、
請求項6に記載の施術支援システム。 - 実空間上の点を指示するための指示部に着脱可能であって前記指示部との相対的な位置関係が既知である複数の指示部用マーカーを有する指示ツール用フレームにおける前記指示部用マーカーの位置座標を取得する位置情報取得部さらに備え、
前記位置算出部は、前記3次元再構成画像、前記複数の赤外線マーカーの位置座標、前記複数の指示部用マーカーの位置座標、前記複数の指示部用マーカーと前記指示部との相対的な位置関係、及び前記変換行列に基づいて、前記3次元再構成画像における前記指示部の位置をさらに算出し、
前記表示制御部は、前記3次元再構成画像中における前記予め決定されたインプラントの埋め込み完了位置におけるインプラントの長手方向を法線とする平面と平行な平面であって、前記3次元再構成画像における前記指示部の位置との距離が所定の距離となる仮想的な平面を、前記被施術者のインプラントが埋め込まれる骨を含む画像と前記予め決定されたインプラントの埋め込み完了位置とに重畳させて前記表示部に表示させる、
請求項7に記載の施術支援システム。 - 前記位置情報取得部は、矯正用アンカースクリューの埋入に用いるためのドライバに着脱可能であって前記ドライバとの相対的な位置関係が既知である複数のドライバ用マーカーを有するドライバ用フレームにおける前記ドライバ用マーカーの位置座標をさらに取得し、
前記位置算出部は、前記3次元再構成画像、前記複数の赤外線マーカーの位置座標、前記複数のドライバ用マーカーの位置座標、前記複数のドライバ用マーカーと前記ドライバとの相対的な位置関係、及び前記変換行列に基づいて、前記3次元再構成画像における前記ドライバの位置をさらに算出し、
前記表示制御部は、前記ドライバの長軸の方向に沿って前記ドライバを進行させた場合の仮想的な画像を前記被施術者の矯正用アンカースクリューが埋め込まれる骨を含む画像に重畳させて前記表示部に表示させる、
請求項8に記載の施術支援システム。
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