TOP > 国内特許検索 > 歯科手術支援システム及びプログラム > 明細書

明細書 :歯科手術支援システム及びプログラム

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2019-097851 (P2019-097851A)
公開日 令和元年6月24日(2019.6.24)
発明の名称または考案の名称 歯科手術支援システム及びプログラム
国際特許分類 A61B  34/20        (2016.01)
A61C  19/00        (2006.01)
A61C  19/04        (2006.01)
FI A61B 34/20
A61C 19/00 Z
A61C 19/04 Z
請求項の数または発明の数 7
出願形態 OL
全頁数 15
出願番号 特願2017-231483 (P2017-231483)
出願日 平成29年12月1日(2017.12.1)
発明者または考案者 【氏名】菊地 聖史
出願人 【識別番号】504258527
【氏名又は名称】国立大学法人 鹿児島大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100095407、【弁理士】、【氏名又は名称】木村 満
【識別番号】100162259、【弁理士】、【氏名又は名称】末富 孝典
【識別番号】100133592、【弁理士】、【氏名又は名称】山口 浩一
【識別番号】100168114、【弁理士】、【氏名又は名称】山中 生太
審査請求 未請求
テーマコード 4C052
Fターム 4C052NN02
4C052NN03
4C052NN04
4C052NN15
要約 【課題】術者が適切な歯科手術を行うことができる歯科手術支援システム及びプログラムを提供する。
【解決手段】記憶部10は、歯科手術に関連する歯Tの切削前3次元形状データ10Aを記憶する。検出部11は、歯科手術を行う術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報を検出する。投影像生成部12は、記憶部10に記憶された歯Tの切削前3次元形状データ10Aと検出部11で検出された歯Tの向き及び大きさに関する情報とに基づいて、術者Dから見た歯Tの見かけの3次元形状を特定し、その3次元形状に応じて術者Dを支援する情報を含む投影像Iを生成する。投影部13は、投影像生成部12で生成された投影像Iを、歯Tに投影する。
【選択図】図1
特許請求の範囲 【請求項1】
歯科手術に関連する部位の3次元形状に関する情報を記憶する記憶部と、
歯科手術を行う術者から見た前記部位の向き及び大きさに関する情報を検出する検出部と、
前記記憶部に記憶された前記部位の3次元形状に関する情報と前記検出部で検出された前記部位の向き及び大きさに関する情報とに基づいて、前記術者から見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、その3次元形状に応じて前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する投影像生成部と、
前記投影像生成部で生成された投影像を、前記部位に投影する投影部と、
を備える歯科手術支援システム。
【請求項2】
前記術者から見た前記部位を互いに視差のある状態で撮像する複数のカメラと、
前記投影像を投影するプロジェクタと、
を備え、
前記カメラ及び前記プロジェクタは、
前記術者の頭部に装着される装着具に取り付けられるか、前記術者が前記部位を観察するのに用いるマイクロスコープに組み込まれている、
請求項1に記載の歯科手術支援システム。
【請求項3】
前記記憶部に記憶される前記部位の3次元形状に関する情報には、前記部位において切削対象となる領域との位置関係が変わらず、互いに識別可能な少なくとも3つのマーカの位置情報が含まれ、
前記検出部は、
前記術者から見た前記部位の向き及び大きさに関する情報として、前記術者から見た少なくとも3つのマーカの現在の位置情報を検出し、
前記投影像生成部は、
前記記憶部に記憶された少なくとも3つのマーカの位置情報と前記検出部で検出された少なくとも3つのマーカの現在の位置情報とに基づいて、前記術者が見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、
特定された前記部位の3次元形状に基づいて、前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する、
請求項1又は2に記載の歯科手術支援システム。
【請求項4】
前記検出部は、
前記部位の向き及び大きさに関する情報として、前記部位において切削対象となる領域との位置関係が変わらない少なくとも3つの前記部位の特徴点の現在の位置情報を検出し、
前記投影像生成部は、
前記記憶部に記憶された少なくとも3つの前記部位の特徴点の位置情報と前記検出部で検出された少なくとも3つの特徴点の現在の位置情報とに基づいて、前記術者が見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、
特定された前記部位の3次元形状に基づいて、前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の歯科手術支援システム。
【請求項5】
前記記憶部に記憶された前記部位の3次元形状に関する情報に基づいて、術後の前記部位の3次元形状に関する情報を生成する切削後データ生成部を備え、
前記記憶部は、
術後の前記部位の3次元形状に関する情報を記憶し、
前記投影像生成部は、
前記記憶部に記憶された術後の前記部位の3次元形状に関する情報に基づいて、前記投影像として、前記部位における切削する部分と、切削しない部分とを区別する像を生成する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の歯科手術支援システム。
【請求項6】
前記投影像生成部は、
前記投影像として、前記部位に対する術具の姿勢又は位置に関する指標を生成する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の歯科手術支援システム。
【請求項7】
コンピュータを、
歯科手術に関連する部位の3次元形状に関する情報を記憶する記憶部、
歯科手術を行う術者から見た前記部位の向き及び大きさに関する情報を検出する検出部、
前記記憶部に記憶された前記部位の3次元形状に関する情報と前記検出部で検出された前記部位の向き及び大きさに関する情報とに基づいて、前記術者から見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、その3次元形状に応じて前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する投影像生成部、
前記投影像生成部で生成された投影像を、前記部位に投影する投影部、
として機能させるプログラム。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、歯科手術支援システム及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
歯の切削(広義の切削であり、研削又は研磨も含まれる)に用いるハンドピースは、臨床に欠かせない基本的な治療機器の1つである。ハンドピースは、現在までその出力や耐久性などの面において改良が積み重ねられ、高い切削性能を有するようになってきている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【0003】

【特許文献1】特開2017-176229号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ハンドピースは、あくまで歯科医師(術者)が手に持って操作するものである。そのため、ハンドピースによって切削した歯の仕上がりは術者の技量に大きく左右されるという問題が残されたままである。このことは、歯科用CAD/CAM(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacture)システムを用いても変わるものではない。歯科用CAD/CAMシステムは、口腔内に装着される修復物や補綴物の設計及び製造に用いられるものであり、ハンドピースを用いた術者の操作を支援するものではないからである。
【0005】
現在、歯科用CAD/CAMシステムを製造・販売する企業からハンドピースによる歯の削り方に関する資料が提供されている。しかしながら、術者は、削り過ぎなのか削り足らないのかを目測で判断しているのが現状である。
【0006】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、術者が適切な歯科手術を行うことができる歯科手術支援システム及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る歯科手術支援システムは、
歯科手術に関連する部位の3次元形状に関する情報を記憶する記憶部と、
歯科手術を行う術者から見た前記部位の向き及び大きさに関する情報を検出する検出部と、
前記記憶部に記憶された前記部位の3次元形状に関する情報と前記検出部で検出された前記部位の向き及び大きさに関する情報とに基づいて、前記術者から見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、その3次元形状に応じて前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する投影像生成部と、
前記投影像生成部で生成された投影像を、前記部位に投影する投影部と、
を備える。
【0008】
この場合、前記術者から見た前記部位を互いに視差のある状態で撮像する複数のカメラと、
前記投影像を投影するプロジェクタと、
を備え、
前記カメラ及び前記プロジェクタは、
前記術者の頭部に装着される装着具に取り付けられるか、前記術者が前記部位を観察するのに用いるマイクロスコープに組み込まれている、
こととしてもよい。
【0009】
前記記憶部に記憶される前記部位の3次元形状に関する情報には、前記部位において切削対象となる領域との位置関係が変わらず、互いに識別可能な少なくとも3つのマーカの位置情報が含まれ、
前記検出部は、
前記術者から見た前記部位の向き及び大きさに関する情報として、前記術者から見た少なくとも3つのマーカの現在の位置情報を検出し、
前記投影像生成部は、
前記記憶部に記憶された少なくとも3つのマーカの位置情報と前記検出部で検出された少なくとも3つのマーカの現在の位置情報とに基づいて、前記術者が見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、
特定された前記部位の3次元形状に基づいて、前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する、
こととしてもよい。
【0010】
前記検出部は、
前記部位の向き及び大きさに関する情報として、前記部位において切削対象となる領域との位置関係が変わらない少なくとも3つの前記部位の特徴点の現在の位置情報を検出し、
前記投影像生成部は、
前記記憶部に記憶された少なくとも3つの前記部位の特徴点の位置情報と前記検出部で検出された少なくとも3つの特徴点の現在の位置情報とに基づいて、前記術者が見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、
特定された前記部位の3次元形状に基づいて、前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する、
こととしてもよい。
【0011】
前記記憶部に記憶された前記部位の3次元形状に関する情報に基づいて、術後の前記部位の3次元形状に関する情報を生成する切削後データ生成部を備え、
前記記憶部は、
術後の前記部位の3次元形状に関する情報を記憶し、
前記投影像生成部は、
前記記憶部に記憶された術後の前記部位の3次元形状に関する情報に基づいて、前記投影像として、前記部位における切削する部分と、切削しない部分とを区別する像を生成する、
こととしてもよい。
【0012】
前記投影像生成部は、
前記投影像として、前記部位に対する術具の姿勢又は位置に関する指標を生成する、
こととしてもよい。
【0013】
本発明の第2の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
歯科手術に関連する部位の3次元形状に関する情報を記憶する記憶部、
歯科手術を行う術者から見た前記部位の向き及び大きさに関する情報を検出する検出部、
前記記憶部に記憶された前記部位の3次元形状に関する情報と前記検出部で検出された前記部位の向き及び大きさに関する情報とに基づいて、前記術者から見た前記部位の見かけの3次元形状を特定し、その3次元形状に応じて前記術者を支援する情報を含む投影像を生成する投影像生成部、
前記投影像生成部で生成された投影像を、前記部位に投影する投影部、
として機能させる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、術者を支援する情報を含む投影像を、歯科手術に関連する部位に投影する。このようにすれば、術者がその部位から視線をそらさずに、支援する情報を見ながら歯科手術を行うことができる。この結果、術者が適切な歯科手術を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施の形態1に係る歯科手術支援システムの斜視図である。
【図2】図1の情報処理装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図3】切削前の歯の3次元形状と切削後の歯の3次元形状とを示す斜視図である。
【図4】術者と歯との位置関係を示す図である。
【図5】左のカメラの撮像視野と、右のカメラの撮像視野との関係を示す模式図である。
【図6】歯の3つの特徴点の一例を示す図である。
【図7】歯に投影される投影像の一例を示す図である。
【図8】図1の情報処理装置のフローチャートである。
【図9】本発明の実施の形態2に係る歯科手術支援システムのマイクロスコープの光学系の構成を示す図である。
【図10】図9のマイクロスコープの変形例1を示す図である。
【図11】図9のマイクロスコープの変形例2を示す図である。
【図12】投影像の変形例を示す図である。
【図13】マーカを用いて歯の向き及び大きさを検出する場合を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一又は対応する部分には同一の符号を付している。

【0017】
実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1について説明する。

【0018】
図1に示すように、本実施の形態に係る歯科手術支援システム1は、歯科医師(以下、「術者」という)Dが、手術に関連する部位としての患者の歯T(手術の対象)を、例えばハンドピース2を用いて切削する場合に用いられる。術者Dは、頭部Hに装着具としてメガネ3を装着しつつ、ハンドピース2を操作して歯Tを見ながら切削する。ここで、手術に関連する部位とは、手術の対象となる歯Tであってもよいし、歯Tを含む周辺の領域であってもよい。

【0019】
メガネ3には、2台のカメラ4と、プロジェクタ5とが取り付けられている。カメラ4は、術者Dの視線の先にある領域(ここでは、歯T及びその周辺領域)を撮像する。カメラ4はそれぞれメガネ3の両端に設けられ、視差を有しているので、2台のカメラ4の撮像結果から、歯T及びその周辺領域に関する3次元の位置情報を得ることができる。

【0020】
プロジェクタ5は、メガネ3の中央部分に設けられており、歯Tに、術者Dを支援する情報を含む投影像Iを投影する。これにより、術者Dは、歯Tに投影された投影像Iを見ながら、ハンドピース2を用いて歯Tを切削することができる。これにより、歯Tが正確に切削され、適切な歯科手術が実現される。

【0021】
歯科手術支援システム1は、カメラ4の撮像結果に基づいて、プロジェクタ5が投影する投影像Iを生成する情報処理装置6を備える。情報処理装置6は、プログラムによって動作するコンピュータである。

【0022】
図2に示すように、情報処理装置6は、ハードウエア構成として、内部バス20と、制御部21、主記憶部22、外部記憶部23及び通信部24を備える。主記憶部22、外部記憶部23及び通信部24はいずれも内部バス20を介して制御部21に接続されている。

【0023】
制御部21は、CPU(Central Processing Unit)等から構成されている。このCPUが、外部記憶部23に記憶され主記憶部22にロードされたプログラム29を実行することにより、情報処理装置6の各構成要素が実現される。

【0024】
主記憶部22は、RAM(Random-Access Memory)等から構成されている。主記憶部22には、外部記憶部23に記憶されているプログラム29がロードされる。この他、主記憶部22は、制御部21の作業領域(データの一時記憶領域)として用いられる。

【0025】
外部記憶部23は、フラッシュメモリ、ハードディスク、DVD(Digital Versatile Disc)、Blu-ray(登録商標) Disc等の不揮発性メモリから構成される。外部記憶部23には、制御部21に実行させるためのプログラム29があらかじめ記憶されている。また、外部記憶部23は、制御部21の指示に従って、このプログラム29の実行の際に用いられるデータを制御部21に供給し、制御部21から供給されたデータを記憶する。

【0026】
通信部24は、シリアルインターフェイス又はパラレルインターフェイスから構成されている。通信部24は、通信ネットワークを介してカメラ4及びプロジェクタ5と接続されており、カメラ4から画像データを受信するとともにプロジェクタ5に投影像Iの映像データを送る。

【0027】
情報処理装置6の各種構成要素は、制御部21、主記憶部22、外部記憶部23及び通信部24などをハードウエア資源として用いてプログラム29が実行されることによってその機能を発揮する。

【0028】
図1に戻り、情報処理装置6は、プログラム29の実行により実現される機能要素として、記憶部10と、検出部11と、投影像生成部12と、投影部13と、を備える。

【0029】
記憶部10は、歯科手術の対象となる歯Tの切削前の3次元形状を示す切削前3次元形状データ10Aを記憶する。切削前3次元形状データ10Aは、口腔内スキャナ7を用いてあらかじめ測定されたものである。

【0030】
また、記憶部10は、歯Tの術後、すなわち切削後の3次元形状を示す切削後3次元形状データ10Bを記憶する。切削後3次元形状データ10Bは、術者Dによる手術後の歯の3次元形状を示すデータであり、切削後データ生成部としての歯科用CAD/CAMシステム8が、記憶部10に記憶された切削前3次元形状データ10Aに基づいて生成する。生成後、切削後3次元形状データ10Bは、記憶部10に記憶される。

【0031】
切削前3次元形状データ10Aと切削後3次元形状データ10Bとを視覚的に表示すると、例えば図3に示すようになる。図3では、切削前3次元形状データ10Aが実線で示され、切削後3次元形状データ10Bが点線で示されている。術者Dは、ハンドピース2を用いて、歯Tを切削前3次元形状データ10Aで示す形状から切削後3次元形状データ10Bに示す形状に切削する。したがって、点線の部分を除く実線の部分が、切削される部分となり、点線の部分が切削されない部分となる。

【0032】
検出部11は、歯科手術を行う術者Dから見た歯Tの見え方、すなわち術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報を検出する。術者Dと患者の一方あるいは両方が動くと、図4に示すように、術者Dと歯Tとの位置関係が変わる。術者Dと歯Tとの位置関係が変わると、術者Dから見た歯Tの見え方は異なってくる。歯Tに正確な投影像Iを投影すべく、検出部11は、歯科手術を行う術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報を検出する。

【0033】
ここで、歯Tの全体の3次元形状は既知であるので、術者Dから見た歯Tの向き及び大きさがわかれば、術者Dから見た歯Tの見かけの3次元形状を特定することができる。この見かけの3次元形状を特定するために、メガネ3には、カメラ4が2台取り付けられている。

【0034】
図5には、左のカメラ4の撮像視野4Lと、右のカメラ4の撮像視野4Rとが示されている。図5に示すように、左のカメラ4の撮像視野4Lと、右のカメラ4の撮像視野4R内に位置が異なる3つの点P1,P2,P3が入っているものとする。左右のカメラ4の視差により、点P1,P2,P3では、撮像視野4L及び撮像視野4R内の位置が異なる。これは、左右のカメラ4の撮像データ内の点P1,P2,P3に基づいて、術者Dから見た点P1,P2,P3それぞれの位置情報を検出することができることを示している。

【0035】
そこで、検出部11は、各カメラ4からそれぞれの撮像データを受信し、受信した撮像結果に基づいて、図6に示すように、術者Dから見た歯Tの直線上にない少なくとも3つの特徴点P1,P2,P3の位置情報を検出する。少なくとも3つの特徴点P1,P2,P3の位置情報は、術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報となる。なお、特徴点P1~P3は、切削対象となる領域以外に設定する必要がある。また、特徴点P1~P3は、それらと歯Tにおいて切削対象となる領域との位置関係が変わらないように、切削対象の歯Tが上顎の歯なら上顎の硬組織(歯や骨)やインプラントなど、下顎の歯なら下顎の硬組織やインプラントなどに設定する必要がある。図6では、特徴点P1は、歯Tの切削されない領域に設定されている。

【0036】
投影像生成部12は、記憶部10に記憶された歯Tの切削前3次元形状データ10Aと、検出部11で検出された術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報と、に基づいて、術者Dから見た歯Tの見かけの3次元形状を特定する。より具体的には、投影像生成部12は、記憶部10に記憶された少なくとも3つの歯Tの特徴点の位置情報と検出部11で検出された少なくとも3つの特徴点の現在の位置情報とに基づいて、術者Dが見た歯Tの見かけの3次元形状を特定する。

【0037】
さらに、投影像生成部12は、特定された3次元形状に応じて術者Dを支援する情報を含む投影像Iを、術者Dから見た歯Tの3次元形状に基づいて生成する。具体的には、投影像生成部12は、記憶部10に記憶された術後の歯Tの3次元形状に関する情報に基づいて、投影像Iとして、歯Tにおける切削する部分と、切削しない部分とを区別する像を生成する。ここで、術者Dから見て、歯Tの裏側、すなわち見えない部分については、投影像Iから消去すれば、術者Dが像を見やすくなる。

【0038】
投影部13は、投影像生成部12で生成された投影像Iを、歯Tに投影する。本実施の形態では、図7に示すように、切削後の歯Tの3次元形状の輪郭が投影像Iとして投影される。この輪郭は、ハンドピース2によって切削される部分と、切削されるべきでない領域との境目となるため、術者Dを支援する情報となる。

【0039】
次に、本実施の形態に係る歯科手術支援システム1の処理の流れについて説明する。図8に示すように、まず、口腔内スキャナ7によって読み込まれた歯Tの3次元形状が測定される(ステップS1;3次元測定ステップ)。測定された歯Tの3次元形状は、記憶部10に切削前3次元形状データ10Aとして記憶される。

【0040】
続いて、歯科用CAD/CAMシステム8は、記憶部10に記憶された歯Tの切削前3次元形状データ10Aを読み出して、切削後3次元形状データ10Bを生成する(ステップS2;切削後データ生成ステップ)。生成された切削後3次元形状データ10Bは、記憶部10に記憶される。

【0041】
その後、検出部11、投影像生成部12及び投影部13による、繰り返し処理が行われる。その周期は、例えば数msである。すなわち、図8に示すように、情報処理装置6では、その周期毎に、検出部11により、歯科手術を行う術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報が検出され(ステップS3;検出ステップ)、投影像生成部12により、記憶部10に記憶された歯Tの3次元形状データと検出部11で検出された歯Tの向き及び大きさに関する情報とに基づいて、術者Dから見た歯Tの見かけの3次元形状を特定し、特定した3次元形状に応じて術者Dを支援する情報を含む投影像Iが生成され(ステップS4;投影像生成ステップ)、投影部13により、投影像Iが、歯Tに投影される(ステップS5;投影ステップ)。

【0042】
このようにして、常に術者Dから見た歯Tの向き及び大きさ、その向き及び大きさに応じた3次元形状が検出され、検出された3次元形状に従った投影像Iが歯Tに投影される。投影像Iが投影されている間、術者Dによるハンドピース2による歯Tの切削が行われる。この切削は、投影像Iを用いた支援により、例えば切削すべきでない場所を削らないように、かつ、削り残しがないように行われる。

【0043】
なお、本実施の形態では、記憶部10は、主記憶部22、外部記憶部23によって実現される。また、検出部11は、制御部21、主記憶部22及び通信部24によって実現される。また、投影像生成部12は、制御部21、主記憶部22によって実現される。さらに、投影部13は、制御部21、主記憶部22及び通信部24によって実現される。

【0044】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、術者Dを支援する情報を含む投影像Iを、歯科手術の対象となる歯Tに投影する。このようにすれば、術者Dが歯Tから視線をそらさずに、支援する情報を見ながら歯科手術を行うことができる。この結果、術者Dが適切な歯科手術を行うことができる。

【0045】
なお、本実施の形態では、歯科手術に関連する部位を歯Tとしたが、本発明はこれには限られない。複数の歯Tや、歯T及びその周辺の領域を歯科手術に関連する部位とするようにしてもよい。

【0046】
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。

【0047】
上記実施の形態では、装着具にカメラ4及びプロジェクタ5を取り付けたが、本実施の形態に係る歯科手術支援システムは、術中に術者Dが歯Tを観察するのに用いるマイクロスコープ30(図9参照)にカメラ及びプロジェクタが組み込まれている他は、上記実施の形態1と同じである。

【0048】
マイクロスコープ30の構成について説明する。図9に示すように、マイクロスコープ30には、左眼用の拡大観察光学系30Lと、右眼用の拡大観察光学系30Rとが設けられている。拡大観察光学系30L及び30Rでは、対物レンズ31、結像レンズ33L,33R、ハーフミラー32L,32R及びカメラ34L,34Rが、術部(歯T)に近い方から順に配置されている。

【0049】
歯Tには、照明装置40から照明光が照射されている。図9では、照明装置40として1台の側斜照明を例示しているが、照明装置40は、2台以上設けられてもよい。また、照明装置40は、マイクロスコープ30の内部に設けられてもよく、側斜照明に限らず、同軸落射照明であってもよい。なお、照明装置40は、ハロゲンランプや蛍光ランプでもよいが、発熱量が小さく、長寿命であり、また消費電力が小さいという利点があることから、LEDを使用するのが望ましい。

【0050】
照明装置40によって照らされた歯Tの像は、対物レンズ31から結像レンズ33L,33R及びハーフミラー32L,32Rを通り、それぞれのカメラ34L,34Rで電子画像化される。

【0051】
カメラ34L,34Rで撮像された画像は、カメラ34L,34Rに電気的に接続されたモニタ35L,35Rにそれぞれ表示される。モニタ35L,35Rは一対の接眼鏡筒36L,36Rの内部に搭載されており、歯科医が接眼鏡筒36L,36Rを覗くことで、歯Tの像を立体視できる構成になっている。

【0052】
本実施の形態では、カメラ34L,34Rが、上記実施の形態1に係る左右のカメラ4に相当する。カメラ34L,34Rで撮像された撮像データは、情報処理装置6の検出部11に送られる。検出部11、投影像生成部12及び投影部13は、上記実施の形態1と同様の処理を行い、投影像Iをプロジェクタ37L、37Rに投影させる。

【0053】
また、本実施の形態では、プロジェクタ37L,37Rが、上記実施の形態1に係るプロジェクタ5に相当する。プロジェクタ37L,37Rから投影された光は、ハーフミラー32L,32Rで反射して、結像レンズ33L,33R及び対物レンズ31を介して、歯Tに到達する。これにより、情報処理装置6の投影部13から送信された投影像Iが、歯Tに投影される。実際には、プロジェクタ37Lで投影される像と、プロジェクタ37Rで投影される像との間には、視差が生じる。そこで、プロジェクタ37Lで投影される像とプロジェクタ37Rで投影される像とを交互に投影し、カメラ34L、34Rの撮像タイミングをプロジェクタ37L,37Rの投影タイミングと同期させる。このようにすれば、プロジェクタ37Lで投影される投影像Iは、カメラ34Lのみで撮像され、プロジェクタ37Rで投影される投影像Iは、カメラ34Rのみで撮像されるようになるので、上述のような視差の問題を解消することができる。なお、この場合、投影像Iとしては、視差を考慮して、右目用のものと、左目用のものとを用意する必要がある。

【0054】
マイクロスコープ30の内部構成は、上述のものには限られず、例えば図10に示すように変形が可能である。このマイクロスコープ30では、術者Dは、カメラ34L,34Rの撮像結果を見るのではなく、結像レンズ33L,33R、ハーフミラー32L,32R、接眼鏡筒36L,36Rの接眼レンズ35L’,35R’を介して、歯Tを直接観察する。この構成では、左右のカメラ34L’,34R’は、ハーフミラー32L,32Rで反射した光で歯Tを撮像する。カメラ34L’,34R’で撮像された撮像データは、情報処理装置6の検出部11に送られる。検出部11、投影像生成部12及び投影部13は、上記実施の形態1と同様の処理を行い、投影像Iをプロジェクタ37に投影させる。プロジェクタ37から出射された光は、ハーフミラー32で反射され、投影レンズ33及び対物レンズ31を経て、歯Tに到達する。これにより、投影像Iが歯T上に結像する。

【0055】
なお、図10において、カメラ34L’,34R’は、マイクロスコープ30の外部に設けられるようにしてもよい。また、ハーフミラー32及びプロジェクタ37は、対物レンズ31と、歯Tとの間に設けられるようにしてもよい。この場合、投影レンズ33は不要となる。また、この場合、ハーフミラー32及びプロジェクタ37は、マイクロスコープ30の内部に設けられていてもよいし、マイクロスコープ30の外部に設けられていてもよい。

【0056】
マイクロスコープ30の内部構成は、図11に示すように、さらに変形が可能である。例えば、図11に示すように、このマイクロスコープ30においても、術者Dは、カメラ34L,34Rの撮像結果を見るのではなく、結像レンズ33L,33R、接眼鏡筒36L,36Rの接眼レンズ35L’,35R’を介して、歯Tを直接観察する。結像レンズ33L,33Rと、接眼レンズ35L’,35R’との間には、ハーフミラー39L,39R、液晶シャッタ38L,38R、ハーフミラー32L,32Rが設けられている。この場合、左右のカメラ34L’,34R’は、ハーフミラー32L,32Rで反射した光で歯Tを撮像する。カメラ34L’,34R’で撮像された撮像データは、情報処理装置6の検出部11に送られる。検出部11、投影像生成部12及び投影部13は、上記実施の形態1と同様の処理を行う。このマイクロスコープ30は、左右のプロジェクタ37L,37Rを備えている。左右のプロジェクタ37L,37Rからの光は、ハーフミラー39L,39Rで反射され、結像レンズ33L,33R及び対物レンズ31を経て、歯Tに到達する。これにより、歯Tに投影像Iが結像する。

【0057】
実際には、プロジェクタ37Lで投影される像と、プロジェクタ37Rで投影される像との間には、視差が生じる。そこで、プロジェクタ37Lで投影される像とプロジェクタ37Rで投影される像とを交互に投影し、液晶シャッタ38L,38Rの開閉タイミングをプロジェクタ37L,37Rの投影タイミングと同期させることで、視差の問題を解消することができる。

【0058】
なお、液晶シャッタ38L,38Rを、ハーフミラー32L,32Rと接眼レンズ35L’,35R’との間に配置するようにしてもよい。ただし、この場合には、カメラ34L’,34R’とプロジェクタ37L,37Rとを同期させる必要がある。

【0059】
なお、上記各実施の形態では、切削後の歯Tの3次元形状の輪郭のように、歯Tにおける切削する部分と、切削しない部分とを区別する像を投影像Iとして投影した。このような像としては、他に切削する部分と切削しない部分とを色分けした像であってもよいし、切削する部分だけ又は切削しない部分だけ輝度が高い像などであってもよい。

【0060】
また、投影像生成部12は、投影像Iとして、歯Tに対する術具の姿勢に関する指標を生成するようにしてもよい。図12に示すように、ハンドピース2の理想的な姿勢を示す線分を投影像Iとして投影するようにしてもよい。例えば、ハンドピース2の術具としての工具2Aが鉛直方向となるのが適切な姿勢である場合には、縦線の像を投影像Iとして歯Tに投影すればよい。このようにすれば、術者Dが、ハンドピース2を適切な姿勢に保ちながら(工具2Aの回転軸を縦線に沿わせながら)、例えば術者Dから見た歯Tの右側面(又は左側面)、すなわち紙面左右側面等を切削することができる。工具2Aを傾けるべき場合には、斜線を投影すればよい。この投影像Iは、ハンドピース2上にも投影されるので、ハンドピース2と投影像Iの線分とのずれを一致させ易くすることができる。また、ハンドピース2の位置に関する指標を投影像Iとして表示するようにしてもよい。例えばハンドピース2の工具2Aが位置すべき場所だけを他の場所とは識別可能な投影像Iを表示することができる。

【0061】
このように、投影像Iで示す、術者Dを支援する情報としては様々なものが考えられる。例えば、歯Tの切削場所に望ましい順番がある場合には、次に切削するのが望ましい場所に投影像Iを投影するようにしてもよい。また、歯Tの3次元の内部構造が明らかになっている場合には、その内部構造を歯Tに投影するようにしてもよい。また、投影像Iに切削対象となる領域だけでなく周囲の像(例えば臨在歯の輪郭)も含めるようにしてもよい。このようにすれば、投影像Iがずれて投影されていないことを、術者Dが視覚的に確認しやすくなる(投影像Iがずれた場合にそれを術者Dが気が付きやすくなる)。

【0062】
また、上記各実施の形態では、歯Tの少なくとも3つの特徴点の位置情報に基づいて、歯Tの見え方に関する情報を検出したが、本発明はこれには限られない。例えば、図13に示すように、あらかじめ歯Tとの位置関係が変わらず既知であり、直線上になく、互いに識別可能なマーカM1~M3を少なくとも3つ配置し、手術に関連する部位を歯T及びマーカM1~M3が配置された領域とする。そして、記憶部10に記憶される部位の切削前3次元形状データ10Aには、少なくとも3つのマーカM1~M3の位置情報が含まれるものとする。なお、マーカM1~M3の位置はできるだけ離れているのが望ましい。ただし、歯の咬合面(上下の歯が噛み合わさる面)へ体積のあるマーカM1~M3を配置することは避けることが望ましい。なお、マーカM1~M3は、切削対象となる領域以外に配置する必要がある。また、マーカM1~M3についても、それらと歯Tにおいて切削対象となる領域との位置関係が変わらないように、切削対象の歯Tが上顎の歯なら上顎の硬い組織、下顎の歯なら下顎の硬い組織(歯、インプラント、骨など)に配置する必要がある。図13では、マーカM3は、歯Tの切削されない領域に配置されている。

【0063】
この場合、検出部11は、術者Dから見た歯Tを含む部位の向き及び大きさに関する情報として、少なくとも3つのマーカM1~M3の現在の位置情報を検出する。そして、投影像生成部12は、記憶部10に記憶された少なくとも3つのマーカM1~M3の位置情報と検出部11で検出された少なくとも3つのマーカM1~M3の現在の位置情報とに基づいて、術者Dが見た部位の見かけの3次元形状を特定する。そして投影像生成部12は、特定された3次元形状に基づいて、術者Dを支援する情報を含む投影像Iを生成するようにしてもよい。

【0064】
なお、上記各実施の形態では、2台のカメラで歯T等の部位の3次元形状を検出するものとしたが、3台以上のカメラで歯T等の部位の3次元形状を検出するようにしてもよい。

【0065】
なお、上記各実施の形態では、歯T等の部位の少なくとも3つの特徴点に基づいて、術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報を検出したが、本発明はこれには限られない。術者Dから見た歯T等の部位の概略的な3次元形状を求め、3次元形状同士のマッチングなどを行って、術者Dから見た歯Tの向き及び大きさに関する情報を検出するようにしてもよい。

【0066】
また、上記各実施の形態によれば、検出部11により、切削中の歯T等の部位の3次元形状の変化を検出するようにしてもよい。例えば、この場合、切削中に変化する歯T等の部位の3次元形状に合わせて、投影像Iを生成することができる。

【0067】
部位の3次元形状の検出方法も、上述したものには限られない。例えば、術者Dを支援する投影像Iを投影し、術者Dが感知できない短い時間停止し、その時間に、歯科手術に関連する部位にプロジェクタに位置測定用のパターンを投影し、1台又は複数台のカメラによりパターン像を撮像する。そして、その撮像データに基づいて、3次元形状を測定するようにしてもよい。

【0068】
上記各実施の形態に係る歯科手術支援システム1は、ブリッジ手術やインプラント手術にも適用することができる。これらの場合、例えば1歯中間欠損のブリッジの2つの支台歯(土台となる歯)を歯科手術に関連する部位として、それらの切削後の3次元形状の投影像Iを投影したり、インプラント体を埋めるために開ける穴に相当する投影像Iを投影したりすることができる。

【0069】
その他、情報処理装置6のハードウエア構成やソフトウエア構成は一例であり、任意に変更及び修正が可能である。

【0070】
制御部21、主記憶部22、外部記憶部23及び通信部24、内部バス20などから構成される情報処理装置6の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(フレキシブルディスク、CD-ROM、DVD-ROM等)に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをインストールすることにより、前記の処理を実行する情報処理装置6を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで情報処理装置6を構成してもよい。

【0071】
情報処理装置6の機能を、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションプログラムの分担、又はOSとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

【0072】
搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上のサーバにコンピュータプログラムをアップロードし、ネットワークを介してコンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。

【0073】
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【0074】
本発明は、歯科手術の支援及び歯科教育に用いることができる。
【符号の説明】
【0075】
1 歯科手術支援システム、2 ハンドピース、2A 工具、3 メガネ、4 カメラ、4L,4R 撮像視野、5 プロジェクタ、6 情報処理装置、7 口腔内スキャナ、8 歯科用CAD/CAMシステム、10 記憶部、10A 切削前3次元形状データ、10B 切削後3次元形状データ、11 検出部、12 投影像生成部、13 投影部、20 内部バス、21 制御部、22 主記憶部、23 外部記憶部、24 通信部、29 プログラム、30 マイクロスコープ、30L,30R 拡大観察光学系、31 対物レンズ、32,32L,32R ハーフミラー、33 投影レンズ、33L,33R 結像レンズ、34L,34R,34L’,34R’ カメラ、35L,35R モニタ、35L’,35R’ 接眼レンズ、36L,36R 接眼鏡筒、37,37L,37R プロジェクタ、38L,38R 液晶シャッタ、39L,39R ハーフミラー、40 照明装置、D 歯科医師(術者)、I 投影像、H 頭部、T 部位(歯)
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【図12】
11
【図13】
12