特開 2024-1632 データ処理装置、データ処理方法、およびデータ処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024001632

(43)【公開日】2024-01-10

(54)【発明の名称】データ処理装置、データ処理方法、およびデータ処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G16H 30/40 20180101AFI20231227BHJP

   A61B 6/51 20240101ALI20231227BHJP

   A61B 1/24 20060101ALI20231227BHJP

   A61C 19/04 20060101ALI20231227BHJP

   A61C 13/34 20060101ALI20231227BHJP

   A61B 5/107 20060101ALN20231227BHJP

【ＦＩ】

G16H30/40

A61B6/14 310

A61B1/24

A61C19/04 Z

A61C13/34 Z

A61B5/107 110

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022100408

(22)【出願日】2022-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】000138185

【氏名又は名称】株式会社モリタ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉川 英基

【テーマコード（参考）】

4C038

4C052

4C093

4C161

5L099

【Ｆターム（参考）】

4C038VA04

4C038VB05

4C038VC05

4C052NN02

4C052NN03

4C052NN04

4C052NN15

4C052NN16

4C093AA22

4C093CA35

4C093DA04

4C093DA05

4C093FF35

4C093FF42

4C161AA08

4C161BB08

4C161HH51

4C161JJ09

4C161MM10

5L099AA26

(57)【要約】

【課題】ＩＯＳデータおよびＣＴデータを用いて歯列の３次元データを精度よく生成する。
【解決手段】
データ処理装置は、口腔内スキャナ（ＩＯＳ）で走査されて得られた、ＩＯＳ歯冠部を含む歯列およびＩＯＳ歯肉部の表面形状を示す点群の座標データを含むＩＯＳデータと、ＣＴ撮影装置（Ｘ線撮影装置）で撮影して得られた、ＣＴ歯冠部の体積データを含むＣＴデータと、が入力される入力部と、ＩＯＳデータおよびＣＴデータを共通のデータ形式へ変換し、変換されたＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する演算部とを備える。演算回路は、ＣＴデータにおいて、ＩＯＳデータに含まれるＩＯＳ歯冠部を、ＩＯＳ歯冠部の形状が一致する、ＣＴデータに含まれるＣＴ歯牙の歯冠部分と置換させ、置換されたＩＯＳ歯冠部付近へＩＯＳ歯肉部を配置させるように合成する。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元データを処理するデータ処理装置であって、
対象者の口腔内へ挿入されたスキャナで走査されて得られた、第１歯冠部を含む歯列および歯肉部の表面形状を示す点群の座標データを含む第１データと、前記対象者の少なくとも口腔内の歯列をＸ線撮影装置で撮影して得られた、第２歯冠部の体積データを含む第２データと、が少なくとも入力される入力部と、
前記第１データおよび前記第２データを共通のデータ形式へ変換し、変換された前記第１データと前記第２データとを合成する演算回路とを備え、
前記演算回路は、前記第２データにおいて、前記第１データに含まれる前記第１歯冠部を、前記第１歯冠部の形状が一致する、前記第２データに含まれる前記第２歯冠部と置換させ、置換された前記第１歯冠部付近へ前記歯肉部を配置させるように合成する、データ処理装置。

【請求項2】

前記演算回路は、前記第１データと前記第２データとを合成する際に、前記第１歯冠部の置換によって生じる隙間を補間するように前記歯肉部のデータを修正する、請求項１に記載のデータ処理装置。

【請求項3】

前記演算回路は、前記第１データと前記第２データとを合成する際に、
前記第１データに含まれる前記第１歯冠部と前記歯肉部とを分類し、
分類された前記第１歯冠部の表面形状が前記第２歯冠部の表面形状に一致するように前記第１歯冠部を置換させ、
前記第１歯冠部の置換によって生じる前記第１歯冠部と前記歯肉部との隙間を補間するように、前記歯肉部における前記第１歯冠部と対向する部分のデータを修正する、請求項２に記載のデータ処理装置。

【請求項4】

前記演算回路は、前記第１データと前記第２データとを合成する際に、
前記第１データに含まれる、前記第１歯冠部と、前記歯肉部における前記第１歯冠部に隣接する隣接部分と、前記歯肉部における前記第１歯冠部に隣接しない非隣接部分とを分類し、
分類された前記第１歯冠部の表面形状が前記第２歯冠部の表面形状に一致するように前記第１歯冠部と前記歯肉部の前記隣接部分との組合せを置換させ、
前記組合せの置換によって生じる前記歯肉部の前記隣接部分と前記非隣接部分との隙間を補間するように、前記歯肉部の前記隣接部分および前記非隣接部分の少なくとも一方のデータを修正する、請求項２に記載のデータ処理装置。

【請求項5】

前記第１データは、歯列方向に並ぶ複数の前記第１歯冠部のデータを含み、
前記第２データは、歯列方向に並ぶ複数の前記第２歯冠部のデータを含み、
前記演算回路は、前記第１データと前記第２データとを合成する際に、
前記第１データに含まれる、複数の前記第１歯冠部と前記歯肉部とを分類し、さらに、前記歯肉部を複数の前記第１歯冠部にそれぞれ隣接する複数の分割部分に分類し、
分類された前記第１歯冠部の各々の表面形状が当該第１歯冠部の各々に対応する前記第２歯冠部の表面形状に一致するように、当該第１歯冠部の各々と当該第１歯冠部の各々に隣接する前記歯肉部の前記分割部分との組合せを置換させ、
前記組合せの置換によって生じる、歯列方向に互いに隣接する前記歯肉部の前記分割部分同士の隙間を補間するように、前記歯肉部の前記分割部分のデータを修正する、請求項２に記載のデータ処理装置。

【請求項6】

前記演算回路は、
前記第１データと前記第２データとを合成したデータに含まれる歯牙を所望の位置に移動させるシミュレーション処理を行ない、
前記シミュレーション処理に伴って生じる前記歯牙と前記歯肉部との隙間を補間するように前記歯肉部のデータを修正する、請求項１～５のいずれかに記載のデータ処理装置。

【請求項7】

前記演算回路は、前記歯肉部のデータに加えて、置換された前記第１歯冠部のデータを、前記第２データに合成する、請求項１～６のいずれかに記載のデータ処理装置。

【請求項8】

前記演算回路は、置換された前記第１歯冠部のデータを前記第２データに合成する際に、前記第２歯冠部の表面における、置換された前記第１歯冠部から乖離する部分をカットする、請求項７に記載のデータ処理装置。

【請求項9】

前記演算回路は、前記第１データと前記第２データとを合成する際に、前記第１データに含まれる歯牙をセグメンテーションする処理、および前記第２データに含まれる歯牙をセグメンテーションする処理の少なくとも一方を行なう、請求項１に記載のデータ処理装置。

【請求項10】

３次元データを処理するデータ処理方法であって、
対象者の口腔内へ挿入されたスキャナで走査されて得られた、第１歯冠部を含む歯列および歯肉部の表面形状を示す点群の座標データを含む第１データと、前記対象者の少なくとも口腔内の歯列をＸ線撮影装置で撮影して得られた、第２歯冠部の体積データを含む第２データと、が少なくとも入力されるステップと、
前記第１データおよび前記第２データを共通のデータ形式へ変換し、変換された前記第１データと前記第２データとを合成するステップとを含み、
前記第１データと前記第２データとを合成するステップは、前記第２データにおいて、
前記第１データに含まれる前記第１歯冠部を、前記第１歯冠部の形状が一致する、前記第２データに含まれる前記第２歯冠部と置換させるステップと、
置換された前記第１歯冠部付近へ前記歯肉部を配置させるように合成するステップとを含む、データ処理方法。

【請求項11】

３次元データを処理するデータ処理プログラムであって、
コンピュータに、
対象者の口腔内へ挿入されたスキャナで走査されて得られた、第１歯冠部を含む歯列および歯肉部の表面形状を示す点群の座標データを含む第１データと、前記対象者の少なくとも口腔内の歯列をＸ線撮影装置で撮影して得られた、第２歯冠部の体積データを含む第２データと、が少なくとも入力されるステップと、
前記第１データおよび前記第２データを共通のデータ形式へ変換し、変換された前記第１データと前記第２データとを合成するステップとを実行させ、
前記第１データと前記第２データとを合成するステップは、前記第２データにおいて、
前記第１データに含まれる前記第１歯冠部を、前記第１歯冠部の形状が一致する、前記第２データに含まれる前記第２歯冠部と置換させるステップと、
置換された前記第１歯冠部付近へ前記歯肉部を配置させるように合成するステップとを含む、データ処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、データ処理装置、データ処理方法、及びデータ処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、患者等の対象者の口腔内を口腔内スキャナ（ＩＯＳ；Intra Oral Scanner）で走査することによって得られた点群の座標データ（以下「ＩＯＳデータ」ともいう）と、対象者の口腔内をＸ線撮影装置で撮像することによって得られた体積データ（以下「ＣＴ（Computed Tomography）データ」ともいう）とを取得し、これらのデータを合成して仮想モデルを形成する技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－５１３２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＩＯＳデータおよびＣＴデータを合成する場合において、これらのデータをどのように合成すれば歯列の３次元データを精度よく生成することができるかについて、従来、明確にされておらず、特開２０１９－５１３２３号公報にも詳細には記載されていない。

【0005】

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＩＯＳデータおよびＣＴデータを用いて歯列の３次元データを精度よく生成することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一例に従えば、３次元データを処理するデータ処理装置が提供される。データ処理装置は、象者の口腔内へ挿入されたスキャナで走査されて得られた、第１歯冠部を含む歯列および歯肉部の表面形状を示す点群の座標データを含む第１データと、対象者の少なくとも口腔内の歯列をＸ線撮影装置で撮影して得られた、第２歯冠部の体積データを含む第２データと、が少なくとも入力される入力部と、第１データおよび第２データを共通のデータ形式へ変換し、変換された第１データと第２データとを合成する演算回路とを備える。演算回路は、第２データにおいて、第１データに含まれる第１歯冠部を、第１歯冠部の形状が一致する、第２データに含まれる第２歯冠部と置換させ、置換された第１歯冠部付近へ歯肉部を配置させるように合成する。

【0007】

本開示の一例に従えば、３次元データを処理するデータ処理方法が提供される。データ処理方法は、対象者の口腔内へ挿入されたスキャナで走査されて得られた、第１歯冠部を含む歯列および歯肉部の表面形状を示す点群の座標データを含む第１データと、対象者の少なくとも口腔内の歯列をＸ線撮影装置で撮影して得られた、第２歯冠部の体積データを含む第２データと、が少なくとも入力されるステップと、第１データおよび第２データを共通のデータ形式へ変換し、変換された第１データと第２データとを合成するステップとを含む。第１データと第２データとを合成するステップは、第２データにおいて、第１データに含まれる第１歯冠部を、第１歯冠部の形状が一致する、第２データに含まれる第２歯冠部と置換させるステップと、置換された第１歯冠部付近へ歯肉部を配置させるように合成するステップとを含む。

【0008】

本開示の一例に従えば、３次元データを処理するデータ処理プログラムが提供される。データ処理プログラムは、コンピュータに、対象者の口腔内へ挿入されたスキャナで走査されて得られた、第１歯冠部を含む歯列および歯肉部の表面形状を示す点群の座標データを含む第１データと、対象者の少なくとも口腔内の歯列をＸ線撮影装置で撮影して得られた、第２歯冠部の体積データを含む第２データと、が少なくとも入力されるステップと、第１データおよび第２データを共通のデータ形式へ変換し、変換された第１データと第２データとを合成するステップとを実行させる。第１データと第２データとを合成するステップは、第２データにおいて、第１データに含まれる第１歯冠部を、第１歯冠部の形状が一致する、第２データに含まれる第２歯冠部と置換させるステップと、置換された第１歯冠部付近へ歯肉部を配置させるように合成するステップとを含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、ＩＯＳデータおよびＣＴデータを用いて歯列の３次元データを精度よく生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】データ処理装置を含むデータ処理システムの全体構成を模式的に示す図である。

【図2】三次元スキャナを対象者の口腔内に挿入した状態を模式的に示す図である。

【図3】三次元スキャナで下側の歯列をスキャンする方法の一例を説明するための図である。

【図4】歯列全体の三次元データを生成する手法を説明するための図である。

【図5】ＩＯＳ歯列画像の一例を示す図である。

【図6】ＣＴ歯列画像の一例を示す図である。

【図7】ＩＯＳ歯冠部とＣＴ歯牙の歯冠部分との位置合せの手法を説明するための図である。

【図8】位置合せ後のＩＯＳ歯冠部と、ＩＯＳ歯肉部との状態の一例を示す図である。

【図9】位置合せ後のＩＯＳ歯冠部と、モーフィング後のＩＯＳ歯肉部との状態の一例を示す図である。

【図10】演算部の処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。

【図11】ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法を示す図（その１）である。

【図12】歯列の断面形状を模式的に示す図である。

【図13】ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法を示す図（その２）である。

【図14】シミュレーション処理の手法を示す図である。

【図15】ＩＯＳ歯冠部とＣＴ歯牙との合成手法を説明するための図（その１）である。

【図16】演算部の処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。

【図17】演算部の処理手順の一例を示すフローチャート（その３）である。

【図18】ＩＯＳ歯冠部とＣＴ歯牙との合成手法を説明するための図（その２）である。

【図19】ＣＴ歯牙の歯冠部分の表面のカット手法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0012】

［データ処理システムの全体構成］
図１は、本実施の形態に係るデータ処理装置１０を含むデータ処理システム１の全体構成を模式的に示す図である。

【0013】

データ処理システム１は、データ処理装置１０と、三次元スキャナ２０と、ＣＴ撮像装置３０とを備える。データ処理装置１０には、三次元スキャナ２０およびＣＴ撮像装置３０に加えて、ディスプレイ３、キーボード４、およびマウス５が接続されている。

【0014】

三次元スキャナ２０は、共焦点法あるいは三角測量法等によって口腔内を光学的に撮像する、いわゆる口腔内スキャナ（ＩＯＳ；Intra Oral Scanner）である。具体的には、三次元スキャナ２０は、光源からの光を口腔内に照射して口腔内を走査（スキャン）することで、三次元データとして、物体の表面形状を示す点群（複数の点）の各々の位置情報（縦方向，横方向，高さ方向の各軸の座標データ）及び、色情報を、光学センサなどを用いて取得する。また、あらかじめ取得済みの印象模型をスキャンすることで、歯や歯肉などの表面形状を取得することもできる。

【0015】

図２は、三次元スキャナ２０を対象者の口腔内に挿入した状態を模式的に示す図である。ユーザは、三次元スキャナ２０を用いて対象者の口腔内をスキャンすることによって、対象者の口腔内の複数の物体の表面形状を示す点群の座標データ及び、色情報を取得することができる。「ユーザ」は、歯科医師などの術者、歯科助手、歯科大学の先生または生徒、歯科技工士、メーカの技術者、製造工場の作業者など、三次元スキャナ２０を用いて歯牙などの物体の三次元データを取得する者であればいずれであってもよい。「対象者」は、歯科医院の患者、歯科大学における被験者など、三次元スキャナ２０のスキャン対象となり得る者であればいずれであってもよい。「物体」は、対象者の口腔内にある歯牙および歯肉など、三次元スキャナ２０のスキャン対象となり得るものであればいずれであってもよい。

【0016】

三次元スキャナ２０が一度に測定できる測定範囲は限られている。そのため、ユーザは、口腔内の歯列全体（歯列弓）の三次元データを取得したい場合、三次元スキャナ２０を歯列に沿って口腔内を手動で移動させて部分的にスキャンする操作を歯列全体に亘って複数回行なう。三次元スキャナ２０を歯列に沿って口腔内を手動で移動させることを走査させるともいう。

【0017】

図３は、三次元スキャナ２０で下側の歯列をスキャンする方法の一例を説明するための図である。図３に示す例では、ユーザは、一部の歯牙の外側側面（頬側面）から咬合面を経由して内側側面（舌側面）へと三次元スキャナ２０を動かしてスキャンする。スキャナの光軸が同じ状態でスキャンする操作を１スキャンとし、このようなスキャンをたとえば歯列方向へ沿って、一方の奥歯側（右最奥の臼歯）から前歯（切歯）を経由して他方の奥歯側（左最奥の臼歯）へと順番に複数回繰り返す。これにより、下側の歯列全体のスキャンが完了する。

【0018】

このように複数回に亘って部分的にスキャンされた三次元データが重複する形状を基準にして繋ぎ合わされることによって、口腔内の歯列全体の三次元データが得られる。このように得られた三次元データは、歯列の表面形状を示す点群の座標データであって、それぞれの点の三次元位置を示すＸＹＺ座標データと、それぞれの点の色を示すＲＧＢデータとが含まれる。この三次元データを用いて、任意の視点から見た歯列の表面形状の二次元の画像を生成することができる。

【0019】

図４は、複数回に亘って部分的にスキャンされた三次元データを繋ぎ合せることによって歯列全体の三次元データを生成する手法を説明するための図である。図４に示されるように、１スキャンで取得された三次元データが、次の１スキャンで取得された三次元データと、共通する形状を基準に繋ぎ合せられることで、最終的に歯列弓全体の三次元データが生成される。

【0020】

以下では、三次元スキャナ２０によって取得された三次元の表面座標データ（ＩＯＳデータ）に基づく歯列を、「ＩＯＳ歯列」とも称する。ＩＯＳ歯列の二次元画像を表示するためのデータを「ＩＯＳ歯列画像データ」とも称する。

【0021】

図１に戻って、ＣＴ撮像装置３０は、放射線の一種であるＸ線の送信器および受信器を対象者の顔の周囲で回転させることで、対象者の上顎と下顎とを撮影するＸ線撮影装置である。ＣＴ撮像装置３０で対象者の上顎と下顎とを撮影することによって、対象者の上顎および下顎の周辺における三次元の体積（ボクセル）データが得られる。Ｘ線撮影装置によって得られた物体の体積データを断層加工することによって、物体の断層画像や外観画像を生成することができる。なお、例えば歯肉と頬、舌など互いに接している、ほぼ同じX線吸収係数を有する軟組織は、その境界が明確でなくなり、結果その表面形状を把握できなくなることから、主に利用できるのは歯や骨などの硬組織のデータとなる。

【0022】

以下では、ＣＴ撮像装置３０によって取得された三次元の体積データ（ＣＴデータ）に基づく歯列を「ＣＴ歯列」とも称する。ＣＴ歯列の二次元画像をディスプレイ３等に表示するためのデータを「ＣＴ歯列画像データ」とも称する。

【0023】

データ処理装置１０は、ＩＯＳデータに基づき、任意の視点から見たＩＯＳ歯列画像データを生成してＩＯＳ歯列画像をディスプレイ３に表示させることで、歯列の表面を特定の方向から見た場合の二次元投影図をユーザに見せることができる。同様に、データ処理装置１０は、ＣＴデータに基づき、任意の視点から見たＣＴ歯列画像データを生成してＣＴ歯列画像をディスプレイ３に表示させることで、歯列の表面を特定の方向から見た場合の二次元投影図をユーザに見せることができる。

【0024】

さらに、データ処理装置１０は、ＩＯＳデータおよびＣＴデータを共通のデータ形式へ変換し、変換されたＩＯＳデータとＣＴデータとを合成し、合成した座標データに基づき任意の視点から見た合成画像をディスプレイ３に表示させることができる。共通のデータ形式へ変換する処理は、たとえば、ＩＯＳデータとＣＴデータとを任意の視点から見た２次元画像データ（たとえば、GIF、PNG、TIFF、BMP等）に変換する処理であってもよいし、ＩＯＳデータおよびＣＴデータのどちらか一方を他方のデータ形式に変換して共通化させる処理であってもよい。ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法については後に詳述する。

【0025】

データ処理装置１０は、主なハードウェア要素として、演算部１１と、記憶部１２と、ＩＯＳインターフェース１３と、ＣＴインターフェース１４と、ディスプレイインターフェース１５と、周辺機器インターフェース１６と、読取部１７と、通信部１８とを備える。なお、データ処理装置１０は、たとえば、汎用コンピュータで実現されてもよいし、データ処理システム１専用のコンピュータ（サーバ）で実現されてもよい。

【0026】

演算部１１は、各種のプログラムを実行することで、各種の処理を実行する演算回路（演算装置）であり、コンピュータの一例である。演算部１１は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、およびＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の少なくとも１つで構成される。なお、演算部１１は、１チップで構成されてもよいし、複数のチップで構成されてもよい。さらに、演算部１１の全部または一部の機能は、図示しないサーバ装置（たとえば、クラウド型のサーバ装置）に設けられてもよい。

【0027】

記憶部１２は、演算部１１が任意のプログラムを実行するにあたって、プログラムコードやワークメモリなどを一時的に格納する揮発性の記憶領域（たとえば、ワーキングエリア）を含む。たとえば、記憶部１２は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）またはＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などの揮発性メモリデバイスで構成される。さらに、記憶部１２は、不揮発性の記憶領域を含む。たとえば、記憶部１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク、またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性メモリデバイスで構成される。

【0028】

ＩＯＳインターフェース１３は、三次元スキャナ２０を接続するためのインターフェースであり、データ処理装置１０と三次元スキャナ２０との間のデータの入出力を実現する。データ処理装置１０と三次元スキャナ２０とは、有線または無線で通信接続される。

【0029】

ＣＴインターフェース１３は、ＣＴ撮像装置３０を接続するためのインターフェースであり、データ処理装置１０とＣＴ撮像装置３０との間のデータの入出力を実現する。データ処理装置１０とＣＴ撮像装置３０とは、有線または無線で通信接続される。

【0030】

なお、図１においては、ＩＯＳインターフェース１３とＣＴインターフェース１４とが別々に示されているが、ＩＯＳインターフェース１３とＣＴインターフェース１４とは１つの入力部として一体的に構成されていてもよい。

【0031】

ディスプレイインターフェース１５は、ディスプレイ３を接続するためのインターフェースであり、データ処理装置１０とディスプレイ３との間のデータの入出力を実現する。

【0032】

周辺機器インターフェース１６は、キーボード４およびマウス５などの周辺機器を接続するためのインターフェースであり、データ処理装置１０と周辺機器との間のデータの入出力を実現する。

【0033】

読取部１７は、記憶媒体であるリムーバブルディスク６に格納されている各種データを読み出す。たとえば、読取部１７は、リムーバブルディスク６からデータ処理プログラムを取得してもよい。

【0034】

通信部１８は、有線通信または無線通信を介して、上述した歯科技工所または自動製造装置との間でデータを送受信する。

【0035】

たとえば、データ処理装置１０は、通信部１８を介して、上述の三次元座標データ（ＩＯＳデータ、ＣＴデータ）、および二次元画像データ（ＩＯＳ歯列画像データ、ＣＴ歯列画像データ）等を、歯科技工所等に送信する。

【0036】

歯科技工所においては、データ処理装置１０から取得したデータに基づき、歯科技工士が補綴物などの歯牙モデルを作製することができる。なお、ミリングマシンおよび３Ｄプリンタなど、歯牙モデルを自動で製造可能な自動製造装置が歯科医院内に配置されている場合、データ処理装置１０からのデータを自動製造装置に送信してもよい。

【0037】

［ＩＯＳ歯列画像］
図５は、ＩＯＳ歯列画像データに基づいて表示されるＩＯＳ歯列画像の一例を示す図である。なお、図５にはＩＯＳ歯列画像として下側の歯列の画像が例示されているが、ＩＯＳ歯列画像に上側の歯列の画像が含まれていてもよい。

【0038】

一般的に、歯牙（ｔｏｏｔｈ）は、歯肉（ｇｉｎｇｉｖａ）から露出している歯冠部（ｃｒｏｗｎ）と、歯肉に覆われている歯根部（ｒｏｏｔ）とに層別される。

【0039】

上述のように、三次元スキャナ２０は、光源からの光を口腔内に照射して口腔内を走査することで、歯列の表面形状を示す点群の座標データを取得する。そのため、ＩＯＳ歯列画像には、光源からの光が照射される歯冠部２１および歯肉部２２の画像が含まれる一方、光源からの光が届かない歯根部（ｒｏｏｔ）の画像は含まれない。

【0040】

なお、ＩＯＳデータには以下のようなメリットがある。
・歯冠部２１の各々の表面形状データを正確に取得できる。

【0041】

・歯肉部２２等の軟組織の表面形状データを取得できる。
・任意の視点から見た歯列の外形画像を生成できる。

【0042】

・色データを取得できる。
一方、ＩＯＳデータには以下のようなデメリットがある。

【0043】

・手動走査で取得した部分的な三次元データを繋ぎ合せて歯列全体の三次元データを完成させるため、歯列全体の形状は正確ではない場合がある。

【0044】

・光が届かない歯根部の形状データを取得できない。
・光が届かない内部のデータを取得できないため断層画像を生成できない。

【0045】

以下では、ＩＯＳデータに含まれる歯冠部および歯肉部を、それぞれ「ＩＯＳ歯冠部」および「ＩＯＳ歯肉部」とも称する。

【0046】

［ＣＴ歯列画像］
図６は、ＣＴ歯列画像データに基づいて表示されるＣＴ歯列画像の一例を示す図である。なお、図６には、ＣＴ歯列画像として下側の歯列の画像が例示されているが、ＣＴ歯列画像に上側の歯列の画像が含まれていてもよい。

【0047】

上述のように、ＣＴ撮像装置３０は、口腔内領域の体積データを取得する。ＣＴ歯列画像には、硬組織である歯牙３１および顎３３の画像が含まれる一方、軟組織である歯肉の画像は殆どの場合、利用できない。

【0048】

なお、ＣＴデータには以下のようなメリットがある。
・歯列全体の正確な形状データを取得できる。

【0049】

・歯冠部および歯根部を含めた歯牙３１全体の形状データを取得できる。
・歯牙３１と共に顎３３の形状データを取得できる。

【0050】

・歯列の表面形状データを生成できる。
・断層画像を生成できる。

【0051】

一方、ＣＴデータには以下のようなデメリットがある。
・歯肉のような頬や舌など他の軟組織と接する軟組織の形状データは取得が難しい。

【0052】

・歯冠部やその周辺に金属補綴物などX線高吸収体がある場合、再構成された形状データは不正確となる場合がある。

【0053】

・色データを取得できない。
以下では、ＣＴデータに含まれる歯牙および顎を、それぞれ「ＣＴ歯牙」および「ＣＴ顎」とも称する。

【0054】

［ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法］
上述のように、ＩＯＳデータには、歯肉の形状データを取得できるというメリットがあるが、歯列全体の正確な形状データを取得できないというデメリットがある。一方、ＣＴデータには、歯列全体の正確な形状データを取得できるが、歯肉の形状データの取得は難しいというデメリットがある。

【0055】

データ処理装置１０の演算部１１は、ＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際、一方のデータのデメリットを他方のデータのメリットで補うことによって、歯列の正確な形状を有しつつ、歯肉の形状を有する三次元データを生成する。

【0056】

具体的には、演算部１１は、ＩＯＳ歯肉部２２の表面形状データを、歯列全体の形状が正確なＣＴデータに合成する。この際、演算部１１は、まず、ＩＯＳ歯冠部２１を、当該ＩＯＳ歯冠部２１と表面形状が一致（最も類似）する、ＣＴ歯牙３１の歯冠部分と置換させる処理（以下「位置合せ」ともいう）を行なう。次いで、演算部１１は、位置合せによって置換されたＩＯＳ歯冠部２１付近へＩＯＳ歯肉部２２を配置させるように合成する。この際、個々の歯について位置合せを行いやすいよう、あらかじめ、IOS歯冠部は個々の歯牙をセグメンテーションしておく。またCTデータについても、あらかじめ個々の歯をセグメンテーションしておいてもよい。歯牙をセグメンテーションするとは、それぞれの歯牙の領域がどこからどこまでかを演算部１１が認識することを言う。さらに、演算部１１が各歯牙の歯牙種類（番号）を認識するようにしてもよい。

【0057】

図７は、ＩＯＳ歯冠部２１とＣＴ歯牙３１の歯冠部分との位置合せの手法を説明するための図である。ＩＯＳ歯列全体にはＣＴ歯列よりも多くの位置計測誤差が含まれているため、ＩＯＳ歯列とＣＴ歯列との間には座標のずれが生じる。

【0058】

そこで、演算部１１は、位置計測誤差をより多く含むＩＯＳ歯列を、より精度の高いＣＴ歯列に合せる。具体的には、演算部１１は、ＩＯＳ歯冠部２１の各々について、当該ＩＯＳ歯冠部２１と歯冠部分の形状が一致するＣＴ歯牙３１を特定し、当該ＩＯＳ歯冠部２１を、特定されたＣＴ歯牙３１の歯冠部分と置換させる。この位置合せによってＩＯＳ歯冠部２１の位置が変位するため、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部２１と、ＩＯＳ歯肉部２２との間に隙間が生じてしまうことになる。

【0059】

図８は、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部２１Ａと、ＩＯＳ歯肉部２２との状態の一例を示す図である。図８に示す例では、ＩＯＳ歯冠部２１Ａの位置が位置合せによって内側にずれたことによって、ＩＯＳ歯冠部２１Ａと、ＩＯＳ歯肉部２２の辺縁（ＩＯＳ歯肉部２２におけるＩＯＳ歯冠部２１Ａと対向する部分）２２ａとの間に隙間が生じている。

【0060】

そこで、演算部１１は、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部２１ＡとＩＯＳ歯肉部２２の辺縁２２ａとの間に生じる隙間を補間するようにＩＯＳ歯肉部２２の辺縁のデータを修正する。すなわち、演算部１１は、隙間を埋めるようにＩＯＳ歯肉部２２の辺縁２２ａをＩＯＳ歯冠部２１に向けて滑らかに変形するモーフィングを行なって、ＩＯＳ歯肉部２２の辺縁２２ａを位置合せ後のＩＯＳ歯冠部２１に接合させる。

【0061】

図９は、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部２１Ａと、モーフィング後のＩＯＳ歯肉部２２との状態の一例を示す図である。図９に示すように、位置合せによってＩＯＳ歯冠部２１Ａの位置が内側にずれたことによって生じた隙間が、モーフィング後のＩＯＳ歯肉部２２の辺縁２２ｂによって埋められている。

【0062】

そして、演算部１１は、モーフィング後のＩＯＳ歯肉部２２のデータを、歯列の形状が正確なＣＴデータに合成する。これにより、歯列の正確な形状を有しつつ、歯肉の形状を有する三次元データを生成することができる。その結果、対象者の診断および治療により適した口腔内の三次元データを生成することができる。

【0063】

［フローチャート］
図１０は、演算部１１がＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。

【0064】

演算部１１は、ＩＯＳデータを取得し（ステップＳ１０）、取得されたＩＯＳデータをＩＯＳ歯冠部とＩＯＳ歯肉部とに分類（セグメンテーション）する（ステップＳ１２）。

【0065】

次いで、演算部１１は、ＣＴデータを取得し（ステップＳ１４）、取得されたＣＴデータを、ＣＴ歯牙とＣＴ顎骨とに分類（セグメンテーション）する（ステップＳ１６）。

【0066】

次いで、演算部１１は、ＩＯＳ歯冠部の表面形状がＣＴ歯牙の歯冠部分の表面形状にマッチングする（一致する）ように、ＩＯＳ歯冠部を置換させる（ステップＳ２０）。この処理が、上述の位置合せである。

【0067】

次いで、演算部１１は、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部の辺縁と、ＩＯＳ歯肉部の辺縁との最近接部距離Ｘを計測する（ステップＳ３０）。なお、最近接部距離Ｘは、ＩＯＳ歯肉部の辺縁における所定のポイントから、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部の辺縁までの最短距離である。演算部１１は、計測された最近接部距離Ｘが０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４０）。

【0068】

計測された最近接部距離Ｘが０よりも大きい場合（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、すなわち、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部の辺縁とＩＯＳ歯肉部の辺縁との間に隙間がある場合、演算部１１は、当該隙間がなくなるまでＩＯＳ歯肉部の辺縁を変形する（ステップＳ４２）。この処理が上述のモーフィングである。そして、演算部１１は、変形したＩＯＳ歯肉部を登録する（ステップＳ４４）。

【0069】

一方、計測された最近接部距離Ｘが０よりも大きくない場合（ステップＳ４０においてＮＯ）、すなわち、位置合せ後のＩＯＳ歯冠部の辺縁とＩＯＳ歯肉部の辺縁との間に隙間がない場合、演算部１１は、上述のモーフィングを行なうことなく、ＩＯＳ歯肉部を登録する（ステップＳ４６）。

【0070】

なお、ステップＳ４４あるいはステップＳ４６で登録されたＩＯＳ歯肉部のデータは、歯列の形状が正確なＣＴデータに合成される。

【0071】

以上のように、本実施の形態による演算部１１は、ＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際に、ＩＯＳデータに含まれるＩＯＳ歯冠部とＩＯＳ歯肉部とを分類し、ＩＯＳ歯冠部の表面形状がＣＴ歯牙の歯冠部分の表面形状に一致するようにＩＯＳ歯冠部を置換させ、ＩＯＳ歯冠部の置換によって生じるＩＯＳ歯冠部とＩＯＳ歯肉部との隙間を補間するように、ＩＯＳ歯肉部の辺縁のデータを修正（モーフィング）する。そして、修正後のＩＯＳ歯肉部のデータを、歯列の形状が正確なＣＴデータに合成する。これにより、歯列の正確な形状を有しつつ、歯肉の形状を有する三次元データを生成することができる。

【0072】

＜変形例１＞
上述の実施の形態による演算部１１は、ＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際に、ＩＯＳデータに含まれるＩＯＳ歯冠部とＩＯＳ歯肉部とを分類し、ＩＯＳ歯冠部の表面形状がＣＴ歯牙の歯冠部分の表面形状に一致するようにＩＯＳ歯冠部を置換させ、ＩＯＳ歯冠部の置換によって生じるＩＯＳ歯冠部とＩＯＳ歯肉部との隙間を補間するように、ＩＯＳ歯肉部の辺縁のデータを修正した。

【0073】

しかしながら、ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法は、上述の実施の形態による手法に限定されるものではない。たとえば、ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法を以下のように変形してもよい。

【0074】

図１１は、本変形例１によるＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法を示す図である。本変形例１による演算部１１は、ＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際に、ＩＯＳデータを、ＩＯＳ歯冠部２１と、ＩＯＳ歯肉部２２におけるＩＯＳ歯冠部２１に隣接する隣接部分２３と、ＩＯＳ歯肉部２２におけるＩＯＳ歯冠部２１に隣接しない非隣接部分２４とに分類する。

【0075】

そして、本変形例１による演算部１１は、分類されたＩＯＳ歯冠部２１の表面形状がＣＴ歯牙の歯冠部分の表面形状に一致するように、ＩＯＳ歯冠部２１とＩＯＳ歯肉部の隣接部分２３との組合せを置換させる位置合せを行なう。この位置合せによってＩＯＳ歯肉部の隣接部分２３と非隣接部分２４との間に隙間が生じる。そのため、本変形例１による演算部１１は、ＩＯＳ歯肉部の隣接部分２３と非隣接部分２４との隙間を補間するように、ＩＯＳ歯肉部の隣接部分２３と非隣接部分２４の少なくとも一方のデータを修正（モーフィング）する。

【0076】

このように、位置合せによってＩＯＳ歯冠部２１のみを置換するのではなく、ＩＯＳ歯冠部２１とＩＯＳ歯肉部の隣接部分２３との組合せを置換することによって、歯冠部と歯肉部との境界部分の違和感がより少ないデータを生成することができる。

【0077】

＜変形例２＞
さらに、ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法を以下のように変形してもよい。

【0078】

上述の図２～４を用いて説明したように、ユーザは、三次元スキャナ２０を用いて歯列全体のデータを取得したい場合、三次元スキャナ２０を口腔内を手動で移動させて部分的にスキャンする操作を歯列全体に亘って複数回行なう。このように複数回に亘って部分的にスキャンされた三次元データが繋ぎ合わされることによって、ＩＯＳ歯列のデータが取得される。

【0079】

三次元スキャナ２０の手動走査時には、三次元スキャナ２０を操作するユーザの手の動き、およびスキャン対象者の頭部の動きなどが影響して、歯列方向の誤差が累積していまい、左右の歯牙同士の間で位置ずれが発生してしまうことがある。この位置ずれの幅は、ユーザ毎およびスキャン毎に異なり得る。この位置ずれの影響で、ＩＯＳ歯列は歯列方向に誤差が累積する傾向を有する。

【0080】

その一方で、ＩＯＳ歯冠部のデータにおいては、歯牙の縦方向（咬合面から歯根までの方向）の誤差は略無いか非常に小さい。

【0081】

図１２は、歯列の断面形状を模式的に示す図である。図１２に示す例では、左の歯と右の歯との間で、歯牙の縦方向（咬合面から歯根までの方向）に差異がある。ＩＯＳ歯冠部のデータにおいては、歯牙の縦方向の精度がよく、このような差異が正確に反映される。

【0082】

そこで、本変形例２による演算部１１は、ＩＯＳ歯肉部２２をＣＴデータに合成する際に、ＩＯＳ歯冠部およびＩＯＳ歯肉部を歯牙の縦方向（歯列方向と略直交する方向）に分割し、この分割されたＩＯＳ歯肉部およびＩＯＳ歯肉部の分割部分の組合せを置換させる位置合せを行なう。

【0083】

図１３は、本変形例２によるＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法を示す図である。本変形例２による演算部１１は、ＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際に、ＩＯＳデータを、複数の歯牙にそれぞれ含まれる複数のＩＯＳ歯冠部２１と、ＩＯＳ歯肉部２２とに分類し、さらに、ＩＯＳ歯肉部２２を複数のＩＯＳ歯冠部２１にそれぞれ隣接する複数の歯肉分割部分２５に分類する。

【0084】

そして、本変形例２による演算部１１は、分類されたＩＯＳ歯冠部２１の各々の表面形状が当該ＩＯＳ歯冠部２１の各々に対応するＣＴ歯冠部の表面形状に一致するように、ＩＯＳ歯冠部２１の各々と当該ＩＯＳ歯冠部２１の各々に隣接する歯肉分割部分２５との組合せを置換させる位置合せを行なう。この位置合せによって、歯列方向に互いに隣接する歯肉分割部分２５同士の間に隙間が生じる。そのため、本変形例２による演算部１１は、歯列方向に互いに隣接する歯肉分割部分２５同士の隙間を補間するように、歯肉分割部分２５のデータを修正（モーフィング）する。

【0085】

ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成手法をこのように変形することによって、合成データ中におけるＩＯＳ歯肉部２２の位精度を向上させることができる。

【0086】

＜変形例３＞
図１４は、ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成データを用いたシミュレーション処理の手法を示す図である。歯科矯正などの目的で、ＩＯＳデータとＣＴデータとの合成データに含まれる歯牙を所望の位置に移動させるシミュレーション処理を行なう場合には、シミュレーション処理に伴って歯牙と歯肉部との間に隙間が生じる。

【0087】

このような隙間を補間するように、歯肉部のデータを修正（モーフィング）するようにしてもよい。なお、隙間の補間手法は特に限定されない。たとえば、三角パッチで隙間を補間してもよいし、歯冠部と歯肉部との境界を埋めるよう歯肉部の辺縁をモーフィングして歯冠部辺縁と接合させてもよい。

【0088】

＜変形例４＞
既に述べたように、歯列の形状はＩＯＳデータよりもＣＴデータの方が正確であるが、個々の歯牙（歯冠部）の表面形状そのものはＣＴデータよりもＩＯＳデータの方が正確である。この点に鑑み、本変形例４においては、ＩＯＳ歯肉部２２に加えてＩＯＳ歯冠部２１のデータをＣＴデータに合成する。

【0089】

図１５は、本変形例４によるＩＯＳ歯冠部２１とＣＴ歯牙３１との合成手法を説明するための図である。ＩＯＳデータには、各歯牙の歯冠部の正確な表面形状のデータが含まれているが、各歯牙の歯根部のデータは含まれておらず、また歯列全体の形状（各歯牙が配置される位置）の精度は低い。一方、ＣＴデータには、歯冠部および歯根部を含めた歯牙全体のデータが含まれているが、各歯牙の表面形状の精度は低い。

【0090】

そこで、本変形例４においては、ＩＯＳ歯冠部２１のデータを、ＣＴ歯牙３１のデータに合成する。具体的には、ＣＴ歯牙３１の歯冠部分のデータを、ＩＯＳ歯冠部２１の表面形状に合せて変形する。

【0091】

図１６は、本変形例４による演算部１１がＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１６に示されるフローチャートは、前述の図１０のフローチャートのステップＳ２０とステップＳ３０との間に、ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を追加したものである。

【0092】

演算部１１は、ステップＳ２０での位置合せ後のＩＯＳ歯冠部の表面形状と、ＣＴ歯牙の表面形状とを比較し、ＣＴ歯牙におけるＩＯＳ歯冠部よりも突出している凸部分の表面形状データをＩＯＳ歯冠部の表面形状に合うように変形する（ステップＳ２１）とともに、ＣＴ歯牙におけるＩＯＳ歯冠部よりも窪んでいる凹部分の表面形状データをＩＯＳ歯冠部の表面形状に合うように変形する（ステップＳ２２）。そして、演算部１１は、変形したＣＴ歯牙のデータを登録する（ステップＳ２３）。

【0093】

このように、ＩＯＳ歯冠部のデータをＣＴデータに合成するようにしてもよい。
＜変形例５＞
上述の変形例４においては、ＩＯＳ歯冠部に合せてＣＴ歯牙のデータを変形することによって、ＩＯＳ歯冠部とＣＴ歯牙とを合成した。

【0094】

これに対し、本変形例５においては、ＩＯＳ歯冠部の表面形状のデータとＣＴ歯牙の表面形状のデータとを結合することによって、ＩＯＳ歯冠部とＣＴ歯牙とを合成する。

【0095】

図１７は、本変形例５による演算部１１がＩＯＳデータとＣＴデータとを合成する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１７に示されるフローチャートは、上述の図１６のステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３をそれぞれステップＳ２４，Ｓ２５，Ｓ２６に変更したものである。

【0096】

演算部１１は、ステップＳ２０での位置合せ後のＩＯＳ歯冠部の下端辺縁と、ＣＴ歯牙におけるＩＯＳ歯冠部の下端辺縁との近接部分とを最短距離で結合する（ステップＳ２４）。

【0097】

次いで、演算部１１は、ＣＴ歯牙の歯冠部分の表面における、ＩＯＳ歯冠部から乖離する部分をカット（削除）する（ステップＳ２５）。次いで、演算部１１は、結合したデータを登録する（ステップＳ２６）。

【0098】

図１８は、本変形例５によるＩＯＳ歯冠部２１とＣＴ歯牙３１との合成手法を説明するための図である。本変形例５による演算部１１は、ＩＯＳ歯冠部２１の表面形状のデータとＣＴ歯牙３１の表面形状のデータとを結合する際、まず、ＩＯＳ歯冠部２１の下端辺縁２６と、ＣＴ歯牙３１におけるＩＯＳ歯冠部２１の下端辺縁２６との近接部分３６とを最短距離で結合する。このように結合する場合、ＩＯＳ歯冠部２１の表面形状とＣＴ歯牙３１の表面形状とが一致しない状態となり得る。そこで、演算部１１は、ＣＴ歯牙３１の歯冠部分の表面における、ＩＯＳ歯冠部２１から乖離する部分をカット（削除）する。

【0099】

図１９は、ＣＴ歯牙３１の歯冠部分の表面のカット手法の一例を説明するための図である。ＣＴ歯牙３１の表面形状とＩＯＳ歯冠部２１の表面形状とが一致する部分については、ＩＯＳ歯冠部２１を優先する（パターン１）。

【0100】

ＣＴ歯牙３１がＩＯＳ歯冠部２１に内包されている部分については、ＩＯＳ歯冠部２１の下端をＣＴ歯牙３１に最短で結合しつつ、ＣＴ歯牙３１におけるＩＯＳ歯冠部２１に内包されている部分をカットする（パターン２）。

【0101】

ＣＴ歯牙３１がＩＯＳ歯冠部２１からはみ出している部分については、ＩＯＳ歯冠部２１の下端をＣＴ歯牙３１に最短距離で結合しつつ、ＣＴ歯牙３１におけるＩＯＳ歯冠部２１からはみ出している部分をカットする（パターン３）。

【0102】

ＣＴ歯牙３１がＩＯＳ歯冠部２１に内包されている部分とＩＯＳ歯冠部２１からはみ出している部分とを有する場合には、ＩＯＳ歯冠部２１の下端をＣＴ歯牙３１に最短距離で結合しつつ、ＣＴ歯牙３１におけるＩＯＳ歯冠部２１に内包されている部分、および、ＣＴ歯牙３１におけるＩＯＳ歯冠部２１からはみ出している部分を、それぞれカットする（パターン４）。

【0103】

以上のように、ＩＯＳ歯冠部の表面形状のデータとＣＴ歯牙の表面形状のデータとを結合することによって、ＩＯＳ歯冠部とＣＴ歯牙とを合成するようにしてもよい。

【0104】

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。なお、本実施の形態で例示された構成および変形例で例示された構成は、適宜組み合せることができる。

【符号の説明】

【0105】

１ データ処理システム、３ ディスプレイ、４ キーボード、５ マウス、６ リムーバブルディスク、１０ データ処理装置、１１ 演算部、１２ 記憶部、１３ ＩＯＳインターフェース、１４ ＣＴインターフェース、１５ ディスプレイインターフェース、１６ 周辺機器インターフェース、１７ 読取部、１８ 通信部、２０ 三次元スキャナ、２１，２１Ａ ＩＯＳ歯冠部、２２ ＩＯＳ歯肉部、２３ 隣接部分、２４ 非隣接部分、２５ 歯肉分割部分、２６ 下端辺縁、３０ ＣＴ撮像装置、３１ ＣＴ歯牙、３３ ＣＴ顎。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】