JPH0252964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、人工器官の自動製作、特に歯科治
療において用いられる義冠などの義歯製作のため
の光学方式による型取り装置に関する。

そのような装置は、非外傷性光の発生手段、分
析すべき歯の痕跡のような人体部分に前記光を向
ける伝達装置を含む分析ヘツド、センサに前記光
を向ける、前記人体部分によつて反射された光の
受光装置とを組合わせて有し、前記センサは、分
析すべき人体部分の三次元での形状表現を数値信
号の形状で得ることのできるアナログ−デジタル
変換器と組合わされ、得られたデジタル信号の、
特に分析された人体部分に正確に適合する義歯の
ような人工器官の加工に用いられる数値制御工作
機械の自動制御用分析装置及び処理装置も併せて
有している。しかしながらこの応用は、この装置
が、義歯の製造を伴なわない歯科診断の確立にも
有用であるという意味で限定されるものではな
い。

現在までのところ、歯科技術における光学方式
による型取りを対象にした研究はきわめて少な
く、実際的な方法や装置は、米国特許第3861044
号（スウインソン）の対象となつている方法を除
けば、ほとんど存在しない。前記米国特許の対象
となつている方法は、歯中に形成された窩洞の型
を取り、その窩洞に埋め込むインレー（inlay）
を製作するため、下記の諸工程を含む。

− 欠損歯の前処理 − 窩洞をもつた歯の写真像作成 − 写真像を表わす信号の自動制御工作機械への
伝送 − ロウによる前処理歯の充填 − ロウを充填した当該歯の写真像作成 − 新しい写真像を表わす信号の自動制御工作機
械への伝送 − 適合形状のインレーを製作するための、前記
信号による工作機械の自動運転 − 歯中窩洞へのインレー嵌め込み。

米国特許第3861044号の技術に関する限り、次
のような様々な不都合点がある。

１ 通常の写真像は、形状を分析すべき対象を平
面的にしか表わすことができない。したがつて
この方法による場合、対象空間を立体的に再構
成するためには、分析すべき各要素について、
誤差100ミクロン程度の写真を多数、たとえば
千のオーダーで、用意しなければならない。

２ 写真線を表わすと想定されている伝送信号の
種類、特にアナログであるかデジタルであるか
が明瞭でない。当然のことながら、自動加工は
数値制御式工作機械によつてしか行なうことが
できないが、前記米国特許の場合、種類を明示
されていない信号に変換された写真像に基づ
き、機械がどのようにして所定の作業、特に工
作物の正確な位置決めを行なうことができるの
か、具体的に示されていない。

３ 該方法においては、歯科医は窩洞にロウを充
填しなければならない。この技術はインレーに
応用できるが、その他の種類の義歯、特に義冠
には応用できない。

４ さらに、充填ロウとその利用は、一種の流し
込みによる型取りに相当する。したがつて、処
置すべき歯に対する実際の作業が必要であるた
め、該方法を純粋に光学的な型取りと同一視す
ることはできず、実施に要する時間も長い。最
後に、充填ロウから得られる第２の写真信号も
不明確であり（立体的再構成？）、この不明確
さは明らかに最終的な結果に影響するはずであ
る。

この発明によれば、以上のような問題点は、光
学装置によつて、特に本明細書の導入部で示した
種類の、その装置の光発生装置が非干渉性光の発
光源を有しているような、義歯の自動製造のため
の型取り装置によつて解決される。この装置はホ
ログラフイー的干渉測定による分析を可能にする
ために、発光源及びセンサとそれぞれ組合わされ
た位置決めスクリーン（それ自体は公知）及び分
析ヘツドの光学装置と分析すべき人体部分（欠損
歯残部）と関連づけられた基準面との間の距離を
決定又は固定できる手段をさらに有している。

いわゆる“動的な”第１の解決方法によれば、
分析ヘツドと組合わされる距離決定手段は、光源
によつて光が生じた正確な瞬間に、基準面に対し
て前記分析ヘツドの距離を決定する超音波又は赤
外線の発光・受光器によつて構成される。いわゆ
る“静的な”第２の解決方法によれば、分析ヘツ
ドと組合わされる距離決定手段は、分析すべき人
体部分の一点にあてがわれるような既知の長さの
マークによつて構成される。

使用する鏡系および光学系の“広さ”に応じて
より広いまたはより狭い部域を分析するとがで
き、これらの系は、互いに向きの異なる面を有し
ていてよく、あるいは直接は照明されない面およ
び／または観察不可能な面を有していてもよい。

反射ビームおよび場合によつては基準ビームも
到達するセンサは、電荷転送型フオトセンサ、特
にCCD（電荷結合デバイス）マトリツクス型フオ
トセンサもしくは改造ビジコン管（撮像管）を使
用すると有利である。CCDフオトセンサがビジ
コンよりも有利な点は、面ごとの分析が可能な点
であるが、その代わり灰色レベル数はビジコンよ
りも少ない。データ処理装置に過負荷がかからな
いようにするため、分析は、座標を２次元におい
てたとえば20ミクロンの間隔に対応する点におい
て固定し、かつ、第３次元においてのみ座標が変
化するようにして行なわれる。

この発明の１実施態様においては、センサとア
ナログ／デジタル変換器との間にデータ記憶装置
が配置され、アナログ／デジタル変換器は、イン
タフエースによつてデジタル処理装置で処理でき
るように変換された“逐点”出力信号を処理装置
に送り、かつ、捕捉されたデータをデイスプレー
する装置が前記記憶装置と接続される。

もし可能ならば、デイスプレー表示は、光学的
に取られた型が全体的にかつ正確で、適切な準備
作業（欠損歯残部の切削）の後に取られたもので
あるか否かを確認できるように設けることが望ま
しい。特に、作用範囲の制限（無用と判断された
データの除去）とデータ収集の質の確認のため、
アナログ／デジタル変換以前にデイスプレー表示
が行なわれるようにすると有利である。また、ア
ナログ／デジタル変換後に得られた形状の像をデ
イスプレー表示させることも、データの精度をラ
インごとに確認できるため有益である。以後のデ
ジタル処理のために確保すべき最良映像の選択
は、双方向のデイスプレー表示によつて手動で容
易に行なうことができ、あるいは、全自動化して
もよい。

義歯、たとえば義冠の製作に先立つデジタル処
理においては、光学分析の結果として確定された
欠損歯残部の形状的特徴以外のデータをも考慮に
入れなければならず、このための分析および処理
装置は、もし可能ならば下記の諸装置を含んでい
ることが望ましい。

− 再形成歯牙がその内部におさまるべき包絡面
または容積を確定および考慮する装置。

− 静的および動的咬合を確定および考慮する装
置。

− 場合によつてはさらに、歯牙の色彩を確定お
よび考慮する装置。

特に、六つの面によつて限られた容積としての
義歯の包絡面は、下記のものの確定によつて得る
ことができる。

ａ 隣接歯の関係部域を決定する。

ｂ 前庭面または舌面について、歯穹正接面、ま
たは対称側面上で決定される面を確定する。

ｃ 下面について、口中で分析された欠損歯残部
の下限を確定する。

ｄ 顎骨全体の摩損部域または下顎の実際移動の
調査に基づく数学的分析に応じて上面を確定す
る。

分析装置及び処理装置は、義冠の製造の場合に
おける欠損歯残部の形状のような光学分析に基づ
くデータに従つて、前記包絡面に内接する義歯の
論理的外形の自動修正装置をさらに有することが
できる。

この発明を着脱可能な義歯の自動製作のために
応用する場合、実際の咬合具合は、光学的型取り
のみでなく、予め患者に付けておいた一定数の口
腔マークに基づく顔面及び口腔分析によつても確
定することができ、このようにすれば、多額の費
用を要する従来公知の手段による側頭骨／顎骨関
節（ATM）の調査をせずに済む。

咬合面は、上下顎のマーク合わせ、両顎骨別個
の光学的型取り、両顎骨マークの事前の光学的
“仕切り”の製作、および光学的“仕切り”のレ
ベルにおける両顎骨のマーク合わせによる両顎骨
の結合によつて確定することができる。

義歯、特に義冠の自動製作は、上記の分析およ
び確定作業を伴いながら、次の諸工程によつて行
なわれる。

１ 光学的に取つた型に従つて義歯の内部を製作
する。固定方法（セメントを詰める空所が必要
か、使用金属の弾性を利用した無ジヨイント固
定か）、挿入軸の位置、もしくは対象歯の残部
の切削の未修正欠陥の状態に応じて、必要があ
ればなまデータが修正される。

２ メモリに記憶させた論理的外形を、予め確定
しておいた包絡面に適合させ、かつ、咬合具合
の確定内容に応じて論理的外形を調整する。

３ 特に色彩または色調の事前の確定内容を考慮
しながら、加工方法および材質を選択する。

言うまでもなく、工具は製作すべき義歯部材の
寸法および曲率に合わせて選ばれなければなら
ず、また、加工すべき素材は、加工の際の振動を
避けかつ基準点を与えるようにしつかりと固定さ
れなければならない。デジタル制御式工作機械を
使用するための従来公知のプログラミング原理、
マーク合わせ原理および制御原理を容易に応用す
ることができる。また、加工の諸段階が、前述し
たデイスプレー装置によるいろいろな段階の監視
下で行なわれるようにすることが望ましい。

目標精度が50ミクロンである場合、義冠１個の
所要加工時間は約５分と見積もることができる。
光学的型取り、データ処理および義冠加工を含む
義冠１個の所要製作時間は、合計で15分を超えな
いはずである。これに対し、従来公知の“ロウ
型”法によれば、所要時間は、歯科医および技工
士の有効作業３時間以上を含めて、１週間程度で
ある。したがつて、この発明による装置を用いた
場合、従来公知の方法に比較して、実質作業時間
は1/12であり、型取り終了から義歯装置開始まで
の時間は1/600である。しかも、欠損歯残部切削
終了後15分で義歯装着が完了するため、患者の生
物学的および生理学的条件は従来よりも大幅に改
善される。

以下において、いくつかの実施態様を例として
示す添付の図面を参照しながら、この発明を詳細
に説明する。

第１図ないし第１３図は、最初の例では義冠を
受け入れるべき切削された欠損歯残部１である対
象物の形状及び寸法の詳細を干渉測定によつて三
次元分析を可能にする光学部分のいろいろな製作
方法に関するものである。

第１図は、この目的でフイルタ３を通過した後
に、第１光フアイバ４によつて分析すべき欠損歯
残部１の区域へ導かれる光の光源２を使用できる
ことを示している。

入射光ビームは、光フアイバ４の端部に固定さ
れたレンズ５によつて、分析対象部域全体に分散
させられる。反射ビームは、もう１個のレンズ６
によつて集束させられ、第２光フアイバ７の中へ
導かれる。第２光フアイバ７は、反射ビームを、
アナログ／デジタル変換器９と組合わされたセン
サ８へ導く。一方、入射ビームの一部は、入射ビ
ームの進路に配置された半透明鏡１０によつて偏
向させられ、こうして、レンズ１２がセンサ８上
に集束する基準ビーム１１が得られる。

反射ビームをとらえるため、分析ヘツド１３、
すなわち患者の口部内の分析対象部域付近に挿入
される装置部分は、２個の受光レンズ６′および
６″を有し、これらのレンズはそれぞれ、２本の
光フアイバ７′および７″の端部に固定されてい
る。光フアイバ７′および７″は、二つの部分に分
割された反射ビームを案内する（第２図参照）。
かくして、欠損歯残部１の反対側の二つの面を同
時に分析することができる。分析ヘツド１３は、
握り部１４を含んでおり、光フアイバ４および７
によつて、患者の口腔外に配置されたボツクス１
５と結ばれている。ビーム発光源２、センサ８お
よび変換器９は、前記ボツクス１５内に収容され
ている（第３図参照）。

光フアイバ４および７または７′および７″は、
それぞれ人間の眼に危険が及ばないよう、シース
で包覆しなければならない。

本発明による非干渉性光源を使用する実施態様
を示す第４図において、発光装置１６は、光源た
とえばハロゲン光源１７と、集光レンズ１８と、
マーク合わせ用格子スクリーン１９と、対物レン
ズ２０とによつて構成されている。また、受光装
置２１は、対物レンズ２０ａと、格子スクリーン
１９ａと、アナログ／デジタル変換器と組合わさ
れたセンサ８とによつて構成されている。たとえ
ば“マイクロ・モアレ（極性波絞）”型のマーク
合わせ用格子スクリーン１９および１９ａは、少
なくとも10^-3mmの精度で既知のピツチでなければ
ならない。縞の数は、正確に（１mmないし10^-3
mm、理想的には10^-2mmの精度で）決定されていな
ければならない。二つの光学的中心間の距離は、
0.5mmの精度で既知でなければならず、焦点距離
は、mmの精度で既知でなければならない。

これらの様々なフオクターは、所定の効果が得
られるように決定されている。“モアレ（波絞）”
は、歯の分析の場合、入射光が白色光であるた
め、反射の問題を呈することがある。この問題を
避けるためには、たとえば青色または緑色中での
もしくは青色と緑色との間での作業を可能にする
フイルタを配置することにより、口腔内に存在す
るいかなる色にも対応しない光波帯域で作業する
ようにしなければならない。さらに、センサ８の
分析面と、将来の歯冠の下縁より下に常に設定す
べき基準面との距離を決定または固定するが、こ
の距離はmmの精度で既知でなければならない。こ
のため、たとえば、第４図の原理と対応する実際
構造を有し、光フアイバ４，７′，７″ならびにレ
ンズ５，６′，６″を用いる実施態様を示す第５図
におけるように、適当な長さのピン２２を分析ヘ
ツド１３に固定し、このピンを対象歯牙残部上に
立てるようにすればよい。ヘツドの位置が固定さ
れているので、このピンは基準面Ｒとの間の距
離、したがつてこの基準面とセンサ８との間の距
離を固定する。

第６図に示す別の実施態様においては、端部に
レンズ２４およびピン２２を具備した単一の光フ
アイバ２３が、入射ビームと反射ビームの双方を
案内する。反射ビームは、半透明鏡２５を介し
て、変換器９と組合わされたセンサ８へ送られ
る。

第７図に示すように、光フアイバをいつさい用
いない実施態様も可能である。この場合、分析ヘ
ツド１３は光源１７とセンサ８を含み、光源１７
にレンズ５を、センサ８にレンズ６をそれぞれ直
接取り付ける。分析ヘツド１３は、外部ボツクス
２９に配置された電源２８とアナログ／デジタル
変換器９とに、電線２６および２７によつて接続
されている。

第８図においては、前述した原理によつて形成
された光学系と組み合わされた、二つの鏡３０お
よび３１からなる系が、噺射ビームおよび反射ビ
ームの偏向を可能にしており、こうして、対象物
１の、光源１７およびセンサ８が直接接近し得る
側と反対の側の面を分析できるようになつてい
る。また、第９図に示す実施態様においては、光
源１７と、単一の鏡３２と、それぞれアナログ／
デジタル変換器９′および９″と結合されたセンサ
８′および８″との組み合わせにより、対象物１の
反対側の二つの面を同時に分析できるようになつ
ている。

これまで、比較的小さな分析対象物１を想定し
て説明したきたが、第１０図以降は、口腔中央部
で使用する義歯等の製作に応用するため、比較的
広い部域、たとえば上歯穹３３および／または下
歯穹３４からなる部域を分析する光学系を示す。
装置の構成原理は同じであつて、ボツクス１５
は、光フアイバ４によつて、入射ビームを散乱さ
せるレンズ５と結ばれており、一方、レンズ６′
および６″は、反射ビームを案内する光フアイバ
７′および７″の始端に固定されている。光学系は
第９図までの実施態様におけるよりも“広く”な
ければならず、また、この解決に頼るときは、こ
のピン２２は、光学系および選ばれた支点に適合
するものでなければならない。かくして、ピン２
２を口蓋に当てる実施態様（第１１図）、歯に当
てる実施態様（第１２図）、および前庭に当てる
実施態様（図示せず）が可能である。さらに、前
庭に当てるエレメント（第１３図の）２２または
２２ａを用いれば、前部咬合具合または側部咬合
具合の分析が可能であり、したがつて、前もつて
患者にいくつかの顔面マークを付すことによつ
て、顔面分析も可能である。特に、歯牙（門歯お
よび小臼歯）、下顎基部、および関節突起または
耳腔のレベルにマークを付すことによつて、顎の
段階的運動（咬合運動および正反対の運動）を行
なわせながら動的分析を実施することができる。

複数のセンサが別個にデータを受ける場合は、
像どうしを結合させる必要がある。このために
は、たとえば、ピン２２のような基準エレメント
に対する、あるいは最もよくとらえられた周囲に
対する位置決めを行なうことができる。このよう
な重ね合わせを行なうことによつてのみ、形状の
全体を確定することができる。このためには、
“点間隔”を調べる、すなわち二点の間隔が一定
か否かを確認するだけで充分である。もし二点の
間隔が一定でなければ、データは不充分である。

相関関係は、組合わせるべきもつとも接近して
いる像の点を結びつけながら、歯牙又は歯茎に接
する区域の弯曲を尊重しながら行われるであろ
う。前記彎曲を決定する点の数は、方法の精度に
よつて定まる。

もう一つの方法は、義歯の装着条件（小さなア
ンダカツト）、およびシール用セメントの物理的
性質に応じて、値を増大させることからなる。た
だしこの操作は、“形状記憶”金属を用いる場合
は無用である。

第１４図は、最良映像の選択を可能にするため
の同時デイスプレー表示とともに、迅速かつ反復
的な光学分析を可能にする反射光受光装置および
アナログ／デジタル変換装置をより詳細に示す。
分析対象物が反射したビームを受けるセンサ８
は、この場合CCDマトリツクス型のフオトセン
サであり、センサ８から発出された情報は３９に
おいていつたん記憶され、それからアナログ／デ
ジタル変換器９へ送られるが、これら各部は専用
の電源４０を有する。変換器９は、出力回路４１
に接続されており、この出力回路４１は、インタ
フエース４２を介してコンピユータ４３に接続さ
れている。さらに、“ビデオ”（もし可能ならば
“カラー映像つき”が望ましい）モニタスクリー
ンであるデイスプレー装置４４は、記憶回路４３
と双方向式に接続されており、かくして、変換器
９への情報伝送の監視が可能となつている。

第１４図に原理を示す。CCDフオトセンサを
含む分析系の場合、充分な情報を得るためには、
少なくとも100の灰色レベル、および“アンチブ
ローイング”システムを有することが必要であ
る。“ｘ”座標および“ｙ”座標は、自動的に平
面内に与えられる。後にこれらの座標は、採用さ
れる分析焦点距離、および当該点と光学軸との距
離に応じて修正される。“ｚ”座標は、泌干渉性
光波の場合は、マーク合わせ用格子スクリーンを
使用してフーリエ変換の結果として得られる。用
いるべき数学的アルゴリズムは、既知のものであ
る。

これまで説明してきた装置はすべて、特に欠損
歯残部１の立体的な光学的型取りと、取つた型の
情報自動処理装置で処理可能なデジタル信号への
変換を可能にするものであるが、義冠の自動製作
を可能にするためには、デジタル処理の際に、理
論的および実際的な他のフアクターをも考慮に入
れなければならない。

特に、第１５図に示すように、製作すべき義冠
４５の包絡面、すなわち義冠が内接すべき容積が
確定されなければならない。この容積は、様々な
平面、特に、再形成すべき歯牙との接点において
隣接歯４８および４９に理論的に正接する前面４
６および後面４７によつて限定されるが、この容
積の確定においては、生理学的運動と歯〓に基い
た修正フアクターを考慮に入れなければならな
い。またこの容積は、互に隣接歯４８および４９
と正接する口蓋側面または舌側面５０、および前
庭側面５１によつても限定されるが、この場合
も、再形成すべき歯牙のタイプと関連した修正フ
アクターを考慮に入れることがあり、これらの修
正フアクターは、たとえば上側門歯の場合は漸減
的である。論理的義冠が内接すべきほぼ平行六面
体である包絡面を完全に限定するためには、さら
に、自動的にまたは手でモニタ上に描かれる義冠
の限定した特異点によつて与えられる下面、およ
び咬合状態において確定されかつ対抗歯の咬合表
面の最高点を通る、もしくは対抗歯が存在しない
場合は隣接歯の上限を通る平面として決定される
上面または咬合面を限定しなければならない。

前記上面を正確に確定する方法として、ここで
は、下記のような下顎の運動学的特徴の確定に基
づく方法を提案する。

下顎の型を正確に取ることにより、各歯の磨滅
表面を確定することができる。これらの磨滅表面
は、上顎骨に対する下顎のすべり面に対応し、し
たがつてこれらの表面は下顎の諸運動の押刻型で
ある。これらの磨滅表面を全体的に調べることに
より、下顎運動を正確に再構成できることは従前
より知られている。

これらの部域にマーキングするためには、両顎
骨を締め合わせるだけで充分である。こうすれ
ば、接触点は当然磨滅表面上に位置する。もしこ
れらの表面が再び各歯牙上に位置しかつ相互に対
応するならば、これらは当然、下顎骨の磨滅表面
である。磨滅表面とこれら表面の下顎運動との相
関関係を数学的に解明できれば、合いマークの相
対移動の動的調査を行なわずとも、下顎運動を知
ることができる。

同様にして、包絡面の上面が自動的に確定され
る。この上面に公知の咬合具合の公知の規則を適
用することにより、そしやくを可能にしかつ下顎
の正常な移動を可能にする３点支持型、“長中心
距離”型その他の歯穹を安定にする支持接触点
が、対抗歯／義冠接触部域として得られる。

こうして、論理的義冠の様々な外面が正接すべ
き６つの面が得られる。論理的義冠の全体は、記
憶させておいた論理的歯牙形状、もしくは“左
右”修正後に存在する対称的歯牙の分析結果に基
づいて確定することができる。切削時に損傷して
いない歯牙の場合は、切削時と切削後に光学的型
取りを行なえば充分である。複数の歯牙が対象に
なる場合は、対象空間を複数の個別的包絡面に分
割するだけで充分である。

論理的義冠の外形が確定されたら、それを、第
１６図に示すように欠損歯残部１の形状および位
置に適合させる。これは、最低点における材料の
最小厚さｅに注意しながら、包絡面の下面内に位
置する義冠４５の下縁Ａを欠損歯残部１の輪郭Ｂ
と一致させることによつて行なう。このために
は、義冠の論理的外側面形状４５′を、一定の曲
率を維持しながら、かつ隣接歯４８および４９と
の接触部域および所望の下限と接触するように、
徐々に修正する。

上限に関して最初に行なうべき修正として、理
論的歯の溝部の中心を、歯窩の歯の溝部の共通線
上に置く。第２の修正は、静的咬合具合の修正で
あつて、これは、後述の装置によつて確定される
対孔歯（たとえば第１６図の５２）の咬合表面へ
の適合化である。第３の修正として、咬合時にお
ける歯窩の全体に得られた表面を含めかつデータ
整合を行いながら側方運動および前後運動を確定
することによつて、数学的整合を行なう。ここで
注意すべき点を記せば、包絡面は、変形可能な覆
いを欠損歯残部１に付加することによつても確定
できるが、この場合、患者にあらゆる必要な運動
を要求してから、上面または咬合面の三次元分析
を行なう。

着脱可能型義歯の場合は、第１７図に示すよう
に、包絡面の構成が若干異なる。すなわち、下面
５３、上面５４および後面５５については同様で
あるが、側面および前面は１つの連続した曲包絡
面５６を構成する。この曲包絡面５６は、ほぼ歯
肉峰に正接するがそれから数ミリメートル間隔を
あけた面として確定され、前記間隔は、義歯の最
も前庭寄りの部分（門歯の自由縁、レジン縁部な
ど）によつて異なる。曲面５６の下限は、下面５
３を限定する光学式型によつて外傷でない疾患部
の深さに決定されなければならない。この型取り
の際は、曲面５６との交差が外傷を与えないよう
に口筋を動かすことが望ましい。後面５５は、義
歯の理論的境界の位置を決定する解剖学的要素
（臼歯の粗面、三角面など）によつて確定される。
最後に、上面５４、すなわち義歯の咬合面は、第
１８図以降を参照しながら以下に述べる実際咬合
具合の確定によつて得られる。

この目的のために、歯接触が存在する場合は、
前述のようにして上歯弯３３および下歯弯３４の
光学的型取りを行ない、さらに、前部“仕切り”
５７および側部仕切り５８を限定する前部光学式
型および側部光学式型を取る。次に、上部型およ
び下部型を相対的に調整する。その際、前記仕切
りは、上下顎骨の相互に対する正確な数学的位置
決めを可能にし、こうして、“静的”咬合具合が
確定される。

対抗歯なしの固定型義歯の場合は、上に述べた
通りであるが、脱着型（総）義歯の場合は、ま
ず、顎間関係を良好に固定するために、できれば
脚部における仕切りの光学的型取りを行ないなが
ら、前述のように行なう。

“動的”咬合具合の確定のためには、両顎の運
動を、ほぼ同一の作業モードに従い、予めいくつ
かの口腔マークを付しておいた患者の顔面分析に
よつて、記録することができる。顔面分析をＸ線
で行なう場合は、光学的型取りの際に見えるよう
に、両顎に関連させた三つの放射状不透過マーク
を付すだけでよい。発光性マークの場合は、分析
テーブルは光波長に感応するものでなければなら
ず、また、マークは光学的型取りにおいて可視で
なければならない。通常のマークの場合は、運動
分析中のあらゆる時点において可視でなければな
らない。いずれの場合にも、分析の開始から終了
まで、マークは約100μの精度で固定されていな
ければならない。また、口腔内マークしか付さな
い場合は、これらのマークは、運動分析中のあら
ゆる時点において可視でなければならない。

第１９図におけるフローシートは、デイスプレ
ー装置４４による監視下でこの最後の作業を実施
する過程を示す。

正常な場合はすべて、この分析においては側頭
骨／顎骨関節の直接的調査は行なわない。しかし
ながら、病理学的に問題がある場合は、筋肉の状
態（張力など）および前記関節を調べる装置を追
加すべきであり、その場合の過程を第２０図に示
す。この場合、内部マークおよび外部マークのた
めに、接着性または吸盤付きの、歯または歯肉へ
の口内固定具を用い、外点の顔面運動の記録後、
基準点による光学式型と義歯そのもののための光
学的型とを取る。あとは、マークのみに注意し
て、二つの光学式型の相対位置を数学的に決める
だけでよい。顔面運動から当該空間における顎運
動を知ることができ、また。側頭骨／顎骨関節
（ATM）の調査により咬合に関する病理症状の
追求およびより良い咬合の追求が可能になる。

あるいは、摩耗面に関してさきに説明した方法
を適用して、下顎のあらゆる運動を数学的に解明
すれば、それらの運動の動的調査を行なう必要は
ない。

色の確定に関しては、広開口型赤外線受光器を
用いるかまたは赤外線照明を行なうことにより、
従来公知のサーモグラフ法によつて歯牙の色調を
評価する。自動的に確定された色の情報は、（実
色での）デイスプレー表示後、メモリに送られ、
次いで歯牙ストツクへ送られる。この同じ確定情
報によつて、美観表面の自動形成（レジンまたは
セラミツク重層の自動形成、それに続く歯牙自動
焼成）が指示できる。

第２１図のフローチヤートは、既述の諸装置に
よつて得られた光学式型その他のデータに基づく
固定型義歯の特徴確定、製作および適合化に関す
る諸工程を示す。固定型義歯、特に義冠の具体的
製作例については後述する。

まず、対抗歯付き脱着型義歯の製作原理につい
て述べる。

この場合、受け取るべき情報は、両顎の光学式
型、前部仕切りおよび側部仕切り、顎骨の全般的
運動に関するものである。作業は次のようにして
行なう。

− 両顎骨および仕切りの光学的型取りを行な
う。これらの型をデイスプレー表示し、最良映
像を選んでから、アナログ／デジタル変換を行
ない、結果を記憶させる。包絡曲面５６の下限
が正確になるよう、筋肉を充分に動かすことが
必要である。

− 包絡容積を限定するため、静的および動的咬
合具合を確定する。

− 論理メモリを使用するか。もしくはモニタ上
に手書もすることにより、この顎型上および当
該包絡面内に義歯図を描くことができる。

− 論理メモリを使用することにより、固定型義
歯と同じ原理（咬合具合、下顎運動、色調への
適合化）に従つて歯牙の選択が可能になる。

− 美観上の理由により、歯牙の加工と覆板の加
工を別々に行なう。

− 覆板に合わせて加工し、対抗部分を歯に合わ
せて加工した固定具を用いる。固定方式は、安
定した、着脱可能なものとする。固定は、自動
的でも手作業によつてもよい。

− 反響影像調査により、解放部域（歯内厚さ）
を知ることができる。

第２２図に示すように、これらの各段階をモニ
タスクリーン上で常に監視し、必要に応じて修正
を行なう。加工マーク合わせシステムについては
後述する。

対抗歯なしの脱着型義歯も、ほぼ上と同じ工程
で製作するが、この場合は、口の筋肉休止位置、
次いで咬合具合をより正確に確定することが必要
である。このため、下記の補助段階を追加するこ
とが望ましい（第２３図参照）。

− 筋肉センサを用い、かつ側頭骨／下顎骨関節
の分析結果に従つて、前記休止位置を分析す
る。

− こうして得られた位置を、たとえば２mm縮小
して、咬合位置を得る。

− 得られた咬合位置に合わせて、両顎骨を論理
的に結合する。

製作すべき義歯のための支えの役割をする歯牙
が残つている場合は、コンピユータが、別個に取
つた歯軸の組み合わせから最高の安定性を与える
理想嵌合軸を確定する。嵌合が不可能な場合は、
義歯の装着上最も重要な歯牙への取付け位置をき
める。最後に、コンピユータは、フツク位置また
は取付具固定点について、最良の位置を選ぶ。

歯牙顔面整形外科において、この発明による装
置によつて取つた光学式型は、型調査結果の自動
処理を可能にする。この光学式型は、放射線写真
データ、反響影像データおよびサーモグラフイツ
ク・データの組合わせによる診断および歯牙治療
を可能にする。すなわち、歯穹および両顎骨の光
学式型を取ることにより、診断に役立つ諸定数を
自動的に算出することができる。また、顔面の型
を取ることにより、顔面に関する基礎的諸定数を
自動的に確定することができる。口腔・顔面の光
学式型を筋肉・放射線写真分析結果と組合わせれ
ば、従来不可能であつた診断治療の自動化が可能
になる。さらに、両顎骨の光学式型および別個に
取つた歯牙の放射線式型は、移動させるべき歯牙
の牽引フツクおよびそれらの歯牙へのまたは着脱
型義歯への固定点の自動加工に利用することがで
きる。また、同じ児童に対して毎年光学的型取り
を行なえば、治療等が必要になつた年における自
動診断が可能になる。

歯科医療においては、写真を用いる方法（たと
えばさきに言及した米国特許第3861044号による
方法）と比較し、この発明による装置を使用すれ
ば、中間的媒体すなわち写真を用いずとも、アナ
ログ／デジタル変換によつて情報を直接記憶させ
ることにより、立体像を与える光学式型を得るこ
とができる。窩洞の充填は、義歯の製作と同様
に、しかしより迅速に行なうことができる。

すなわち作業は − 第１段階：窩洞容積の確定 − 第２段階：包絡面の確定 − 第３段階：静的および動的咬合具合の確定 − 第４段階：インレーの加工 からなる。

したがつて、作業要領は固定型義歯の製作と同
じである。また、歯随室の容積を同様にして確定
し、使用すべき器具のサイズを決めることができ
る。

歯牙周囲学（paradontologie）においては、こ
の発明による装置は、“側頭骨／下顎骨関節−筋
肉−歯節”診断のみでなく、歯牙とその骨支持体
との関係の診断にも役立つ。前者の場合は咬合関
節のマーキングを行なつた後、それを関節窩内の
関節突起の位置および筋肉張力とを組み合わせて
診断する。かくして、関節または筋肉の不均斉、
もしくはこれらと関連した病理症状が存在するか
否かを知ることができる。後者の場合は、反響影
像またはゼログラフイによつて、歯牙・粘膜輪郭
に対する骨輪郭を確定し、一連の光学式型によつ
て歯牙移動性を測定する。

言うまでもなく、プログラミングおよび操作者
とのコミユニケーシヨンのシステムは、操作用文
字数字キーボード付きコンソール、デイスプレー
スクリーン、および移動、スケール切り替え、回
転などの像操作を可能にする双方向式グラフイツ
ク装置を用いることにより、処理データ（数値デ
ータ）の種類に応じて調整することができる。デ
ータは“リアルタイム”で迅速に処理することが
でき、しかも、カルテの作成および他の医療書類
の管理のために、実行された作業内容を記憶させ
ておくことができる。処理すべき像および加工す
べき形状は、主として、面（面積）および立体
（容積）に還元される。複雑な面は、点および曲
線からなる系の内挿部分として確定され、これら
の点および曲線の上に、正接横応力および彎曲横
応力がかけられる。一方、複雑な立体は、光学的
包絡面の境界および義歯部材の嵌合方法によつて
規定される多面体から導出される。最後に述べた
機能をより具体的に述べれば、たとえばメモリに
記憶させたデータに基づくデジタル制御による加
工の準備であり、この場合、作業内容は予め選ば
れているため、操作者が作業内容を選ぶ必要はな
い。

第２４図のブロツク線図は、義歯の加工および
加工管理の原理を概略的に示す。

特に、義歯製作および歯科手術においては、２
種類の加工、すなわち支持体の加工と美観用部材
の加工が問題となる。支持体の加工においては、
既述の装置によつて確定される欠損歯残部の表面
などの残存表面に適応しなければならない。口部
と接触する部分については、従来公知の諸原則に
従うが、上部については様々な方法がある。

第２５図の上方に示すように、用いる材料が美
観的および生物学的に受け入れ得るものであれ
ば、支持体は、製作すべきかつ欠損歯残部１と適
合する義冠４５の全体を形成するよう、あらゆる
必要なデータを考慮に入れて加工される。

また、第２５図の下方に示すように、支持体５
９を正確に覆う外装材６１を固定するための固定
部６０が形成される場合もあり、この場合、支持
体５９と外装材６１とによつて義冠４５が構成さ
れる。

欠損歯残部１が小さ過ぎる場合は、支持体５９
の一部にさらに固定ピボツト６２を形成してもよ
く、必要に応じてこの固定ピボツトにねじを切る
（第２６図）。

この発明の範囲は、以上において説明した光学
式型取り装置の実施態様に限るものではなく、同
様の原理に基づく他のあらゆる実施態様を含むこ
とは言うまでもない。特に、 − センサ８の機能を、異なる角度からとつた二
つの放射線写真像または写真像の間のベクトル
相関関係により、時間差作用型とすることがで
きる。

− マイクロプロセツサによつて形成したアナロ
グ／デジタル変換器９を、第７図の装置と同様
の装置において口内系と組み合わせることがで
きる。

− 並行させた光フアイバを用いる代わりに、円
形断面の第１光フアイバに入射ビームを案内さ
せ、第１光フアイバを囲む環状断面の第２光フ
アイバに反射ビームを案内させることも可能で
ある。

− 光学系において、鏡だけではなく、プリズム
を光フアイバと組み合わせて用いれば、口部の
うち接近困難な部分における側方観察が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による装置の光学部分の第
１の実施態様を示す概略図である。第２図は、特
殊な一実施態様における光学分析ヘツドの細部を
示す。第３図は、第１図の原理に従つて光学的型
取りを可能にする諸装置の特殊な一実施態様にお
ける組立図である。第４図は、この発明による装
置の光学部分の原理図である。第５図、第６図お
よび第７図は、光学的型取りを可能にする諸装置
の様々な実施態様における組立図である。第８図
および第９図は、鏡体を追加した場合の、型取り
用光学系の概略図である。第１０図は、歯穹分析
に適用されたこの発明による装置の光学系を示
す。第１１図、第１２図および第１３図は、様々
な支持装置を具備した第１０図の光学系の詳細図
である。第１４図は、“CCDフオトセンサ”型の
センサを使用した場合の、デジタル信号に翻訳さ
れた光学式型を得るための反射波受信装置、アナ
ログ／デジタル変換装置および双方向デイスプレ
ー装置のブロツク線図である。第１５図は、製作
すべき義冠の包絡面を限定する複数の面の確定状
況を示す平面図である。第１６図は、光学的型取
りによつて分析された欠損歯残部の形状および位
置に、理論的に確定された義冠の外形を適合させ
る原理を示す。第１７図は、着脱可能型義歯の場
合の、包絡面確定原理を示す。第１８図は、実際
の咬合具合を確定するための上下の型の相対的位
置決めを示す概略図である。第１９図は、咬合具
合確定に関するフローチヤートである。第２０図
は、側頭骨／顎骨関節の病理学的状況を考慮に入
れるための、マークおよび他のセンサの使用に関
するフローチヤートである。第２１図は、光学的
に取つた型から固定型義歯の特徴を確定し、義歯
を製作しかつ適合化させる過程に関するフローチ
ヤートである。第２２図は、対抗歯付き着脱型義
歯の特徴確定および製作に関するフローチヤート
である。第２３図は、対抗歯なしの着脱型義歯を
製作するための補助工程を示すフローチヤートで
ある。第２４図は、この発明による装置による義
歯の自動加工および加工管理の原理を示すブロツ
ク線図である。第２５図は、義冠製作のために加
工すべき諸形状を示す。第２６図は、固定ピボツ
ト付き義歯の製作のために加工すべき諸形状を示
す。 １……対象身体部分（対象歯牙）、２，１７…
…光波または音波を発生させる装置、（光源）、
４，５……光波または音波を歯牙へ導びく装置
（光フアイバ、レンズ）、６，７……受波装置（レ
ンズ、光フアイバ）、８……センサ、９……アナ
ログ／デジタル変換器、３９，４４……デジタル
信号を分析および処理する装置、４５……人工補
整器（義歯）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 特に歯科で用いられる義冠のような義歯の自
   動製作のための光学的手段による型取り装置で、
   非外傷性光波発生装置１７、分析されるべき欠損
   歯残部のような身体部分１の方へ前記光波を向け
   る伝達装置４，５を含む分析ヘツド１３、及びセ
   ンサ８に前記光波を向けるように前記身体部分に
   よつて反射された前記光波の受光装置６，７を有
   し、前記センサが、分析すべき身体部分の三次元
   空間における形状を示すデジタル信号形式で得る
   ことのできるアナログ／デジタル変換器９と組合
   わされ、分析された身体部分１に正確に適合する
   義歯４５を加工する数値制御工作機械の自動制御
   のために得られたデジタル信号を分析し処理する
   装置３９〜４４を有する光学式型取り装置におい
   て、前記光波発生装置１７が非干渉性光の発生源
   を有し、発光源１７及びセンサ８とそれぞれ組合
   わされた位置決めスクリーン１９，１９ａ及び分
   析ヘツド１３の光学装置と分析すべき身体部分１
   と関連づけられた基準面Ｒとの間の距離を決定ま
   たは固定できる距離決定手段を有していることを
   特徴とする光学式型取り装置。 ２ 発光装置１７が、たとえば青色または緑色中
   で、もしくは青色と緑色との間で作業できるよう
   にするフイルタと光源とを特に組合わせることに
   より、口中に存在するいかなる色とも対応しない
   波長範囲の光を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光学式型取り装置。 ３ 分析ヘツド１３と組合わされた距離決定手段
   が、光源１７による照明が行われる正確な瞬間
   に、基準面Ｒに関して前記分析ヘツド１３の距離
   を決定する超音波または赤外線の発光−受光器に
   よつて構成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の光学式型取り装置。 ４ 分析ヘツド１３と組合わされた距離決定手段
   が、分析すべき身体部分１の一点に当てがわれる
   ような既知の長さのマーク２２によつて構成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の光学式型取り装置。 ５ 光源１７、センサ８およびアナログ／デジタ
   ル変換器９が、患者の口内に挿入可能な分析ヘツ
   ド１３と光フアイバ４，７によつて結ばれた外部
   ボツクス１５の内部に収容されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の任意
   の１項に記載の光学式型取り装置。 ６ 分析ヘツド１３が、二つの受光レンズ６′，
   ６″を有し、これらの受光レンズがそれぞれ、身
   体部分１の反対側の２面を同時に分析するため二
   つの部分に分割された反射ビームを案内する２本
   の光フアイバ７′，７″の端部に固定されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光学
   式型取り装置。 ７ 入射ビームと反射ビームの双方を案内するレ
   ンズ２４を端部に支持している単一の光フアイバ
   ２３を具備しており、反射ビームが変換器９と組
   合わされたセンサ８へ半透明鏡２５を介して送ら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第４項の任意の１項に記載の光学式型取り装
   置。 ８ 分析ヘツド１３が、光源１７およびセンサ
   ８、ならびにこれらにそれぞれ直接取り付けられ
   たレンズ５，６を含んでおり、かつ、電源２６，
   ２７によつて、電源２８およびアナログ／デジタ
   ル変換器９を含む外部ボツクス２９と接続されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第３項の任意の１項に記載の光学式型取り装
   置。 ９ 対象身体部分１の反対側の２面を同時に分析
   できるよう、光学系が一つまたは複数の鏡３０，
   ３１，３２を含んでいることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第８項の任意の１項に記載
   の光学式型取り装置。 １０ 反射ビームおよび場合によつては基準ビー
   ム１１の到達するセンサ８が、電荷転送型フオト
   センサ、特にCCDマトリツクス型フオトセンサ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第９項の任意の１項に記載の光学式型取り装
   置。 １１ 情報記憶装置３９が、センサ８とアナロ
   グ／デジタル変換器９との間に挿入されており、
   前記変換器９が、デジタル処理装置４３で処理で
   きるようインタフエース４２によつて変換された
   “逐点”出力信号４１を処理装置４３へ送り、か
   つ、捕捉データデイスプレイ装置４４が前記記憶
   装置３９と接続されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１０項に記載の光学式型取り装置。 １２ 前記分析および処理装置が、包絡面、すな
   わち加工すべき義歯４５が内接する容積を確定し
   かつ考慮に入れる装置４６，４７，５０，５１，
   ５３，５４，５５を含んでいることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第１１項の任意の１
   項に記載の光学式型取り装置。 １３ 包絡面、すなわち加工すべき義歯４５が内
   接する容積が、 ａ 隣接歯４８，４９の接触部域４６，４７、及
   び ｂ 前庭面または舌面については歯穹と正接する
   か、または対称側面に定められた平面５０，５
   １によつて側面から、 ｃ 下面については口中で分析された欠損歯残部
   １の下限によつて下側から、 ｄ 顎骨全体の摩耗部域の、または下顎の実際移
   動の調査結果からもたらされた数学的分析に応
   じて上面によつて上側から確定される ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の
   光学式型取り装置。 １４ 分析及び信号処理装置４３が、義冠製作の
   場合の欠損歯残部１の形状のような光学分析に基
   くデータに応じて前記包絡面に内接する義冠の論
   理的外径４５′を自動修正する装置を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の光学
   式型取り装置。 １５ 分析および処理装置が、静的および動的咬
   合具合を確定する装置を含んでいることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第１４項の任意
   の１項に記載の光学式型取り装置。 １６ 上顎骨３３と下顎骨３４のマーク合わせ、
   個別に行なう両顎骨の光学的型取り、両顎骨のマ
   ークの前部光学仕切り５７の形成、および前記光
   学仕切りのレベルにおける両顎骨のマーク合わせ
   による両顎骨の結合によつて咬合具合が確定され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記
   載の光学式型取り装置。 １７ 分析および処理装置が、歯牙の色または色
   調を確定しかつ考慮に入れる装置を含んでいるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１
   ６項の任意の１項に記載の光学式型取り装置。