歯科治療計画のためのシステムおよび方法
【課題】歯科治療計画のための好適なシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】コンピュータインプリメントされたシステムおよび方法が、２次元アレイを用いて歯の移動パターンを特定し、特定されたパターンに従って歯を移動させるための処置経路を生成することにより歯科処置計画がインプリメントされる。さらに、プロセッサと、プロセッサに結合されたデータ格納デバイスと、２次元アレイを用いて歯の移動パターンを特定するコンピュータ実行可能コードと、特定されたパターンに従って歯を移動させるための処置経路を生成するコンピュータ実行可能コードとを備える、コンピュータシステムが提供される。
【解決手段】コンピュータインプリメントされたシステムおよび方法が、２次元アレイを用いて歯の移動パターンを特定し、特定されたパターンに従って歯を移動させるための処置経路を生成することにより歯科処置計画がインプリメントされる。さらに、プロセッサと、プロセッサに結合されたデータ格納デバイスと、２次元アレイを用いて歯の移動パターンを特定するコンピュータ実行可能コードと、特定されたパターンに従って歯を移動させるための処置経路を生成するコンピュータ実行可能コードとを備える、コンピュータシステムが提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、一般的に歯科矯正学の分野に関し、より詳細には、歯科矯正処置計画および歯科矯正器具のコンピュータによる自動化された開発に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、美観または他の理由のための歯の再配置は、一般的に「ブレス」と呼ばれる器具を装着することによって達成される。ブレスは、ブラケット、アーチワイヤ、結紮糸、およびＯ−リング等の様々な器具を含む。この器具の患者の歯への取り付けは、処置矯正歯科医との多くの診察を要する退屈で時間のかかる計画である。その結果、従来の歯科矯正処置は、矯正歯科医の患者の収容力を制限し、歯科矯正処置をかなり高価にする。このように、従来のブレスの使用は、退屈で、時間のかかるプロセスであり、歯科矯正医の診療所への多くの来診を要する。さらに、患者の観点からブレスの使用は、見苦しく不快であり、感染の危険を示し、ブラッシング、デンタルフロス、および他のデンタル衛生処置を困難にする。
【０００３】
(２．背景技術の説明)
歯科矯正処置を完成するための歯ポジショナは、Ｋｅｓｌｉｎｇによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄ． Ｏｒａｌ．Ｓｕｒｇ．３１：２９７−３０４（１９４５）および３２：２８５−２９３（１９４６）に説明される。患者の歯の幅広い歯科矯正的な再配置のためのシリコーンポジショナの使用は、ＷａｒｕｎｅｋらによるＪ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄ．２３：６９４−７００（１９８９）に説明される。歯の位置を完成かつ維持するためのクリアなプラスチック固定装置は、Ｒａｉｎｔｒｅｅ Ｅｓｓｉｘ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｏｒｌｅａｎｓ，Ｌｏｕｉｓｉａｎａ ７０１２５，ａｎｄ Ｔｒｕ−Ｔａｉｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ ５５９０２から入手可能である。歯科矯正ポシショナの製造は、米国特許第５，１８６，６２３号、第５，０５９，１１８号、第５，０５５，０３９号、第５，０３５，６１３号、第４，８５６，９９１号、第４，７９８，５３４号、および第４，７５５，１３９号に説明される。
【０００４】
他の刊行物は、ＫｌｅｅｍａｎおよびＪａｎｓｓｅｎによる、Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎ．３０：６７３−６８０（１９９６）と、Ｃｕｒｅｔｏｎによる、Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎ．３０：３９０−３９５（１９９６）と、Ｃｈｉａｐｐｏｎｅによる、Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎ．１４：１２１−１３３（１９８０）と、Ｓｈｉｌｌｉｄａｙによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ５９：５９６−５９９（１９７０）と、Ｗｅｌｌｓによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ５８：３５１−３６６（１９７０）と、Ｃｏｔｔｉｎｇｈａｍによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ５５：２３−３１（１９６９）とを含むデンタルポジショナの製造および使用を説明する。
【０００５】
Ｋｕｒｏｄａらによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ１１０：３６５−３６９（１９９６）は、プラスタデンタル型をレーザスキャンして、型のデジタル画像を生成するための方法を説明する。
【０００６】
Ｏｒｍｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲受された、米国特許第５，５３３，８９５号、第５，４７４，４４８号、第５，４５４，７１７号、第５，４４７，４３２号、第５，４３１，５６２号、第５，３９５，２３８号、第５，３６８，４７８号、および第５，１３９，４１９号は、歯科矯正器具を設計するために歯のデジタル画像を操作するための方法を説明する。
【０００７】
米国特許第５，０１１，４０５号は、歯をデジタルに画像化し、歯科矯正処置のための最適なブラケット配置を決定する方法を説明する。３次元モデルを作成するために成型された歯のレーザスキャンは、米国特許第５，３３８，１９８号に説明される。米国特許第５，４５２，２１９号は、歯のモデルをレーザスキャンし、歯の型をミリングする方法を説明する。歯の輪郭のデジタルコンピュータ操作は、米国特許第５，６０７，３０５号、および第５，５８７，９１２号に説明される。顎のコンピュータ化されたデジタル画像は、米国特許第５，３４３，２０２号、および第５，３４０，３０９号に説明される。関連のある他の特許は、米国特許第５，５４９，４７６号、第５，３８２，１６４号、５，２７３，４２９号、第４，９３６，８６２号、３，８６０，８０３号、３，６６０，９００号、５，６４５，４２１号、５，０５５，０３９号、４，７９８，５３４号、第４，８５６，９９１号、第５，０３５，６１３号、第５，０５９，１１８号、第５，１８６，６２３号、および第４，７５５，１３９号を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の簡単な要旨）
１局面では、コンピュータで実現されたシステムおよび方法は、２次元アレイを用いて歯の移動パターンを特定し、この特定されたパターンに従って歯を移動させる処置経路を生成することによってデンタル処置計画を実現する。
【０００９】
本発明のインプリメンテーションは、１以上の以下のものを含む。このアレイのある次元は、歯の運動における各ステージを特定し、このアレイのある次元は、固有の歯を特定する。歯の運動は、歯に対する開始ステージおよび終了ステージを示すことによって特定される。１以上の歯の経路は、選択された歯の運動パターンに基づいて決定される。本方法は、隙間圧接（ｓｐａｃｅ ｃｌｏｓｕｒｅ）、再近接化（ｒｅｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）、デンタル拡張（ｄｅｎｔａｌ
ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）、発赤、遠位化（ｄｉｓｔａｌｉｚａｔｉｏｎ）およびより低い切歯拡張（ｌｏｗｅｒ ｉｎｃｉｓｏｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）のうち少なくとも１つを含む１以上の臨床処置規定を選択する工程を含む。各処置ステージに対して器具が製造される。この器具は、取り外し可能な器具または固定された器具のいずれかであり得る。本方法はまた、各処置ステージについて、歯に対する３次元モデルを生成する工程を含む。
【００１０】
本システムは、１以上の制限に適合し得る。この制限は、歯の密集、歯の間隔、歯の抜歯、歯の切除、歯の回転、および歯の運動に関連する。この歯は、約５度および１０度（ステージ当り）回転され得、１以上のステージ（ステージ当り）においてさらに移動させ得る。各ステージは、各歯を約０．２ｍｍ〜約０．４ｍｍ移動させる。この制限は、歯の移動において各ステージを特定する、アレイのある次元を有するアレイに格納され得る。この処置経路は、最初の位置から最後の位置まで各歯を移動させるために必要な並進の最小量を決定すること、および移動の最小量のみ必要とする各移動経路を生成することを含む。さらに、歯が等しい大きさの並進運動を受ける少なくとも１つの歯に対して中間の位置が生成され得る。さらに、歯が等しくない大きさの並進運動を受ける少なくとも１つの歯に対して中間の位置が生成され得る。１セットの規則が、患者の歯が処置経路に沿って移動する場合に発生する任意の衝突を検出するために適用され得る。衝突は、第１の歯と第２の歯との間に中立投影面を確立することによって、投影面上の基準点の各セットから正の方向および負の方向を有する平面に垂直なｚ軸を確立することによって、第１の歯までの第１の符号付けされた距離および第２の歯までの第２の符号付けされた距離を含む符号付けされた距離の対（この符号付けされた距離は、基準点を通りかつｚ軸に平行な直線上で測定される）を計算することによって、ならびに符号付けされた距離の任意の対が衝突を示す場合、衝突が発生するかを決定することによって、第１の歯と第２の歯との間の距離を計算することによって検出され得る。第１の距離に対する正の方向が第２の距離に対する正の方向と反対の位置で、符号付けされた距離の任意の対の合計がゼロ以上である場合、衝突が検出され得る。患者の歯が処置経路に従うかどうか示す情報が処置経路を修正するために使用され得る。各歯に対する１以上の候補となる処置経路が生成されて、各候補となる処置経路が選択のため人間のユーザにグラフィカルに表示され得る。患者の歯が処置経路に沿って移動する場合に発生する任意の衝突を検出するように、１セットの規則が適用され得る。第１の歯と第２の歯との間に中立投影面を確立することによって、投影面上の基準点の各セットから正の方向および負の方向を有する平面に垂直なｚ軸を確立することによって、第１の歯までの第１の符号付けされた距離および第２の歯までの第２の符号付けされた距離を含む符号付けされた距離の対（この符号付けされた距離は、基準点を通りかつｚ軸に平行な直線上で測定される）を計算することによって、ならびに任意の符号付けされた距離が衝突を示す場合、衝突が発生することを決定することによって、第１の歯と第２の歯との間の距離を計算することによって、衝突が検出され得る。符号付けされた距離の任意の対の合計がゼロ以上である場合、衝突が検出され得る。患者の歯が処置経路に沿って移動する場合に発生する任意の不適切な咬合を検出するように１セットの規則が適用され得る。不正咬合インデックスに対する値が計算されて、この値が人間のユーザに表示され得る。処置経路は、患者の歯の運動に関する制限を示すデータを受け取って、処置経路を生成するようにこのデータを適用することによって生成され得る。選択されたデータセットに対応する位置において、歯の３次元（３Ｄ）グラフィカル表示が描画され得る。処置経路に沿う歯の移動の視覚表示を提供する歯のグラフィカル表示が生成され得る。ビデオカセットレコーダ上にコントロールボタンを示すコンポーネントを有し、人間のユーザが動画を制御するように操作し得るグラフィカルインターフェイスが生成され得る。選択されたデータセット内のデータの一部が歯のグラフィカル表示を描画するために使用され得る。詳細なレベルの（ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ）圧縮が歯のグラフィカル表示を描画するためにデータセットに適用され得る。ユーザの要求に応じて、人間のユーザは、歯のグラフィカル表示を修正し得、選択されたデータセットは修正され得る。人間のユーザはグラフィカル表示における歯を選択し、これに応じて、歯に関する情報が表示され得る。この情報は、歯が処置経路に沿って移動している間に受ける運動に関連し得る。また情報は、グラフィカル表示においてその歯と別の歯との間の直線距離を示し得る。この歯は、歯科矯正に特有の複数の視角のうちの選択された角度で描画され得る。患者の歯のグラフィカル表示を見た後、人間ユーザがテキストベースのコメントを提供し得るユーザインターフェイスが設けられ得る。グラフィカル表示データは、人間がグラフィカル表示を見たいと望むリモートコンピュータにダウンロードされ得る。人間のユーザによって制御される３Ｄジャイロスコープ入力デバイスからの入力信号は、グラフィカル表示における歯の配向を変更するために印加され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、患者の顎の解剖学的関係を示す上面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、患者の下顎を詳細に示し、本発明の方法および装置によって、歯がどのように移動され得るかについての一般的な指標を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａからの単一の歯を示し、歯の移動距離がどのようにして決定されるかを規定する。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａの顎を、本発明の方法および装置によって構成されるインクリメンタル位置調整器具と共に示す。
【図３】図３は、インクリメンタル位置調整器具を作製するためのプロセスを示すブロック図である。
【図４】図４は、患者の歯の最後の配置を最適化するためのプロセスを示すフローチャートである。
【図５】図５は、歯科矯正的処置計画の様々なステップにおける歯の配置を示すフローチャートである。
【図６】図６は、歯科矯正的処置計画における中間位置の間の歯の経路を決定するためのプロセスのフローチャートである。
【図７】図７は、歯科矯正的処置計画における最初の位置から最後の位置までの歯の経路を最適化するプロセスを示すフローチャートである。
【図８】図８は、衝突検出アルゴリズムを使用するためのバッファリング技術を示す図である。
【図９】図９は、衝突検出技術のためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明による、器具を作製するシステムを示すブロック図である。
【図１１】図１１は、拡張パターンにおいて移動させる必要のある歯のセットの図である。
【図１２】図１２は、図１１の図における各歯の移動を示す例示的な２次元図である。
【図１３】図１３は、例示的なＸ−タイプ移動を示す。
【図１４】図１４は、例示的なＡ−タイプ移動を示す。
【図１５】図１５は、例示的なＶ−タイプ移動を示す。
【図１６】図１６は、例示的なＸＸ−タイプ移動を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（発明の詳細な説明）
図１は、上顎骨２２および下顎骨２０を有する頭蓋１０を示す。下顎骨２０は、ジョイント３０において頭蓋骨１０に固定される。ジョイント３０は、ｔｅｍｐｏｒｏｍａｎｄｉｂｕｌａｒ ｊｏｉｎｔ（ＴＭＪ）と呼ばれる。上顎骨２２は、上顎１０１と関連し、下顎骨２０は、下顎１００と関連する。
【００１３】
顎１００および１０１のモデルが生成され、顎１００および１０１上の歯の間のコンピュータシミュレーションモデルが相互作用する。コンピュータシミュレーションは、システムが、顎に取り付けられた歯の間の接点を含む運動に焦点を合わせることを可能にする。コンピュータシミュレーションは、システムが実際の顎の運動を描画することを可能にし、この顎の運動は、顎１００および１０１が互いに接触する場合、物理的に正確である。顎のモデルは、個々の歯を処置される位置に配置する。さらにこのモデルが使用されて、突出運動、横運動、および「歯にガイドされた」運動を含む顎の運動をシミュレートし得る。下顎１００の経路は、顎１００および１０１の解剖学的限界ではなく歯の接触によってガイドされる。運動が１つの顎に付与されるが、両方の顎に付与されてもよい。咬合決定に基づいて、歯の最後の位置が確認され得る。
【００１４】
ここで、図２Ａを参照して、下顎１００は、例えば複数の歯１０２を含む。少なくともいくつかのこれらの歯を最初の歯の配置から最後の歯の配置まで移動させ得る。どのようにして歯が動かされ得るかを説明する基準フレームとして任意の中央線（ＣＬ）が歯１０２を貫通して描かれている。この中央線（ＣＬ）に関して、軸１０４、１０６、および１０８（軸１０４は中央線）によって示される直交方向に各歯が移動され得る。それぞれ矢印１１０および１１２によって示されるように、軸１０８（歯根角）および軸１０４（トルク）の周りに回転され得る。さらに、矢印１１４によって示されるように、歯を中央線の周りに回転させ得る。従って、全ての可能な歯の自由形態運動が実行され得る。
【００１５】
図２Ｂは、任意の歯の運動の大きさが、どのようにして歯１０２上の任意の点Ｐの最大直線並進に関して規定され得るかを示す。図２Ａに規定される任意の直交方向または回転方向に歯が運動する場合、各点Ｐ１は、蓄積された並進を受ける。すなわち、通常この点は、非直線経路に従うが、処置の間、任意の２つの時刻において決定された場合、歯における任意の点の間の直線距離が存在する。従って、実際に任意の点Ｐ１は、矢印ｄ１によって示されるように、真の側面並進を受け得る一方で、第２の任意の点Ｐ２は、弓型の経路に沿って移動し、最後の並進ｄ２を生じ得る。本発明の多くの局面は、任意の特定の歯上に誘導された点Ｐ１の最大許容運動について規定される。次にこのような最大歯運動は、任意の処置ステップにおいてこの歯に対する最大歯運動を受ける、歯上のこの点Ｐ１の最大直線並進として規定される。
【００１６】
図２Ｃは、概ね上述したように、顎における個々の歯のインクリメンタル再配置を達成するために患者によって装着される一調整器具１１１を示す。この器具は、キャビティを受け取る歯を有するポリマーシェルである。これは、１９９８年１０月８日に出願された米国出願第０９／１６９，０３６号に説明され、この出願は１９９７年１０月８日出願された米国出願第０８／９４７，０８０号の優先権を主張し、さらに１９９７年６月２０日に出願された仮出願第０６／０５０，３５２号（まとめて先の出願）の優先権を主張し、これらの出願の全開示を参考として援用する。
【００１７】
先の出願において説明されるように、キャビティを受け取る歯が器具として意図された中間の歯の配置または最後の歯の配置に対応するジオメトリを有するように各ポリマーシャルに構成され得る。患者の歯は、一連のインクリメンタル位置調整器具を、患者の歯を覆うように配置することによって患者の最初の歯の配置から最後の歯の配置に再配置される。調整器具は、処置の開始時において生成され、歯の上の各器具の圧力がもはや残され得ないまで、患者は各器具を装着する。この点において、患者は、器具がこれ以上残されないまで、現在の調整器具を次の調整器具に連続して置換する。従来、一般に器具は歯に固定されず、患者は処置の間、任意の時刻で装置を配置し、置換し得る。一連の最後の器具またはいくつかの器具は、歯の配置を過補正（ｏｖｅｒｃｏｒｒｅｃｔ）するように、あるジオメトリまたは選択されたジオメトリを有し得る（すなわち、「最後」として選択されてきた歯の配置よりも個々の歯を超えて運動させるジオメトリを有する（十分に達成される場合））。このような過補正は、再配置方法が終了した後で潜在的な再発（すなわち、個々の歯が歯の予め補正された位置に戻るいくつかの運動を可能にする）を補正するために望ましくあり得る。また過補正は、補正速度を加速するために有益であり得る。すなわち、所望の中間位置または最後の位置を超えて配置されるジオメトリを有する器具を有することによって、個々の歯はより大きな速度でその位置にシフトされる。このような場合、器具の使用は、歯が器具によって規定される位置に到達する前に、終了され得る。
【００１８】
ポリマーシェル１１１は、下顎または上顎に存在する全ての歯にわたって固定され得る。しばしば、歯のうちの所定の歯のみが再配置され、器具１１１が再配置される歯に抗して残りの再配置力を付与する場合、他の歯は、器具１１１を保持するベース領域またはアンカー領域を提供する。しかし、複雑な場合では、処置の間いくつかの点において複数の歯が再配置され得る。このような場合、運動される歯はまた、再配置器具を支持するベース領域またはアンカー領域として機能し得る。
【００１９】
図２Ｃの重合器具１１１は、Ｔｒｕ−Ｔａｉｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから入手可能な熱形成デンタル材料Ｔｒｕ−Ｔａｉｎ０．０３のような適切なエラストマーポリマーの薄いシートから形成され得る。通常、ワイヤまたは他の手段が歯を覆うように器具を保持するために設けられない。しかし、いくつかの場合、器具１００における対応するレセプタクルまたは開口部を個々のアンカーまたは歯に設けることが望ましいかまたは必要であり、器具は、このようなアンカーがなければ可能ではない、歯の上の上向きの力を付与し得る。
【００２０】
図３は、患者の歯を再配置するために、患者による以後の使用のためのインクリメンタル位置調整器具を生成するためのプロセス２００を示す。第１のステップでは、最初の歯の配置を示す最初のデジタルデータセット（ＩＤＤＳ）が得られる（ステップ２０２）。
【００２１】
いくつかのインプリメンテーションでは、ＩＤＤＳは、患者の歯の物理モデルをスキャンする（レーザスキャナまたは破壊スキャナを用いて患者の歯の正インプレッションまたは負インプレッションをスキャンすること等）ことによって得られたデータを含む。正のインプレッションおよび負のインプレッションは、より正確なデータを提供するために互いにインターロックする間スキャンされ得る。また、最初のデジタルデータセットは、患者の歯の体積画像データを含み得、コンピュータは、例えば従来のマーチングキューブ（ｍａｒｃｈｉｎｇ ｃｕｂｅ）技術を用いて、この画像データを歯の表面の３Ｄ幾何学的モデルに変換し得る。いくつかの実施形態では、個々の歯のモデルは、隠れた歯の面（例えば、Ｘ線、ＣＴスキャン、またはＭＲＩ技術）によって画像化された歯根）を示すデータを含む。歯根および隠れた面はまた、患者の歯の視覚可能な面からが外挿され得る。次いで、ＩＤＤＳは、適切なグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）およびこの画像を観察および変更するのに適したソフトウェアを有するコンピュータを用いて操作される。このプロセスの詳細な局面は以下に詳細に説明される。
【００２２】
個々の歯および他の要素は、モデルにおいてセグメント化または分離され得、デジタルモデルからの個々の再配置または除去を可能にする。要素をセグメント化または分離した後、しばしばユーザは、処置専門家によって提供される規定または他の仕様書に従うことによってモデルにおいて歯を再配置する。あるいは、ユーザは、視覚的外観あるいはコンピュータにプログラムされた規則およびアルゴリズムに基づいて１以上の歯を再配置し得る。一旦、ユーザが満足すると、最後の歯の配置は最後のデジタルデータセット（ＦＤＤＳ）に組み込まれる（ステップ２０４）。
【００２３】
ステップ２０４では、患者の咀嚼システムのコンピュータ表示を生成することによって決定される。上歯および下歯の咬合は、コンピュータ表示から計算され、咀嚼システムのコンピュータ表示における相互作用に基づいて機能的な咬合が計算される。この咬合は、歯の理想的モデルのセットを生成することによって決定され得る。理想的モデルのセットにおける各理想的モデルは、患者の歯に対してカスタマイズされた、理想化された歯の配置の抽象的なモデルである。理想的なモデルをコンピュータ表示に適用した後、歯の位置は理想的なモデルに適合するように最適化される。理想的なモデルは、１以上の円弧形状によって特定されるか、または歯に関連する様々な特性を用いて特定され得る。
【００２４】
ＦＤＤＳは、モデル内の歯をその最後の位置に移動するように矯正歯科医の規定に従うことによって生成される。一実施形態では、この規定はコンピュータに組み込まれ、歯の最後の位置を自動的に計算する。代替の他の実施形態では、規定の制限を満足しつつ、１以上の歯を独立して操作することによって、ユーザは歯を最後の位置に移動する。上述の技術の様々な組み合わせが使用されて、最後の歯の位置に到達し得る。
【００２５】
ＦＤＤＳを生成するための一方法は、特定の順序で歯を移動させるステップを含む。第１に、各歯モデルの中心は、複数の方法を用いて位置合わせされ得る。一方法は標準アーチである。次いで、歯根が適切な垂直位置になるまで歯モデルを回転させる。次に、歯モデルを垂直軸の周りに回転させて適切な配向にする。次いで歯モデルは、側面から観測され、適切な垂直位置に垂直に並進させる。最後に、２つのアーチが互いに配置され、歯モデルをわずかに移動させて上アーチおよび下アーチが互いに適切に結合することを確実にする。上アーチおよび下アーチを互いに結合することは、衝突検出プロセスを用いて視覚化して、歯の接触点を強調表示する。
【００２６】
ＩＤＤＳおよびＦＤＤＳに基づいて、複数の中間デジタルデータセット（ＩＮＴＤＤＳ）は、増加的に調整された器具に対応するように規定される（ステップ２０６）。最後にインクリメンタル位置調整器具のセットは、一連のＩＮＴＤＤＳおよびＦＤＤＳに基づいて生成される（ステップ２０８）。
【００２７】
歯および他の要素が配置または除去されて最後の歯の配置のモデルを生成された後、前述のように、一連のＩＮＴＤＤＳおよびＦＤＤＳを生成する処置計画を生成することが必要である。これらのデータセットを生成するためには、一連の連続肯定にわたって、最初の位置から最後の位置までの選択された個々の歯の移動を規定またはマッピングすることが必要である。さらに、処置器具において所望の特性を生成するために他の特性をデータセットに追加することが必要である。例えば、特定目的（歯茎の苦痛を低減するため、歯周部の問題を回避するため、キャップなどを可能にするために器具と歯または顎の特定領域との間の隙間を維持する）のためのキャビティまたは凹部を規定するためにワックスパッチを画像に追加することが望ましくあり得る。さらにしばしば、アンカーを収容するために意図されたレセプタクルまたは開口部を設けることが必要であり、このアンカーは、アンカーに必要な態様（例えば、顎に対して持ち上げられるべきである）で歯が操作されることを可能にするために、歯の上に配置される。
【００２８】
上述の態様では、患者の歯が最初の処置されていない状態から最後の処置されていない状態までどのようにして移動すべきであるかに関する情報が使用されて、規定または処置プランを生成する。規定は以下のことを考慮する。
【００２９】
１．「開始位置」：最初の不正咬合の詳細な説明
２．「最後の位置」：患者の処置目的の詳細な説明
３．「移動」：最後の配置に対する所望の目標を達成するために患者の歯がどのように移動すればよいかについての詳細で連続的な説明
（１．最初の位置）
最初の位置の選択は、患者の不正咬合において詳細に説明する。考慮は、以下を含む
ａ．密集
ｂ．隙間
ｃ．切除
ｄ．抜去（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）
さらに、以下に説明される最後の位置についての考慮が使用され得る。
【００３０】
（２．最後の位置）
このセクションは、最後の位置対象物および処置目標（静的および機能的の両方）の詳細な説明である。これらの考慮は
ａ．オーバージェット
ｂ．被蓋咬合
ｃ．中央線
ｄ．機能的咬合
ｅ．分類
ｆ．トルク
ｇ．チップ
ｈ．回転
ｉ．舌／口蓋
ｊ．頬／顔面
ｋ．咬頭嵌合
ｌ．咬合の最初の位置−ＣＲ／ＣＯ考慮
ｍ．内部アーチ組織
ｎ．アーチ内の組織
ｏ．隙間
３．移動
移動部は、最終の配置に対する目的を達成するために、患者の歯を移動させる順序を明記する。このプロセスにおいて、歯科矯正医は、どの歯を歯科矯正医が移動させたいのか、およびどの歯を（移動させるのではなく）固定したいのかに関して精密な制御手段を有し、これにより、治療を別個の段階に分解する。移動順序の情報は、上部および下部のアーチの両方に対して獲得される。
【００３１】
各ステージで、大きい歯の移動および小さい歯の移動が分析される。大きな移動は、通常、歯の移動の初期に発生する。小さい移動は、通常、治療の終了近くで発生する「細目」移動として発生する。平均して、各調整器（ａｌｉｇｎｅｒ）は、２週間の期間内で、約０．２５〜０．３３ｎｍの移動を達成することができ、約５〜１０度回転させることができるべきである。しかしながら、生物学的な変化能、患者および臨床医の嗜好も考察に入れられる。さらに、遠心、チップ、およびトルク等の種々の移動が別々のパラメータを有し得る。
【００３２】
これらの考察に基づいて、歯を移動させるための計画が生成される。図４は、同時係属中の米国出願番号０９／１６９，０３４号に議論されている、歯の指標を最小化しながら歯の移動を生成するためのプロセス３００を示す。この出願の内容は、本明細書において参考として援用される。最初に、プロセス３００は自動的にまたは人の助力によって、各歯と結びつく種々の特徴を識別し、歯のモデルに到達する（ステップ３０２）。次いで、歯の理想的なモデルのセットが患者の歯の鋳型または既知の受諾可能な咬合を持った患者からのいずれかから生成される（ステップ３０３）。
【００３３】
ステップ３０２から、プロセス３００は、理想モデルへの特徴の一致に基づいて歯のモデルを近似の最終的な位置に位置決めする（ステップ３０４）。このステップにおいて、各歯のモデルは、その特徴が理想モデルでの対応する歯の特徴に調整されるように移動される。その特徴は、尖頭、窩（ｆｏｓｓａｅ）、隆起（ｒｉｄｇｅ）、間隔に基づく基準、または、形状に基づく基準に基づき得る。形状に基づく距離は、特に患者のアーチの機能として表され得る。
【００３４】
次に、プロセス３００は、歯科矯正／咬合指標を演算する（ステップ３０６）。用いられ得る一つの指標は、ＰＡＲ（Ｐｅｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｒａｔｉｎｇ）指標である。ＰＡＲに加えて、形状に基づく測定基準または間隔に基づく測定基準等の他の測定基準が用いられ得る。ＰＡＲ指標は、良好なかみ合わせから歯がどれだけ離れているかを識別する。スコアが、不正咬合を仕立てる種々の咬合特性に割当られる。正常な配列および咬合から逸脱するケースの度合いを表す全合計を取得するために、個々のスコアが総計される。正常な咬合および配列は、上側および下側の口内の歯の間の良好な尖頭間でのかみ合わせ、および過剰でないオーバージェットおよびオーバーバイトによる、解剖学上の近接する全接触ポイントとして規定される。
【００３５】
ＰＡＲにおいて、０のスコアは、良好な配列であることを示し、より高いスコアは、不規則性の増加されたレベルを示す。全スコアが治療前および治療後の歯の鋳型に記録される。これらのスコア間の相違は、歯科矯正の介入および活発な治療の結果としての向上の度合いを表す。ＰＡＲ指標の１１の要素は、上部右セグメント、上部前方セグメント、上部左セグメント、下部右セグメント、下部前方セグメント、下部左セグメント、右頬咬合、オーバージェット、オーバーバイト、中央線、および左頬咬合である。ＰＡＲ指標に加えて、他の指標が、理想的な位置または理想的な形状からの歯に関する特徴の隔たりに基づき得る。
【００３６】
ステップ３０６から、プロセス３００が、さらなる指標縮小移動が可能であるかどうかを判定する（ステップ３０８）。ここに、各主要軸に沿った小さな移動および小さな回転に伴う小さな移動を含めて、全ての可能な移動が試みられる。指標の値は、各小さな移動後に演算され、最良の結果に合った移動が選択される。本明細書において、最良の結果は、ＰＡＲベースの測定基準、形状ベースの判定基準または間隔ベースの判定基準等の一つ以上の測定基準を最小化する結果である。最適化は、特にシュミレートされたアニーリング技術、丘陵クライミング技術、最良の第一技術、パウエル法、および発見的技術を含む複数の技術を用い得る。シュミレートされたアニーリング技術は、指標が一時的に増加して、より低い最小値を有する検索スペースにおける他の経路が見出され得る場合に用いられ得る。しかしながら、ほぼ理想的な位置にある歯を用いて開始することによって、指標における任意の低下は、最良の結果に収束するべきである。
【００３７】
ステップ３０８において、歯を移動させることによって指標が最適化され得る場合、増加指標縮小移動の入力が加えられ（ステップ３１０）、プロセスは、ステップ３０６にループバックして、歯科矯正／咬合指標の演算を継続する。あるいは、指標がさらに最適化され得ない場合には、プロセス３００は終了する（ステップ３１２）。
【００３８】
ステップ３１０の移動を低減する指標を生成する工程において、プロセスは、歯の経路移動計画に影響を及ぼす一組の移動の強制を考慮する。一実施形態において、約５０の別個のステージのための移動情報が特定化される。各ステージは、単一の整列器を表し、この整列器は、約２週間おきに置き換えられることが予想される。したがって、各ステージは、約２週間の期間を表す。一実施形態において、二次元配列が、特定の周期で各歯に対する特定の移動を追跡するために用いられる。このアレイの１つの次元が歯の識別に関連する一方で、第二の次元が時間周期またはステージに関連する。いつ歯が移動され得るかに関する考慮は、以下に挙げる事項を含む。
【００３９】
ａ．近心
ｂ．遠位
ｃ．頬／顔
ｄ．舌／口蓋
ｅ．拡張
ｆ．空間
ｇ．過去の互いの歯の移動
ｈ．侵入
ｉ．延出
ｊ．回転
ｋ．どの歯がいつ移動するか？
ｌ．どの歯が最初に移動するか？
ｍ．どの歯が他の歯が移動される前に移動する必要があるか？
ｎ．何の移動が容易になされるか？
ｏ．固定
ｐ．臼歯を遠ざけることおよび成人における小さい拡張に関する矯正歯科医のユーザの観点
一実施形態において、ユーザは、望ましい処置ステージの数を最初から目標の歯の状態にまで変更し得る。移動されない任意のコンポーネントは、静止を保っていることが想定され、これにより、その最終的な位置が、最初の位置と同様であることが想定される（一つ以上のキーフレームが該当するコンポーネントに対して規定されない場合、中間の位置の全てに対して同様である）。
【００４０】
ユーザは、さらに、中間状態を選択し、コンポーネント位置（単数または複数）に変更することによって、「キーフレーム」を特定し得る。いくつかの実施形態において、他の状態で指示がない場合には、ソフトウェアは、自動的に線形的にすべてのユーザが特定された位置（最初の位置、すべてのキーフレーム位置、および目標位置を含む）の間で補間する。例えば、特別なコンポーネントに対して最終位置のみが規定される場合、最初のステージのあとの各接続のステージは簡単にコンポーネントに、最終位置により近い等しい線形距離および回転（特に、四元数によって）を示す。ユーザが該当するコンポーネントのための二つのキーフレムを特定する場合、コンポーネントは、最初の位置から異なるステージを介してに第二のキーフレームよって規定された位置に線形的に「移動」する。次いで、それは、できるだけ異なる方向に、線形的に、第二のキーフレームによって規定される位置に移動する。最後に、それは、おそらくできるだけさらに異なる方向に、線形的に目標位置に移動する。
【００４１】
これらの操作は各コンポーネントで独立してなされ得、その結果、あるコンポーネントに対するキーフレームは、他のコンポーネントがさらにそのキーフレームでユーザによって移動されない限り、別のコンポーネントに影響を及ぼさない。あるコンポーネントは、ある一対のステージ間の曲線に沿って加速し得るが（例えば、該当する多くのステージを有する処置計画でのステージ３および８）、一方で、別のコンポーネントは、線形的に別の対のステージ間を移動し（例えば、ステージ１〜５）、次いで、突然、方向を変更し、後のステージへの線形経路に沿ってスローダウンする（例えば、ステージ１０）。この柔軟性は、患者の治療を計画することに相当の自由度を許容する。
【００４２】
いくつかの実行において、非線形補間が、線形的に補間する代わりにまたは線形的に補間することに加えて用いられ、治療経路をキーフレーム間に構成する。一般に、選択されたポイント間で適合するように作成されたスプラインカーブ等の非線形経路は、ポイントを接合する直線のセグメントから形成された経路より短い。「治療経路」は、歯をからその最初の位置から最終位置まで移動させるための特定の歯に適用される変換曲線を描く。通常の治療経路は、上記のように、対応する歯の回転移動および並進移動のいくつかの組み合わせを含む。
【００４３】
図５は、ステップ３１０をより詳細に示す。まず、第一の歯が選択される（ステップ３１１）。次に、歯に関連する拘束が、現在のステージまたは周期のために検索される（ステップ３１２）。したがって、特定周期の時間での各歯に対する特定の移動を追跡するための二次元アレイを維持する実施形態に対して、歯の識別および時間周期またはステージ情報が、アレイ出し、現在の歯に関連する拘束を検索するために用いられる。
【００４４】
次に、拘束を考慮に入れる歯の移動計画が、生成される（ステップ３１３）。図５のプロセスが、次いで、計画された移動が隣接の歯と衝突を引き起こすかどうかを検出する（ステップ３１４）。衝突検出プロセスは、歯表面を描くジオメトリのうちのいずれが交差するかを判定する。障害がない場合、空間は自由であると考えられる。そうでない場合には、妨害される。適切な衝突検出アルゴリズムが以下により詳細に議論される。
【００４５】
衝突が発生した場合、「プッシュ」ベクトルが作成され、計画された移動の経路をシフトする（ステップ３１５）。プッシュベクトルに基づいて、現在の歯の衝突からの「跳ね上がり」および新しい歯の移動が生成される（ステップ３１６）。ステップ３１４または３１６から、現在の歯の移動は、終了される。
【００４６】
次に、図５のプロセスが、歯の移動計画がすべての歯に対して生成されたかどうかを判定し（ステップ３１７）、生成されたと判定された場合、プロセスは終了する。あるいは、治療計画における次の歯が選択され（３１８）、図５のプロセスがステップ３１２にループバックして、歯の移動計画の生成を続ける。
【００４７】
結果としての最終経路は、一連のベクトルを含み、ベクトルのそれぞれは、移動する歯の変形する並進および回転する成分一群の補間パラメータを表す。ひとまとめにして、これらは、歯間の妨害を避ける歯の移動のスケジュールを構成する。特定化された拘束の観点での歯の経路を生成するための擬似コードは、以下のように示される。
【００４８】
各歯の経路モデル用
各経路の増加用
各歯に関連する負荷拘束
拘束の観点で歯を移動させる
歯の衝突検出を実行する
衝突が発生した場合、関連された歯の衝突に対して、衝突を避けるために「プッシュ」ベクトルおよび衝突後の「跳ね上がり」を作成する
終了用
歯の経路モデルを終了する
図６は、非線形治療経路を生成するためにコンピュータで実行されるプロセスのフローチャートであり、患者の歯は、治療の間、この経路に沿って移動する。非線形経路は、通常、コンピュータプログラムによって自動的に生成されるが、いくつかの場合には、人の助力によって生成される。プログラムは、患者の歯の最初の位置および最終の位置を入力として受信し、この情報を用いて、移動される各歯に対する中間の位置を選択する（ステップ１６００）。プログラムは、次いで、従来のスプラインカーブの計算アルゴリズムを適用して、各歯の最初の位置を歯の最終の位置につなぐスプラインカーブを作成する（ステップ１６０２）。多くの状況で、カーブは拘束されて、中間位置間の最も短い経路に続く。プログラムは、次いで、中間位置間の各スプラインカーブをサンプリングし（ステップ１６０４）、衝突検出アルゴリズムをサンプルに適用する（ステップ１６０６）。任意の衝突が検出された場合、プログラムは、中間ステップの一つのために新しい位置を選択し（ステップ１６０８）、新しいスプラインカーブを作成する（１６０２）ことにより各衝突する対における少なくとも一つの歯の経路を変更する。プログラムは、次いで、新しい経路（１６０４）をサンプリングし、再度、衝突検出アルゴリズム（１６０６）を適用する。プログラムは、衝突が検出されなくなるまで、この様態で続行する。ルーチンが、次いで、例えば、ハードディスク等の電子格納デバイス内の経路位置での歯内の各点の座標をセーブすることによって、経路を格納する（ステップ１６１０）。
【００４９】
経路生成プログラムは、線形または非線形の補間のいずれを使用するにしても、歯の治療経路が各隣接する対の治療ステップ間でほぼ等しい長さになるように、治療位置を選択する。プログラムは、さらに、所与の最大速度以上で移動させるように歯の部分を押し付ける治療位置を避ける。例えば、歯は第一の経路Ｔ１に沿って最初の位置Ｔ１１から最終位置Ｔ１３に、中間位置Ｔ１２を介して移動するようにスケジューリングされ得る。中間位置Ｔ１２は、最終位置Ｔ１３により近くに存在する。別の歯は、より短い経路Ｔ２に沿って最初の位置Ｔ２１から最終位置Ｔ２３に中間位置Ｔ２２を介して移動するようにスケジューリングされる。中間位置Ｔ２２は、最初の位置Ｔ２１および最終位置Ｔ２３から等距離である。この状況において、プログラムは、第二の中間位置Ｔ１４を、最初の位置Ｔ１１および中間位置Ｔ１２からほぼ等距離であり、中間位置Ｔ１２を最後の位置Ｔ１３からほぼ同一の距離だけ分離するこれらの２つの位置を分離している第一の経路Ｔ１に沿って挿入することを選択し得る。第一の経路Ｔ１をこの方法で変更することは、第一の歯が等しい大きさのステップで移動することを保証する。しかしながら、第一の経路Ｔ１を変更することは、さらに、第二の経路Ｔ２に相対物がない付加的な治療ステップを導入する。プログラムは、第二の治療ステップの間第二の歯が静止したままであることを許容することによる、すなわち、第一の歯がある中間位置Ｔ１４から他の中間位置Ｔ１３に移動するか、または、第二の経路Ｔ２を４つの等距離の治療位置を含むように変更することによる等の種々の方法でこの状況に反応し得る。プログラムは、歯の移動を制限する一連の歯科矯正の拘束を適用することによって、いかに反応するかを判定する。
【００５０】
経路生成プログラムによって適用され得る歯科矯正の拘束は、任意の所与の時間で隣接する歯の間で許容される最小距離および最大距離、歯が移動されるべき最大の線形または回転速度、治療ステップの間に歯が移動される最大距離、歯の形状、組織の特徴および歯（例えば、強直歯は全く移動させることができない）に取り囲まれている骨、およびアライナー材料の特徴（例えば、アライナーが所与の歯を所与の時間周期を超えて移動させ得る最大距離）を含む。例えば、患者の年齢および顎の密度は、超えると患者の歯が移動を強いることができなくなる一定の「安全リミット」を指示し得る。一般に、２つの隣り合う、比較的垂直で、中央が尖っていない、側生の歯の間の間隙は、７週間毎に約１ｍｍより大きくは、閉じるべきではない。歯科矯正器具の材料の特性も、器具が歯を移動させ得る量を制限する。例えば、従来の保持具の材料は、通常、個々の歯の移動を、治療ステップの間で約０．５ｍｍに制限する。拘束は、患者に特別の値が計算されないか、またはユーザに提供されなければ付与する欠陥値を有する。拘束情報は、テキストブックおよび治療臨床医を含む種々のソースから入手可能である。
【００５１】
各歯のために中間位置を選択する際、経路生成プログラムは、衝突検出プログラムを呼び出し、衝突が選択された経路に沿って発生するかどうかを判定する。また、プログラムは、治療の過程にわたって受諾可能なかみ合わせを形成するように歯が配列していること保証するために、経路に沿って、各治療ステップでの患者の咬合を検査する。衝突または受諾できない噛み合わせが発生した場合、または、要求される拘束が満足できない場合、プログラムは、まちがった歯の経路を全ての条件が満足されるまで反復して変更する。上記の事実上の咬合器は、中間治療位置の噛み合わせ咬合をテストするための一つのツールである。
【００５２】
図７に示すように、経路生成プログラムが各歯が移動される衝突のない経路を確立すると、プログラムは、最初の位置および最終位置の間の各歯のための曲線をより直線的に変換することを試みる最適化ルーチンを呼ぶ。ルーチンは、治療ステップ（ステップ１７０２）の間の点で、例えば、各治療ステップ間の２つのサンプルポイント配置し、各歯のために、サンプルポイント間で適合するより線形の治療経路を計算することにより、各治療経路をサンプリングするによって開始する（ステップ１７０４）。ルーチンは、次いで、衝突検出アルゴリズムを適用し、衝突が変更された経路からの結果であるかどうかを判定する（ステップ１７０６）。その経路の結果である場合、ルーチンは、変更された経路を再度サンプリングし（ステップ１７０８）、次いで、各歯のために代わりの経路をサンプル間に構成する（ステップ１７１０）。ルーチンは、衝突が発生しなくなるまでこの方法で継続する（ステップ１７１２）。
【００５３】
いくつかの実施形態では、上記で触れたように、ソフトウェアが、ＩＤＤＳおよびＦＤＤＳに基づいて、自動的に治療経路を演算する。これは、各コンポーネント、すなわち各歯の速度を判定し、最初の位置から最終位置への経路に沿って移動させる、パッチスケジューリングアルゴリズムを用いて達成される。パッチスケジューリングアルゴリズムは、「ラウンド−トリッピング（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐｐｉｎｇ）を避けながら、すなわち、歯を真っ直ぐにするために絶対に必要な間隙よりも大きい間隔に沿って歯を移動させること避けながら、治療経路を判定する。このような動きは、あまり望ましくはなく、患者にとって潜在的にネガティブな効果を有している。
【００５４】
経路スケジューリングアルゴリズムの一つの実行は、最初に、各歯を最も線形的な最初の位置から最終位置までの治療経路に拘束することによって歯の移動をスケジューリングまたは実現することを試みる。線形的な経路に沿って歯の間に衝突が発生する場合または強制的な拘束が犯された場合にのみ、アルゴリズムは、次いで、最終位置への直接でないルートをたよる。アルゴリズムは、必要であれば、中間治療ステップが最初の位置および最終位置の間の線形変換曲線に沿って存在しない経路を構成するために、上記の経路生成プロセスの一つを適用する。あるいは、アルゴリズムは、例示的な歯の配置のための好ましい治療のデータベースを引き出すことによって治療経路をスケジューリングする。このデータベースは、時間を超えて、種々の過程の治療を観測し、各一般のクラスの最初の歯の配置を用いて最も好結果をもたらすものであることが分かる治療計画を識別することによって、構成され得る。経路スケジューリングアルゴリズムは、いくつかの代替の経路を作成し、各経路をグラフィカルにユーザに提示し得る。アルゴリズムは、出力としてユーザによって選択された経路を提供する。
【００５５】
他の実行では、経路スケジューリングアルゴリズムは、妨げられない経路を、可能ない治療計画を記載する構成空間を介して見出すために確率検索技術を利用する。グローバルキーフレームが規定された２人のユーザ間のスケジューリング動作への一つのアプローチは、以下のように記載される。中間キーフレームを含む時間間隔を超えたスケジューリングは、時間インターバルを、中間キーフレームを含まないサブインターバルに分割し、これらのインターバルのそれぞれを独立してスケジューリングし、次いで、その結果のスケジュールを結びつけることによって達成される。
【００５６】
一つの実施形態において使用された衝突または障害検出アルゴリズムは、Ｓｔｅｆａｎ
Ｇｏｔｔｓｃｈａｌｋらによる、ＳＩＧＧＲＡＰＨ論文（１９９６）：「ＯＢＢＴｒｅｅ：Ａ Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｒａｐｉｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．」に記載されたアルゴリズムに基づく。ＳＩＧＧＲＡＰＨ論文の内容は、本明細書において参考として援用される。
【００５７】
アルゴリズムは、オブジェクトによって占められた空間の再帰的再分の周りに集中され、オブジェクトは、バイナリーツリーのような様式に組織化される。ＤＤＳでは、歯を表すためにトライアングルが用いられる。ツリーの各ノードが、配向されたバウンディングボックス（ＯＢＢ）として参照され、ノードの親に現れるトライアングルのサブセットを含む。親ノードの子は、それらの間に、親ノードに格納されたトライアングルデータのすべてを含む。
【００５８】
ノードのバウンディングボックスは、ノードにおけるトライアングルの周囲全てに堅く適合するように配向される。ツリー内のリーフノードは、理想的には、単一のトライアングルを含むが、一つより多くのトライアングルを含むこともあり得る。２つのオブジェクトの間で衝突を検出する工程は、オブジェクトのＯＢＢツリーが交差するかを判定する工程を含む。ツリーのルートノードのＯＢＢがオーバーラップする場合には、ルートの子は、オーバーラップに対してチェックされる。アルゴリズムは、リーフノードが到達されるまで、再帰的な様式で進行する。この点で、強いトライアングル交差ルーチンが、枝部でのトライアングルが衝突に含まれるかを判定するために用いられる。
【００５９】
本明細書に記載された衝突検出技術は、ＳＩＧＧＲＡＰＨ論文に記載された衝突検出アルゴリズムへのいくつかの増加を提供する。例えば、ＯＢＢツリーは、メモリおよび時間をセーブするために、たるんだ様式で構築され得る。このアプローチは、モデルのいくつかの部分が決して衝突に含まれないことを観察することから生じ、結論として、モデルのこのような部分のためのＯＢＢツリーは、演算される必要がない。ＯＢＢツリーは、再帰的衝突判定アルゴリズムの間に内部のノードを必要に応じて分けることによって拡張される。
【００６０】
さらに、衝突データが要求されないモデル内のトライアングルも、ＯＢＢツリーが構築されている場合、考慮から特別に排除され得る。例えば、動きが２つのレベルで見られ得る。オブジェクトは、全体的な意味で「ムービング」として概念化され得る。または、それらは、他のオブジェクトに関連する「ムービング」として概念化され得る。このようなオブジェクト間の衝突の状態は変化しないので、付加的な情報は、互いに関して休止しているオブジェクト間の衝突情報の再演算を回避することによって衝突検出のために取得された時間を向上する。
【００６１】
図８は、代替の衝突検出スキームを示し、あるスキームは、２つの歯１８０４、１８０６が沿うｚ軸１８０２に沿って配向された「衝突バッファ」を計算する。衝突バッファは、各治療ステップまたは衝突検出が要求される治療経路に沿った各位置に対して計算される。バッファを作成するために、ｘ、ｙ平面１８０８が歯１８０４、１８０６の間に規定される。平面は、２つの歯に対して「中性」でなければならない。理想的には、中性平面は、いずれの歯にも交差しないように位置決めされる。一方の歯または両方の歯との交差が避けられない場合、中性平面は、平面の対向側に、できるだけ多く、歯が存在するように配向される。言い換えると、中性平面は、他の歯と同様に、平面の同一側に各歯の表面領域の量を最小化する。
【００６２】
平面１８０８内には、格子である分離部分があり、この格子の分解能は、衝突検出ルーチンのために要求される分解能に依存する。通常の高分解能衝突バッファは、４００×４００の格子を含む。通常の低分解能バッファは、２０×２０の格子を含む。ｚ軸１８０２は、平面１８０８に対して垂直な線によって規定される。
【００６３】
歯１８０４、１８０６の相対位置は、格子内の点のそれぞれ、平面１８０８と各歯１８０４、１８０６に最も近い表面との間のｚ軸１８０２に平行な線形的な距離を計算することによって決定される。例えば、任意の所与の格子点（Ｍ、Ｎ）で、平面１８０８および後ろ側の歯１８０４の最も近い表面が、値Ｚ１（Ｍ、Ｎ）によって表わされる距離によって分離され、一方、平面１８０８および前方の歯１８０６の最も近い表面が、値Ｚ２（Ｍ、Ｎ）によって表わされる距離によって分離される。衝突バッファは、平面１８０８がｚ＝０にありおよびｚの正の値が後部の歯１８０４の方にあるように規定され、歯１８０４、１８０６は、平面１８０８上の任意の格子点（Ｍ、Ｎ）で、Ｚ１（Ｍ、Ｎ） Ｚ２（Ｍ、Ｎ）の場合に衝突する。
【００６４】
図９は、この衝突バッファスキームを実行する衝突検出ルーチンのフローチャートである。ルーチンは、最初にデータを、テストされる歯の表面の位置を示すデジタルデータセットの一つから受信する（ステップ１９００）。次いで、ルーチンは、中立のｘ、ｙ平面を規定し（ステップ１９０２）および平面に垂直なｚ−軸を作成する（ステップ１９０４）。
【００６５】
ルーチンは、次いで、平面上の第一の格子点のｘ、ｙ位置に対する、その平面と各歯の最も近い表面との間でｚ−方向内の線形距離を判定する（ステップ１９０６）。ｘ、ｙ−位置での衝突を検出するために、ルーチンは、後部の歯の最も近い表面のｚ−位置が前方の歯の最も近い表面のｚ−位置以下であるかどうかを判定する（ステップ１９０８）。ｚ−位置以下である場合、ルーチンは、エラーメッセージを作成して、ユーザに表示し、または、経路生成プログラムにフィードバックし、衝突が発生することを知らせる（ステップ１９１０）。次いで、ルーチンは、平面上の格子点に関連する全てのｘ、ｙ−位置をテストしたかどうかを判定し（ステップ１９１２）、もしそうでない場合にはステップを各残りの格子点について繰り返す。衝突検出ルーチンは、各治療ステップでの患者の口内の各対の隣接する歯に対して行われる。
【００６６】
本システムは、さらに「映画」機能を組み込み得、ユーザは、任意の点で、最初の状態から目標の位置への移動の動画を示すために、「映画」機能を使用する。これは、全体のコンポーネントの移動を治療プロセスにわたって視覚化するのに有用である。
【００６７】
上記のように、コンポーネント識別のための一つの適切なユーザインターフェースは、３次元双方向グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）である。３次元ＧＵＩは、コンポーネントの操作器にさらに有利である。このようなインターフェースは、専門の治療またはユーザに、即時で、かつ、目に見える、デジタルモデルコンポーネントとの相互作用を提供する。３次元ＧＵＩは、コンピュータに指示して特定のセグメントを操作するためのただ一つの低レベルコマンドを許容するという利点をインターフェースに提供する。言い換えれば、操作のために適合されるＧＵＩは、インターフェースよりも多くの点でより良好であり、指令、例えば、「このコンポーネントを０．１ｍｍだけ右に並進させる」等を受け入れる。このような低レベルのコマンドは、微細なチューニングに有用である。しかし、それらが、単独のインターフェアであった場合には、コンポーネント操作のプロセスは、退屈で、時間を消費する相互作用になる。
【００６８】
操作プロセスの前および操作プロセスの間、一つ以上の歯のコンポーネントは、歯根のテンプレートモデルによって増加され得る。根のテンプレートで増加された歯のモデルの操作は、例えば、ガムラインの下が強く当たることが関与する状況において、有用である。これらのテンプレートモデルは、例えば、デジタル化されたの患者の歯にｘ線表示を含む。
【００６９】
ソフトウェアは、さらに、テキストおよび／または器具の配列数を含み得るデータセットに注釈を付加すること許容する。注釈は、中断されたテキスト（すなわち、それは、３−Ｄジオメトリである）として加えられ、その結果、それは、印刷された正のモデル上に現れる。注釈が、再配置器具によって覆われる口の一部上に配置され得るが、歯の動きにとって重要ではなく、注釈は送達された再配置器具（単数または複数）上に現れ得る。
【００７０】
上記のコンポーネント識別およびコンポーネント操作のソフトウェアは、オペレーターの熟練レベルと同一基準の洗練で動作するように設計される。例えば、コンポーネント操作ソフトウェアは、歯科矯正の練習を行うことなく、歯の許可された操作および禁じられた操作に関するフィードバックを提供することによって、コンピューターオペレーターを助力することができる。一方で、歯科矯正医は、口腔内の生理学および歯の移動の動力学に優れたスキルを有し、コンポーネント識別および操作のソフトウェアをツールとして簡単に使用し、アドバイスを無能にし、またはさもなければ、無視することができる。
【００７１】
図１０は、データ処理システム５００を単純化したブロック図である。データ処理システム５００は、通常、多数の周辺デバイスとバスサブシステム５０４を介して通信する少なくとも一つのプロセッサ５０２を含む。これらの周辺デバイスは、通常、格納サブシステム５０６（メモリサブシステム５０８およびファイル格納サブシステム５１４）、一セットのユーザインターフェースおよび出力デバイス５１８、および外部ネットワーク５１６へのインターフェース（公けのスイッチングされた電話ネットワークを含む）を含む。このインターフェースは、概略的に「Ｍｏｄｅｍｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」ブロック５１６として示され、他のデータ処理システム内の対応するインターフェースデバイスに通信ネットワークインターフェース５２４を介して結合される。データ処理システム５００は、端末のまたはローエンドのパーソナルコンピュータまたはハイエンドのパーソナルコンピュータ、ワークステーションまたはメインフレームを含み得る
ユーザインターフェース入力デバイスは、通常、キーボードを含み、ポインティングデバイスおよびスキャナをさらに含み得る。ポインティングデバイスは、マウス、トラックボール、タッチパッド、またはグラフィックスタブレット、または、ディスプレイに組み込まれたタッチスクリーン等の直接的なポインティングデバイス等の間接的なポインティングデバイスであり得る。音声認識システム等の他の種類のユーザ入力デバイスが用いられ得る。
【００７２】
ユーザインターフェース出力デバイスは、プリンターおよびディスプレイサブシステムを含み得、これは、ディスプレイコントローラーおよびコントローラに結合されたディスプレイデバイスを含む。ディスプレイデバイスは、カソードレイチューブ（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または投射デバイス等のフラットパネルデバイスであり得る。ディスプレイサブシステムは、さらに、音声出力等のノンビジュアルディスプレイを提供し得る
格納サブシステム５０６は、本発明の機能を提供する、ベーシックプログラミングおよびデータ構成を維持する。上述のソフトウェアモジュールは、通常、格納サブシステム５０６に格納される。格納サブシステム５０６は、通常、メモリサブシステム５０８およびファイル格納サブシステム５１４を含む。
【００７３】
メモリサブシステム５０８は、通常、プログラム実行の間に指示およびデータを格納するための主要なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５１０および固定された指示が格納されたリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）５１２を含む複数のメモリを含む。マッキントッシュ−コンパティブルパーソナルコンピュータの場合、ＲＯＭは操作システムの部分を含み、ＩＢＭ−コンパティブルパーソナルコンピュータの場合、これはＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ
ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）を含む。
【００７４】
ファイル格納サブシステム５１４は、プログラムおよびデータファイルのための持続性（不揮発性）ストレージを提供し、通常、少なくとも一つのディスクドライブおよび少なくとも一つのフロッピー（Ｒ）ディスクドライブ（除去可能なメディアに関連する）を含む。さらに、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、光学ドライブ（全て取り外し可能なメディアに関連する）等の他のデバイスでもよい。加えて、システムは、取り外し可能なメディアカートリッジを有する種類のドライブを含み得る。取り外し可能なメディアカートリッジは、例えば、Ｉｏｍｅｇａによって売買されているもの等のハードディスクカートリッジであり得る。一つ以上のドライバが、局所領域ネットワーク上のサーバ内またはＩｎｔｅｒｎｅｔのワールドワイドウェブ上のサイト等の離れた箇所に配置され得る。
【００７５】
この文脈において、用語「バスサブシステム」は、一般に、任意のメカニズムを含み、種々のコンポーネントおよびサブシステムに互いに意図されながら通信させるように用いられる。入力デバイスおよびディスプレイを除いて、他のコンポーネントは、同一の物理的配置である必要はない。したがって、例えば、ファイル格納システムの部分は、電話線を含む種々のローカルエリアまたはワイドアリアネットワークメディアを介して結合され得る。同様に、入力デバイスおよびディスプレイは、プロセッサと同一の位置にある必要はないが、本発明は、コンＰＣＳおよびワークステーションのテキストにおいて、頻繁に実行されることが予想される。
【００７６】
バスサブシステム５０４は、単一のバスとして概略的に示されるが、通常のシステムは、ローカルバス等の複数のバスおよび一つ以上の拡張バス（例えば、ＡＤＢ、ＳＣＳＩ、ＩＳＡ、ＥＩＳＡ、ＭＣＡ、ＮｕＢｕｓ、またはＰＣＩ）、並びに、シリアルまたはパラレルポートを有する。ネットワーク接続は、通常、これらの拡張バスの一つまたはシリアルポート上のモデムのネットワークアダプター等のデバイスを介して確立される。クライアントコンピュータは、デスクトップシステムまたはポータブルシステムであり得る。
【００７７】
スキャナ５２０は、患者からまたは歯科矯正医から取得された患者の歯の鋳型をスキャニングし、スキャンされたデジタルデータセット情報をデータ処理システム５００にさらなる処理のために提供する責任を負う。分配された環境において、スキャナ５２０は、離れた位置に配置され、スキャンされたデジタルデータセット情報をデータ処理システム５００にネットワークインターフェース５２４を介して通信し得る。
【００７８】
製造装置５２２は、データ処理システム５００から受信された中間および最終のデータセット情報に基づいて歯科用器具を製造する。分配された環境において、製造装置５２２は、離れた位置に配置され、データセット情報をデータ処理システム５００からネットワークインターフェース５２４を介して受信し得る。
【００７９】
図１０のシステムは、一連の連続器具を、治療計画によって規定されたように生成し得る。治療計画は、歯科医または歯科矯正医その他等の治療専門家によって特定され得る。図１１〜１６は、歯の移動計画システムを用いた例示的な治療特定化を示す。図１１は、６０１、６０２、６０４、６０６、６１０、６１２、６１４、６１６、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４および６２５でナンバリングされた１４の歯のセットを例示的に示す。図１１の例において、歯６０１、６０２、６０４は、図の左側の方に移動するかまたは拡張する必要があるが、一方で、歯６０６、６０８、６１０および６１２は、曲線状に左の方に拡張移動する必要がある。これに対して、歯６１４、６１６および６１８は、図の右側に、曲線状に拡張して移動する必要があり、歯６１８、６２０、６２２、６２４および６２５は、右に移動される必要がある。図１１に例示された規定の終了した結果、歯は、拡張パターン内で移動される。
【００８０】
ここで、図１２に戻ると、２次元アレイ上に特定されたように、図１１の移動の図表の例示が示されている。図１２において、最上位の列は、歯の身元を識別し、左の行番号は、各歯に対するステージ配列を示す。この場合、各ステージは約２週間を要し、持続時間が増加されまたは減少され得る。図１２の例において、歯６０１は、ステージ１〜１０間に移動される。同様に、歯６０２、６０４、６０６は、ステージ１〜１０間に移動される。ステージ１０〜２０において、歯６０８は、移動される。さらに、ステージ２０〜３０において、歯６１０〜６１６が移動される。歯６１８は、ステージ１０〜２０間に移動される。また、歯６２０、６２２、６２４および６２５は、ステージ１〜１０内に移動される。２次元アレイによって特定されたように正味の結果は、拡張移動パターンである。
【００８１】
図１３〜１６は、例示的拡張移動パターンを示しているが、他のパターンが、同様に２次元アレイを用いて特定され得る。これらのパターンは、移動のライブラリーに組み込まれ得る。患者の歯の所与の最初の位置および最終の集められた位置に対して、システムは、各歯のステージ位置を選択された移動によって見出すことによってｉｎ−ｂｅｔｗｅｅｎステージを生成する。図１３〜１６は、例示的移動パターン、すなわち、Ｘ型移動、Ａ型移動、Ｖ型移動、およびＸＸ型移動その他を示す。これらの例示の移動パターンは、次に議論される。
【００８２】
例示のＸ型移動は、図１３に示されている。また、Ｘ型移動は、「全て等しい移動」として知られている。この移動では、所与の群内の全ての歯が同時に移動している。歯の経路は開始のフレームを分割することによって決定される。フレームは、歯を半分のフレームに含み、再帰的に中間経路を各半分に決定する。各フラーム内の移動する距離が所与の基準を満足する場合に再帰が停止する。移動がなされると、システムは、歯の移動を、各フレームが一つ以上の距離拘束を超えないように調整する。
【００８３】
次に、Ａ型移動が議論される。このタイプの移動では、前方の歯が最初に移動し、後方の歯がそれに続く。移動は、前方の歯が隣の前方に移動するのでＡの字に類似する。各歯において、隣の歯は、現在の歯が現在の歯の目標の位置に対してに到達した場合に移動を開始する。Ａ型移動の図が図１４に示される。
【００８４】
Ｖ型移動が図１５に示される。概念的に、Ｖ型移動は、Ａ型移動の逆である。後ろ側の歯が最初に移動し、次いで、隣の前方の歯が続く。一つの実行において、逆Ａ移動が後方の歯に対してなされるが、前方の歯は、Ｘ型移動を通過する。
【００８５】
図１６はＸＸ型移動を示しており、全２つで等しい移動を含む。後方の歯が全て等しい移動（Ｘ型）を最初に実行し、前方の歯が、すべて等しい移動を通過する。
【００８６】
様々な代替、修飾、および等価が上記コンポーネントの代わりに用いられ得る。歯の最終位置は、コンピュータ支援の技術を用いて決定され得、ユーザは、独立して一つ以上の歯を、規定の制限を満足しながら操作することにより、歯を最終位置に移動し得る。
【００８７】
加えて、本明細書に記載された技術は、ハードウェアまたはソフトウェア、またはこの２つの組み合わせに援用され得る。技術は、それぞれが、プロセッサ、プロセッサによって読み込み可能な格納メディア（揮発性または不揮発性メモリおよび／または格納素子を含む）、および適切な入力および出力デバイスを含むプログラム可能なコンピュータ上で実行するコンピュータプログラムに援用され得る。プログラムコードは、記載された機能を実行し、出力情報を生成するために入力デバイスを用いて入力されたデータに適用される。出力情報は、一つ以上の出力デバイスに適用される。
【００８８】
各プログラムは、高レベルの手続き上のまたは、オブジェクトに配向されたプログラミング言語で実行され、コンピュータシステムに関連して動作し得る。しかしながら、望みの場合、プログラムはアセンブリまたはマシン言語で実行され得る。ある場合には、言語は、編集され、または翻訳処理された言語であり得る。
【００８９】
このようなそれぞれのコンピュータプログラムは、格納媒体またはデバイスがコンピュータによって読み取られて記載した手順を実施する場合、コンピュータを構成しそして操作するための一般目的または特別目的のプログラマブルコンピュータによって読み取り可能な格納媒体またはデバイス（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、または磁気ディスク）に格納され得る。このシステムはまた、コンピュータプログラムとともに構成されたコンピュータ読み取り可能記録媒体としてインプリメントされ得る。ここで、格納媒体は上記のように構成されているので、コンピュータは特定の様式および所定の様式で動作することができる。
【００９０】
本発明は、特定の実施形態について説明されてきた。他の実施形態は特許請求の範囲内に入る。例えば、上記の３次元スキャニング法を用いて、歯のキャスティングおよび整列器を形成する材料の材料特性（例えば、収縮性および膨張性）を解析し得る。さらに、上記の３Ｄの歯モデルおよびグラフィカルインターフェイスは、従来のブレスまたは他の従来の歯科矯正器具で患者を処置する臨床医を支援するために用いられ得る。この場合、歯に付与される制約は、それに応じて変更される。さらに、歯のモデルは、対応する患者および処置する臨床医による制限されたアクセスのためのハイパーテキストトランスファープロトコル（ｈｔｔｐ）ウェブサイトに提示され得る。
【００９１】
さらに、本発明は本発明の実施形態を参照して示され、かつ説明されてきたが、上記および他の形式的変更および詳細の変更は、特許請求の範囲の意図および範囲を逸脱することなくなされ得ることを当業者は理解する。
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、一般的に歯科矯正学の分野に関し、より詳細には、歯科矯正処置計画および歯科矯正器具のコンピュータによる自動化された開発に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、美観または他の理由のための歯の再配置は、一般的に「ブレス」と呼ばれる器具を装着することによって達成される。ブレスは、ブラケット、アーチワイヤ、結紮糸、およびＯ−リング等の様々な器具を含む。この器具の患者の歯への取り付けは、処置矯正歯科医との多くの診察を要する退屈で時間のかかる計画である。その結果、従来の歯科矯正処置は、矯正歯科医の患者の収容力を制限し、歯科矯正処置をかなり高価にする。このように、従来のブレスの使用は、退屈で、時間のかかるプロセスであり、歯科矯正医の診療所への多くの来診を要する。さらに、患者の観点からブレスの使用は、見苦しく不快であり、感染の危険を示し、ブラッシング、デンタルフロス、および他のデンタル衛生処置を困難にする。
【０００３】
(２．背景技術の説明)
歯科矯正処置を完成するための歯ポジショナは、Ｋｅｓｌｉｎｇによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄ． Ｏｒａｌ．Ｓｕｒｇ．３１：２９７−３０４（１９４５）および３２：２８５−２９３（１９４６）に説明される。患者の歯の幅広い歯科矯正的な再配置のためのシリコーンポジショナの使用は、ＷａｒｕｎｅｋらによるＪ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄ．２３：６９４−７００（１９８９）に説明される。歯の位置を完成かつ維持するためのクリアなプラスチック固定装置は、Ｒａｉｎｔｒｅｅ Ｅｓｓｉｘ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｏｒｌｅａｎｓ，Ｌｏｕｉｓｉａｎａ ７０１２５，ａｎｄ Ｔｒｕ−Ｔａｉｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ ５５９０２から入手可能である。歯科矯正ポシショナの製造は、米国特許第５，１８６，６２３号、第５，０５９，１１８号、第５，０５５，０３９号、第５，０３５，６１３号、第４，８５６，９９１号、第４，７９８，５３４号、および第４，７５５，１３９号に説明される。
【０００４】
他の刊行物は、ＫｌｅｅｍａｎおよびＪａｎｓｓｅｎによる、Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎ．３０：６７３−６８０（１９９６）と、Ｃｕｒｅｔｏｎによる、Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎ．３０：３９０−３９５（１９９６）と、Ｃｈｉａｐｐｏｎｅによる、Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎ．１４：１２１−１３３（１９８０）と、Ｓｈｉｌｌｉｄａｙによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ５９：５９６−５９９（１９７０）と、Ｗｅｌｌｓによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ５８：３５１−３６６（１９７０）と、Ｃｏｔｔｉｎｇｈａｍによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ５５：２３−３１（１９６９）とを含むデンタルポジショナの製造および使用を説明する。
【０００５】
Ｋｕｒｏｄａらによる、Ａｍ．Ｊ．Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ１１０：３６５−３６９（１９９６）は、プラスタデンタル型をレーザスキャンして、型のデジタル画像を生成するための方法を説明する。
【０００６】
Ｏｒｍｃｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲受された、米国特許第５，５３３，８９５号、第５，４７４，４４８号、第５，４５４，７１７号、第５，４４７，４３２号、第５，４３１，５６２号、第５，３９５，２３８号、第５，３６８，４７８号、および第５，１３９，４１９号は、歯科矯正器具を設計するために歯のデジタル画像を操作するための方法を説明する。
【０００７】
米国特許第５，０１１，４０５号は、歯をデジタルに画像化し、歯科矯正処置のための最適なブラケット配置を決定する方法を説明する。３次元モデルを作成するために成型された歯のレーザスキャンは、米国特許第５，３３８，１９８号に説明される。米国特許第５，４５２，２１９号は、歯のモデルをレーザスキャンし、歯の型をミリングする方法を説明する。歯の輪郭のデジタルコンピュータ操作は、米国特許第５，６０７，３０５号、および第５，５８７，９１２号に説明される。顎のコンピュータ化されたデジタル画像は、米国特許第５，３４３，２０２号、および第５，３４０，３０９号に説明される。関連のある他の特許は、米国特許第５，５４９，４７６号、第５，３８２，１６４号、５，２７３，４２９号、第４，９３６，８６２号、３，８６０，８０３号、３，６６０，９００号、５，６４５，４２１号、５，０５５，０３９号、４，７９８，５３４号、第４，８５６，９９１号、第５，０３５，６１３号、第５，０５９，１１８号、第５，１８６，６２３号、および第４，７５５，１３９号を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の簡単な要旨）
１局面では、コンピュータで実現されたシステムおよび方法は、２次元アレイを用いて歯の移動パターンを特定し、この特定されたパターンに従って歯を移動させる処置経路を生成することによってデンタル処置計画を実現する。
【０００９】
本発明のインプリメンテーションは、１以上の以下のものを含む。このアレイのある次元は、歯の運動における各ステージを特定し、このアレイのある次元は、固有の歯を特定する。歯の運動は、歯に対する開始ステージおよび終了ステージを示すことによって特定される。１以上の歯の経路は、選択された歯の運動パターンに基づいて決定される。本方法は、隙間圧接（ｓｐａｃｅ ｃｌｏｓｕｒｅ）、再近接化（ｒｅｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）、デンタル拡張（ｄｅｎｔａｌ
ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）、発赤、遠位化（ｄｉｓｔａｌｉｚａｔｉｏｎ）およびより低い切歯拡張（ｌｏｗｅｒ ｉｎｃｉｓｏｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）のうち少なくとも１つを含む１以上の臨床処置規定を選択する工程を含む。各処置ステージに対して器具が製造される。この器具は、取り外し可能な器具または固定された器具のいずれかであり得る。本方法はまた、各処置ステージについて、歯に対する３次元モデルを生成する工程を含む。
【００１０】
本システムは、１以上の制限に適合し得る。この制限は、歯の密集、歯の間隔、歯の抜歯、歯の切除、歯の回転、および歯の運動に関連する。この歯は、約５度および１０度（ステージ当り）回転され得、１以上のステージ（ステージ当り）においてさらに移動させ得る。各ステージは、各歯を約０．２ｍｍ〜約０．４ｍｍ移動させる。この制限は、歯の移動において各ステージを特定する、アレイのある次元を有するアレイに格納され得る。この処置経路は、最初の位置から最後の位置まで各歯を移動させるために必要な並進の最小量を決定すること、および移動の最小量のみ必要とする各移動経路を生成することを含む。さらに、歯が等しい大きさの並進運動を受ける少なくとも１つの歯に対して中間の位置が生成され得る。さらに、歯が等しくない大きさの並進運動を受ける少なくとも１つの歯に対して中間の位置が生成され得る。１セットの規則が、患者の歯が処置経路に沿って移動する場合に発生する任意の衝突を検出するために適用され得る。衝突は、第１の歯と第２の歯との間に中立投影面を確立することによって、投影面上の基準点の各セットから正の方向および負の方向を有する平面に垂直なｚ軸を確立することによって、第１の歯までの第１の符号付けされた距離および第２の歯までの第２の符号付けされた距離を含む符号付けされた距離の対（この符号付けされた距離は、基準点を通りかつｚ軸に平行な直線上で測定される）を計算することによって、ならびに符号付けされた距離の任意の対が衝突を示す場合、衝突が発生するかを決定することによって、第１の歯と第２の歯との間の距離を計算することによって検出され得る。第１の距離に対する正の方向が第２の距離に対する正の方向と反対の位置で、符号付けされた距離の任意の対の合計がゼロ以上である場合、衝突が検出され得る。患者の歯が処置経路に従うかどうか示す情報が処置経路を修正するために使用され得る。各歯に対する１以上の候補となる処置経路が生成されて、各候補となる処置経路が選択のため人間のユーザにグラフィカルに表示され得る。患者の歯が処置経路に沿って移動する場合に発生する任意の衝突を検出するように、１セットの規則が適用され得る。第１の歯と第２の歯との間に中立投影面を確立することによって、投影面上の基準点の各セットから正の方向および負の方向を有する平面に垂直なｚ軸を確立することによって、第１の歯までの第１の符号付けされた距離および第２の歯までの第２の符号付けされた距離を含む符号付けされた距離の対（この符号付けされた距離は、基準点を通りかつｚ軸に平行な直線上で測定される）を計算することによって、ならびに任意の符号付けされた距離が衝突を示す場合、衝突が発生することを決定することによって、第１の歯と第２の歯との間の距離を計算することによって、衝突が検出され得る。符号付けされた距離の任意の対の合計がゼロ以上である場合、衝突が検出され得る。患者の歯が処置経路に沿って移動する場合に発生する任意の不適切な咬合を検出するように１セットの規則が適用され得る。不正咬合インデックスに対する値が計算されて、この値が人間のユーザに表示され得る。処置経路は、患者の歯の運動に関する制限を示すデータを受け取って、処置経路を生成するようにこのデータを適用することによって生成され得る。選択されたデータセットに対応する位置において、歯の３次元（３Ｄ）グラフィカル表示が描画され得る。処置経路に沿う歯の移動の視覚表示を提供する歯のグラフィカル表示が生成され得る。ビデオカセットレコーダ上にコントロールボタンを示すコンポーネントを有し、人間のユーザが動画を制御するように操作し得るグラフィカルインターフェイスが生成され得る。選択されたデータセット内のデータの一部が歯のグラフィカル表示を描画するために使用され得る。詳細なレベルの（ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ）圧縮が歯のグラフィカル表示を描画するためにデータセットに適用され得る。ユーザの要求に応じて、人間のユーザは、歯のグラフィカル表示を修正し得、選択されたデータセットは修正され得る。人間のユーザはグラフィカル表示における歯を選択し、これに応じて、歯に関する情報が表示され得る。この情報は、歯が処置経路に沿って移動している間に受ける運動に関連し得る。また情報は、グラフィカル表示においてその歯と別の歯との間の直線距離を示し得る。この歯は、歯科矯正に特有の複数の視角のうちの選択された角度で描画され得る。患者の歯のグラフィカル表示を見た後、人間ユーザがテキストベースのコメントを提供し得るユーザインターフェイスが設けられ得る。グラフィカル表示データは、人間がグラフィカル表示を見たいと望むリモートコンピュータにダウンロードされ得る。人間のユーザによって制御される３Ｄジャイロスコープ入力デバイスからの入力信号は、グラフィカル表示における歯の配向を変更するために印加され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、患者の顎の解剖学的関係を示す上面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、患者の下顎を詳細に示し、本発明の方法および装置によって、歯がどのように移動され得るかについての一般的な指標を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａからの単一の歯を示し、歯の移動距離がどのようにして決定されるかを規定する。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａの顎を、本発明の方法および装置によって構成されるインクリメンタル位置調整器具と共に示す。
【図３】図３は、インクリメンタル位置調整器具を作製するためのプロセスを示すブロック図である。
【図４】図４は、患者の歯の最後の配置を最適化するためのプロセスを示すフローチャートである。
【図５】図５は、歯科矯正的処置計画の様々なステップにおける歯の配置を示すフローチャートである。
【図６】図６は、歯科矯正的処置計画における中間位置の間の歯の経路を決定するためのプロセスのフローチャートである。
【図７】図７は、歯科矯正的処置計画における最初の位置から最後の位置までの歯の経路を最適化するプロセスを示すフローチャートである。
【図８】図８は、衝突検出アルゴリズムを使用するためのバッファリング技術を示す図である。
【図９】図９は、衝突検出技術のためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明による、器具を作製するシステムを示すブロック図である。
【図１１】図１１は、拡張パターンにおいて移動させる必要のある歯のセットの図である。
【図１２】図１２は、図１１の図における各歯の移動を示す例示的な２次元図である。
【図１３】図１３は、例示的なＸ−タイプ移動を示す。
【図１４】図１４は、例示的なＡ−タイプ移動を示す。
【図１５】図１５は、例示的なＶ−タイプ移動を示す。
【図１６】図１６は、例示的なＸＸ−タイプ移動を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（発明の詳細な説明）
図１は、上顎骨２２および下顎骨２０を有する頭蓋１０を示す。下顎骨２０は、ジョイント３０において頭蓋骨１０に固定される。ジョイント３０は、ｔｅｍｐｏｒｏｍａｎｄｉｂｕｌａｒ ｊｏｉｎｔ（ＴＭＪ）と呼ばれる。上顎骨２２は、上顎１０１と関連し、下顎骨２０は、下顎１００と関連する。
【００１３】
顎１００および１０１のモデルが生成され、顎１００および１０１上の歯の間のコンピュータシミュレーションモデルが相互作用する。コンピュータシミュレーションは、システムが、顎に取り付けられた歯の間の接点を含む運動に焦点を合わせることを可能にする。コンピュータシミュレーションは、システムが実際の顎の運動を描画することを可能にし、この顎の運動は、顎１００および１０１が互いに接触する場合、物理的に正確である。顎のモデルは、個々の歯を処置される位置に配置する。さらにこのモデルが使用されて、突出運動、横運動、および「歯にガイドされた」運動を含む顎の運動をシミュレートし得る。下顎１００の経路は、顎１００および１０１の解剖学的限界ではなく歯の接触によってガイドされる。運動が１つの顎に付与されるが、両方の顎に付与されてもよい。咬合決定に基づいて、歯の最後の位置が確認され得る。
【００１４】
ここで、図２Ａを参照して、下顎１００は、例えば複数の歯１０２を含む。少なくともいくつかのこれらの歯を最初の歯の配置から最後の歯の配置まで移動させ得る。どのようにして歯が動かされ得るかを説明する基準フレームとして任意の中央線（ＣＬ）が歯１０２を貫通して描かれている。この中央線（ＣＬ）に関して、軸１０４、１０６、および１０８（軸１０４は中央線）によって示される直交方向に各歯が移動され得る。それぞれ矢印１１０および１１２によって示されるように、軸１０８（歯根角）および軸１０４（トルク）の周りに回転され得る。さらに、矢印１１４によって示されるように、歯を中央線の周りに回転させ得る。従って、全ての可能な歯の自由形態運動が実行され得る。
【００１５】
図２Ｂは、任意の歯の運動の大きさが、どのようにして歯１０２上の任意の点Ｐの最大直線並進に関して規定され得るかを示す。図２Ａに規定される任意の直交方向または回転方向に歯が運動する場合、各点Ｐ１は、蓄積された並進を受ける。すなわち、通常この点は、非直線経路に従うが、処置の間、任意の２つの時刻において決定された場合、歯における任意の点の間の直線距離が存在する。従って、実際に任意の点Ｐ１は、矢印ｄ１によって示されるように、真の側面並進を受け得る一方で、第２の任意の点Ｐ２は、弓型の経路に沿って移動し、最後の並進ｄ２を生じ得る。本発明の多くの局面は、任意の特定の歯上に誘導された点Ｐ１の最大許容運動について規定される。次にこのような最大歯運動は、任意の処置ステップにおいてこの歯に対する最大歯運動を受ける、歯上のこの点Ｐ１の最大直線並進として規定される。
【００１６】
図２Ｃは、概ね上述したように、顎における個々の歯のインクリメンタル再配置を達成するために患者によって装着される一調整器具１１１を示す。この器具は、キャビティを受け取る歯を有するポリマーシェルである。これは、１９９８年１０月８日に出願された米国出願第０９／１６９，０３６号に説明され、この出願は１９９７年１０月８日出願された米国出願第０８／９４７，０８０号の優先権を主張し、さらに１９９７年６月２０日に出願された仮出願第０６／０５０，３５２号（まとめて先の出願）の優先権を主張し、これらの出願の全開示を参考として援用する。
【００１７】
先の出願において説明されるように、キャビティを受け取る歯が器具として意図された中間の歯の配置または最後の歯の配置に対応するジオメトリを有するように各ポリマーシャルに構成され得る。患者の歯は、一連のインクリメンタル位置調整器具を、患者の歯を覆うように配置することによって患者の最初の歯の配置から最後の歯の配置に再配置される。調整器具は、処置の開始時において生成され、歯の上の各器具の圧力がもはや残され得ないまで、患者は各器具を装着する。この点において、患者は、器具がこれ以上残されないまで、現在の調整器具を次の調整器具に連続して置換する。従来、一般に器具は歯に固定されず、患者は処置の間、任意の時刻で装置を配置し、置換し得る。一連の最後の器具またはいくつかの器具は、歯の配置を過補正（ｏｖｅｒｃｏｒｒｅｃｔ）するように、あるジオメトリまたは選択されたジオメトリを有し得る（すなわち、「最後」として選択されてきた歯の配置よりも個々の歯を超えて運動させるジオメトリを有する（十分に達成される場合））。このような過補正は、再配置方法が終了した後で潜在的な再発（すなわち、個々の歯が歯の予め補正された位置に戻るいくつかの運動を可能にする）を補正するために望ましくあり得る。また過補正は、補正速度を加速するために有益であり得る。すなわち、所望の中間位置または最後の位置を超えて配置されるジオメトリを有する器具を有することによって、個々の歯はより大きな速度でその位置にシフトされる。このような場合、器具の使用は、歯が器具によって規定される位置に到達する前に、終了され得る。
【００１８】
ポリマーシェル１１１は、下顎または上顎に存在する全ての歯にわたって固定され得る。しばしば、歯のうちの所定の歯のみが再配置され、器具１１１が再配置される歯に抗して残りの再配置力を付与する場合、他の歯は、器具１１１を保持するベース領域またはアンカー領域を提供する。しかし、複雑な場合では、処置の間いくつかの点において複数の歯が再配置され得る。このような場合、運動される歯はまた、再配置器具を支持するベース領域またはアンカー領域として機能し得る。
【００１９】
図２Ｃの重合器具１１１は、Ｔｒｕ−Ｔａｉｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから入手可能な熱形成デンタル材料Ｔｒｕ−Ｔａｉｎ０．０３のような適切なエラストマーポリマーの薄いシートから形成され得る。通常、ワイヤまたは他の手段が歯を覆うように器具を保持するために設けられない。しかし、いくつかの場合、器具１００における対応するレセプタクルまたは開口部を個々のアンカーまたは歯に設けることが望ましいかまたは必要であり、器具は、このようなアンカーがなければ可能ではない、歯の上の上向きの力を付与し得る。
【００２０】
図３は、患者の歯を再配置するために、患者による以後の使用のためのインクリメンタル位置調整器具を生成するためのプロセス２００を示す。第１のステップでは、最初の歯の配置を示す最初のデジタルデータセット（ＩＤＤＳ）が得られる（ステップ２０２）。
【００２１】
いくつかのインプリメンテーションでは、ＩＤＤＳは、患者の歯の物理モデルをスキャンする（レーザスキャナまたは破壊スキャナを用いて患者の歯の正インプレッションまたは負インプレッションをスキャンすること等）ことによって得られたデータを含む。正のインプレッションおよび負のインプレッションは、より正確なデータを提供するために互いにインターロックする間スキャンされ得る。また、最初のデジタルデータセットは、患者の歯の体積画像データを含み得、コンピュータは、例えば従来のマーチングキューブ（ｍａｒｃｈｉｎｇ ｃｕｂｅ）技術を用いて、この画像データを歯の表面の３Ｄ幾何学的モデルに変換し得る。いくつかの実施形態では、個々の歯のモデルは、隠れた歯の面（例えば、Ｘ線、ＣＴスキャン、またはＭＲＩ技術）によって画像化された歯根）を示すデータを含む。歯根および隠れた面はまた、患者の歯の視覚可能な面からが外挿され得る。次いで、ＩＤＤＳは、適切なグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）およびこの画像を観察および変更するのに適したソフトウェアを有するコンピュータを用いて操作される。このプロセスの詳細な局面は以下に詳細に説明される。
【００２２】
個々の歯および他の要素は、モデルにおいてセグメント化または分離され得、デジタルモデルからの個々の再配置または除去を可能にする。要素をセグメント化または分離した後、しばしばユーザは、処置専門家によって提供される規定または他の仕様書に従うことによってモデルにおいて歯を再配置する。あるいは、ユーザは、視覚的外観あるいはコンピュータにプログラムされた規則およびアルゴリズムに基づいて１以上の歯を再配置し得る。一旦、ユーザが満足すると、最後の歯の配置は最後のデジタルデータセット（ＦＤＤＳ）に組み込まれる（ステップ２０４）。
【００２３】
ステップ２０４では、患者の咀嚼システムのコンピュータ表示を生成することによって決定される。上歯および下歯の咬合は、コンピュータ表示から計算され、咀嚼システムのコンピュータ表示における相互作用に基づいて機能的な咬合が計算される。この咬合は、歯の理想的モデルのセットを生成することによって決定され得る。理想的モデルのセットにおける各理想的モデルは、患者の歯に対してカスタマイズされた、理想化された歯の配置の抽象的なモデルである。理想的なモデルをコンピュータ表示に適用した後、歯の位置は理想的なモデルに適合するように最適化される。理想的なモデルは、１以上の円弧形状によって特定されるか、または歯に関連する様々な特性を用いて特定され得る。
【００２４】
ＦＤＤＳは、モデル内の歯をその最後の位置に移動するように矯正歯科医の規定に従うことによって生成される。一実施形態では、この規定はコンピュータに組み込まれ、歯の最後の位置を自動的に計算する。代替の他の実施形態では、規定の制限を満足しつつ、１以上の歯を独立して操作することによって、ユーザは歯を最後の位置に移動する。上述の技術の様々な組み合わせが使用されて、最後の歯の位置に到達し得る。
【００２５】
ＦＤＤＳを生成するための一方法は、特定の順序で歯を移動させるステップを含む。第１に、各歯モデルの中心は、複数の方法を用いて位置合わせされ得る。一方法は標準アーチである。次いで、歯根が適切な垂直位置になるまで歯モデルを回転させる。次に、歯モデルを垂直軸の周りに回転させて適切な配向にする。次いで歯モデルは、側面から観測され、適切な垂直位置に垂直に並進させる。最後に、２つのアーチが互いに配置され、歯モデルをわずかに移動させて上アーチおよび下アーチが互いに適切に結合することを確実にする。上アーチおよび下アーチを互いに結合することは、衝突検出プロセスを用いて視覚化して、歯の接触点を強調表示する。
【００２６】
ＩＤＤＳおよびＦＤＤＳに基づいて、複数の中間デジタルデータセット（ＩＮＴＤＤＳ）は、増加的に調整された器具に対応するように規定される（ステップ２０６）。最後にインクリメンタル位置調整器具のセットは、一連のＩＮＴＤＤＳおよびＦＤＤＳに基づいて生成される（ステップ２０８）。
【００２７】
歯および他の要素が配置または除去されて最後の歯の配置のモデルを生成された後、前述のように、一連のＩＮＴＤＤＳおよびＦＤＤＳを生成する処置計画を生成することが必要である。これらのデータセットを生成するためには、一連の連続肯定にわたって、最初の位置から最後の位置までの選択された個々の歯の移動を規定またはマッピングすることが必要である。さらに、処置器具において所望の特性を生成するために他の特性をデータセットに追加することが必要である。例えば、特定目的（歯茎の苦痛を低減するため、歯周部の問題を回避するため、キャップなどを可能にするために器具と歯または顎の特定領域との間の隙間を維持する）のためのキャビティまたは凹部を規定するためにワックスパッチを画像に追加することが望ましくあり得る。さらにしばしば、アンカーを収容するために意図されたレセプタクルまたは開口部を設けることが必要であり、このアンカーは、アンカーに必要な態様（例えば、顎に対して持ち上げられるべきである）で歯が操作されることを可能にするために、歯の上に配置される。
【００２８】
上述の態様では、患者の歯が最初の処置されていない状態から最後の処置されていない状態までどのようにして移動すべきであるかに関する情報が使用されて、規定または処置プランを生成する。規定は以下のことを考慮する。
【００２９】
１．「開始位置」：最初の不正咬合の詳細な説明
２．「最後の位置」：患者の処置目的の詳細な説明
３．「移動」：最後の配置に対する所望の目標を達成するために患者の歯がどのように移動すればよいかについての詳細で連続的な説明
（１．最初の位置）
最初の位置の選択は、患者の不正咬合において詳細に説明する。考慮は、以下を含む
ａ．密集
ｂ．隙間
ｃ．切除
ｄ．抜去（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）
さらに、以下に説明される最後の位置についての考慮が使用され得る。
【００３０】
（２．最後の位置）
このセクションは、最後の位置対象物および処置目標（静的および機能的の両方）の詳細な説明である。これらの考慮は
ａ．オーバージェット
ｂ．被蓋咬合
ｃ．中央線
ｄ．機能的咬合
ｅ．分類
ｆ．トルク
ｇ．チップ
ｈ．回転
ｉ．舌／口蓋
ｊ．頬／顔面
ｋ．咬頭嵌合
ｌ．咬合の最初の位置−ＣＲ／ＣＯ考慮
ｍ．内部アーチ組織
ｎ．アーチ内の組織
ｏ．隙間
３．移動
移動部は、最終の配置に対する目的を達成するために、患者の歯を移動させる順序を明記する。このプロセスにおいて、歯科矯正医は、どの歯を歯科矯正医が移動させたいのか、およびどの歯を（移動させるのではなく）固定したいのかに関して精密な制御手段を有し、これにより、治療を別個の段階に分解する。移動順序の情報は、上部および下部のアーチの両方に対して獲得される。
【００３１】
各ステージで、大きい歯の移動および小さい歯の移動が分析される。大きな移動は、通常、歯の移動の初期に発生する。小さい移動は、通常、治療の終了近くで発生する「細目」移動として発生する。平均して、各調整器（ａｌｉｇｎｅｒ）は、２週間の期間内で、約０．２５〜０．３３ｎｍの移動を達成することができ、約５〜１０度回転させることができるべきである。しかしながら、生物学的な変化能、患者および臨床医の嗜好も考察に入れられる。さらに、遠心、チップ、およびトルク等の種々の移動が別々のパラメータを有し得る。
【００３２】
これらの考察に基づいて、歯を移動させるための計画が生成される。図４は、同時係属中の米国出願番号０９／１６９，０３４号に議論されている、歯の指標を最小化しながら歯の移動を生成するためのプロセス３００を示す。この出願の内容は、本明細書において参考として援用される。最初に、プロセス３００は自動的にまたは人の助力によって、各歯と結びつく種々の特徴を識別し、歯のモデルに到達する（ステップ３０２）。次いで、歯の理想的なモデルのセットが患者の歯の鋳型または既知の受諾可能な咬合を持った患者からのいずれかから生成される（ステップ３０３）。
【００３３】
ステップ３０２から、プロセス３００は、理想モデルへの特徴の一致に基づいて歯のモデルを近似の最終的な位置に位置決めする（ステップ３０４）。このステップにおいて、各歯のモデルは、その特徴が理想モデルでの対応する歯の特徴に調整されるように移動される。その特徴は、尖頭、窩（ｆｏｓｓａｅ）、隆起（ｒｉｄｇｅ）、間隔に基づく基準、または、形状に基づく基準に基づき得る。形状に基づく距離は、特に患者のアーチの機能として表され得る。
【００３４】
次に、プロセス３００は、歯科矯正／咬合指標を演算する（ステップ３０６）。用いられ得る一つの指標は、ＰＡＲ（Ｐｅｅｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｒａｔｉｎｇ）指標である。ＰＡＲに加えて、形状に基づく測定基準または間隔に基づく測定基準等の他の測定基準が用いられ得る。ＰＡＲ指標は、良好なかみ合わせから歯がどれだけ離れているかを識別する。スコアが、不正咬合を仕立てる種々の咬合特性に割当られる。正常な配列および咬合から逸脱するケースの度合いを表す全合計を取得するために、個々のスコアが総計される。正常な咬合および配列は、上側および下側の口内の歯の間の良好な尖頭間でのかみ合わせ、および過剰でないオーバージェットおよびオーバーバイトによる、解剖学上の近接する全接触ポイントとして規定される。
【００３５】
ＰＡＲにおいて、０のスコアは、良好な配列であることを示し、より高いスコアは、不規則性の増加されたレベルを示す。全スコアが治療前および治療後の歯の鋳型に記録される。これらのスコア間の相違は、歯科矯正の介入および活発な治療の結果としての向上の度合いを表す。ＰＡＲ指標の１１の要素は、上部右セグメント、上部前方セグメント、上部左セグメント、下部右セグメント、下部前方セグメント、下部左セグメント、右頬咬合、オーバージェット、オーバーバイト、中央線、および左頬咬合である。ＰＡＲ指標に加えて、他の指標が、理想的な位置または理想的な形状からの歯に関する特徴の隔たりに基づき得る。
【００３６】
ステップ３０６から、プロセス３００が、さらなる指標縮小移動が可能であるかどうかを判定する（ステップ３０８）。ここに、各主要軸に沿った小さな移動および小さな回転に伴う小さな移動を含めて、全ての可能な移動が試みられる。指標の値は、各小さな移動後に演算され、最良の結果に合った移動が選択される。本明細書において、最良の結果は、ＰＡＲベースの測定基準、形状ベースの判定基準または間隔ベースの判定基準等の一つ以上の測定基準を最小化する結果である。最適化は、特にシュミレートされたアニーリング技術、丘陵クライミング技術、最良の第一技術、パウエル法、および発見的技術を含む複数の技術を用い得る。シュミレートされたアニーリング技術は、指標が一時的に増加して、より低い最小値を有する検索スペースにおける他の経路が見出され得る場合に用いられ得る。しかしながら、ほぼ理想的な位置にある歯を用いて開始することによって、指標における任意の低下は、最良の結果に収束するべきである。
【００３７】
ステップ３０８において、歯を移動させることによって指標が最適化され得る場合、増加指標縮小移動の入力が加えられ（ステップ３１０）、プロセスは、ステップ３０６にループバックして、歯科矯正／咬合指標の演算を継続する。あるいは、指標がさらに最適化され得ない場合には、プロセス３００は終了する（ステップ３１２）。
【００３８】
ステップ３１０の移動を低減する指標を生成する工程において、プロセスは、歯の経路移動計画に影響を及ぼす一組の移動の強制を考慮する。一実施形態において、約５０の別個のステージのための移動情報が特定化される。各ステージは、単一の整列器を表し、この整列器は、約２週間おきに置き換えられることが予想される。したがって、各ステージは、約２週間の期間を表す。一実施形態において、二次元配列が、特定の周期で各歯に対する特定の移動を追跡するために用いられる。このアレイの１つの次元が歯の識別に関連する一方で、第二の次元が時間周期またはステージに関連する。いつ歯が移動され得るかに関する考慮は、以下に挙げる事項を含む。
【００３９】
ａ．近心
ｂ．遠位
ｃ．頬／顔
ｄ．舌／口蓋
ｅ．拡張
ｆ．空間
ｇ．過去の互いの歯の移動
ｈ．侵入
ｉ．延出
ｊ．回転
ｋ．どの歯がいつ移動するか？
ｌ．どの歯が最初に移動するか？
ｍ．どの歯が他の歯が移動される前に移動する必要があるか？
ｎ．何の移動が容易になされるか？
ｏ．固定
ｐ．臼歯を遠ざけることおよび成人における小さい拡張に関する矯正歯科医のユーザの観点
一実施形態において、ユーザは、望ましい処置ステージの数を最初から目標の歯の状態にまで変更し得る。移動されない任意のコンポーネントは、静止を保っていることが想定され、これにより、その最終的な位置が、最初の位置と同様であることが想定される（一つ以上のキーフレームが該当するコンポーネントに対して規定されない場合、中間の位置の全てに対して同様である）。
【００４０】
ユーザは、さらに、中間状態を選択し、コンポーネント位置（単数または複数）に変更することによって、「キーフレーム」を特定し得る。いくつかの実施形態において、他の状態で指示がない場合には、ソフトウェアは、自動的に線形的にすべてのユーザが特定された位置（最初の位置、すべてのキーフレーム位置、および目標位置を含む）の間で補間する。例えば、特別なコンポーネントに対して最終位置のみが規定される場合、最初のステージのあとの各接続のステージは簡単にコンポーネントに、最終位置により近い等しい線形距離および回転（特に、四元数によって）を示す。ユーザが該当するコンポーネントのための二つのキーフレムを特定する場合、コンポーネントは、最初の位置から異なるステージを介してに第二のキーフレームよって規定された位置に線形的に「移動」する。次いで、それは、できるだけ異なる方向に、線形的に、第二のキーフレームによって規定される位置に移動する。最後に、それは、おそらくできるだけさらに異なる方向に、線形的に目標位置に移動する。
【００４１】
これらの操作は各コンポーネントで独立してなされ得、その結果、あるコンポーネントに対するキーフレームは、他のコンポーネントがさらにそのキーフレームでユーザによって移動されない限り、別のコンポーネントに影響を及ぼさない。あるコンポーネントは、ある一対のステージ間の曲線に沿って加速し得るが（例えば、該当する多くのステージを有する処置計画でのステージ３および８）、一方で、別のコンポーネントは、線形的に別の対のステージ間を移動し（例えば、ステージ１〜５）、次いで、突然、方向を変更し、後のステージへの線形経路に沿ってスローダウンする（例えば、ステージ１０）。この柔軟性は、患者の治療を計画することに相当の自由度を許容する。
【００４２】
いくつかの実行において、非線形補間が、線形的に補間する代わりにまたは線形的に補間することに加えて用いられ、治療経路をキーフレーム間に構成する。一般に、選択されたポイント間で適合するように作成されたスプラインカーブ等の非線形経路は、ポイントを接合する直線のセグメントから形成された経路より短い。「治療経路」は、歯をからその最初の位置から最終位置まで移動させるための特定の歯に適用される変換曲線を描く。通常の治療経路は、上記のように、対応する歯の回転移動および並進移動のいくつかの組み合わせを含む。
【００４３】
図５は、ステップ３１０をより詳細に示す。まず、第一の歯が選択される（ステップ３１１）。次に、歯に関連する拘束が、現在のステージまたは周期のために検索される（ステップ３１２）。したがって、特定周期の時間での各歯に対する特定の移動を追跡するための二次元アレイを維持する実施形態に対して、歯の識別および時間周期またはステージ情報が、アレイ出し、現在の歯に関連する拘束を検索するために用いられる。
【００４４】
次に、拘束を考慮に入れる歯の移動計画が、生成される（ステップ３１３）。図５のプロセスが、次いで、計画された移動が隣接の歯と衝突を引き起こすかどうかを検出する（ステップ３１４）。衝突検出プロセスは、歯表面を描くジオメトリのうちのいずれが交差するかを判定する。障害がない場合、空間は自由であると考えられる。そうでない場合には、妨害される。適切な衝突検出アルゴリズムが以下により詳細に議論される。
【００４５】
衝突が発生した場合、「プッシュ」ベクトルが作成され、計画された移動の経路をシフトする（ステップ３１５）。プッシュベクトルに基づいて、現在の歯の衝突からの「跳ね上がり」および新しい歯の移動が生成される（ステップ３１６）。ステップ３１４または３１６から、現在の歯の移動は、終了される。
【００４６】
次に、図５のプロセスが、歯の移動計画がすべての歯に対して生成されたかどうかを判定し（ステップ３１７）、生成されたと判定された場合、プロセスは終了する。あるいは、治療計画における次の歯が選択され（３１８）、図５のプロセスがステップ３１２にループバックして、歯の移動計画の生成を続ける。
【００４７】
結果としての最終経路は、一連のベクトルを含み、ベクトルのそれぞれは、移動する歯の変形する並進および回転する成分一群の補間パラメータを表す。ひとまとめにして、これらは、歯間の妨害を避ける歯の移動のスケジュールを構成する。特定化された拘束の観点での歯の経路を生成するための擬似コードは、以下のように示される。
【００４８】
各歯の経路モデル用
各経路の増加用
各歯に関連する負荷拘束
拘束の観点で歯を移動させる
歯の衝突検出を実行する
衝突が発生した場合、関連された歯の衝突に対して、衝突を避けるために「プッシュ」ベクトルおよび衝突後の「跳ね上がり」を作成する
終了用
歯の経路モデルを終了する
図６は、非線形治療経路を生成するためにコンピュータで実行されるプロセスのフローチャートであり、患者の歯は、治療の間、この経路に沿って移動する。非線形経路は、通常、コンピュータプログラムによって自動的に生成されるが、いくつかの場合には、人の助力によって生成される。プログラムは、患者の歯の最初の位置および最終の位置を入力として受信し、この情報を用いて、移動される各歯に対する中間の位置を選択する（ステップ１６００）。プログラムは、次いで、従来のスプラインカーブの計算アルゴリズムを適用して、各歯の最初の位置を歯の最終の位置につなぐスプラインカーブを作成する（ステップ１６０２）。多くの状況で、カーブは拘束されて、中間位置間の最も短い経路に続く。プログラムは、次いで、中間位置間の各スプラインカーブをサンプリングし（ステップ１６０４）、衝突検出アルゴリズムをサンプルに適用する（ステップ１６０６）。任意の衝突が検出された場合、プログラムは、中間ステップの一つのために新しい位置を選択し（ステップ１６０８）、新しいスプラインカーブを作成する（１６０２）ことにより各衝突する対における少なくとも一つの歯の経路を変更する。プログラムは、次いで、新しい経路（１６０４）をサンプリングし、再度、衝突検出アルゴリズム（１６０６）を適用する。プログラムは、衝突が検出されなくなるまで、この様態で続行する。ルーチンが、次いで、例えば、ハードディスク等の電子格納デバイス内の経路位置での歯内の各点の座標をセーブすることによって、経路を格納する（ステップ１６１０）。
【００４９】
経路生成プログラムは、線形または非線形の補間のいずれを使用するにしても、歯の治療経路が各隣接する対の治療ステップ間でほぼ等しい長さになるように、治療位置を選択する。プログラムは、さらに、所与の最大速度以上で移動させるように歯の部分を押し付ける治療位置を避ける。例えば、歯は第一の経路Ｔ１に沿って最初の位置Ｔ１１から最終位置Ｔ１３に、中間位置Ｔ１２を介して移動するようにスケジューリングされ得る。中間位置Ｔ１２は、最終位置Ｔ１３により近くに存在する。別の歯は、より短い経路Ｔ２に沿って最初の位置Ｔ２１から最終位置Ｔ２３に中間位置Ｔ２２を介して移動するようにスケジューリングされる。中間位置Ｔ２２は、最初の位置Ｔ２１および最終位置Ｔ２３から等距離である。この状況において、プログラムは、第二の中間位置Ｔ１４を、最初の位置Ｔ１１および中間位置Ｔ１２からほぼ等距離であり、中間位置Ｔ１２を最後の位置Ｔ１３からほぼ同一の距離だけ分離するこれらの２つの位置を分離している第一の経路Ｔ１に沿って挿入することを選択し得る。第一の経路Ｔ１をこの方法で変更することは、第一の歯が等しい大きさのステップで移動することを保証する。しかしながら、第一の経路Ｔ１を変更することは、さらに、第二の経路Ｔ２に相対物がない付加的な治療ステップを導入する。プログラムは、第二の治療ステップの間第二の歯が静止したままであることを許容することによる、すなわち、第一の歯がある中間位置Ｔ１４から他の中間位置Ｔ１３に移動するか、または、第二の経路Ｔ２を４つの等距離の治療位置を含むように変更することによる等の種々の方法でこの状況に反応し得る。プログラムは、歯の移動を制限する一連の歯科矯正の拘束を適用することによって、いかに反応するかを判定する。
【００５０】
経路生成プログラムによって適用され得る歯科矯正の拘束は、任意の所与の時間で隣接する歯の間で許容される最小距離および最大距離、歯が移動されるべき最大の線形または回転速度、治療ステップの間に歯が移動される最大距離、歯の形状、組織の特徴および歯（例えば、強直歯は全く移動させることができない）に取り囲まれている骨、およびアライナー材料の特徴（例えば、アライナーが所与の歯を所与の時間周期を超えて移動させ得る最大距離）を含む。例えば、患者の年齢および顎の密度は、超えると患者の歯が移動を強いることができなくなる一定の「安全リミット」を指示し得る。一般に、２つの隣り合う、比較的垂直で、中央が尖っていない、側生の歯の間の間隙は、７週間毎に約１ｍｍより大きくは、閉じるべきではない。歯科矯正器具の材料の特性も、器具が歯を移動させ得る量を制限する。例えば、従来の保持具の材料は、通常、個々の歯の移動を、治療ステップの間で約０．５ｍｍに制限する。拘束は、患者に特別の値が計算されないか、またはユーザに提供されなければ付与する欠陥値を有する。拘束情報は、テキストブックおよび治療臨床医を含む種々のソースから入手可能である。
【００５１】
各歯のために中間位置を選択する際、経路生成プログラムは、衝突検出プログラムを呼び出し、衝突が選択された経路に沿って発生するかどうかを判定する。また、プログラムは、治療の過程にわたって受諾可能なかみ合わせを形成するように歯が配列していること保証するために、経路に沿って、各治療ステップでの患者の咬合を検査する。衝突または受諾できない噛み合わせが発生した場合、または、要求される拘束が満足できない場合、プログラムは、まちがった歯の経路を全ての条件が満足されるまで反復して変更する。上記の事実上の咬合器は、中間治療位置の噛み合わせ咬合をテストするための一つのツールである。
【００５２】
図７に示すように、経路生成プログラムが各歯が移動される衝突のない経路を確立すると、プログラムは、最初の位置および最終位置の間の各歯のための曲線をより直線的に変換することを試みる最適化ルーチンを呼ぶ。ルーチンは、治療ステップ（ステップ１７０２）の間の点で、例えば、各治療ステップ間の２つのサンプルポイント配置し、各歯のために、サンプルポイント間で適合するより線形の治療経路を計算することにより、各治療経路をサンプリングするによって開始する（ステップ１７０４）。ルーチンは、次いで、衝突検出アルゴリズムを適用し、衝突が変更された経路からの結果であるかどうかを判定する（ステップ１７０６）。その経路の結果である場合、ルーチンは、変更された経路を再度サンプリングし（ステップ１７０８）、次いで、各歯のために代わりの経路をサンプル間に構成する（ステップ１７１０）。ルーチンは、衝突が発生しなくなるまでこの方法で継続する（ステップ１７１２）。
【００５３】
いくつかの実施形態では、上記で触れたように、ソフトウェアが、ＩＤＤＳおよびＦＤＤＳに基づいて、自動的に治療経路を演算する。これは、各コンポーネント、すなわち各歯の速度を判定し、最初の位置から最終位置への経路に沿って移動させる、パッチスケジューリングアルゴリズムを用いて達成される。パッチスケジューリングアルゴリズムは、「ラウンド−トリッピング（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐｐｉｎｇ）を避けながら、すなわち、歯を真っ直ぐにするために絶対に必要な間隙よりも大きい間隔に沿って歯を移動させること避けながら、治療経路を判定する。このような動きは、あまり望ましくはなく、患者にとって潜在的にネガティブな効果を有している。
【００５４】
経路スケジューリングアルゴリズムの一つの実行は、最初に、各歯を最も線形的な最初の位置から最終位置までの治療経路に拘束することによって歯の移動をスケジューリングまたは実現することを試みる。線形的な経路に沿って歯の間に衝突が発生する場合または強制的な拘束が犯された場合にのみ、アルゴリズムは、次いで、最終位置への直接でないルートをたよる。アルゴリズムは、必要であれば、中間治療ステップが最初の位置および最終位置の間の線形変換曲線に沿って存在しない経路を構成するために、上記の経路生成プロセスの一つを適用する。あるいは、アルゴリズムは、例示的な歯の配置のための好ましい治療のデータベースを引き出すことによって治療経路をスケジューリングする。このデータベースは、時間を超えて、種々の過程の治療を観測し、各一般のクラスの最初の歯の配置を用いて最も好結果をもたらすものであることが分かる治療計画を識別することによって、構成され得る。経路スケジューリングアルゴリズムは、いくつかの代替の経路を作成し、各経路をグラフィカルにユーザに提示し得る。アルゴリズムは、出力としてユーザによって選択された経路を提供する。
【００５５】
他の実行では、経路スケジューリングアルゴリズムは、妨げられない経路を、可能ない治療計画を記載する構成空間を介して見出すために確率検索技術を利用する。グローバルキーフレームが規定された２人のユーザ間のスケジューリング動作への一つのアプローチは、以下のように記載される。中間キーフレームを含む時間間隔を超えたスケジューリングは、時間インターバルを、中間キーフレームを含まないサブインターバルに分割し、これらのインターバルのそれぞれを独立してスケジューリングし、次いで、その結果のスケジュールを結びつけることによって達成される。
【００５６】
一つの実施形態において使用された衝突または障害検出アルゴリズムは、Ｓｔｅｆａｎ
Ｇｏｔｔｓｃｈａｌｋらによる、ＳＩＧＧＲＡＰＨ論文（１９９６）：「ＯＢＢＴｒｅｅ：Ａ Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｒａｐｉｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．」に記載されたアルゴリズムに基づく。ＳＩＧＧＲＡＰＨ論文の内容は、本明細書において参考として援用される。
【００５７】
アルゴリズムは、オブジェクトによって占められた空間の再帰的再分の周りに集中され、オブジェクトは、バイナリーツリーのような様式に組織化される。ＤＤＳでは、歯を表すためにトライアングルが用いられる。ツリーの各ノードが、配向されたバウンディングボックス（ＯＢＢ）として参照され、ノードの親に現れるトライアングルのサブセットを含む。親ノードの子は、それらの間に、親ノードに格納されたトライアングルデータのすべてを含む。
【００５８】
ノードのバウンディングボックスは、ノードにおけるトライアングルの周囲全てに堅く適合するように配向される。ツリー内のリーフノードは、理想的には、単一のトライアングルを含むが、一つより多くのトライアングルを含むこともあり得る。２つのオブジェクトの間で衝突を検出する工程は、オブジェクトのＯＢＢツリーが交差するかを判定する工程を含む。ツリーのルートノードのＯＢＢがオーバーラップする場合には、ルートの子は、オーバーラップに対してチェックされる。アルゴリズムは、リーフノードが到達されるまで、再帰的な様式で進行する。この点で、強いトライアングル交差ルーチンが、枝部でのトライアングルが衝突に含まれるかを判定するために用いられる。
【００５９】
本明細書に記載された衝突検出技術は、ＳＩＧＧＲＡＰＨ論文に記載された衝突検出アルゴリズムへのいくつかの増加を提供する。例えば、ＯＢＢツリーは、メモリおよび時間をセーブするために、たるんだ様式で構築され得る。このアプローチは、モデルのいくつかの部分が決して衝突に含まれないことを観察することから生じ、結論として、モデルのこのような部分のためのＯＢＢツリーは、演算される必要がない。ＯＢＢツリーは、再帰的衝突判定アルゴリズムの間に内部のノードを必要に応じて分けることによって拡張される。
【００６０】
さらに、衝突データが要求されないモデル内のトライアングルも、ＯＢＢツリーが構築されている場合、考慮から特別に排除され得る。例えば、動きが２つのレベルで見られ得る。オブジェクトは、全体的な意味で「ムービング」として概念化され得る。または、それらは、他のオブジェクトに関連する「ムービング」として概念化され得る。このようなオブジェクト間の衝突の状態は変化しないので、付加的な情報は、互いに関して休止しているオブジェクト間の衝突情報の再演算を回避することによって衝突検出のために取得された時間を向上する。
【００６１】
図８は、代替の衝突検出スキームを示し、あるスキームは、２つの歯１８０４、１８０６が沿うｚ軸１８０２に沿って配向された「衝突バッファ」を計算する。衝突バッファは、各治療ステップまたは衝突検出が要求される治療経路に沿った各位置に対して計算される。バッファを作成するために、ｘ、ｙ平面１８０８が歯１８０４、１８０６の間に規定される。平面は、２つの歯に対して「中性」でなければならない。理想的には、中性平面は、いずれの歯にも交差しないように位置決めされる。一方の歯または両方の歯との交差が避けられない場合、中性平面は、平面の対向側に、できるだけ多く、歯が存在するように配向される。言い換えると、中性平面は、他の歯と同様に、平面の同一側に各歯の表面領域の量を最小化する。
【００６２】
平面１８０８内には、格子である分離部分があり、この格子の分解能は、衝突検出ルーチンのために要求される分解能に依存する。通常の高分解能衝突バッファは、４００×４００の格子を含む。通常の低分解能バッファは、２０×２０の格子を含む。ｚ軸１８０２は、平面１８０８に対して垂直な線によって規定される。
【００６３】
歯１８０４、１８０６の相対位置は、格子内の点のそれぞれ、平面１８０８と各歯１８０４、１８０６に最も近い表面との間のｚ軸１８０２に平行な線形的な距離を計算することによって決定される。例えば、任意の所与の格子点（Ｍ、Ｎ）で、平面１８０８および後ろ側の歯１８０４の最も近い表面が、値Ｚ１（Ｍ、Ｎ）によって表わされる距離によって分離され、一方、平面１８０８および前方の歯１８０６の最も近い表面が、値Ｚ２（Ｍ、Ｎ）によって表わされる距離によって分離される。衝突バッファは、平面１８０８がｚ＝０にありおよびｚの正の値が後部の歯１８０４の方にあるように規定され、歯１８０４、１８０６は、平面１８０８上の任意の格子点（Ｍ、Ｎ）で、Ｚ１（Ｍ、Ｎ） Ｚ２（Ｍ、Ｎ）の場合に衝突する。
【００６４】
図９は、この衝突バッファスキームを実行する衝突検出ルーチンのフローチャートである。ルーチンは、最初にデータを、テストされる歯の表面の位置を示すデジタルデータセットの一つから受信する（ステップ１９００）。次いで、ルーチンは、中立のｘ、ｙ平面を規定し（ステップ１９０２）および平面に垂直なｚ−軸を作成する（ステップ１９０４）。
【００６５】
ルーチンは、次いで、平面上の第一の格子点のｘ、ｙ位置に対する、その平面と各歯の最も近い表面との間でｚ−方向内の線形距離を判定する（ステップ１９０６）。ｘ、ｙ−位置での衝突を検出するために、ルーチンは、後部の歯の最も近い表面のｚ−位置が前方の歯の最も近い表面のｚ−位置以下であるかどうかを判定する（ステップ１９０８）。ｚ−位置以下である場合、ルーチンは、エラーメッセージを作成して、ユーザに表示し、または、経路生成プログラムにフィードバックし、衝突が発生することを知らせる（ステップ１９１０）。次いで、ルーチンは、平面上の格子点に関連する全てのｘ、ｙ−位置をテストしたかどうかを判定し（ステップ１９１２）、もしそうでない場合にはステップを各残りの格子点について繰り返す。衝突検出ルーチンは、各治療ステップでの患者の口内の各対の隣接する歯に対して行われる。
【００６６】
本システムは、さらに「映画」機能を組み込み得、ユーザは、任意の点で、最初の状態から目標の位置への移動の動画を示すために、「映画」機能を使用する。これは、全体のコンポーネントの移動を治療プロセスにわたって視覚化するのに有用である。
【００６７】
上記のように、コンポーネント識別のための一つの適切なユーザインターフェースは、３次元双方向グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）である。３次元ＧＵＩは、コンポーネントの操作器にさらに有利である。このようなインターフェースは、専門の治療またはユーザに、即時で、かつ、目に見える、デジタルモデルコンポーネントとの相互作用を提供する。３次元ＧＵＩは、コンピュータに指示して特定のセグメントを操作するためのただ一つの低レベルコマンドを許容するという利点をインターフェースに提供する。言い換えれば、操作のために適合されるＧＵＩは、インターフェースよりも多くの点でより良好であり、指令、例えば、「このコンポーネントを０．１ｍｍだけ右に並進させる」等を受け入れる。このような低レベルのコマンドは、微細なチューニングに有用である。しかし、それらが、単独のインターフェアであった場合には、コンポーネント操作のプロセスは、退屈で、時間を消費する相互作用になる。
【００６８】
操作プロセスの前および操作プロセスの間、一つ以上の歯のコンポーネントは、歯根のテンプレートモデルによって増加され得る。根のテンプレートで増加された歯のモデルの操作は、例えば、ガムラインの下が強く当たることが関与する状況において、有用である。これらのテンプレートモデルは、例えば、デジタル化されたの患者の歯にｘ線表示を含む。
【００６９】
ソフトウェアは、さらに、テキストおよび／または器具の配列数を含み得るデータセットに注釈を付加すること許容する。注釈は、中断されたテキスト（すなわち、それは、３−Ｄジオメトリである）として加えられ、その結果、それは、印刷された正のモデル上に現れる。注釈が、再配置器具によって覆われる口の一部上に配置され得るが、歯の動きにとって重要ではなく、注釈は送達された再配置器具（単数または複数）上に現れ得る。
【００７０】
上記のコンポーネント識別およびコンポーネント操作のソフトウェアは、オペレーターの熟練レベルと同一基準の洗練で動作するように設計される。例えば、コンポーネント操作ソフトウェアは、歯科矯正の練習を行うことなく、歯の許可された操作および禁じられた操作に関するフィードバックを提供することによって、コンピューターオペレーターを助力することができる。一方で、歯科矯正医は、口腔内の生理学および歯の移動の動力学に優れたスキルを有し、コンポーネント識別および操作のソフトウェアをツールとして簡単に使用し、アドバイスを無能にし、またはさもなければ、無視することができる。
【００７１】
図１０は、データ処理システム５００を単純化したブロック図である。データ処理システム５００は、通常、多数の周辺デバイスとバスサブシステム５０４を介して通信する少なくとも一つのプロセッサ５０２を含む。これらの周辺デバイスは、通常、格納サブシステム５０６（メモリサブシステム５０８およびファイル格納サブシステム５１４）、一セットのユーザインターフェースおよび出力デバイス５１８、および外部ネットワーク５１６へのインターフェース（公けのスイッチングされた電話ネットワークを含む）を含む。このインターフェースは、概略的に「Ｍｏｄｅｍｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」ブロック５１６として示され、他のデータ処理システム内の対応するインターフェースデバイスに通信ネットワークインターフェース５２４を介して結合される。データ処理システム５００は、端末のまたはローエンドのパーソナルコンピュータまたはハイエンドのパーソナルコンピュータ、ワークステーションまたはメインフレームを含み得る
ユーザインターフェース入力デバイスは、通常、キーボードを含み、ポインティングデバイスおよびスキャナをさらに含み得る。ポインティングデバイスは、マウス、トラックボール、タッチパッド、またはグラフィックスタブレット、または、ディスプレイに組み込まれたタッチスクリーン等の直接的なポインティングデバイス等の間接的なポインティングデバイスであり得る。音声認識システム等の他の種類のユーザ入力デバイスが用いられ得る。
【００７２】
ユーザインターフェース出力デバイスは、プリンターおよびディスプレイサブシステムを含み得、これは、ディスプレイコントローラーおよびコントローラに結合されたディスプレイデバイスを含む。ディスプレイデバイスは、カソードレイチューブ（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または投射デバイス等のフラットパネルデバイスであり得る。ディスプレイサブシステムは、さらに、音声出力等のノンビジュアルディスプレイを提供し得る
格納サブシステム５０６は、本発明の機能を提供する、ベーシックプログラミングおよびデータ構成を維持する。上述のソフトウェアモジュールは、通常、格納サブシステム５０６に格納される。格納サブシステム５０６は、通常、メモリサブシステム５０８およびファイル格納サブシステム５１４を含む。
【００７３】
メモリサブシステム５０８は、通常、プログラム実行の間に指示およびデータを格納するための主要なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５１０および固定された指示が格納されたリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）５１２を含む複数のメモリを含む。マッキントッシュ−コンパティブルパーソナルコンピュータの場合、ＲＯＭは操作システムの部分を含み、ＩＢＭ−コンパティブルパーソナルコンピュータの場合、これはＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ
ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）を含む。
【００７４】
ファイル格納サブシステム５１４は、プログラムおよびデータファイルのための持続性（不揮発性）ストレージを提供し、通常、少なくとも一つのディスクドライブおよび少なくとも一つのフロッピー（Ｒ）ディスクドライブ（除去可能なメディアに関連する）を含む。さらに、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、光学ドライブ（全て取り外し可能なメディアに関連する）等の他のデバイスでもよい。加えて、システムは、取り外し可能なメディアカートリッジを有する種類のドライブを含み得る。取り外し可能なメディアカートリッジは、例えば、Ｉｏｍｅｇａによって売買されているもの等のハードディスクカートリッジであり得る。一つ以上のドライバが、局所領域ネットワーク上のサーバ内またはＩｎｔｅｒｎｅｔのワールドワイドウェブ上のサイト等の離れた箇所に配置され得る。
【００７５】
この文脈において、用語「バスサブシステム」は、一般に、任意のメカニズムを含み、種々のコンポーネントおよびサブシステムに互いに意図されながら通信させるように用いられる。入力デバイスおよびディスプレイを除いて、他のコンポーネントは、同一の物理的配置である必要はない。したがって、例えば、ファイル格納システムの部分は、電話線を含む種々のローカルエリアまたはワイドアリアネットワークメディアを介して結合され得る。同様に、入力デバイスおよびディスプレイは、プロセッサと同一の位置にある必要はないが、本発明は、コンＰＣＳおよびワークステーションのテキストにおいて、頻繁に実行されることが予想される。
【００７６】
バスサブシステム５０４は、単一のバスとして概略的に示されるが、通常のシステムは、ローカルバス等の複数のバスおよび一つ以上の拡張バス（例えば、ＡＤＢ、ＳＣＳＩ、ＩＳＡ、ＥＩＳＡ、ＭＣＡ、ＮｕＢｕｓ、またはＰＣＩ）、並びに、シリアルまたはパラレルポートを有する。ネットワーク接続は、通常、これらの拡張バスの一つまたはシリアルポート上のモデムのネットワークアダプター等のデバイスを介して確立される。クライアントコンピュータは、デスクトップシステムまたはポータブルシステムであり得る。
【００７７】
スキャナ５２０は、患者からまたは歯科矯正医から取得された患者の歯の鋳型をスキャニングし、スキャンされたデジタルデータセット情報をデータ処理システム５００にさらなる処理のために提供する責任を負う。分配された環境において、スキャナ５２０は、離れた位置に配置され、スキャンされたデジタルデータセット情報をデータ処理システム５００にネットワークインターフェース５２４を介して通信し得る。
【００７８】
製造装置５２２は、データ処理システム５００から受信された中間および最終のデータセット情報に基づいて歯科用器具を製造する。分配された環境において、製造装置５２２は、離れた位置に配置され、データセット情報をデータ処理システム５００からネットワークインターフェース５２４を介して受信し得る。
【００７９】
図１０のシステムは、一連の連続器具を、治療計画によって規定されたように生成し得る。治療計画は、歯科医または歯科矯正医その他等の治療専門家によって特定され得る。図１１〜１６は、歯の移動計画システムを用いた例示的な治療特定化を示す。図１１は、６０１、６０２、６０４、６０６、６１０、６１２、６１４、６１６、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４および６２５でナンバリングされた１４の歯のセットを例示的に示す。図１１の例において、歯６０１、６０２、６０４は、図の左側の方に移動するかまたは拡張する必要があるが、一方で、歯６０６、６０８、６１０および６１２は、曲線状に左の方に拡張移動する必要がある。これに対して、歯６１４、６１６および６１８は、図の右側に、曲線状に拡張して移動する必要があり、歯６１８、６２０、６２２、６２４および６２５は、右に移動される必要がある。図１１に例示された規定の終了した結果、歯は、拡張パターン内で移動される。
【００８０】
ここで、図１２に戻ると、２次元アレイ上に特定されたように、図１１の移動の図表の例示が示されている。図１２において、最上位の列は、歯の身元を識別し、左の行番号は、各歯に対するステージ配列を示す。この場合、各ステージは約２週間を要し、持続時間が増加されまたは減少され得る。図１２の例において、歯６０１は、ステージ１〜１０間に移動される。同様に、歯６０２、６０４、６０６は、ステージ１〜１０間に移動される。ステージ１０〜２０において、歯６０８は、移動される。さらに、ステージ２０〜３０において、歯６１０〜６１６が移動される。歯６１８は、ステージ１０〜２０間に移動される。また、歯６２０、６２２、６２４および６２５は、ステージ１〜１０内に移動される。２次元アレイによって特定されたように正味の結果は、拡張移動パターンである。
【００８１】
図１３〜１６は、例示的拡張移動パターンを示しているが、他のパターンが、同様に２次元アレイを用いて特定され得る。これらのパターンは、移動のライブラリーに組み込まれ得る。患者の歯の所与の最初の位置および最終の集められた位置に対して、システムは、各歯のステージ位置を選択された移動によって見出すことによってｉｎ−ｂｅｔｗｅｅｎステージを生成する。図１３〜１６は、例示的移動パターン、すなわち、Ｘ型移動、Ａ型移動、Ｖ型移動、およびＸＸ型移動その他を示す。これらの例示の移動パターンは、次に議論される。
【００８２】
例示のＸ型移動は、図１３に示されている。また、Ｘ型移動は、「全て等しい移動」として知られている。この移動では、所与の群内の全ての歯が同時に移動している。歯の経路は開始のフレームを分割することによって決定される。フレームは、歯を半分のフレームに含み、再帰的に中間経路を各半分に決定する。各フラーム内の移動する距離が所与の基準を満足する場合に再帰が停止する。移動がなされると、システムは、歯の移動を、各フレームが一つ以上の距離拘束を超えないように調整する。
【００８３】
次に、Ａ型移動が議論される。このタイプの移動では、前方の歯が最初に移動し、後方の歯がそれに続く。移動は、前方の歯が隣の前方に移動するのでＡの字に類似する。各歯において、隣の歯は、現在の歯が現在の歯の目標の位置に対してに到達した場合に移動を開始する。Ａ型移動の図が図１４に示される。
【００８４】
Ｖ型移動が図１５に示される。概念的に、Ｖ型移動は、Ａ型移動の逆である。後ろ側の歯が最初に移動し、次いで、隣の前方の歯が続く。一つの実行において、逆Ａ移動が後方の歯に対してなされるが、前方の歯は、Ｘ型移動を通過する。
【００８５】
図１６はＸＸ型移動を示しており、全２つで等しい移動を含む。後方の歯が全て等しい移動（Ｘ型）を最初に実行し、前方の歯が、すべて等しい移動を通過する。
【００８６】
様々な代替、修飾、および等価が上記コンポーネントの代わりに用いられ得る。歯の最終位置は、コンピュータ支援の技術を用いて決定され得、ユーザは、独立して一つ以上の歯を、規定の制限を満足しながら操作することにより、歯を最終位置に移動し得る。
【００８７】
加えて、本明細書に記載された技術は、ハードウェアまたはソフトウェア、またはこの２つの組み合わせに援用され得る。技術は、それぞれが、プロセッサ、プロセッサによって読み込み可能な格納メディア（揮発性または不揮発性メモリおよび／または格納素子を含む）、および適切な入力および出力デバイスを含むプログラム可能なコンピュータ上で実行するコンピュータプログラムに援用され得る。プログラムコードは、記載された機能を実行し、出力情報を生成するために入力デバイスを用いて入力されたデータに適用される。出力情報は、一つ以上の出力デバイスに適用される。
【００８８】
各プログラムは、高レベルの手続き上のまたは、オブジェクトに配向されたプログラミング言語で実行され、コンピュータシステムに関連して動作し得る。しかしながら、望みの場合、プログラムはアセンブリまたはマシン言語で実行され得る。ある場合には、言語は、編集され、または翻訳処理された言語であり得る。
【００８９】
このようなそれぞれのコンピュータプログラムは、格納媒体またはデバイスがコンピュータによって読み取られて記載した手順を実施する場合、コンピュータを構成しそして操作するための一般目的または特別目的のプログラマブルコンピュータによって読み取り可能な格納媒体またはデバイス（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、または磁気ディスク）に格納され得る。このシステムはまた、コンピュータプログラムとともに構成されたコンピュータ読み取り可能記録媒体としてインプリメントされ得る。ここで、格納媒体は上記のように構成されているので、コンピュータは特定の様式および所定の様式で動作することができる。
【００９０】
本発明は、特定の実施形態について説明されてきた。他の実施形態は特許請求の範囲内に入る。例えば、上記の３次元スキャニング法を用いて、歯のキャスティングおよび整列器を形成する材料の材料特性（例えば、収縮性および膨張性）を解析し得る。さらに、上記の３Ｄの歯モデルおよびグラフィカルインターフェイスは、従来のブレスまたは他の従来の歯科矯正器具で患者を処置する臨床医を支援するために用いられ得る。この場合、歯に付与される制約は、それに応じて変更される。さらに、歯のモデルは、対応する患者および処置する臨床医による制限されたアクセスのためのハイパーテキストトランスファープロトコル（ｈｔｔｐ）ウェブサイトに提示され得る。
【００９１】
さらに、本発明は本発明の実施形態を参照して示され、かつ説明されてきたが、上記および他の形式的変更および詳細の変更は、特許請求の範囲の意図および範囲を逸脱することなくなされ得ることを当業者は理解する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本明細書に記載の発明。
【請求項１】
本明細書に記載の発明。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【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２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【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】
【公開番号】特開２０１２−１０６０１３（Ｐ２０１２−１０６０１３Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９６４４（Ｐ２０１２−１９６４４）
【出願日】平成２４年２月１日（２０１２．２．１）
【分割の表示】特願２００８−１１１７３３（Ｐ２００８−１１１７３３）の分割
【原出願日】平成１３年４月２４日（２００１．４．２４）
【出願人】（５０１２１４８４５）アライン テクノロジー， インコーポレイテッド (53)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１日（２０１２．２．１）
【分割の表示】特願２００８−１１１７３３（Ｐ２００８−１１１７３３）の分割
【原出願日】平成１３年４月２４日（２００１．４．２４）
【出願人】（５０１２１４８４５）アライン テクノロジー， インコーポレイテッド (53)
【Ｆターム（参考）】
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