具有牙科诊断能力的口内扫描仪制造技术

本公开涉及具有牙科诊断能力的口内扫描仪。用于生成受试者的牙齿的模型的方法和装置。本文描述了用于生成包括表面特征和内部特征的受试者的口内区域(如牙齿)的三维模型的口内扫描方法和装置。这些方法和装置可以用于识别和评估牙齿的病变、龋齿和裂纹。这些方法和装置中的任一个可以使用最小化散射系数和/或分割来形成牙齿的体积模型。

Intraoral scanner with dental diagnostic ability

The present disclosure relates to an intraoral scanner with dental diagnostic ability. A method and device for generating a model of the tooth of a subject. This article describes an intraoral scanning method and device for generating a three-dimensional model of the intraoral region (such as teeth) of the subjects including surface and internal characteristics. These methods and devices can be used to identify and evaluate dental lesions, caries and cracks. Any of these methods and devices can use a volume model that can be used to minimize the scattering coefficient and / or partition to form the teeth.

【技术实现步骤摘要】
具有牙科诊断能力的口内扫描仪相关申请的交叉引用本专利申请要求以下各项的优先权：2016年7月27日提交的且标题为“INTRAORALSCANNERWITHDENTALDIAGNOSTICSCAPABILITIES”的美国临时专利申请第62/367,607号；2017年3月27日提交的且标题为“INTRAORALSCANNERWITHDENTALDIAGNOSTICSCAPABILITIES”的美国临时专利申请第62/477,387号；和2017年6月9日提交的且标题为“MINIMALVALUELIFTINGTOFORMAVOLUMETRICMODELOFANOBJECT”的美国临时专利申请第62/517,467号。这些专利申请中的每一个通过引用以其整体并入本文。通过引用并入本说明书中提及的所有公开和专利申请均通过引用以其整体并入本文，其程度如同每个单独的公开或专利申请被明确地和单独地指出以通过引用并入。领域本文描述的方法和装置可以涉及光学扫描仪，且特别是用于生成对象的三维表示。特别地，本文描述了可用于包括3D扫描的扫描和对口腔分析以用于诊断、治疗、纵向跟踪、牙齿测量以及龋齿和裂纹的检测的方法和装置。这些方法和装置可生成体积模型，和/或可包括彩色扫描。背景许多牙科和正畸手术可以得益于对患者齿状和口腔的精确三维(3D)描述。特别地，提供包括牙釉质和牙本质及龋齿的牙齿的表面和内部结构的三维描述以及牙齿体积的一般内部组成将是有帮助的。虽然牙齿3D表面的纯表面表示已被证明在牙科假体(例如，牙冠或牙桥)的设计和制造以及治疗计划中非常有用，但是对内部结构(包括牙釉质和下面牙本质中的龋齿和裂纹的生长)进行成像的能力将非常有用，特别是与表面形貌绘图相结合。历史上，已经使用电离辐射(例如，X射线)来对牙齿成像。例如，X射线咬翼片照相通常用于向牙齿提供非定量图像。然而，除了电离辐射的风险之外，这样的图像通常在其显示特征的能力方面受到限制并且可能涉及漫长且昂贵的程序。诸如锥束计算断层摄影术的其他技术可提供层析图像，但仍需要电离辐射。因此，提供可以用于对受试者的牙齿或多个牙齿建模并且包括外部(表面)和内部(在牙釉质和牙本质内)结构和组成的、包括诸如口内扫描系统的设备和系统的方法和装置将是有益的。特别地，提供可以使用单个装置来提供该能力的方法和装置将是有帮助的。存在对于改进的方法和系统来用于扫描患者口腔和/或用于使牙龋齿(dentalcarries)的识别和分析自动化的需要。公开概述通常，本文描述了用于扫描牙齿的外部和/或内部结构的方法和装置(例如，设备和系统)。这些方法和装置可以生成包括表面形貌和内部特征(例如，牙本质、牙填充体、裂纹和/或龋齿)的受试者牙齿的模型。这些装置中的任何一个可以包括用于扫描受试者的口腔中或周围的口内扫描仪，并且其配备有可以在以下两个或更多个光谱范围中照射的一个光源或多个光源：表面特征照射光谱范围(例如，可见光)和穿透光谱范围(例如，IR范围且特别是“近IR”，包括但不限于850nm)。扫描装置还可以包括用于检测发射光的一个或更多个传感器和一个或更多个处理器，该一个或更多个处理器用于控制扫描操作并且用于分析来自第一光谱范围和第二光谱范围的接收光，以生成包括牙齿表面和牙齿内(包括在牙釉质和牙本质内)的特征的受试者的牙齿的模型。本文描述的方法通常包括用于生成受试者牙齿的模型的方法，其通常生成包括表面和内部特征的牙齿的三维模型或渲染。可以使用成像和/或检测内部结构的非电离方法，诸如使用穿透波长拍摄图像以通过使用一个或更多个穿透光谱范围(波长)来照射它们而观察牙齿内的结构，包括使用透照法(trans-illumination)(例如，从一侧照射和在穿过对象之后从相对侧捕获光)、和/或小角度穿透成像(例如，反射成像，当以穿透波长照射时捕获从内部结构反射/散射的光)。特别地，可以从相同的相对位置拍摄多个穿透图像。尽管可以使用传统的穿透成像技术(例如，透照法)，其中光发射器照射方向和检测器(例如，相机)视角之间的角度为90度或180度，但是本文还描述了其中角度小得多(例如，0度与25度之间、0度与20度之间、0度至15度之间、0度至10度之间等等)的方法和装置。较小的角度(例如，0-15°)可能是特别有利的，因为照射(光源)和感测(检测器(detector(s))，例如相机(camera(s))等)可以彼此更靠近，并且可以提供可以更容易地在受试者的牙齿周围定位和移动的用于口内扫描仪的扫描棒。这些小角度穿透图像和成像技术在本文中也可以称为反射照射和/或成像，或者为反射/散射成像。一般来说，穿透成像可以指任何适当类型的穿透成像，除非另有说明，包括透照法、小角度穿透成像等。本文描述的方法和装置特别有效地将一个牙齿或多个牙齿的3D表面模型与诸如损伤(龋齿，裂纹等)的成像的内部特征组合，该内部特征可以通过对由使用口内扫描仪来进行穿透成像的使用来检测，该口内扫描仪适用于表面和内部特征的分开但同时(或几乎同时)的检测。将表面扫描和穿透成像组合可以通过以允许对两者使用相同坐标系的方式在这些不同模态之间交替或切换来执行。可选地，表面和穿透扫描二者可以例如通过选择性地对成像的波长滤波以分离IR(近IR)光与可见光而同时进行观看。因此，3D表面数据可提供关于内部结构的重要参考和角度信息，并且可以允许对原本可能难以解释或不可解释的透照图像进行解释和分析。例如，本文描述了用于生成受试者牙齿的模型的方法，包括以下步骤：使用口内扫描仪捕获受试者的牙齿的至少一部分的三维(3D)表面模型数据；利用口内扫描仪使用穿透波长对牙齿拍摄多个图像；以及使用3D表面模型数据和多个图像来形成包括内部结构的牙齿的3D模型。用于生成受试者的牙齿的模型的方法可以包括：用在第一成像模态下操作的口内扫描仪捕获受试者的牙齿的至少一部分的三维(3D)表面模型数据，其中3D表面模型数据具有第一坐标系；使用穿透波长以第二成像模态操作的口内扫描仪对牙齿拍摄多个图像，其中所述多个图像参考第一坐标系；以及使用3D表面模型数据和所述多个图像来形成包括内部结构的牙齿的3D模型。通常，捕获3D表面模型数据可以包括使用任何适当的方法来确定3D表面拓扑。例如，确定3D表面拓扑可以包括使用共焦聚焦。捕获3D表面模型数据可以包括使用以下中的一种或更多种：共焦扫描、立体视觉或结构光三角测量。本文描述的方法和装置中的任一个可以用于对单个牙齿或牙齿的区域、多个牙齿、牙齿和牙龈或其它口内结构(特别是在受试者的口部内)进行建模、成像和/或渲染3D图像。通常，本文所述的方法及用于执行它们的装置包括3D彩色口内扫描/扫描仪。例如，该方法可以包括捕获彩色口内3D数据。如将在下面更详细地描述的，该方法和装置可以控制在收集表面数据和收集穿透成像(穿透)数据之间的切换。例如，这些方法中任意一个方法可包括例如通过在第一成像模态和第二(穿透)成像模式之间切换来在3D表面模型数据被捕获时使用穿透波长拍摄图像。可以使用相同的传感器或不同的传感器来收集表面和内部特征数据。例如，拍摄多个图像可以包括在口内扫描器上使用相同的传感器来捕获3D表面模型数据和使用穿透波长捕获多个图像。可选地，可以使用单独的传感器或多个传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成受试者的牙齿的模型的口内扫描系统，所述系统包括：手持式口内棒，所述手持式口内棒具有至少一个传感器和多个光源，其中所述光源被配置为发射第一光谱范围和第二光谱范围的光，并且其中所述第二光谱范围是近红外光；以及一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器可操作地连接到所述棒，所述一个或更多个处理器被配置为使所述棒在第一模式和第二模式之间循环，其中在所述第一模式中，所述棒在第一持续时间内发射所述第一光谱范围的光并且所述一个或更多个处理器接收三维(3D)表面数据作为响应，并且其中在所述第二模式中，所述棒在第二持续时间内发射所述第二光谱范围的光并且所述一个或更多个处理器接收图像数据作为响应；其中，所述一个或更多个处理器被配置为基于所接收的3D表面数据、所接收的图像数据、或者所述3D表面数据和所述图像数据二者来调整所述第一持续时间和/或所述第二持续时间。

【技术特征摘要】
2016.07.27 US 62/367,607;2017.03.27 US 62/477,387;1.一种用于生成受试者的牙齿的模型的口内扫描系统，所述系统包括：手持式口内棒，所述手持式口内棒具有至少一个传感器和多个光源，其中所述光源被配置为发射第一光谱范围和第二光谱范围的光，并且其中所述第二光谱范围是近红外光；以及一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器可操作地连接到所述棒，所述一个或更多个处理器被配置为使所述棒在第一模式和第二模式之间循环，其中在所述第一模式中，所述棒在第一持续时间内发射所述第一光谱范围的光并且所述一个或更多个处理器接收三维(3D)表面数据作为响应，并且其中在所述第二模式中，所述棒在第二持续时间内发射所述第二光谱范围的光并且所述一个或更多个处理器接收图像数据作为响应；其中，所述一个或更多个处理器被配置为基于所接收的3D表面数据、所接收的图像数据、或者所述3D表面数据和所述图像数据二者来调整所述第一持续时间和/或所述第二持续时间。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述棒包括多个传感器。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个处理器被配置为使用共焦聚焦来确定来自所述三维(3D)表面数据的表面信息。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一持续时间和所述第二持续时间被设定成使得在所述第二光谱范围处拍摄的所述图像数据与在所述第一光谱范围处拍摄的所述3D表面数据共享坐标系。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一持续时间和所述第二持续时间小于100毫秒，使得在所述第二光谱范围处拍摄的所述图像数据与在所述第一光谱范围处拍摄的所述3D表面数据共享坐标系。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个传感器被配置成捕获所述3D表面模型数据和所述牙齿的所述内部数据二者。7.根据权利要求1所述的系统，而且其中，所述多个光源和所述至少一个传感器布置在所述手持式棒上，使得在所述第二光谱范围处发射的光从牙齿被反射并被所述一个或更多个处理器以0°和15°之间的角度接收。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置成根据所述三维(3D)表面数据和所述图像数据形成牙齿的3D模型。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个处理器被配置为基于所接收的3D表面数据、所接收的图像数据、或者所述3D表面数据和所述图像数据二者来自动调整所述第一持续时间和所述第二持续时间。10.一种生成受试者的牙齿的模型的方法，所述方法包括：使用手持式口内扫描仪来使用第一模态扫描受试者的牙齿的一部分，以捕获所述牙齿的三维(3D)表面模型数据；使用所述手持式口内扫描仪来使用第二模态扫描所述受试者的牙齿的所述一部分，以使用穿透近红外波长对所述牙齿进行成像从而捕获所述牙齿的内部数据；使用扫描方案在所述第一模态和所述第二模态之间循环，其中，循环在所述第一模态和所述第二模态之间快速切换，使得所述内部数据使用与在所述第一模态中捕获的3D表面模型数据相同的坐标系；以及基于所捕获的3D表面模型数据、所述内部数据、或者所述3D表面模型数据和所述内部数据二者来调整所述扫描方案的持续时间和/或频率。11.根据权利要求10所述的方法，还包括组合所述牙齿的所述3D表面模型数据和所述内部数据以形成所述牙齿的3D模型。12.根据权利要求10所述的方法，其中，捕获所述3D表面模型数据包括使用共焦扫描、立体视觉或结构光三角测量。13.根据权利要求10所述的方法，并且其中，循环包括在所述第一模态、所述第二模态和第三模态之间循环，其中循环在所述第一模态、所述第二模态和所述第三模态之间快速切换，使得使用所述穿透波长的图像与在所述第一模态中捕获的所述3D表面模型共享坐标系。14.根据权利要求10所述的方法，还包括使用所述口内扫描仪来使用第三模态扫描所述受试者的牙齿的所述一部分，以捕获所述受试者的牙齿的彩色图像。15.根据权利要求10所述的方法，还包括使用所述口内扫描仪上的传感器来捕获所述牙齿的所述3D表面模型数据和所述内部数据二者。16.根据权利要求10所述的方法，其中，使用所述口内扫描仪来使用所述第二模态扫描所述受试者的牙齿的所述一部分包括相对于接收照射的传感器以0°和10°之间的角度来照射所述牙齿。17.根据权利要求10所述的方法，其中，使用所述口内扫描仪来使用所述第二模态扫描所述受试者的牙齿的所述一部分包括以在照射源和传感器之间的多个不同角度拍摄多个小角度穿透图像。18.根据权利要求10所述的方法，还包括使用所述口内扫描仪上的不同传感器来捕获所述牙齿的所述3D表面模型数据和所述内部数据。19.根据权利要求10所述的方法，还包括使用所述口内扫描仪上的多个传感器来捕获所述牙齿的所述内部数据。20.根据权利要求10所述的方法，其中，调整所述扫描方案包括基于所捕获的3D表面模型数据的质量的确定的质量进行调整。21.根据权利要求10所述的方法，其中，调整所述扫描方案包括自动调整所述扫描方案。22.根据权利要求10所述的方法，其中，调整所述扫描方案包括调整在所述第一模态中扫描的持续时间。23.根据权利要求10所述的方法，其中，调整所述扫描方案包括调整在所述第二模态中扫描的持续时间。24.一种用于重建一颗牙齿或多颗牙齿的体积结构的口内扫描系统，所述系统包括：手持式棒，所述手持式棒具有带有视角的至少一个相机传感器和一个或更多个光源，其中所述一个或更多个光源被配置为发射近红外范围的光；一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器可操作地连接到所述手持式棒，所述一个或更多个处理器被配置为：利用所述相机传感器拍摄所述一颗牙齿或多颗牙齿的多个图像，其中，所述一个或更多个光源基本上从所述相机传感器的所述视角的方向投射；接收对于所述多个图像的每一个图像的代表所述相机传感器相对于所述一颗牙齿或多颗牙齿的位置的位置数据；对于体积中的每个点，根据所述多个图像和所述位置数据生成散射系数的上限。25.根据权利要求24所述的设备，还包括显示器，所述显示器被配置为输出来自对于每个点的所述散射系数的上限的所述一颗牙齿或多颗牙齿的图像。26.根据权利要求24所述的设备，其中，所述位置数据包括在捕获所述多个图像中的每个图像时所述相机传感器的位置和取向数据。27.根据权利要求24所述的设备，其中，所述位置数据包括三维空间中的三个数值坐标以及所述相机的俯仰、偏航和滚动。28.根据权利要求24所述的设备，其中，所述一个或更多个处理器还被配置成通过以下操作来针对所述体积中的每个点生成关于所述散射系数的上限：使用第一校准将与所述对象的体积相对应的点的3D网格中的每个点投射到所述多个图像中的每一个图像上；对于每个投射的点产生强度值列表；根据体积响应将...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉拉德·艾尔贝兹，埃雷兹·兰伯特，优素福·阿缇亚，阿维·科佩尔曼，奥弗·萨菲尔，玛雅·摩西，沙伊·阿亚尔，
申请(专利权)人：阿莱恩技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US