牙病治疗和手术的基于照片的评估制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在治疗过程期间监视牙病患者进展的方法和系统。患者牙齿期望位置的三维模型可以根据开始治疗前制备的患者牙齿的三维模型按时间进行规划。数字照相机被用来拍摄患者牙齿的一个以上二维照片，这些照片被输入监视系统。监视系统针对每个二维输入图像相对于按时间规划的三维模型确定虚拟照相机参数，使用所确定的虚拟照相机参数根据三维模型生成二维图像，然后将每个输入照片与对应生成的二维图像对比，目的是确定患者牙齿的三维排列与按时间规划的三维排列对应得有多紧密。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】牙病治疗和手术的基于照片的评估
本专利技术涉及用于在牙病治疗和手术期间监视患者进展的方法和系统，特别是涉及基于照片的监视方法，并且涉及执行该方法的系统，该系统使用在患者检查期间拍摄的二维照片，确定患者牙齿与根据治疗计划的患者牙齿期望位置的三维表示对应得有多好。
技术介绍
在开发出口腔成像和建模系统之前，牙科医师采用机械压痕方法来生成牙齿及下面组织的三维模型，目的是便于制造各种类型的假牙，包括牙冠和齿桥。机械压痕技术一般来说涉及由患者咬进粘性触变材料中，当从患者牙齿拿走该材料时，该材料保持患者牙齿和下面组织的精确印痕。这种材料可以用作铸造患者牙齿和下方牙龈组织的正性三维模型的模具，或者用作铸造假牙装置的模具。虽然机械压痕技术已经由牙科医师使用好几十年了，但是机械压痕技术与各种缺陷有关联，包括在从患者牙齿取下硬化了的粘性触变材料期间以及在将压痕运送到铸造正性三维模型并制造假牙的实验室期间，压痕可能被不利地改变或破坏的可能性相当大。另外，对于很多患者来说，这种程序耗时而且令人不适。最近，开发出了半自动口腔成像和建模系统，根据由光机电内窥镜或扫描笔拍摄的患者口腔图像，用电子方式生成牙齿和下方组织的数字式三维模型。内窥镜或扫描笔由技师导入患者口腔，目的是采集足够数量的二维照片，根据这些二维照片通过计算机生成患者牙齿和下方组织的三维数字模型。这种口腔成像和建模系统已被证明与机械压痕技术相比，更快、更准确并且鲁棒性高，而且成效比更高。因此，在多种情况下，牙科专业人员能制备出患者牙齿准确的三维模型，并使用三维模型分析患者牙病状况，然后针对各种类型的缺陷和病状制订治疗计划。而且，三维模型可以用电子方式复制，以针对治疗计划过程期间各个时间点来制备规划好的患者牙齿三维构造。为了在治疗过程期间监视牙病患者的进展，牙科设备供应商、牙科医师以及最终的牙病患者都在寻求高成效比和时效比的方法和系统使用三维信息。
技术实现思路
本专利技术涉及用于在治疗过程期间监视牙病患者进展的方法和系统。在治疗过程期间的任何具体时间点，都可以根据开始治疗前制备的患者牙齿三维模型按时间规划出患者牙齿期望位置在该时间点上的三维模型。在治疗过程期间，数字照相机被用来拍摄患者牙齿的一个以上二维照片，这些照片被输入监视系统。这些输入的二维照片代表患者牙齿的实际位置。监视系统针对每个二维输入图像相对于规划的三维模型确定虚拟照相机参数，并使用所确定的虚拟照相机参数根据三维模型生成二维图像。所生成的二维图像代表患者牙齿的期望或希望位置。监视系统然后将每个输入照片与对应生成的二维图像对比，目的是确定患者牙齿的三维排列与按时间规划的三维排列对应得有多紧密。当对应水平低于阈值水平时，该治疗没有按照计划进行的标识被返回给牙科医师，使得牙科医师可以采取修正动作。附图说明图1举例说明了牙病患者牙齿的三维模型。图2A-2B举例说明了虚拟照相机位置和患者牙齿三维模型之间的关系。图3A-3D举例说明了将世界坐标系中的点映射到虚拟照相机像平面上对应点的一种途径。图4举例说明了牙病患者牙齿的一系列三维模型，这些三维模型可以用电子方式制备，以反映在建议治疗计划过程期间牙病患者牙齿的期望安排。图5A-5D用图表举例说明了本专利技术部分涉及的治疗监视方法。图6提供了操作本专利技术涉及的治疗监视系统和治疗监视方法的控制流程图举例说明。图7A-7B使用控制流程图举例说明了图6的步骤604。图8提供了针对图6中步骤610的控制流程图，即虚拟照相机参数确定方法。图9提供了针对图8中步骤805调用的初始虚拟照相机参数调整方法的控制流程图。图10A-10C提供了有关图9中步骤904、908和912的额外细节。图11示出图8中步骤806调用的第二虚拟照相机参数调整方法。图12提供了针对图11中优化步骤的控制流程图。图13A-13C举例说明了基于梯度的损失计算。图14提供了针对图8步骤807中调用的第一虚拟照相机参数细调方法的控制流程图。图15举例说明了牙齿组的例子，图14举例说明的方法的内循环在这些牙齿组上迭代。图16使用与图13中使用的举例说明约定，举例说明了针对图像元素的拉普拉斯矢量计算以及拉普拉斯矢量场的生成。图17A-17B举例说明了对比值或相关系数的计算。图18提供了针对包括用来实现牙病治疗监视系统的计算机在内的各种类型计算机的一般性架构图。图19举例说明了基于因特网的分布式计算机系统。图20举例说明了云计算。图21举例说明了通用计算机系统的一般化硬件和软件组件，通用计算机系统例如是架构类似于图1所示的通用计算机系统。图22A-22B举例说明两种类型虚拟机和虚拟机运行环境。具体实施方式图1是牙病患者牙齿的三维模型。三维模型102包括与牙病患者上颚104相关联的牙齿三维模型和牙病患者下颚106相关联的牙齿三维模型。三维模型一般是基于对牙病患者口腔的光学扫描，使用复杂的成像和再现硬件和软件制备的。三维模型可以按照多种不同方式用电子方式呈现，类似于在各种不同类型的CAD/CAM以及各种成像和实体建模系统中呈现三维物体所使用的多种不同方式。模型可以按照多种不同方位和形态用电子方式呈现。例如，上、下颚104和106可以绕着旋转轴线108旋转，使得与两个颚相关联的牙齿闭合到一起，并展示出与闭嘴患者形态类似的形态。每个颚以及相关联的牙齿作为替换方式可以呈现为单独的三维模型。图2A-2B示出了虚拟照相机位置和患者牙齿三维模型之间的关系。如图2A所示，牙病患者牙齿202的三维模型可以平移和旋转地位于具有三个相互正交的轴X、Y、Z的三维世界坐标系204内。通过使用虚拟照相机208模拟图像拍摄，可以从世界坐标系内三维模型外面的任意位置得到三维模型的二维视图。虚拟照相机208与其本身的具有相互正交的轴x、y、z的三维坐标系210相关联。世界坐标系和照相机坐标系当然是通过照相机x、y、z坐标系原点相对世界坐标系原点201的平移以及通过三个旋转角度在数学上相关的，当三个旋转角度施加到照相机上时，使照相机x、y、z坐标系相对于世界X、Y、Z坐标系旋转。照相机x、y、z坐标系原点在照相机坐标系中的坐标是(0，0，0)，在世界坐标系中的坐标是(Xc，Yc，Zc)。虚拟照相机216拍摄的二维图像可以被认为是位于照相机坐标系的x、z平面上，中心在照相机坐标系的原点，如图2所示。图2B示出了对照相机x、y、z坐标系进行定向和定位以与世界X、Y、Z坐标系重合所涉及到的操作。在图2B中，照相机坐标系216和世界坐标系204的中心分别在两个不同的原点214、212处，并且照相机坐标系的方向不同于世界坐标系。为了对照相机x、y、z坐标系进行定向和定位以与世界X、Y、Z坐标系重合，要采取三个操作。第一操作220涉及平移照相机坐标系，平移的位移由矢量t表示，使得两个坐标系的原点214、212重合。照相机坐标系相对于世界坐标系的位置用平移操作220后相对于世界坐标系的虚线示出，包括虚线218。第二操作222涉及将照相机坐标系旋转角度α(224)，使得照相机坐标系的z轴(平移操作后称为z′轴)与世界坐标系的Z轴重合。在第三操作中，照相机坐标系绕着Z/z′轴旋转角度θ(228)，使得所有的照相机坐标系轴都与其对应的世界坐标系轴重合。图3A-3D示出了一种将世界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种牙病治疗监视系统，包括：一个以上处理器；一个以上电子存储器，其存储指令和数据；一个以上大容量存储装置，其存储编码后的图像和患者信息；通信子系统，所述牙病监视系统经过所述通信子系统从远程计算机系统接收图像和信息；以及计算机指令，所述计算机指令编码于所述一个以上电子存储器中的一个以上电子存储器，控制所述牙病治疗监视系统执行：将患者牙齿的三维模型存储在从所述一个以上电子存储器和所述一个以上大容量存储装置中选出的一个以上数据存储器中，经过所述通信子系统接收在牙病治疗过程期间的时间t处拍摄的患者牙齿的一个以上二维数字照片，按时间规划患者牙齿到所述时间t时的三维模型，以生成并存储代表患者牙齿期望构造的患者牙齿的按时间规划的三维模型，将所述一个以上二维数字照片中的一个以上二维数字照片与根据所述患者牙齿的按时间规划的三维模型生成的对应二维数字图像进行对比，生成一个以上对比值，根据所述一个以上对比值确定患者牙齿的构造是否位于对应于患者牙齿期望构造的对应阈值水平内，并且将所述确定的标识存储在所述一个以上电子存储器中的一个电子存储器内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.20 US 14/831,5481.一种牙病治疗监视系统，包括：一个以上处理器；一个以上电子存储器，其存储指令和数据；一个以上大容量存储装置，其存储编码后的图像和患者信息；通信子系统，所述牙病监视系统经过所述通信子系统从远程计算机系统接收图像和信息；以及计算机指令，所述计算机指令编码于所述一个以上电子存储器中的一个以上电子存储器，控制所述牙病治疗监视系统执行：将患者牙齿的三维模型存储在从所述一个以上电子存储器和所述一个以上大容量存储装置中选出的一个以上数据存储器中，经过所述通信子系统接收在牙病治疗过程期间的时间t处拍摄的患者牙齿的一个以上二维数字照片，按时间规划患者牙齿到所述时间t时的三维模型，以生成并存储代表患者牙齿期望构造的患者牙齿的按时间规划的三维模型，将所述一个以上二维数字照片中的一个以上二维数字照片与根据所述患者牙齿的按时间规划的三维模型生成的对应二维数字图像进行对比，生成一个以上对比值，根据所述一个以上对比值确定患者牙齿的构造是否位于对应于患者牙齿期望构造的对应阈值水平内，并且将所述确定的标识存储在所述一个以上电子存储器中的一个电子存储器内。2.根据权利要求1所述的牙病治疗监视系统，其中，所接收到的二维数字照片与患者身份相关联；其中，所接收的二维数字照片中的每个二维数字照片都与元数据相关联，所述元数据包含下述内容中的一项以上：所述二维图像的一个以上文本标注，所述文本标注包括由所述图像代表的标准类型视图的标识，数字编码图像的特征和参数，其包括：图像大小，日期和时间信息，照相机型号和品牌的标识，照相机方向的标识，光圈的标识，快门速度的标识，焦距的标识，测光模式的标识，速度的标识。3.根据权利要求2所述的牙病治疗监视系统，进一步包括利用所述牙病治疗监视系统对患者身份和所接收的二维数字照片以及关联元数据进行核实和过滤，产生一个以上处理后图像的集合，用于通过下述手段进行分析：评估存储信息以核实患者身份对应于患者记录；针对每个输入图像，确定所述图像对应于由所述一个以上文本标注标识的标准类型视图，应用过滤器和对比度调整增强所述图像，用于随后处理，当所述图像是标准类型视图的第一图像时，将所述图像和关联元数据添加到所述一个以上处理后图像的集合，并且当所述图像与已添加到所述一个以上处理后图像的集合的图像具有相同的标准类型视图时，用所述图像和关联元数据取代所述已添加到所述一个以上处理后图像的集合的图像；以及确定所述一个以上处理后图像的集合是否能够用来进行牙病治疗过程分析。4.根据权利要求1所述的牙病治疗监视系统，其中，将所述一个以上二维数字照片中的一个以上二维数字照片与根据所述患者牙齿的按时间规划的三维模型生成的对应二维数字图像进行对比以生成一个以上对比值，进一步包括：根据所接收的一个以上二维数字照片生成与元数据关联的一个以上处理后图像的集合，用于进行分析；针对所述一个以上处理后图像的集合中的每个图像，确定虚拟照相机参数的集合，所述虚拟照相机参数描述虚拟照相机的位置、方向和一个以上照相机特征，所述虚拟照相机产生与所述一个以上处理后图像的集合中的图像等效的、根据所述患者牙齿的按时间规划的三维模型生成的图像；针对所述一个以上处理后图像的集合中的每个图像，生成对应于根据所述患者牙齿的按时间规划的三维模型生成的图像和针对所述图像确定的虚拟照相机参数生成的图像；以及将所述一个以上处理后图像的集合中的每个图像与对应生成的图像进行对比，以生成所述图像的对比值。5.根据权利要求4所述的牙病治疗监视系统，其中，针对所述一个以上处理后图像的集合中的每个图像，确定虚拟照相机参数的集合，所述虚拟照相机参数描述虚拟照相机的位置、方向和一个以上照相机特征，所述虚拟照相机产生与所述一个以上处理后图像的集合中的图像等效的、根据所述患者牙齿的按时间规划的三维模型生成的图像，这一部分内容进一步包括：针对所述一个以上处理后图像的集合中的每个图像，使用所述标准类型视图和额外元数据，生成所述图像的虚拟照相机参数的初始集合；使用所述标准类型视图和额外元数据，确定优化迭代变量的值；执行多次优化迭代，迭代次数等于所述优化迭代变化的值；最后，细调所述图像的虚拟照相机参数。6.根据权利要求5所述的牙病治疗监视系统，其中，每个优化迭代都包括：对所述图像的当前虚拟照相机参数进行第一调整；对所述图像的当前虚拟照相机参数进行第二调整；对所述图像的当前虚拟照相机参数进行第一细调；对所述图像的当前虚拟照相机参数进行第二细调。7.根据权利要求6所述的牙病治疗监视系统，其中，对所述图像的当前虚拟照相机参数进行的第一调整包括：确定迭代的次数；针对所确定次数的迭代，对所述图像进行阈值转换，生成所述图像的第一牙齿掩模，对使用所述图像的当前虚拟照相机参数根据所述患者牙齿的按时间规划的三维模型生成的下一个对应图像进行阈值转换，生成所述图像的下一个第二对应牙齿掩模，生成所述第一牙齿掩模的距离变换掩模，对所述下一个第二对应牙齿掩模的比例、旋转和平移进行搜索，识...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·保罗维斯基，M·德拉克尚，C·科佩斯，E·迈耶，E·托尔斯塔亚，Y·布赖洛夫，
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