BR112020020944A2 - método para gerar um modelo digital tridimensional de uma arcada dentária de um paciente por meio de um dispositivo de aquisição - Google Patents

Abstract

Método para gerar um modelo digital tridimensional de uma arcada dentária de um paciente, dito método tendo as seguintes etapas: A) pelo menos um feixe de luz (30) é projetado sobre a arcada, de modo a desenhar pelo menos uma marca luminosa na arcada; B) simultaneamente com a etapa A), a marca é movida através do feixe e, durante dito deslocamento, uma série de imagens atualizadas de dita arcada é adquirida, cada imagem mostrando uma projeção atualizada definida pela marca projetada; C) dita projeção atualizada em cada imagem atualizada é identificada, então, busca-se por um modelo digital tridimensional denominado modelo atualizado com uma concordância máxima com todas as projeções atualizadas.

Description

MÉTODO PARA GERAR UM MODELO DIGITAL TRIDIMENSIONAL DE UMA ARCADA DENTÁRIA DE UM PACIENTE POR MEIO DE UM

DISPOSITIVO DE AQUISIÇÃO Campo técnico

[0001] A presente invenção se refere a um método para gerar um modelo digital tridimensional de uma arcada dentária de um paciente e um dispositivo de imagem dentária que pode ser implementado no contexto deste método. Estado da técnica

[0002] A produção de aparelhos ortodônticos depende cada vez mais de modelos digitais tridimensionais das arcadas do paciente. Esses modelos são convencionalmente obtidos por meio de um scanner óptico intra-oral com o qual o ortodontista faz a varredura da arcada do paciente.

[0003] Essa operação é cara e exige que o paciente vá ao ortodontista. Além disso, uma varredura intra-oral é desconfortável, até mesmo dolorosa, e leva muito tempo.

[0004] US 2003/0012423 descreve um método para gerar um modelo de um dente a partir de imagens, mas requer a implementação de um alvo, por exemplo, um grampo rígido.

[0005] Existe, portanto, a necessidade de um novo método que possibilite a geração de um modelo digital tridimensional de uma arcada dentária de um paciente e que não apresente as desvantagens acima mencionadas.

[0006] Um objetivo da presente invenção é, pelo menos parcialmente, atender a essa necessidade. Sumário da invenção

[0007] Método para gerar um modelo digital tridimensional de uma arcada dentária de um paciente, dito método compreendendo as seguintes etapas:

A) projeção de pelo menos um feixe de luz na arcada, de modo a desenhar pelo menos uma marca de luz na arcada; B) simultaneamente com o passo A), deslocamento da arcada através do feixe e aquisição, durante dito deslocamento, de uma série de imagens atualizadas de dita arcada, cada uma mostrando uma representação da marca de luz projetada ou "projeção atualizada"; C) identificação de dita projeção atualizada em cada imagem atualizada, e então produção de um modelo digital tridimensional, denominado "modelo atualizado", exibindo um melhor ajuste com todas as projeções atualizadas.

[0008] "Simultaneamente com a etapa A)" é entendido como significando que a série de imagens atualizadas é adquirida enquanto o feixe é projetado. A projeção pode, no entanto, começar antes e ser prolongada após a aquisição das imagens atualizadas.

[0009] Um método de acordo com a invenção tem preferencialmente uma ou mais das seguintes características opcionais: - na etapa C), o modelo atualizado é buscado por meio de um método de otimização e/ou dispositivo de aprendizagem profunda (deep learning); - na etapa C), para produzir o modelo atualizado, é modificado um modelo definido de acordo com as características do paciente; - na etapa C), o modelo atualizado é determinado como o modelo a ser testado obtido no final do seguinte ciclo das etapas a) a c): a) criação de um modelo a ser testado, então b) determinação de uma distância representativa da diferença entre todas as projeções atualizadas e o modelo a ser testado, então, c) se dita distância representativa exceder um limiar de aceitabilidade predeterminado, modificação do modelo a ser testado e retorno à etapa a);

- a distância representativa sendo avaliada a partir de distâncias elementares, cada distância elementar sendo determinada, para uma respectiva projeção atualizada, por uma avaliação da diferença entre dita projeção atualizada e uma projeção de referência ideal, uma projeção de referência sendo uma representação, em uma imagem de referência representando uma vista do modelo a ser testado, de uma marca de luz virtual resultante da projeção, no modelo a ser testado, de um feixe de luz virtual da mesma forma que a luz feixe projetado sobre a arcada na etapa A), a imagem de referência ideal sendo a imagem de referência que mostra a projeção de referência que exibe uma distância mínima com a projeção atualizada; - o modelo a ser testado é segmentado de forma a definir os modelos de dente e a modificação do modelo a ser testado compreende deslocamentos dos modelos de dentes e/ou deformações desses modelos de dentes; - o primeiro modelo a ser testado para ser modificado é um modelo de arcada dentária, preferencialmente selecionado de acordo com as características do paciente; - na etapa C), pelo menos dois métodos são implementados entre os métodos de otimização, os métodos de inteligência artificial, os métodos de avaliação das dimensões por estereovisão, os métodos para avaliação das dimensões pela análise da forma da marca de luz e dos métodos de avaliação das dimensões pela análise da distância entre os pontos notáveis das imagens atualizadas; - na etapa A), um feixe de luz estruturado é projetado; - na etapa B), o paciente usa um retrator dentário imobilizado em relação a uma unidade para aquisição de ditas imagens atualizadas; - na etapa B), o paciente desloca dita arcada em relação à dita unidade de aquisição de imagem.

[0010] A invenção também propõe um dispositivo de aquisição que compreende: - um suporte; - um retrator dentário fixado ao suporte e definindo uma abertura de retrator; - uma unidade de aquisição de imagem atualizada fixada ao suporte em uma posição na qual observa a abertura de retrator ao longo de um eixo óptico.

[0011] De acordo com um primeiro aspecto principal, o dispositivo também compreende: - um projetor adequado para projetar um feixe de luz em direção à abertura de retrator, de modo a desenhar, quando o retrator é usado por um paciente, pelo menos uma marca de luz em uma arcada do paciente, dita marca de luz sendo representada em cada imagem atualizada por uma respectiva projeção atualizada, e - um módulo de processamento, preferencialmente incorporado neste suporte, configurado para identificar as projeções atualizadas nas imagens atualizadas e para produzir um modelo atualizado exibindo um melhor ajuste com todas as projeções atualizadas identificadas.

[0012] Após o retrator ter sido colocado na boca do paciente, a unidade de aquisição de imagens pode, assim, adquirir uma série de imagens atualizadas da arcada, cada uma mostrando uma representação da marca resultante da projeção do feixe na arcada, e, em seguida, produzir um modelo atualizado correspondente.

[0013] O dispositivo é vantajosamente barato, leve e portátil e pode ser implementado facilmente pelo próprio paciente.

[0014] Mais geralmente, o dispositivo é configurado para implementar a etapa A), a aquisição das imagens atualizadas na etapa B) e a etapa C).

[0015] De acordo com um segundo aspecto principal, o dispositivo compreende um medidor de distância disposto de modo a medir uma distância entre um ponto do suporte, por exemplo, um ponto da unidade de aquisição de imagem, e um objeto fechando a abertura de retrator, por exemplo, uma arcada dentária do paciente que usa o retrator.

[0016] O medidor de distância está preferencialmente em comunicação com a unidade de aquisição de imagem.

[0017] O módulo de processamento é preferencialmente configurado para calibrar a unidade de aquisição de imagem de acordo com uma medição recebida do medidor de distância.

[0018] O medidor de distância permite determinar com precisão a distância entre o a arcada e a unidade de aquisição de imagens, o que permite calibrar perfeitamente a unidade de aquisição de imagens e facilita ainda mais a busca pelo modelo atualizado.

[0019] Um método de acordo com a invenção tem preferencialmente uma ou mais das seguintes características opcionais: - o feixe é plano e tem espessura inferior a 1 mm e largura superior a 1 cm quando passa pela abertura de retrator; - a unidade de aquisição de imagens e/ou o módulo de processamento são incorporados no suporte; - o projetor é configurado para projetar um feixe que não é visível a olho nu; - o projetor é configurado para projetar um feixe ultravioleta; - a unidade de aquisição de imagem compreende um sensor multiespectral; - o suporte e/ou retrator compreendem um espelho configurado para refletir uma imagem em direção à unidade de aquisição de imagem e/ou um espelho configurado para refletir o feixe de luz e/ou um padrão colorimétrico e/ou um padrão de translucidez;

- o módulo de processamento é configurado para calibrar a unidade de aquisição de imagem de acordo com uma observação do padrão colorimétrico e/ou do padrão de translucidez; - o suporte e/ou afastador compreende uma câmera térmica e/ou uma sonda de temperatura e/ou um analisador de hálito; - a unidade de aquisição de imagem está a uma distância do centro da abertura de retrator de menos de 20 cm, mesmo menos de 10 cm; - o projetor é configurado de modo a variar o comprimento de onda do feixe ao longo do tempo; - o dispositivo compreende uma fonte de luz difusa; - a fonte de luz tem preferencialmente um índice de renderização de cor maior do que 80; - a unidade de aquisição de imagem é configurada para controlar a fonte de luz.

[0020] Preferencialmente, o método de acordo com a invenção implementa um dispositivo de aquisição de acordo com a invenção.

[0021] A invenção também se refere a: - um programa de computador que compreende instruções de código de programa para implementar uma etapa C) e, preferencialmente, controlar a unidade de aquisição de imagem e/ou o projetor em uma etapa B), - um meio de computação no qual tal programa é armazenado, por exemplo, uma memória ou um CD-ROM, e - um módulo de processamento de imagem no qual esse programa é carregado. Definições

[0022] "Paciente" significa qualquer pessoa para a qual um método de acordo com a invenção pode ser implementado, esteja essa pessoa doente ou não, ou esteja ou não em tratamento.

[0023] Por "marca de luz" entende-se o resultado da interação entre um feixe de luz e uma arcada dentária. Uma marca de luz pode ser um ponto, uma linha, uma faixa ou um conjunto de pontos e/ou linhas e/ou faixas. Uma linha pode, portanto, ser contínua ou interrompida localmente e composta por porções de linhas. Ela pode ter largura constante ou variável. A representação de uma marca de luz, em particular sobre uma imagem atualizada, varia de acordo com o sentido de observação desta marca.

[0024] O qualificador "luz" inclui todas as ondas eletromagnéticas do infravermelho ao ultravioleta.

[0025] "Modelo" significa uma representação digital tridimensional ou "modelo 3D".

[0026] Por "imagem" entende-se uma representação digital bidimensional, como uma fotografia ou imagem retirada de um filme. Uma imagem é formada por pixels.

[0027] Por "imagem de uma arcada" ou "modelo de arcada" entende-se uma representação, em duas ou três dimensões, respetivamente, da totalidade ou de parte de dita arcada.

[0028] Uma imagem de referência é uma imagem obtida pela observação de um modelo de uma direção de observação de referência.

[0029] No ambiente virtual de um modelo de arcada, um feixe virtual da mesma forma que o feixe projetado sobre a arcada do paciente, ou "feixe atualizado", pode ser projetado sobre o modelo de forma a obter a chamada marca de luz "virtual". A marca de luz virtual pode ser observada de diferentes ângulos, cada vista constituindo uma imagem de referência. A representação da marca de luz virtual em uma imagem de referência é chamada de "projeção de referência".

[0030] Um modelo histórico é um modelo de arcada a partir de uma base de aprendizagem destinada ao treinamento de uma rede neural. A projeção, em um modelo histórico, de um feixe histórico da mesma forma que o feixe projetado no arcada do paciente produz uma chamada marca de luz

"histórica". A marca de luz histórica pode ser observada de diferentes ângulos, cada vista constituindo uma imagem histórica. A representação da marca de luz histórica em uma imagem histórica é chamada de "projeção histórica".

[0031] Uma base de aprendizagem compreende modelos históricos, preferencialmente mais de 1.000, preferencialmente mais de

10.000, preferencialmente mais de 100.000 modelos históricos, e, para cada modelo histórico, a base associa um conjunto de projeções históricas.

[0032] Uma representação da marca de luz em uma imagem atualizada é chamada de "projeção atualizada".

[0033] "Correspondência" ou "ajuste" entre duas representações de um objeto denota uma medida da diferença, ou "distância", entre esses dois objetos. Um ajuste é máximo ("melhor ajuste") quando essa diferença é mínima.

[0034] Duas imagens ou "vistas" que exibem um melhor ajuste representam, idealmente, um e o mesmo objeto, da mesma maneira. Em outras palavras, as representações do objeto nessas duas imagens podem ser substancialmente sobrepostas.

[0035] Uma projeção atualizada exibe melhor ajuste com uma projeção de referência identificada em uma imagem de referência quando esta imagem de referência é, entre todas as imagens de referência que podem ser observadas no modelo, aquela que tem a projeção de referência separada da projeção atualizada por uma "distância" mínima. Esta projeção de referência é chamada de "ideal".

[0036] Um modelo exibe o melhor ajuste com um conjunto de projeções atualizadas quando uma distância representativa da diferença entre todas as projeções atualizadas e o modelo é mínima.

[0037] Por "incorporado no suporte" entende-se "fixo permanentemente no suporte".

[0038] Os verbos "compreender", "incluir" e "ter" devem ser interpretados no sentido amplo e não limitativo, a menos que indicado de outra forma. Breve descrição das figuras

[0039] Outras características e vantagens da invenção se tornarão mais evidentes na leitura da seguinte descrição detalhada e no estudo do desenho anexo no qual: - a figura 1 representa esquematicamente uma seção transversal vertical longitudinal de um dispositivo de acordo com a invenção; - a figura 2 representa o dispositivo da figura 1, visto de cima; - a figura 3 representa um exemplo de modelo atualizado; - a figura 4 representa um retrator convencional; - a figura 5 representa esquematicamente um exemplo de feixe; - a figura 6 ilustra esquematicamente um método de acordo com a invenção; e - a figura 7 representa uma marca de luz, neste caso em particular uma grade de luz, projetada sobre uma arcada dentária. Descrição detalhada Dispositivo

[0040] O dispositivo de aquisição 10 representado na figura 1 compreende um suporte 12, em forma de alojamento, preferencialmente de comprimento constante, ou seja, não telescópico, no qual são fixados um retrator dentário 14, um projetor 15, preferencialmente pelo menos um espelho 16, uma unidade de aquisição de imagem 18 e um módulo de processamento 20, em comunicação com a unidade de aquisição de imagem.

[0041] O suporte 12 define uma câmara paralelepipédica 22 do eixo X, que emerge para fora através de uma abertura de retrator 24.

[0042] O suporte pode ser feito, por exemplo, de plástico ou de papelão.

[0043] O retrator 14 pode ter as características de retratores convencionais. Convencionalmente, compreende um aro 26 que se estende em torno da abertura de retrator e disposto de modo que os lábios do paciente possam repousar sobre o mesmo, enquanto revelam os dentes do paciente através de dita abertura de retrator.

[0044] Preferencialmente, o retrator compreende orelhas* para afastar as bochechas 27a e 27b para que a unidade de aquisição de imagens 18 seja capaz de adquirir, através da abertura de retrator, fotos de superfícies vestibulares de dentes posicionados no fundo da boca, como molares. Esta característica é particularmente vantajosa para a implementação dos métodos descritos em PCT/EP2015/074897.

[0045] O retrator 14 é preferencialmente feito de um material biocompatível, por exemplo, material plástico.

[0046] O retrator 14 pode ser feito de uma peça com o suporte 12 ou ser fixado, preferencialmente de forma rígida, no suporte 12 por qualquer meio.

[0047] Preferencialmente, o retrator é removível, ou seja, pode ser montado e retirado do suporte pelo paciente. Vantajosamente, o mesmo suporte pode, portanto, ser usado para vários retratores e, em particular, para vários retratores de tamanhos diferentes.

[0048] Os meios de fixação do retrator ao suporte podem ser, por exemplo, meios de fixação, tiras autotravantes do tipo Velcro®, mordentes de fixação, parafusos, ímãs ou uma complementaridade de forma entre o suporte e o retrator.

[0049] O projetor 15 é configurado de modo a projetar um feixe 30 na forma de uma marca de luz 31. Na figura 7, o feixe projeta, portanto, uma grade que é deformada pela interação com a arcada dentária.

[0050] A seguinte descrição detalhada refere-se ao caso particular em que a marca de luz é uma linha. A invenção não está, no entanto, limitada a este caso particular e, a menos que tecnicamente incompatível, as características descritas no contexto de uma linha são aplicáveis a outra forma de marca de luz.

[0051] Quando a marca de luz é uma linha, o feixe tem uma espessura e30 (figura 5), preferencialmente constante, preferencialmente inferior a 1 mm, preferencialmente inferior a 0,5 mm, preferencialmente inferior a 0,2 mm na sua saída do projetor e, preferencialmente, quando atinge a abertura de retrator.

[0052] Em uma modalidade, o plano do feixe forma, com o eixo óptico, um ângulo θ maior que 10°, preferencialmente maior que 20°, 40° ou 50° e/ou preferencialmente menor que 80°, preferencialmente inferior a 70° Em uma modalidade, o plano do feixe forma, com o eixo óptico, um ângulo θ maior do que 1° e/ou preferencialmente menor do que 10°, preferencialmente menor do que 5°.

[0053] A projeção do feixe é possível diretamente sobre os dentes ou através de um ou mais espelhos.

[0054] O feixe tem preferencialmente uma largura l30 menor que 1 cm, preferencialmente maior que 2 cm quando atinge a abertura de retrator.

[0055] Em um plano de corte transversal à direção de projeção D15, mostrando a largura e a espessura do feixe, a seção do feixe pode ter qualquer forma. Preferencialmente, o feixe é substancialmente plano, preferencialmente vertical, de modo a desenhar, nos dentes, através da abertura de retrator 24, pelo menos uma linha de luz deformada, possivelmente quebrada.

[0056] Em uma modalidade, a marca de luz é variável no tempo, em particular quando o feixe é um feixe de luz estruturado.

[0057] Preferencialmente, o feixe é um feixe de luz visível, infravermelho, ultravioleta ou laser, preferencialmente não visível. O uso de luz invisível aumenta a aceitação do dispositivo pelo paciente. Em particular, o paciente pode ser estressado por uma luz visível, principalmente a luz laser.

[0058] Um feixe ultravioleta facilita vantajosamente a detecção de fissuras nos dentes.

[0059] Em uma modalidade, o projetor 15 é configurado de modo a projetar um feixe 30 cujas características, e em particular o comprimento de onda, variam ao longo do tempo. A análise das imagens atualizadas é portanto enriquecida.

[0060] Preferencialmente, o dispositivo compreende uma fonte de luz 32, preferencialmente difusa, preferencialmente composta por LEDs, adequada para projetar uma luz que facilite o reconhecimento da marca de luz nas imagens adquiridas, por exemplo, uma luz de uma cor complementar à da marca de luz. Uma iluminação com uma luz azul ou ciano pode ser bem adequada para uma marca de luz laranja.

[0061] A fonte de luz preferencialmente tem um índice de renderização de cor (CRI) maior que 80, preferencialmente maior que 90.

[0062] Preferencialmente, a câmara 22 emerge para fora apenas através da abertura de retrator.

[0063] Preferencialmente, a unidade de aquisição de imagem é um telefone celular equipado com uma câmera. Qualquer paciente equipado com um celular pode, assim, adquirir imagens atualizadas na forma de fotos.

[0064] A unidade de aquisição de imagens pode ser montada de forma removível no suporte. Preferencialmente, é fixada de forma não removível, ou seja, está incorporada no suporte. Vantajosamente, é assim possível fixar permanentemente a distância entre a unidade de aquisição de imagem e a abertura de retrator, e o ângulo θ entre o eixo óptico D18 da unidade de aquisição de imagem e o plano do feixe. A calibração da unidade de aquisição de imagens pode ser vantajosamente mais precisa, o que permite obter imagens de ótima qualidade. Além disso, a disposição fixa da unidade de aquisição de imagens e da abertura de retrator facilita consideravelmente a busca pelo modelo atualizado.

[0065] A unidade de aquisição de imagem fornece, preferencialmente, imagens coloridas e/ou imagens infravermelhas. As imagens infravermelhas permitem, vantajosamente, mostrar os dentes com um excelente contraste.

[0066] Em uma modalidade, a unidade de aquisição de imagem é configurada para adquirir uma imagem sob demanda, ou seja, apenas quando um operador aciona essa aquisição.

[0067] Preferencialmente, a unidade de aquisição de imagens é configurada para adquirir uma série que compreende mais de 5, 10 ou 20, preferencialmente mais de 20 imagens por segundo.

[0068] Preferencialmente, a unidade de aquisição de imagem compreende um sensor multiespectral.

[0069] A unidade de aquisição de imagem está preferencialmente a uma distância do centro da abertura de retrator de menos de 20 cm, ou 10 cm;

[0070] O espelho 16 é preferencialmente plano. A orientação do espelho pode ser fixa ou variável.

[0071] A unidade de aquisição de imagem é preferencialmente fixada no suporte em uma posição na qual adquire uma imagem composta compreendendo uma imagem direta da abertura de retrator e uma imagem da abertura de retrator refletida pelo espelho. O espelho permite vantajosamente poder observar, na mesma imagem composta, a marca de luz desde várias direções de observação. A imagem direta e a imagem refletida, que representam a marca de luz de duas direções de observação diferentes, constituem, cada uma, no sentido da invenção, uma imagem atualizada.

[0072] O espelho 16 também permite adquirir imagens atualizadas que a unidade de aquisição de imagens não pode adquirir diretamente, por exemplo vistas de cima.

[0073] Na modalidade representada, o espelho 16 é fixado no retrator. Também pode ser fixado no suporte.

[0074] Um espelho, idêntico ou diferente do espelho 16, também pode ser utilizado para desviar o feixe de luz, para que o modelo atualizado possa representar partes da arcada que são difíceis, ou mesmo impossíveis, de expor diretamente ao feixe de luz.

[0075] O dispositivo também pode compreender um padrão colorimétrico 34 e/ou um padrão de translucidez 36 que são fixados no suporte, preferencialmente na câmara 22. Vantajosamente, os padrões colorimétricos 34 e de translucidez 36 permitem, para cada imagem, corrigir as variações de matiz e facilitam a análise da imagem atualizada, em particular o reconhecimento da marca de luz.

[0076] Preferencialmente, o dispositivo também compreende um medidor de distância 40 disposto de modo a medir uma distância entre um ponto fixo em relação ao suporte, por exemplo, um ponto da unidade de aquisição de imagem e um objeto que fecha a abertura de retrator.

[0077] Preferencialmente, o dispositivo também compreende uma câmera térmica e/ou uma sonda de temperatura e/ou um analisador de hálito.

[0078] O módulo de processamento 20 pode ser em particular um computador incorporado no suporte ou software carregado em um computador, um telefone celular ou um tablet.

[0079] O módulo de processamento 20 compreende preferencialmente meios de comunicação, com ou sem fios, para se comunicar com a unidade de aquisição de imagem e, se necessário, com o medidor de distância e/ou a câmera térmica e/ou a sonda de temperatura e/ou o analisador de hálito.

[0080] Quando o módulo de processamento 20 não está fixo no suporte, ele preferencialmente compreende meios de comunicação sem fio, por exemplo Bluetooth® ou WiFi.

Método

[0081] O método é descrito no contexto de uma utilização do dispositivo de aquisição de acordo com a invenção. No entanto, não se limita a este contexto.

[0082] Na etapa A), o operador fixa o retrator 14 no suporte 12. O paciente, que também pode ser o operador, posiciona seus lábios nos canais definidos pela borda do retrator. Conforme representado na figura 3, os dentes do paciente estão bem clarificados.

[0083] Ao pressionar o gatilho na unidade de aquisição, o operador provoca a emissão de um feixe de luz 30, de modo a projetar, diretamente ou através de um ou mais espelhos, uma marca de luz na arcada dentária do paciente.

[0084] Em uma modalidade, o feixe é plano e o plano do feixe é substancialmente vertical quando o paciente mantém sua cabeça reta.

[0085] Ao pressionar o gatilho da unidade de aquisição, o operador provoca o acendimento da fonte de luz 32 e, preferencialmente, uma calibração da unidade de aquisição, preferencialmente por meio de medições realizadas pelo medidor de distância. Em seguida, provoca a aquisição de uma série de imagens atualizadas. Preferencialmente, esta situação é mantida enquanto o operador mantém uma pressão no gatilho.

[0086] Em uma modalidade preferencial, as imagens atualizadas são fotografias ou imagens tiradas de um filme.

[0087] Na etapa B), o paciente então desloca seus dentes para que o feixe se desloque sobre a arcada durante a aquisição das imagens atualizadas. Mais especificamente, ele vira a cabeça em relação ao suporte, mantendo os lábios no afastador, o que lhe permite expor sucessivamente ao feixe seus incisivos, caninos e molares, em um lado e depois em outro.

[0088] Se o suporte compreender um espelho 16, as imagens adquiridas podem ser imagens, cada uma composta por uma imagem direta e pelo menos uma imagem refletida pelo espelho.

[0089] As medições adquiridas pelo medidor de distância e/ou câmera térmica e/ou sonda de temperatura e/ou analisador de hálito são transmitidas para o módulo de processamento 20.

[0090] Na etapa C), o módulo de processamento 20 processa as imagens adquiridas, de acordo com métodos de processamento convencionais, a fim de isolar a imagem direta e a ou as imagens refletidas e, assim, multiplicar as imagens atualizadas.

[0091] Em uma modalidade, o processamento compreende uma operação de reversão das imagens refletidas e/ou uma operação de correção dos efeitos de perspectiva e/ou uma operação de correção das cores por meio do padrão colorimétrico.

[0092] Então, o módulo de processamento 20 identifica as projeções atualizadas nas imagens atualizadas. A identificação de uma projeção atualizada em uma imagem atualizada pode ser realizada por qualquer método de processamento de imagem.

[0093] Finalmente, o módulo de processamento 20 busca o modelo atualizado. Os métodos para isso não são limitativos.

[0094] A busca pelo modelo atualizado pode resultar notavelmente de uma otimização, preferencialmente por meio de um método metaheurístico, e/ou a implementação de um dispositivo de aprendizagem profunda.

[0095] Os métodos metaheurísticos são métodos de otimização conhecidos. O método é preferencialmente escolhido a partir do grupo formado por - algoritmos evolucionistas, preferencialmente escolhidos dentre: estratégias de evolução, algoritmos genéticos, algoritmos de evolução diferencial, algoritmos de estimativa de distribuição, sistemas de imunidade artificial, reconexão de caminhos de evolução complexa embaralhada, recozimento simulado e algoritmos de colônia, algoritmos de otimização de enxame de partículas, pesquisa tabu e o método GRASP;

- o algoritmo canguru, - o método Fletcher e Powell, - o método de interferência, - tunelamento estocástico, - hill-climbing com reinício aleatório, - o método de entropia cruzada, e - métodos híbridos entre os métodos metaheurísticos mencionados acima.

[0096] A otimização funciona por iteração.

[0097] Preferencialmente, é criado um modelo a ser testado e, a seguir, determinada uma distância representativa da diferença entre todas as projeções atualizadas e o modelo a ser testado.

[0098] Por exemplo, se o feixe é plano, a projeção atualizada da marca de luz em uma imagem atualizada é formada pela representação, nessa imagem, da projeção de uma linha, possivelmente fragmentada.

[0099] Se o feixe não for plano, por exemplo, é feito de uma grade, a projeção atualizada da marca de luz em uma imagem atualizada é uma forma complexa. A Figura 7 é um exemplo de uma imagem atualizada mostrando a projeção atualizada da grade na arcada.

[00100] Para avaliar a distância representativa, uma distância elementar com o modelo a ser testado é primeiro determinada para cada representação atualizada. Para tanto, busca-se uma imagem ideal de referência, ou seja, uma visão do modelo a ser testado que permita observar uma representação de referência ideal, ou seja, uma representação de referência que mais se assemelhe à representação atualizada. Em seguida, considera-se que a imagem de referência ideal exibe um melhor ajuste com a imagem atualizada.

[00101] Em seguida, a diferença entre a projeção de referência ideal e a projeção atualizada é avaliada, por exemplo, calculando a distância média, em mm ou em número de pixels, entre essas duas projeções. Essa diferença pode constituir a distância elementar.

[00102] A distância representativa pode ser, por exemplo, a média das distâncias elementares. Ela dá uma indicação sobre o ajuste do modelo a ser testado com todas as imagens atualizadas da série.

[00103] O modelo a ser testado é então modificado e o ciclo é retomado com o novo modelo a ser testado. A modificação é preferencialmente determinada para minimizar o número de ciclos (avaliação da distância representativa, modificação do modelo a ser testado).

[00104] Os ciclos são repetidos até que uma distância representativa seja obtida abaixo de um limiar de aceitabilidade predeterminado, preferencialmente considerado mínimo.

[00105] O modelo a ser testado correspondente a esta distância representativa constitui o modelo atualizado.

[00106] Para acelerar a etapa C), o primeiro modelo a ser testado é preferencialmente um modelo de arcada.

[00107] O primeiro modelo a ser testado pode ser um modelo de arcada do paciente, por exemplo, produzido no início de um tratamento ortodôntico. O primeiro modelo a ser testado pode ser um modelo teórico, que não representa a arcada de um determinado paciente. Preferencialmente, o primeiro modelo a ser testado é um modelo de arcada que aborda as características do paciente, por exemplo, um modelo de arcada que é típico de pacientes da mesma idade e/ou do mesmo sexo e/ou tendo sido submetidos ao mesmo tratamento ou tratamento semelhante e/ou ter o mesmo número de dentes, nos mesmos locais.

[00108] Em uma modalidade preferencial, o modelo a ser testado é segmentado, preferencialmente para definir um modelo de dente para cada dente da arcada. A modificação do modelo a ser testado pode compreender vantajosamente deslocamentos dos modelos de dente e/ou deformações desses modelos de dente. A busca pelo modelo atualizado é consideravelmente acelerada.

[00109] As modificações dos modelos sucessivos a serem testados são determinadas como realistas, por exemplo, para não levar a uma interpenetração de modelos de dentes, ou a posições ou deformações de dentes que são fisiologicamente impossíveis.

[00110] Um dispositivo de aprendizagem profunda, preferencialmente uma rede neural, é um conjunto de algoritmos bem conhecido pelo versado na técnica.

[00111] A rede neural pode, em particular, ser escolhida entre: - redes especializadas em classificação de imagens, chamadas de "CNNs" ("Redes neurais convolucionais"), por exemplo - AlexNet (2012) - ZF Net (2013) - VGG Net (2014) - GoogleNet (2015) - Microsoft ResNet (2015) - Caffe: BAIR Reference CaffeNet, BAIR AlexNet - Torch: VGG_CNN_S,VGG_CNN_M,VGG_CNN_M_2048,VGG_CNN_M_1024,VG G_CNN_M_128,VGG_CNN_F,VGG ILSVRC-2014 16-layer,VGG ILSVRC- 2014 18-layer,Network-in-Network (Imagenet & CIFAR-10) - Google: Inception (V3, V4); - redes especializadas em localização e detecção de objetos em uma imagem, Redes de detecção de objetos, por exemplo: - R-CNN (2013) - SSD (detector de caixa múltipla de disparo único: rede de detecção de objetos), Faster R-CNN (método de rede convolucional com base na região mais rápida: rede de detecção de objetos) - Faster R-CNN (2015)

- SSD (2015).

[00112] A lista acima não é limitativa.

[00113] Convencionalmente, o dispositivo de aprendizagem profunda é treinado por um processo de aprendizado denominado "aprendizagem profunda (deep learning)".

[00114] Uma base de aprendizagem é construída antes de mais nada. Inclui modelos históricos de arcadas e, para cada modelo histórico, um conjunto de projeções históricas associadas.

[00115] Tendo, como entrada para o dispositivo de aprendizagem profunda, os modelos históricos e os conjuntos correspondentes de projeções históricas, o dispositivo de aprendizagem profunda aprende progressivamente a reconhecer, a partir de um conjunto de projeções, padrões e a associá-los a modelos de arcada.

[00116] Depois de ter treinado o dispositivo de aprendizagem profunda, o conjunto de projeções atualizadas da série de imagens atualizadas pode então ser submetido a ele. Graças ao seu treinamento, o dispositivo de aprendizagem profunda é capaz de reconhecer padrões nele e determinar um modelo de arcada que corresponda a este conjunto de projeções atualizadas e, portanto, que possa ser considerado como um modelo atualizado.

[00117] Obviamente, as técnicas de otimização e aprendizagem profunda podem ser combinadas.

[00118] Por exemplo, é possível usar primeiro um dispositivo de aprendizagem profunda para criar o primeiro modelo a ser testado e, em seguida, modificar esse modelo para otimizá-lo.

[00119] Também é possível usar um dispositivo de aprendizagem profunda para reconhecer a natureza de cada dente representado nas imagens atualizadas (por exemplo "incisivo" ou "molar"), em seguida, pesquisar, em uma base de modelo de dente, o modelo de dente da mesma natureza qual corresponde melhor a dito dente. A técnica descrita acima para pesquisar um modelo de arcada pode ser usada para buscar os modelos de dente.

[00120] Após a identificação dos modelos de dente, eles podem ser dispostos para formar o primeiro modelo de arcada a ser testado e, a seguir, modificar esse primeiro modelo para otimizá-lo, conforme descrito acima.

[00121] Outros métodos para produzir o modelo atualizado também são possíveis.

[00122] Em particular, a análise das projeções atualizadas pode permitir uma avaliação da distância entre a unidade de aquisição de imagens e a arcada dentária.

[00123] Em uma modalidade, a deformação da projeção atualizada em relação à sua forma é analisada se ela tiver sido projetada em uma tela em ângulos retos na direção da projeção. Essa análise permite avaliar os relevos da arcada, ou seja, as variações de distância entre o projetor e a arcada na região em que a marca de luz é projetada. São conhecidos os algoritmos que permitem avaliar as variações da distância em função da deformação da projeção atualizada.

[00124] Para remover quaisquer ambiguidades, por exemplo, quando a marca de luz se estende sobre uma região incluindo orifícios, oclusões ou mudanças rápidas de profundidade, o feixe é preferencialmente um feixe de luz estruturado, do tipo daqueles usados por alguns scanners 3D, e a "Triangulação a laser multifaixas (MLT)" pode ser usada em particular.

[00125] Ainda preferencialmente, o feixe de luz é configurado para projetar um padrão não repetitivo em uma tela em ângulos retos com a direção de projeção, o que facilita a remoção das ambiguidades.

[00126] O ângulo entre um plano perpendicular à direção de projeção D15 do feixe e o eixo óptico é preferencialmente maior do que 1° e/ou menor do que 10°, preferencialmente menor do que 5°.

[00127] A análise das projeções atualizadas também pode compreender uma análise comparativa das projeções atualizadas de uma mesma marca de luz representada em imagens atualizadas obtidas em estereovisão, ou seja, tomadas simultaneamente por várias unidades de aquisição de imagens com eixos ópticos diferentes. Preferencialmente, o desvio angular entre os eixos ópticos é maior que 1° e/ou menor que 10°, preferencialmente menor que 5°.

[00128] Para melhorar a análise das projeções atualizadas, também é possível avaliar distâncias pela análise das imagens atualizadas. Em particular, são conhecidas as dimensões entre dois pontos notáveis do afastador, o que permite avaliar o deslocamento relativo da unidade de aquisição de imagens em relação à arcada entre duas imagens atualizadas sucessivas.

[00129] O deslocamento da arcada através do feixe pode resultar do deslocamento da arcada, o feixe permanecendo imóvel, do deslocamento do feixe, a arcada permanecendo imóvel, ou do deslocamento simultâneo da arcada e do feixe.

[00130] Em uma modalidade, o deslocamento da arcada ao longo do feixe resulta exclusivamente do deslocamento do feixe, e esse deslocamento é controlado. O paciente é então solicitado a não se mover e o feixe é deslocado para que ele faça a varredura da arcada em uma velocidade controlada, por exemplo, em velocidade constante. O deslocamento controlado requer, no entanto, o fornecimento de meios para acionar o projetor ou um espelho de retorno do feixe, por exemplo um motor elétrico.

[00131] Preferencialmente, o deslocamento da arcada através do feixe não é controlado mecanicamente, principalmente porque o paciente pode mover suas arcadas em relação ao feixe a uma velocidade que não é conhecida.

[00132] Um único método para analisar as projeções atualizadas pode, portanto, revelar-se inadequado. Por exemplo, se a marca de luz é uma linha vertical e é observada apenas por uma única unidade de aquisição de imagem, a análise não permite necessariamente determinar informações precisas seguindo a direção de rolagem dos dentes no feixe.

[00133] Preferencialmente, vários métodos de análise são, portanto, combinados. Preferencialmente, pelo menos um dos métodos implementa uma rede neural* ou um método metaheurístico.

[00134] No final da etapa C), é obtido um modelo atualizado que é uma boa representação da arcada dentária que foi o objeto da série de imagens atualizadas.

[00135] Vantajosamente, o método não requer a implementação de um scanner e pode ser implementado facilmente, possivelmente pelo próprio paciente, sem ter que introduzir qualquer objeto em sua boca.

[00136] Como agora se evidencia claramente, um dispositivo de acordo com a invenção permite vantajosamente a realização de um modelo da arcada dentária muito rapidamente, sem a utilização de um scanner ou de um versado na técnica, em particular um dentista ou um ortodontista. O método pode, em particular, ser implementado pelo próprio paciente ou por alguém próximo a ele, em qualquer lugar e, em particular, fora de um consultório médico, odontológico ou ortodôntico. Não requer que qualquer equipamento particular seja instalado na arcada do paciente.

[00137] Obviamente, a invenção não se limita às modalidades descritas e representadas, fornecidas apenas para fins ilustrativos.

[00138] Em particular, para facilitar a análise, a marca de luz pode resultar da projeção de várias linhas ou de uma grade, ou de um conjunto de pontos, preferencialmente não alinhados, ou de uma faixa. Uma faixa de luz vantajosamente tem uma largura determinada, o que facilita a determinação das dimensões. Além disso, as bordas de uma faixa fornecem as mesmas informações técnicas que duas linhas. A largura da faixa é preferencialmente superior a 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm e/ou inferior a 10 mm.

[00139] Em uma modalidade, a orientação do feixe em torno da direção de projeção é variável. Em uma modalidade, ela varia durante a aquisição das imagens atualizadas.

[00140] Além disso, as posições da unidade de aquisição de imagem e do projetor em relação ao plano da abertura de retrator podem ser diferentes daquelas descritas e representadas acima. Em particular, a direção de projeção D15 não é necessariamente perpendicular ao plano da abertura de retrator.

[00141] Em uma modalidade, o eixo óptico D18 da unidade de aquisição de imagem é perpendicular ao plano da abertura de retrator. Esta situação corresponde, por exemplo, à forma de realização das figuras 1 e 2 em que as posições da unidade de aquisição de imagens e do projetor seriam invertidas.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Método para gerar um modelo digital tridimensional de uma arcada dentária de um paciente, por meio de um dispositivo de aquisição, caracterizado pelo fato de que compreende: - um suporte (12); - um retrator dentário (14) fixado ao suporte e definindo uma abertura de retrator (24); - uma unidade de aquisição de imagem atualizada (18) fixada ao suporte em uma posição na qual observa a abertura de retrator ao longo de um eixo óptico (D18); - um projetor (15) adequado para projetar um feixe de luz (30) em direção à abertura de retrator, de modo a desenhar, quando o retrator é usado pelo paciente, pelo menos uma marca de luz na arcada do paciente, e - um módulo de processamento (20), dito método compreendendo as seguintes etapas: A) projeção, por meio do projetor (15), de pelo menos um feixe de luz (30) sobre a arcada, de modo a desenhar pelo menos uma marca de luz na arcada; B) simultaneamente com a etapa A), deslocamento da arcada através do feixe de luz (30) e aquisição, durante dito deslocamento, de uma série de ditas imagens atualizadas de dita arcada, cada uma mostrando uma representação da marca de luz projetada ou "projeção atualizada"; C) identificação, pelo módulo de processamento (20), de dita projeção atualizada em cada imagem atualizada, e então produção, pelo módulo de processamento (20), de um modelo digital tridimensional, denominado "modelo atualizado", exibindo um melhor ajuste com todas as projeções atualizadas, buscando-se o modelo atualizado por meio de um método de otimização e/ou um dispositivo de aprendizagem profunda (deep learning).

2. Método, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que, na etapa C), o modelo atualizado é determinado como o modelo a ser testado obtido no final do seguinte ciclo das etapas a) a c): a) criação de um modelo a ser testado, então b) determinação de uma distância representativa da diferença entre todas as projeções atualizadas e o modelo a ser testado, então, c) se dita distância representativa exceder um limiar de aceitabilidade predeterminado, modificação do modelo a ser testado e retorno à etapa a), a distância representativa sendo determinada a partir de distâncias elementares, cada distância elementar sendo determinada, para uma respectiva projeção atualizada, por uma avaliação da diferença entre dita projeção atualizada e uma projeção de referência ideal, uma projeção de referência sendo uma representação, em uma imagem de referência representando uma vista do modelo a ser testado, de uma marca de luz virtual resultante da projeção, no modelo a ser testado, de um feixe de luz virtual da mesma forma que o feixe de luz projetado sobre a arcada na etapa A), a imagem de referência ideal sendo a imagem de referência que mostra a projeção de referência que exibe uma distância mínima com a projeção atualizada.

3. Método, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior, caracterizado pelo fato de que o modelo a ser testado é segmentado de modo a definir modelos de dente e, na etapa c), a modificação do modelo a ser testado compreende deslocamentos dos modelos de dente e/ou deformações desses modelos de dente.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa C), para produzir o modelo atualizado, um modelo definido de acordo com as características do paciente é modificado.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa C), pelo menos dois métodos são implementados entre os métodos de otimização, os métodos de inteligência artificial, os métodos para avaliar as dimensões por estereovisão, os métodos para avaliação das dimensões pela análise da forma da marca de luz e dos métodos de avaliação das dimensões pela análise da distância entre os pontos notáveis das imagens atualizadas.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa A), um feixe de luz estruturado é projetado.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa B), o paciente usa o retrator dentário imobilizado em relação à unidade para adquirir ditas imagens atualizadas e desloca dita arcada em relação à dita unidade de aquisição de imagem.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aquisição compreende um espelho (16) configurado para refletir uma imagem em direção à unidade de aquisição de imagem e/ou um espelho configurado para refletir o feixe de luz, e/ou um sensor multiespectral e/ou um padrão colorimétrico (34) e/ou um padrão de translucidez (36) e/ou uma câmera térmica e/ou uma sonda de temperatura e/ou um analisador de hálito e/ou um medidor de distância, em comunicação com a unidade de aquisição de imagem e disposta de modo a medir uma distância entre um ponto do suporte e um objeto fechando a abertura de retrator.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de aquisição de imagem atualizada (18) e/ou o módulo de processamento (20) são incorporados no suporte.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o projetor é configurado para projetar um feixe que não é visível a olho nu.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o projetor é configurado para projetar um feixe ultravioleta.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o projetor (15) é configurado de modo a variar o comprimento de onda e/ou a forma do feixe (30) ao longo do tempo.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a marca de luz é um ponto, uma linha, uma faixa ou um conjunto de pontos e/ou de linhas e/ou faixas.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a marca de luz é uma linha e o feixe tem uma espessura (e30), preferencialmente constante, inferior a 1 mm na saída do projetor e quando atinge a abertura de retrator.

15. Método, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior, caracterizado pelo fato de que o plano do feixe forma, com o eixo óptico, um ângulo θ maior que 10° e menor que 80°.