CN101969877A

CN101969877A - 基于简化图像的正畸治疗监测

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Publication number: CN101969877A
Application number: CN2008801273418A
Authority: CN
Inventors: 小大卫·K·西纳德尔
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: Shuwanuo Intellectual Property Co
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: US11324570B2; US10307221B2; CN101969877B; JP2011507613A; US20100260405A1; WO2009085752A3; EP2240115A2; JP5416132B2; WO2009085752A2; EP2240115B1; US20190239982A1

Abstract

本发明提供一种用于在正畸治疗过程期间便捷和有效地监测和评估患者牙齿的位置的数字驱动的方法。在示例性实施例中，通过X射线照片和/或口腔内扫描而提供表示患者牙齿结构的初始3D数字数据组。随后在治疗过程期间，使用咬合托印模或低分辨率口腔内扫描而快速提供表示部分牙齿结构的简化图像。通过将初始图像的元素与简化图像的对应元素配准，随后导出或“重建”全部牙齿结构的三维(3D)图像。通过从简化图像重建牙齿结构，专业治疗人员可以提供患者完整牙齿结构的精确的、可操作的3D图像以用于诊断和治疗计划的目的。其它方面包括使用这些数据来比较当前和目标牙齿位置以评估治疗进展和建议对正畸矫正器规格的修改的方法。

Description

基于简化图像的正畸治疗监测

1.技术领域

本发明一般地涉及正畸治疗领域。更具体地，本发明涉及正畸治疗监测和计划的方法。

2.相关技术的描述

正畸术是关于口腔内牙齿位置的监查、导引和校正的牙科领域和专业。其通过对牙齿施加力和/或将力重新定向而将它们带到相对于彼此以及面骨例如颌骨合适的位置上。

在一种普遍类型的治疗中，将称作托槽(brackets)的微型有槽矫正器固定到患者的牙齿上，并将弹性弓丝(archwire)放置到每个托槽的缝中。在弓丝的末端提供称作颊面管(buccal tube)的矫正器，其固定在患者的臼齿上。弓丝在放入口腔时是偏转的，但是随后在其回复到它的原始形状时施加连续的力推动牙齿到适当的位置。通常将托槽、颊面管和弓丝一并称作“牙箍(braces)”。

从矫正器首次粘接(bond)到牙齿上到治疗结束时将它们取下，主动正畸治疗通常持续一到三年。尽管在整个治疗过程中可以发生牙齿的移动，但是该移动通常不会以平稳连续的方式发生。有时存在“瓶颈”阻止甚至停滞牙齿的移动。例如，可能需要将特定的牙齿移开，为其它牙齿创造空间。由于支抗丢失或不期望的牙齿移动必须在进一步继续前修补，可能产生延迟。而且，根据每个患者牙齿排列的独特生物学，有些牙齿可能就是比其它牙齿移动慢。

专业治疗人员，典型为正牙医师，在为患者制定治疗计划时会预期到这些挑战的一部分。在一开始时，专业治疗人员通常在X射线和/或石膏研究模型的帮助下提供位置不正的牙齿的3维图像。专业治疗人员随后构思出牙齿期望的最终位置的思维图像(mental image)，并预见到达到该状态的治疗路径。该治疗计划因此可以充当“路线图”，用于确定将患者从咬合不正状态引领到最终状态的中期和最终目标的次序。该治疗计划也可以包括基于专业治疗人员的经验和专业知识而实现各中期和最终目标的预期时间线。

尽管专业治疗人员勤奋或尽量上心，然而，很少能够精确地依照治疗计划进行实际治疗。经常需要计划外调整；例如，专业治疗人员可能在弓丝中设置额外的弯曲或者在一颗或多颗牙齿上重新定位矫正器以达到合适的治疗结果。这些调整是针对治疗进程连续评估的结果，并且这些评估又是基于专业治疗人员在患者牙齿常规检查期间观察到的结果。这个过程既主观又天生带有不精确性。由于人类视野和患者口腔物理结构的限制，口腔环境使得人类即使并非不可能也难于在没有辅助下建立患者牙齿结构的3维视觉图像。而且，牙齿的根部不容易看到，这使得难于将齿列的隐藏部分例如齿根合并到中期治疗计划中。

发明内容

由于上述传统正畸治疗监测方法的局限，在治疗过程中提供牙齿的精确相对位置的方法通常是耗时的和低效的。本发明提供了在使用数字信息的正畸治疗进程期间，便捷和有效地监测和评估患者牙齿位置的方法。在示例性实施例中，通过X射线照片和/或口腔内扫描而提供表现患者牙齿结构的初始数字数据组。随后在治疗过程期间，使用咬合托印模(bite plate impression)或超快速低分辨率口腔内扫描仪可以便捷地提供表现部分牙齿结构的简化图像。随后通过将初始图像的元素与简化图像的相应元素对齐或配准，导出或“重建”全部牙齿结构的三维(3D)图像。通过使用来自两个图像中的元素进行数字化重建牙齿结构，专业治疗人员可以提供患者完整牙齿结构的精确的、当前的和可操作的3D图像，用于诊断和治疗计划目的。

本发明提供一种在治疗期间导出牙齿位置和定向的完整3D图像、评估治疗进程、以及计算正畸矫正器的调整量的方法，对于专业治疗人员和患者都特别有利。首先，通过对已在治疗开始时获得的一整组牙齿数据进行权衡，仅仅小部分牙齿数据需要重建整个牙齿结构的当前位置。由于取完整的牙齿印模或高分辨率口腔内扫描对于患者来说是耗时的和不舒适的，咬合配准器(bite register)可在数秒内进行且离线扫描，患者的不适感最低。进一步的优点在于，能够将牙齿结构中通常隐藏的特征如根部集成到当前的3D图像中而不需要执行额外的射线照片。这在涉及临时锚固装置(TADs)时尤其有用，因为这些成像技术可以帮助专业治疗人员显现TADs相对于齿根的位置。最后，通过提供包括根部的牙齿的完整详细的图像，该方法在诊断性治疗问题和建议对正畸矫正器诸如弓丝或其它矫正器进行中期校正中是有用的。

进一步具体而言，本发明的一个方面涉及一种导出患者牙齿排列图像的方法，该方法包括如下步骤：提供表示第一牙齿排列的第一数字图像；提供表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中第二数字图像相比较第一数字图像是简化的图像，并且其中在第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于第一牙齿排列中对应的牙齿处于不同的位置；通过将第一数字图像中的至少一个元素与第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出表示第二牙齿排列的第三数字图像，其中第三数字图像相比较第二数字图像是增补图像。

另一方面涉及一种比较患者的牙齿排列的方法，该方法包括如下步骤：提供表示第一牙齿排列的第一数字图像；导出表示目标牙齿排列的目标排列图像；提供表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中第二数字图像相比较第一数字图像是简化的图像并且其中在第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于第一牙齿排列中对应的牙齿处于不同的位置；以及通过将第一数字图像中的至少一个元素与第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出表示第二牙齿排列的第三数字图像，其中第三数字图像相比较第二数字图像是增补图像。

另一方面涉及一种规定正畸矫正器的方法，该方法包括如下步骤：提供正畸矫正器的计划规格；提供表示与该正畸矫正器相关的第一牙齿排列的第一数字图像；通过第一牙齿排列中的牙齿虚拟移动到期望位置而导出表示目标牙齿排列的目标数字图像；提供表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中第二数字图像相比较第一数字图像是简化的图像并且其中在第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于第一牙齿排列中对应的牙齿处于不同的位置；将目标数字图像中的至少一个元素与第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出转变矩阵；以及部分基于该转变矩阵而修改该正畸矫正器的计划规格。

又一方面涉及一种软件程序，其执行导出患者牙齿排列图像的方法，该方法包括如下步骤：提供表示第一牙齿排列的第一数字图像；提供表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中第二数字图像相比较第一数字图像是简化的图像并且其中在第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于第一牙齿排列中对应的牙齿处于不同的位置；通过将第一数字图像中的至少一个元素与第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出表示第二牙齿排列的第三数字图像，其中第三数字图像相比较第二数字图像是增补图像。

再一方面涉及一种包括计算机装置和在该计算机装置上执行的软件程序的系统，其中所述软件程序包括描绘引擎(rendering engine)和配准模块，所述绘图引擎产生表示第一牙齿排列的第一数字图像和产生表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中第二数字图像相比较第一数字图像是简化的图像并且其中在第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于第一牙齿排列中对应的牙齿处于不同的位置，所述配准模块将第一数字图像中的至少一个元素与第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出表示第二牙齿排列的第三数字图像，其中第三数字图像相比较第二数字图像是增补图像。

此处公开的进一步实施例包括使用诸如基于光的扫描、接触探头、主动波前采样、x射线照片、磁共振成像、超声成像和计算机断层照像的程序而提供第一数字图像，和通过扫描咬合印模、执行低分辨率扫描或执行局部口腔内扫描而提供第二数字图像。其他实施例包括元素配准的步骤，所述元素包括牙齿、与牙齿粘接的矫正器、以及非粘接矫正器例如临时锚固装置。

附图说明

图1是描述在监测正畸治疗中进行的一些步骤的方框图。

图2是描述在正畸治疗评估中进行的一些步骤的方框图。

图3是描述在修改正畸矫正器规格中进行的一些步骤的方框图。

图4示出了由图7中的咬合配准器表面呈现的患者齿列的印痕。

图5示出了使用咬合配准器来配准牙齿排列内牙齿元素的过程的工作流程。

图6示出了使用低分辨率口腔内扫描来配准牙齿排列内牙齿元素的过程的工作流程。

图7示出了虚拟咬合托的屏幕截图，其显示上齿弓上牙齿的咬合面。

图8示出了使用图7中的虚拟咬合托论证该配准过程的屏幕截图。

定义

用在这里：

“中央向”表示朝向患者弯曲的齿弓中央的方向。

“远端向”表示离开患者弯曲的齿弓中央的方向。

“咬合向”表示朝向患者牙齿外端的方向。

“齿龈向”表示朝向患者齿龈或牙龈的方向。

“脸向”表示朝向患者嘴唇或脸颊的方向。

“舌向”表示朝向患者舌头的方向。

具体实施方式

本发明广泛地涉及各种实施例，用于将治疗期间不同时间所提供的数字图像配准，以提供协助正畸治疗监测和其它相关应用的新图像。更为具体的，本发明的一个方面涉及将来自第一数字图像的元素与简化的第二数字图像中的对应元素相配准而导出这些新图像。本发明的三个实施例：治疗监测工作流程、治疗评估工作流程以及器材修改工作流程，分别在图1-3所示的流程图中详细描述。这些工作流程中的每一个都能够依次被细分为若干基础步骤，其包括初始图像获取、数据处理、治疗和简化图像获取、配准以及应用。在下面各个部分，将依次研究这些步骤中的每一个，要记住，本发明可以表现为比所有说明的步骤少、比说明的步骤多、和/或步骤的顺序与所示的不同。

初始图像获取

用在这里，将“牙齿排列”定义为下列的一个或多个的组或亚组：牙齿元素(例如牙冠和牙根)、牙龈、骨、粘接的矫正器、植入的矫正器和其它相关的解剖结构，它们位于3维(3D)空间中并且在治疗期间的特定时刻与患者有关。术语“数字图像”可以包括表示、限定或描绘可视3D图像的数字数据、或者图像本身。在下文的示例中，术语“数字图像”和“数字数据”可互换使用。数字图像可使用后台服务器或工作站例如具有能操作数字图像的处理器、用户界面、以及允许用户观看数字图像的显示器的通用计算机设备装置，进行存储、处理和/或通信。该计算机装置还包括能够存储多组数字图像并且能够完整地访问在计算机装置中运行的软件的存储器。

治疗监测、治疗评估以及器材修改工作流程都始于获取表示患者牙齿结构的数字图像。在该第一步骤中，如附图1-3中方框100所指出，提供患者牙齿排列的第一数字图像并将其存储在本地或远程计算机装置上。该数字图像可以表示患者的整个牙齿结构、仅仅上或下齿弓、或者仅仅一个或两个齿弓中的一部分。例如，在为一些而不是全部牙齿寻求治疗监测的情况下，可能需要仅仅表示患者的一部分牙齿结构的数字图像。任选在正畸治疗开始时提供第一数字图像，例如在将正畸矫正器粘接或放置在牙齿上之前即刻或之后即刻。在一些实施例中，第一数字图像不仅仅显示患者的牙齿而且还显示与其相关的托槽或其它正畸矫正器的3D形状。正畸矫正器的几何特征可以提供界标用于图像互相配准，其将在后续描述。

在一些实施例中，可以用手持式口腔内扫描器，诸如由BrontesTechnologies，Inc(Lexington，MA)生产并在PCT公布No.2007/084727(Boerjes等人)中描述的采用主动波前采样的口腔内扫描器，提供第一数据图像(方框100)。或者，可以使用其它口腔内扫描器或口腔内接触探头。作为另一选择，可以通过扫描患者牙齿的阴印模来提供第一数字图像(方框100)。作为另一选择，可以通过对患者牙齿的正物理模型进行成像或通过在患者牙齿模型上使用接触探头而提供第一数字图像(方框100)。用于扫描的模型可以通过例如对来自合适的印模材料例如藻酸盐或聚乙烯硅氧烷(PVS)的患者齿列印模进行浇铸、向印模中倾注浇铸材料(例如正畸石或环氧树脂)、以及允许浇铸材料固化而制造。可以采用任何合适的扫描技术扫描该模型，包括X射线照片、激光扫描、计算机断层照相(CT)、磁共振成像(MRI)以及超声成像。其它可能的扫描方法描述在美国专利公布No.2007/0031791(Cinader等人)中。

除了通过扫描牙齿暴露的表面来提供数字图像之外，还能对齿列的隐藏特征、例如患者的牙根和患者的颌骨进行成像。在一些实施例中，通过提供若干张这些特征的3D图像并随后将它们“缝合”在一起而形成第一数字数据(方框100)。这些不同图像不需要采用相同的成像技术提供。例如，采用CT扫描提供的牙根的数字图像可以与采用口腔内可见光扫描器提供的牙冠的数字图像相集成。在美国专利No.6,845,175(Kopelman等人)和美国专利公布No.2004/0029068(Badura等人)中描述了2D牙齿图像与3D牙齿图像的缩放和配准。已授权的美国专利Nos.7,027,642(Imgrund等人)和7,234,937(Sachdeva等人)描述了将各种3D资源所提供的数字图像集成的技术。据此，此处使用的术语“成像”并不仅限于可视结构的普通照相成像，还包括隐藏牙齿结构的成像。

通过将牙根的图像数据沿着其牙冠的图像数据进行集成，可以随着它们在治疗期间的移动，监测和/或模拟牙冠和牙根之间的关系。包含牙根和颌的信息也使专业治疗人员能够提供牙齿和其周围骨结构的更为全面的分析。例如，患者颌的X射线可以辅助识别已经长合的牙齿(例如与颌骨融合的)，而MRI能够提供关于患者齿龈组织密度的信息。而且，关于患者牙齿和其他头盖骨特征之间相对关系的信息允许在每个治疗步骤中将牙齿相对于头部的其余部分精确对齐。可以在嵌入的临时锚固装置(TADs)或牙齿植入物的位置上收集类似信息。通过执行扫描或扫描组合，这些嵌入的装置能够成像并沿着相邻齿根图像而映射到颌骨的3D图像上。上述每种扫描技术都可以在牙科诊所内或其它外部地方执行。

数据处理

图1-3中的方框102表示方框100中获取的原始数字数据的额外处理。例如，可任选通过移除代表明显错误或不需要的任意数据点而“清理”原始数据。例如，代表牙齿表面的数据文件包括明显在相邻数据点通常预期的几何关系之外的数据点，该文件可以通过数据操作软件调整以移除错误的数据点。此外，遗漏的牙齿数据点可以通过数据操作软件增加或估计，以建立由数据点定义的牙齿或颌骨的真实且平滑的曲线形状。在一些实施例中，数字数据可以被“表面化(surfaced)”或者是通过提供者例如Geomagic，Inc(Research Triangle Park，NC)的建模软件由数据点云转变为3D表面。依赖于所采用的扫描类型，这些表面可以包括对于裸眼隐藏的表面，例如表示齿根和TADs的嵌入尾部的表面。表示隐藏结构的表面可以嵌套在表示颌骨的表面中。

方框102还表示，第一数字图像(方框100)随后虚拟地分成离散的元素，使得每个牙齿能够作为单独的对象独立地移动。任选牙齿元素也与周围的齿龈组织和骨分离，仅仅只保留牙冠和牙根的流动3D图像。这可以使用在本地或远程计算机装置上运行的商业软件例如Geomagic Studio和/或Geomagic Dental(Geomagic，Inc.Research TrianglePark，NC)来执行，并自动或以操作者的介入来执行。对于非牙齿的结构也可以类似地执行该进程。例如，植入的装置例如TADs可以虚拟地从周围的牙周韧带和颌骨上分离。已授权的美国专利Nos.6,632,089(Rubber等人)、6,371,761(Cheang 等人)以及7,245,750(Cermak等人)中描述了记述将牙齿分离为各个牙齿对象的替代方法。

在治疗评估和器材修改工作流程中，如图2和3的方框104所指示，还额外地提供牙齿在期望位置中的目标数字图像。优选的，通过将第一牙齿排列中的牙齿虚拟移动到期望的位置而导出方框104中的目标数字图像，并且该目标数字图像提供与方框100中的第一数字图像相同的细节水平(如相同的覆盖度或点密度)。此处，“期望的位置”可以表示治疗结束时的最终牙齿位置，或者表示到达中间治疗目标时牙齿的位置。在一些实施例中，每个期望的牙齿位置通过目标数字图像内分离的、单独的可移动元素而依次表示(方框104)。

可以采用各种途径提供牙齿在期望位置中的数字图像。在一个实施例中，专业治疗人员可以与计算装置的用户界面互动来观察三维(“3D”)虚拟模型并手动限定患者牙齿的最终期望位置。如果方框100中的第一数字图像包括与牙齿粘接的矫正器，则随后可以通过将虚拟弓丝与矫正器连接并基于弓丝随时间返回到其正常放松状态的预测移动而自动确定方框104中期望的牙齿位置。在替代实施例中，提供期望的牙齿位置(方框104)可以包括虚拟地将一个颌上的整组牙齿平移到相对的颌上，以模拟颌手术的效果。

在方框100中的第一数字图像不包括矫正器的情况下，则可以使用虚拟矫正器完整地导出期望的牙齿位置。例如，方框104可以包括定义虚拟矫正器，将所述矫正器与牙齿元素虚拟粘接、以及使用虚拟的弓丝将牙齿元素移动到期望位置。在一个实施例中，专业治疗人员使用本地计算机装置在虚拟模型上选择和放置虚拟矫正器例如托槽和颊面管。在该过程期间，专业治疗人员选择体现出一定几何特征的虚拟矫正器并也选择所述矫正器在患者建模环境内的牙齿上的位置。建模软件在3D环境下将每个托槽和每个牙齿作为分离的对象进行操作，并且在3D空间内相对于相应托槽的牙齿的关联坐标系固定每个托槽的位置。然后，建模软件能基于所选择的矫正器位置模拟弓丝和标准弓形之间的关系以计算牙齿的最终位置，并且展示处于最终咬合的虚拟牙齿。

如果专业治疗人员对于牙齿的最终预定位置并不完全满意，则专业治疗人员可以使用建模软件相对于虚拟牙齿移动一个或多个虚拟矫正器。建模软件随后基于虚拟牙齿上虚拟矫正器的修改位置计算和显示虚拟牙齿的新最终位置。这些步骤可以按照需要重复多次，直到专业治疗人员对建模软件上显示的虚拟牙齿的最终位置感到满意为止。

作为定位矫正器的一种替代，专业治疗人员可以使用建模软件直接移动虚拟牙齿到期望位置。在一些实施例中，建模软件将随后计算牙齿上矫正器的位置以移动牙齿到那些期望位置。表示矫正器期望位置的数据，连同每个矫正器的识别数据(例如品牌名称和制造商的零件号码)、牙齿识别数据(例如牙齿类型和在口腔中的位置)和患者数据(例如姓名和出生日期、或者患者身份证号码)，则可以一同递交给生产厂。生产厂随后可以使用该数据来制备将实体矫正器粘接到患者牙齿上的托盘或夹具。在已授权的美国专利Nos.7,020,963(Cleary等人)和7,188,421(Cleary等人)、美国专利公布No.2005/0074717(Cleary等人)、以及待审批的美国专利公布Nos.2006/0223031(Cinader等人)、和2006/0223021(Cinader等人)中，描述了合适的非直接粘接托盘和制造非直接粘接托盘的方法。

作为另一替代，专业治疗人员诊所内的计算机装置可以包括子程序以适于分析患者现有的咬合不正并辅助确定患者牙齿上矫正器的期望最终位置。该软件也可以包括子程序以辅助建议或选择手头适当的矫正器用于治疗特定的咬合不正。作为另一种选择，可以由技术人员在远离专业治疗人员诊所的地方执行方框104的步骤。例如，生产厂的技术人员可以依照本领域的已知标准或依照专业治疗人员以前提供的通用指导，使用软件在虚拟牙齿模型上放置虚拟器具。

一旦技术人员对于矫正器位置感到满意，并将所得到的牙齿的最终位置、虚拟模型连同显示矫正器位置的数据将一同传递给专业治疗人员以进行复核。专业治疗人员随后可以批准技术人员的矫正器放置位置或者按照需要重新确定矫正器位置。专业治疗人员随后将虚拟模型与上述矫正器、牙齿和患者数据一同转回给生产商。和以前一样，牙齿的期望位置(方框104)随后可以从矫正器在它们最终咬合的所选位置上导出。在待审查的美国专利公布No.2008/0233531(Raby等人)中公开了上述一些方法的进一步细节。

治疗和简化图像的获取

接下来，如图1-3中的方框106所示，患者将继续进行正畸治疗。在托槽和环带与患者牙齿连接的实施例中，正畸弓丝可以连接到粘接的矫正器上以开始正畸治疗。然而，也可以使用其它形式的正畸治疗，例如放置对齐托盘(aligner tray)或功能矫正器，以施加力而使牙齿移动。

在图3的矫正器修改工作流程中，如方框107所示额外提供计划规格的牙科矫正器。优选地，该规格表征了方框106中正畸治疗进程期间所使用的矫正器。在一些实施例中，该规格包括限定牙科矫正器的物理尺寸或其它几何方面的数值组。例如，计划的规格(方框107)可以包括一组里面和外面(in-and-out)、转矩和角度值，用于放置在患者中以开始方框106的治疗的定制正畸弓丝。根据所采用的正畸治疗的特性，计划规格(方框107)可以任选涉及其他矫正器，例如对齐托盘、定制的正畸托槽或现成的正畸托槽。

在图1-3的方框108中，随后提供表示第二牙齿排列的第二数字图像。优选地，该步骤发生在治疗时间过去适当的时间后，使得患者牙齿已经呈现出第二牙齿排列，其中在第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于第一牙齿排列中的对应牙齿处于不同的位置。如使用的，“不同位置”是指第二牙齿排列中的牙齿在3D空间中相对于第一牙齿排列中对应的牙齿进行了旋转和/或平移(即，术语“位置”关系到x，y，z座标空间中的角度方向和位置)。

通过使用2D或3D的X射线、MRI或激光扫描技术重扫描患者并如前所述处理数字数据，可以提供第二数字图像。作为替代，可以通过扫描表示第二牙齿排列的正或实体牙齿阴模来提供原始数据。

优选的，如方框108中所示，表示第二牙齿排列的数字图像相比较方框100中的第一数字图像是简化的图像。如此处所用的，在比较给定对象的两张图像时，若一张图像相比较另一张图像包含较少的数据或者较少的细节，则将其称为“简化图像”。相反地，另一张图像在包含了关于“简化图像”中不存在的对象的额外数据或细节的基础上被称为“增补图像”。使用简化图像是有利的，因为存储这些图像需要的内存较少并且处理和操作它们需要的计算能力较低。更明显的，获取简化图像需要的时间通常较少，致使牙科诊所或扫描机构能明显节省时间。更详细的，简化图像可以有利地按照图4-6所示和如下的描述提供。

图4的步骤220示出了一个示例性实施例，其中仅提供了使用咬合托200的牙齿咬合表面。咬合托200是只是可锻性材料块，其记录了当颌咬紧咬合托200时下齿弓的当前牙齿排列244上的部分或全部牙齿的形状、位置和方向。优选地且如所示的，咬合托200同时获取上下颌的印模，其有利地与一个颌内的牙齿位置和颌之间的牙齿位置均相关。可以用于咬合托200的可锻性材料包括腊、藻酸盐、聚乙烯硅氧烷、丙烯酸、塑料、石膏或当脱离牙齿时不会扭曲的任何其它合适的印模材料。此处所示的咬合托200通常具有矩形结构，但是也可以具有通常的“U”型结构以节约材料。也可以使用延伸穿过牙齿咬合面的可锻性材料的其它合适的平坦厚片。当进行印模后，在咬合托200上形成印痕202，以提供当前牙齿排列244的至少一部分的三维表示。如果需要，可以使用2个以上咬合托200以获取当前牙齿排列244中的全部感兴趣的牙齿。由于矫正器和咬合托200彼此不干扰，所以当矫正器连接在牙齿上时使用咬合托200尤其方便。

如步骤222中所示，随后通过扫描咬合托200来提供第二数字图像224。这可以使用主动波前采样的扫描器、激光扫描、接触探头或早前描述的任何其它方法而实现。任选该原始数据在生成图像224之前进行清理、表面化和/或其它处理。在使用多个咬合托200的情况中，可以有多个图像224。以后可以在软件中将多个图像224彼此配准和重新组合。咬合托200的扫描可以立即在牙科诊所内进行，或者在没有扫描器的情况下在现场以外的位置进行咬合托200的扫描。由于该实施例中第二数字图像224仅仅表示当前牙齿排列244的咬合牙齿表面，因此其相比较方框100中提供的第一数字图像是简化的图像。

出于简化该图示和随后图5和6将讨论的图示的原因，第二数字图像224仅仅示出了横截面中表示当前牙齿排列244中单颗牙齿的单个元素。然而，可以设想，第二数字图像224可以包含表示两个或多颗独立牙齿的两个或多个元素。在一些实施例中，第二数字图像224包括至少3个独立可移动元素，其表示当前牙齿排列244中的至少3颗独立的牙齿。如果第二数字图像224包括对应上下颌中每颗牙齿的元素，以及关于TAD或在治疗期间不移动的牙齿特征的至少一个元素，则这是尤其有利的。通过获取可以相对于颌骨移动(例如牙齿)和不可以相对于颌骨移动(TADs)的两个牙齿特征，能够在单一的统一座标系下将治疗期间不同时间生成的多个第二数字图像224的元素进行配准。这又使得专业治疗人员能够叠合牙齿排列图像并量化牙齿的移动，这将在后续描述。

在图5的步骤240和246描绘的第二实施例中，可以使用分辨率降低的口腔内扫描来提供简化的图像。假设方框100中提供的第一数字图像是使用以第一分辨率操作的口腔内扫描器获取的。在步骤240中，以低于第一分辨率的第二分辨率操作的手持扫描器242随后扫描当前牙齿排列244中的部分或全部牙齿的表面。该扫描数据任选被清理和处理并随后用于导出第二数字图像248，第二数字图像248相比较方框100中提供的第一数字图像显示出较低的点密度。由于简化的点密度，第二数字图像248的扫描表面在细节上相比较方框100的第一数字图像的对应扫描表面来说更为匮乏(例如，在3D网格表示中三角形的数目减少)。如此，第二数字图像248相比较方框100中提供的第一数字图像是简化的图像。

第二数字图像248可以显示由方框100中的第一数字图像所显示的齿列的相同位置，或者替代地，可以提供其亚组或超组。也就是说，被扫描以产生第二数字图像248的口腔内的总区域可包括的区域比第一数字图像(方框100)中所包括的区域更大或更小。为了清楚起见，可以将第二数字图像248中感兴趣的元素从扫描图像的其它元素例如齿龈和周围组织之中数字“切割”出来。如前所述，当前牙齿排列244可以包括上颌、下颌、或者同时包括二者。任选地，扫描器242可以首先扫描处于打开位置的颌以对牙齿的咬合向和舌向表面成像，并且随后再次扫描闭合位置的颌骨以关联上下牙齿之间的相互位置。当前牙齿排列244中也可以包括TADs。如果包括TADs，则扫描器242可以额外地扫描任何TADs的头部，使得第二数字图像248将TAD位置与那些相邻牙齿关联起来。

使用低分辨率扫描来提供第二数字图像248还具有其它优点。一个主要的优点是对于给定的牙齿排列的相同表面区域来说，低分辨率扫描能够比全或高分辨率扫描更为快速地完成。该速度上的优势转变为缩短了医生和工作人员的工作时间(chair time)并且增加了患者的舒适度。如果口腔内扫描在每次正畸预约时是常规进行的话，由于一天过程中工作时间的累积减少，可以允许牙科诊所诊治更多的病人，则增加扫描速度可以是尤为有利的。其次，低分辨率扫描降低了对存储器、处理数据的系统资源的要求，并且最终降低了在短时间内完成口腔扫描的硬件需求。对于很多牙科诊所来说，低分辨率扫描器也可能比高分辨率扫描器具有更高的性价比。例如，可以在外部场所使用高分辨率扫描器进行初始扫描，而随后在牙科诊所内使用较为便宜的低分辨率扫描器进行例行的口腔内扫描。

在第三实施例中，如图6的步骤260和263所示，可以使用局部口腔内扫描以生成用于产生简化图像的3D数据。类似于咬合托200，局部口腔内扫描依靠仅仅捕捉当前牙齿排列244的部分牙齿提供简化图像。然而，局部口腔内扫描并不限于牙齿的咬合面。局部扫描可以额外包括牙齿的舌向或脸向的表面，或者咬合向、舌向和脸向表面的组合或子组合。任选，并如步骤262所示，局部口腔内扫描可以生成第二数字图像264，其包括局部舌向表面、脸向表面和咬合向表面的组合。

优选地步骤260中的扫描表面积相比较当前牙齿排列244的总表面积小。由于口腔内扫描器的操作者仅仅需要捕捉当前牙齿排列244中感兴趣的每个特征的关键界标，因此明显减少了扫描所花费的时间。在一些实施例中，局部扫描通过只扫描牙齿的咬合面来实施，其趋于拓扑独特性并且由手持扫描器方便地操作。优选地，扫描数据包括齿弓上每个牙齿的咬合面，并足以(例如包括3D空间上的至少3个点)允许每个牙齿元素的独立配准。如已经显示，缩短了进行口腔内扫描的时间或者减轻了实行口腔内扫描中的难度，从而增加了效率并且将受到专业治疗人员和患者双方的欢迎。

在传统正畸治疗期间，通常当前牙齿排列244中包括连接于牙齿的矫正器。如果方框100中的初始数字图像也包括这些矫正器，则在步骤240、260中扫描这些矫正器对于配准目的是非常有益的。因为大多数粘接矫正器，例如托槽，都具有边界非常明确的3D结构或几何外形，因而情况正是如此。因此，这些结构很适于提供界标用于将来自方框100中的第一数字图像的元素与后续治疗中所提供的图像中的对应元素相配准。扫描具有边界明确的几何外形的粘接矫正器也可以辅助界标的自动界定和配准。在完全粘接的情况中，甚至考虑到仅仅扫描矫正器而不是扫描所有的牙齿表面就足以进行配准。这是可能的，因为在当前牙齿排列244中，每个矫正器的位置和方向相对于对应的牙齿都是固定的。

作为额外的选项，当前牙齿排列244可以包括植入患者颌骨内的至少一个TAD的暴露的头部。在口腔内扫描240、260中包括TAD提供了更为独特的优点，其将在下一部分中进行研究。

配准

分别在图1-2所描绘的治疗监测和治疗评估工作流程中，配准步骤发生在方框110中。配准通常描述为两个对象的对齐，使得一个对象的特征映射(或重合或对齐)到另一对象的对应特征的顶部上。尽管物理配准能够发生在实际客体之间，但是此处所述的示例描述的是虚拟配准，其发生在计算机装置上的数字图像之间。

如方框110所示，将第一数字图像(方框100)的元素配准到第二数字图像224、248、264(方框108)的相应元素上。该配准过程在图4-6的每幅中对单个牙齿元素采用示例性横截面视图进行进一步说明。图4的步骤226示出了包括牙冠、牙根以及周围牙龈的一小部分的第一数字图像228，其被反时针旋转以配准到第二数字图像224上。以相似的方式，图5的步骤247示出了第一数字图像228与第二数字图像224相配准，以及图6的步骤263示出了第一数字图像228与第二数字图像264相配准。如这些示例中每个所示，仅仅需要总数据量中的一小部分就可以进行经转变的第一数字图像228和第二数字图像224、248、264之间的精确配准。数字图像228中所提供的细节量可以改变。例如，数字图像228可以仅仅显示牙齿元素本身而不显示其周围的齿龈，或者仅仅显示牙齿元素的一部分，例如牙冠。

显然，第一数字图像228和第二数字图像224、248、264之间的配准并不限于单个的牙齿元素。如果要被配准的图像包括表示多个牙齿和/或矫正器的多个元素，则对相对应的元素进行配对并且针对每个配对重复该过程直到在普通坐标系中配准了所有感兴趣的牙齿特征。在一些情况下，在图像228和图像224、248、264之间存在尺寸差异，这是因为采用了不同的扫描方法来提供数字图像。如果确实存在尺寸差异，则可能进一步需要预先缩放一个或两个图像使得其能够互相适合地配准。

图3中的矫正器修改工作流程与治疗监测和治疗评估工作流程在两方面略有不同。首先，方框111中提供的配准步骤发生在方框104中(即，目标数字图像)期望位置的牙齿图像和第二数字图像224、248、264之间。虽然在图4-6中并没有明确提供期望牙齿位置的图像(方框104)，但是方框111中的配准方法与在前所示的第一数字图像228和第二数字图像224、248、264之间的配准方法基本相同。与前面一样，期望位置的牙齿图像(方框104)优选地相比较第二数字图像224、248、264为增补图像。

第二，如果牙齿已经达到了期望位置，则专业治疗人员可以选择完全跳过方框111中的配准步骤。如方框112所示的，依照第二数字图像224、248、264的牙齿排列首先与方框104得到的目标牙齿排列相比较。如果这两个数字图像在预定公差范围内匹配，则不需进行配准步骤并且工作流程继续进行到方框114的下一治疗阶段。另一方面，如果数字图像不匹配，则过程继续来到方框111，其中如前所述，期望位置中的牙齿图像的元素与第二数字图像224、248、264中的元素相配准。

可以通过使用界标来易化方框110、111中的配准步骤。界标是普通点、点系列、或者易于识别并且能够用于相互配准数字图像的表面。通过减少被比较的数字数据的量，界标可以简化并加速配准过程。通常使用空间中的至少3个普通点来配准两个3D对象；然而，增加点的数目和点之间的距离能够进一步改善精确度。可以使用界标在单个牙齿排列、或在治疗的不同阶段的两个或多个牙齿排列之间进行数字图像配准。在一些实施例中，通常手动地生成界标。例如，用户可以使用输入装置例如鼠标来选择牙齿上的位置而定义所需的界标。

此外，如前面所述，牙科矫正器本身(或其它连接于牙齿的对象)也可以用于界定界标。例如，如果在具有粘接矫正器的牙齿上进行口腔内扫描，则用户可以在显示器上观察数字图像228、248、264，并选择中央向、远端向、咬合向或齿龈向的托槽表面以用作界标。在该情况下，使用托槽边缘、角或者表面作为界标可能是有利的，因为这些托槽特征通常具有明显的并且易于限定的边界。在一些实施例中，该过程还用于在第二数字图像上识别界标。如果需要，界标可以基于用户的早先输入或者自动或半自动地产生。例如，采用图像分析方法的计算机装置可以采用每个牙齿的咬合牙冠表面上的咬碎位置界定界标。或者，如果矫正器具有已知的几何形状，则计算机装置可以用于自动地在图像248、264、228中识别矫正器，并且在其上定义界标。其它类型的界标也是可能的，例如从用户应用的标记中导出的界标，其在公布的美国专利申请公布No.2007/0141525(Cinader等人)中描述。

一旦创建了界标，则通过方框100的第一数字图像相对于第二数字图像224、248、264进行虚拟取向，使得经转变的第一数字图像228和第二数字图像224、248、264之间的对应界标相重合，从而进行配准。该过程可以使用例如使用商业软件包Geomagic Qualify(从Geomagic，INC得到)中的“比较(Compare)”和“最佳配合校准(Best-fitalignment)”功能执行。通过将第一数字图像228与第二数字图像224、248、264的所选择表面相对齐而进行配准。当计算机装置确定了预定公差范围内的最佳配合位置的时候该，配准完成。

配准可以完全自动或者因用户确认或其它输入需要而半自动地进行。在一些实施例中，计算机装置可以针对至少一个预定界标搜寻转变的第一数字图像228的表面数据，其中所述界标被界定在方框100的第一牙齿排列的牙齿表面或矫正器上。在替代实施例中，计算机装置可以针对至少一个对应的预定界标搜寻第二数字图像224、248、264的表面数据，其中所述界标被界定在当前牙齿排列244中的牙齿表面或矫正器上。一旦第一数字图像228与第二数字图像224、248、264相配准，则计算机装置可任选记录数学转变以将图像228的坐标系与图像224、248、264的坐标系配准。该信息能够用于描述治疗期间发生的牙齿移动程度。

除了牙齿结构和粘接矫正器之外，步骤226、247、263中的图像元素的配准还可以包括在治疗期间没有相对于颌骨移动的结构。在一些实施例中，这些结构包括口腔结构例如系带(粘膜和底层组织的折褶)、皱褶(位于上颚上的不规则脊)或者诸如TADs的植入装置。对于植入装置，其能够将口腔内扫描提供的简化图像与提供包括装置的嵌入部分信息的增补图像相组合，会是特别有利的。例如，可以通过扫描例行诊所就诊的患者来提供TAD的3D头部结构图像，随后与示出TAD头部和嵌入的尾部部分的完整3D图像进行配准。示出TAD头部和尾部的完整3D图像可以预先获知并且由TAD制造商提供，其可以在安装之前扫描装置，或者在安装之后的任何时刻采用诸如x射线照片、CT扫描、MRI、或者超声成像的技术扫描患者。由于预先已获知TAD的头部几何外形，因此也可以将其输入到计算机装置中并用来自动地界定关于该装置的界标。

在第一数字图像228中包含TADs特别有利于包括多个元素的图像的配准。由于TAD在治疗期间不移动(或仅仅微小地移动)，因此这些装置可以提供参照于颌骨的固定界标。这些固定界标又有助于治疗期间第一时间获取的第一牙齿排列的图像与治疗期间第二时间处获取的第二牙齿排列的图像的重合。而且，正如托槽和其它正畸矫正器一样，TAD有利的是在于其具有精确限定的几何外形，这有助于图像之间的相互配准(方框110，111)。在优选实施例中，第一数字图像228包括牙齿元素和TAD元素。随后，采用扫描器提供第二数字图像248、264之后，这些元素与图像248、264中的对应元素配准以产生复合图像，该复合图像示出一个或多个植入式TAD相对于牙根的位置。

应用

根据专业治疗人员的特定需求，配准过程中提供的信息能用于正畸治疗计划中的不同方面。通过采用既精确又客观的方式，对牙齿的移动进行量化，这些方法可以辅助专业人员模拟牙齿移动、制定治疗计划，甚至构造矫正器。治疗监测、治疗评估以及矫正器修改工作流程均提供了特定的应用和优点，这谢将在下文进一步详细讨论。

在图1所示的治疗监测工作流程中，使用第一数字图像228的转变版本以导出可由专业治疗人员观察的数字图像(方框116)。进一步详细而言，其通过图4-6每幅中的最终步骤230图释，该步骤示出了基于转变的第一数字图像228导出第三数字图像232。再使用该第三数字图像232以产生可以由用户在显示器上任意缩放、旋转和操作的可视数字图像。如所示，第三数字图像232包括剖视的牙冠和牙根部分以及周围的牙龈部分，这可通过X射线照片、CT扫描、MRI或者超声成像提供。因此，第三数字图像232相比较第二数字图像224、248、264的每个均为增补数字图像。如果需要，可以在整个治疗期间定期重复该过程以提供系列图像来绘制该牙齿随时间移动的图表。

值得注意的是，第三数字图像232有利地具有仅仅由第一数字图像228的完整程度和细节水平所限定、而不是由第二数字图像224、248、264所限定的完整程度和细节水平。可以使用该第三数字图像232用于诊断、治疗计划以及专业治疗人员认为适合的其他应用。在此处，其针对单颗牙齿进行显示，但是只要牙齿结构在治疗期间保持合理的不变形状，则当前牙齿排列244中的每个牙齿结构，包括可能存在的TAD，就均可以类似地配准和重建。在优选实施例中，第三数字图像232包括当前牙齿排列244中的每个牙齿元素并且揭示出了牙齿的可见牙冠部分和集成到单一3D模型中的牙根的隐藏表面。随后可在显示器上显示第三数字图像232，并且可以对其进行缩放和旋转以观察牙齿的相对位置。也可以使用其它诊断工具，例如点对点测量和剖视。

在图2中的治疗评估工作流程中，用户诸如专业治疗人员将当前的牙齿位置和期望的牙齿位置相并置进行比较。例如，方框118示出了表示当前牙齿位置的第三数字图像232重合在来自方框104的表示期望牙齿位置的图像上。用于各元素相互配准的相同原理可以同样地被用于相互配准复合图像。如前所述，由TAD、皱褶以及治疗期间不移动的其它牙齿特征界定的界标优选地用于将第三数字图像232和方框104中的图像进行配准。随后可以在显示器上使用商业购买软件，例如Geomagic Qualify，进行这些3D图像的重合。作为图像重合的替代方式，用户可以代之以边对边方式显示图像，或者在牙齿位置的图像之间切换以显示第一和第二牙齿排列之间的牙齿移动。

此时，过程进行到方框120，其中两图像相互比较以确认其是否有可接受的匹配。该步骤可以由专业治疗人员实施，在该情况下人员可以旋转和操作重合的3D图像且主观确定是否已达到方框104中的期望牙齿位置。在其他实施例中，计算机装置可以在专业治疗人员的适当监督下自动作出这样的决定。例如，该决定可以基于围绕牙齿位置周围的绝对或者相对公差限范围内进行匹配而做出。如果达到了可接受的匹配，则该过程依照方框114继续进行到下一治疗阶段。此时，专业治疗人员可以选择结束主动治疗、确定新的治疗目标并通过导出一组新的期望牙齿位置而从方框104重启该过程，或者彻底开始一个完全不同的工作流程。如果没有达到可接受的匹配，则过程进行到方框121，在此专业治疗人员选择对至少一种正畸矫正器进行调整以使牙齿排列与方框104中的期望牙齿位置相一致。只有当作出这些调整时，正畸治疗如方框106所示继续并且该过程重新开始。

在正畸治疗包括TAD或其它植入矫正器的情况中，该工作流程具有额外的优点。如前所述的，可以在治疗开始时使用例如CT扫描而在方框100处获取包括嵌入的尾部的TAD完整3D图像，并且随后将其与治疗期间由口腔内扫描240、260提供的具有相同TAD的简化图像相配准。因此第三数字图像232是复合图像，其不仅仅示出TAD的头部并且还示出沿着牙根的TAD的嵌入尾部。这对于患者是有益的，因为在治疗开始时不需要初始扫描之外的额外的X射线或CT扫描，并且将放射暴露保持最小。该方法对于专业治疗人员也是非常有益的，因为其随时间有效追踪了牙齿相对于TAD的移动。通过在整个治疗期间定期追踪牙齿移动，也可以对牙齿移动以及TAD和牙齿之间的预期碰撞在它们实际发生之前进行模拟。

在一些实施例中，治疗评估工作流程进一步包括测量目标牙齿排列和第二牙齿排列之间对应牙齿位置的差别以提供治疗指数。一旦导出了当前牙齿位置的图像(方框118)，则可以根据当前牙齿位置和期望牙齿位置(方框104)图像之间的平移和旋转偏差，确定该治疗指数。更特别的，可以通过将两图像之间的对应牙齿元素相配对并测量每对的平移和旋转偏差来计算该治疗指数。任选地，可以为每个牙齿提供治疗指数，或者提供成所有牙齿或部分牙齿的平均值。或者，治疗指数可以表示为百分比，表示从初始位置到期望位置移动中的进展程度。作为示例，可以通过除以初始牙齿位置(方框100)和期望牙齿位置(方框104)的偏差来计算当前牙齿位置(方框118)和期望牙齿位置(方框104)之间的偏差。

在矫正器修改工作流程中，类似地使用配准步骤(方框111)来修改方框107中计划的正畸矫正器的规格。方框122通过记录用于将目标数字图像的元素(方框104)与第二数字图像的对应元素(方框108)相配准的转变矩阵，示出修改的出处。随后对于第二数字图像中感兴趣的每个元素，典型地对于当前牙齿排列244中的每个牙齿都重复方框122的过程。随后完全地或部分地使用转变矩阵或转变矩阵组来导出方框107的计划规格的修改。由于每个转变矩阵完整描述了期望和当前牙齿位置之间的平移和旋转偏差，因此该数据可以导出正畸矫正器规格中里面和外面、转矩和角度值的精确修改。

在一些实施例中，使用修改的规格来生产新定制的弯曲牙科弓丝例如Orametrix，Inc.(Dallas，TX)所提供的，或者生产新的可移动矫正器例如Align Technology Inc.(Santa Clara，CA)制造的聚合物对准器片(aligner shell)。在其它实施例中，使用该规格生产其他定制的固定或可移动矫正器例如正畸托槽、弹簧、校正器或功能性矫正器。在还有的其它实施例中，该规格可以改为辅助专业治疗人员选择现成的矫正器，例如托槽。根据所使用的矫正器类型，规格也可以整合治疗的其它方面；例如转矩规格可以包括“过校正”因素以克服在正畸托槽的弓丝槽中的转矩损失。在还有的其它实施例中，所述规格用于调整矫正器相对于牙齿的位置而不是修改正畸矫正器的结构。例如，修改正畸矫正器的行为可以通过配置例如粘接托盘或夹具的装置而实施，所述装置将矫正器相对于牙齿结构例如牙齿进行放置，用来表现建议计划规格。

该步骤随后进行到方框124，其中专业治疗人员确定是否接受建议的矫正器修改。如果接受修改，则如方框126所示进行修改。修改过的矫正器安装之后，如方框106所示重新开始正畸治疗。相反的，如果专业治疗人员决定不接受矫正器修改，则同样依照方框106重新开始正畸治疗，但是对当前的正畸矫正器不进行改变。

应当理解这些工作流程中描述的方法仅仅作为示例表示而没有彼此相互排斥。矫正器修改工作流程中可以包括治疗监测工作流程的方面并反之亦然。类似的，治疗评估工作流程的方面可以合并到矫正器修改工作流程中并反之亦然。例如，矫正器修改工作流程可以任选扩展为包括步骤以导出和展示显示患者当前齿列的第三数字图像(方框110和116)，尽管这些步骤在图3中并没有明确提供。

可以对存储在任何传统介质中的软件程序进行编程，以执行上面描述的任何方法。在一些实施例中，软件程序包括描绘引擎，其访问并描绘3D数字数字以生成前述方法所描述的3D图像。该软件程序可以进一步包括配准模块，其自动将数字图像相互配准。通过分别生成3D数字图像并将图像相互配准，描绘引擎和配准模块有助于上述治疗监测、治疗评估、和矫正器修改工作流程中的每一项。

软件程序可以安装在牙科诊所的后台服务器或工作站、生产机构的服务器或其组合中的DVD、闪存或硬盘上。如果需要，也可以通过互联网远程访问该软件。进一步的，该软件也可以在进行X射线照相、激光扫描、CT扫描、MRI或者超声扫描的机构处安装。也可预想软件可安装在相对专业的诊所中，例如牙周诊所、家庭牙齿诊所或口腔外科医生诊所，使得可以在多个用户之间分享治疗计划和监测的情况。例如，口腔外科医生可以在患者治疗期间使用软件以确定安装牙齿植入物或TAD之前的牙根位置。已经证实，使用咬合印模220、低分辨率扫描240或者部分扫描260，由于给定的诊所可以在病人到达后快速和有效地产生全面的3D牙齿模型与其它牙科专业人员分享，因此是有利的。

示例

将通过如下示例进一步论证上述方法的各方面。本地牙科诊所提供由正畸石制造的上下颌实体牙齿模型。为了示意的目的，该牙齿模型用于模拟给定牙齿排列的患者牙齿结构。为了制备第一数字图像，首先使用得自3M ESPE(St.Paul，MN)的POSITION PENTAQUICK牌印模材料制造聚乙烯硅氧烷印模。在印模放置90秒之后，将其从牙齿模型上移走并用于United Resin Corporation(Royal Oak，MI)的F82-302环氧树脂浇注复制的阳模。为了赋予环氧模型不透明度，将其包被薄层的来自Magnaflux(Genview，IL)的SPOTCHECK牌SKD-S2 Developer白色滑石粉。随后用来自Laser Deign，Inc(Bloomington，MN)的SURVEYOR牌OM-3R窄谱可见光激光扫描器扫描包被的模型。随后使用Geomagic Studio对扫描器提供的原始点云数据进行表面化，以生成连同周围牙龈的牙齿3D表面。最后使用同样由Geomagic，Inc.提供的Geomagic Dental Module将牙齿表面和牙龈表面虚拟分离，以产生独立的、可移动的牙齿元素。这些3D牙齿元素表示将在配准过程中使用的增补图像。

为了准备简化的图像，在原始的石头牙齿模型的上下颌之间放置由3M ESPE(St.Paul，MN)的EXPRESS BITE牌聚乙烯硅氧烷制作的咬合托。颌随后被牢牢地压在一起以在咬合托上印下上下牙齿的咬合表面。随后使用OM-3R窄谱可见光扫描器扫描该咬合托以生成数字图像数据，所述数字图像针对与实体咬合托同样的表面如前进行处理。图7示出了虚拟咬合托，揭示了下齿弓上牙齿的咬合表面。随后将该咬合托图像和分离的3D牙齿图像输入到Geomagic Qualify中。

图8示出了说明配准过程的屏幕截图。选择虚拟咬合托图像作为固定参照图像，并显示在窗口面板300中。在该示例中，将对应上左侧第二双尖齿的数字图像界定为流动图像并在窗口面板302中示出。使用Geomagic Qualify的3-2-1Alignment特性，随后采用最优拟合算法将数字牙齿图像与咬合托印模图像相配准，使得它们的相应咬合表面精确地互相重合。两图像的最终位置如窗口面板304所示。虽然这里没有示出，但是其它牙齿也可以采用类似的方式配准。该示例证明了仅仅使用咬合托印模对显示下左侧第二双尖齿整个牙冠的图像的配准。随后可以连续重复该过程，以便基于窗口面板304所示的咬合表面重建其余的牙齿排列部分。

出于清楚和便于理解的目的，通过说明和示例的方式在一些细节上描述了上述发明。然而，还可以使用各种替代、修改以及等价变形，而上述描述并不应视为是对由权利要求书和其等价变形所限定的本发明范围的限制。

Claims

1.一种导出患者牙齿排列的图像的方法，该方法包括如下步骤：

提供表示第一牙齿排列的第一数字图像；

提供表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中所述第二数字图像相比较所述第一数字图像是简化的图像，并且其中在所述第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于所述第一牙齿排列中的对应牙齿处于不同的位置；以及

通过将所述第一数字图像中的至少一个元素与所述第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出表示所述第二牙齿排列的第三数字图像，其中所述第三数字图像相比较所述第二数字图像是增补图像。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一数字图像的所述至少一个元素包括表示牙齿的元素。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一数字图像的所述至少一个元素包括表示至少三个相应的牙齿的至少三个元素。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一数字图像的所述至少一个元素包括表示矫正器的元素。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述矫正器是粘接的矫正器。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述矫正器是临时锚固装置。

7.如权利要求1所述的方法，其中通过以第一分辨率在口腔内扫描所述第一牙齿排列而提供所述第一数字图像。

8.如权利要求7所述的方法，其中通过以第二分辨率在口腔内扫描所述第二牙齿排列而提供所述第二数字图像，其中所述第二分辨率低于所述第一分辨率。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述第二牙齿排列包括上下齿弓。

10.如权利要求1所述的方法，其中采用口腔内局部扫描来提供所述第二数字图像。

11.如权利要求1所述的方法，进一步包括在治疗之前提供牙齿阴印模的步骤，其中通过扫描所述阴印模而提供所述第一数字图像。

12.如权利要求1所述的方法，进一步包括提供所述第一牙齿排列的实体牙齿模型的步骤，其中通过对所述实体牙齿模型进行成像来提供所述第一数字图像。

13.如权利要求1所述的方法，进一步包括提供咬合托的步骤，所述咬合托三维表现所述第二牙齿排列的至少一部分，其中通过扫描所述咬合托来提供所述第二数字图像。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述提供第一数字图像的步骤发生在正畸矫正器的应用之前。

15.如权利要求14所述的方法，其中在治疗过程期间提供所述第二数字图像。

16.如权利要求1所述的方法，其中采用选自基于光的扫描、接触探头、主动波前采样、X射线照相、磁共振成像、超声成像和计算机断层照相的措施，提供所述第一数字图像。

17.如权利要求1所述的方法，其中所述第一牙齿排列的图像是包括至少一部分齿根的三维图像。

18.一种比较患者牙齿排列的方法，该方法包括如下步骤：

提供表示第一牙齿排列的第一数字图像；

导出表示目标牙齿排列的目标数字图像；

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括显示所述第三数字图像重合在所述目标数字图像上的步骤。

20.如权利要求18所述的方法，其中导出所述目标数字图像的步骤包括将所述第一牙齿排列中的牙齿虚拟移动到期望的位置。

21.如权利要求18所述的方法，其中所述第一数字图像的所述至少一个元素包括表示牙齿的元素。

22.如权利要求18所述的方法，其中所述第一数字图像的所述至少一个元素包括表示临时锚固装置的元素。

23.如权利要求18所述的方法，进一步包括测量所述目标牙齿排列和所述第二牙齿排列之间的对应牙齿位置的差值以提供治疗指数的步骤。

24.一种规定正畸矫正器的方法，该方法包括如下步骤：

提供正畸矫正器的计划规格；

提供与所述正畸矫正器有关的表示第一牙齿排列的第一数字图像；

通过将所述第一牙齿排列中的牙齿虚拟移动到期望位置而导出表示目标牙齿排列的目标数字图像；

提供表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中所述第二数字图像相比较所述第一数字图像是简化的图像，并且其中在所述第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于所述第一牙齿排列中的对应牙齿处于不同的位置；

将所述目标数字图像中的至少一个元素与所述第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出转变矩阵；以及

部分基于所述转变矩阵而修改所述正畸矫正器的计划规格。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述正畸矫正器是弓丝。

26.如权利要求24所述的方法，其中所述正畸矫正器是可移动的矫正器。

27.如权利要求24所述的方法，其中所述正畸矫正器是固定的矫正器。

28.如权利要求24所述的方法，其中所述修改正畸矫正器的步骤通过构造相对于牙齿结构来定位矫正器的装置而实施。

29.一种软件程序，其执行一种导出患者牙齿排列的图像的方法，该方法包括如下步骤：

提供表示第一牙齿排列的第一数字图像；

30.一种系统，包括：

计算机装置；和

在所述计算机装置上执行的软件程序，其中所述软件程序包括：

描绘引擎，其生成表示第一牙齿排列的第一数字图像以及生成表示第二牙齿排列的第二数字图像，其中所述第二数字图像相比较所述第一数字图像是简化的图像，并且其中在所述第二牙齿排列中的至少一颗牙齿相对于所述第一牙齿排列中的对应牙齿处于不同的位置；以及

配准模块，其将所述第一数字图像中的至少一个元素与所述第二数字图像中的至少一个对应元素相配准而导出表示所述第二牙齿排列的第三数字图像，其中所述第三数字图像相比较所述第二数字图像是增补图像。