CN108852540B - 用于获取口内数字化印模的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种口内数字化印模系统，包括：口内印模扫描仪(5)和口内扫描导板；口内扫描导板包括固定装置(3)和刚性导板(1)，刚性导板(1)具有扫描引导面，扫描引导面上设有引导标志；固定装置(3)具有连接口腔内部构造的连接件,用于将刚性导板(1)固定在口腔内部。还涉及利用口内数字化印模系统获取口内数字化印模的方法,能获取无累积测量误差的口内印模数据，满足后续设计加工要求，提高口内数字化印模的精度。

Description

用于获取口内数字化印模的系统和方法

本申请是中国专利申请号201780004253.8的分案申请,原国际申请号PCT/CN2017/094748,申请日2017年7月27日,发明名称“用于获取口内数字化印模的系统和方法”

技术领域

本发明涉及口腔卫生领域，特别是牙齿修复制造领域，尤其涉及一种用于获取口内数字化印模的系统和方法。

背景技术

目前，通过三维扫描获得口腔内部的三维数字化模型(或称为口内数字化印模)的技术路线主要包括口外扫描和口内扫描两种。

口外扫描主要有两种方法：扫描翻印的石膏阳模和扫描硅胶印模。扫描石膏阳模的方法需要医生先获取患者牙列的硅胶印模(阴模)，再对硅胶印模灌注石膏等材料，获得牙列的石膏阳模，最后通过三维扫描设备扫描该阳模，获得牙列的数字化印模。扫描硅胶印模的方法直接通过三维扫描设备扫描患者牙列的硅胶印模，不需要翻制石膏阳模，简化了医生的操作过程。口外扫描的优点在于：扫描时可将石膏阳模或硅胶印模模型固定在底座上，保证在多次扫描过程中获得的三维数据均在同一坐标系下，便于融合和重建牙列的数字化模型。口外扫描的缺点在于：制作石膏阳模的过程较为复杂，需要耗费医生较长的时间；扫描硅胶印模的过程虽然简单，但是在扫描印模深处狭窄部分时，容易因设备观察不到而缺失该区域数据。

口内扫描通常采用手持式三维扫描设备，直接扫描患者的口腔，获得牙列的三维数字化模型，不需要获取患者牙列的硅胶印模。口内扫描技术已经发展了近30年，期间诞生了一些商用化的采用口内扫描技术的数字化印模系统，例如西诺德公司的CEREC系统，3Shape公司的TRIOS系统，以及Lava TM C.O.S，iTero，E4D等系统。

然而，口内扫描毕竟不同于口外扫描，工作时扫描设备在患者口内处于运动状态，扫描坐标系在不断改变，会影响牙列三维模型的实时合成，所以多采用ICP(IterativeClosest Point，迭代最近点法)算法合成三维模型。ICP算法的实现过程为：确定相邻的每两个点云数据中的所有匹配点；根据上述所有匹配点，对定义的目标函数进行迭代计算，得到相邻的两帧点云数据之间的姿态变换参数；根据上述姿态变换参数，对各个点云数据进行累积，得到目标配准点云数据。配准相邻的每两个点云数据时，可能会出现并不明显的配准误差，但是对口内扫描获得的点云序列，由于包含多个点云数据，使用ICP算法对逐次对各个点云数据进行配准融合时，配准误差会被累加放大，形成所谓的累积误差，导致配准结果不准确。实验表明，当扫描范围超过四颗牙齿时，累积误差会带来较大影响；当扫描范围达到全口牙齿时，累积误差将使得扫描精度达不到后续设计和加工某些牙齿预备体的要求。

综上所述，制作三颗以上的牙桥和/或牙列等复杂修复体时，仍然需要高精度的口内扫描系统和方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种口内数字化印模系统，其特征在于，包括：口内印模扫描仪和口内扫描导板；所述口内扫描导板包括的固定装置和刚性导板，所述刚性导板具有扫描引导面，所述扫描引导面上设有引导标志；所述固定装置具有连接口腔内部构造的连接件用于将所述刚性导板固定在口腔内部。

根据本发明的一个方面，还提供了一种口内扫描导板。

根据本发明的一个方面，还提供了一种获取口内数字化印模的方法。

根据本发明的一个方面，还提供了一种获取牙列点云数据的方法。

根据本发明的一个方面，还提供了一种用于获取牙列点云数据的计算机程序。

根据本发明的一个方面，还提供了一种用于获取牙列点云数据的计算设备。

本发明的系统和方法无累积误差，有效提高口内数字化印模的精度，可满足后续对牙齿修复体的设计和加工要求。

附图说明

图1为根据本发明的一个方面的用于获取口内数字化印模的系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，将结合附图对本发明作进一步地详细描述。这种描述是通过示例而非限制的方式介绍了与本发明的原理相一致的具体实施方式，这些实施方式的描述是足够详细的，以使得本领域技术人员能够实践本发明，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以使用其他实施方式并且可以改变和/或替换各要素的结构。因此，不应当从限制性意义上来理解以下的详细描述。

在本发明的一些实施方式中：

ISS关键点的具体提取方法参考现有技术1：Zhong,Y.(2009).Intrinsic shapesignatures:a shape descriptor for 3D object recognition.In Proc.int.conf.oncomputer vision workshops(pp.1–8)。

SHOT特征描述的具体计算过程参考现有技术2：Tombari,F.,Salti,S.,&DiStefano,L.(2010).Unique signatures of histograms for local surfacedescription.In Proc.Europ.conf.on computer vision(ECCV)(pp.356–369).Berlin:Springer。

利用RANSAC算法计算出局部点云数据到辅助扫描装置模型的初始变换关系参考现有技术3：FISCHLER M.A.Random sample consensus:A paradigm for model fittingwith applications to imageanalysis and automated cartography.Commun.ACM 24,6,1981,381–395.)。

利用ICP算法计算出局部点云数据到辅助扫描装置模型的精确变换关系参考现有技术4：Z.Zhang.Iterative point matching for registration of freeform curvesand surfaces.Int.J.Comput.Vision,13，2:119–152,1994。

上述现有技术1-4在本发明中被全部引用而引入。

根据本发明的第一个方面，如图1所示，提供了一种口内数字化印模系统，包括口内印模扫描仪(5)和口内扫描导板。口内印模扫描仪一般实现为手持式三维扫描设备，但是本领域技术人员理解，任何能够完成口腔内部印模扫描的扫描仪均可以视为本发明中的一种口内印模扫描仪。

口内扫描导板包括固定装置(3)和刚性导板(1)。刚性导板具有扫描引导面，扫描引导面上设有引导标志(未显示)。固定装置具有连接口腔内部构造的连接件，用于将刚性导板固定在口腔内部。当刚性导板固定在口腔内部时，至少将能够被口内印模扫描仪拍摄且与被测口腔区域临近的刚性导板的表面作为扫描引导面，引导标志至少分布在扫描引导面上靠近被测口腔区域的部分。

本发明中被测口腔区域的含义包括牙齿和/或牙龈。而且，在本领域技术人员能够理解的范围内，本发明中的“被测口腔区域”、“牙齿”、“牙龈”的含义具有通用性。

本发明中的导板为刚性，能够确保预先获取准确的引导标志相关的数字化模型，且在口内扫描中不产生形变。

刚性导板贴近被测口腔区域的一侧具有与被测口腔区域相匹配的轮廓以使刚性导板与被测口腔区域相配合，例如，刚性导板沿着牙列的舌侧轮廓弯曲，并贴近牙列舌侧轮廓。优选的，刚性导板贴近牙齿一侧为牙弓形，以使得刚性导板和牙齿和/或牙床尽量贴合，但不必强求刚性导板和牙齿和/或牙床紧密贴合。此外，刚性导板远离牙齿的一侧对于形状没有要求。刚性导板的安装位置可以在牙外侧面，也可以在舌侧面，也可以两侧都安装。

刚性导板的长度至少近似等于牙弓任意位置处连续三颗或三颗以上牙齿形成的牙列(2)的长度，以适用于制作包括三颗以上牙齿的牙桥和/或牙列等复杂修复体时消除累积误差。优选的，刚性导板为全口导板，全口导板的长度近似等于包含上颌或下颌全部牙齿形成的牙列的长度。优选的，刚性导板为半口导板，半口导板的长度近似等于上颌或下颌的一半牙齿(例如，左半部分牙齿，右半部分牙齿，正面上下门牙处向左右两边延伸部分的牙齿)形成的牙列的长度。本领域技术人员应当理解，全口导板或半口导板并非对以“厘米”或“英寸”为计量单位意义上的导板长度的限制，因为，儿童的全口导板可能在长度上还小于成人的半口导板。一般情况下，全口导板用于全口扫描场景，半口导板用于牙桥/基台场景。本领域技术人员应当理解，全口导板也可以用于牙桥/基台场景。

优选的，将刚性导板的全部表面作为扫描引导面。更优选的，引导标志遍布扫描引导面的各处。在一些情况下，扫描引导面上的引导标志与贴近的被测口腔区域基本平行。

引导标志可以是连续的或不连续三维图案，并且引导标志在扫描引导面上不同位置处具有相同或不同的图案。三维图案可以是波形或者其他任意合适的形状。优选的，引导标志是连续的三维图案，使得口内印模扫描仪在扫描过程中的任何时刻都能够扫描到引导标志的一部分。优选的，引导标志在扫描引导面的不同位置处具有不同的图案，使得口内印模扫描仪在每个扫描单元中获得的引导标志的局部扫描数据都不相同，从而不需要“解包络”操作。

扫描引导面与牙面一般为超过90度的钝角。优选的，扫描引导面和被测口腔区域所在面(例如牙面)基本平行，以使得口内印模扫描仪更容易获得牙齿(牙龈)和/或引导标志的扫描数据。

固定装置与刚性导板相连接。一个实施例中，固定装置与刚性导板一体成型，以节约制作成本。另一个实施例中，固定装置是可拆卸的连接在刚性导板上，以确保固定装置可以被安装在“好牙”上，避免一体成型情况下，固定装置的位置恰好在“坏牙”处。

优选的，固定装置适用于将刚性导板固定在上下颌、臼齿或门牙上。例如，固定装置为适用于口内的夹具。

根据本发明的第二个方面，提供了一种获取口内数字化印模的方法，优选的，提供了一种使用根据本发明第一个方面所提供的口内数字化印模系统获取口内数字化印模的方法。该方法包括以下步骤：

S100，根据第一、第二引导标志，分别获得第一牙列和第二牙列的点云数据。第一牙列为口腔内的上颌牙列，第二牙列为口腔内的下颌牙列，或者，第一牙列为下颌牙列，第二牙列为上颌牙列。

S200，获得第一牙列和第二牙列咬合面的点云数据。

S300，根据第一牙列的点云数据、第二牙列的点云数据和咬合面的点云数据，获得口内三维数字化印模数据。

第一引导标志和第二引导标志是相同的引导标志或不同的引导标志。

具体的，步骤S100中获得牙列的点云数据的方法，包括以下步骤：

S110，在口腔内安装引导标志。

S120，扫描牙列和引导标志，获得第一点云数据，第一点云数据为包括牙列和引导标志的点云数据；第一点云数据包括牙列和引导标志的多个点云数据，其中牙列和引导标志的每个点云数据对应于牙列和引导标志的一个局部。

S130，从口腔中移除引导标志。

S140，扫描牙列，根据扫描牙列的结果和第一点云数据，获得第二点云数据，第二点云数据为牙列的点云数据；第二点云数据包括牙列的多个点云数据，其中牙列的每个点云数据对应于牙列的一个局部。

进一步的，步骤S110-S140中获得第一、二牙列的点云数据的方法主要根据本发明的第三个方面实现。

根据本发明的第三个方面，提供了一种使用口内数字化印模系统获取牙列点云数据的方法，优选的，口内数字化印模系统为根据本发明第一个方面所提供的口内数字化印模系统，该方法包括以下步骤：

S1000，根据预存点云数据和第一扫描数据获得第一点云数据。其中，预存点云数据为引导标志的点云数据，第一扫描数据为扫描牙列和引导标志所获得的点云数据，第一点云数据为包括牙列和引导标志的点云数据。优选的，预存点云数据为预先根据引导标志的模型获得的点云数据，例如根据引导标志的CAD(计算机辅助设计)模型获得的点云数据，再如通过扫描预先制作好的引导标志的模型而获得的点云数据。优选的，第一扫描数据为口内印模扫描仪实时扫描牙列和安装在口内扫描导板上的引导标志所获得的点云数据。由于口内印模扫描仪每次只能扫描口内的有限局部并只能获得该有限局部的点云数据(即相当于每次只能获得对应于该有限局部的部分第一扫描数据，多次扫描后才能获得完整的第一扫描数据)，因此，第一点云数据包括牙列和引导标志的多个点云数据，其中牙列和引导标志的每个点云数据(即相当于根据预存点云数据和前述部分第一扫描数据获得的点云数据)对应于牙列和引导标志的一个局部。

S1100，根据第一点云数据和第二扫描数据获得第二点云数据。其中，第二点云数据为牙列点云数据，第二扫描数据为扫描牙列所获得的点云数据。优选的，获取第二扫描数据时，口内扫描导板已经被从口内取出。由于口内印模扫描仪每次只能扫描口内的有限局部并只能获得该有限局部的点云数据(即相当于每次只能获得对应于该有限局部的部分第二扫描数据，多次扫描后才能获得完整的第二扫描数据)，因此，第二点云数据也包括牙列的多个点云数据，其中牙列的每个点云数据(即相当于根据第一点云数据和前述部分第二扫描数据获得的点云数据)对应于牙列的一个局部。

步骤S1000中获得牙列和引导标志的每个点云数据包括：

S1005，获得牙列和引导标志的局部点云数据，提取第一特征关键点，第一特征关键点为牙列和引导标志的局部点云数据的特征关键点。

S1010，根据预存点云数据的特征关键点和第一特征关键点，获得局部点云数据和预存点云数据的初始坐标变换关系。

S1020，根据初始坐标变换关系，对局部点云数据进行坐标变换，完成局部点云数据的初始配准。

S1030，计算初始配准后的局部点云数据到预存点云的精确变换关系。

S1040，根据精确坐标变换关系，对初始配准后的局部点云数据进行坐标变换，完成局部点云数据的配准，得到对应于局部的牙列和引导标志的点云数据。

显然，通过对步骤S1005中获得的“牙列和引导标志的局部点云数据”(即相当于部分第一扫描数据)进行步骤S1020的初始配准和步骤S1040的配准，就能够得到对应于局部的牙列和引导标志的点云数据(即相当于部分第一点云数据)。对通过口内印模扫描仪扫描获得的每个部分第一扫描数据都进行步骤S1020和步骤S1040的两次配准，就能够获得完整的第一点云数据。

优选的，预存点云数据的特征关键点和第一特征关键点均为ISS关键点。优选的，初始配准后的局部点云数据到预存点云的精确变换关系根据ICP算法计算获得。

步骤S1010中获得局部点云数据和预存点云数据的初始坐标变换关系进一步包括：

S1012，获得第一SHOT特征描述子，第一SHOT特征描述子是与第一ISS关键点相应的SHOT特征描述子。

S1014，在预存点云数据的ISS关键点和第一ISS关键点中，基于第一SHOT特征描述子和预存点云数据的SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成预存点云数据和牙列和引导标志的局部点云数据的匹配点对；预存点云数据的SHOT特征描述子根据预存点云数据的ISS关键点计算获得。

S1016，根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出牙列和引导标志的局部点云数据到预存点云数据的初始变换关系。

步骤S1100中获得牙列的每个点云数据，进一步包括：

S1110，获得牙列的局部点云数据，提取第二特征关键点，第二特征关键点为牙列局部点云数据的特征关键点。

S1120，根据第一点云数据的特征关键点和第二特征关键点，获得牙列局部点云数据和第一点云数据的初始坐标变换关系，对牙列局部点云数据进行坐标变换，完成牙列局部点云数据的初始配准。

S1130，计算初始配准后的牙列局部点云数据到第一点云数据的精确变换关系。

S1140，根据精确坐标变换关系，对初始配准后的牙列局部点云数据进行坐标变换，完成牙列局部点云数据的配准，得到对应于局部的牙列的点云数据。

显然，通过对步骤S1110中获得的“牙列的局部点云数据”(即相当于部分第二扫描数据)进行步骤S1120的初始配准和步骤S1140的配准，就能够得到对应于局部的牙列的点云数据(即相当于部分第二点云数据)。对通过口内印模扫描仪扫描获得的每个部分第二扫描数据都进行步骤S1020和步骤S1040的两次配准，就能够获得完整的第二点云数据。

优选的，第一点云数据的特征关键点和第二特征关键点均为ISS关键点。优选的，初始配准后的牙列局部点云数据到第一点云数据的精确变换关系根据ICP算法计算获得。

步骤S1120中获得牙列局部点云数据和第一点云数据的初始坐标变换关系进一步包括：

S1122，获得第二SHOT特征描述子，第二SHOT特征描述子是与第二ISS关键点相应的SHOT特征描述子。

S1124，在第一点云数据的ISS关键点和第二ISS关键点中，基于第二SHOT特征描述子和第一点云数据的SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成第一点云数据和牙列局部点云数据的匹配点对；第一点云数据的SHOT特征描述子根据第一点云数据的ISS关键点计算获得。

S1126，根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出牙列的局部点云数据到第一点云数据的初始变换关系。

本发明中，ISS关键点、SHOT特征描述子、RANSAC算法和ICP算法是本发明优选使用的技术方案，本领域技术人员也可以使用现有技术中已经存在的其他关键点、特征描述子和算法而实现相应的功能，本领域技术人员还可以使用现有技术中已经存在的对ISS关键点、SHOT特征描述子、RANSAC算法和ICP算法的多种改进或变形而实现相应的功能。显然，通过诸如此类的变化而形成的技术方案仍然落入本发明的保护范围之内。

根据本发明的第四个方面，提供了实现上述使用口内数字化印模系统获取牙列点云数据的计算机程序。根据本发明的第五个方面，提供了一种计算可读存储介质，其中存储有实现上述使用口内数字化印模系统获取牙列点云数据的计算机程序。根据本发明的第六个方面，提供了一种计算设备，包括能够执行上述用于获取牙列点云数据的计算机程序的处理器。优选的，计算设备还包括上述计算可读存储介质，其中存储有实现上述使用口内数字化印模系统获取牙列点云数据的计算机程序。

根据本发明的第七个方面，提供了一种用于获取口内数字化印模的系统，包括：口内扫描导板、口内印模扫描仪、计算设备。其中，口内印模扫描仪和计算设备电连接。优选的，电连接方式为有线连接或无线连接。

其中，口内印模扫描仪在第一时间内获得第一扫描数据，并将第一扫描数据传输到计算设备。口内印模扫描仪在第二时间内获得第二扫描数据，并将第二扫描数据传输到计算设备。第一扫描数据为扫描牙列和引导标志所获得的点云数据；第二扫描数据为扫描牙列所获得的点云数据。

计算设备包括处理器和显示器，显示器用于显示第二点云数据。处理器能够执行实现上述使用口内数字化印模系统获取牙列点云数据的计算机程序模块，包括：

第一程序模块，用于根据预存点云数据和第一扫描数据获得第一点云数据。

第二程序模块，根据第一点云数据和第二扫描数据获得第二点云数据，第二点云数据为牙列点云数据。

在另一些实施方式中，使用图1所示的系统可通过以下步骤获取口内数字化印模：

S200，获取上述口内数字化印模系统中设于口内扫描导板(1)上的引导标志(6)的标准三维数据。由于辅助扫描装置的三维模型数据是已知的，可事先针对此三维数据提取一定数量的ISS关键点，并为各关键点计算相应的三维局部SHOT特征描述子，其中，ISS关键点的具体提取方法参考Zhong,Y.(2009).Intrinsic shape signatures:a shapedescriptor for 3D object recognition.In Proc.int.conf.on computer visionworkshops(pp.1–8)，SHOT特征描述的具体计算过程参考Tombari,F.,Salti,S.,&DiStefano,L.(2010).Unique signatures of histograms for local surfacedescription.In Proc.Europ.conf.on computer vision(ECCV)(pp.356–369).Berlin:Springer.在该文3.1节给出了ISS关键点的提取方法，简言之，即按照一定的规则从三维数据中提取出有代表性的显著特征点。规则为：对三维数据的每一点结合其邻域点进行扩散矩阵和特征值的计算，根据三个特征值大小提取出特征点，一般认为，三个特征值大小相差不大，则可认为是一个关键点。由于辅助装置三维模型事先已知，可事先进行关键点提取。

在该文第4节介绍了在第3节基础上计算局部SHOT descriptor的方法，实质是对某一点结合其邻域数据定义一种直方图，只不过该文是对输入模型的部分随机采样点(见该文第5节Fig.7下面一段文字)计算的，而本发明是针对ISS关键点计算的。

SHOT描述子的计算方法包括：结合三维数据为每一个ISS关键点建立起一个局部参考系，在此局部参考系下，对邻域数据细分多个三维网格，对每个网格计算出一个角度直方图，然后将这些直方图叠加形成一个总的直方图，即特征描述。有点类似于二维图像中SIFT特征描述。

S300，通过固定装置(3)将口内扫描导板(1)固定在口腔内部的被测口腔区域附近，此例中为牙列(2)，使得引导标志(6)与牙列(2)相邻且位置关系固定；

S400，使用口内印模扫描仪(5)在口腔内部扫描至少部分牙列(2)和至少部分引导标志(6)以获取图像，并且得到图像的三维数据(或者称为三维点云数据，或者简称为点云数据或点云)；然后，通过口内数字化扫描设备对已经安装了辅助扫描装置的牙列进行扫描，获取牙列的局部三维点云数据，为其提取ISS关键点和相应的SHOT特征描述子。

S500，根据引导标志(6)的标准三维数据从图像的三维数据中搜寻并识别至少部分引导标志(6)的三维数据，至少部分引导标志(6)包括至少三个非共线特征标志点(也即ISS关键点)，并且在图像的三维数据的其余部分中确定至少部分牙列(2)的三维数据；

S600，利用至少三个非共线特征标志点确定至少部分引导标志(6)的三维数据与标准三维数据的对应部分之间的坐标转换关系；此时，对局部三维点云数据的各ISS关键点在辅助扫描装置模型的ISS关键点中寻找一个基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成匹配点对，并利用RANSAC算法(参考文献FISCHLER M.A.Random sample consensus:A paradigmfor model fitting with applications to imageanalysis and automatedcartography.Commun.ACM 24,6,1981,381–395.)计算出局部点云数据到辅助扫描装置模型的初始变换关系，即完成初始配准。

S700，将S600的转换关系应用于至少部分牙列(2)的三维数据，得到至少部分牙列(2)的转换三维数据，作为至少部分牙列(2)的数字化印模。

在一些实施方式中，获取口内数字化印模的方法还包括，通过重复步骤S400至S700来获得整个牙列(2)的数字化印模，其中重复S400得到牙列(2)的整体三维数据，并且每次扫描都获得包括至少部分牙列(2)和至少部分引导标志(6)的三维数据。

在一些实施方式中，获取口内数字化印模的方法还包括以下步骤：

S-1，执行步骤S400至S700，其中，在S400中扫描P1，得到三维数据P1D1；在S500中，设引导标志(6)的标准三维数据为G0，在P1D1中搜寻并识别对应于G0的至少部分的三维数据G1，G1包括至少三个非共线特征标志点，并且在P1D1的其余部分中确定至少部分牙列(2)A1的三维数据A1D1；在S600中，利用至少三个非共线特征标志点确定G1与G0中的对应部分之间的转换关系；在S700中，将S600的转换关系应用于A1D1，转换得到三维数据Z1，作为A1的数字化印模；

S-2，重复执行步骤S400至700，其中，在S400中扫描P2，获得三维数据P2D1；在S500中，当从P2D1中未能搜寻到至少部分G0时，转为从P2D1中搜寻并识别对应于Z1的至少部分的三维数据A1′，A1′包括至少三个非共线特征标志点，并且在P2D1的其余部分中确定至少部分牙列(2)A2的三维数据A2D1；在S600中，利用至少三个非共线特征标志点确定A1′与Z1中的对应部分之间的转换关系；在S700中，将S600的转换关系应用于A2D1，转换得到三维数据Z2，作为A2的数字化印模。

在一些情况下，根据获取口内数字化印模的方法，还包括：

S-1，执行步骤S400至S700，其中，在S400中扫描P1，获得三维数据P1D1；在S500中，设引导标志的标准三维数据为G0，在P1D1中搜寻并识别对应于G0的至少部分的三维数据G1，G1包括至少三个非共线特征标志点，并且在P1D1的其余部分中确定至少部分牙列(2)A1的三维数据A1D1；在S600中，利用至少三个非共线特征标志点确定G1与G0中的对应部分之间的转换关系；在S700中，将S600的转换关系应用于A1D1，转换得到三维数据Z1，作为A1的数字化印模；

S800，在S-1后，将口内扫描导板从口腔内部取出，从而暴露出原先被口内扫描导板遮挡的牙列(2)B1；

S-4，在S800后，重复执行步骤S400至700，其中，在S400中扫描B1，得到三维数据B1D1；在S500中，从B1D1中搜寻并识别对应于Z1的至少部分的三维数据A1″，A1″包括至少三个非共线特征标志点，并且在B1D1的其余部分中确定至少部分牙列(2)A3的三维数据A3D1；在S600中，利用至少三个非共线特征标志点确定A1″与Z1中的对应部分之间的转换关系；在S700中，将S600的转换关系应用于B1D1，转换得到三维数据Z3，作为B1的数字化印模。

在上述实施方式中，在得到牙列(2)的所有部分的数字化印模后，可以将各部分之间相互重叠的部分进行融合、平滑等后处理。

本发明的系统和方法无累积的多次扫描测量误差，有效提高口内数字化印模的精度，可满足后续对牙齿修复体的设计和加工要求。

Claims (10)

1.一种用于获取口内数字化印模的系统，包括：口内扫描导板、口内印模扫描仪、计算设备，所述口内印模扫描仪和所述计算设备电连接；

所述口内扫描导板包括固定装置和刚性导板，所述刚性导板具有扫描引导面，所述扫描引导面上设有引导标志；所述固定装置具有连接口腔内部构造的连接件用于将所述刚性导板固定在口腔内部；

所述口内印模扫描仪在第一时间内获得第一扫描数据，并将所述第一扫描数据传输到所述计算设备；所述口内印模扫描仪在第二时间内获得第二扫描数据，并将所述第二扫描数据传输到所述计算设备；所述第一扫描数据为扫描牙列和引导标志所获得的点云数据；所述第二扫描数据为扫描没有引导标志的牙列所获得的点云数据；

所述计算设备包括处理器和显示器，所述处理器能够执行：

第一程序，用于根据预存点云数据和第一扫描数据获得第一点云数据；其中，所述预存点云数据为引导标志的点云数据；所述第一点云数据包括牙列和引导标志的多个点云数据，其中牙列和引导标志的每个点云数据对应于牙列和引导标志的一个局部；

第二程序，根据第一点云数据和第二扫描数据获得第二点云数据，所述第二点云数据为牙列点云数据；所述第二点云数据包括牙列的多个点云数据，其中牙列的每个点云数据对应于牙列的一个局部；

所述显示器用于显示所述第二点云数据。

2.根据权利要求1的用于获取口内数字化印模的系统，所述第一程序进一步包括：

用于根据获得的牙列和引导标志的局部点云数据提取第一特征关键点的程序；所述第一特征关键点为牙列和引导标志的局部点云数据的特征关键点；

用于根据预存点云数据的特征关键点和第一特征关键点，获得局部点云数据和预存点云数据的初始坐标变换关系的程序；

用于根据初始坐标变换关系，对局部点云数据进行坐标变换，完成局部点云数据的初始配准的程序；

用于计算初始配准后的局部点云数据到预存点云的精确变换关系的程序；

用于根据精确坐标变换关系，对初始配准后的局部点云数据进行坐标变换，完成局部点云数据的配准，得到对应于所述局部的牙列和引导标志的点云数据的程序。

3.根据权利要求2的用于获取口内数字化印模的系统，其特征在于：

所述预存点云数据的特征关键点为ISS关键点；

所述第一特征关键点为ISS关键点。

4.根据权利要求3的用于获取口内数字化印模的系统，所述用于根据获得的牙列和引导标志的局部点云数据提取第一特征关键点的程序进一步包括：

用于获得第一SHOT特征描述子的程序；所述第一SHOT特征描述子是与第一ISS关键点相应的SHOT特征描述子；

用于在所述预存点云数据的ISS关键点和第一ISS关键点中，基于第一SHOT特征描述子和预存点云数据的SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成预存点云数据和牙列和引导标志的局部点云数据的匹配点对的程序；所述预存点云数据的SHOT特征描述子根据所述预存点云数据的ISS关键点计算获得；

用于根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出牙列和引导标志的局部点云数据到预存点云数据的初始变换关系的程序。

5.根据权利要求1的用于获取口内数字化印模的系统，其中所述第二程序进一步包括：

用于根据获得的牙列的局部点云数据，提取第二特征关键点的程序；所述第二特征关键点为牙列局部点云数据的特征关键点；

用于根据第一点云数据的特征关键点和第二特征关键点，获得牙列局部点云数据和第一点云数据的初始坐标变换关系的程序；

用于对牙列局部点云数据进行坐标变换，完成牙列局部点云数据的初始配准的程序；

用于计算初始配准后的牙列局部点云数据到第一点云数据的精确变换关系的程序；

用于根据精确坐标变换关系，对初始配准后的牙列局部点云数据进行坐标变换，完成牙列局部点云数据的配准，得到对应于所述局部的牙列的点云数据的程序。

6.根据权利要求5的用于获取口内数字化印模的系统，其特征在于：

所述第一点云数据的特征关键点为ISS关键点；

所述第二特征关键点为ISS关键点。

7.根据权利要求6的用于获取口内数字化印模的系统，用于根据第一点云数据的特征关键点和第二特征关键点，获得牙列局部点云数据和第一点云数据的初始坐标变换关系的程序进一步包括：

用于获得第二SHOT特征描述子的程序；所述第二SHOT特征描述子是与第二ISS关键点相应的SHOT特征描述子；

用于在所述第一点云数据的ISS关键点和第二ISS关键点中，基于第二SHOT特征描述子和第一点云数据的SHOT特征描述子，获得基于SHOT特征描述子的最佳匹配，形成第一点云数据和牙列局部点云数据的匹配点对的程序；所述第一点云数据的SHOT特征描述子根据所述第一点云数据的ISS关键点计算获得；

用于根据匹配点对，利用RANSAC算法计算出牙列的局部点云数据到第一点云数据的初始变换关系的程序。

8.根据权利要求1的口内数字化印模系统，其特征在于，当所述刚性导板固定在口腔内部时，至少将能够被口内印模扫描仪拍摄且与被测口腔区域临近的所述刚性导板的表面作为扫描引导面，所述引导标志至少分布在所述扫描引导面上靠近所述被测口腔区域的部分；或者将所述刚性导板的全部表面作为扫描引导面，并且所述引导标志遍布所述扫描引导面的各处。

9.根据权利要求1的口内数字化印模系统，其特征在于，所述扫描引导面上的引导标志与贴近的被测口腔区域基本平行。

10.根据权利要求1的口内数字化印模系统，其特征在于，所述刚性导板的长度近似等于牙弓任意位置处连续三颗或三颗以上牙齿形成的牙列的长度；或者，所述刚性导板为全口导板，所述全口导板的长度近似等于包含上颌或下颌全部牙齿形成的牙列的长度；或者，所述刚性导板为半口导板，所述半口导板的长度近似等于上颌或下颌的左或右半部分牙齿形成的牙列的长度。

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