CN110621259A - 口腔内扫描装置、这种装置的操作方法以及扫描器系统 - Google Patents

Abstract

口腔内扫描装置包括：具有第一安装结构的主部件；扫描臂，扫描臂具有配备有至少一个信号收集器的头部，其中扫描臂安装到主部件上并可设置成从主部件突出；驱动机构，驱动机构连接到扫描臂以使扫描臂的头部沿患者的口腔运动；以及用于定位在患者的口腔中的咬嘴，咬嘴具有中空内部、用于进入中空内部的开口和与主部件的第一安装结构对应的第二安装结构，其中当主部件的第一安装结构连接到咬嘴的第二安装结构时，扫描臂延伸到咬嘴的中空内部中。驱动机构具有枢转操纵器和线性操纵器。扫描臂以使枢转操纵器的旋转轴线基本上垂直于扫描臂的纵向轴线的方式安装至枢转操纵器。扫描臂以使枢转操纵器与扫描臂的头部间的距离能修改的方式安装至线性操纵器。

Description

口腔内扫描装置、这种装置的操作方法以及扫描器系统

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的口腔内扫描装置，并且更具体地涉及一种扫描器系统和一种操作口腔内扫描装置的方法。

这种口腔内扫描装置包括(i)具有第一安装结构的主部件，(ii)具有头部的扫描臂，该头部配备有至少一个扫描传感器，其中该扫描臂安装到主部件上并可设置成从主部件突出；(iii)驱动机构，该驱动机构连接到扫描臂，以使扫描臂的头部沿着患者的口腔运动；以及(iv)用于定位在患者口腔中的咬嘴，该咬嘴具有中空内部、用于进入中空内部的开口和与主部件的第一安装结构对应的第二安装结构，其中当主部件的第一安装结构连接到咬嘴的第二安装结构时，扫描臂延伸到咬嘴的中空内部中。这样的装置可以用于提供关于患者口腔的数据或图像。可能需要此类数据来生成口腔模型或用于牙科治疗应用中的诊断和治疗。

背景技术

用于产生口腔或颌骨的电子图像的普遍方法基于填充有藻酸盐的托盘，该托盘设置在患者的口中以产生印模。在接下来的步骤中，借助于印模铸造石膏模型。此外，经常基于图像或更可能的结构光借助于台式扫描器来扫描模型。这种系统的不便之处在于，不容易处理可能给患者带来压力的材料，导致精度降低，将污染物引入用于印模的材料中，这些污染物也可能转移到石膏模型上，模型占用物理空间且可能比较昂贵，并且需要存储模型，这需要在牙科诊所或实验室的架子上留出空间。

用于提供口腔或颌骨的图像或模型的更先进的解决方案是手持式扫描装置，其越来越多地用于牙科诊室。这种设备通常包括操作者在扫描期间移动的装置。通常，所有这些设备都基于相同的手动操作概念，这要求操作者花费时间来使装置沿着齿弓移动。它们通常具有多个缺点，例如相对低的可再现性、相对低的准确性等。这些缺点导致许多牙医选择传统的印模托盘来生成颌骨或口腔的图像和模型，而不是使用扫描技术。

此外，自动口腔扫描器正得到越来越多的研究和开发。这种扫描器的一般目的是使扫描过程独立于操作人员，更快、可再现性更高且更准确。但是，大多数已知的解决方案仍然存在技术设计上的缺陷，例如不能以最佳的方式机动化或缺乏针对患者的给定情形进行调整的能力。

在WO 2015/178962 A1中描述了相对先进的口腔内扫描装置的示例。该装置包括壳体和透明材料的中空咬嘴。咬嘴可连接到壳体。壳体容纳底架，该底架包括臂，在臂上安装了配备有多个扫描传感器的扫描头。当咬嘴连接到壳体时，臂延伸到咬嘴，使得扫描头位于咬嘴的内部。驱动机构使臂线性移位，以使扫描头在咬嘴内运动。在操作中，患者将咬嘴引入其嘴内，并且使臂移位，以使扫描头沿着患者上颚或下颚的牙齿运动。即使线性驱动机构允许臂比较精确地移位，它也要求咬嘴具有宽的开口，以便臂可以在咬嘴的整个范围内运动。另一方面，由于人的嘴在其前端或近端是圆形的，因此将咬嘴安排在口腔内比较不便。这导致患者进行补偿运动，这可能会影响扫描过程的准确性。

因此，需要一种允许方便、自动和准确地扫描患者口腔的装置、系统或方法。

发明内容

根据本发明，该需求通过如独立权利要求1的特征所限定的口腔内扫描装置、如独立权利要求23所限定的扫描器系统以及如独立权利要求28的特征所限定的口腔内扫描装置的操作方法来解决。优选实施例是从属权利要求的主题。

特别地，本发明涉及一种口腔内扫描装置，其包括主部件、扫描臂、驱动机构和咬嘴。主部件具有第一安装结构。扫描臂具有配备有至少一个信号收集器的头部。扫描臂安装在主部件上，并且可设置成从主部件突出。术语“突出”就此而言可以涉及远离主部件、从主部件突出或伸出。驱动机构连接到扫描臂，以使扫描臂的头部沿着患者的口腔运动。患者可以是活的或死的人或动物，以及这些的模型、考古文物等。咬嘴设置成定位在患者的口腔中。它具有中空内部、用于进入中空内部的开口和与主部件的第一安装结构对应的第二安装结构。当主部件的第一安装结构连接到咬嘴的第二安装结构时，扫描臂延伸到咬嘴的中空内部中。

如本文所用的术语“臂”涉及细长的或可伸长的单件或多件式结构。它可以包括或可以是棒、轨道，杆、柱或类似的元件。它还可以是伸缩的或类似地可伸长的。它还可以配备有一个或多个关节或弯曲部等。扫描臂的头部可以在单件中与扫描臂成一体，或者可以安装到扫描臂的棒或类似元件上。扫描臂可以特别地被成形和实施为引导其头部的至少一个信号收集器。

驱动机构具有枢转操纵器和线性操纵器。扫描臂以使得枢转操纵器的旋转轴线基本上垂直于扫描臂的纵向轴线的方式安装到枢转操纵器上。扫描臂以使得枢转操纵器与扫描臂的头部之间的距离可修改的方式被安装到线性操纵器上。

该口腔内扫描装置可以特别适合于进行牙齿扫描。

如本文所用的术语“信号”可以涉及优选地具有特定波长的光信号、超声信号、红外信号、单色光信号、荧光信号等。

所述至少一个信号收集器可以是将图像信息引导至目标或感测单元的光学器件。这样的光学器件可以包括或者可以是镜子、透镜、准直仪、反射器、折射器或类似的光学或非光学元件。信号可以通过任何光学通道(如内窥镜、电缆、光纤)传送，也可以经由空气从这种信号收集器传送到传感单元。

优选地，所述至少一个信号收集器包括扫描传感器或者是至少一个扫描传感器。扫描传感器可以是或包括可见光或红外摄像机/照相机等。合适的扫描传感器可以是或包括有源像素传感器，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器、立体摄像/照相机、超声传感器、红外传感器、红外波传感器、荧光传感器、声传感器、光谱传感器、双摄像/照相机、阵列摄像/照相机、其任何组合等。

枢转操纵器和线性操纵器的设置允许扫描臂的头部在极坐标系中运动。这样，扫描头可以在咬嘴内精确地运动。特别地，这种驱动机构允许头部或扫描头基本上在咬嘴的整个内部上精确地运动。此外，使扫描臂在极坐标系中运动允许咬嘴的开口相对较小。当枢转操纵器相对地靠近开口就位时尤其如此。这样，咬嘴的形状可以适当地适合患者的嘴。因此，根据本发明的口腔内扫描装置允许方便且准确地自动扫描患者的口腔。

优选地，驱动机构具有马达装置，该马达装置设置成适配枢转操纵器和线性操纵器，以便使扫描臂的头部在咬嘴的中空内部中运动。马达装置可以配备有一个或多个马达，例如线性马达或旋转马达等。这种马达允许扫描臂自动移位，使得其头部也可以自动运动。另外，如下所述，马达还可以用于使头部或所述至少一个信号收集器倾斜。还可例如通过在控制单元上运行的适当软件来精确地控制这种马达。

优选地，咬嘴由一次性材料制成。术语“一次性”就此而言涉及一种材料，该材料一方面是相对低成本的，另一方面，当被扔弃时不需要任何特殊处理。可能的一次性材料是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或类似的塑料材料。本实施例允许在使用后更换咬嘴，这可以增加应用的卫生性。或者，咬嘴可以由可方便地重复使用的可消毒材料制成。

优选地，咬嘴具有顶部，该顶部限制或覆盖中空内部，并且该顶部设置成当咬嘴位于患者的口腔中时指向患者的上颚，该顶部由透明材料制成。上颚也可以称为上颌骨。这种咬嘴允许有效地扫描上颌骨。

附加地或可替代地，咬嘴具有底部，该底部限制所述中空内部并且设置成在咬嘴定位在患者的口腔中时指向患者的下颚，该底部由透明材料制成。下颚也可以称为下颌骨。这种咬嘴允许最终有效地扫描下颌骨以及上颌骨。

由此，优选地，当扫描臂的头部布置在咬嘴的中空内部内时，所述至少一个信号收集器设置成经由咬嘴的顶部和咬嘴的底部同时进行扫描。这样的实施例允许同时扫描上颌骨和下颌骨，这可以使整个扫描过程更加有效。

优选地，通过枢转操纵器使扫描器臂绕旋转轴线旋转并且线性操纵器使扫描器臂沿其纵向轴线移动，扫描臂可以排他地运动。这样，可以将自由度固定为扫描口腔所需的数量。这允许有效地实施口腔内扫描装置。

优选地，驱动机构的枢转操纵器安装到主部件上，并且驱动机构的线性操纵器安装到驱动机构的枢转操纵器上。这允许有效地安装或组装驱动机构，并且需要相对较小的空间。

优选地，咬嘴包括横向的和/或向前延伸的翼部，当咬嘴定位在患者的口腔中时，该翼部可布置在患者的软组织与患者的颚之间。软组织可以特别是脸颊、嘴唇或两者。这样的翼部允许在脸颊和/或嘴唇与颚之间产生空间。因此，还可以有效地扫描颚的外颊侧和/或前唇侧。翼部可以具有颊部和唇部，使得它们一起可以形成弓形翼部。

优选地，咬嘴包括向前延伸的遮挡部，当咬嘴定位在患者的口腔中时，该遮挡部可在患者的嘴的前方邻近主体布置。这样的遮挡部可以保护装置的主部件和机械结构免受诸如唾液等的污染。

优选地，口腔内扫描装置包括用于传送经由所述至少一个信号收集器收集的扫描器数据的数据接口，其中该数据接口优选为无线数据接口。这种数据接口允许将数据传送到评估和/或显示装置。无线数据接口可能特别有利，因为它允许装置的自由且不受阻碍的运动。

由此，数据接口优选地设置成将由所述至少一个信号收集器收集的数据传送到远程计算机或远程显示器。远程计算机可以是服务器或其它云计算机。因此，口腔内扫描装置可以被实施为将收集的数据直接提供到云上或互联网中。远程显示器可以是远离口腔内扫描装置的显示器。它还可以与向其传送所收集的数据的计算机关联。任何这样的计算机均可用于分析或评估所收集的数据。例如，它可以从诸如所收集的图像的收集的数据重建口腔或口腔的多个部分的三维模型。

优选地，口腔内扫描装置包括安全机构，该安全机构具有其中扫描臂能够运动的工作模式和其中扫描臂的运动被阻止的阻挡模式，其中当主部件的第一安装结构连接到咬嘴的第二安装结构时，安全机构处于工作模式，并且当主部件的第一安装结构未连接到任何其它结构时，安全机构处于阻挡模式。通过这种安全机构，可以实现仅在装置完全运行后才能对其进行操作。特别地，可以防止扫描臂在咬嘴未连接到主部件时并因此在头部未被咬嘴覆盖并且未在咬嘴内部受到保护的状态下移位。

优选地，所述至少一个信号收集器包括多个信号收集器。这样的多个信号收集器可以允许提供更准确的图像。附加地或替代地，它们可以一次直接生成三维图像或多个图像。例如，例如运行适当的软件的适当的计算单元可以从所述多个图像生成三维模型。

由此，多个信号收集器中的每一个都具有包括观察方向的视野，其中所述多个信号收集器的观察方向相对于彼此成角度。观察方向的这种成角度的布置允许有效地提供三维图像。替代地或附加地，它允许提供单一情况的多个图像。从这样的多个图像中，可以导出多个维度的信息。

优选地，扫描臂配备有运动传感器。这样的运动传感器可以包括加速度计、陀螺仪等。它允许检测臂例如相对于主部件的运动。这样，此类相对运动可以被自动补偿或者可以停止扫描直到相对运动结束。

优选地，咬嘴具有锥形区段用以适合患者的口腔。这种逐渐变细的区段允许咬嘴方便地适合患者的嘴。这允许增加口腔内扫描装置的舒适度、接受度和准确性。

优选地，主部件包括可编程控制单元，用于自动和/或自主地控制扫描臂和所述至少一个信号收集器。这样的控制单元——其可以是计算机或计算设备——允许扫描臂自动移位并移动所述至少一个信号收集器。另外，它允许评估所收集的数据并调整或校正进一步的扫描操作。它还可以将获取的数据(例如扫描图像)重建为模型，尤其是三维模型。这允许特别精确和方便的扫描操作。此外，控制单元可以包括诸如硬盘等的存储器，用于存储经由所述至少一个信号收集器获取的数据。这在许多应用中可能是有利的，例如当数据不能立即被处理或转发以进行评估、显示等时。

优选地，驱动机构包括倾斜操纵器，扫描臂以使得扫描臂可以倾斜的方式安装在该倾斜操纵器上。可以提供绕扫描臂的纵向轴线或平行于扫描臂的纵向轴线的轴线的倾斜运动。替代地或附加地，倾斜操纵器可以使扫描臂绕其它轴线倾斜。这种倾斜操纵器允许有效地使扫描臂倾斜并因此使所述至少一个信号收集器倾斜。这样，可以收集牙齿和颚周围的图像和/或可以生成三维图像。

优选地，咬嘴设置有识别码(ID)。这样的ID可以体现为QR码、条形码、RFID等。它允许识别特定的咬嘴。由此，例如可以防止针对不同患者重复使用同一咬嘴。

优选地，扫描臂配备有光源。光源可以是或包括发光二极管(LED)等。这种光源可有效照亮患者口腔内所述至少一个扫描器传感器执行扫描的部位。这样，可以提高所生成图像的质量。光源可以被实施为发出特定质量的光，例如单色光、多色光、选定波长的光等。优选地，信号收集器或与其关联的传感单元按照由光源发出的特定光来实施。

优选地，主部件配备有显示器。这样的显示器可以体现为可以在其上显示信息的屏幕。或者，它可以是单个或一组灯，例如LED。通过为主部件设置显示器，可以有效地提供关于口腔内扫描装置的信息，例如关于其状态等的信息。

优选地，口腔内扫描装置包括加热器元件，该加热器元件设置成加热扫描臂、头部、信号收集器、咬嘴或它们的任何组合。这种加热器元件可以允许减少由于塑料或其它部件与口腔的水分接触而可能出现的起雾。加热器元件可以直接或间接地、主动地或被动地加热所述部件。加热器元件可以是计算机或主部件的其它电子元件。咬嘴还可以在用于扫描过程之前例如在站中被预热。

本发明的又一方面涉及一种扫描器系统，该扫描器系统包括如上所述的口腔内扫描装置和多个不同尺寸的咬嘴。利用这种扫描器系统，可以有效地实现以上结合口腔内扫描装置及其优选实施例所述的效果和益处。此外，通过在系统中设置多个咬嘴，可以选择适合于特定患者的合适尺寸。

优选地，扫描器系统包括适合于确定适于患者的咬嘴尺寸的咬合测量板。它可以包括例如由纸制成的测量片。这种测量板允许精确而快速地评估和选择适合患者的咬嘴尺寸。由此，该板允许测量牙弓的尺寸，其可以在咬合期间或在闭口时有效地执行。

优选地，扫描器系统包括具有底座的基站，该底座适于接纳口腔内扫描装置的主部件。这样的基站可以实现多种功能，例如保持和存储该装置，为装置的电池充电，生成收集的数据或图像的三维模型，或从装置传送数据。

由此，口腔内扫描装置的主部件优选地配备有电池，并且基站具有充电结构，该充电结构适于在主部件被接纳于基站的底座中时对主部件的电池进行充电。充电结构可以包括连接器，该连接器连接到主部件以给电池充电。或者，它也可以被实施为用于对电池进行无线充电。

此外，口腔内扫描装置的主部件优选地配备有数据接口，并且基站优选地具有适于从主部件的数据接口传送扫描数据的相应数据接口。数据接口可以是通用串行总线(USB)接口。在这样的实施例中，当主部件被接纳在基站的底座中时，有利地传送来自主部件的数据接口的扫描数据。

本发明的又一方面涉及一种操作如上所述的口腔内扫描装置的方法。该方法包括以下步骤：将口腔内扫描装置的咬嘴安装到口腔内扫描装置的主部件上；将口腔内扫描装置的咬嘴定位在患者的口腔中；通过使口腔内扫描装置的扫描臂的头部上的至少一个信号收集器沿口腔内扫描装置的咬嘴的中空内部运动来识别患者的口腔中的牙齿；计算口腔内扫描装置的扫描臂的对于所识别的牙齿而言最佳的扫描运动；以及通过口腔内扫描装置的扫描臂执行计算出的扫描运动来对患者的口腔进行扫描。计算扫描运动和扫描口腔可以逐一进行，也可以同时进行。

与本发明相关的术语“扫描口腔”可涉及扫描基本上整个口腔以及扫描其更大或更小的部分，例如扫描上颚或远侧上颚。

这样的方法允许有效且特别准确地扫描口腔。由此，可以自动执行完整的过程。

优选地，在该方法中，在扫描患者的口腔的至少一部分的同时，患者的上颚和患者的下颚相对于彼此运动。这样，可以扫描或记录和分析咬合。就此而言，咬合是指牙齿之间、尤其是上颚和下颚的牙齿之间的接触。更具体地，它可以涉及上颌(上)和下颌(下)牙齿彼此靠近时的关系，如在咀嚼或休息时发生的。

优选地，当扫描患者的口腔时，收集二维图像，其中从收集的二维图像生成三维模型。这允许快速的图像收集和扫描过程。

优选地，扫描装置自动和/或自主地执行对患者口腔的扫描。而且，扫描患者的口腔优选地包括收集关于患者的口腔的几何形状的数据和收集关于患者的口腔的颜色的数据。获得关于口腔或颚或牙齿的几何形状以及颜色的信息可以改善所生成的图像或模型的质量。而且，这些颜色可用于诊断目的和规划牙科治疗。

附图说明

在下文中，通过示例性实施例并参考附图更详细地描述根据本发明的口腔内扫描装置、根据本发明的扫描器系统和根据本发明的方法，在附图中：

图1示出了根据本发明的口腔内扫描装置的第一实施例的剖视侧视图；

图2示出了工作中的根据本发明的口腔内扫描装置的第二实施例的扫描臂的头部的视图；

图3示出了根据本发明的口腔内扫描装置的第三实施例的透视图；

图4示出了根据本发明的口腔内扫描装置的第四实施例的透视图；

图5示出了根据本发明的口腔内扫描装置的第五实施例的透视图；

图6示出了根据本发明的口腔内扫描装置的驱动机构的第一实施例的透视图；

图7示出了根据本发明的口腔内扫描装置的驱动机构的第二实施例的透视图；

图8示出了根据本发明的扫描器系统的一个实施例的基站的透视图；

图9示出了图8的扫描器系统的咬合测量板的顶视图；

图10示出了工作中的扫描传感器的倾斜运动的两种形式；以及

图11示出了工作中的图5的口腔内扫描装置的视图。

具体实施方式

在以下描述中，出于方便的原因使用某些术语且并非旨在限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”指的是图中的方向。所述术语包括清楚地提到的用语以及它们的派生词和具有相似含义的用语。此外，可能使用诸如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或特征结构与另一元件或特征结构的关系。这些空间相对术语旨在除图中所示的位置和取向以外还涵盖使用或操作中的装置的不同位置和取向。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为在其它元件或特征结构“之下”或“下方”的元件将在其它元件或特征结构“上方”或“上面”。因此，示例性术语“在...之下”可以涵盖上方和下方的位置和取向两者。所述装置可以其它方式取向(旋转90度或处于其它取向)，并且文中使用的空间相对描述得以相应地阐释。同样，对于沿着和围绕各种轴线的运动的描述包括各种特殊的装置位置和取向。

为了避免附图以及对各个方面和示例性实施例的说明的重复，应当理解的是，许多特征是多个方面和实施例共有的。从说明或附图省略一个方面并不意味着该方面从结合了该方面的实施例缺失。相反，该方面可以为了清楚起见而被省略并且避免了冗长的说明。在此上下文中，以下适用于本说明书的其余部分：如果为了使附图清楚，附图包含未在说明书的直接相关部分中阐述的附图标记，则可在之前或之后的说明章节中参照该附图标记。此外，为了清晰起见，如果在一个附图中未对一个部件的所有特征设置附图标记，则参照示出同一部件的其它附图。

图1示出了根据本发明的口腔内扫描装置的第一实施例。它包括主部件11和具有用于保护主部件11的盖部的咬嘴12。它还包括扫描臂13，该扫描臂在操作中或在扫描时从主部件11突出并从主部件11伸出到咬嘴12的中空内部中。如虚线所示，扫描臂也可以在驻留位置18定位在主部件11内。在那里，它被保护在主部件11内，并且可以取下或更换咬嘴12等。

在一个纵向端部处，扫描臂13具有头部16，该头部配备有作为信号收集器的多个扫描传感器和光源。咬嘴12定位在患者的嘴中，使得上颚14位于咬嘴12的顶面上。咬嘴12具有颊翼部19，其位于患者的脸颊和上颚14的牙齿之间。翼部19延伸到并且包括口腔的近侧部分。这样，可以在牙齿与脸颊或嘴唇之间提供允许改善扫描的距离或自由空间。

该口腔内扫描装置还包括具有枢转操纵器和线性操纵器的驱动机构。在图1中，枢转操纵器位于左侧，而线性操纵器位于右侧。枢转操纵器设置成使扫描臂13绕旋转轴17枢转。

在图2中，示出了操作中的根据本发明的口腔内扫描装置的第二实施例。该装置与上述第一口腔内扫描装置类似地实施。图2示出了咬嘴21的布置在上颚下方的患者口腔中的部分。上颚包括牙龈27和牙齿26，其中牙齿26邻近咬嘴21的透明上表面。咬嘴21具有位于牙龈27的前庭侧28与患者的脸颊29之间的翼部22。借助于翼部22，可以在脸颊29与上颚的前庭侧之间提供也允许有效地扫描上颚的外侧或前庭侧的距离或自由空间。

第二口腔内扫描装置的扫描臂的头部23位于咬嘴的中空内部内并且邻近上颚的牙齿26。它配备有作为信号收集器的三个扫描传感器24和两个LED光源25。光源25位于每两个相邻的扫描传感器24之间。每个扫描传感器24在预定的观察方向上具有视野，其中视野的视线方向彼此成角度。这是通过使左右两个扫描传感器24向内倾斜而实现的。通过这种方式，可以通过三个扫描传感器24生成上颚的三维图像。

图3示出了口腔内扫描装置的第三实施例。该装置包括主部件31和具有翼部33的咬嘴32。主部件31具有第一安装结构，而咬嘴32具有第二安装结构34。第一安装结构和第二安装结构34设置成将咬嘴32连接到主部件31以及从主部件31释放咬嘴32。特别地，第二安装结构34具有套在主部件31的一部分上的套筒部。由此，套筒部一方面将咬嘴32保持在主部件31上，并且另一方面保护主部件31且尤其是保护主部件31和咬嘴32之间的过渡处，在该过渡处扫描臂从主部件31延伸到咬嘴32的内部。

在图4和图5中，示出了口腔内扫描装置的第四实施例和第五实施例。该装置与图3的口腔内扫描装置相同，其中咬嘴32的形状不同。图4和5所示的咬嘴32相对较细。它们特别地成形为定位在口腔的较窄区域中，例如，具体地，脸颊与上颚和下颚的前庭侧之间，例如用于咬合扫描。

图6示出了适用于上述口腔内扫描装置的所有五个实施例的驱动机构的第一实施例。它包括枢转操纵器41、线性操纵器42和马达43。枢转操纵器41被实施为使扫描臂绕垂直于扫描臂的纵向轴线的旋转轴枢转或旋转。它保持扫描臂以及线性操纵器42。线性操纵器41被实施为使扫描臂线性移动，即沿着其纵向轴线移动。第一驱动机构允许扫描臂的头部在极坐标系中运动。这允许非常稳健且精确的运动，其中主部件与咬嘴之间的过渡开口可以相对较小。这使得咬嘴的灵活成形成为可能。特别地，咬嘴可以朝向主部件逐渐变细以适合嘴。

在图7中，示出了适用于上述口腔内扫描装置的所有五个实施例的驱动机构的第二实施例。它包括与第一驱动机构的相应部件相同的枢转操纵器41、线性操纵器42和马达43。另外，第二驱动机构具有倾斜操纵器44。倾斜操纵器44被实施为将枢转操纵器41、线性操纵器42和扫描臂保持在一起并倾斜。这样，扫描臂且特别是其头部可绕平行于扫描臂的纵向轴线的轴线倾斜。

图8示出了根据本发明的扫描器系统的一个实施例的基站51。扫描器系统还包括口腔内扫描装置，例如，如上所述或类似的扫描装置。基站51具有接纳口腔内扫描装置的主部件52的底座。主部件52配备有作为能量源的电池和充电天线53。基站51具有对应的充电天线53。当主部件52被接纳在基站51的底座中时，可以经由天线53对电池进行充电。

诸如图8所示的根据本公开的基站可以包括底架、充电器、电池和诸如USB 3.0连接器之类的连接器。充电器可用于为口腔内扫描装置和基站的电池充电。如果在使用装置的地方停电或电力不稳定或在室外使用系统，则将使用电池。USB 3.0连接器可以具有一个公插头，以与口腔内扫描装置的主部件的母插座配合。可以在基站中执行嵌入式软件以控制系统的功能。

基站也可以是替代计算机，例如，为了基于从口腔内扫描装置的主部件传送的图像来重建牙齿和牙龈的3D结构。或者，这可以直接由计算机或主部件的控制单元完成。基站的计算机还可以用于检查数据或主部件是否重建了3D模型，这可以称为stl文件。可以将stl文件直接发送到用户的计算机(例如平板电脑、智能手机或云或互联网计算机)。

在图9中，示出了扫描器系统的咬合测量板61。测量板61具有握持部分和主部分。在使用中，握持部分被保持并且主部分定位在患者的口腔中。主部分还设有刻度标记62，该刻度标记允许描绘适合于特定口腔的咬嘴的尺寸。

因此，咬合测量板61可以测量口腔的尺寸。它可以包括用防水纸制成的纸块，被浸渍或用描图纸制成。每张纸都可以在两部位绘制刻度尺。操作者或患者本人将一张纸放入口腔中，并且患者通过咬住它来标记该颚的尺寸。基于牙齿在纸上的标记，操作者可以选择要使用的咬嘴尺寸。

扫描器系统还可以包括手提箱。它可以由这样的材料制成，该材料具有给定工业设计和机械形状，以便能够在内部收纳类似泡沫或类似卡通的材料，并对其整体进行调整以保持口腔内扫描装置和主部件的紧密性。

图10示出了口腔扫描过程中的两种倾斜操作方式。在第一种方式中，在图10中在左侧示出了口腔内扫描装置71的扫描臂的整个头部72倾斜。这种倾斜可以手动地或通过自动机构、即借助于驱动机构执行。这样，可以实现头部72的变化的倾斜位置73，这可以允许生成口腔内的准确的三维图像。

在第二种方式中，在图10中在右侧示出了作为头部72的信号收集器的单个扫描传感器74分别由驱动机构倾斜。这允许特定的复杂图像生成。

在图11中，示出了扫描过程，其中扫描了口腔的咬合和动态咬合。为此目的，使用类似于图5所示的口腔内扫描装置。该扫描装置的咬嘴83在颚与脸颊85之间位于上颚81和下颚82的前庭侧。然后，使扫描臂的头部84沿着颚81、82运动并且其作为信号收集器的扫描传感器产生颚81、82的图像。由此，上颚81和下颚82可以相对于彼此运动，从而可以收集并分析颚的动力学。

可以使用专用的高级软件来控制如实施例举例说明并如以上结合本发明所述的口腔内扫描装置，所述软件支持使用装置、服务和维护。该软件的一项功能可以是执行图像获取并重建口腔的3D结构。

在根据本发明的口腔内扫描装置的实施例的以下特征、功能、操作和特性中，描述了根据本发明的扫描器系统和根据本发明的方法，其可以单独或以任何可能的组合实施。

口腔内扫描装置的总体性能基于“无按钮”原理。主部件在安装咬嘴后需要放置在患者的口腔中，并且所有扫描过程都将自动进行，例如，直到显示器上出现包含口腔3D模型的stl文件。患者可以是活的或死的人或动物，以及这些的模型、考古文物等。

所公开的口腔内扫描装置可以具有执行对患者口腔的自主扫描的目的，但是自动模式也可以提供明显的优势。也可以使用半自动和手动扫描模式，但优选用于研究目的，以及在非标准情况下将装置用于特殊临床用途。

在自动扫描模式下，口腔内扫描装置可以具有以下工作功能：1.用于例如通过WIFI将装置从用户连接到基站和/或计算机，或者在主部件连接到基站时例如经由USB 3.0连接的手段。2.基于所连接咬嘴的识别来调整装置性能。咬嘴的尺寸可能会影响为扫描臂预定的运动范围。3.可以通过在用户的计算机上使用具有任选的动画的图像的降低的分辨率在咬嘴周围完成规定的运动图案来执行监视观察。4.可以在较慢的速度和图像所需的最大分辨率下，与步骤3类似地执行获取观察，但是使用在步骤3中获得的运动路径定义。

在半自动扫描模式下，可以执行由操作者控制的扫描过程。用户或操作者可以选择扫描装置需要移动的位置并且定义头部要行进并获取图像的路径。这可以通过用户友好的软件应用程序完成，该应用程序显示了扫描期间的扫描臂位置的可视化。高级用户可以使用此模式来测试各个过程，然后将其存储在自动模式下以供所有用户使用。

可以像半自动模式一样使用手动扫描模式，但是代替在应用中选择点，用户输入线性运动的步数和旋转角度以执行扫描臂的运动。工程师可以使用此模式来测试扫描装置在定制咬嘴内以及在维护期间的性能。

在自主扫描模式中，口腔内扫描装置可以至少以两种变型来操作。(i)基于规则列表的自主性不是用于所存储的臂运动的自动模式，而是扫描装置基于制定为扫描装置的典型行为的规则列表来工作。如果将扫描装置与运输系统进行比较，则自动模式就像有自己的严格规定的路径的有轨电车一样工作，而自主模式就像出租车一样工作，在具有起点和终点时，受过训练的出租车司机决定如何驾驶汽车。在自主模式下，扫描装置可具有几个规则：1.基于咬嘴识别的规则，限定运动边界。例如，扫描装置绝不会迫使扫描臂移动到比咬嘴边界更远的位置。2.执行监视观察以识别主要扫描步骤的正确路径。3.当扫描臂开始工作并从主部件驶出时，将连续拍摄图像，并且软件会分析图像上出现的特征。4.如果在屏幕上识别出牙齿，则扫描臂会尝试将牙齿定位在图像的中间，接下来移动到牙齿的右侧部位。每当将牙齿移出中心视图时，都会对扫描臂位置进行校正。这样，扫描臂可以跟随牙齿，直到在右侧部位的牙弓端部。5.在将扫描臂移至牙弓的左侧部位期间采取类似的步骤。6.基于牙弓的几何形状，定义用于获取观察的路径的自主标识。7.下一步，执行获取观察。8.最后，扫描臂返回到主部件中的驻留位置。

整个过程甚至可以应用于牙弓不是非常标准的牙齿，并且可以在没有操作者的影响的情况下由扫描器创建。

(ii)基于自动学习算法模式的自主：在该模式下，扫描装置可以使用在其它模式下执行的先前扫描的知识。当使用相同尺寸的咬嘴时，可以从已经完成的扫描中获取监视观察的牙弓。先前扫描的监视观察可用于定义路径，或者可基于扫描器的先前使用来计算平均路径。该系统在获取观察期间监视牙齿在图像上的位置，并且如果路径可能不正确，则对扫描臂的运动进行校正。在此模式可以使用之前，可能需要执行学习过程。它可以基于早期研究来完成，因为每次扫描都具有与存储在指定文件中的路径有关的信息。

所公开的口腔内扫描装置可以具有以下功能：标准自动扫描，其中，在手提箱中取出口腔内扫描装置后，基站可以通过USB 3.0连接到用户的PC。设备的主部件可以存储在基站上，并且可以根据需要执行充电。

使用咬合测量板来测量口腔的尺寸，可以测量口腔的实际尺寸。操作者可以取一张纸并将其放在口腔中。在咬住它之后，可以在纸上标记出牙齿的形状。例如将口腔的尺寸估计为L。可以将具有标记L的包装件在患者面前打开，并且可以从包装件中取出干净的咬嘴并将其附接到设备的主部件上。

由于安装了咬嘴，因此口腔内扫描装置可以通过扫描位于咬嘴上的QR代码进行识别检查。可以将已扫描的咬嘴ID发送到数据库，以下载有关咬嘴的信息。如果数据验证是肯定的，则咬嘴以前没有使用过，并且已成功下载系列信息。

然后可以请患者咬住咬嘴并将其保持在一个位置，直到在用户计算机屏幕上显示扫描进度的进度条将满位置，并且可以执行语音信号。患者可以将咬嘴在上、下部牙齿之间定位在口腔内，并向下定位到第8臼齿，并用很小的力将它咬住。

口腔内扫描装置可以监视扫描器的加速度，当装置被正确地保持在患者的嘴中时，该加速度在Z方向上是稳定的。发生这种情况后，装置可以发出信号和/或绿光以表明位置已固定。在用户屏幕上，可以显示扫描的进度条。

咬嘴可以将扫描器在口腔中的位置保持在需要执行扫描的位置。根据咬嘴的类型和扫描臂的头部，它既可以是上部牙齿也可以是下部牙齿，也可以是一牙弓，也可以是牙齿的一部分如牙齿的至少一部分。

在口腔内扫描装置确定了其在口腔内部的固定位置之后，扫描臂可以从主部件移出并被容纳在咬嘴内。它可以通过围绕咬嘴移动而安全地穿过空腔，并且不与患者的组织或液体接触。扫描臂可以由一次性咬嘴隔离并保护。咬嘴可为扫描臂提供空间，同时保护患者的嘴巴免受扫描臂的伤害。扫描臂可以围绕口腔行进，而不会与组织以及咬嘴接触。它可以由在主部件中运行的马达和驱动机构在极坐标系中并由在其中运行的其它马达在线性坐标系中移动并任选地倾斜。

在扫描期间，位于扫描臂头部的LED光源发光。光可以通过头部和咬嘴中的窗口的半透明材料传播到口腔中，从而照亮牙齿、植入物、没有牙齿的间隙和牙龈的3D结构。同时，位于头部中的作为信号收集器的扫描传感器可以观察到提到的3D结构。摄像机或扫描传感器可以获取2D图像的集合并将其发送到主部件。

口腔内扫描装置的主要功能可以如下执行：扫描功能从主部件开始，在此扫描臂位于在完成早期工作之后采取的驻留位置。扫描臂执行监视观察。扫描臂从主部件行进到咬嘴中，到达患者口腔右后方的位置。扫描臂的运动是通过适当地调整枢转操纵器以将臂旋转到右侧部位并且适当调整线性操纵器以将扫描臂的端部移动到咬嘴的后方角落而执行的。接下来，将扫描臂从咬嘴中的右后位置移至右前位置，然后将扫描臂移至左前位置，然后移至左后位置。在扫描臂的移动过程中，头部获取图像，然后将通过软件对其进行分析，以查看臂的移动路径是否被正确地调整到牙弓中。如果图像上未出现齿线，则校正该路径并以新的牵引力重复监视观察。监视观察还允许调整在主扫描期间获得高质量的图像所需的适当照明。它还可以测试任一咬嘴的质量，如果在扫描头窗口或咬嘴上出现雾，则执行加热以减少雾。

结果，从监视观察获得了移动扫描臂的路径并且得到了摄像机和照明系统的获取参数。整个监视观察可能需要大约六秒钟。

在监视观察结束之后，执行获取观察。扫描臂由驱动机构以规定速度沿着由于监视观察而得到的路径移动。在移动扫描臂的过程中，还使用了其它的获取参数，例如照相机和灯光的设置，并且扫描头获取高分辨率图像。整个获取观察可能需要大约三秒钟，并且可能比监视观察快。

在所有获取时间期间，扫描器系统可以监视来自加速度计以及图像处理的信号，如果它们告知咬嘴快速移动，则可以重复扫描。这防止了装置提供低质量的成像数据。

在获取观察之后，扫描臂可以返回到主部件内部的驻留位置。主部件中的门可以自动关闭。同时，牙齿和牙龈的3D结构的重建可以在计算机或主部件的控制单元上进行，并且该重建的效果以stl文件的形式通过WIFI发送到用户的计算机。操作者和用户都可以在显示的屏幕上看到使用专用应用程序显示的模型的图像。接下来，可以基于表示包括口腔颜色的三维几何形状的模型，以高精度进行诊断和治疗。

所公开的口腔内扫描装置和扫描器系统可以用于医学应用中，例如正畸、假体、植入物、通道间治疗、牙周病、美容牙齿的存档、动态咬合追踪、腭部缺损、黏膜下腭裂、携带物的筛查和监测以及癌症筛查应用。其它应用可以是自主扫描、咬合扫描、咬合动态扫描和儿童扫描(无旋转运动)应用。

使用由口腔内扫描装置执行的扫描过程的结果可以包括：将牙齿和牙龈的3D几何形状——例如形式为包括纹理的点云或包括彩色stl的stl——用于基于stl设计通道间插入物或假体，例如牙冠、嵌体或高嵌体；在设计正畸治疗之前先诊断牙齿状况，然后再设计钢丝的形状和矫正器或保持架的位置；制作非医疗用途(非诊断功能)的数字印模；以及扫描3D牙齿和牙龈形状并制作用于足球和曲棍球运动员的橡胶保护套。

本说明书和图示本发明的各方面和实施例的附图不应被视为限制了限定受保护的发明的权利要求。换言之，虽然已在附图和前面的说明中详细示出和描述了本发明，但这种图示和描述应被看作说明性的或示例性的而不是限制性的。可做出各种机械的、组成的、结构的、电气的和操作上的变更而不脱离此说明书和权利要求书的精神和范围。在一些情形中，未详细示出公知的电路、结构和技术以免使本发明变得难以理解。因此，应理解的是，本领域普通技术人员可以在以下权利要求的范围和精神内作出变更和修改。

本公开还涵盖附图中所示的所有其它特征，尽管它们在前面或下面的描述中可能未被个别地描述。此外，可从本发明的主题或从所公开的主题放弃附图和说明书中描述的实施例的单一替代方案及其特征的单一替代方案。本公开包括由权利要求或示例性实施例中定义的特征组成的主题以及包含所述特征的主题。

此外，在权利要求书中，用语“包括”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除多个。单个单元或步骤可实现在权利要求中叙述的多个特征的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述特定措施的单纯事实并不表示这些措施的结合不能有利地使用。与定语或值相结合的用语“基本上”、“约”、“大约”等特别是还分别明确地定义该定语或明确地定义该值。给定数值或范围的上下文中的用语“约”指的是例如给定值或范围的20％以内、10％以内、5％以内或2％以内的值或范围。被描述为联接的或连接的构件可电气地或机械地直接联接，或它们可经由一个或多个中间构件间接地联接。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制保护范围。

Claims (34)

1.一种口腔内扫描装置，包括

具有第一安装结构的主部件，

扫描臂，所述扫描臂具有配备有至少一个信号收集器的头部，其中所述扫描臂安装在所述主部件上，并且设置成能从所述主部件突出，

驱动机构，所述驱动机构连接到所述扫描臂以使所述扫描臂的头部沿着患者的口腔移动，和

用于定位在患者的口腔中的咬嘴，所述咬嘴具有中空内部、用于进入所述中空内部的开口和与所述主部件的第一安装结构对应的第二安装结构，其中当所述主部件的第一安装结构连接到所述咬嘴的第二安装结构时，所述扫描臂延伸到所述咬嘴的中空内部中；

其特征在于，

所述驱动机构具有枢转操纵器和线性操纵器，其中

所述扫描臂以使得所述枢转操纵器的旋转轴线基本上垂直于所述扫描臂的纵向轴线的方式安装在所述枢转操纵器上，和

所述扫描臂以使得所述枢转操纵器与所述扫描臂的头部之间的距离能改变的方式安装在所述线性操纵器上。

2.根据权利要求1所述的口腔内扫描装置，其中，所述驱动机构具有马达装置，所述马达装置设置成驱动所述枢转操纵器和所述线性操纵器，以使所述扫描臂的头部在所述咬嘴的中空内部中移动。

3.根据权利要求1或2所述的口腔内扫描装置，其中，所述咬嘴由一次性材料制成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述咬嘴具有顶部，所述顶部限制所述中空内部并且设置成当所述咬嘴定位在所述患者的口腔中时指向所述患者的上颚，所述顶部由透明材料制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述咬嘴具有底部，所述底部限制所述中空内部并且设置成当所述咬嘴定位在所述患者的口腔中时指向所述患者的下颚，所述底部由透明材料制成。

6.根据权利要求4和5所述的口腔内扫描装置，其中，所述至少一个信号收集器设置成当所述扫描臂的头部布置在所述咬嘴的中空内部中时经由所述咬嘴的顶部和所述咬嘴的底部同时进行扫描。

7.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述扫描臂仅能以所述枢转操纵器使所述扫描臂绕所述旋转轴线旋转以及所述线性操纵器使所述扫描臂沿其纵向轴线移动的方式来运动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述驱动机构的枢转操纵器安装在所述主部件上，所述驱动机构的线性操纵器安装在所述驱动机构的所述枢转操纵器上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述咬嘴包括横向延伸和/或向前延伸的翼部，所述翼部布置成能在所述咬嘴位于所述患者的口腔中时位于所述患者的软组织与所述患者的颚之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述咬嘴包括向前延伸的遮挡部，所述遮挡部布置成能在所述咬嘴定位在所述患者的口腔中时在所述患者的嘴的前方邻近于所述主部件。

11.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，包括用于传送经由所述至少一个信号收集器收集的扫描器数据的数据接口，其中所述数据接口优选是无线数据接口。

12.根据权利要求11所述的口腔内扫描装置，其中，所述数据接口设置成将由所述至少一个信号收集器收集的数据传送到远程计算机或远程显示器。

13.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，包括安全机构，所述安全机构具有其中所述扫描臂能够运动的工作模式和其中所述扫描臂的运动被阻止的阻挡模式，其中，当所述主部件的第一安装结构连接到所述咬嘴的第二安装结构时，所述安全机构处于所述工作模式，而当所述主部件的第一安装结构未连接到任何其它结构时，所述安全机构处于所述阻挡模式。

14.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述至少一个信号收集器包括多个信号收集器。

15.根据权利要求13所述的口腔内扫描装置，其中，所述多个信号收集器中的每一个均具有包括观察方向的视野，其中所述多个信号收集器的观察方向相对于彼此成角度。

16.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述扫描臂配备有运动传感器。

17.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述咬嘴具有锥形部分用以适合患者的嘴。

18.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述主部件包括可编程控制单元，所述可编程控制单元用于自动和/或自主地控制所述扫描臂和所述至少一个信号收集器。

19.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述驱动机构包括倾斜操纵器，所述扫描臂以使得所述扫描臂能够倾斜的方式安装在所述倾斜操纵器上。

20.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述咬嘴被提供有识别码。

21.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述扫描臂配备有光源。

22.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述主部件配备有显示器。

23.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置，其中，所述至少一个信号收集器包括扫描传感器。

24.一种口腔内扫描装置，包括加热元件，所述加热元件设置成加热所述扫描臂、所述头部、所述信号收集器、所述咬嘴或其任意组合。

25.一种扫描器系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的口腔内扫描装置和多个不同尺寸的咬嘴。

26.根据权利要求25所述的扫描器系统，包括咬合测量板，所述咬合测量板适于确定适合于患者的咬嘴尺寸。

27.根据权利要求25或26所述的扫描器系统，包括带有底座的基站，所述底座适于接纳所述口腔内扫描装置的所述主部件。

28.根据权利要求27所述的扫描器系统，其中，所述口腔内扫描装置的所述主部件配备有电池，所述基站具有充电结构，所述充电结构适于在所述主部件被接纳在所述基站的所述底座中时对所述主部件的电池进行充电。

29.根据权利要求27或28所述的扫描器系统，其中，所述口腔内扫描装置的所述主部件配备有数据接口，所述基站具有适于从所述主部件的所述数据接口传送扫描数据的对应的数据接口。

30.一种根据权利要求1至24中任一项所述的口腔内扫描装置的操作方法，包括：

将所述口腔内扫描装置的咬嘴安装到所述口腔内扫描装置的所述主部件上，

将所述口腔内扫描装置的咬嘴定位在患者的口腔中，

通过使所述口腔内扫描装置的扫描臂的头部上的至少一个信号收集器沿所述口腔内扫描装置的咬嘴的中空内部运动来识别所述患者的口腔中的牙齿，

计算针对所识别的牙齿而优化的所述口腔内扫描装置的所述扫描臂的扫描运动，以及

通过所述口腔内扫描装置的扫描臂执行计算出的扫描运动来扫描所述患者的口腔。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，在扫描所述患者的口腔的至少一部分的同时，使所述患者的上颚和所述患者的下颚相对于彼此运动。

32.根据权利要求30或31所述的方法，其中，当扫描所述患者的口腔时，收集二维图像，其中从所收集的二维图像生成三维模型。

33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，其中，所述扫描装置自动和/或自主地执行对所述患者的口腔的扫描。

34.根据权利要求30至33中任一项所述的方法，其中，扫描所述患者的口腔包括收集关于所述患者的口腔的几何形状的数据以及收集关于所述患者的口腔的颜色的数据。