CN111511308A - 验证3d图像的量规 - Google Patents

Abstract

用于提高3D扫描准确性的验证量规(10)。长度可调节的杆(11)具有能够固定在口腔的两个点(12，13)之间的第一端和第二端(14，5)。杆(11)是可扫描的并且在其上具有视觉标记(21)，以验证并确定两个点(12，13)之间的长度和相对位置。

Description

验证3D图像的量规

技术领域

本发明涉及用于提高3-D物体的3-D图像的准确性的设备和方法，尤其涉及牙科或医学成像。更具体而言，本发明涉及提高3-D图像的准确性，其中制作多个图像并将其拼接在一起以表示更大的面积。验证量规具有可视且可成像的标尺(即，能够被扫描的标尺)以校正多次扫描之间的差异。进行至少一次第二扫描，包括扫描量规，并且第二扫描被用于校正与拼接的第一扫描产生的数字图像之间的差异。

背景技术

许多外科手术规程涉及将假体和其它人造设备临时或永久地插入到病人的软组织或骨组织中，这些假体和其它人造设备需要以非常高的精确度和准确性适合于病人的解剖结构。一种这样的应用涉及植入物牙科，在该过程中，通过手术将一个或多个金属植入物锚固件外科地放置在患者的颚骨内，以接纳并支撑被设计为模拟和替换患者丢失的一颗或多颗天然牙齿的假体部件。众所周知，要取得完全成功，植入规程必须遵守由现有骨骼结构和牙列所决定的非常严格的放置、朝向和尺寸要求，由此，最优选地来设计要安装在外科放置的植入物锚固件上的假体部件，形状和尺寸要特别适合患者的精确解剖学几何形状，包括相邻牙齿的位置、形状和尺寸，并且必须高度准确地过渡到支撑植入物锚固件主轴的精确朝向。

满足这些严格要求的常规方法提供了患者下颌和牙列的模型的创建，所述模型的制作包括使用放置在包括整个牙弓的患者口腔中的牙齿之上和周围的可延展物质对患者的牙列进行所谓的“印模”。在需要考虑植入物和修复部件放置位置的情况下，通常会在外科插入植入物锚固件后获得这个印模。通常，被称为压印帽的参考部件被固定到插入的植入物锚固件的外部末端，并用于参考锚固件的位置和角度朝向。随后，由基于所述印模的模具制成的模型将结合所谓的“模拟”锚固件，以对患者颌骨中的锚固件建模，并且将基于如所描述的那样创建的模型的几何形状来设计和制造用于所述锚固件的假体设备。

在实际实践中，上述常规规程充满了许多困难和缺点。事实证明，牙科医生无法制作始终没有维度和位置误差的牙科印模，从而进行建模；这些应用中涉及的几何要求非常严格，以至于即使是亚毫米尺寸误差或1或2度的朝向误差也会导致造成不可接受的应力和状况的假体放置。

在牙科领域，已经进行了努力来采用基于图像的建模技术来解决常规种植牙科规程的这些众所周知的问题。在这些努力中，拍摄患者口腔的图像，并使用所谓的三维图像处理技术和软件重建相关区域的三维模型。在3D成像领域中，通常情况是通过将重叠的图像或“扫描”组合或拼接在一起来制作更大的图像。常常使用算法在要扫描的物体和/或周围区域上配准可识别的点。通过这样的配准，可以将多个扫描拼接在一起以产生更大区域的数字表示。例如，在牙科领域，可以将扫描设备插入口腔中，并且可以获得许多扫描图像。口腔中的可识别点可以用于配准不同的扫描图像，诸如牙齿或某种牙科用具上的点。虽然可以使用任何牙科器械，但一种有用的器械通常被称为扫描标。

已经发现，包括牙龈的软组织不是用于相对于彼此配准不同扫描的良好选择。这些表面柔软，可以轻松移动，以使扫描时的点I可能不在第二扫描中的确切相同位置。而且，患者在扫描期间的轻微移动会造成甚至硬组织中的固定点在扫描规程之间也略有偏离。因此，拼接的扫描图像并不总是精确地定位，这意味着目标的结果所得的拼接的数字表示形式不能被适当地渲染。在诸如牙科植入物规程之类的一些规程中，出于许多原因，植入物的精确位置是重要的，因此这是特别需要考虑的问题。例如，这包括放置在植入物上的修复剂的位置，以及放置植入物时避开神经等。简而言之，所产生的数字图像尽可能精确是有利的，使得随后的规程可以放心地基于这样的图像。

发明内容

根据本发明，一种验证口腔的至少一部分的图像的准确性的量规，该图像是从患者的口腔的多次口内扫描形成的。量规包括可调节长度并且可移除地固定在口腔中的两个点之间的杆。杆具有第一端和第二端，并且可通过口内扫描来扫描。“可扫描”是指它在标准图像扫描中显示。照此，它可以由经受扫描并显示为扫描图像的金属、塑料或其它材料制成。

由此通过视觉标记并通过杆的扫描以数字方式验证两个点之间的相对位置和/或距离的测量。杆的至少一端固定到例如患者的牙列、牙齿矫正器，包括植入物、其基台、愈合帽等的牙齿植入物部件，但不限于此。如本文所使用的，牙科植入物和牙科植入物部件将可互换使用以指代所有此类部件。

此外，一种改善患者口腔的数字图像的准确性的方法包括对口腔进行多次第一口内扫描。来自第一口内扫描的数据被用于构造口腔的至少一部分的数字图像。提供一种具有长度可调节且可移除地固定在口腔中的两个点之间的杆的量规。杆具有第一端和第二端，使得杆的第一端可移除地固定到口腔中的一个点，而杆的第二端则固定到口腔中的另一个点。进行口腔的至少一次第二口内扫描，包括扫描杆的至少一部分。来自第二扫描的数据用于对数字图像进行校正调节。

附图说明

图1是根据本发明的量规的透视图。

图2是示为在患者口腔中使用的图1的量规的透视图。

具体实施方式

根据本发明，并且如附图所示，提供了一种由上述材料制成的量规10。根据本发明，量规10用于验证由患者的口腔的多次口内扫描或其它扫描形成的口腔的至少一部分的图像的准确性。量规包括长度可调节并且能够可移除地固定在口腔中的两个点12、13之间的杆11。杆11具有分别第一端14和第二端15，并且可以通过口内扫描仪进行扫描。杆11优选地具有标尺，诸如游标标尺21或其它合适的标记，以示出端部14、15之间的相对位置或距离，并因此示出点12、13之间的相对位置或距离。由此通过视觉标记21并且通过杆11的扫描以数字方式验证两个点12、13之间的距离的测量。杆11在其端部14、15中的至少一个处可固定于例如患者的牙列、牙齿矫正器，包括植入物30或其基台31、愈合帽等的牙齿植入物部件，但不限于此。如本文所使用的，牙科植入物和牙科植入物部件将可互换使用以指代所有此类部件。

在以下实施例中将描述本发明在创造性方法中的用途。参考可从York PA的Dentsply Sirona公司获得的IOFLO扫描标。

方法一：

这个方法是完整的口内扫描，扫描标放置在其相应的植入物中。在此，单次扫描将沿着上颌或下颌弓检测牙龈软组织，以及扫描标的必要特征以使得能够从结果所得的3D扫描文件中检测植入物的位置和朝向。在图1中，术语IOFLO用作特定于DENTSPLY SIRONA的扫描标的表示，但是任何通用扫描标也可以在这个方法中使用。

方法二：

方法二始于对无牙空间的初步扫描，以捕获软组织和牙弓的总体形状。在这个初始扫描中不存在扫描标。随后的扫描在扫描标置于植入物中的情况下进行。这些扫描可以覆盖整个临床相关区域(如在先前的扫描中一样)，或者可以仅捕获扫描标和紧邻的无牙空间(例如，在扫描标的2-10mm半径内)。使用检测算法处理辅助扫描，以检测扫描标在扫描数据内的位置，从而确定植入物的位置和朝向(图2)。

从后续扫描获得的植入物位置必须对准并合并到在初始扫描中获得的牙齿解剖结构。这种对准可以在IOFLO检测之前或之后进行，虽然如果在IOFLO检测之后进行对准，那么必须根据对准结果变换检测到的位置。

方法一-A

这个方法是完整的口内扫描，其中将扫描标记和/或数字验证量规放置在口腔中。单次扫描将检测沿着下颌弓的牙龈软组织，以及测量植入物朝向的关键特征的必要指示物。在这个实施例中，量规可以或者与现有的扫描标结合使用，或者可以将复制扫描标的功能的额外的植入物识别特征集成到量规中。如果将量规和扫描标一起使用，那么两个设备将彼此或者主动或者被动地连接，并且将通过与两个设备的耦合保留到植入物的位置。来自每次扫描的信息可以被用于将底层的无齿空间的准确表示拼接在一起。

在这个方法中，单次扫描可以取决于无牙修复物中的植入物数量重复多次。例如，如果有4个植入物，那么可以要求进行总共一到六次单独扫描。这可以是从一个植入物到植入物的位置，也可以是每种可能的植入物到植入物的组合。例如，如果植入物编号为1、2、3和4，那么可能的组合包括：1-2、1-3、1-4、2-3、2-4和3-4。并非所有倍数都是必需的，并且仅表示最长纵向距离的植入物到植入物距离可以是必需的。扫描的最大临界次数被量化为[(n*(n-1))]/2，其中n表示单个牙弓中的植入物d数量(图3)。

方法一-B

这个方法始于对无牙空间的初步扫描，以捕获软组织和牙弓的总体形状。第二扫描将捕获关键植入物特征和距离。这可以是将现有扫描标和数字验证量规一起使用的组合，或者可以是如前所述的具有集成扫描标特征的量规的实施例。

在这种情况下，根据上面“一次扫描方法”部分中定义的协议，扫描也可以重复多次(如图4所示)。

方法二-A：

三次扫描法也始于对无牙空间的初始扫描。第二扫描是在扫描标就位的情况下进行的，并且可以针对每个植入位置重复。第三扫描将以数字验证量规为特征，从而捕获植入物到植入物位置。如上所述，这个扫描也可以重复，直到独特的植入物到植入物位置的最大数量为止(如图5中所描绘的)。

附加图像方法：

先前描述的扫描方法仅使用单个扫描源，在这种情况下为口内扫描系统。但是，数字验证量规也可以与辅助输入配合使用，或者以光学相机的形式，或者手动记录就位的量规系统。在使用光学相机时，可以利用各种摄影测量技术来自动检测来自二维图像的关键距离。光学图像也可以作为恢复工作流程的一部分手动进行解释。

技术细节：

在无牙扫描期间使用数字验证量规完成了两项主要任务。首先是量规可以沿着设备的长度结合限定特征，以帮助扫描并拼接创建完整三维扫描所需的多个图像。这些限定特征可以是突出的形状、以不同的距离间隔隔开，并且长度在50微米至1厘米之间。

量规的第二项任务是充当校准设备，并允许附加的数据点用于原始扫描文件的后期处理。后期处理可以或者在扫描期间实时完成，或者在扫描之后的稍后时间完成，或者在本地或者在远程位置或服务器上离线进行。辅助分析的方法包括比例因子，以基于从量规搜集的测量来扩增原始扫描，并修复在帧扫描中捕获的局部拼接错误。

比例因子方法在图6中突出显示，其中距量规的已知距离可以用于以非均匀方式缩放和“校准”扫描。在此，将整个扫描文件从使用在适当位置的量规进行的各个扫描以每个已知朝向进行扩增。由于可以以非线性方法引入误差，因此扫描的扩增也可以沿着每个轴变化。

可替代地，可以使用在适当位置的量规进行的扫描来更好地通知扫描系统使用的逐帧图像拼接过程。使用最佳拟合算法，将扫描仪捕获的每个图像或一系列图像叠加在先验图像之上。如果每次扫描中没有足够的独特细节，那么在拼接处理期间会引入其它错误。量规提供的已知准确性可以帮助更好地通知这些拼接算法，以产生能更好地表示物理扫描表面的最终扫描结果。这本质上充当实时偏移量或系数，以在扫描期间修改该处理。

将认识到的是，如本文所述的量规和使用该量规的方法对验证和改善3D扫描(特别是在牙科领域中使用的3D扫描)的准确性的领域提供了宝贵的贡献。所描述的本发明的替代方案在本发明的范围内，并且仅由所附权利要求书限制。

Claims (11)

1.一种验证患者口腔的口内扫描准确性的量规，包括：

杆，具有可调节的长度并且能够可移除地固定在口腔中的两个点之间；

所述杆具有第一端和第二端；

所述杆能够通过口内扫描来扫描；

使得因此通过所述视觉标记和所述杆的扫描来验证两个点之间的距离的测量。

2.如权利要求1所述的量规，其中所述杆由第一部分形成，所述第一部分相对于第二部分的位置是可调节的。

3.如权利要求2所述的量规，其中所述第一部分设有纵向柄脚，所述纵向柄脚被接纳在由所述第二部分承载的纵向轨道内。

4.如权利要求1所述的量规，其中所述第一部分可伸缩地被接纳在所述第二部分内。

5.如权利要求1所述的量规，其中所述第一部分通过螺纹连接件与所述第二部分螺纹连接，使得能够操纵所述螺纹连接件以调节所述第一部分和第二部分之间的距离。

6.如权利要求1所述的量规，其中所述杆具有视觉标记以识别两个点之间的距离。

7.如权利要求1所述的量规，其中所述视觉标记是长度标记。

8.如权利要求1所述的量规，其中所述视觉标记是游标标尺。

9.如权利要求1所述的量规，其中所述第一端和第二端中的一个或两者被构造为可移除地固定到扫描标。

10.如权利要求1所述的量规，其中所述第一端和第二端中的一个或两者被构造为可移除地固定到牙科植入物部件。

11.一种提高患者口腔数字图像的准确性的方法，包括以下步骤：

对口腔进行多次第一口内扫描；

使用所述多次第一口腔扫描来形成口腔的至少一部分的数字图像；

提供长度可调节且能够可移除地固定在口腔中的两个点之间的杆；

所述杆具有第一端和第二端；

可移除地将所述杆的所述第一端固定到口腔中的所述点之一并将所述杆的所述第二端固定到口腔中的所述点中的另一个；

对口腔进行至少一次第二口内扫描，包括扫描所述杆的至少一部分；以及，

使用所述第二扫描对数字图像进行校正调节。

Images