CN114948303A

CN114948303A - 可视修复和正畸治疗计划

Info

Publication number: CN114948303A
Application number: CN202210750414.0A
Authority: CN
Inventors: A·科佩尔曼
Original assignee: Align Technology Inc
Current assignee: Align Technology Inc
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2022-08-30
Also published as: US20210212800A1; US20230090563A1; US10952816B2; US11896456B2; EP3743007A1; CN111655189B; CN111655189A; WO2019147868A1; US20190231478A1; US11589956B2

Abstract

本文提供了用于改进的可视修复和正畸治疗计划的系统和方法。在一些方面，公开了一种用于制备患者的牙齿的方法。该方法可以包括：建立患者的牙列的模型，所述模型包括牙齿的初始形状的模型。该方法还可包括：确定牙齿的最终制备形状。在一些方面，该方法可以包括：生成包括多个步骤以将牙齿的初始形状修改为牙齿的最终制备形状的治疗计划。该方法还可以包括：为治疗计划的所述多个步骤提供可视化，可视化可以描绘牙齿材料的去除以将牙齿的初始形状修改为牙齿的最终制备形状。

Description

可视修复和正畸治疗计划

本申请是中国申请号为201980010379.5(对应于PCT国际申请号PCT/US2019/015032)、申请日为2019年1月24日、发明名称为“可视修复和正畸治疗计划”的发明专利申请的分案申请。

交叉引用

本申请要求2018年1月26日提交的第62/622,728号美国临时申请的权益，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及正畸学和牙科领域，并且特别涉及用于制备患者的牙齿的方法和用于帮助制备患者牙齿的系统。

背景技术

现有的修复和正畸程序通常涉及制备牙齿，用于接收假体(prosthetic)并用于正畸移动。这些治疗的准备可以包括去除材料以使牙齿成形为接收假体，或者包括去除材料以提供正畸移动(例如，邻间去除(interproximal reduction))的空间。为了实现这些目的，牙科医生在成形牙齿时可以使用各种工具来去除材料。牙科医生可以对要使用的合适工具以及何时和如何使用它们进行有根据的猜测。

有时，至少在某些方面，这些现有的修复和正畸方法和系统可能导致不太理想的制备和治疗。鉴于上述，需要改进的修复和正畸治疗计划、制备和治疗。理想地，这样的修复和正畸治疗计划、制备和治疗将提供更可靠且更容易遵循的治疗步骤、更精确地制备的牙齿，并使牙科医生更有信心。

发明内容

本文提供了用于重新定位患者的牙齿的改进的系统、方法和装置。在一些方面，公开了一种用于制备患者的牙齿的方法。该方法可以包括：建立患者的牙列的模型，所述模型包括牙齿的初始形状的模型。该方法还可包括：确定牙齿的最终制备形状。在一些方面，该方法可以包括：生成包括多个步骤以将牙齿的初始形状修改为牙齿的最终制备形状的治疗计划。该方法还可以包括：为治疗计划的所述多个步骤提供可视化，可视化描绘了牙齿材料的去除以将牙齿的初始形状修改为牙齿的最终制备形状。

在一些实施例中，该方法可以包括：从患者的牙列的三维表面扫描建立患者的牙列的三维表面模型；从患者的牙列的内部结构的红外扫描建立体积模型；以及从三维表面模型和体积模型建立复合模型。

在一些方面，三维复合或体积模型包括多个体素。体素可包括复合或体积模型内的位置、内部结构的牙齿结构类型、以及密度。体素还可以包括缺陷类型。

在一些实施例中，可以基于患者的牙列的内部结构的红外扫描或患者的牙列的内部结构的X射线图像来确定内部结构的牙齿结构类型、密度和缺陷类型。

在一些实施例中，方法可以包括：确定治疗计划的每个步骤去除的材料，并且还可以包括：针对所述多个步骤中的每一步骤从多个工具中选择用于去除牙齿材料的工具；以及针对所述多个步骤中的每一步骤从多个工具头中选择用于去除牙齿材料的工具头。

在一些方面，该方法可以包括：针对治疗计划中的所述多个步骤确定用于去除材料的每个选择的工具的移动路径。移动路径可以包括工具头的平移方向和定向的指示。可视化可以是三维可视化。可视化可以是治疗计划的所述多个步骤的材料去除的三维视频模拟。

该方法可以包括：在根据治疗计划的步骤去除一部分材料之后对患者的牙列进行重新成像，以建立包括患者的牙齿的更新模型的牙列的更新模型；将牙列的更新模型与治疗计划的步骤的牙列的模型进行比较；以及突出显示应根据治疗计划的步骤去除的剩余材料。在一些实施例中，该方法可以包括：确定牙齿的更新最终制备形状；生成包括第二多个步骤以将牙齿的更新模型形状修改为牙齿的更新最终制备形状的更新治疗计划；以及为更新治疗计划的所述第二多个步骤提供第二可视化，第二可视化描绘了牙齿材料的去除以将牙齿的更新模型形状修改为牙齿的更新最终制备形状。牙齿的最终制备形状可以与牙齿的更新最终制备形状相同。

在一些方面，该方法可以包括：接收对牙齿的最终制备形状的约束；以及基于约束来生成牙齿的多个建议的最终制备形状。该方法还可以包括：从所述多个建议的最终制备形状中接收对最终制备形状的选择，以及基于接收的对最终制备形状的选择来确定牙齿的最终制备形状。

还公开了一种用于帮助制备患者牙齿的系统。该系统可以包括一个或更多个处理器和存储器，其中，存储器包括可由所述一个或更多个处理器执行的以使所述系统进行以下步骤的指令：建立患者的牙列的模型，所述模型包括牙齿的初始形状的模型；生成包括多个步骤以将牙齿的初始形状修改为牙齿的最终制备形状的治疗计划；以及为治疗计划的所述多个步骤提供可视化，可视化描绘了牙齿材料的去除以将牙齿的初始形状修改为牙齿的最终制备形状。

在一些实施例中，存储器还包括可由所述一个或更多个处理器执行的以使所述系统进行以下步骤的指令：从患者的牙列的三维表面扫描建立患者的牙列的三维表面模型；将患者的牙列的三维表面模型与患者的牙列的内部结构的成像结合，以形成患者的牙列的三维复合模型。

三维体积模型可以是多个体素。体素可以包括体积模型内的位置、内部结构的牙齿结构类型以及密度。体素还可包括缺陷类型。内部结构的牙齿结构类型、密度和缺陷类型可以基于患者的牙列的内部结构的红外扫描或患者的牙列的内部结构的X射线图像或基于其他成像方式(例如，超声、MRI、OCT等)来确定。

在一些实施例中，存储器还包括可由该一个或更多个处理器执行的以使所述系统进行以下步骤的指令：确定治疗计划的每个步骤去除的材料。该系统还可以被配置为：针对所述多个步骤中的每一步骤从多个工具中选择用于去除牙齿材料的工具；以及针对所述多个步骤中的每一步骤从多个工具头中选择用于去除牙齿材料的工具头。

在一些方面，存储器还包括可由该一个或更多个处理器执行的以使所述系统进行以下步骤的指令：针对治疗计划中的所述多个步骤确定用于去除材料的每个选择的工具的移动路径。移动路径可以包括工具头的平移方向和取向的指示。可视化可以是三维可视化。可视化可以是治疗计划的所述多个步骤的材料去除的三维视频模拟。

该系统可以被配置为：在根据治疗计划的步骤去除一部分材料之后接收患者的牙列的更新图像，以建立包括患者的牙齿的更新模型的牙列的更新模型；将牙列的更新模型与治疗计划的步骤的牙列的模型进行比较；以及突出显示应根据治疗计划的步骤去除的剩余材料。

在一些实施例中，该系统可以被配置为：确定牙齿的更新最终制备形状；生成包括第二多个步骤以将牙齿的更新模型形状修改为牙齿的更新最终制备形状的更新治疗计划；以及为更新治疗计划的所述第二多个步骤提供第二可视化，第二可视化描绘了牙齿材料的去除以将牙齿的更新模型形状修改为牙齿的更新最终制备形状。牙齿的最终制备形状可以与牙齿的更新最终制备形状相同。

在一些方面，该系统可以被配置为：接收对牙齿的最终制备形状的约束；以及基于约束来生成牙齿的多个建议的最终制备形状。存储器还包括可由该一个或更多个处理器执行的以使所述系统进行以下步骤的指令：从所述多个建议的最终制备形状中接收对最终制备形状的选择，并且其中，基于接收的对最终制备形状的选择来确定牙齿的最终制备形状。

通过查看说明书、权利要求书和附图，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。

参引合并

在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都通过引用并入本文到这种程度：就像将每个单独的出版物、专利或专利申请被明确地和单独地指出通过引用并入一样。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考阐述说明性实施例的以下详细描述和附图，将获得本发明特征和优点的更好的理解，说明性实施例利用了本发明的原理，在附图中：

图1示出了根据实施例的用于计划牙齿的制备和制备牙齿的方法；

图2A示出了根据实施例的牙齿制备设计的方法；

图2B示出了根据实施例的三维图像的横截面；

图2C示出了根据实施例的图2B的三维图像的一部分的细节；

图2D示出了根据实施例的在制备设计之前的牙列模型和在制备设计之后的牙列模型；

图3A示出了根据实施例的治疗计划的方法；

图3B示出了根据实施例的要从牙齿去除的材料的指示；

图3C和3D示出了根据实施例的治疗计划中的治疗步骤的可视化；

图4示出了根据实施例的评估治疗以及在治疗期间提供反馈的方法；

图5示出了根据实施例的用于执行可视修复和正畸治疗计划的方法的系统。

具体实施方式

通过参考以下详细描述和附图，将获得对本公开的特征和优点的更好理解，以下详细描述阐述了利用本公开实施例的原理的说明性实施例。

尽管详细描述包含许多细节，但是这些细节不应当被解释为限制本公开的范围，而仅仅是说明本公开的不同示例和方面。应当理解，本公开的范围包括本文未详细讨论的其他实施例。在不脱离本文描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对本文提供的本公开的方法、系统和装置的布置、操作和细节进行对本领域技术人员显而易见的各种其他修改、改变和变化。

如本文所使用的，术语“和/或”被用作功能词来指示一起地或单独地采用两个单词或语句。例如，A和/或B包括：单独A、单独B、及A与B一起。

如本文所使用的，“多个牙齿”涵盖两个或更多个牙齿。在一些实施例中，一个或更多个后牙包括臼齿、前磨牙或犬齿中的一个或更多个，一个或更多个前牙包括中央切牙、侧切牙、尖牙、第一双尖牙或第二双尖牙中的一个或更多个。

本公开提供了用于计划牙齿制备程序和用于执行牙齿制备程序的系统和相关方法。

现在转向附图，其中在各个图中相似的数字表示相似的元件，图1示出了根据本文公开的实施例的用于制备和治疗牙齿的方法100。用于制备和治疗牙齿的方法100包括在框200处的牙齿制备和设计、在框300处的治疗计划的制定、以及在框400处的执行和反馈。在框200处，牙科医生可以对患者进行多次记录。记录可以包括各种成像记录。例如，牙科医生可以使用口内扫描仪扫描患者的牙列，以建立患者牙列的三维表面模型。牙科医生还可以编译其他二维和三维图像和模型，例如来自CBCT扫描或透照扫描的超声、MRI、OCT、X射线图像和体积数据(volumetric data)，或编译由在US15/662,234(其全部内容通过引用并入本文)中描述的方法和系统生成的体积模型。执业医生还可以选择要制备的牙齿并提供附加信息，例如要放在牙齿上的假体的类型。同样在框200处，牙科医生可以识别在患者治疗期间应去除的牙齿材料，例如龋齿。牙科医生还可以指示其他治疗参数，例如要使用的假体的类型、制造和模型，以及使用特定类型的程序和工具的偏好。

在框300处，准备一个或更多个治疗计划。准备治疗计划可以包括准备多个治疗建议，其示出了最终制备的患者牙齿以及中间步骤的模型，这些中间步骤的模型示出了牙齿如何从其初始形状成形为其最终制备的形状。牙科专业人员可以从多个治疗建议中选择治疗计划。

在接收到治疗计划的选择之后，确定要从牙齿上去除的材料，并选择计划中的每个步骤的工具。最后，可以生成包括静态二维图像、可操纵的三维表面或体积模型的图像、以及治疗计划和每个步骤的静态和可操纵的视频，并将其显示给牙科专业人员，以帮助牙科专业人员对患者进行治疗。

在框400处，提供执行的治疗以及对该治疗的反馈。在此过程中，牙科专业人员开始按照治疗计划的指示从患者的牙齿去除材料。在治疗期间的任何时间，牙科专业人员都可以要求反馈有关进度的信息。为了请求和接收反馈，牙科专业人员对患者的牙列进行重新成像。如重新成像数据所示的患者牙列的当前物理状态可以参考治疗计划进行评估。有关治疗计划的进度以及与治疗计划的任何偏差都可以指示给牙科专业人员。在一些实施例中，可以根据患者牙列的更新状态来修改治疗计划，并且牙科专业人员可以根据修改后的治疗计划来进行治疗。下面将更详细地描述过程100。

方法100的一个或更多个步骤可利用本文所述的电路执行，例如，利用计算机或计算机化系统的处理器或逻辑电路中的一个或更多个执行。该电路可以被编程以提供方法100的一个或更多个步骤，并且该程序可以包括例如存储在计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路的编程步骤。

图2A示出了根据本文描述的实施例的牙齿制备设计的方法200。在框202处，方法200包括对包括患者的牙齿的患者的牙列进行成像。在框204处，方法200包括接收和建立治疗计划的约束。在框206处，方法200识别要从牙齿去除的材料，以便为例如接收假体而制备牙齿。在框208处，方法200完成牙齿的成形。尽管上面和本文其他地方提到了单个牙齿，但是治疗计划和伴随的治疗可以包括制备和治疗多个牙齿。例如，可以制备多个牙齿以容纳牙桥或多个假体，或者例如可以制备与此类牙齿相邻的牙齿以便于假体的插入。在一些实施例中，制备牙齿以进行正畸治疗。在这样的实施例中，邻间去除(interproximalreduction)可用于在牙弓中提供用于牙齿移动和旋转的空间。可在牙齿制备设计的方法200中考虑邻间去除的材料去除和正畸移动。

在框202处，可以执行多个不同的成像和模型建立过程。例如，可以如先前通过引用并入的US15/662,234中所述的那样，建立患者牙列的体积三维模型。诸如彩色表面图像和X射线图像之类的二维图像可以用于建立模型。彩色表面图像可用于将假体与患者的天然牙齿进行颜色匹配，以区分牙齿和牙龈。表面穿透扫描(surface penetrating scans)可用于成像牙齿的内部结构。例如，X射线图像可以用于识别牙齿的各种内部结构，例如牙釉质和牙本质。X射线图像还可用于识别龋齿和牙齿内的其他缺陷。超声成像可用于识别牙齿的表面下的、内部特征。其他技术(例如，红外或近红外透射、小角度穿透成像或反射扫描)也可以用于收集牙齿的内部特征的表面下图像，并且用于帮助识别患者牙齿内的各种内部结构。

诸如来自牙齿的CBCT扫描或三维表面扫描的三维成像或体积数据可以与上面讨论的二维成像数据结合，以便建立患者牙齿的体积三维或复合模型。

图2B和2C描绘了患者牙齿221的三维体积模型的二维横截面220。如图2B所示，牙齿的集成体积模型可以由二维成像数据(例如，X射线和表面穿透红外成像)与三维图像的结合形成，该牙齿的集成体积模型允许显示牙齿的内部和外部结构两者。可以基于X射线成像确定最内部的结构，例如牙髓224。可以基于X射线成像和表面穿透红外成像的组合来确定牙齿221的其他内部结构的位置和体积。这样的内部结构描绘了牙釉质222和牙本质226的范围和位置。除了对牙齿的内部结构建模之外，还可以使用二维和三维成像对患者口腔的其他结构(例如，齿龈228和骨230)进行建模。

表面穿透红外成像和X射线成像产生牙齿的内部结构的二维图像，但是在框202处，方法200可以将牙齿的内部的二维图像与牙齿的内部结构的通用或其他的非特定于患者的模型结合，以生成患者牙齿的三维体积模型。

图2C示出了牙齿221的牙釉质222的详细部分，包括龋齿232。如上所述，图2B和2C描绘了牙齿221的体积模型220的一部分。体积模型(例如，体积模型220)由许多体素(例如，体素234、236)组成。每个体素234、236代表牙齿221的离散体积。可以为每个体素234、236分配诸如密度、牙齿结构类型的品质(quality)以及诸如体素的一部分是否包括结构缺陷(例如龋齿的一部分)的其他性质。如图2C所示，体素236是牙齿221的牙釉质222的一部分。因此，可以为体素236分配诸如牙釉质的牙齿结构类型和基于体素236的位置处的表面穿透红外成像和X射线确定的密度的性质。

体素234代表作为牙釉质222的一部分的牙齿221的体积，并且包括诸如龋齿234的结构缺陷的一部分。因此，可以为体素234分配诸如牙釉质的牙齿结构类型、龋齿的缺陷类型以及基于体素234的位置处的表面穿透红外图像和X射线图像确定的密度的性质。缺陷可以包括结构缺陷或非结构缺陷，结构缺陷例如是龋齿、断裂、切屑(chip)、病变或其他结构缺陷，非结构缺陷例如是神经衰弱或死亡、牙齿填充等。

在框204处，方法200包括接收和建立牙齿的治疗和制备的约束。可以从牙科专业人员那里接收约束，例如他们的优选使用的工具、他们对制备的牙齿的优选牙齿结构和形状、是否可能修改与制备的牙齿相邻的牙齿以帮助治疗以及其他医生偏好。

其他约束可能取决于使用的假体的类型、其壁厚和边缘形状。例如，特定假体的制造商可建议制备的牙齿的某些形状、某些最小厚度以及相对于相邻牙齿的公差或间距、假体的保留水平、边缘形状、假体中牙齿之间的边缘密封以及其他约束。这些约束和其他约束可用于确定和识别要去除的材料和最终制备的牙齿形状。在一些实施例中，基于约束确定多个建议的制备。这些多个建议的制备可以显示给牙科专业人员，并且可以从牙科专业人员那里收到选定的制备。

在一些实施例中，可以基于每个约束的不同优先级来确定多个建议的制备。例如，在一些实施例中，一些约束是互斥的，例如，牙科专业人员可能偏爱龈下边缘线(subgingiva margin line)并且还选择了特定的假体，但是所选假体的假体制造商推荐了龈上边缘(super gingival margin)制备。因此，一个建议的制备可能包括龈下边缘线和供选择的假体，而第二个建议的制备可能包括龈上边缘线和所选择的假体。类似地，一个约束的优化可能导致相对于第二约束的优化制备不足。在这样的实施例中，也可以建议多个建议的制备。建议的制备可以包括针对第一约束优化的第一建议的制备、针对第二约束优化的第二建议的制备以及平衡两个约束的第三建议的制备。

接下来，在框206处，方法200进行为为每个建议的制备设计识别要去除的材料。识别的要去除的某些材料可以包括牙齿内的龋齿。例如，牙科专业人员可以从上面例如参照图2B和2C讨论的以及示出和描述的体积模型中，识别包括牙齿内的龋齿或其他缺陷的一部分的体素。在这样的实施例中，在框206处，该方法标记包括至少一部分龋齿的每个体素以进行去除。在其他实施例中，可以基于上述其他约束，例如，假体制造商建议的边缘密封、牙科专业人员期望的保留水平以及假体的材料强度，来识别牙齿的其他部分以进行去除。

识别要去除的材料也可以考虑附近牙齿的位置和形状。例如，合适的安装假体可能要求特定的假体插入路径。在一些实施例中，插入路径可能干扰相邻的牙齿或标准的基台(abutment)形状。因此，可以从相邻的牙齿或接收假体的牙齿去除材料，以便为假体提供清晰且通畅的插入路径。

在一些实施例中，材料去除可包括对邻间和咬合接触进行建模，以确保在将假体放置在制备的牙齿上时，假体在自然咬合期间与相邻的牙齿和相对颌的牙齿适当地相互作用。

在一些实施例中，材料去除可包括一颗或更多颗牙齿的邻间去除。例如，如果患者的牙弓拥挤，则治疗可以包括确定牙弓的一颗或更多颗牙齿的邻间去除的量和位置。在确定邻间去除的量时，该方法可以评估在生物三维和体积模型或其他二维和三维图像中描绘的牙釉质的厚度，以选择用于邻间去除的候选物，从而使牙弓的每个牙齿中的剩余牙釉质在临床上是可以接受的。

接下来，在框208处，向牙科专业人员呈现一个或更多个建议的制备设计，并接收选择的最终形状。如图2D所示，牙列260的当前状态的模型可以与具有制备的牙齿282的牙列的模型280一起显示。模型280示出了制备的牙齿282，该制备的牙齿282包括边缘线284的位置和形状以及牙齿282的制备的基台形状286。除了显示建议的制备280之外，一些实施例还示出了导致建议的制备280的中间步骤，以供牙科专业人员进行审查，以帮助从一个或更多个建议的最终制备设计中确定所选的最终制备设计。在选择了最终的制备设计之后，确定了最终的牙齿形状，并且过程100进行到框300。

方法200的一个或更多个步骤可以利用本文所述的电路执行，例如，利用计算机或计算机化系统的处理器或逻辑电路中的一个或更多个执行。该电路可以被编程以提供方法200的一个或更多个步骤，并且该程序可以包括例如存储在计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路的编程步骤。

转到图3，根据本文所述的实施例描述了治疗计划的方法300。准备治疗计划可以包括准备多个治疗建议，该多个治疗建议示出了最终制备的患者牙齿以及中间步骤的模型，这些中间步骤的模型示出了牙齿在每个治疗建议中如何从其初始形状成形为其最终制备的形状。治疗建议还可以描述使用不同工具或不同材料去除步骤的材料去除过程。牙科专业人员可以从多个治疗建议中选择治疗计划。

在选择治疗计划之后，可以为治疗计划的每个步骤生成包括静态二维图像、三维模型和视频的图像，并将其显示给牙科专业人员，以帮助牙科专业人员对患者进行治疗。

治疗计划的方法300可以包括框302，其中，为各个材料去除步骤中的每个确定中间材料去除步骤。在框304处，例如通过突出显示或以对比色显示来识别每个步骤要去除的材料，如图3B所示。

图3B描绘了在治疗阶段期间患者牙齿的三个模型320、330、340。模型320、330、340中的每一个指示在相应的模型中描绘的每个牙齿之间的邻间去除322的总量相同。但是，每个模型示出了具有邻间去除的治疗的不同选项。可以向经验丰富的牙科医生显示模型(例如，模型320)，该医生不希望突出显示各个邻间去除中的每一个，而是仅使用模型中指示的邻间去除的量。

模型330、340可以示出给希望获得关于邻间去除的指导的牙科医生，或者在存在可用的多个临床上可接受类型的邻间去除时示出给牙科医生。例如，模型330示出了用于邻间去除的选项，其中，两个上中切牙332、333具有应用于每个牙齿的相等量的指示为0.3mm的邻间去除334、335。当牙科专业人员对患者进行邻间去除时，邻间去除334、335的对比或突出显示为牙科专业人员提供了视觉指导，并且在模型上示出了邻间去除的位置和程度。模型340示出了替代的邻间去除，其中，仅从右上中切牙332去除材料。如模型340所示，从右中切牙332去除了整个0.3mm的邻间去除。可以将模型320、330、340呈现给牙科医生，并且可以接收期望的模型的选择。在一些实施例中，可以呈现优选的模型，该模型部分地基于需要邻间去除的牙齿的体积数据。例如，如果体积数据或其他表面穿透图像数据(例如，X射线、CBCT等)表明两个牙齿具有相等量的牙釉质，则邻间去除可以在牙齿之间均等地分布。在其他示例中，如果体积数据或其他表面穿透图像数据表明与相邻的牙齿相比，一个牙齿具有更多的牙釉质，则邻间去除可能更多地朝向具有更多牙釉质的牙齿分布(例如，权重或比例取决于牙齿之间的牙釉质厚度的差异)。

移至框306，接收或以其他方式确定用于工具选择的约束。约束可以包括诸如患者嘴的大小或尺寸以及进入口腔的物理约束。例如，儿童的开口相对较小，这可能要求在手术过程中只能使用某些较小的工具。在一些实施例中，患者可能对于他们可以张开嘴的程度具有身体上的限制，这也可能要求使用较小的工具。另外，其他约束可能包括医生对某种类型的工具和钻头的偏爱。在另一示例中，在具有较大口腔的患者中，可以使用具有额外的伸展或长度或特定的最小伸展或长度的工具作为约束，而不考虑较短的工具。

在框306处接收并分析约束之后，方法300继续至框308，其中，确定治疗的每个步骤的工具。基于要去除的材料的位置、要去除的材料的量以及任何其他约束(例如，以上讨论的那些约束)来确定包括手工工具和工具头的工具。在识别出在治疗计划的每个步骤中使用的工具之后，在框310处，为每一材料去除步骤确定工具的路径、位置和取向。在一些实施例中，每个工具的确定以及工具的路径、位置和取向的确定是一起被确定的，而不是在分开的框处被确定的。在一些实施例中，工具位置和工具路径信息可用于生成用于机器人或计算机控制的材料去除过程(例如，CNC过程)的指令。

在框310处确定了工具位置和工具路径之后，过程300继续至框312，其中，为每个治疗步骤生成可视化。图3C和3D描绘了治疗计划的材料去除过程的两个步骤的可视化。图3C描绘了牙齿356的近端制备。在图3C中，已经在制备过程的先前步骤中制备了牙齿356的颊面。可视化示出了工具350和工具头352相对于正制备的牙齿356的位置和取向。可以相对于例如牙齿的中心轴线359示出工具350和工具头352的取向，该中心轴线359从牙齿的根部的中心延伸通过牙齿的咬合面的中心。可视化还可以包括对工具类型358和工具头类型357的描绘或指示。最后，可视化还包括对方向354的指示，工具头352应在该方向354上移动，包括平移和旋转，以便从牙齿356去除适当的材料以用于治疗计划的该特定步骤。

尽管被描绘为二维图像，但是图3C中所示的可视化可以是可操纵的三维模型，其允许执业医师旋转、缩放以及以其他方式操纵模型，使得执业医师可以从几个角度查看材料去除步骤。此外，在一些实施例中，视觉描绘可以以二维或三维视频或移动形式示出过程。在这样的实施例中，除了指示工具移动的方向之外，视频还可以描绘材料去除过程的模拟，包括描绘工具的移动，示出工具移动的方向平移和旋转以及在材料去除过程中工具应该移动的适当速度。

图3D示出了左上中切牙356的进一步制备。可视化示出了相对于正被制备的牙齿356的工具360和工具头362的位置和取向。工具360和工具头362可以不同于图3C中描绘的工具350和工具头352。与图3C中所示的治疗步骤一样，工具360和工具头362的取向可以相对于例如牙齿356的中心轴线示出，该中心轴线从牙齿的根部的中心延伸通过牙齿的咬合面的中心。图3D中的可视化还可以包括对工具类型和工具头类型的描绘或指示368。最后，可视化还可以包括方向364的指示，工具头362应在该方向364上移动，以便从牙齿356去除适当的材料。

尽管被描绘为二维图像，但是图3D中所示的可视化可以是可操纵的三维模型，其允许执业医师旋转、缩放以及以其他方式操纵模型，使得执业医师可以从几个角度查看材料去除步骤。此外，在一些实施例中，视觉描绘可以以二维或三维视频或移动形式示出过程。在这样的实施例中，除了指示工具移动的方向之外，视频还可以描绘材料去除过程的模拟，包括描绘工具的移动，示出工具移动的方向平移和旋转以及在材料去除过程中工具应该移动的适当速度。

在一些实施例中，在框312或框402处，牙科专业人员可以使用虚拟工具在计算机模拟环境中执行模拟材料去除，所述虚拟工具例如类似于实际工具的工具，或通过使用数字体积去除工具来模拟去除材料，但不显示和模拟工具的存在。通过用患者的口、牙齿和/或牙龈的模型(例如，体积模型或表面模型)示出这种模拟的材料去除。在这样的模拟中，例如当牙科专业人员移动虚拟工具，或数字体积去除工具模型被修改以示出牙齿的模拟变化时，可以通过从模型去除体积来更新体积模型，或可以更新表面模型以反映更新的表面轮廓，更新的表面轮廓反映牙齿专业人士使用该工具去除的材料。

方法300的一个或更多个步骤可利用本文所述的电路执行，例如，利用计算机或计算机化系统的处理器或逻辑电路中的一个或更多个执行。该电路可以被编程以提供方法300的一个或更多个步骤，并且该程序可以包括例如存储在计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路的编程步骤。

图4示出了根据本文描述的实施例的在治疗期间评估治疗并提供反馈的方法400。方法400可以包括材料去除、牙列的重新成像以及更新治疗计划。在框402处，牙科专业人员可以尝试从牙齿上去除材料，如在根据上述方法生成的治疗计划的一个或更多个步骤中所描绘的。在已经从患者的牙齿上去除了一些材料之后，在框404处，牙科专业人员可以重新扫描患者的牙列，包括例如正在制备的牙齿。患者的牙列或牙齿的重新成像可以包括以上关于在方法200(关于图2A示出和描述的)的框202处进行的成像所讨论的一个或更多个过程。在重新成像并重建患者牙列的更新的模型之后，可以标记该模型以指示要从牙齿上去除的剩余材料。例如，可以生成更新的模型，例如图3B中所示的模型，并将其显示给潜在的执业医师。该模型可以通过数字方式并且还可以通过在模型上突出显示(例如，使用热图等)仍待去除的材料来指示要去除的材料量。

在一些实施例中，可以通过诸如机器人辅助外科手术之类的机器人辅助方法来去除材料，其中，牙科专业人员经由远程操纵器或通过计算机控制来控制机器人和附接的牙科工具的移动。材料去除也可以通过计算机数字控制(CNC)来执行，其中，一个或更多个机器工具的自动化是借助于执行机器控制命令的预编程序列的一台或多台计算机控制的。

在一些实施例中，可以基于更新的模型来重复用于生成可视化的方法300。在这样的实施例中，包括工具类型、工具位置和工具路径的更新的工具信息可以用于生成更新的治疗的可视化。在一些实施例中，所进行的更新的可视化简单地描绘了对治疗计划中的特定步骤的更新，例如用于去除剩余牙齿材料的当前步骤。

然而，在一些实施例中，牙科医生可能已经去除了根据治疗计划未指示要去除的材料。在这样的实施例中，可以使用更新的扫描来修改治疗计划过程。可以根据关于图2A示出和描述的方法200来生成新的最终的牙齿形状，并且可以根据关于图3A示出和描述的方法300来生成新的可视化。在生成更新的可视化之后，牙科医生可以继续进行治疗。在框404处可以重新扫描牙列并且在框406处可以生成更新的治疗计划，重新扫描牙列和生成更新的治疗计划的次数可以与执行制备的牙科专业人员期望的一样多，直到完成制备为止。

方法400的一个或更多个步骤可利用本文所述的电路执行，例如，利用计算机或计算机化系统的处理器或逻辑电路中的一个或更多个执行。该电路可以被编程以提供方法400的一个或更多个步骤，并且该程序可以包括例如存储在计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路的编程步骤。

图5示出了根据实施例的用于执行可视修复和正畸治疗计划的方法的系统。图5是数据处理系统500的简化框图，该数据处理系统500可以用于执行本文描述的方法和过程。数据处理系统500通常包括经由总线子系统504与一个或更多个外围装置通信的至少一个处理器502。这些外围装置通常包括存储子系统506(存储器子系统508和文件存储子系统514)、成组的用户界面输入和输出装置518以及外部网络的接口516。该接口被示意性地示为“网络接口”框516，并且经由通信网络接口524耦接到其他数据处理系统中的相应接口装置。数据处理系统500可以包括例如一台或更多台计算机，例如个人计算机、工作站、大型机、膝上型计算机等。

用户界面输入装置518不限于任何特定的装置，并且通常可以包括例如键盘、指向装置(pointing device)、鼠标、扫描仪、交互式显示器、触摸板、操纵杆等。类似地，各种用户界面输出装置可以被用在本发明的系统中，并且可以包括例如打印机、显示器(例如，可视、非可视)系统/子系统、控制器、投影装置、音频输出等中的一个或更多个。

存储子系统506维护基本必需的程序，包括具有指令(例如，操作指令等)以及数据构造的计算机可读介质。本文讨论的程序模块通常存储在存储子系统506中。存储子系统506通常包括存储器子系统508和文件存储子系统514。存储器子系统508通常包括许多存储器(例如RAM 510、ROM 512等)，存储器包括用于在程序执行期间存储固定的指令、指令和数据的计算机可读存储器、基本输入/输出系统等。文件存储子系统514为程序和数据文件提供持久性(非易失性)存储，并且可以包括一个或更多个可移动或固定的驱动器或介质、硬盘、软盘、CD-ROM、DVD、光盘驱动器等。存储系统、驱动器等中的一个或更多个可位于远程位置，例如，经由网络上的服务器或经由互联网/万维网耦接。在该背景中，术语“总线子系统”被通用地使用，以便包括用于使各种组件和子系统按预期彼此通信的任何机制，并且可以包括将被公认为或被认为在此适合使用的各种合适的组件/系统。将认识到，系统的各个组件可以但不一定必须位于相同的物理位置，但是可以经由各种局域或广域网介质、传输系统等进行连接。

扫描仪520包括用于(例如，通过扫描诸如铸件(cast)521的牙齿的物理模型、通过扫描从牙齿获取的印模、或通过直接扫描口腔)获得患者牙齿的数字表示(例如，图像、表面形貌数据等)的任何装置，其可以从患者或从治疗专业人员(例如，正畸医生)获得，并且包括将数字表示提供给数据处理系统500进行进一步处理的装置。扫描仪520可以位于相对于系统的其他组件而言远程的位置，并且可以例如经由网络接口524将图像数据和/或信息传送到数据处理系统500。制造系统522基于包括从数据处理系统500接收到的数据集信息的治疗计划来制造器具523。制造机器522可以位于例如远程位置，并经由网络接口524从数据处理系统500接收数据集信息。

尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，这样的实施例仅作为示例提供。本领域技术人员现在在不脱离本发明的情况下将想到许多变型、改变和替换。应该理解的是，本文描述的发明的实施例的各种替代方案可在实施本发明时采用。本文所描述的实施例的各种不同的组合是可能的，且这样的组合被认为是本公开的一部分。此外，结合本文的任何一个实施例讨论的所有特征可以容易地适配为用在本文中的其它实施例中。旨在随附的权利要求书限定本发明的范围，并因此覆盖在这些权利要求及它们的等同物的范围内的方法和结构。

Claims

1.一种存储由处理器可执行以使计算装置执行方法的指令的非暂时性计算装置可读介质，所述方法包括：

接收患者牙列的初始表示，其中，初始表示包括处于初始形状的患者牙齿的表示；

生成包括多个步骤的治疗计划，以将患者牙齿的初始形状修改为最终形状，其中，治疗计划至少部分基于患者牙列的初始表示；

接收患者牙列的更新表示，其中，更新表示包括在根据治疗计划的步骤已经去除部分材料之后患者牙齿的后续表示；

确定患者牙齿的后续表示是否对应于治疗计划的步骤的预期治疗进展；以及

基于确定更新表示不对应于治疗计划的步骤的预期治疗进展来更新治疗计划。

2.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括三维表面扫描。

3.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括多个二维红外图像扫描。

4.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括多个二维近红外图像扫描。

5.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，

其中，患者牙列的初始表示包括多个二维红外图像扫描或多个二维近红外图像扫描，以及

其中，方法还包括基于多个二维红外图像扫描或多个二维近红外图像扫描建立体积模型。

6.根据权利要求5的非暂时性计算装置可读介质，其中，体积模型包括多个体素。

7.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括确定牙釉质厚度；并且其中，至少部分基于确定出的牙釉质厚度来生成治疗计划。

8.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于接收到的初始表示来检测龋齿；并且其中，至少部分基于检测到的龋齿来生成治疗计划。

9.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于接收到的初始表示确定牙齿缺陷类型；并且其中，至少部分基于确定出的牙齿缺陷类型生成治疗计划。

10.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于接收到的初始表示来确定牙釉质结构；并且其中，至少部分基于确定出的牙釉质结构生成治疗计划。

11.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括接收患者特定的约束，并且其中，至少部分基于患者特定的约束生成治疗计划。

12.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划提供正畸治疗。

13.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划提供可视修复治疗。

14.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括生成治疗计划的可视化，其中，可视化包括通过治疗计划的多个步骤描绘患者牙列。

15.根据权利要求14的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化包括通过治疗计划的多个步骤描绘患者牙齿的视频文件。

16.根据权利要求14的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化包括被配置为从不同的角度旋转、放大和观察的可操纵的三维模型。

17.根据权利要求14的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括将可视化提供给牙科专业人员。

18.根据权利要求14的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化描绘根据治疗计划的步骤的材料去除过程的模拟。

19.根据权利要求18的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，材料去除过程的模拟包括工具移动参数，所述工具移动参数包括平移、旋转和速度。

20.根据权利要求1的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于确定更新表示不对应于治疗计划的步骤的预期治疗进展来更新治疗计划的可视化。

21.一种存储由处理器可执行以使计算装置执行方法的指令的非暂时性计算装置可读介质，所述方法包括：

接受对患者牙齿的治疗约束；以及

生成包括多个步骤的治疗计划，以将患者牙齿的初始形状修改为最终形状，其中，治疗计划至少部分基于治疗约束和患者牙列的初始表示。

22.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括三维表面扫描。

23.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括多个二维红外图像扫描。

24.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括多个二维近红外图像扫描。

25.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于患者牙列的初始表示建立体积模型，并且其中，患者牙列的初始表示包括多个二维红外图像扫描或多个二维近红外图像扫描。

26.根据权利要求25的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，体积模型包括多个体素。

27.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗约束包括在治疗计划中待使用的牙科工具。

28.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗约束包括在治疗计划中待使用的假体的特性；其中，假体的特性包括形状、最小厚度或间距公差中的一个。

29.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗约束包括患者特定的特性；其中，患者特定的特性包括患者嘴的大小、患者嘴能张开的物理限制和牙釉质厚度中的一个。

30.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划包括两个牙齿之间的邻间去除的分布。

31.根据权利要求30的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，两个牙齿之间的邻间去除的分布至少部分基于两个牙齿之间的牙釉质厚度的差。

32.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括确定牙釉质厚度；并且其中，至少部分基于确定出的牙釉质厚度来生成治疗计划。

33.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于接收到的初始表示来检测龋齿；并且其中，至少部分基于检测到的龋齿来生成治疗计划。

34.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于接收到的初始表示确定牙齿缺陷类型；并且其中，至少部分基于确定出的牙齿缺陷类型生成治疗计划。

35.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划提供正畸治疗。

36.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划提供可视修复治疗。

37.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括生成治疗计划的可视化，其中，可视化包括通过治疗计划的多个步骤来描绘患者牙列。

38.根据权利要求37的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化包括通过治疗计划的多个步骤描绘患者牙齿的视频文件。

39.根据权利要求37的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化包括被配置为从不同的角度旋转、放大和观察的可操纵的三维模型。

40.根据权利要求37的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化描绘根据治疗计划的步骤的材料去除过程的模拟。

41.根据权利要求40的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，材料去除过程的模拟包括工具移动参数，工具移动参数包括平移、旋转和速度。

42.根据权利要求21的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括：接收患者牙齿的更新模型，其中，更新模型表示在根据治疗计划的步骤去除部分材料之后的患者牙齿；以及将患者牙齿的更新模型与治疗计划的步骤的预期治疗进展进行比较。

43.一种存储由处理器可执行以使计算装置执行方法的指令的非暂时性计算装置可读介质，所述方法包括：

接收患者牙列的更新表示，其中，更新表示包括在根据治疗计划的步骤已经去除部分材料之后患者牙齿的后续表示；以及

将患者牙齿的更新模型与治疗计划的步骤的预期治疗进展进行比较。

44.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括：确定患者牙齿的后续表示是否对应于治疗计划的步骤的预期治疗进展；以及基于确定更新表示不对应于治疗计划的步骤的预期治疗进展来更新治疗计划。

45.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括指示根据治疗计划的步骤应当去除的剩余材料。

46.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括三维表面扫描。

47.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括多个二维红外图像扫描。

48.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，患者牙列的初始表示包括多个二维近红外图像扫描。

49.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于患者牙列的初始表示建立体积模型，并且其中，患者牙列的初始表示包括多个二维红外图像扫描或多个二维近红外图像扫描。

50.根据权利要求49的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，体积模型包括多个体素。

51.根据权利要求49的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，多个体素中的每一个包括体积模型内的位置、牙齿结构类型和密度。

52.根据权利要求49的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括：从患者牙列的三维表面扫描建立患者牙列的三维表面模型；以及从三维表面模型和体积模型建立复合模型。

53.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括接收对患者牙齿的治疗约束；并且其中，至少部分基于治疗约束来生成治疗计划。

54.根据权利要求53的所述非暂时性计算装置可读介质其中，治疗约束包括在治疗计划中待使用的牙科工具。

55.根据权利要求53的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗约束包括要在治疗计划中使用的假体的特性；其中，假体的特性包括形状、最小厚度或间距公差中的一个。

56.根据权利要求53的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗约束包括患者特定的特性；其中，患者特定的特性包括患者嘴的大小、患者嘴能张开的物理限制和牙釉质厚度中的一个。

57.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划包括两个牙齿之间的邻间去除的分布。

58.根据权利要求57的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，两个牙齿之间的邻间去除的分布至少部分基于两个牙齿之间的牙釉质厚度的差。

59.根据权利要求43的非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括确定牙釉质厚度；并且其中，至少部分基于确定出的牙釉质厚度来生成治疗计划。

60.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于接收到的初始表示来检测龋齿；并且其中，至少部分基于检测到的龋齿来生成治疗计划。

61.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括基于接收到的初始表示确定牙齿缺陷类型；并且其中，至少部分基于确定出的牙齿缺陷类型生成治疗计划。

62.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划提供正畸治疗。

63.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，治疗计划提供可视修复治疗。

64.根据权利要求43的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，方法还包括生成治疗计划的可视化，其中，可视化包括通过治疗计划的多个步骤来描绘患者牙列。

65.根据权利要求64的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化包括通过治疗计划的多个步骤描绘患者牙齿的视频文件。

66.根据权利要求64的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化包括被配置为从不同的角度旋转、放大和观察的可操纵的三维模型。

67.根据权利要求64的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，可视化描绘根据治疗计划的步骤的材料去除过程的模拟。

68.根据权利要求67的所述非暂时性计算装置可读介质，其中，材料去除过程的模拟包括工具移动参数，工具移动参数包括平移、旋转和速度。