EP3937841A1 - Method for aligning virtual models of dental arches of an individual with a digital model of the face of said individual - Google Patents

Method for aligning virtual models of dental arches of an individual with a digital model of the face of said individual

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EP3937841A1
EP3937841A1 EP20725892.2A EP20725892A EP3937841A1 EP 3937841 A1 EP3937841 A1 EP 3937841A1 EP 20725892 A EP20725892 A EP 20725892A EP 3937841 A1 EP3937841 A1 EP 3937841A1
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EP
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face
marker
mandibular
patient
model
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Application number
EP20725892.2A
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Maxime JAISSON
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Modjaw SAS
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Modjaw SAS
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for registering virtual models of the dental arches of an individual with a digital model of the face of said individual.
  • One application of this method is the taking into account of aesthetic considerations when planning a treatment involving an acquisition of the mandibular kinematics of the individual and the application of said kinematics to virtual models of the dental arches.
  • Mandibular kinematics requires equipping the patient's face with markers comprising objects detectable by a camera or inertial, magnetic or other type of position sensors, and asking the patient to perform mandibular movements. During these movements, objects are spotted in real time by a camera, or the position data of the sensors are recorded in real time.
  • Virtual 3D models of the mandibular and maxillary arches are generally obtained using an intraoral optical scanner or by 3D scanning of impressions of the arches or physical models of the arches. These virtual models are therefore defined in a reference which is associated with the scanning device.
  • the markers or sensors fitted to the face define a reference point for the patient that is different from the reference point for virtual 3D models of dental arches.
  • Document WO 2013/03051 1 describes a method of designing a dental appliance for an individual in which the mandibular kinematics recorded on said individual are used to animate virtual models of the dental arches of the individual.
  • a first embodiment it is proposed to register the virtual models of the dental arches to a tomodensitometric image.
  • a tomodensitometric image it is proposed to match the virtual models of the dental arches and a mandibular marker, by pointing in the patient's mouth at least four determined points of the dental arches by means of a stylet.
  • the stylus includes objects that can be detected by the camera which locates the mandibular marker and arranged according to a known geometry. It is thus possible to locate the virtual model of the mandibular arch with respect to the patient's landmark attached to said arch.
  • the animation of virtual models of the dental arches based on the patient's mandibular kinematics allows occlusal aspects to be taken into account in the planning of treatment.
  • a three-dimensional model of the patient's face For certain clinical applications, particularly in order to control the aesthetic implications of a treatment, it may be advantageous to visualize the effect of the treatment on a three-dimensional model of the patient's face.
  • a model (“face scan” according to the English terminology) is typically obtained by digitizing the patient's face in three dimensions. In this case, the problem arises of registering the virtual models of the dental arches with the three-dimensional model of the patient's face.
  • An aim of the invention is therefore to design a robust, reliable and simple to implement process for registering virtual models of the dental arches of an individual with a three-dimensional model of the face of said individual. Given the risks associated with the exposure of an individual to X-rays, the entire process must be able to be implemented with techniques which do not use X-rays (referred to as “non-radiographic” in the following section. text).
  • the invention proposes a method for registering non-radiographic virtual models of a mandibular arch and of a maxillary arch of an individual with a non-radiographic digital model of the face of said individual, characterized in that it comprises :
  • supply is meant in this text the obtaining of pre-existing virtual models or the creation of said virtual models.
  • the method further comprises matching the virtual model of the maxillary arch with the virtual model of the mandibular arch in a determined position of engagement of said arches, for example a maximum intercuspid occlusion.
  • the method further includes displaying the virtual models of the maxillary and mandibular arches superimposed on the digital model of the patient's face.
  • the acquisition of the digital model of the patient's face is performed on the patient wearing a frontal marker rigidly secured to the forehead, a virtual model of said frontal marker being provided, and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital face model comprises matching the virtual model of the forehead marker with the forehead marker visible on said virtual model of the face.
  • the digital model of the patient's face is textured, so that points plotted on the patient's face and / or anatomical features are visible on said digital textured model, and the registration of the virtual models of the maxillary arches and mandibular with the digital model of the face comprises the pointing of points by a stylus followed by the same localization device as a marker fitted to the patient's face, and the matching of said points and / or anatomical characteristics pointed out and visible points on the digital model of the patient's face.
  • the acquisition of the digital model of the patient's face is carried out on the patient wearing a frontal marker rigidly secured to the forehead, a virtual model of said frontal marker being provided, points previously drawn on the forehead. face of the patient and / or anatomical features being visible on the digital model of the patient's face, and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the pointing of said points by a stylus followed by the same device location as the frontal marker, and the mapping of said pointed points and points visible on the digital model of the patient's face.
  • the digital model of the patient's face is untextured, and in which, upon acquiring the digital model of the face, recognizable geometric shapes are attached to the patient's face, and the registration of the virtual models.
  • the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the pointing of said geometric shapes by a stylus followed by the same localization device as a marker fitted to the patient's face, and the matching of said pointed geometric shapes and geometric shapes detectable on the digital model of the patient's face.
  • FIG. 1 is a perspective view of a mandibular fixation device equipped with a location marker
  • FIG. 2 is a perspective view of the mandibular fixation device of Figure 1 in the absence of the location marker
  • FIG. 3 is a block diagram of the scanning of the mandibular arch and part of the mandibular marker using an intraoral scanner;
  • FIG. 4A is a view of a virtual model of a frontal marker and virtual models of dental arches
  • Figure 4B is a view of a digital model of the face of an individual wearing the forehead marker of Figure 4A,
  • Figure 4C is a view of the superposition of the virtual models of the dental arches and the virtual model of the frontal marker of Figure 4A on the digital model of the individual's face,
  • FIG. 5A is a diagram of another principle of registration of the digital models of the dental arches with the digital model of the face
  • FIG. 5B is a view of the superposition of the virtual models of the dental arches on the digital model of the face of the individual after the registration of FIG. 5A.
  • the invention proposes to use on the one hand an intraoral scanner - or an extraoral camera in an alternative embodiment - to simultaneously scan the surface of the teeth of a dental arch and at least part of a marker. attached to said arch or part of the device for fixing the marker to the arch, if applicable, and on the other hand a device for scanning the face of the individual.
  • the result of these operations is a digital recording of at least part of the arch and of at least part of the marker, in the same repository which is that of the intraoral scanner, as well as a digital recording of the face surface.
  • these recordings make it possible to register the virtual models of the dental arches with the digital model of the patient's face via the repository associated with the marker.
  • This registration method is implemented by a computer which includes a processor configured to implement algorithms for image analysis and for calculating rigid transformations between models defined in different marks.
  • the computer includes a screen coupled to the processor and configured to display the virtual models of the dental arches as well as the other images implemented in the method described below.
  • Virtual models of dental arches can be obtained by any suitable non-radiographic technique.
  • a prosthetic device also called an occlusion model, which comprises a base covering the prosthetic bearing surface and a bead replacing the teeth and the alveolar bone .
  • a virtual model of said device is obtained from its plan produced by computer-aided design (CAD).
  • CAD computer-aided design
  • the scanning is performed for each arch taken separately, and for the two dental arches in meshing situation.
  • the two arches are scanned in the same repository, which allows a relationship to be established between the virtual models of the two arches.
  • the patient is equipped with at least one mandibular marker, which defines a landmark attached to the patient's face.
  • the patient is also equipped with a maxillary marker.
  • a maxillary marker As an alternative to using a jaw marker, the patient's face itself can be used as a "marker"; thanks to a facial recognition algorithm, it is possible to follow in real time by a camera several characteristic elements of the upper part of the face, which will be associated with the model of the maxillary arch.
  • the upper part of the face is in fact considered to be sufficiently dimensionally stable to be free from a marker as such.
  • each marker comprises several reflecting patches arranged according to a determined geometry.
  • Each marker is tracked by a camera and locating the position of the pellets allows the marker to be located in space.
  • the markers can include pads having a two-color pattern of known geometry, diodes, inertial sensors, etc. which also allow each marker to be located in space by means of a corresponding locator device.
  • pads having a two-color pattern of known geometry, diodes, inertial sensors, etc. which also allow each marker to be located in space by means of a corresponding locator device.
  • the mandibular marker is attached to the patient's mandible rigidly, that is, it is secured so that it does not move relative to the mandible during mandibular movements made by the patient.
  • the mandibular marker can be attached to the arch directly (the marker then incorporating a means of attachment to the arch) or through an attachment device to which it is integral.
  • WO 2018/158551 describes a mandibular marker which can be used in the present invention.
  • the marker 2 comprises four reflecting patches 20, the size and relative position of which are known, detectable by an infrared camera.
  • the shape of the pellets is not limiting.
  • said pellets could be replaced by reflecting elements having any other suitable shape, for example balls.
  • the reflecting patches could be replaced by a test pattern formed from a two-color pattern of known geometry.
  • the reflecting pellets could be replaced by diodes, electromagnetic coils, or any other suitable localization means, such as inertial sensors (IMU, acronym for the English term “inertial measurement unit”) , accelerometers, gyroscopes, etc.
  • IMU acronym for the English term “inertial measurement unit”
  • accelerometers gyroscopes, etc.
  • the marker 2 is attached to the mandibular arch by means of a fixation device 1 on which it is removably mounted.
  • Device 1 comprises:
  • all of the three parts 10, 1 1, 12 are formed in one piece, by molding a biocompatible thermoplastic material.
  • the intraoral part 10 has a general U shape.
  • the material and the thickness of the intraoral part are chosen to present a certain flexibility in a direction of separation or of approach of the legs of the U in their plane.
  • the two legs 100 can be moved apart from their initial position to be inserted into the mouth of the individual without rubbing against the teeth or the gums, and then released once they have been correctly positioned.
  • the end of the legs of the U is made breakable by the presence of one or more notches 101 which define one or more detachable segments 102.
  • one or more of said detachable segments can be removed until 'to obtain a length of the legs 100 adapted to the length of the jaw of the individual.
  • the mechanical strength of the intraoral part 10 on the patient's jaw is ensured at least in part by a biocompatible adhesive (not shown) deposited between the surface of the teeth and the inner face of the intraoral part.
  • a biocompatible adhesive (not shown) deposited between the surface of the teeth and the inner face of the intraoral part.
  • Such a biocompatible glue is frequently used in the field of dentistry.
  • the inner face 103 of the intraoral part may have a certain roughness.
  • a part resulting from 3D printing a so-called SLS laser sintering technique, acronym for the English term “Selective Laser Sintering”
  • the injection mold can undergo a treatment, for example sandblasting or chemical etching, giving it a non-smooth surface state. This roughness makes it possible to improve the mechanical strength of the adhesive with respect to the inner face 103.
  • the inner face 103 of the intraoral part can be provided with notches 104.
  • Said notches are arranged so as to be located opposite parts in relief on the external surface of the teeth when the device is in place in the tooth. mouth of the individual.
  • the notches 104 therefore fulfill a function of blocking the intraoral part, in particular in the anteroposterior direction, which stabilize the device in the mouth.
  • the height h of the intraoral part is chosen sufficiently low (typically less than the average height of the teeth) so as not to protrude from the plane formed by the upper surface of the teeth of the lower jaw when the device is in place. in the mouth of the individual.
  • the height h is of the order of 5 mm.
  • the intraoral part does not interfere with the mandibular kinematics (teeth clenching, chewing movements and others).
  • the extraoral part 12 has for its part a fixing element 120 for a marker.
  • the marker 2 is fixed by snap-fastening on the extraoral part 12.
  • the mandibular marker 2 comprises, on its inner face (ie opposite the reflective patches), two arranged lugs. one above the other (considering the position of the marker when it is in place on the individual).
  • the fixing element 120 comprises two housings 121, 122 separated by an elastic tongue 123. To place the marker 2 on the fixing device 1, the upper lug is first of all engaged in the housing, then the lower lug is engaged in the housing 122, this engagement causing a slight deformation of the tongue 123 towards the rear (that is to say on the side opposite the reflecting pads). The marker is therefore held on the extraoral part 12 by engagement of the lugs in the housings 121, 122 and by a pressure force exerted by the deformed tongue 123.
  • the assembly of the marker 2 on the fixation device is advantageously carried out once the fixation device has been placed in the patient's mouth and fixed using the aforementioned biocompatible glue.
  • the marker does not hinder this positioning operation.
  • the force required for the placement of the marker on the extraoral part is very low, so that it does not affect the mechanical strength of the fixation device vis-à-vis the mandibular arch.
  • the extraoral part is designed to be rigid enough to support the weight of said marker without deforming.
  • the marker could form an integral part of the extraoral part.
  • the extraoral part 12 is advantageously located below the plane of the lips of the individual (the marker 20 being able for its part to protrude from this plane).
  • the latter is substantially symmetrical with respect to the antero-posterior plane of the individual.
  • the part 11 of connection between the intraoral 10 and extraoral 12 parts is in the form of a bridge extending from the central region of the intraoral part 10.
  • This bridge has a first section 1 10 extending towards the upper jaw, a second section 1 1 1 extending through the lips and a third section 1 12 for connection to the extraoral part 12.
  • the shape and dimensions of the connecting part are chosen so that, when the device is in place in the mouth of the individual, the second section 1 1 1 extends to the level of the lift plane, without exerting pressure on the lips. Thus, the device 1 remains immobile even in the event of swallowing.
  • connecting portion 1 1 is designed to be rigid enough not to deform when the marker 20 is attached to the extraoral portion 12.
  • the jaw marker is attached to the patient's jawbone or to another part of the face rigidly integral with the jawbone, for example the forehead. In the latter case, we speak of a frontal marker.
  • the maxillary or frontal marker is preferably based on the same technology as the mandibular marker.
  • the jaw marker comprises several reflective patches arranged in a determined pattern.
  • the forehead marker is in the form of an armature intended to surround the patient's forehead and adapted to rest on the ears and on the nasal ridge, which stabilizes it.
  • Virtual models of the mandibular and maxillary markers are generally obtained from their plans made by computer-aided design (CAD).
  • Registration involves the use of an intraoral impression camera (also called intraoral scanner) or any other suitable intraoral non-radiographic system to digitize the surface of the teeth of one or both arches (and / or, the where appropriate, a prosthetic device rigidly linked to an arch) so as to form point clouds or meshes.
  • an intraoral impression camera also called intraoral scanner
  • any other suitable intraoral non-radiographic system to digitize the surface of the teeth of one or both arches (and / or, the where appropriate, a prosthetic device rigidly linked to an arch) so as to form point clouds or meshes.
  • the invention involves also scanning at least part of the tooth. mandibular marker rigidly linked to the mandibular arch.
  • FIG. 3 is a block diagram of this operation, with a mandibular marker 2 and a device 1 for mandibular fixation of the marker as described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the intraoral impression camera C is introduced into the mouth of the patient. patient, the mandibular arch having previously been equipped with the mandibular marker 2.
  • the practitioner scans with the camera C the surface of the teeth of the mandibular arch and, where appropriate, of the above-mentioned prosthetic device, for example according to the movement shown schematically by the arrow S1.
  • the practitioner also performs a scan with the camera C of the connection part 1 1, shown schematically by the arrow S2.
  • the scanned area is surrounded by dotted lines.
  • a digital recording is therefore obtained in the form of a cloud of points or a mesh comprising not only at least part of the surface of the teeth and / or of a prosthetic device secured to the arch but also the connecting part 1 1, in the same repository.
  • the marker can be matched with its virtual model by correlation of the shape of the connecting part 11 on the intraoral scan and on the virtual model.
  • the dental arch can be mapped to its virtual model by correlating the tooth surface on the intraoral scan and on the virtual model.
  • a prosthetic device is integral with the arch, knowledge of the virtual model of said device makes it possible to determine the location of the edentulous gum.
  • the virtual model of the mandibular arch can be located in the marker of the marker mandibular, which defines the patient's landmark attached to the mandibular arch.
  • the complete digitization of the marker is not necessary since a sufficient non-deformable part is scanned and can be correlated with the virtual model of said part.
  • the correlation is all the more robust as the digitized part has specific geometric characteristics. In this context, it is irrelevant whether the marker is integral with the fixing device or not, as long as the part scanned by the intraoral scanner is sufficiently rigid.
  • the expression "digitization of at least a rigid part of the marker” covers the digitization of a rigid part of the fastening device to which the marker is rigidly and reproducibly attached.
  • the mandibular marker In the case where the mandibular marker is formed integrally with the mandibular fixation device, it comprises a deformable intraoral part to adapt to the morphology of the patient and a non-deformable part provided with reflective patches or other objects. detectable. The intra-oral scan must then cover a sufficient part of the non-deformable part. On the other hand, the intraoral part is in principle not sufficient to carry out the registration because it is too deformable.
  • the creation of the virtual model of the mandibular arch can be carried out during said intraoral scanning operation; we thus obtain in a single step the virtual model of the mandibular arch and the information necessary for registration.
  • the presence of the mandibular marker masks part of the surface of the teeth and is therefore likely to reduce the precision of the virtual model of the mandibular arch.
  • the scanning of the surface of part of the teeth and of a sufficient part of the mandibular marker can be carried out using an extra-radiographic camera.
  • Said extraoral camera performs a three-dimensional acquisition of the general shape of the mandibular marker and of the teeth visible from the mandibular arch, in the same frame of reference.
  • the virtual models, more precise, of the mandibular marker and the mandibular arch can then be matched according to the same principle as explained above.
  • Another technique for simultaneously acquiring, in the same frame of reference, the three-dimensional shape of part of the mandibular marker and part of the mandibular arch is photogrammetry.
  • this non-radiographic technique consists in taking photographs from different angles where the teeth and the marker are visible. From this series of photographs, the geometry of the marker is recognized as well as that of the mandibular arch.
  • the same registration process can be applied to locate the virtual model of the maxillary arch in the frame of a maxillary or frontal marker.
  • the intraoral scanner is used to simultaneously digitize at least part of the body. the surface of the teeth (and / or of a prosthetic device as described above) of the maxillary arch and a sufficient rigid part of the mandibular marker or of its fixing device).
  • the extraoral camera is used to simultaneously digitize at least part of the surface of the teeth (and / or of a prosthetic device as described previously) of the maxillary arch and the marker frontal.
  • a marker is rigidly linked to the patient's forehead and thus defines a mark of the maxillary arch.
  • a known arch-mesh position usually the maximum intercuspid occlusion (MIO)
  • MIO maximum intercuspid occlusion
  • the maxillary arch model is reported. next to the mandibular arch.
  • the position of the maxillary marker relative to the mandibular marker is known thanks to a recording made by the extraoral camera.
  • the maxillary arch model can therefore be associated with the maxillary marker. All the points, axes and reference planes of the patient are then associated with the virtual models of the arches.
  • a three-dimensional digital model of the patient's face is typically obtained by scanning the patient's face in three dimensions.
  • this model may or may not include a texture of the face (in particular colors).
  • This digitization can be carried out by means of the following techniques: stereoscopy, photogrammetry, laser scanning associated or not with a color detection sensor (RGB, acronym of the English term “Red, Green, Blue”), structured light and / or measurement in time of flight (TOF, acronym of the Anglo-Saxon term “Time Of Flight”).
  • RGB acronym of the English term “Red, Green, Blue”
  • TOF measurement in time of flight
  • the patient can be equipped with a maxillary or frontal marker as mentioned above.
  • the registration of the virtual models of the dental arches with the digital model of the patient's face uses the aforementioned patient frame of reference.
  • the maxillary arch marker is arranged on the patient's forehead when scanning the patient's face.
  • this marker 3 comprises reflective patches 30 arranged according to a known geometry (cf. FIG. 4A), but, as indicated above for the mandibular marker, other localization techniques could be used.
  • the virtual model of the marker 3 is obtained for example by its CAD plan.
  • the virtual models M of the dental arches are moreover obtained by one of the techniques mentioned above.
  • the marker 3 can be found on the digital model of the patient's face. It is therefore possible to match this model of the patient's face with the virtual model of marker 3.
  • the virtual models M of the dental arches having been matched beforehand with the virtual model of the frontal marker thanks to one of the methods described above, it is then possible to correlate said virtual models of the dental arches with the 3D model of the patient's face, and displaying said M models superimposed on the model of the patient's face.
  • a digital model of the patient's face can be generated while the patient is not wearing the forehead marker, and is matched to the digital model of the patient's face wearing the forehead marker by recognition of the mesh shapes of the two models.
  • the virtual models of the dental arches can be displayed on the model of the patient's face without the frontal marker.
  • this solution allows to overcome the lack of resolution of certain digital models of the face, which do not make it possible to discern the shape of the teeth even when smiling, and thus allow a correlation of the virtual models of the dental arches with the digital model of the face.
  • the registration can be carried out using points drawn on the face. of the patient or placed on the face in the form of stickers, and / or anatomical features of the face, such as moles, scars, etc. These points or features are also visible on the texture of the digital model of the face.
  • the practitioner uses a stylus as described in the introductory part of this text, and points with the stylus to the various points or characteristics identified. Each stylus pointing action generates a corresponding point in space in the form of a sphere.
  • the stylus being marked by the camera at the same time as the front marker, the position of the spheres is determined in the frame of the front marker.
  • the registration between the facial model and the virtual models of the dental arches can be performed only using the points and anatomical features of the face, without locating the frontal marker on the facial model.
  • the patient is equipped with a mandibular marker for the operation of registering the mandibular arch with the mandibular marker, as previously described.
  • the pointing of the points and / or anatomical characteristics of the patient is then performed using the stylus as explained previously. This pointing makes it possible to match the spheres generated by each pointing action of the stylus with the marks associated with the mandibular and maxillary markers.
  • the patient's face is also digitized, without any marker on the patient, so as to generate a textured digital model of the face.
  • the points or anatomical features pointed using the stylus being visible on said textured digital model, and correlated with the virtual models of the mandibular arch and of the maxillary arch, it is thus possible to match the virtual models of the arch. mandibular and maxillary arch and digital model of the face.
  • the patient is equipped with the mandibular marker and the frontal marker 3 for the acquisition of mandibular kinematics.
  • the digital model of the patient's face (the sides of which can be seen on the left and on the right in FIG. 5A), is obtained while the patient is not wearing either the mandibular marker or the frontal marker.
  • points of color P1 -P4 located at the level of anatomical points characteristic of the face, such as respectively the two condyles, the top of the nose and the gap between the base of the nose and the upper lip are visible on the digital color model.
  • the matching of the models is made possible by pointing these same points P1 -P4 with the stylet 4 when the patient is equipped with the mandibular marker and the frontal marker.
  • FIG. 5B illustrates the result of the registration, allowing a superposition of the virtual models of the dental arches on the digital model of the patient's face.
  • these geometric shapes include a suitable location for the stylus, for example a hollow of suitable size to receive the tip of the stylus.
  • Model matching is then made possible by pointing to these locations with the stylet when the patient is equipped with the mandibular marker and the forehead marker.
  • the combination of the registration of the forehead marker on the digital model of the face and the pointing of points or anatomical features increases the robustness of the registration process between the virtual models of the arches and the digital model of the face.
  • the face is less rigid than the dental arches, due to the mobility of the muscles or the depression of the skin during the application of the stylet, there may be differences between the digital model of the face with and without marker.

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Abstract

The invention relates to a method for aligning non-radiographic virtual models of a mandibular arch and of a maxillary arch of an individual with a non-radiographic digital model of the face of said individual, characterized in that it comprises: fastening a mandibular marker rigidly to the mandibular arch of the individual, said mandibular marker defining a first frame of reference; providing a non-radiographic virtual model of the mandibular arch and a non-radiographic virtual model of the maxillary arch; digitizing at least one portion of the surface of the teeth or of a prosthetic device securely fastened to said arch and at least one rigid portion of said marker by means of an intra- or extra-oral camera, so as to produce a digital record of said portions of the mandibular arch and of the marker in a given second frame of reference; on the basis of said record and of the virtual models of the mandibular arch and of the mandibular marker, matching the digital model of the mandibular marker with the marker, and the virtual model of the mandibular arch with said arch, and locating the virtual model of the mandibular arch in the first frame of reference; acquiring a non-radiographic digital model of the face of the patient; and locating the digital model of the face in the first frame of reference, so as to align the virtual models of the maxillary and mandibular arches with said digital model of the face.

Description

PROCEDE DE RECALAGE DE MODELES VIRTUELS DES ARCADES DENTAIRES D’UN INDIVIDU AVEC UN MODELE NUMERIQUE DU VISAGE DUDIT INDIVIDU PROCESS FOR REGISTRATION OF VIRTUAL MODELS OF THE DENTAL ARCADES OF AN INDIVIDUAL WITH A DIGITAL MODEL OF THE FACE OF THE INDIVIDUAL
DOMAINE DE L'INVENTION FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un procédé de recalage de modèles virtuels des arcades dentaires d’un individu avec un modèle numérique du visage dudit individu. Une application de ce procédé est la prise en compte des considérations esthétiques lors de la planification d’un traitement mettant en oeuvre une acquisition de la cinématique mandibulaire de l’individu et l’application de ladite cinématique aux modèles virtuels des arcades dentaires. The present invention relates to a method for registering virtual models of the dental arches of an individual with a digital model of the face of said individual. One application of this method is the taking into account of aesthetic considerations when planning a treatment involving an acquisition of the mandibular kinematics of the individual and the application of said kinematics to virtual models of the dental arches.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
En orthodontie ou en chirurgie dentaire, il est utile d’animer des modèles virtuels tridimensionnels (3D) des arcades dentaires (maxillaire et mandibulaire) d’un patient avec la cinématique mandibulaire dudit patient, afin de planifier un traitement et/ou déterminer les effets dudit traitement. In orthodontics or dental surgery, it is useful to animate three-dimensional (3D) virtual models of the dental arches (maxilla and mandibular) of a patient with the mandibular kinematics of said patient, in order to plan a treatment and / or determine the effects of said processing.
L’enregistrement de la cinématique mandibulaire nécessite d’équiper la face du patient de marqueurs comprenant des objets détectables par une caméra ou de capteurs de position de type inertiel, magnétique ou autre, et de demander au patient d’effectuer des mouvements mandibulaires. Au cours de ces mouvements, les objets sont repérés en temps réel par une caméra, ou les données de position des capteurs sont enregistrées en temps réel. Recording mandibular kinematics requires equipping the patient's face with markers comprising objects detectable by a camera or inertial, magnetic or other type of position sensors, and asking the patient to perform mandibular movements. During these movements, objects are spotted in real time by a camera, or the position data of the sensors are recorded in real time.
Les modèles virtuels 3D des arcades mandibulaire et maxillaire sont généralement obtenus à l’aide d’un scanner optique intrabuccal ou par numérisation 3D d’empreintes des arcades ou de modèles physiques desdites arcades. Ces modèles virtuels sont donc définis dans un repère qui est associé à l’appareil de numérisation. Virtual 3D models of the mandibular and maxillary arches are generally obtained using an intraoral optical scanner or by 3D scanning of impressions of the arches or physical models of the arches. These virtual models are therefore defined in a reference which is associated with the scanning device.
Les marqueurs ou capteurs équipant la face définissent un repère du patient différent du repère des modèles virtuels 3D des arcades dentaires. The markers or sensors fitted to the face define a reference point for the patient that is different from the reference point for virtual 3D models of dental arches.
Pour animer les modèles virtuels des arcades dentaires, il est nécessaire de transférer les informations de déplacement enregistrées sur le patient vers les modèles virtuels 3D des arcades dentaires. Ceci nécessite de connaître la transformation géométrique rigide (translations et rotations) permettant de passer d’un repère à l’autre. To animate the virtual models of the dental arches, it is necessary to transfer the displacement information recorded on the patient to the 3D virtual models of the dental arches. This requires knowing the rigid geometric transformation (translations and rotations) allowing to go from one frame of reference to another.
Le document WO 2013/03051 1 décrit un procédé de conception d’un appareil dentaire pour un individu dans lequel on utilise la cinématique mandibulaire enregistrée sur ledit individu pour animer des modèles virtuels des arcades dentaires de l’individu. Document WO 2013/03051 1 describes a method of designing a dental appliance for an individual in which the mandibular kinematics recorded on said individual are used to animate virtual models of the dental arches of the individual.
Dans un premier mode de réalisation, il est proposé de recaler les modèles virtuels des arcades dentaires à une image tomodensitométrique. Cependant, bien qu’une telle image permette de visualiser la position des arcades dentaires au sein du massif facial du patient, elle nécessite une irradiation du patient par des rayons X, dont on souhaite s’affranchir. Dans un second mode de réalisation, il est proposé de mettre en correspondance les modèles virtuels des arcades dentaires et un marqueur mandibulaire, en pointant dans la bouche du patient au moins quatre points déterminés des arcades dentaires au moyen d’un stylet. Le stylet comprend des objets repérables par la caméra qui repère le marqueur mandibulaire et agencés selon une géométrie connue. On peut ainsi localiser le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire par rapport au repère du patient attaché à ladite arcade. In a first embodiment, it is proposed to register the virtual models of the dental arches to a tomodensitometric image. However, although such an image makes it possible to visualize the position of the dental arches within the facial mass of the patient, it requires irradiation of the patient with X-rays, which one wishes to dispense with. In a second embodiment, it is proposed to match the virtual models of the dental arches and a mandibular marker, by pointing in the patient's mouth at least four determined points of the dental arches by means of a stylet. The stylus includes objects that can be detected by the camera which locates the mandibular marker and arranged according to a known geometry. It is thus possible to locate the virtual model of the mandibular arch with respect to the patient's landmark attached to said arch.
Une alternative à cette technique de pointage est présentée dans le document WO 2016/062962, qui met en oeuvre une technique de reconnaissance faciale. A partir d'une image stéréoscopique du visage du patient sur laquelle apparaissent au moins trois dents de l'arcade maxillaire du patient, on détecte lesdites dents par un procédé de reconnaissance faciale, et l’on met en correspondance desdites dents sur le modèle surfacique tridimensionnel du patient et sur le modèle de l'arcade maxillaire. Cependant, selon les algorithmes utilisés, cette technique de reconnaissance faciale peut encore être sujette à des imprécisions. An alternative to this pointing technique is presented in document WO 2016/062962, which implements a facial recognition technique. From a stereoscopic image of the patient's face on which at least three teeth of the patient's maxillary arch appear, said teeth are detected by a facial recognition process, and said teeth are put in correspondence on the surface model three-dimensional image of the patient and on the model of the maxillary arch. However, depending on the algorithms used, this facial recognition technique can still be subject to inaccuracies.
L’animation des modèles virtuels des arcades dentaires basée sur la cinématique mandibulaire du patient permet de prendre en compte les aspects occlusaux dans la planification d’un traitement. The animation of virtual models of the dental arches based on the patient's mandibular kinematics allows occlusal aspects to be taken into account in the planning of treatment.
Pour certaines applications cliniques, notamment en vue de contrôler les implications esthétiques d’un traitement, il peut être avantageux de visualiser l’effet du traitement sur un modèle tridimensionnel du visage du patient. Un tel modèle (« face scan » selon la terminologie anglo-saxonne) est typiquement obtenu par numérisation du visage du patient en trois dimensions. Il se pose dans ce cas le problème du recalage des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle tridimensionnel du visage du patient. For certain clinical applications, particularly in order to control the aesthetic implications of a treatment, it may be advantageous to visualize the effect of the treatment on a three-dimensional model of the patient's face. Such a model (“face scan” according to the English terminology) is typically obtained by digitizing the patient's face in three dimensions. In this case, the problem arises of registering the virtual models of the dental arches with the three-dimensional model of the patient's face.
EXPOSE DE L'INVENTION DISCLOSURE OF THE INVENTION
Un but de l’invention est donc de concevoir un procédé de recalage robuste, fiable et simple à mettre en oeuvre, des modèles virtuels des arcades dentaires d’un individu avec un modèle tridimensionnel du visage dudit individu. Compte tenu des risques liés à l’exposition d’un individu à des rayons X, l’ensemble du procédé doit pouvoir être mis en oeuvre avec des techniques ne mettant pas en oeuvre de rayons X (dites « non radiographiques » dans la suite du texte). An aim of the invention is therefore to design a robust, reliable and simple to implement process for registering virtual models of the dental arches of an individual with a three-dimensional model of the face of said individual. Given the risks associated with the exposure of an individual to X-rays, the entire process must be able to be implemented with techniques which do not use X-rays (referred to as “non-radiographic” in the following section. text).
A cet effet, l’invention propose un procédé de recalage de modèles virtuels non radiographiques d’une arcade mandibulaire et d’une arcade maxillaire d’un individu avec un modèle numérique non radiographique du visage dudit individu, caractérisé en ce qu’il comprend : To this end, the invention proposes a method for registering non-radiographic virtual models of a mandibular arch and of a maxillary arch of an individual with a non-radiographic digital model of the face of said individual, characterized in that it comprises :
- la fixation d’un marqueur mandibulaire de manière rigide sur l’arcade mandibulaire de l’individu, ledit marqueur mandibulaire définissant un premier référentiel, - the fixation of a mandibular marker rigidly on the mandibular arch of the individual, said mandibular marker defining a first frame of reference,
- la fourniture d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade mandibulaire et d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade maxillaire, - la numérisation d’au moins une partie de la surface des dents ou d’un artifice prothétique solidaire de ladite arcade et d’au moins une partie rigide dudit marqueur au moyen d’une caméra intra ou extra-buccale, de sorte à produire un enregistrement numérique desdites parties de l’arcade mandibulaire et du marqueur dans un même second référentiel,- the supply of a virtual non-radiographic model of the mandibular arch and a virtual non-radiographic model of the maxillary arch, - the digitization of at least part of the surface of the teeth or of a prosthetic device secured to said arch and of at least a rigid part of said marker by means of an intra or extra-oral camera, so as to produce a digital recording of said parts of the mandibular arch and of the marker in the same second repository,
- à partir dudit enregistrement et des modèles virtuels de l’arcade mandibulaire et du marqueur mandibulaire, la mise en correspondance du modèle numérique du marqueur mandibulaire avec le marqueur, et du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire avec ladite arcade, et la localisation du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire dans le premier référentiel,- from said recording and virtual models of the mandibular arch and of the mandibular marker, the matching of the digital model of the mandibular marker with the marker, and of the virtual model of the mandibular arch with said arch, and the location of the virtual model of the mandibular arch in the first frame of reference,
- l’acquisition d’un modèle numérique non radiographique du visage du patient, et- the acquisition of a non-radiographic digital model of the patient's face, and
- la localisation du modèle numérique du visage dans le premier référentiel, de sorte à recaler les modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec ledit modèle numérique du visage. - the location of the digital model of the face in the first frame of reference, so as to register the virtual models of the maxillary and mandibular arches with said digital model of the face.
Par « fourniture » on entend dans le présent texte l’obtention de modèles virtuels préexistants ou bien la création desdits modèles virtuels. By "supply" is meant in this text the obtaining of pre-existing virtual models or the creation of said virtual models.
De préférence, le procédé comprend en outre la mise en correspondance du modèle virtuel de l’arcade maxillaire avec le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire dans une position déterminée d’engrènement desdites arcades, par exemple une occlusion d’intercuspidie maximale. Preferably, the method further comprises matching the virtual model of the maxillary arch with the virtual model of the mandibular arch in a determined position of engagement of said arches, for example a maximum intercuspid occlusion.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre l’affichage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire superposés au modèle numérique du visage du patient. In some embodiments, the method further includes displaying the virtual models of the maxillary and mandibular arches superimposed on the digital model of the patient's face.
Dans certains modes de réalisation, l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend la mise en correspondance du modèle virtuel du marqueur frontal avec le marqueur frontal visible sur ledit modèle virtuel du visage. In certain embodiments, the acquisition of the digital model of the patient's face is performed on the patient wearing a frontal marker rigidly secured to the forehead, a virtual model of said frontal marker being provided, and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital face model comprises matching the virtual model of the forehead marker with the forehead marker visible on said virtual model of the face.
Dans certains modes de réalisation, le modèle numérique du visage du patient est texturé, de sorte que des points tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques sont visibles sur ledit modèle numérique texturé, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage de points par un stylet suivi par un même dispositif de localisation qu’un marqueur équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdits points et/ou caractéristiques anatomiques pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient. In some embodiments, the digital model of the patient's face is textured, so that points plotted on the patient's face and / or anatomical features are visible on said digital textured model, and the registration of the virtual models of the maxillary arches and mandibular with the digital model of the face comprises the pointing of points by a stylus followed by the same localization device as a marker fitted to the patient's face, and the matching of said points and / or anatomical characteristics pointed out and visible points on the digital model of the patient's face.
Dans certains modes de réalisation, l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, des points préalablement tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques étant visibles sur le modèle numérique du visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdits points par un stylet suivi par un même dispositif de localisation que le marqueur frontal, et la mise en correspondance desdits points pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient. In certain embodiments, the acquisition of the digital model of the patient's face is carried out on the patient wearing a frontal marker rigidly secured to the forehead, a virtual model of said frontal marker being provided, points previously drawn on the forehead. face of the patient and / or anatomical features being visible on the digital model of the patient's face, and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the pointing of said points by a stylus followed by the same device location as the frontal marker, and the mapping of said pointed points and points visible on the digital model of the patient's face.
Dans certains modes de réalisation, le modèle numérique du visage du patient est non texturé, et dans lequel, lors de l’acquisition du modèle numérique du visage, des formes géométriques reconnaissables sont fixées sur le visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdites formes géométriques par un stylet suivi par un même dispositif de localisation qu’un marqueur équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdites formes géométriques pointées et des formes géométriques détectables sur le modèle numérique du visage du patient. In some embodiments, the digital model of the patient's face is untextured, and in which, upon acquiring the digital model of the face, recognizable geometric shapes are attached to the patient's face, and the registration of the virtual models. of the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the pointing of said geometric shapes by a stylus followed by the same localization device as a marker fitted to the patient's face, and the matching of said pointed geometric shapes and geometric shapes detectable on the digital model of the patient's face.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows, with reference to the accompanying drawings in which:
- la figure 1 est une vue en perspective d’un dispositif de fixation mandibulaire équipé d’un marqueur de localisation, - Figure 1 is a perspective view of a mandibular fixation device equipped with a location marker,
- la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de fixation mandibulaire de la figure 1 en l’absence du marqueur de localisation, - Figure 2 is a perspective view of the mandibular fixation device of Figure 1 in the absence of the location marker,
- la figure 3 est un schéma de principe de la numérisation de l’arcade mandibulaire et d’une partie du marqueur mandibulaire au moyen d’un scanner intra-oral ; - Figure 3 is a block diagram of the scanning of the mandibular arch and part of the mandibular marker using an intraoral scanner;
- la figure 4A est une vue d’un modèle virtuel d’un marqueur frontal et de modèles virtuels des arcades dentaires, - Figure 4A is a view of a virtual model of a frontal marker and virtual models of dental arches,
- la figure 4B est une vue d’un modèle numérique du visage d’un individu portant le marqueur frontal de la figure 4A, - Figure 4B is a view of a digital model of the face of an individual wearing the forehead marker of Figure 4A,
- la figure 4C est une vue de la superposition des modèles virtuels des arcades dentaires et du modèle virtuel du marqueur frontal de la figure 4A sur le modèle numérique du visage de l’individu, - Figure 4C is a view of the superposition of the virtual models of the dental arches and the virtual model of the frontal marker of Figure 4A on the digital model of the individual's face,
- la figure 5A est un schéma d’un autre principe de recalage des modèles numériques des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage, - Figure 5A is a diagram of another principle of registration of the digital models of the dental arches with the digital model of the face,
- la figure 5B est une vue de la superposition des modèles virtuels des arcades dentaires sur le modèle numérique du visage de l’individu à l’issue du recalage de la figure 5A. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION FIG. 5B is a view of the superposition of the virtual models of the dental arches on the digital model of the face of the individual after the registration of FIG. 5A. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
L’invention propose d’utiliser d’une part un scanner intra-oral - ou une caméra extrabuccale dans une forme d’exécution alternative - pour scanner simultanément la surface des dents d’une arcade dentaire et au moins une partie d’un marqueur fixé sur ladite arcade ou une partie du dispositif de fixation du marqueur sur l’arcade le cas échéant, et d’autre part un dispositif de numérisation du visage de l’individu. Le résultat de ces opérations est un enregistrement numérique d’au moins une partie de l’arcade et d’au moins une partie du marqueur, dans un même référentiel qui est celui du scanner intra-oral, ainsi qu’un enregistrement numérique de la surface du visage. Comme décrit en détail plus bas, ces enregistrements permettent de recaler les modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage du patient par l’intermédiaire du référentiel associé au marqueur. The invention proposes to use on the one hand an intraoral scanner - or an extraoral camera in an alternative embodiment - to simultaneously scan the surface of the teeth of a dental arch and at least part of a marker. attached to said arch or part of the device for fixing the marker to the arch, if applicable, and on the other hand a device for scanning the face of the individual. The result of these operations is a digital recording of at least part of the arch and of at least part of the marker, in the same repository which is that of the intraoral scanner, as well as a digital recording of the face surface. As described in detail below, these recordings make it possible to register the virtual models of the dental arches with the digital model of the patient's face via the repository associated with the marker.
Ce procédé de recalage est mis en oeuvre par un ordinateur qui comprend un processeur configuré pour mettre en oeuvre des algorithmes d’analyse d’image et de calcul de transformations rigides entre des modèles définis dans des repères différents. L’ordinateur comprend un écran couplé au processeur et configuré pour afficher les modèles virtuels des arcades dentaires ainsi que les autres images mises en oeuvre dans le procédé décrit ci- dessous. This registration method is implemented by a computer which includes a processor configured to implement algorithms for image analysis and for calculating rigid transformations between models defined in different marks. The computer includes a screen coupled to the processor and configured to display the virtual models of the dental arches as well as the other images implemented in the method described below.
Modèles virtuels des arcades dentaires Virtual models of dental arches
Les modèles virtuels des arcades dentaires peuvent être obtenus par toute technique non radiographique appropriée. Parmi les techniques les plus utilisées, on peut citer, de manière non limitative, la numérisation d’empreintes ou de modèles physiques (par exemple en plâtre ou en résine) des arcades du patient, au moyen d’un scanner de laboratoire, ou encore la numérisation directe dans la bouche du patient, au moyen d’un scanner intra-oral. Virtual models of dental arches can be obtained by any suitable non-radiographic technique. Among the most widely used techniques, we can cite, without limitation, the digitization of impressions or physical models (for example in plaster or in resin) of the patient's arches, using a laboratory scanner, or else direct scanning in the patient's mouth, using an intraoral scanner.
Lorsqu’une arcade est totalement ou partiellement édentée, il est connu d’y fixer un artifice prothétique, également appelé maquette d’occlusion, qui comprend une base recouvrant la surface d’appui prothétique et un bourrelet remplaçant les dents et l’os alvéolaire. Un modèle virtuel dudit artifice est obtenu à partir de son plan réalisé par conception assistée par ordinateur (CAO). Dans ce cas, le modèle virtuel de l’arcade dentaire est celui de l’arcade pourvue dudit artifice. When an arch is totally or partially edentulous, it is known to fix a prosthetic device, also called an occlusion model, which comprises a base covering the prosthetic bearing surface and a bead replacing the teeth and the alveolar bone . A virtual model of said device is obtained from its plan produced by computer-aided design (CAD). In this case, the virtual model of the dental arch is that of the arch provided with said device.
Quelle que soit la technique utilisée, la numérisation est effectuée pour chaque arcade prise séparément, et pour les deux arcades dentaires en situation d’engrènement. Dans cette situation d’engrènement, les deux arcades sont scannées dans le même référentiel, ce qui permet d’établir une relation entre les modèles virtuels des deux arcades. Regardless of the technique used, the scanning is performed for each arch taken separately, and for the two dental arches in meshing situation. In this meshing situation, the two arches are scanned in the same repository, which allows a relationship to be established between the virtual models of the two arches.
La création de ces modèles virtuels peut être effectuée avant la mise en oeuvre du procédé de recalage selon l’invention, ou concomitamment à celui-ci. The creation of these virtual models can be carried out before the implementation of the registration method according to the invention, or concomitantly with it.
Marqueurs Pour suivre les mouvements de l’arcade mandibulaire par rapport à l’arcade maxillaire, le patient est équipé au moins d’un marqueur mandibulaire, qui définit un repère attaché au visage du patient. Markers To follow the movements of the mandibular arch relative to the maxillary arch, the patient is equipped with at least one mandibular marker, which defines a landmark attached to the patient's face.
Selon un mode de réalisation, le patient est également équipé d’un marqueur maxillaire. De manière alternative à l’utilisation d’un marqueur maxillaire, le visage du patient lui-même peut être utilisé comme « marqueur » ; grâce à un algorithme de reconnaissance faciale, il est possible de suivre en temps réel par une caméra plusieurs éléments caractéristiques de la partie supérieure du visage, qui seront associés au modèle de l’arcade maxillaire. La partie supérieure du visage est en effet considérée comme suffisamment indéformable pour s’affranchir d’un marqueur en tant que tel. According to one embodiment, the patient is also equipped with a maxillary marker. As an alternative to using a jaw marker, the patient's face itself can be used as a "marker"; thanks to a facial recognition algorithm, it is possible to follow in real time by a camera several characteristic elements of the upper part of the face, which will be associated with the model of the maxillary arch. The upper part of the face is in fact considered to be sufficiently dimensionally stable to be free from a marker as such.
Selon un mode de réalisation, chaque marqueur comprend plusieurs pastilles réfléchissantes agencées selon une géométrie déterminée. Chaque marqueur est suivi par une caméra et le repérage de la position des pastilles permet de localiser le marqueur dans l’espace. According to one embodiment, each marker comprises several reflecting patches arranged according to a determined geometry. Each marker is tracked by a camera and locating the position of the pellets allows the marker to be located in space.
Selon d’autres modes de réalisation, les marqueurs peuvent comprendre des pastilles présentant un motif bicolore de géométrie connue, des diodes, des capteurs inertiels, etc. qui permettent également de localiser chaque marqueur dans l’espace au moyen d’un dispositif de localisation correspondant. L’homme du métier est en mesure de choisir le dispositif de localisation approprié et le(s) marqueur(s) associé(s) parmi les technologies présentes sur le marché. According to other embodiments, the markers can include pads having a two-color pattern of known geometry, diodes, inertial sensors, etc. which also allow each marker to be located in space by means of a corresponding locator device. Those skilled in the art are able to choose the appropriate location device and the associated marker (s) from the technologies present on the market.
Marqueur mandibulaire Mandibular marker
Le marqueur mandibulaire est attaché à la mandibule du patient de manière rigide, c’est- à-dire qu’il est fixé de sorte à ne pas se déplacer par rapport à la mandibule au cours de mouvements mandibulaires effectués par le patient. Le marqueur mandibulaire peut être attaché à l’arcade directement (le marqueur intégrant alors un moyen de fixation à l’arcade) ou par l’intermédiaire d’un dispositif de fixation dont il est solidaire. The mandibular marker is attached to the patient's mandible rigidly, that is, it is secured so that it does not move relative to the mandible during mandibular movements made by the patient. The mandibular marker can be attached to the arch directly (the marker then incorporating a means of attachment to the arch) or through an attachment device to which it is integral.
Le document WO 2018/158551 décrit un marqueur mandibulaire qui peut être utilisé dans la présente invention. WO 2018/158551 describes a mandibular marker which can be used in the present invention.
Dans l'exemple illustré sur la figure 1 , le marqueur 2 comprend quatre pastilles réfléchissantes 20, dont la taille et la position relative sont connues, détectables par une caméra infrarouge. La forme des pastilles n'est pas limitative. Ainsi, lesdites pastilles pourraient être remplacées par des éléments réfléchissants présentant toute autre forme appropriée, par exemple des billes. De manière alternative, les pastilles réfléchissantes pourraient être remplacées par une mire formée d'un motif bicolore de géométrie connue. Selon d'autres modes de réalisation, les pastilles réfléchissantes pourraient être remplacées par des diodes, des bobines électromagnétiques, ou tout autre moyen de localisation approprié, tel que des capteurs inertiels (IMU, acronyme du terme anglo-saxon « inertial measurement unit »), des accéléromètres, des gyroscopes, etc. Le marqueur 2 est attaché à l’arcade mandibulaire par l’intermédiaire d’un dispositif de fixation 1 sur lequel il est monté de manière amovible. Le dispositif 1 comprend : In the example illustrated in FIG. 1, the marker 2 comprises four reflecting patches 20, the size and relative position of which are known, detectable by an infrared camera. The shape of the pellets is not limiting. Thus, said pellets could be replaced by reflecting elements having any other suitable shape, for example balls. Alternatively, the reflecting patches could be replaced by a test pattern formed from a two-color pattern of known geometry. According to other embodiments, the reflecting pellets could be replaced by diodes, electromagnetic coils, or any other suitable localization means, such as inertial sensors (IMU, acronym for the English term “inertial measurement unit”) , accelerometers, gyroscopes, etc. The marker 2 is attached to the mandibular arch by means of a fixation device 1 on which it is removably mounted. Device 1 comprises:
- une partie intrabuccale 10 destinée à être maintenue contre la face externe des dents de la mâchoire inférieure (non représentées), - an intraoral part 10 intended to be held against the external face of the teeth of the lower jaw (not shown),
- une partie extrabuccale 12 (mieux visible sur la figure 2) comprenant un élément de fixation pour le marqueur 2, - an extraoral part 12 (better visible in FIG. 2) comprising a fixing element for the marker 2,
- une partie de liaison 1 1 permettant de raccorder la partie intrabuccale 10 à la partie extrabuccale 12. - A connecting part 1 1 for connecting the intraoral part 10 to the extraoral part 12.
De manière particulièrement avantageuse, l'ensemble des trois parties 10, 1 1 , 12 est formé d'un seul tenant, par moulage d'un matériau thermoplastique biocompatible. Particularly advantageously, all of the three parts 10, 1 1, 12 are formed in one piece, by molding a biocompatible thermoplastic material.
La partie intrabuccale 10 présente une forme générale de U. The intraoral part 10 has a general U shape.
Le matériau et l'épaisseur de la partie intrabuccale sont choisis pour présenter une certaine flexibilité dans un sens d'écartement ou de rapprochement des jambes du U dans leur plan. Ainsi, les deux jambes 100 peuvent être écartées par rapport à leur position initiale pour être insérées dans la bouche de l'individu sans frotter contre les dents ou les gencives, puis relâchées une fois qu'elles ont été correctement positionnées. The material and the thickness of the intraoral part are chosen to present a certain flexibility in a direction of separation or of approach of the legs of the U in their plane. Thus, the two legs 100 can be moved apart from their initial position to be inserted into the mouth of the individual without rubbing against the teeth or the gums, and then released once they have been correctly positioned.
Selon un mode de réalisation optionnel mais avantageux, l'extrémité des jambes du U est rendue sécable par la présence d'une ou plusieurs encoches 101 qui définissent un ou plusieurs segments détachables 102. Ainsi, on peut retirer un ou plusieurs desdits segments détachables jusqu'à obtenir une longueur des jambes 100 adaptée à la longueur de la mâchoire de l'individu. According to an optional but advantageous embodiment, the end of the legs of the U is made breakable by the presence of one or more notches 101 which define one or more detachable segments 102. Thus, one or more of said detachable segments can be removed until 'to obtain a length of the legs 100 adapted to the length of the jaw of the individual.
De manière avantageuse, la tenue mécanique de la partie intrabuccale 10 sur la mâchoire du patient est assurée au moins en partie par une colle biocompatible (non représentée) déposée entre la surface des dents et la face intérieure de la partie intrabuccale. Une telle colle biocompatible est fréquemment utilisée dans le domaine de la dentisterie. Advantageously, the mechanical strength of the intraoral part 10 on the patient's jaw is ensured at least in part by a biocompatible adhesive (not shown) deposited between the surface of the teeth and the inner face of the intraoral part. Such a biocompatible glue is frequently used in the field of dentistry.
Par ailleurs, la face intérieure 103 de la partie intrabuccale, c'est-à-dire la face destinée à venir en contact avec les dents, peut présenter une certaine rugosité. Par exemple, une pièce issue d'impression 3D (technique de frittage laser dite SLS, acronyme du terme anglo- saxon « Sélective Laser Sintering ») présente une rugosité appropriée. Dans le cas d'une pièce issue de moulage, le moule d'injection peut subir un traitement, par exemple un sablage ou un gravage chimique, lui conférant un état de surface non lisse. Cette rugosité permet d'améliorer la tenue mécanique de la colle vis-à-vis de la face intérieure 103. Furthermore, the inner face 103 of the intraoral part, that is to say the face intended to come into contact with the teeth, may have a certain roughness. For example, a part resulting from 3D printing (a so-called SLS laser sintering technique, acronym for the English term “Selective Laser Sintering”) has an appropriate roughness. In the case of a part resulting from molding, the injection mold can undergo a treatment, for example sandblasting or chemical etching, giving it a non-smooth surface state. This roughness makes it possible to improve the mechanical strength of the adhesive with respect to the inner face 103.
D'autre part, la face intérieure 103 de la partie intrabuccale peut être pourvue d'encoches 104. Lesdites encoches sont agencées de manière à se trouver en regard de parties en relief sur la surface externe des dents lorsque le dispositif est en place dans la bouche de l'individu. Les encoches 104 remplissent donc une fonction de blocage de la partie intrabuccale, notamment dans la direction antéro-postérieure, qui stabilisent le dispositif dans la bouche. De manière particulièrement avantageuse, la hauteur h de la partie intrabuccale est choisie suffisamment faible (typiquement inférieure à la hauteur moyenne des dents) afin de ne pas dépasser du plan formé par la surface supérieure des dents de la mâchoire inférieure lorsque le dispositif est en place dans la bouche de l'individu. Par exemple, la hauteur h est de l'ordre de 5 mm. On the other hand, the inner face 103 of the intraoral part can be provided with notches 104. Said notches are arranged so as to be located opposite parts in relief on the external surface of the teeth when the device is in place in the tooth. mouth of the individual. The notches 104 therefore fulfill a function of blocking the intraoral part, in particular in the anteroposterior direction, which stabilize the device in the mouth. Particularly advantageously, the height h of the intraoral part is chosen sufficiently low (typically less than the average height of the teeth) so as not to protrude from the plane formed by the upper surface of the teeth of the lower jaw when the device is in place. in the mouth of the individual. For example, the height h is of the order of 5 mm.
Ainsi, la partie intrabuccale n'interfère pas avec la cinématique mandibulaire (serrement des dents, mouvements de mastication et autres). Thus, the intraoral part does not interfere with the mandibular kinematics (teeth clenching, chewing movements and others).
La partie extrabuccale 12 présente quant à elle un élément de fixation 120 pour un marqueur. The extraoral part 12 has for its part a fixing element 120 for a marker.
Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, le marqueur 2 est fixé par encliquetage sur la partie extrabuccale 12. A cet effet, le marqueur mandibulaire 2 comprend, sur sa face intérieure (i.e. opposée aux pastilles réfléchissantes), deux ergots agencés l'un au-dessus de l'autre (en considérant la position du marqueur lorsqu'il est en place sur l'individu). L'élément de fixation 120 comprend deux logements 121 , 122 séparés par une languette élastique 123. Pour mettre en place le marqueur 2 sur le dispositif de fixation 1 , l'ergot supérieur est tout d'abord engagé dans le logement, puis l'ergot inférieur est engagé dans le logement 122, cet engagement entraînant une légère déformation de la languette 123 vers l'arrière (c'est-à-dire du côté opposé aux pastilles réfléchissantes). Le marqueur est donc maintenu sur la partie extrabuccale 12 par engagement des ergots dans les logements 121 , 122 et par un effort de pression exercé par la languette 123 déformée. In the example illustrated in FIGS. 1 and 2, the marker 2 is fixed by snap-fastening on the extraoral part 12. For this purpose, the mandibular marker 2 comprises, on its inner face (ie opposite the reflective patches), two arranged lugs. one above the other (considering the position of the marker when it is in place on the individual). The fixing element 120 comprises two housings 121, 122 separated by an elastic tongue 123. To place the marker 2 on the fixing device 1, the upper lug is first of all engaged in the housing, then the lower lug is engaged in the housing 122, this engagement causing a slight deformation of the tongue 123 towards the rear (that is to say on the side opposite the reflecting pads). The marker is therefore held on the extraoral part 12 by engagement of the lugs in the housings 121, 122 and by a pressure force exerted by the deformed tongue 123.
L'assemblage du marqueur 2 sur le dispositif de fixation est avantageusement effectué une fois que le dispositif de fixation a été mis en place dans la bouche du patient et fixé à l'aide de la colle biocompatible susmentionnée. Ainsi, le marqueur n'entrave pas cette opération de mise en place. L’effort nécessaire pour la mise en place du marqueur sur la partie extrabuccale est très faible, de sorte qu'il n'affecte pas la tenue mécanique du dispositif de fixation vis-à-vis de l’arcade mandibulaire. The assembly of the marker 2 on the fixation device is advantageously carried out once the fixation device has been placed in the patient's mouth and fixed using the aforementioned biocompatible glue. Thus, the marker does not hinder this positioning operation. The force required for the placement of the marker on the extraoral part is very low, so that it does not affect the mechanical strength of the fixation device vis-à-vis the mandibular arch.
La partie extrabuccale est conçue pour être suffisamment rigide pour supporter le poids dudit marqueur sans se déformer. The extraoral part is designed to be rigid enough to support the weight of said marker without deforming.
Selon un mode de réalisation moins préféré, le marqueur pourrait former partie intégrante de la partie extrabuccale. According to a less preferred embodiment, the marker could form an integral part of the extraoral part.
Lorsque le dispositif 1 est en place dans la bouche de l'individu, la partie extrabuccale 12 est avantageusement située en-dessous du plan des lèvres de l'individu (le marqueur 20 pouvant quant à lui dépasser de ce plan). When the device 1 is in place in the mouth of the individual, the extraoral part 12 is advantageously located below the plane of the lips of the individual (the marker 20 being able for its part to protrude from this plane).
Pour des raisons de stabilité du dispositif, celui-ci est sensiblement symétrique par rapport au plan antéro-postérieur de l'individu. For reasons of stability of the device, the latter is substantially symmetrical with respect to the antero-posterior plane of the individual.
La partie 1 1 de liaison entre les parties intrabuccale 10 et extrabuccale 12 se présente comme un pontet s'étendant à partir de la région centrale de la partie intrabuccale 10. Ce pontet présente une première section 1 10 s'étendant vers la mâchoire supérieure, une deuxième section 1 1 1 s'étendant au travers des lèvres et une troisième section 1 12 de raccordement à la partie extrabuccale 12. La forme et les dimensions de la partie de liaison sont choisies pour que, lorsque le dispositif est en place dans la bouche de l'individu, la deuxième section 1 1 1 s'étende au niveau du plan des lèves, sans exercer de pression sur les lèvres. Ainsi, le dispositif 1 reste immobile même en cas de déglutition. The part 11 of connection between the intraoral 10 and extraoral 12 parts is in the form of a bridge extending from the central region of the intraoral part 10. This bridge has a first section 1 10 extending towards the upper jaw, a second section 1 1 1 extending through the lips and a third section 1 12 for connection to the extraoral part 12. The shape and dimensions of the connecting part are chosen so that, when the device is in place in the mouth of the individual, the second section 1 1 1 extends to the level of the lift plane, without exerting pressure on the lips. Thus, the device 1 remains immobile even in the event of swallowing.
Par ailleurs, la partie de liaison 1 1 est conçue pour être suffisamment rigide pour ne pas se déformer lorsque le marqueur 20 est fixé à la partie extrabuccale 12. Furthermore, the connecting portion 1 1 is designed to be rigid enough not to deform when the marker 20 is attached to the extraoral portion 12.
Marqueur maxillaire Maxillary marker
Le marqueur maxillaire est attaché au maxillaire du patient ou à un autre élément de la face rigidement solidaire du maxillaire, par exemple le front. On parle dans ce dernier cas de marqueur frontal. The jaw marker is attached to the patient's jawbone or to another part of the face rigidly integral with the jawbone, for example the forehead. In the latter case, we speak of a frontal marker.
Le marqueur maxillaire ou frontal est de préférence basé sur la même technologie que le marqueur mandibulaire. Par exemple, le marqueur maxillaire comprend plusieurs pastilles réfléchissantes agencées selon un motif déterminé. The maxillary or frontal marker is preferably based on the same technology as the mandibular marker. For example, the jaw marker comprises several reflective patches arranged in a determined pattern.
Selon un mode de réalisation, le marqueur frontal se présente sous la forme d’une armature destinée à entourer le front du patient et adaptée pour s’appuyer sur les oreilles et sur l’arête nasale, ce qui la stabilise. According to one embodiment, the forehead marker is in the form of an armature intended to surround the patient's forehead and adapted to rest on the ears and on the nasal ridge, which stabilizes it.
Des modèles virtuels des marqueurs mandibulaire et maxillaire (et, le cas échéant, de leur dispositif de fixation si celui-ci se présente sous la forme d’un composant distinct) sont obtenus généralement à partir de leurs plans réalisés par conception assistée par ordinateur (CAO). Virtual models of the mandibular and maxillary markers (and, where applicable, their fixation device if this is in the form of a separate component) are generally obtained from their plans made by computer-aided design ( CAD).
Comme indiqué plus haut, il est possible de s’affranchir de l’utilisation d’un marqueur maxillaire ou frontal en utilisant un algorithme de reconnaissance faciale pour suivre les mouvements de la partie supérieure du visage du patient. As noted above, it is possible to dispense with the use of a jaw or forehead marker by using a facial recognition algorithm to track the movements of the patient's upper face.
Recalaqe des modèles virtuels des arcades dentaires avec un référentiel du patient Recalculation of virtual models of dental arches with a patient repository
Le recalage implique l’utilisation d’une caméra d’empreinte intrabuccale (également appelée scanner intra-oral) ou de tout autre système non radiographique intrabuccal adapté pour numériser la surface des dents d’une ou des deux arcades (et/ou, le cas échéant, d’un artifice prothétique rigidement lié à une arcade) de sorte à former des nuages de points ou des maillages. Registration involves the use of an intraoral impression camera (also called intraoral scanner) or any other suitable intraoral non-radiographic system to digitize the surface of the teeth of one or both arches (and / or, the where appropriate, a prosthetic device rigidly linked to an arch) so as to form point clouds or meshes.
Cependant, par rapport à l’utilisation habituelle d’un tel dispositif intrabuccal, où le praticien balaie uniquement la surface des dents en vue de créer un modèle virtuel de l’arcade correspondante, l’invention implique de balayer également au moins une partie du marqueur mandibulaire rigidement liée à l’arcade mandibulaire. However, compared to the usual use of such an intraoral device, where the practitioner only scans the surface of the teeth in order to create a virtual model of the corresponding arch, the invention involves also scanning at least part of the tooth. mandibular marker rigidly linked to the mandibular arch.
La figure 3 est un schéma de principe de cette opération, avec un marqueur mandibulaire 2 et un dispositif 1 de fixation mandibulaire du marqueur tels que décrits en référence aux figures 1 et 2. La caméra d’empreinte intrabuccale C est introduite dans la bouche du patient, l’arcade mandibulaire étant préalablement équipée du marqueur mandibulaire 2. Le praticien balaie avec la caméra C la surface des dents de l’arcade mandibulaire et, le cas échéant, de l’artifice prothétique susmentionné, par exemple selon le mouvement schématisé par la flèche S1 . FIG. 3 is a block diagram of this operation, with a mandibular marker 2 and a device 1 for mandibular fixation of the marker as described with reference to FIGS. 1 and 2. The intraoral impression camera C is introduced into the mouth of the patient. patient, the mandibular arch having previously been equipped with the mandibular marker 2. The practitioner scans with the camera C the surface of the teeth of the mandibular arch and, where appropriate, of the above-mentioned prosthetic device, for example according to the movement shown schematically by the arrow S1.
Le praticien effectue également un balayage avec la caméra C de la partie de liaison 1 1 , schématisé par la flèche S2. La zone balayée est entourée par des pointillés. The practitioner also performs a scan with the camera C of the connection part 1 1, shown schematically by the arrow S2. The scanned area is surrounded by dotted lines.
On obtient donc un enregistrement numérique sous la forme d’un nuage de points ou un maillage comprenant non seulement au moins une partie de la surface des dents et/ou d’un artifice prothétique solidaire de l’arcade mais aussi la partie de liaison 1 1 , dans un même référentiel. A digital recording is therefore obtained in the form of a cloud of points or a mesh comprising not only at least part of the surface of the teeth and / or of a prosthetic device secured to the arch but also the connecting part 1 1, in the same repository.
Connaissant la géométrie de cette partie de liaison 1 1 , notamment par le modèle CAO du dispositif de fixation, le marqueur peut être mis en correspondance avec son modèle virtuel par corrélation de la forme de la partie de liaison 1 1 sur le scan intra-oral et sur le modèle virtuel. Knowing the geometry of this connecting part 1 1, in particular by the CAD model of the fixing device, the marker can be matched with its virtual model by correlation of the shape of the connecting part 11 on the intraoral scan and on the virtual model.
De même, l’arcade dentaire peut être mise en correspondance avec son modèle virtuel par corrélation de la surface des dents sur le scan intra-oral et sur le modèle virtuel. Dans le cas où un artifice prothétique est solidaire de l’arcade, la connaissance du modèle virtuel dudit artifice permet de déterminer l’emplacement de la gencive édentée. Likewise, the dental arch can be mapped to its virtual model by correlating the tooth surface on the intraoral scan and on the virtual model. In the event that a prosthetic device is integral with the arch, knowledge of the virtual model of said device makes it possible to determine the location of the edentulous gum.
L’arcade mandibulaire et le marqueur mandibulaire (ou tout au moins la partie de liaison 1 1 ) ayant été scannés dans le même référentiel par le scanner intra-oral, le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire peut être localisé dans le repère du marqueur mandibulaire, qui définit le repère du patient attaché à l’arcade mandibulaire. The mandibular arch and the mandibular marker (or at least the connecting part 1 1) having been scanned in the same frame of reference by the intraoral scanner, the virtual model of the mandibular arch can be located in the marker of the marker mandibular, which defines the patient's landmark attached to the mandibular arch.
La numérisation complète du marqueur n’est pas nécessaire dès lors qu’une partie non déformable suffisante est numérisée et peut être corrélée avec le modèle virtuel de ladite partie. La corrélation est d’autant plus robuste que la partie numérisée présente des caractéristiques géométriques spécifiques. Dans ce cadre, il est indifférent que le marqueur soit d’un seul tenant ou non avec le dispositif de fixation, dès lors que la partie balayée par le scanner intra-oral est suffisamment rigide. Par extension, dans le présent texte, l’expression « numérisation d’au moins une partie rigide du marqueur » couvre la numérisation d’une partie rigide du dispositif de fixation sur lequel le marqueur est attaché rigidement et de manière reproductible. The complete digitization of the marker is not necessary since a sufficient non-deformable part is scanned and can be correlated with the virtual model of said part. The correlation is all the more robust as the digitized part has specific geometric characteristics. In this context, it is irrelevant whether the marker is integral with the fixing device or not, as long as the part scanned by the intraoral scanner is sufficiently rigid. By extension, in this text, the expression "digitization of at least a rigid part of the marker" covers the digitization of a rigid part of the fastening device to which the marker is rigidly and reproducibly attached.
Dans le cas où le marqueur mandibulaire est formé d’un seul tenant avec le dispositif de fixation mandibulaire, il comprend une partie intrabuccale déformable pour s’adapter à la morphologie du patient et une partie non déformable pourvue de pastilles réfléchissantes ou d’autres objets détectables. Le scan intra-oral doit alors porter sur une partie suffisante de la partie non déformable. En revanche, la partie intrabuccale n’est en principe pas suffisante pour effectuer le recalage car elle est trop déformable. In the case where the mandibular marker is formed integrally with the mandibular fixation device, it comprises a deformable intraoral part to adapt to the morphology of the patient and a non-deformable part provided with reflective patches or other objects. detectable. The intra-oral scan must then cover a sufficient part of the non-deformable part. On the other hand, the intraoral part is in principle not sufficient to carry out the registration because it is too deformable.
Selon une forme d’exécution particulière, la création du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire peut être effectuée pendant ladite opération de scan intra-oral ; on obtient ainsi en une seule étape le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire et l’information nécessaire au recalage. Cependant, la présence du marqueur mandibulaire masque une partie de la surface des dents et est donc susceptible de diminuer la précision du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire. According to a particular embodiment, the creation of the virtual model of the mandibular arch can be carried out during said intraoral scanning operation; we thus obtain in a single step the virtual model of the mandibular arch and the information necessary for registration. However, the presence of the mandibular marker masks part of the surface of the teeth and is therefore likely to reduce the precision of the virtual model of the mandibular arch.
De manière alternative à l’utilisation d’un scanner intra-oral, la numérisation de la surface d’une partie des dents et d’une partie suffisante du marqueur mandibulaire peut être effectuée à l’aide d’une caméra non radiographique extra-orale. Ladite caméra extra-orale effectue une acquisition tridimensionnelle de la forme générale du marqueur mandibulaire et des dents visibles de l’arcade mandibulaire, dans un même référentiel. Les modèles virtuels, plus précis, du marqueur mandibulaire et de l’arcade mandibulaire peuvent alors être mis en correspondance selon le même principe qu’exposé ci-dessus. As an alternative to the use of an intraoral scanner, the scanning of the surface of part of the teeth and of a sufficient part of the mandibular marker can be carried out using an extra-radiographic camera. oral. Said extraoral camera performs a three-dimensional acquisition of the general shape of the mandibular marker and of the teeth visible from the mandibular arch, in the same frame of reference. The virtual models, more precise, of the mandibular marker and the mandibular arch can then be matched according to the same principle as explained above.
Une autre technique pour acquérir simultanément, dans un même référentiel, la forme tridimensionnelle d’une partie du marqueur mandibulaire et d’une partie de l’arcade mandibulaire est la photogrammétrie. De manière connue en elle-même, cette technique non radiographique consiste à prendre des photographies sous différents angles où les dents et le marqueur sont visibles. A partir de cette série de photographies, la géométrie du marqueur est reconnue ainsi que celle de l’arcade mandibulaire. Another technique for simultaneously acquiring, in the same frame of reference, the three-dimensional shape of part of the mandibular marker and part of the mandibular arch is photogrammetry. In a manner known in itself, this non-radiographic technique consists in taking photographs from different angles where the teeth and the marker are visible. From this series of photographs, the geometry of the marker is recognized as well as that of the mandibular arch.
Le même procédé de recalage peut être appliqué pour localiser le modèle virtuel de l’arcade maxillaire dans le repère d’un marqueur maxillaire ou frontal. Dans le cas d’un marqueur maxillaire (par exemple du même type que le marqueur mandibulaire avec un dispositif de fixation comprenant une partie intrabuccale présentant une forme générale de U), le scanner intra-oral est utilisé pour numériser simultanément au moins une partie de la surface des dents (et/ou d’un artifice prothétique tel que décrit précédemment) de l’arcade maxillaire et une partie rigide suffisante du marqueur mandibulaire ou de son dispositif de fixation). Dans le cas d’un marqueur frontal, la caméra extra-orale est utilisée pour numériser simultanément au moins une partie de la surface des dents (et/ou d’un artifice prothétique tel que décrit précédemment) de l’arcade maxillaire et le marqueur frontal. The same registration process can be applied to locate the virtual model of the maxillary arch in the frame of a maxillary or frontal marker. In the case of a maxillary marker (for example of the same type as the mandibular marker with a fixation device comprising an intraoral part having a general U shape), the intraoral scanner is used to simultaneously digitize at least part of the body. the surface of the teeth (and / or of a prosthetic device as described above) of the maxillary arch and a sufficient rigid part of the mandibular marker or of its fixing device). In the case of a frontal marker, the extraoral camera is used to simultaneously digitize at least part of the surface of the teeth (and / or of a prosthetic device as described previously) of the maxillary arch and the marker frontal.
Selon un autre mode de réalisation, un marqueur est rigidement lié au front du patient et définit ainsi un repère de l’arcade maxillaire. En plaçant le patient dans une position connue d’engrènement des arcades (généralement l’occlusion d’intercuspidie maximale (OIM)), qui est celle utilisée lors de la création des modèles virtuels des arcades, le modèle de l’arcade maxillaire est rapporté en regard de l’arcade mandibulaire. Dans cette situation, la position du marqueur maxillaire par rapport au marqueur mandibulaire est connue grâce à un enregistrement effectué par la caméra extra-orale. Le modèle de l’arcade maxillaire peut donc être associé au marqueur maxillaire. On associe alors l’ensemble des points, axes et plans de référence du patient aux modèles virtuels des arcades. Numérisation du visage du patient According to another embodiment, a marker is rigidly linked to the patient's forehead and thus defines a mark of the maxillary arch. By placing the patient in a known arch-mesh position (usually the maximum intercuspid occlusion (MIO)), which is the one used when creating the virtual arch models, the maxillary arch model is reported. next to the mandibular arch. In this situation, the position of the maxillary marker relative to the mandibular marker is known thanks to a recording made by the extraoral camera. The maxillary arch model can therefore be associated with the maxillary marker. All the points, axes and reference planes of the patient are then associated with the virtual models of the arches. Patient face scan
Un modèle numérique tridimensionnel du visage du patient est typiquement obtenu par numérisation du visage du patient en trois dimensions. Selon la technique de numérisation utilisée, ce modèle peut comprendre ou non une texture du visage (en particulier des couleurs). A three-dimensional digital model of the patient's face is typically obtained by scanning the patient's face in three dimensions. Depending on the digitization technique used, this model may or may not include a texture of the face (in particular colors).
Cette numérisation peut être réalisée au moyen des techniques suivantes : stéréoscopie, photogrammétrie, balayage laser associé ou non à un capteur de détection de couleurs (RGB, acronyme du terme anglo-saxon « Red, Green, Blue »), lumière structurée et/ou mesure en temps de vol (TOF, acronyme du terme anglo-saxon « Time Of Flight »). This digitization can be carried out by means of the following techniques: stereoscopy, photogrammetry, laser scanning associated or not with a color detection sensor (RGB, acronym of the English term “Red, Green, Blue”), structured light and / or measurement in time of flight (TOF, acronym of the Anglo-Saxon term "Time Of Flight").
Lors de cette numérisation, le patient peut être équipé d’un marqueur maxillaire ou frontal tel que mentionné plus haut. During this scan, the patient can be equipped with a maxillary or frontal marker as mentioned above.
Recalaqe des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage du patient Recalaqe virtual models of dental arches with the digital model of the patient's face
Le recalage des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage du patient met en oeuvre le référentiel du patient mentionné plus haut. The registration of the virtual models of the dental arches with the digital model of the patient's face uses the aforementioned patient frame of reference.
Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 4A à 4C, le marqueur de l’arcade maxillaire est agencé sur le front du patient lors de la numérisation du visage du patient. Dans ce mode de réalisation, ce marqueur 3 comprend des pastilles réfléchissantes 30 agencées selon une géométrie connue (cf. figure 4A), mais, comme indiqué plus haut pour le marqueur mandibulaire, d’autres techniques de localisation pourraient être utilisées. Le modèle virtuel du marqueur 3 est obtenu par exemple par son plan CAO. According to an embodiment illustrated in Figures 4A to 4C, the maxillary arch marker is arranged on the patient's forehead when scanning the patient's face. In this embodiment, this marker 3 comprises reflective patches 30 arranged according to a known geometry (cf. FIG. 4A), but, as indicated above for the mandibular marker, other localization techniques could be used. The virtual model of the marker 3 is obtained for example by its CAD plan.
Les modèles virtuels M des arcades dentaires sont par ailleurs obtenus par une des techniques mentionnées plus haut. The virtual models M of the dental arches are moreover obtained by one of the techniques mentioned above.
Comme illustré sur la figure 4B, le marqueur 3 est repérable sur le modèle numérique du visage du patient. Il est donc possible de mettre en correspondance ce modèle du visage du patient avec le modèle virtuel du marqueur 3. As illustrated in FIG. 4B, the marker 3 can be found on the digital model of the patient's face. It is therefore possible to match this model of the patient's face with the virtual model of marker 3.
Comme illustré sur la figure 4C, les modèles virtuels M des arcades dentaires ayant été mis au préalable en correspondance avec le modèle virtuel du marqueur frontal grâce à l’un des procédés décrits précédemment, il est alors possible de corréler lesdits modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle 3D du visage du patient, et d’afficher lesdits modèles M superposés au modèle du visage du patient. As illustrated in FIG. 4C, the virtual models M of the dental arches having been matched beforehand with the virtual model of the frontal marker thanks to one of the methods described above, it is then possible to correlate said virtual models of the dental arches with the 3D model of the patient's face, and displaying said M models superimposed on the model of the patient's face.
Eventuellement, un modèle numérique du visage du patient peut être généré alors que le patient ne porte pas le marqueur frontal, et est mis en correspondance avec le modèle numérique du visage du patient portant le marqueur frontal par reconnaissance des formes des maillages des deux modèles. Par suite, les modèles virtuels des arcades dentaires peuvent être affichés sur le modèle du visage du patient dépourvu du marqueur frontal. Optionally, a digital model of the patient's face can be generated while the patient is not wearing the forehead marker, and is matched to the digital model of the patient's face wearing the forehead marker by recognition of the mesh shapes of the two models. As a result, the virtual models of the dental arches can be displayed on the model of the patient's face without the frontal marker.
Ainsi, il est possible de visualiser les arcades dentaires quelle que soit la position de la bouche du patient. En particulier, cette mise en correspondance peut être effectuée même si aucune dent n’est visible sur l’image du visage du patient. Par ailleurs, cette solution permet de pallier le défaut de résolution de certains modèles numériques du visage, qui ne permettent pas de discerner la forme des dents même lors du sourire, et ainsi permettre une corrélation des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage. Thus, it is possible to visualize the dental arches regardless of the position of the patient's mouth. In particular, this matching can be performed even if no tooth is visible in the image of the patient's face. In addition, this solution allows to overcome the lack of resolution of certain digital models of the face, which do not make it possible to discern the shape of the teeth even when smiling, and thus allow a correlation of the virtual models of the dental arches with the digital model of the face.
Selon un mode de réalisation pouvant être mis en oeuvre avec un modèle numérique texturé du visage, en alternative à l’utilisation du marqueur frontal ou en association avec celui- ci, le recalage peut être réalisé à l’aide de points tracés sur le visage du patient ou placés sur le visage sous forme d’autocollants, et/ou de caractéristiques anatomiques du visage, telles que des grains de beauté, des cicatrices, etc. Ces points ou caractéristiques sont visibles également sur la texture du modèle numérique du visage. Le praticien utilise alors un stylet tel que décrit dans la partie introductive du présent texte, et pointe à l’aide du stylet les différents points ou caractéristiques identifiés. Chaque action de pointage par le stylet génère un point correspondant dans l’espace sous la forme d’une sphère. Le stylet étant repéré par la caméra en même temps que le marqueur frontal, la position des sphères est déterminée dans le repère du marqueur frontal. According to one embodiment that can be implemented with a textured digital model of the face, as an alternative to the use of the frontal marker or in association with it, the registration can be carried out using points drawn on the face. of the patient or placed on the face in the form of stickers, and / or anatomical features of the face, such as moles, scars, etc. These points or features are also visible on the texture of the digital model of the face. The practitioner then uses a stylus as described in the introductory part of this text, and points with the stylus to the various points or characteristics identified. Each stylus pointing action generates a corresponding point in space in the form of a sphere. The stylus being marked by the camera at the same time as the front marker, the position of the spheres is determined in the frame of the front marker.
Eventuellement, le recalage entre le modèle du visage et les modèles virtuels des arcades dentaires peut être réalisé uniquement à l’aide des points et caractéristiques anatomiques du visage, sans repérage du marqueur frontal sur le modèle du visage. Dans ce cas, le patient est équipé d’un marqueur mandibulaire pour l’opération de recalage de l’arcade mandibulaire avec le marqueur mandibulaire, comme décrit précédemment. Le pointage des points et/ou caractéristiques anatomiques du patient est alors effectué à l’aide du stylet comme expliqué précédemment. Ce pointage permet de mettre en correspondance les sphères générées par chaque action de pointage du stylet et les repères associés aux marqueurs mandibulaire et maxillaire. Avant ou après cette opération, la numérisation du visage du patient est par ailleurs effectuée, sans aucun marqueur sur le patient, de sorte à générer un modèle numérique texturé du visage. Les points ou caractéristiques anatomiques pointés à l’aide du stylet étant visibles sur ledit modèle numérique texturé, et corrélés aux modèles virtuels de l’arcade mandibulaire et de l’arcade maxillaire, on peut ainsi mettre en correspondance les modèles virtuels de l’arcade mandibulaire et de l’arcade maxillaire et le modèle numérique du visage. Optionally, the registration between the facial model and the virtual models of the dental arches can be performed only using the points and anatomical features of the face, without locating the frontal marker on the facial model. In this case, the patient is equipped with a mandibular marker for the operation of registering the mandibular arch with the mandibular marker, as previously described. The pointing of the points and / or anatomical characteristics of the patient is then performed using the stylus as explained previously. This pointing makes it possible to match the spheres generated by each pointing action of the stylus with the marks associated with the mandibular and maxillary markers. Before or after this operation, the patient's face is also digitized, without any marker on the patient, so as to generate a textured digital model of the face. The points or anatomical features pointed using the stylus being visible on said textured digital model, and correlated with the virtual models of the mandibular arch and of the maxillary arch, it is thus possible to match the virtual models of the arch. mandibular and maxillary arch and digital model of the face.
Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 5A et 5B. This embodiment is illustrated in Figures 5A and 5B.
Comme illustré dans la partie supérieure de la figure 5A, le patient est équipé du marqueur mandibulaire et du marqueur frontal 3 pour l’acquisition de la cinématique mandibulaire. As illustrated in the upper part of Figure 5A, the patient is equipped with the mandibular marker and the frontal marker 3 for the acquisition of mandibular kinematics.
Le modèle numérique du visage du patient (dont on voit les côtés à gauche et à droite de la figure 5A), est obtenu alors que le patient ne porte ni le marqueur mandibulaire ni le marqueur frontal. Cependant, des points de couleur P1 -P4 situés au niveau de points anatomiques caractéristiques du visage, tels que respectivement les deux condyles, le sommet du nez et l’intervalle entre la base du nez et la lèvre supérieure, sont visibles sur le modèle numérique en couleur. The digital model of the patient's face (the sides of which can be seen on the left and on the right in FIG. 5A), is obtained while the patient is not wearing either the mandibular marker or the frontal marker. However, points of color P1 -P4 located at the level of anatomical points characteristic of the face, such as respectively the two condyles, the top of the nose and the gap between the base of the nose and the upper lip are visible on the digital color model.
La mise en correspondance des modèles est rendue possible grâce au pointage de ces mêmes points P1 -P4 avec le stylet 4 lorsque le patient est équipé du marqueur mandibulaire et du marqueur frontal. The matching of the models is made possible by pointing these same points P1 -P4 with the stylet 4 when the patient is equipped with the mandibular marker and the frontal marker.
Ces points définissent un référentiel du patient RP qui est commun aux modèles virtuels des arcades dentaires et au modèle numérique du visage. These points define a reference frame of the patient RP which is common to the virtual models of the dental arches and to the digital model of the face.
La figure 5B illustre le résultat du recalage, permettant une superposition des modèles virtuels des arcades dentaires sur le modèle numérique du visage du patient. FIG. 5B illustrates the result of the registration, allowing a superposition of the virtual models of the dental arches on the digital model of the patient's face.
Dans le cas où le modèle numérique du visage n’est pas texturé, il est possible de fixer sur le visage du patient, avant la numérisation du visage, des formes géométriques reconnaissables par un algorithme de traitement d’image. De manière avantageuse, ces formes géométriques comprennent un emplacement adapté pour le stylet, par exemple un creux de dimension adaptée pour recevoir la pointe du stylet. In the event that the digital model of the face is not textured, it is possible to fix on the patient's face, before scanning the face, geometric shapes recognizable by an image processing algorithm. Advantageously, these geometric shapes include a suitable location for the stylus, for example a hollow of suitable size to receive the tip of the stylus.
La mise en correspondance des modèles est alors rendue possible grâce au pointage de ces emplacement avec le stylet lorsque le patient est équipé du marqueur mandibulaire et du marqueur frontal. Model matching is then made possible by pointing to these locations with the stylet when the patient is equipped with the mandibular marker and the forehead marker.
La combinaison du repérage du marqueur frontal sur le modèle numérique du visage et le pointage des points ou caractéristiques anatomiques permet d’augmenter la robustesse du procédé de recalage entre les modèles virtuels des arcades et le modèle numérique du visage. En particulier, le visage étant moins rigide que les arcades dentaires, à cause de la mobilité des muscles ou de l’enfoncement de la peau lors de l’application du stylet, il peut y avoir des différences entre le modèle numérique du visage avec et sans marqueur. The combination of the registration of the forehead marker on the digital model of the face and the pointing of points or anatomical features increases the robustness of the registration process between the virtual models of the arches and the digital model of the face. In particular, since the face is less rigid than the dental arches, due to the mobility of the muscles or the depression of the skin during the application of the stylet, there may be differences between the digital model of the face with and without marker.
Naturellement, les représentations des marqueurs sur les figures annexées sont données uniquement à titre d’illustration et l’homme du métier pourra choisir toute autre forme de marqueur présentant une partie rigide adaptée au procédé de recalage décrit plus haut. Naturally, the representations of the markers in the appended figures are given only by way of illustration and a person skilled in the art can choose any other form of marker having a rigid part suitable for the registration process described above.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de recalage de modèles virtuels non radiographiques d’une arcade mandibulaire et d’une arcade maxillaire d’un individu avec un modèle numérique non radiographique du visage dudit individu, caractérisé en ce qu’il comprend : 1. Method for registering non-radiographic virtual models of a mandibular arch and of a maxillary arch of an individual with a non-radiographic digital model of the face of said individual, characterized in that it comprises:
- la fixation d’un marqueur mandibulaire de manière rigide sur l’arcade mandibulaire de l’individu, ledit marqueur mandibulaire définissant un premier référentiel, - the fixation of a mandibular marker rigidly on the mandibular arch of the individual, said mandibular marker defining a first frame of reference,
- la fourniture d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade mandibulaire et d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade maxillaire, - the supply of a virtual non-radiographic model of the mandibular arch and a virtual non-radiographic model of the maxillary arch,
- la numérisation d’au moins une partie de la surface des dents ou d’un artifice prothétique solidaire de ladite arcade et d’au moins une partie rigide dudit marqueur au moyen d’une caméra intra ou extra-buccale, de sorte à produire un enregistrement numérique desdites parties de l’arcade mandibulaire et du marqueur dans un même second référentiel, - the digitization of at least part of the surface of the teeth or of a prosthetic device secured to said arch and of at least a rigid part of said marker by means of an intra or extra-oral camera, so as to produce a digital recording of said parts of the mandibular arch and of the marker in the same second repository,
- à partir dudit enregistrement et des modèles virtuels de l’arcade mandibulaire et du marqueur mandibulaire, la mise en correspondance du modèle numérique du marqueur mandibulaire avec le marqueur, et du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire avec ladite arcade, et la localisation du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire dans le premier référentiel,- from said recording and virtual models of the mandibular arch and of the mandibular marker, the matching of the digital model of the mandibular marker with the marker, and of the virtual model of the mandibular arch with said arch, and the location of the virtual model of the mandibular arch in the first frame of reference,
- l’acquisition d’un modèle numérique non radiographique du visage du patient, et- the acquisition of a non-radiographic digital model of the patient's face, and
- la localisation du modèle numérique du visage dans le premier référentiel, de sorte à recaler les modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec ledit modèle numérique du visage. - the location of the digital model of the face in the first frame of reference, so as to register the virtual models of the maxillary and mandibular arches with said digital model of the face.
2. Procédé selon la revendication 1 , comprenant en outre la mise en correspondance du modèle virtuel de l’arcade maxillaire avec le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire dans une position déterminée d’engrènement desdites arcades. 2. The method of claim 1, further comprising matching the virtual model of the maxillary arch with the virtual model of the mandibular arch in a determined position of engagement of said arches.
3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant l’affichage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire superposés au modèle numérique du visage du patient. 3. Method according to one of claims 1 or 2, comprising displaying the virtual models of the maxillary and mandibular arches superimposed on the digital model of the patient's face.
4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal (3) rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend la mise en correspondance du modèle virtuel du marqueur frontal avec le marqueur frontal visible sur ledit modèle virtuel du visage. 4. Method according to one of claims 1 to 3, wherein the acquisition of the digital model of the patient's face is carried out on the patient carrying a frontal marker (3) rigidly secured to the forehead, a virtual model of said frontal marker being provided. , and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the matching of the virtual model of the frontal marker with the frontal marker visible on said virtual model of the face.
5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le modèle numérique du visage du patient est texturé, de sorte que des points tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques sont visibles sur ledit modèle numérique texturé, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage de points par un stylet suivi (4) par un même dispositif de localisation qu’un marqueur (1 , 3) équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdits points et/ou caractéristiques anatomiques pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient. 5. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the digital model of the patient's face is textured, so that points plotted on the patient's face and / or anatomical features are visible on said digital textured model, and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the pointing of points by a stylus followed (4) by the same localization device as a marker (1, 3) fitted to the patient's face, and matching said pointed points and / or anatomical features to points visible on the digital model of the patient's face.
6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, des points préalablement tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques étant visibles sur le modèle numérique du visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdits points par un stylet suivi par un même dispositif de localisation que le marqueur frontal, et la mise en correspondance desdits points pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient. 6. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the acquisition of the digital model of the patient's face is performed on the patient carrying a frontal marker rigidly secured to the forehead, a virtual model of said frontal marker being provided, points previously drawn on the patient's face and / or anatomical features being visible on the digital model of the patient's face, and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the pointing of said points by a followed stylus by the same localization device as the frontal marker, and the matching of said pointed points and points visible on the digital model of the patient's face.
7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le modèle numérique du visage du patient est non texturé, et dans lequel, lors de l’acquisition du modèle numérique du visage, des formes géométriques reconnaissables sont fixées sur le visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdites formes géométriques par un stylet suivi (4) par un même dispositif de localisation qu’un marqueur (1 , 3) équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdites formes géométriques pointées et des formes géométriques détectables sur le modèle numérique du visage du patient. 7. Method according to one of claims 1 to 4, in which the digital model of the patient's face is non-textured, and in which, during the acquisition of the digital model of the face, recognizable geometric shapes are fixed on the face. of the patient, and the registration of the virtual models of the maxillary and mandibular arches with the digital model of the face comprises the pointing of said geometric shapes by a stylet followed (4) by the same localization device as a marker (1, 3) fitted to the patient's face, and matching said pointed geometric shapes to geometric shapes detectable on the digital model of the patient's face.
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