ES2618403T3 - Modelamiento tridimensional de la cavidad oral - Google Patents

Abstract

Un método para el modelado tridimensional de las características superficiales de un escenario intraoral para una aplicación odontológica, el método comprende: * generar una matriz bidimensional de una pluralidad de patrones bidimensionales que son aleatorios en una dirección, o que generan una matriz bidimensional de una pluralidad de patrones bidimensionales que son aleatorios en dos direcciones, en el que cada una de dicha pluralidad de patrones bidimensionales incluye píxeles agregados y cada uno de dichos pixeles forma un patrón distinto, que es diferente de los otros patrones de dicha pluralidad de patrones bidimensionales, y también es distintamente diferente de un fondo; * guardar dicha matriz en un medio proyectable; * proyectar dicha matriz de dicho medio proyectable sobre una superficie de referencia de un primer ángulo; * adquirir una primera imagen de dicha matriz proyectada sobre dicha superficie de referencia, en el que dicha adquisición de dicha primera imagen se realiza desde un segundo ángulo; * proyectar dicha matriz desde dichos medios proyectables en el escenario intraoral desde dicho primer ángulo; * adquirir una segunda imagen de dicha matriz proyectada sobre el escenario intraoral desde dicho segundo ángulo; * obtener información de x-y en el escenario intraoral desde la segunda imagen; * obtener información de z en el escenario intraoral al realizar una triangulación de cada uno de los patrones en la matriz en la segunda imagen con referencia a la primera imagen; y * construir un modelo tridimensional del escenario intraoral basado en dicha información x-y y z.

Description

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DESCRIPCION

Modelamiento tridimensional de la cavidad oral Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a modelamiento por ordenador de objetos tridimensionales, y mas particularmente, con un sistema y metodo para modelamiento tridimensional de objetos intraorales y caractensticas en aplicaciones odontologicas.

Antecedente de la invencion

Subsiste la necesidad en la medicina odontologica para fabricar modelos tridimensionales (tambien denominado en lo sucesivo como “3D”) de escenarios internos de la boca. El termino “escenario intraoral” se refiere aqu a cualquier coleccion de objetos intraorales, artefactos, superficies, o caractensticas que se pueden visualizar y modelar. Dichos modelos de escenarios intraorales pueden soportar diversos aspectos de la practica odontologica. Una ilustracion bien conocida de la utilidad, efectividad, y procedimiento e impacto economico de las tecnicas de formacion de imagenes y medicion automatica en odontologfa implica el examen, diagramacion, diagnostico, y tratamiento de pacientes odontologicos que requieren protesis tales como coronas, puentes, dentaduras o implantes. Los datos e informacion obtenidos de la medicion, imagenes, y mapeo de objetos intraorales se puede utilizar para disenar en forma precisa y economica, fabricar, ajustar y hacer seguimiento a protesis odontologicas, reemplazando por lo tanto a las tecnicas que no forman imagenes, que son inexactas y utilizadas actualmente, que tienen mucha mano de obra y adicionalmente los materiales son costosos y se consume mucho tiempo. Las tecnicas de formacion de imagenes y mediciones odontologicas automaticas tambien se pueden aplicar para realizar diversos tipos de procedimientos de restauracion, registro oclusal y procedimientos de ortodoncia y terapias de disfuncion de articulacion temporomandibular (TMJ).

Frecuentemente se utilizan tecnicas electroopticas en formacion de imagenes medicas en razon a que son relativamente economicas en gastos de capital, asf como en costes por uso, y se percibe que no son perjudiciales para el paciente. Sin embargo, dichas tecnicas se deben adaptar a circunstancias particulares y problemas asociados con la formacion de imagenes odontologicas.

Restricciones importantes en la aplicacion de formacion de imagenes opticas medicas al campo odontologico incluyen:

• limitaciones de espacio: el equipo debe ser suficientemente compacto para ajustarse comodamente dentro de los lfmites de la boca;

• limitaciones de tiempo: la imagen se debe formar en un tiempo breve para evitar problemas de movimiento del paciente asf como el movimiento del medico y los aparatos; y

• limitaciones de detalle de superficie: la representacion grafica precisa de los contornos de superficie 3D de los escenarios intraorales debe tener en cuenta la ausencia o escasez del detalle de la superficie en muchas aplicaciones de primer plano, en donde solo pueden estar disponibles vistas parciales de las caractensticas intraorales.

La medicion de la distribucion tridimensional y el mapeo de los objetos intraorales, se ha implementado al utilizar diversos metodos. Caractensticas y objetos intraorales tfpicos incluyen, pero no se limitan a una parte o todo de cualquier combinacion de: dientes; encfas; tejido blando intraoral; materia osea; socavado dental; accesorios odontologicos y protesis odontologicas de cualquier tipo, permanentes o removibles, que se ubican dentro de la cavidad oral. Caractensticas y objetos espedficos intraorales se pueden medir, por ejemplo, como se divulga en la Patente Estadounidense 6,402,707 otorgada a Ernst, uno de los actuales inventores, perteneciente principalmente a aplicaciones odontologicas. En la presente solicitud, se pueden utilizar muchos metodos bien conocidos para producir una base de datos de compuestos que se pueden almacenar en un ordenador para que sirve como referencia para posteriores tratamientos medicos.

En la practica, se impone una limitacion por la falta de caractensticas quirurgicas superficiales reconocibles en objetos intraorales. Esta limitacion se encuentra frecuentemente en situaciones en las que una superficie se va a muestrear tridimensionalmente para modelamiento 3D. Existe una variedad de tecnicas conocidas para compensar los detalles superficiales cualitativos y cuantitativos superficiales. Estas tecnicas para mejorar la adquisicion de detalles superficiales, incluyen (ya sea combinado o por separado): pulverizar la superficie del objeto que se va a

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representar; con polvo para mejorar las propiedades opticas para formar imagenes; y proyectar y/o difractar patrones de iluminacion estructurados y observar su deformacion.

Se han divulgado diversos metodos para producir mapas o modelos de distribucion tridimensional de caractensticas de superficie. Por ejemplo, triangulacion activa es un metodo espedfico que utiliza un punto de luz activo y diversas camaras para medir la distribucion de objetos sobre una superficie. Escanear el punto de luz activo puede producir un mapa completo de la superficie. La fotogrametna es una disciplina en la que se aplican metodos analfticos para extraer informacion tridimensional de fotograffas. La fotogrametna, asf como cualquier disciplina basada en imagenes, se extiende facilmente para mapear la produccion debido al rango de informacion obtenido por las camaras empleadas.

Como se sugirio anteriormente, es bien sabido que hacer las mediciones tridimensionales de un escenario intraoral para el proposito de construir electronicamente un modelo de la distribucion de caractensticas, se puede lograr al obtener imagenes de multiples vistas del escenario intraoral y aplicar posteriormente algoritmos analfticos apropiados a las imagenes. Se adquieren por lo menos dos imagenes del mismo escenario intraoral desde diferentes angulos de vision. Se buscan caractensticas de emparejamiento en el escenario intraoral en las imagenes correspondientes. Para calcular la altura relativa (dimension z) de una caractenstica, se calcula el paralaje entre aspectos coincidentes de la caractenstica en diferentes imagenes del mismo escenario intraoral mediante triangulacion, de la cual se calcula la distancia de la funcion de un punto de referencia. A continuacion, se discuten varias tecnicas comunes para incrementar la distincion de las caractensticas de las imagenes.

La figura 1, a la que ahora se hace referencia, es un diagrama de flujo que describe el orden de las etapas que lleva a cabo en el curso de un modelado tridimensional comun de la tecnica anterior de un sitio de interes. En la etapa 40 se mejora la peculiaridad de las caractensticas en el escenario intraoral. En la etapa 42 se adquieren imagenes del sitio de interes en diferentes angulos. En la etapa 44 se logra emparejamiento entre las caractensticas en las diferentes imagenes adquiridas. En una etapa 46 el paralaje se mide para caractensticas identicas en diferentes imagenes. En la etapa 48 los valores en el eje z se calculan para las caractensticas identificadas. Un mapa en 3D, o modelo, puede entonces ser compilado, describiendo la distribucion de las caractensticas identificadas en el espacio de x y z.

Sin embargo, como se indico anteriormente, una limitacion importante en trabajo odontologico es la falta de detalle superficial en muchas situaciones. Sin una cantidad considerable de detalle de superficie, no es posible emparejar sin ambiguedades las caractensticas de superficie para triangulacion precisa. Para resolver este problema, en lugar de iluminar el escenario intraoral uniformemente y tratar de emparejar las caractensticas a traves de algoritmos de reconocimiento de patrones complejos, un metodo bien conocido es escanear un haz de luz a traves del escenario intraoral para crear una matriz de puntos o lmeas realzadas. Esta “iluminacion estructurada” entonces se puede utilizar para emparejar las caractensticas en la triangulacion que se menciono anteriormente. El modelo 3D resultante es un modelo de “malla de alambre” o “poliedro” del escenario intraoral. Este es un metodo ventajoso, en razon a que la resolucion del modelo se puede variar facilmente al cambiar la densidad de puntos o lmeas escaneados sobre el escenario intraoral, y para muchos escenarios intraorales de interes, las regiones entre las lmeas o puntos (que no se iluminan mediante iluminacion estructurada) se pueden aproximar a traves de diversas funciones de suavizamiento. El resultado es un modelo de precision ajustable que se puede analizar utilizando algoritmos relativamente simples.

Sin embargo, desafortunadamente, la exploracion (que es esencialmente un metodo de una dimension, o "1D") puede en ocasiones requerir exceso de tiempo, particularmente si se desea alta resolucion. En contraste, la formacion de imagenes (que es un metodo de dos dimensiones, o "2D") puede capturar una cantidad de informacion mucho mayor en el mismo tiempo, o, alternativamente, puede capturar la misma cantidad de informacion en mucho menor tiempo. Este factor es importante cuando se considera la limitacion de tiempo mencionado anteriormente, con el fin de reducir los efectos perjudiciales del movimiento del paciente, medico y del aparato.

La Patente Estadounidense No. 4,687,325 otorgada a Corby (denominada en lo sucesivo como “Corby”) indica que tambien es posible emplear iluminacion estructurada utilizando una unica imagen del escenario intraoral, por lo cual se realiza triangulacion con relacion a una imagen almacenada (o los datos que corresponden a la misma) de la iluminacion estructurada como proyectados sobre un plano u otra superficie de curvatura conocida. Sin embargo, Corby se limita al uso de una metodologfa de exploracion unidimensional, que (como se discutio anteriormente) puede no ser adecuada para determinadas aplicaciones odontologicas debido a que probablemente se presenta movimiento del medico/paciente. Hans-Gerd Maas in International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing Vol. XXIX parte B5, paginas 709-713 (1992), cuyos contenidos se incorporan por referencia para todos los propositos como si se establecieran completamente aquf De la misma manera ensena el uso de una rejilla perfecta proyectada sobre un objeto cercano cuya superficie se tiene que calcular. La rejilla proyectada se desvfa de su

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forma original en la superficie de la que se refleja, y aquellas desviaciones de la rejilla perfecta se utilizan para compilar el modelo tridimensional para la superficie reflectiva. Una limitacion asociada con el empleo de rejillas regulares es el de las discontinuidades y ambiguedades. En el caso de una discontinuidad, una rejilla rota que aparece sobre la superficie reflectante es provocada por el relieve discontinuo. Las lmeas de rejilla rotas son una causa de errores debido a las ambiguedades presentadas por este fenomeno.

Otra tecnica anterior incluye la Patente Estadounidense 4,952,149 otorgada a Duret et al (denominado en lo sucesivo como “Duret”), en el que se divulga un metodo y aparato para tomar impresiones de una parte del cuerpo que utilizan la proyeccion de una rejilla de perfil sinusoidal sobre la parte del cuerpo de la que se van a tomar una impresion. En la Patente Estadounidense 4,964,770 otorgada a Steinbichler et al (denominado en lo sucesivo como “Steinbichler”), se divulga un proceso para fabricar dientes artificiales, en donde se generan las lmeas horizontales u otras lmeas de contorno sobre el raigon de dientes articulares y las superficies adyacentes para crear un mapa tridimensional. La reconstruccion tridimensional se consigue mediante el uso de interferometna, metodo moire y metodos de escaneo laser. La Patente Estadounidense No. 5,372,502 otorgada a Massen et al. (denominada en lo sucesivo como “Massen 502”), una invencion se basa en calcular una representacion topografica mediante la comparacion entre una imagen digital de detalle de pixeles conocidos proyectados sobre una superficie dental y la imagen distorsionada resultante reflejada fuera de la superficie dental, de acuerdo con las tecnicas de fotogrametna, triangulacion, cambio de fase, y moire. A traves de una comparacion entre el patron no distorsionado proyectado por el patron de sonda y distorsionado reflejado de area espedfica dentro de la cavidad oral, se obtiene informacion topografica de los dientes representados por imagenes. En la Patente Estadounidense 5,386,292 otorgada a Massen et al. (denominada en lo sucesivo como “Massen “292”), una se describe una invencion de un factor de error que corrige las distorsiones de imagen debido a factores tales como la translucidez del esmalte. En la Patente Estadounidense 6,529,627 otorgada a Callari, et al., mediante un sistema se describe que utiliza iluminacion estructurada que se proyecta manualmente sobre un objeto y al derivar el modelo 3D al integrar los datos 3D en el modelo 3D inicial.

Uno de los problemas reconocidos en utilizar luz estructurada en lmeas o puntos es la distorsion o emparejamiento falso de la iluminacion estructurada. Un simple punto de luz es normalmente indistinguible de otros puntos planos de luz y asf pueden surgir ambiguedades entre el mismo punto de una imagen a otra. Si dos puntos diferentes se combinan erroneamente cuando triangulan imagenes diferentes, el calculo del eje z resultante sera un error, y el modelo 3D sera defectuoso. (El mismo problema se aplica en la utilizacion de lmeas). En escaneo en tiempo utilizando formacion de imagenes electronicas, sincronizar la salida de los sensores de imagen diferente sirve como un mecanismo de antidistorsion. Sin embargo, esto no se puede emplear para formacion de imagenes proyectadas (no escaneadas) o para imagenes almacenadas en donde las caractensticas se emparejan despues de que se ha proyectado la iluminacion estructurada, debido a que no hay ninguna informacion de tiempo. Tampoco se puede utilizar con el metodo sencillo de formacion de imagenes mencionado anteriormente. Se describen diversos metodos de antidistorsion, utilizando diferentes esquemas de codificacion de la iluminacion estructurada, en Corby. Algunos de estos metodos implican la modulacion de iluminacion estructurada en longitud de onda o intensidad. El metodo de Corby incluye codificacion de patrones predeterminados espacial modulado en la luz escaneada, que se puede combinar sin ambiguedades en las distintas imagenes.

Una vez mas, la limitacion de tiempo presentada anteriormente se tiene en cuenta para aplicaciones odontologicas. En particular, algunos esquemas de la tecnica anterior requerinan iluminar las mismas areas del escenario intraoral con patrones, durante un penodo de tiempo prolongado, y repetidas en diferentes momentos. Estas practicas, sin embargo, pueden introducir imprecisiones en las mediciones debido a cualquier movimiento relativo entre el paciente dental, el aparato que proyecta la iluminacion y el aparato que capta las imagenes (camara). Esta condicion se agrava si el aparato esta siendo mantenido o manipulado por el odontologo, ya que en este caso existe una fuente adicional de movimiento implicada.

La Patente Estadounidense No. 6,167,151 otorgada a Albeck, et al., (denominada en lo sucesivo como “Albeck “151”) divulga unos medios para crear un patron aleatorio espacialmente modulado mediante el fenomeno de puntos laser, que luego se puede utilizar de manera similar a los patrones predeterminados de Corby, para la identificacion de los puntos correspondientes en multiples imagenes. Una ventaja de patrones aleatorios sobre patrones predeterminados y dispersion es que determinados sistemas aleatorios pueden matematicamente generar un gran numero de patrones distintos facilmente, mientras que sistemas de patrones predeterminados distintos son generalmente mas restringidos y limitados asf en numero. Por otra parte, sin embargo, patrones predeterminados (tales como Corby) se pueden configurar previamente para ser absolutamente distinguibles. En contraste, no se predeterminan patrones aleatorios, y por lo tanto pueden presentar algunas similitudes entre ellos mismos. Los patrones de “Albeck “151”, por ejemplo, que dependen de las propiedades de interferencia de luz coherente sobre superficies irregulares, son probabilfsticos y por lo tanto diversos patrones pueden ser similares en apariencia,

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aunque esto es poco probable. Por lo tanto, la antidispersion de “Albeck “151”, es estadfsticamente mas que absoluta.

Una limitacion principal de “Albeck ’151” es que los patrones aleatorios, se crean mediante un proceso ffsico (punto laser), ni se pueden almacenar ni reproducir. Esto requiere que las multiples imagenes de escenarios intraorales bajo iluminacion estructurada se capturen simultaneamente con el fin de que los mismos patrones de punto aleatorio se incluyan en diferentes imagenes. El hecho de que los patrones aleatorios de “Albeck “151” no se puedan almacenar ni reproducir tambien impide que se utilice una sola imagen del escenario intraoral bajo iluminacion estructurada que mas tarde se hace referencia a una imagen previamente almacenada de iluminacion estructurada que incide sobre una superficie conocida, como una superficie plana (previamente senalada como se ha descrito en Corby).

El documento US2003/0096210 A1 divulga un escaner que adquiere imagenes de la denticion que se convierten en marcos tridimensionales de datos mediante un proceso de decodificacion.

Como se senalo anteriormente, una importante limitacion es impuesta por el pequeno espacio dentro de la boca, que no permite la introduccion de aparatos voluminosos. En particular, sena muy ventajoso utilizar solamente un sensor de imagen (que produce una unica imagen o proyeccion individual) para capturar los patrones de iluminacion estructurada en las caractensticas intraorales para la comparacion con los patrones de iluminacion estructurada grabada sobre una superficie conocida. Hacerlo reducina significativamente la cantidad de aparatos ubicaciones en la boca y ser receptivos a la limitacion del espacio de aplicaciones odontologicas, como se indico anteriormente. Adicional, sena conveniente emplear una imagen, en lugar de una tecnica de exploracion, para eliminar los problemas provocados por el movimiento del paciente y/o el medico.

E documento WO2004017020A1 divulga las variaciones de medicion de relieve de un objeto y/o las deformaciones de dicho objeto en la direccion de relieve del mismo (z). Un dispositivo de medicion comprende medios de proyeccion opticos inclinados para mostrar la imagen de referencia de un enfoscado cuyos granos se distribuyen seudoaleatoriamente, y medios de visualizacion para obtener la imagen de prueba del objeto iluminado de esta manera. Las variaciones de posicion de los granos del enfoscado entre la imagen de prueba y la imagen de referencia que representan las variaciones en relieve del objeto se miden mediante correlacion con la ayuda de medios de comparacion.

El documento US2003096210 (A1) divulga la planeacion del tratamiento de ortodoncia, diseno de aparato y fabricacion de aparato, basado en ordenador interactivo. Un escaner adquiere imagenes de la denticion que se convierten en marcos tridimensionales de datos. Se registran los datos de los marcos de varios entre sf para proporcionar un modelo virtual tridimensional completo de la denticion.

El documento US4663720 divulga un metodo para fabricar una protesis odontologica en la que los datos que representan tamanos y formas de diente estandar, las relaciones entre los dientes y dientes adyacentes y oclusivos y caractensticas para asegurar una protesis a un sitio preparado, e instrucciones de mecanizado para dar forma a una pieza bruta a la configuracion de una protesis odontologica para que la implantacion directa se almacene en una memoria de ordenador.

El documento WO2007080563A2 divulga un proceso para detectar la estructura espacial de una superficie tridimensional mediante la proyeccion de un patron sobre la superficie a lo largo de una direccion de proyeccion que define un primer eje y mediante deteccion en forma de pixeles de por lo menos una region del patron proyectada sobre la superficie, por medio de uno o mas sensores en una direccion de visa del sensor o sensores, que definen un segundo eje, en el que el primero y segundo ejes (o una lmea paralela recta al segundo eje) se intercepta en un angulo diferente de 0 grados para que el primero y segundo eje (o la lmea recta paralela al mismo) definen un plano de triangulacion, en el que el patron se define por lo menos luego de la proyeccion en un plano perpendicular al primer escenario oral y aparece en la imagen capturada. La informacion de “z” en el escenario intraoral se recupera luego de la imagen del escenario bajo la iluminacion estructurada al realizar una triangulacion de cada uno de los patrones de la matriz en la imagen individual con referencia a una imagen de iluminacion estructurada proyectada sobre un plano de referencia, que tambien fue iluminado desde el primer angulo.

Con el fin de emparejar ineqmvocamente puntos correspondientes en la imagen del escenario intraoral y la imagen almacenada, los puntos de la iluminacion estructurada son espacialmente modulados con patrones aleatorios bidimensionales que se han generado y guardado en un medio proyectable, cuyo ejemplo no limitante es una diapositiva fotografica. A diferencia de los patrones aleatorios de la tecnica anterior de Albeck “151, los patrones aleatorios de la presente invencion se pueden reproducir, de tal manera que los patrones proyectados en el escenario intraoral que se van a representar son los mismos que los patrones correspondientes en la imagen

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guardada. Adicionalmente, a diferencia de los patrones de la tecnica anterior de Corby, que son unidimensionales, los patrones de ciertas realizaciones preferidas de la presente invencion son bidimensionales.

Por lo tanto, se proporciona un metodo para el modelado tridimensional de las caractensticas superficiales de un escenario intraoral para una aplicacion odontologica de acuerdo con la reivindicacion 1 y un sistema de modelado tridimensional de las caractensticas superficiales de un escenario intraoral para una aplicacion odontologica, de acuerdo con la reivindicacion 4.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion se describe aqm, solo por via de ejemplo, con referencia a los dibujos acompanantes, en los que:

La figura 1 es un diagrama de flujo de un metodo de la tecnica anterior para el modelado tridimensional de un escenario intraoral utilizando imagenes de multiples vistas.

La figura 2A ilustra ejemplos de patrones aleatorios para iluminacion estructurada de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion.

La figura 2B ilustra los ejemplos de la figura 2A como patrones detectados de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion.

La figura 3 ilustra ejemplos de patrones aleatorios de una dimension para iluminacion estructurada de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

La figura 4 es un diagrama de flujo de un metodo para generar y almacenar patrones de iluminacion estructurados y producir modelos tridimensionales de escenarios intraorales de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

La figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

Descripcion de las realizaciones preferidas

Los principios y operacion de un metodo de acuerdo con la presente invencion se pueden comprender con referencia a los dibujos y la descripcion acompanantes.

De acuerdo con la presente invencion, la iluminacion estructurada que contiene patrones aleatorios almacenados se utiliza para caractensticas de superficie a un escenario intraoral que se va a modelar en tres dimensiones mediante una unica imagen, en el que la triangulacion se realiza con relacion a una imagen almacenada de la iluminacion estructurada que inciden desde un angulo diferente sobre una superficie conocida, tal como un plano. El metodo de la invencion se puede aplicar en diversos campos y aplicaciones odontologicas, asf como para colocarse en uso en la practica de la odontologfa veterinaria, y medicina odontologica forense. En una realizacion preferida de la presente invencion, la luz proyectada sobre el sitio de interes dentro de la boca lleva patrones distribuidos aleatoriamente y estructurados aleatoriamente de tal manera que cada patron proyectado es probabilfsticamente unico sobre el area completa sobre el cual se ha proyectado la luz. Para ilustrar el metodo de la invencion se hace referencia a la figura 2A y figura 2B. Una imagen 60 adquirida esta delimitada por la lmea 62 de lfmite. Dentro de la imagen 60, diversos agregados 64, 66 y 68 de pfxeles distintos son evidentes, de tal manera que cada agregado forma un patron distinto que es diferente de los otros patrones y tambien es distintamente diferente de un fondo 70. En la figura 2B, un patron 84 ahora se define como una entidad separada, delimitada esquematicamente por una elipse de lmea discontinua. Un patron 86 se define y delinea de la misma forma, y un patron 88 es un tercer patron delineado de esta forma. Una vez mas se observa que estos patrones de la presente invencion son bidimensionales, en contraste a los patrones de la tecnica anterior, tal como aquellos de Corby, que son unidimensionales.

De acuerdo con la presente invencion, se proyectan patrones aleatorios guardados en el escenario intraoral que se va a modelar, de tal manera que la probabilidad de que un cierto patron aparezca mas de una vez en el area proyectada es extremadamente baja. En el nivel de imagen, un patron proyectado se define como un patron espedfico de pixeles agregados. Un aspecto adicional de determinadas realizaciones de la presente invencion es que cualquier patron de pfxeles se caracteriza no solo por su forma, es decir, las formas espedficas formadas por los pfxeles en cada punto, sino tambien por la distribucion (es decir, el orden y proximidad relativo a otros patrones) de los patrones dentro de la iluminacion estructurada. Por lo tanto, el orden y la proximidad relativa a otros patrones dentro de la imagen se pueden utilizar para distinguir puntos de uno a otro y emparejar adecuadamente los puntos

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correspondientes en diferentes imagenes. En particular, en determinadas realizaciones de la presente invencion los patrones se distribuyen aleatoriamente sobre un escenario intraoral, ademas de tener forma aleatoria. El termino “aleatoriamente distribuido” designa aqu que un patron propiamente dicho, separado de la forma del mismo, se ha generado con una posicion aleatoria en el escenario intraoral.

De esta manera en la figura 2B, en el nivel de imagen, el patron 84 (que es equivalente al patron 64) se encuentra a la izquierda del 86 (que es equivalente al patron 66) y el patron 88 (que es equivalente al patron 68) en un orden en sentido horario. Como se puede observar, los patrones identificados no solo difieren entre sf, sino que tambien se distribuyen y tienen relaciones espaciales con otros patrones de la imagen.

Al emparejar los patrones que corresponden al mismo punto de la iluminacion estructurada se obtienen en la imagen del escenario intraoral y la imagen de referencia, y se puede realizar triangulacion, para determinar la posicion de del eje z del patron. Las posiciones x-y del patron se pueden obtener directamente de la imagen. De esta manera se pueden obtenerla posicion x-y-z tridimensional del patron para modelado 3D.

Patrones aleatorios unidimensionales

La figura 3 ilustra un ejemplo de un patron 101 generado aleatoriamente cuyo contenido de informacion aleatoria se extiende unidimensionalmente en una direccion 103 en el plano x-y. El patron contiene bandas de ancho variable, similar a los patrones familiares “codigo de barras”, excepto que el ancho y separacion entre las bandas se asigna aleatoriamente. No se codifica informacion aleatoria perpendicular a la direccion 103. Una version estrecha del patron 101 se muestra en el patron 105.

Aunque la restriccion de la codificacion de la informacion aleatoria en una sola direccion limita la cantidad de informacion que se puede incluir en el patron y por lo tanto permite una mayor probabilidad de dispersion, esto se puede superar al generar un patron continuo, que permite el seguimiento ininterrumpido a traves de las imagenes. Es decir, esta forma de iluminacion estructurada es propicia para proyectar una serie de lmeas escaneadas sobre el escenario intraoral, a diferencia de una rejilla de puntos. Por lo tanto, El contenido de informacion en las lmeas se puede incrementar para lograr el efecto antidispersion.

Adicionalmente, existen diversas ventajas para restringir la informacion a una unica direccion en una forma como se presenta en la figura 3. Porque el contenido de la informacion se restringe a una direccion paralela a la exploracion, el analisis y emparejamiento de los patrones correspondientes en las diferentes imagenes es mas simple que para los patrones de puntos (tal como se ilustra en las figuras 2A y 2B), en donde la informacion es bidimensional. De esta manera, el analisis es mas rapido para los patrones unidimensionales como se ejemplifica en la figura 3.

La figura 4 es un diagrama de flujo de un metodo de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, mediante el cual se generan y guardan patrones aleatorios. En una etapa 121 se generan patrones aleatorios bidimensionales (como se detallo anteriormente) y se guardan para su uso en iluminacion estructurada en una matriz 123 bidimensional. La matriz 123 se puede guardar utilizando almacenamiento fotografico, tal como en una diapositiva que es adecuada para proyectar la matriz sobre una superficie.

La matriz 123 con los patrones aleatorios descritos anteriormente se proyecta sobre una superficie de referencia en una etapa 125 desde un primer angulo con relacion a una superficie de referencia. En una realizacion de la presente invencion, la superficie de referencia es un plano. En otra realizacion de la presente invencion, la superficie de referencia es una superficie general con una descripcion matematica

Una imagen de la iluminacion estructurada sobre la superficie de referencia de la proyeccion de la matriz 123 se adquiere y guarda como una imagen 127 de referencia.

A continuacion, la matriz 123 se proyecta en el primer angulo utilizado anteriormente (vease lo anterior) sobre el escenario intraoral en una etapa 129. En una etapa 131, se captura una imagen 133 del escenario intraoral de un segundo angulo con relacion al escenario intraoral. Se observa que esa imagen 133 contiene las ubicaciones puntuales en donde la proyeccion de la matriz 123 incide sobre la superficie del escenario intraoral es decir, la imagen 133 contiene una imagen bidimensional de la iluminacion estructurada sobre la superficie del escenario intraoral. Finalmente, en una etapa 135 los puntos de iluminacion estructurada de matriz 123 de la imagen 133 se emparejan con los puntos de iluminacion estructurada de matriz 123 en la imagen 127 de referencia y las posiciones del eje z de aquellos puntos se calculan por triangulacion, utilizando mediciones de paralaje, para obtener un modelo 137 tridimensional del escenario intraoral.

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La figura 5 es una representacion esquematica de un sistema de modelado tridimensional de las caractensticas de superficie de un escenario intraoral para una aplicacion dental, el sistema comprende un generador 51 para generar una matriz bidimensional de una pluralidad de patrones unidimensionales o dimensionales aleatorios. El patron creado se almacena en medios de almacenamiento de informacion operativos para permitir proyectar dicha matriz 52, y primer proyector 92 para proyectar dicha matriz desde dicho medio proyectable sobre una superficie 93 de referencia desde un primer angulo. Una unidad 94 de adquisicion tiene unos primeros medios de adquisicion para adquirir una primera imagen 95 de dicha matriz proyectada sobre dicha superficie de referencia desde un segundo angulo. Se utiliza un segundo proyector 92 para proyectar dicha matriz desde dicho medio proyectable en el escenario intraoral en dicho primer angulo y unos segundos medios de adquisicion, y unidad 53 de adquisicion para adquirir una segunda imagen 55 de dicha matriz proyectada en el escenario intraoral desde dicho segundo angulo. Se utiliza un primer calculador 56 posicion para calcular las posiciones relativas bidimensionales de dichos patrones aleatorios basados en posiciones relativas de los mismos en unos medios de emparejamiento de patron e imagen, para emparejar dichos patrones bidimensionales aleatorios en dicha primera imagen 95 con dichos patrones bidimensionales aleatorios en dicha segunda imagen 55. Se utiliza un calculador 57 de paralaje para calcular el paralaje entre dichos patrones aleatorios en dicha primera imagen 95 con dichos patrones aleatorios en dicha segunda imagen 96. Se utiliza un segundo calculador de posicion 58 para calcular las posiciones relativas tridimensionales de los patrones aleatorios basados en las posiciones relativas bidimensionales y dicho paralaje, y unos medios 59 de modelamiento para construir un modelo tridimensional del escenario intraoral en funcion de dichas posiciones relativas tridimensionales. Un sistema utilizado por el usuario necesita la imagen de referencia pero no los medios para generar la imagen de referencia.

Formacion de multiples imagenes

Aunque el uso de una sola imagen es preferible en uso intraoral debido a limitaciones de espacio, tambien es posible utilizar la presente invencion con multiples imagenes. En este caso, realizaciones de la presente invencion utilizan el metodo anterior para generar patrones de iluminacion estructurada aleatorias almacenables como se describe en este documento y luego utiliza aquellos patrones con multiples tecnicas de formacion de imagen como se ejemplifica en la figura 1 y como se describio anteriormente.

Usos de la invencion

En odontologfa, la reconstitucion de elementos odontologicos es una practica comun. Proyectar estructuras iluminadas en objetos intraorales que se van a modelar, puede proporcionar un fondo ventajoso a un economico para un modelado 3D potencialmente eficaz de las partes de la cavidad oral. Otras aplicaciones de mapeo 3D de caractensticas intraorales incluyen, pero no se limita a: medicina odontologica forense; propositos de seguros; examen y planeacion de tratamiento; y automatizacion del tratamiento. Esta invencion es particularmente ventajosa ya que no requiere una perfecta formacion sobre una superficie ideal, caractensticas superficiales existentes presentes en objetos intraorales pueden aun mejorar el patron superficial aleatorio.

Mientras que la invencion se ha descrito con respecto a un numero limitado de realizaciones, se apreciara que se pueden hacer muchas variaciones, modificaciones y otras aplicaciones de la invencion.

Claims (4)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   Reivindicaciones

   1. Un metodo para el modelado tridimensional de las caractensticas superficiales de un escenario intraoral para una aplicacion odontologica, el metodo comprende:

   • generar una matriz bidimensional de una pluralidad de patrones bidimensionales que son aleatorios en una direccion, o que generan una matriz bidimensional de una pluralidad de patrones bidimensionales que son aleatorios en dos direcciones, en el que cada una de dicha pluralidad de patrones bidimensionales incluye pfxeles agregados y cada uno de dichos pixeles forma un patron distinto, que es diferente de los otros patrones de dicha pluralidad de patrones bidimensionales, y tambien es distintamente diferente de un fondo;

   • guardar dicha matriz en un medio proyectable;

   • proyectar dicha matriz de dicho medio proyectable sobre una superficie de referencia de un primer angulo;

   • adquirir una primera imagen de dicha matriz proyectada sobre dicha superficie de referencia, en el que dicha adquisicion de dicha primera imagen se realiza desde un segundo angulo;

   • proyectar dicha matriz desde dichos medios proyectables en el escenario intraoral desde dicho primer angulo;

   • adquirir una segunda imagen de dicha matriz proyectada sobre el escenario intraoral desde dicho segundo angulo;

   • obtener informacion de x-y en el escenario intraoral desde la segunda imagen;

   • obtener informacion de z en el escenario intraoral al realizar una triangulacion de cada uno de los patrones en la matriz en la segunda imagen con referencia a la primera imagen; y

   • construir un modelo tridimensional del escenario intraoral basado en dicha informacion x-y y z.
2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el escenario intraoral contiene por lo menos una parte de un objeto intraoral.
3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que dicho patron bidimensional se distribuye aleatoriamente en dicha matriz.
4. 4. Un sistema para el modelamiento tridimensional de las caractensticas de superficie en un escenario intraoral para una aplicacion odontologica, el sistema comprende:

   • una matriz bidimensional de una pluralidad de patrones bidimensionales que son aleatorios en una direccion o una matriz bidimensional de una pluralidad de patrones bidimensionales que son aleatorios en dos direcciones, en el que cada una de dicha pluralidad de patrones bidimensionales incluye agregados de pfxeles y cada uno dichos agregados de pixeles forma un patron distinto, que es diferente de los otros patrones de dicha pluralidad de patrones bidimensionales, y tambien es distintamente diferente de un fondo;

   • un medio de almacenamiento para dicha matriz, dicho medio de almacenamiento operativo permite proyectar dicha matriz;

   • unos medios de adquisicion para adquirir una primera imagen de dicha matriz proyectada sobre una superficie de referencia;

   • un proyector para proyectar dicha matriz desde dicho medio de almacenamiento sobre el escenario intraoral en un primer angulo;

   • unos medios de adquisicion para adquirir una segunda imagen de dicha matriz proyectada sobre el escenario intraoral desde un segundo angulo;

   • un primer calculador de posicion para calcular las posiciones relativas bidimensionales de dichos patrones aleatorios basados en posiciones relativas del mismo en una imagen;

   • unos medios de obtencion para obtener informacion x-y en el escenario intraoral a partir de la segunda imagen;

   • unos medios de obtencion para obtener informacion z en el escenario intraoral al realizar una triangulacion de cada uno de los patrones en la matriz en la segunda imagen con referencia a la primera imagen; y

   • unos medios de modelamiento para construir un modelo tridimensional del escenario intraoral basado en dicha 5 informacion x-y y z.