FR2758076A1 - Procede et dispositif optoelectroniques de retrodigitalisation en odontologie - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif optoélectronique de rétrodigitalisation par triangulation spatio-chromatique destiné à la numérisation 3D sans contact et en temps réel de la surface d'objets quelconques. Application à la numérisation 3D d'empreintes et de contre-empreintes dentaires. Ce dispositif comporte: - une voie d'éclairage permettant d'illuminer l'objet sous examen selon un plan de coupe (x, z) et constituée: . d'une source lumineuse polychromatique, . d'un élément disperseur spectral. - une voie d'observation constituée: . d'une optique afocale télécentrique, . d'un spectrographe imageur, . d'un détecteur photoélectrique matriciel. - des moyens mécaniques de translation/rotation de l'objet mesuré, - des moyens électroniques et informatiques d'acquisition, de traitement et de visualisation des résultats.par.
Description
Procédé et Dispositif Optoélectroniques de rétrodigitalisation en odontologie
La présente invention concerne un procédé et un dispositif optoélectroniques de triangulation spatiochromatique destiné à la numérisation 3D d'empreintes et de contre-empreintes dentaires, notamment en vue de la conception et de la fabrication assistée par ordinateur (CFAO) de prothèses, cette application n'étant toutefois pas limitative en ce sens que le dispositif peut également servir à l'établissement d'un diagnostic médical non nécessairement suivi de la conception et de la réalisation d'une prothèse.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif optoélectroniques de triangulation spatiochromatique destiné à la numérisation 3D d'empreintes et de contre-empreintes dentaires, notamment en vue de la conception et de la fabrication assistée par ordinateur (CFAO) de prothèses, cette application n'étant toutefois pas limitative en ce sens que le dispositif peut également servir à l'établissement d'un diagnostic médical non nécessairement suivi de la conception et de la réalisation d'une prothèse.
L'application de ce procédé de numérisation 3D en matière de prothèses dentaires permet de définir et de situer le rapport exact de la dent (ou des dents) à traiter avec les dents voisines et les dents antagonistes au niveau osseux, la saisie de la forme précise du site d'implantation de la prothèse dentaire, fixe ou mobile, et de son environnement immédiat étant de toute évidence et comme reconnu par l'homme de l'art - tant prothésiste que chirurgien dentiste - une phase primordiale de la réalisation d'une prothèse.
L'analyse de l'état de l'art concernant la saisie 3D en matière de prothèses dentaires fait apparaître deux principes fondamentaux différents à savoir la numérisation d'empreintes médicales réalisées au moyen d'une pâte plus ou moins élastique ou de contre-empreintes obtenues par coulée de plâtre (ou de tout autre matériau) dans l'empreinte initiale d'une part, et la saisie directe en bouche généralement réalisée par des procédés d'imagerie ou de vision d'autre part. La présente invention propose un procédé et un dispositif optoélectroniques applicables aux deux principes indifféremment moyennant des mises en oeuvre technologiques appropriées tenant compte des contraintes spécifiques - temporelles et spatiales - rencontrées lors de la numérisation d'une empreinte (ou d'une contre-empreinte) ou de la saisie directe en bouche.
Parmi les brevets et articles scientifiques traitant des méthodes, procédés et dispositifs proposés pour la saisie 3D en dentisterie, on relève essentiellement - la méthode du micropalpage proposée par Mushabac en 1977 (US patent n" 4 182 312), puis
par Becker (US patent n" 4 411 626), et enfin par Rekow en 1991 (Journal of American Dental
Association (Vol. 122, # 3, pages 42-48)), - la méthode d'exploration interne proposée par F. Duret (Brevet Français n" 2 545 349) et basée
sur l'acquisition simultanée ou avec un très léger décalage de temps, respectivement avec un
rayonnement X et avec d'autres rayonnements - ultrasons, IR ou RMN - puis à traiter ces deux
types d'informations en vue d'obtenir une image résultant de la superposition des deux saisies de
forme. La superposition des données obtenues à partir des saisies de forme permet la
visualisation d'un bon contour osseux grâce aux rayons X et la visualisation des tissus mous
grâce à l'autre type de rayonnement, - les méthodes dites d'empreintes optiques, telle que celle de Swinson (US patent n" 3 867 044),
proposant un procédé nécessitant de réaliser des séquences photographiques de plusieurs
centaines d'images pour obtenir une représentation 3D fidèle de la dent à traiter, ou celle de
Heitlinger (US patent n" 4 324 546), basée sur la stéréoscopie ou encore celle de F. Duret
(Brevet Français n" 2 525 103) décrivant un procédé d'imagerie interférométrique (source
cohérente) ainsi que de moiré (source incohérente) et permettant une saisie directe en bouche,
ou enfin celle de F. Duret et JL. Bloin (Brevet Français n" 2 610 821) utilisant le codage de
phase qui consiste à projeter sur la région dont la topographie est à déterminer, une grille de
profil d'intensité sinusoïdal puis à répéter cette projection au moins deux fois avec un décalage
de phase connu d'une valeur égale à 27C/n, n étant le nombre de projections.
par Becker (US patent n" 4 411 626), et enfin par Rekow en 1991 (Journal of American Dental
Association (Vol. 122, # 3, pages 42-48)), - la méthode d'exploration interne proposée par F. Duret (Brevet Français n" 2 545 349) et basée
sur l'acquisition simultanée ou avec un très léger décalage de temps, respectivement avec un
rayonnement X et avec d'autres rayonnements - ultrasons, IR ou RMN - puis à traiter ces deux
types d'informations en vue d'obtenir une image résultant de la superposition des deux saisies de
forme. La superposition des données obtenues à partir des saisies de forme permet la
visualisation d'un bon contour osseux grâce aux rayons X et la visualisation des tissus mous
grâce à l'autre type de rayonnement, - les méthodes dites d'empreintes optiques, telle que celle de Swinson (US patent n" 3 867 044),
proposant un procédé nécessitant de réaliser des séquences photographiques de plusieurs
centaines d'images pour obtenir une représentation 3D fidèle de la dent à traiter, ou celle de
Heitlinger (US patent n" 4 324 546), basée sur la stéréoscopie ou encore celle de F. Duret
(Brevet Français n" 2 525 103) décrivant un procédé d'imagerie interférométrique (source
cohérente) ainsi que de moiré (source incohérente) et permettant une saisie directe en bouche,
ou enfin celle de F. Duret et JL. Bloin (Brevet Français n" 2 610 821) utilisant le codage de
phase qui consiste à projeter sur la région dont la topographie est à déterminer, une grille de
profil d'intensité sinusoïdal puis à répéter cette projection au moins deux fois avec un décalage
de phase connu d'une valeur égale à 27C/n, n étant le nombre de projections.
Les méthodes de micropalpage sont longues et nécessitent une bonne dextérité de l'opérateur, l'exploration interne bi-rayonnement n'est pas absolument exempte de danger pour le patient, la photogrammétrie (photographie et stéréoscopie) manque de résolution et est souvent fastidieuse, l'holographie est complexe et coûteuse, et le codage de phase est trop sensible (speckle, imprécision des déphasages).
Le procédé et le dispositif optoélectroniques de rétrodigitalisation par triangulation spatiochromatique décrits ici permettent de numériser une empreinte (ou une contre-empreinte dentaire) avec une résolution, une densité de points échantillonnés et une simplicité de mise en oeuvre compatibles avec le besoin de la CFAO dentaire.
La présente invention repose sur un principe optique nouveau dit de codage spectral de l'espace de mesure et est ici appliqué à la triangulation en éclairage structuré.
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif optoélectroniques de triangulation spatio-chromatique destinés à la numérisation sans contact et en temps réel de la surface d'empreintes et de contre-empreintes dentaires, caractérisé en ce qu'il comporte . Une voie d'éclairage permettant d'illuminer l'objet sous examen selon un plan de coupe (x,z), et
constituée
- d'une source lumineuse polychromatique,
- d'un élément disperseur, prisme ou réseau de diffraction produisant un ensemble de pinceaux
lumineux monochromatiques correspondant à l'éclatement spectral du pinceau incident issu
de la source polychromatique,
- de moyens de focalisation du spectre ainsi généré dans l'espace de mesure, lequel est ainsi
codé chromatiquement selon les deux directions x et z, conformément à une représentation
cartésienne dans laquelle la direction y est perpendiculaire au plan de coupe (x,z) considéré.
constituée
- d'une source lumineuse polychromatique,
- d'un élément disperseur, prisme ou réseau de diffraction produisant un ensemble de pinceaux
lumineux monochromatiques correspondant à l'éclatement spectral du pinceau incident issu
de la source polychromatique,
- de moyens de focalisation du spectre ainsi généré dans l'espace de mesure, lequel est ainsi
codé chromatiquement selon les deux directions x et z, conformément à une représentation
cartésienne dans laquelle la direction y est perpendiculaire au plan de coupe (x,z) considéré.
. Une voie d'observation permettant de recueillir le flux rétrodiffusé par l'objet, et constituée
- d'une optique afocale télécentrique de grande profondeur de champ et formant l'image de la
coupe (x,z) de l'objet sur la fente d'entrée orientée selon l'axe x d'un spectrographe imageur,
- dudit spectrographe imageur qui fournit en son plan image une représentation (x,) de la
coupe (x,z) de l'objet sous examen, du fait du codage chromatique (X) produit par la voie
d'éclairage,
- d'un détecteur photoélectrique matriciel bidimensionnel placé dans le plan image du
spectrographe imageur pour capter la représentation (x,) de la coupe (x,z).
- d'une optique afocale télécentrique de grande profondeur de champ et formant l'image de la
coupe (x,z) de l'objet sur la fente d'entrée orientée selon l'axe x d'un spectrographe imageur,
- dudit spectrographe imageur qui fournit en son plan image une représentation (x,) de la
coupe (x,z) de l'objet sous examen, du fait du codage chromatique (X) produit par la voie
d'éclairage,
- d'un détecteur photoélectrique matriciel bidimensionnel placé dans le plan image du
spectrographe imageur pour capter la représentation (x,) de la coupe (x,z).
. Des moyens mécaniques de translation/rotation de l'objet sous examen respectivement selon la
direction (y) perpendiculaire au plan de coupe ainsi que autour des axes O et (p, associés à leurs
moyens électroniques de pilotage et de synchronisation, permettant d'observer successivement
l'ensemble des plans de coupe nécessaires à l'examen et/ou à la restitution 3D de l'objet . Des moyens électroniques et informatiques d'enregistrement, de traitement et de visualisation
des résultats.
direction (y) perpendiculaire au plan de coupe ainsi que autour des axes O et (p, associés à leurs
moyens électroniques de pilotage et de synchronisation, permettant d'observer successivement
l'ensemble des plans de coupe nécessaires à l'examen et/ou à la restitution 3D de l'objet . Des moyens électroniques et informatiques d'enregistrement, de traitement et de visualisation
des résultats.
Des modes de réalisation préférés du dispositif optoélectronique de triangulation spatiochromatique objet de l'invention sont décrits ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels . la figure I représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, .la figure 2 représente une reconstitution tridimensionnelle de la surface d'un objet par
juxtaposition de plans de coupe successifs parallèles entre eux.
juxtaposition de plans de coupe successifs parallèles entre eux.
Le dispositif représenté figure I fonctionne de la façon décrite ci-après
. La source lumineuse (10) polychromatique et à spectre continu éclaire au moyen d'une
optique de focalisation (11) la fente source (12).
. La source lumineuse (10) polychromatique et à spectre continu éclaire au moyen d'une
optique de focalisation (11) la fente source (12).
. Le réseau de diffraction (13) de forme concave produit un continuum d'images
monochromatiques (14) de la fente source (12) créant ainsi un codage chromatique de
l'espace de mesure (15) selon un plan de coupe (x,z).
monochromatiques (14) de la fente source (12) créant ainsi un codage chromatique de
l'espace de mesure (15) selon un plan de coupe (x,z).
L'objet à mesurer est situé pour tout ou partie à l'intérieur de l'espace de mesure (15) et est
rendu solidaire d'un ensemble de tables motorisées (16) pilotées par le module électronique
(17) de contrôle-commande et de synchronisation et permettant dans sa fonction principale et
la plus élémentaire le déplacement relatif du plan de coupe (x,z) par rapport à l'objet suivant
une direction y perpendiculaire à (x,z).
rendu solidaire d'un ensemble de tables motorisées (16) pilotées par le module électronique
(17) de contrôle-commande et de synchronisation et permettant dans sa fonction principale et
la plus élémentaire le déplacement relatif du plan de coupe (x,z) par rapport à l'objet suivant
une direction y perpendiculaire à (x,z).
. L'optique afocale télécentrique (18) de grande profondeur de champ projette l'image de la
coupe (x,z) de l'objet sur la fente d'entrée (19) d'un spectrographe imageur (20) lequel forme
dans son plan image une représentation (x,) de la coupe (x,z) d'objet ainsi observé.
coupe (x,z) de l'objet sur la fente d'entrée (19) d'un spectrographe imageur (20) lequel forme
dans son plan image une représentation (x,) de la coupe (x,z) d'objet ainsi observé.
. Le détecteur photoélectrique matriciel bidimensionnel (21) placé dans le plan image du
spectrographe imageur (20) fournit à l'aide de son électronique de pilotage une image
instantanée de la coupe observée.
spectrographe imageur (20) fournit à l'aide de son électronique de pilotage une image
instantanée de la coupe observée.
. Les moyens électroniques et informatiques (22) permettent l'acquisition et le traitement des
signaux ainsi que le calcul pour chaque point x de l'altitude zi correspondante au moyen de
tableaux de conversion des Xj en zj lesquels tableaux sont préétablis au cours de la calibration
du dispositif.
signaux ainsi que le calcul pour chaque point x de l'altitude zi correspondante au moyen de
tableaux de conversion des Xj en zj lesquels tableaux sont préétablis au cours de la calibration
du dispositif.
La figure 2 représente la reconstitution tridimensionnelle de la surface d'un objet par juxtaposition de plans de coupe successifs parallèles entre eux.
La source lumineuse polychromatique (10) peut être par exemple choisie parmi les sources suivantes correspondant à différents modes préférés de réalisation de l'invention
- une source à incandescence
- une lampe à Arc donnant un spectre continu et relativement uniforme sur une large bande
spectrale, telle qu'une lampe à Arc au Xénon, utilisée en mode continu ou en mode flash,
- une ou plusieurs sources élémentaires à spectre étroit, couplées optiquement. Ces sources
peuvent être de type diode électroluminescente ou superradiante.
- une source à incandescence
- une lampe à Arc donnant un spectre continu et relativement uniforme sur une large bande
spectrale, telle qu'une lampe à Arc au Xénon, utilisée en mode continu ou en mode flash,
- une ou plusieurs sources élémentaires à spectre étroit, couplées optiquement. Ces sources
peuvent être de type diode électroluminescente ou superradiante.
Selon un autre mode de réalisation, le réseau concave de diffraction (13) de la voie d'éclairage peut être avantageusement remplacé par une lentille diffractive.
Selon un autre mode de réalisation l'optique afocale télécentrique peut être avantageusement remplacée par un objectif d'imagerie classique avec adjonction d'un transport pupillaire placé devant la fente (19) d'entrée du spectrographe imageur.
Claims (4)
1- Dispositif Optoélectronique de rétrodigitalisation par triangulation spatio-chromatique
destiné à la numérisation 3D d'empreintes et de contre-empreintes dentaires, caractérisé en ce
qu'il comporte
- une voie d'éclairage permettant d'illuminer l'objet sous examen selon un plan de coupe
(x,z) et constituée
. d'un bloc source incluant une source lumineuse polychromatique et à spectre continu (10),
éclairant au moyen d'une optique de focalisation (11) une fente source (12)
. d'un réseau concave de diffraction (13) produisant un continuum d'images
monochromatiques (14) de la fente source, créant ainsi un codage chromatique de l'espace
de mesure (15) selon un plan de coupe (x,z)
- une voie d'observation permettant de recueillir le flux rétrodiffusé par les points de la
surface de l'objet situés dans le plan de coupe (x,z) illuminé par la voie d'éclairage et
constituée:
. d'une optique afocale télécentrique (18) de grande profondeur de champ permettant de
projeter l'image de la coupe (x,z) de l'objet sur la fente d'entrée (19) d'un spectrographe
imageur (20) ladite fente étant orientée parallèlement à l'axe x
. dudit spectrographe imageur (20) qui fournit en son plan image une représentation (x,)
de la coupe (x,z) de la surface de l'objet sous examen et ce du fait du codage chromatique
produit par la voie d'éclairage
. d'un détecteur photoélectrique matriciel bidimensionnel (21) placé dans le plan image du
spectrographe imageur et délivrant à l'aide de son électronique de pilotage une image
instantanée de la coupe observée
- des moyens mécaniques (16) de translation et de rotation de l'objet sous examen
respectivement selon la direction (y) perpendiculaire au plan de coupe et autour des axes
(x) et (y) afin d'observer séquentiellement l'ensemble des plans de coupe nécessaires à
l'examen 3D de tout ou partie de la surface de l'objet
- des moyens électroniques (17) de pilotage et de synchronisation des moyens mécaniques
de translation et de rotation et de l'ensemble du dispositif
- des moyens électroniques et informatiques (22) d'acquisition et de traitement des signaux
ainsi que de calcul des altitudes zi au moyen des tableaux de conversion des Xi observés en
zi réels résultant d'une calibration initiale du dispositif.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse polychromatique
et à spectre continu (10) est réalisée par couplage optique de plusieurs sources élémentaires à
spectre étroit.
3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau concave de diffraction (13)
est remplacé par une lentille diffractive.
4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optique afocale télécentrique est
remplacée par un objectif d'imagerie classique avec adjonction d'un transport pupillaire placé
devant la fente d'entrée (19) du spectrographe imageur.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9700317A FR2758076A1 (fr) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | Procede et dispositif optoelectroniques de retrodigitalisation en odontologie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9700317A FR2758076A1 (fr) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | Procede et dispositif optoelectroniques de retrodigitalisation en odontologie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2758076A1 true FR2758076A1 (fr) | 1998-07-10 |
Family
ID=9502592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9700317A Withdrawn FR2758076A1 (fr) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | Procede et dispositif optoelectroniques de retrodigitalisation en odontologie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2758076A1 (fr) |
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