KR101631720B1 - ３ｄ를 프리뷰하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

시스템 및 방법은 스캔을 프리뷰하는 것이 개시되고, 상기 방법은, 스캔되는 대상물 가까이에 3 차원(3D) 스캐너 프로브를 위치시키는 단계; 대상물의 부분을 스캔하여 대상물의 스캔된 부분의 3D 모델을 생성하는 단계; 및 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰로서 상기 부분의 3D 모델을 표시하는 단계를 포함하고, 라이브 3D 프리뷰는 대상물에 대해 프로브의 위치 및 배향에 대한 피드백을 제공한다.

Description

３Ｄ를 프리뷰하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR 3D PREVIEWING}

비-접촉 광학 방법들에 의한 대상물의 표면 윤곽(contour)의 판별은 치아 3 차원(3D) 모델을 포함하여 많은 적용에 있어서 크게 중요해졌다. 많은 치아 적용들에 있어서, 환자의 치아의 물리적인 또는 디지털적인 모델은 턱 구조물을 포함하여 환자의 치아 및 다른 치아 구조물이 정확하게 구성되는 것을 필요로 한다. 종래에는 치아 및 다른 치아 구조물의 3D 네가티브(negative) 모델은, 하나 이상의 트레이들(trays)이 치아 인상 물질과 같은 퍼티(putty)로 충전되는 인상-취득 섹션(impression-taking session) 동안 생성되고, 그 후 상기 트레이는 네가티브 몰드(mold)를 생성하기 위해 치아 상에 위치된다. 인상 물질이 경화되면, 물질의 트레이는 치아로부터 제거되고, 경고제(plaster) 물질은 인상에 의해 형성된 네가티브 몰드로 들어간다. 경고된 후, 들어간 경고제 물질은 인상 몰드로부터 제거되고, 필요하다면, 최종 작업은 치아 구조의 최종 물리적인 모델을 생성하기 위해 주조(casting)로 실행된다. 전형적으로, 물리적인 모델은 적어도 하나의 치아 및 인접한 잇몸 영역을 포함할 것이다. 물리적인 모델들은 턱의 모든 치아, 인접 잇몸 및 상부 턱에 대한 구개(palate) 윤곽도 포함할 수 있다. 그 후, 이러한 물리적인 모델들은, 치관들(crowns) 또는 치교들(bridges) 등의 치아 원형모조물들(restorations)을 제조하기 위해 또는 치열 교정 치료를 계획하기 위해, 패턴으로서 사용될 수 있다. 게다가, 네가티브 몰드 또는 물리적인 치아 모델의 모두 또는 부분은 물리적인 모델의 디지털 3D 모델을 생성하기 위해 벤치 탑(bench top) 3D 스캐너 시스템 상에서 스캔될 수 있고, 상기 디지털 3D 모델은 치아 산업에 의해 현재 사용되는, 다양한 컴퓨터 보조 설계/컴퓨터 보조 제조(CAD/CAM) 처리들에 대한 입력으로서 이용될 수 있다.

자동 치아 구조 구강 내 광학 인상 기술들은 종래의 몰드 주조 절차에 대한 대안들로서 개선되고, 이때 상기 종래의 몰드 주조 절차에서는 치아 및 다른 치아 구조물의 3D 네가티브 모델이 인상-취득 섹션 동안 생성된다. 구강 내 치아 광학 인상 기술들이 치아 구조물의 직접적인 디지털 3D 모델 표시를 생성하기 때문에, 이들은 환자로부터 치아 컴퓨터 보조 설계(CAD) 시스템으로, 그리고 치과 의사의 검토 및 소견 후에 치아 실험실로 즉시 이동가능한 "디지털 인상"을 생성시키는 이점을 제공한다. 디지털 이동은 환자에 대한 불편을 잠재적으로 감소시키고, 인상 몰드에 대한 손상의 위험을 제거하고, 그리고 경고제 물리적인 모델의 생성 동안 일어날 수 있는 균열 발생의 오류들(propagation of errors)을 제거한다.

고품질 치아 복원을 생성하기에 충분한 적합도를 이용하여, 생체 내(구강 내 광학 인상)에서 인간 치아의 정확한 디지털 3D 모델을 획득하는 것은 공지된 비-접촉 광학 방법들의 작은 서브셋(subset)으로의 접근법을 억제하는 어려운 작업이다. 여기서 상기 비-접촉 광학 방법들은 대체로: 1) 삼각 측량(triangulation)에 기초한 방법들; 2) 공초점 매크로스코피(confocal macroscopy)에 기초한 방법들; 또는 3) 간섭 단층 촬영기법(coherence tomography)에 기초한 방법들이다. 그러나, 이러한 방법들 각각은 광학 시스템의 측면 해상도와 동일 시스템의 피사계 심도 사이에서 기본적인 설계 트레이드-오프(trade-off)(즉, 시스템 측면 해상도가 높을수록 피사계 심도는 얕아짐)에 의해 전형적으로 한정된다. 구강 내 광학 인상들에 대해서, 측면 해상도 대 피사계 심도의 트레이드-오프는 특히 민감한데, 이는 사용자에 의한 광학 인상 시스템의 구강 내 배치가 보다 중요해지도록 하는 피사계 심도에 관한 제한을, 촬상(imaging) 시스템에 필요한 미세한 측면 해상도가 일반적으로 부과하기 때문이다.

참조로서 병합된 미국 특허 제6,364,660호의 내용은, 획득된 이미지들이 이미지화된 치아 구조물의 정확한 디지털 3D 모델들로 처리될 수 있도록 충분한 측면 해상도를 가지고, 치아 구조물이 획득되는 구강 내 이미지들을 빠르게 가능케 하는 방법 및 장치를 개시한다. 이미지들 및 모델들은, 브리지 기공들(bridgeworks), 치관들, 또는 다른 정확한 몰딩들 및 제조들 등의 치아 보철물들의 설명 및 제조에 대해 그리고 치과 진단에 대해 적용된다. 참조로서 병합된 미국 특허 제6,592,371호의 내용은, 백색 광 또는 레이저 광을 사용하여 능동 삼각 측량 기술들에 의해 범위 판별 정확성을 개선시키고, 이미지 품질을 향상시키기 위해 발광성 물질을 가진 치아 구조로서의 구조물의 코팅을 개시한다.

3D 범위에 대한 삼각 측량 방법들은 기초 기하학에 기초한다. 2 개의 광학 중심들 및 삼각형의 정점인 타켓으로 구성된 삼각형의 기준선을 가진 삼각형이 제공되는 경우, 상기 타겟으로부터 상기 광학 중심들까지의 범위는 상기 광학 중심 간격 및 상기 중심들로부터 상기 타겟까지의 각도에 근거하여 판별될 수 있다. 이러한 경우, 타겟은 관심(이 되는) 대상물의 표면이다.

삼각 측량 방법들은 수동 및 능동으로 나눌 수 있다. 수동 삼각 측량(스테레오 분석(stereo analysis)으로도 공지됨)은 주변 광을 사용하고, 그리고 광학 센터들 모두는 카메라들이다. 대부분 기본 실시예들에 있어서, 능동 삼각 측량은 단일 카메라만을 사용하고, 다른 카메라들의 위치에서 제어된 조명의 소스(구조화된 광으로도 공지됨)를 사용한다. 스테레오 분석 및 개념적인 단일물은 카메라 이미지들 사이에서 일치(correspondence)를 얻는 것은 어렵기 때문에 널리 사용되지는 않는다. 예를 들면, 블록들(blocks) 등의 잘-정의된 에지들 및 코너들을 가진 대상물에서, 일치를 얻는 것은 오히려 쉬울 수 있지만, 그러나 피부 또는 치아 표면 등의 매끄럽게 변화하는 표면들을 가지고 손쉽게 맞출 수 있는 식별가능한 지점들이 없는 대상물에서, 스테레오 분석 접근법이 일치를 판별하는 것은 중요한 도전이다. 일치 상황을 해결하기 위해, 능동 삼각 측량(구조 광(structured light)으로도 언급됨) 방법들은 그의 형상을 추측하기 위해서 광의 공지된 패턴들을 대상물 상에 투영한다. 구성의 기하학은 간단한 삼각법에 의해 구조 광이 떨어지는 표면 위치의 계산을 가능케 한다.

능동 삼각 측량 방법들은 관심 대상물의 표면 상에 투영된 구조 광 패턴의 기하학에 기반하여 3 개의 방법들로 넓게 분류될 수 있다.

● 방법 1 - 점 투영( Point Projection ):

점 투영에 기반한 삼각 측량 시스템들은 표면 범위 정보를 획득하도록 미러 또는 프리즘들을 전형적으로 사용하여, 단일 점인 광을 투영하고, 관심 대상물의 표면에 걸쳐 2 차원으로 상기 광 점을 스캔해야 한다. 단지 하나의 점만이 투영된 경우, 촬상 광학기(imaging optics)에 관한 측면 해상도는 낮은데, 이는 디포커스된 스팟(defocused spot)의 중심이 추정될 수 있기 때문이다. 이 경우에 있어서, 측면 해상도는 대체로 레이저 발산의 기능을 한다. 점 발광에 기반한 삼각 측량 시스템들은 다른 삼각 측량 시스템들보다 더 느린 경향이 있는데, 이는 대상물이 동시에 한 점으로 스캔되기 때문이다.

● 방법 2 - 광 투영의 시트:

광 시트에 기반한 삼각 측량 시스템들은, 선의 외형을 일으키는 관심 대상물의 표면에 걸친 광 시트를, 대상물의 표면 상에 투영시킨다. 일반적으로, 상기 방법은, 상기 선이 광 시트에 수직한 축에 관심(이 되는) 표면에 걸쳐 스윕(sweep)되도록 하는 방식으로, 씬(scene)에 걸쳐서 광의 투영된 시트를 스캔하는 기계장치를 필요로 한다. 점 투영에 기반한 삼각 측량 시스템들과 비교하여, 이 형태의 이점은, 표면에 대한 범위 데이터가 단지 점보다는 오히려 표면의 선 섹션을 따라 모이기 때문에, 삼각 측량 시스템이 단일 축 스캔만을 필요로 한다는 점이다.

● 방법 3 - 2D 패턴 투영:

예를 들면, 모이러(Moire) 발생 패턴들 또는 컬러- 또는 형상-코드형 투영 패턴들 등의 2 차원 투영들을 사용한 2 차원(2D) 패턴 투영에 기반한 삼각 측량 시스템들의 넓은 범위가 있다. 시스템들 중 이러한 형태의 이점은 상기 시스템들이 광에 기반한 시스템들의 점 또는 시트보다 가격이 일반적으로 낮고 적을 수 있다는 것이다. 이는 상기 시스템들이 촬상 카메라의 2D 시야각(field of view)(풀 필드, full field) 내에 있는 대상물의 표면 상에 2D 패턴을 투영하여, 투영 패턴 또는 촬상 광학기의 기계적인 이행에 대한 필요성을 제거할 수 있기 때문이다. 2D 투영 시스템들이 해결하려는 기본적은 문제점은 이미지화된 패턴 소자가 투영된 패턴 소자와 동일하게 대응된다는 것이다. 구강 내 광학 인상 시스템 등의 2D 투영 시스템들을 설계함에 있어서, 상기 패턴 공간은 기대된 표면 변형에 의해 한정된다. 상기 패턴이 너무 미세하게 구현되면, 대상물의 표면 변형은 해결이 불가능한 패턴 동일성의 모호성을 생성할 수 있어서, 대상물의 표면의 디지털 3D 모델을 무효화시킨다.

상술된 3 개의 삼각 측량 방법들 중 광 투영의 시트 방법은 측면 해상도와 피사계 심도 사이의 이전에 기술된 트레이드-오프를 우회하기 위해 구성될 수 있다는 점에서 유일하다. 해상도 및 피사계 심도와 무관하게 이를 이루기 위해서, 렌즈 및 이미지 센서를 포함한 촬상 시스템은 샤임플러그의 원리(Scheimpflug principle)를 만족시키도록 서로에 물리적으로 배향되어야 한다. 샤임플러그의 원리는 광학 시스템(이미지 센서 또는 카메라 등)의 초점 평면의 배향을 기술하는 기하학적 규칙이고, 이때 렌즈 평면은 이미지 평면과는 평행하지는 않는다. 보통은, 광학 시스템(카메라 등)의 렌즈 및 이미지(필름 또는 센서) 평면들은 평행하고, 초점 평면은 렌즈 및 이미지 평면들에 평행한다. 이미지화되는 평면 대상물(빌딩의 측 등)이 이미지 평면과도 평행하는 경우, 이는 초점의 평면과 일치할 수 있고, 그리고 대상물의 전체 이미지화된 표면은 뚜렷하게 된다. 반면에, 대상물의 표면 평면이 이미지 평면과 평행하지 않는 경우, 대상물의 표면은 초점 평면에 걸친 선을 따라서만 초점이 맞질 수 있고, 이런 조건으로 인해, 클래식(classic) 측면 해상도 대 피사계 심도 트레이드-오프가 일어난다.

샤임플러그의 원리를 사용하여, 이 트레이드-오프는 이미지 평면 및 렌즈 평면을 배향함으로써 광 투영 삼각 측량 시스템의 시트에서 피해질 수 있어서, 기울어진 정접(oblique tangent)이 이미지 평면으로부터 연장되고, 또 다른 것이 렌즈 평면으로부터 연장될 시, 이들은 초점의 평면 또한 통하여 지나는 지점에서 만날 것이다. 대상물 평면 상에서의 광 투영의 시트가 이 평면의 초점과 일치하여 구현되는 경우, 대상물 평면에서의 광선의 시트를 따른 모든 점들은 초점이 맞춰질 것이다. 이는 광 시트에 기반한 삼각 측량 시스템이 치아 적용에 필요한 높은 측면 해상도를 유지시키면서 초점의 심도(depth of focus)를 크게 제공하도록 할 수 있다. 치관 및 치교 등의 치아 복원의 우수한 맞춤에 대해서, 50 ㎛ 이하의 해상도가 광학 인상 시스템들에 대해 일반적으로 필요하고, 이때 상기 광학 인상 시스템은 관심(이 되는) 치아를 포획한다(capture). 샤임플러그의 원리를 사용할 수 없는 이러한 광학 치아 인상 시스템에 대해서는, 2D 패턴 투영을 사용하면, 필요한 50 ㎛ 해상도를 이루기 때문에, 4 ㎜ 미만인 피사계 심도를 만들 수 있다. 이와 달리, 샤임플러그의 원리를 사용하면, 광 시트에 기반한 구강 내 스캐너들은 16 ㎜를 초과하는 피사계 심도 이상으로 25 ㎛ 해상도를 달성시킬 수 있다.

치과 의사가 구강 내 광학 인상을 취득하도록 준비할 시, 치과 의사가 내부 구두 프로브(probe)를 적당하게 위치시킨 것을 알도록 치과 의사는 피드백의 몇몇 형태를 일반적으로 요구한다. 2D 패턴 투영에 기반한 구강 내 광학 인상 시스템은 그의 풀 필드를 이미지화시킬 수 있고 구강 내 카메라와 매우 유사할 수 있고, 상기 프로브가 구상 내에서 어느 위치에 위치되고 광학 인상을 위한 치아에 대해 어떻게 배향될 것인지를 치과 의사에게 보여주는 라이브 풀 필드 2D 비디오 프리뷰 이미지를 손쉽게 제공할 수 있다. 이와 유사하게, 2D 패턴을 표면 상에 투영하지만, 패턴 이미지의 초점/비초점을 사용하여 삼각 측량 방법들 대신에 범위 정보를 판별하게 하는 Cadent iTero™와 같은 공초점 매크로스코피에 기반한 구강 내 광학 인상 시스템들은 치과 의사에게 풀 필드 2D 비디오 프리뷰를 제공하도록 그들의 풀 필드 촬상 광학기를 사용한다. 전형적으로, 2D 패턴 투영에 기반한 구강 내 광학 인상 시스템을 위한 측면 풀 시야각은 10 ㎜의 범위에 있어, 그 결과 치과 의사는 프로브를 구강 내로 조종함에 따라서, 치아 대 치아(tooth to tooth)에 대응하는 2 차원 뷰 및 프리뷰 2D 이미지의 반면(half surface)을 볼 수 있다. 그 후, 치과 의사가 프로브를 구강 내에 위치시키는 것을 끝내면, 치과 의사는 동일한 치아 대 치아의 3D 광학 인상 및 2D 프리뷰 이미지에서 관측되는 반면을 취득한다. 이에 대해, 이는 실제 사진을 스냅(snap) 하기 전에 씬을 배향시키고 짜맞추기 위해서 카메라의 이미지 파인더(image finder)를 사용하는 것과 유사하다.

이와 다르게, 광 투영의 시트에 기반한 구강 내 광학 인상 시스템은 광 시트에 수직한 축을 따라 수십 밀리미터의 치열(dentition) 표면(스캔 경로)에 걸쳐서 촬상 장치 및 투영광을 이동시킬 수 있고(스캔이라고도 칭함), 이로써 넓은-필드 2D 뷰 등을 이루는데 필요한 필수 초점 광학기 및 내부 구두 프로브의 허용된 크기에 구강 내 캐비티(cavity)의 압박으로 인해, 풀 필드 2D 프리뷰 이미지의 사용을 실행할 수 없게 한다. 그래서, 광 투영의 시트에 기반한 3D 광학 인상 시스템은 초점의 심도를 크게 할 수 있으면서, 우수한 측면 해상도를 유지시킨다. 한편, 광 투영의 시트에 기반한 구강 내 광학 인상 시스템을 사용하기에는 그의 프로브가 적당하게 배향되어야된다는 점에서 어려운데, 그 이유는 상기 프로브가 그의 전체 스캔 경로를 따라서, 즉, 수십 밀리미터 길이일 수 있고 턱의 만곡된 아치를 따른 다수의 치아에 이르는 경로를 따라서, 관심 치열의 시야각을 유지시키도록 위치되기 때문이다.

현재 이를 처리하는 한 방법은 치과 의사가 프로브를 구강 내에 위치시키는 것에 있는데, 이때 치가 의사는 가장 최상으로 광학 인상 스캔을 하고, 스캔된 치열의 디지털 3D 모델의 결과적인 표시를 보고, 3D 모델에서 관측된 정렬불량(misalignment)에 대해 프로브의 위치를 조정하고, 제 2 광학 인상 스캔을 하고, 새로운 3D 모델을 보고, 프로브 위치 등을 조정할 수 있다. 이 시험 및 실수 접근법을 사용하여, 치과 의사는: 1) 한 번의 스캔으로 치과 의사에게 관심 치아 군의 3D 광학 인상을 포획하도록 프로브가 적당하게 위치되고, 이 같은 경우에서, 치과 의사가 이전 스캔 및 인상 데이터 모두를 거절할 수 있을 때까지; 또는 2) 치과 의사가 광학 인상의 군에 걸쳐서 충분한 방법으로 프로브 위치를 반복하여, 개별적인 광학 인상 스캔의 전체로부터 조합된 데이터가 관심 치열을 포획하고, 최종 디지털 3D 모델을 표시하는 디지털 인상이 생성될 수 있을 때까지; 프로브 위치를 반복할 수 있다. 그러나, 이 시험 및 실수 접근법은 관심 치열에 대한 디지털 인상을 얻기 위해 치과 의사(및 환자)의 부분에 있어 비효율적이고, 여분의 시간이 든다. 또한, 이 반복 처리로 얻어진 풀 광학 인상 스캔 각각으로부터의 데이터가 유지된 후 광학 인상 스캔의 전체로서 처리되는 경우, 이는 시스템이 각각의 반복으로부터 풀 광학 인상 스캔 데이터 모두를 저장하도록 하는 중대한 도전이 있고, 광학 인상 스캔 모두의 합성물을 나타내는 디지털 3D 모델로 데이터 모두를 융합시키는 것을 시도한다. 현재, 치아의 크기를 초과하는 피사계 심도에 걸쳐서 요구된 해상도를 이루고, 구강 내 광학 인상 시스템의 프로브를 빠르게 위치시키는데 보조하는 수단을 이루면서, 디지털 인상을 나타내는 3D 모델을 발생시키기 위해 포획되고 저장되고 처리되기에 필요한 광학 인상 스캔 데이터의 양을 최소화시키는 방법은 없다. 2D 패턴에 기반한 구강 내 3D 광학 인상 시스템은 프리뷰 2D 이미지를 사용자에게 제공하는 간단하고 직관적인 수단을 달성하여 프로브를 적당하게 위치시킬 수 있지만 피사계 심도에 걸친 시스템 해상도의 비용이 드는 반면, 광 투영의 시트에 기반한 구강 내 광학 인상 시스템은 큰 피사계 심도에 걸친 필요한 해상도를 제공하지만 치과 의사가 최적으로 구강 내에 위치시킨다는 점에서 비효율적일 수 있다.

일 양태에 있어서, 3 차원(3D) 디지털 모델을 프리뷰하는 방법은, 스캔되는 대상물 가까이에 3D 스캐너 프로브를 위치시키는 단계; 대상물의 부분을 스캔하여 대상물의 부분에 관한 디지털 3D 모델을 생성하는 단계; 및 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰로서 상기 부분의 디지털 3D 모델을 표시하는 단계를 포함하고, 라이브 3D 프리뷰는 대상물에 대해 프로브의 위치 및 배향에 대한 피드백을 제공한다.

상기의 양태의 이행은 다음에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 라이브 3D 프리뷰는 근사 실시간(near real-time)으로 표시된다. 라이브 3D 프리뷰는 프로브를 재위치시키고, 스캔되는 대상물의 관심 표면에 대해 프로브를 배향하는데 보조하기 위해 사용된다. 라이브 3D 프리뷰 모델은 감소된 해상도이다. 상기 시스템은, 라이브 3D 프리뷰 후에 관심 대상물의 표면의 완료된 디지털 3D 모델을 포획할 수 있다. 3D 스캐너 프로브는 대상물의 하나 이상의 표면들을 가로질러 광 시트 등의 구조 광을 스윕한다(sweep). 대상물은 하나 이상의 치아를 포함하는 씹는 시스템(masticatory system)의 부분일 수 있다. 3D 스캐너 프로브는 스캔 궤도를 따라서 치열과 정렬될 수 있다. 상기 시스템은, 3D 스캐너 프로브가 풀 스캔 경로(full scan path) 모두 또는 그 일부를 따라서 광 시트를 앞뒤로 스윕하는 3D 프리뷰 스캔 모드(preview scan mode)를 제공할 수 있고, 그리고 스캔된 표면의 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰는 표시된다. 프로브는, 관심 치열이 라이브 3D 프리뷰에서 제시될 때까지 조정될 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 하나 이상의 치아의 스캔으로부터 얻어진 디지털 3D 모델을 프리뷰하는 방법은, 환자의 입에 3D 스캐너 프로브를 위치시키는 단계; 환자의 입에서, 스캔된 치아 구조의 디지털 3 차원(3D) 모델을 발생시키기 위해 치아 구조를 스캔하는 단계; 및 스캔된 치아 구조의 라이브 3D 프리뷰를 표시하는 단계를 포함한다.

상기의 양태의 이행은 다음에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 3D 스캐너 프로브는 하나 이상의 치아 표면들에 걸쳐서 광 시트를 스윕한다. 3D 스캐너 프로브는, 스캔 궤도를 따라 상기 프로브가 환자의 치열과 정렬하기 위해, 위치될 수 있다. 치아 전문가용 프리뷰 스캔 모드는, 광 프로젝터의 시트 및 스캐너 프로브 내의 촬상 개구부(imaging aperture)가 풀 스캔 통로 모두 또는 그 일부를 따라서 앞뒤로 빠르게 이동되도록 제공될 수 있고, 그리고 스캔된 치열의 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰를 근사 실시간으로 표시할 수 있다. 라이브 3D 프리뷰 표시는 환자의 치열에 대해 프로브가 어떻게 위치되고 배향되었는지에 대한 피드백을 제공한다. 라이브 3D 프리뷰는 관심 치열이 라이브 3D 프리뷰 표시에 제시될 때까지 스캐너 프로브를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 사용자는 프리뷰 스캔 모드를 종료하고 치열의 광학 인상을 포획할 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 방법은 프리뷰 스캔 모드를 통합함으로써, 구강 내 캐비티 내의 구강 내 광학 인상 스캐너 프로브를 빠르고 정확하게 위치시키는 단계를 제공하는데, 이때 상기 단계는 a) 광학 인상을 위해 환자의 치열을 준비하고; b) 턱에서, 하나 이상의 치아를 가로지르는 범위로 정의된 궤도를 따라서, 구조 광 프로젝터 및 그에 연관된 촬상 광학기를 이동시키는 구조 광 스캐너를 이용하고; 그리고 c) 구조 광 프로젝터 및 그에 연관된 촬상 광학기를 정의된 궤도를 따라 앞뒤로 빠르게 이동시키면서, 근사 실시간으로 스캔 데이터를 처리하고, 스캔된 치열의 결과적인 디지털 3D 모델의 연속적인 업데이트 표시를 사용자에게 제공함으로써, 이루어진다.

상기의 방법의 이행은: 1) 스캐너 프로브의 정확한 구강 내 위치 및 배향을 발견하는 프리뷰 스캔 모드로의 진입; 및 2) 관심(이 되는) 환자의 치열의 디지털 인상을 포획하기 위해 프리뷰 스캔 모드로부터의 종료를 제어하도록, 치과 의사의 풋 페달(foot pedal)에 의한 사용을 포함할 수 있다.

도 1a는 디지털 3D 모델을 프리뷰하기 위한 대표적인 처리를 도시한 도면이다.
도 1b는 치아 구조물에 대해서 디지털 3D 모델을 프리뷰하기 위한 대표적인 처리를 도시한 도면이다.
도 2는 치아 구조물의 디지털 모델들을 보고, 변경하고, 보관하고, 그리고 상기 디지털 모델 파일들을 사용하여 치아 구조물의 물리적인 모델들의 컴퓨터 통합형 제조를 제공하는 대표적인 환경을 제시하는 블럭도이다.
도 3은 디지털 치아 모델을 프리뷰하고 치료 계획을 실행하는 시스템 및 방법을 제시한 도면이다.

도 1a는 광 투영 스캐너의 시트 등의 3D 스캐너를 사용하여 디지털 3D 모델을 프리뷰하기 위해 대표적으로 제 1 처리를 제시한다. 이 처리에 있어서, 3D 스캐너 프로브는 스캔되는 대상물 가까이에 위치되고, 스캐너 시스템은 프리뷰 스캔 모드로 한다(10). 프리뷰 스캔 모드 동안, 그 다음 상기 시스템은 시스템의 투영 광에 의해 스캔되는 대상물 부분의 디지털 3 차원(3D) 모델을 발생시키도록 대상물의 부분을 스캔한다(12). 하나의 실시예에서, 처리 속도를 높이기 위해, 프리뷰 스캔은 감소된 해상도에서 행해진다. 라이브 3D 프리뷰는 가장 최근에 처리된 스캔 데이터를 반영하는 디지털 3D 모델을 표시함으로써 이루어진다(14). 디지털 3D 모델(14)의 라이브 3D 프리뷰의 표시를 스캔하고(12) 업데이트하는 처리는 프리뷰 스캔 모드 동안 연속적인 방식으로 반복된다. 라이브 3D 프리뷰는 스캔화된 대상물의 표면에 대해 3D 스캐너 프로브의 위치 및 배향에 관한 피드백으로 제공하여, 프로브의 위치 또는 배향의 변화는 프리뷰 스캔 궤도를 따라 대상물의 표면의 프로브의 현재 뷰(current view)를 나타내는 디지털 3D 모델을 표시하도록 라이브 3D 프리뷰를 업데이트시킨다. 하나의 실시예에서, 프리뷰 스캔 모드 동안, 스캐너는, 39 ㎜ 이상을 넘어 연장되고 스캔된 표면의 디지털 3D 모델의 연속적으로 업데이트된 라이브 3D 프리뷰를 표시하는 스캔 궤도를 따라서, 광 시트를 앞뒤로 스윕한다(sweep). 하나의 실시예에서, 상기 표면은 완전한 프리뷰 스캔 궤도를 따라 연속적으로 스캔되고, 디지털 3D 모델의 결과적인 라이브 3D 프리뷰는 초당 한번 이상의 비율로 업데이트되고 표시된다. 시스템은 고속 스캐닝을 가능케 하고, 디지털 3D 모델이 하나 이상의 이미지 개구부들의 고속 정렬, 및 스캔된 구조를 가진 스캔 궤도를 제공하는 처리를 가능케 한다.

하나의 실시예에서, 라이브 3D 프리뷰는 사용자에게 제시되고, 스캔된 대상물의 디지털 3D 모델을 보여주는 근사 실시간 라이브를 제공하여, 작업자가 스캔된 대상물의 고품질의 디지털 3D 모델을 위한 데이터를 포획하고 저장하기 위한 처리를 시작하기 전에, 대상물이 어떻게 스캔될 수 있는 것일지를 작업자 또는 사용자가 수행 시간 이전(ahead of time)에 확인하도록 한다. 또 다른 실시예에서, 라이브 3D 프리뷰는 대상물의 부분의 감소된 해상도 3D 모델 또는 3D 썸네일(thumbnail) 모델을 생성하여, 이로써, 작업자는 디지털 3D 모델을 위한 데이터를 포획하고 저장하기에 앞서, 3D 스캐너 프로브 배치에서 오류 또는 부정확성을 분별할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 라이브 3D 프리뷰 스캔으로부터의 스캔 데이터는 사용자에게 표시하는 프리뷰 디지털 3D 모델을 생성시키도록 사용되고, 프리뷰 스캔 데이터의 일부 또는 모두는 최종 디지털 3D 모델을 발생시키기 위해 저장되고 사용된다. 여전히 또 다른 실시예에서, 라이브 3D 프리뷰 스캔으로부터의 스캔 데이터는 사용자에게 표시하는 프리뷰 디지털 3D 모델을 발생시키기 위해서만 사용되고, 프리뷰 스캔 데이터는 최종 디지털 3D 모델을 발생시키기 위해 저장되거나 사용되지 않는다.

도 1b는 치아 등의 치아 구조물들의 스캔으로부터 얻어진 디지털 3D 모델을 프리뷰하기 위해 대표적인 제 2 처리를 제시한다. 이 처리에서, 광학 인상 스캐너 시스템의 구강 내 프로브(intra oral probe)(3D 스캐너 프로브)는 위치되어, 스캔 궤도를 따라 환자의 치열과 일반적으로 정렬된다. 시스템은 치아 전문가 또는 치과 의사에게 프리뷰 스캔 모드를 제공하고, 광 프로젝터의 3D 스캐너 프로브의 시트 및 그에 연관된 촬상 광학기는 풀 스캔 경로 모두 또는 그 일부를 따라 고속으로 앞뒤로 이동되고, 스캔된 표면의 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰는 근사 실시간으로 사용자에게 다시 표시된다.

도 1b를 다시 참조하여, 처리는 광학 인상 또는 스캔을 위해 환자의 치아를 준비함으로써 시작된다(20). 그 다음으로, 작업자는 스캔 길이 및 3D 모델 해상도 등의 하나 이상의 스캔 파라미터들을 설정한다(22). 그 후, 작업자는 환자의 구강 내로 3D 스캐너 프로브를 위치시키고, 프리뷰 스캔 모드를 시작한다(24). 처리는, 프리뷰 스캔 모드가 여전히 선택되었는지를 확인하기 위해 체크되고(26), 프리뷰 스캔 모드가 선택되지 않은 경우, 처리는 프리뷰 스캔 모드를 정지시킨다(28). 대안적으로, 처리는 미리 정의된 궤도를 따라서 스캐너 광 투영 및 촬상 광학기를 이동시키면서, 특정 해상도에서 이미지들을 포획한다(30). 스캔 데이터는 처리되고, 스캔된 표면의 결과적인 디지털 3D 모델은 실시간 또는 근사 실시간으로 표시된다(32). 처리는, 시스템이 스캔 경로의 끝에 이르렀는지를 확인하기 위해 체크된다(34). 시스템이 스캔 경로의 끝에 이르지 않은 경우, 처리는 단계(30)로 되돌아 간다. 대안적으로, 끝에 이른 경우, 처리는 미리 정의된 스캔 궤도의 방향을 역행시키고(36), 단계(26)로 되돌아 간다.

라이브 3D 프리뷰 표시는, 3D 스캐너 프로브가 환자의 치열에 대해 어떻게 위치되고 배향되는지를 치과 의사에게 피드백을 즉시 제공하고, 치과 의사에게 관심 치열의 디지털 3D 모델이 라이브 3D 프리뷰 표시로 제시될 때까지, 이들이 프로브의 조정을 빠르게 이루도록 한다. 이 시점에서, 치과 의사는 프리뷰 스캔 모드를 정지하고, 치열의 실제적인 높은 해상도 디지털 3D 모델을 스캔 및 포획하고, 그리고 저장하기 위해서, 즉, 디지털 인상을 포획하기 위해서 처리를 시작한다.

프리뷰 스캔 모드 동안, 광 스캐너의 시트는 광 프로젝터의 스캐너의 시트 및 이에 연관된 촬상 광학기를 정의된 스캔 궤도를 따라 앞뒤로 연속적으로 이동시킨다. 동시에, 스캐너의 각 스윕으로부터의 데이터는 근사 실시간으로 처리되고, 광의 투영된 시트에 의해 스윕된 표면의 디지털 3D 모델은 사용자에게 표시된다. 바람직한 실시예에서, 근사 실시간이라는 것은 데이터가 포획되는 시간과 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰로서 사용자에게 표시되는 시간 사이의 표시 잠복기(display latency)가 약 2 초 미만, 이상적으로 약 0.5 초 미만이라는 것을 의미한다.

하나의 실시예에서, 스캔 경로를 따라 앞뒤로의 한 완료 스윕을 완료시키기 위한 시간은 대략 1 초이고, 이로 인해, 사용자에 대한 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰의 표시는 1 초당 2 개의 프레임 비율로 업데이트된다. 0.5 초 미만인 표시 잠복기와 관련하여, 관심 치열의 실제 광학 인상을 포획하고 저장하는 것에 대한 준비로 상기와 같은 데이터 비율이 프로브를 위치 및 배향시키는 치과 의사에게 우수한 피드백을 제공하는 것을 알 수 있다. 짧거나 또는 긴 표시 잠복기와 조합하여 빠른 또는 느린 스캔 비율은 프리뷰 스캔 모드를 위해 이용될 수도 있고, 발명자에 의해 고려될 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 광 투영 스캐너의 시트 등의 구조화된 광 스캐너는 3D 스캐너로서 사용된다. 구조화된 광 스캐너는 기계적으로 스캔되는 크기 수에 의해 대체로 분류될 수 있다. 광 투영 스캐너들의 시트는 대상물 선의 외형을 구현시키는 씬에 걸쳐서 광 시트를 투영시킨다. 점(point) 스캐너들에 대해서 이러한 유형의 스캐너의 이점은, 씬을 위한 범위 데이터가 단지 한 점보다는 오히려 스캔되는 표면의 선 부분을 따라 모이게 된다는 점이다. 점 스캐너와 유사하게, 이 방법은 상기 씬에 걸쳐 투영된 레이저 선을 스캔하는 메커니즘을 요구하여, 상기 선은 광 시트에 수직하는 축에서 관심 표면에 걸쳐서 스윕된다.

점 스캐너들 또는 2D 투영 스캐너들 등의 다른 3D 스캐너들은 마찬가지로 사용될 수 있다. 점 스캐너들은 전형적으로 미러들(mirrors) 또는 프리즘들(prisms)을 사용하여, 단일 점을 투영시키고, 이를 씬에 걸쳐서 투영시킨다. 단지 한 점만이 투영됨으로 인해, 촬상 광학기에 관여한 측면 해상도는 낮아지는데, 이는 디포커스된 스팟의 중심이 계산될 수 있기 때문이다. 2D 투영 시스템들은 다른 것들 중에서 모이러(Moire) 발생 패턴들 또는 컬러- 또는 형상-코드형 투영 패턴들 등의 2 차원 투영들을 사용할 수 있다. 2D 투영 시스템들은 일반적으로 광 투영 스캐너들의 점 또는 시트보다 가격이 낮고 작다. 이러한 시스템들은 전형적으로 대상물의 2 차원 크기 상에 2D 패턴을 투영시키고(풀 필드), 이로써, 패턴 프로젝터 또는 촬상 광학기의 기계적인 이행에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 그러나, 관심 대상물의 크기가 2D 패턴 투영의 풀 필드 뷰를 초과하는 경우에서, 이는, 대상물 상에 투영된 2D 패턴의 일련의 이미지들이 스캔 궤도를 따라 포획되도록, 패턴 프로젝터 및 촬상 광학기를 기계적으로 이행(스캔)한다는 것에서 유리할 수 있다. 이 경우에서, 본원에서 기술된 라이브 3D 프리뷰 처리는 관심 대상물과 정렬된 스캔 궤도, 예를 들면, 턱 선을 따른 치열의 특정 설정을 얻기 위해 적용가능하다.

도 2는 치아 구조물의 디지털 모델들을 보고, 변경하고, 달성하고, 그리고 디지털 모델 파일들을 사용하여 치아 구조물의 물리적인 모델들의 컴퓨터 통합 제조를 지지하는 대표적인 주위 상황을 도시하는 블럭도이다. 도 2의 주위 상황에서, 치아 구조물의 구강 내 치아 스캐너에 의해 얻어진 데이터(102)는 스캔된 치아 구조물의 표면 윤곽을 나타내는 3D 디지털 치아 모델을 생성하기 위해 사용된다. 이 디지털 치아 모델을 얻기 위한 방법 및 장치의 설명은 미국 특허 제6,364,660호에 기술되고, 그의 내용은 참조로서 본원에 병합된다.

스캐너로부터 디지털 치아 모델을 나타내는 데이터(102)는 인터넷 등의 넓은 영역 네트워크(110) 상에 걸쳐, 컴퓨터 보조 제조 능력들을 가진 치아 실험실 시설(130)로 이동된다. 치아 CAD 시스템(200)을 사용하여, 치아 실험실 기술자는 디지털 치아 모델을 볼 수 있고, 치아 다이(tooth die) 모델을 필요로 하는 치아를 선택한다. 그 후, 치아 CAD 시스템(200)은 선택된 치아의 3D 디지털 고립형 치아 다이 모델들을 생성한다. 그 후, 기술자는, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 등의 컴퓨터 통합 제조(CIM) 방법들 및 기술들을 이용한 물리적인 모델로 제조되어야 하는 디지털 모델들을 선택할 수 있다. 전형적으로, CIM으로 제조된 고립형 치아 다이 모델은 치과 의사(106)에게 다시 직접적으로 이동되는 치관 등의 보철물(prosthetic)을 제조하기 위해 패턴으로서 사용될 수 있다.

몇몇 경우에서, 치과 의사(106)는 디지털 치아 모델 파일을 CIM 시설(120)로 이동시킬 수 있다. CIM 시설(120)은 치과 의사가 디지털 치아 모델로 변형이 허용되도록 선택할 수 있고, 디지털 치아 모델의 물리적인 모사물들(replicates) 및 치아 실험실(130)을 위해 이전에 기술된 처리를 따르는 디지털 고립형 치아 다이 모델을 제조한다. 디지털 치아 모델의 물리적인 모델들 및 디지털 고립형 치아 다이 모델이 구현되면, 상기 물리적인 모델들은 보철물 제작을 위해 고안된 치아 실험실(130)로 이동된다.

도 2의 시스템이 디지털 모델들의 정확한 물리적인 모델 표현을 제조하기 위해 CIM과 함께 디지털 치아 모델들의 생성을 통합한다. 디지털 모델들의 물리적인 모델들의 제조에 적합한 CIM 기술들은, 광조형 장치(stereo lithography apparatus, SLA), 컴퓨터 수치 제어(computer numeric controlled, CNC) 기계장치(machining), 전기 방전 기계장치(electro-discharge machining, EDM), 및 스위스형 자동 기계장치(Swiss Automatics machining)를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, SLA 장비, 및 더모제트 프린터(ThermoJet printer) 등의 3D 프린터들은 CAD 사용자가 자유롭게 빠르게 "인쇄"하고, 그들의 손으로 3 차원 모델이 유지되도록 하는 CA, Valencia의 3D 시스템들로부터 입수할 수 있다.

광조형 기술(stereolithography)에 있어서, 3 차원 형상 모델 데이터는 등고선 데이터로 전환되고, 각각의 등고선들에서의 부분적인 형상은 큐빅 모델을 준비하기 위해 순차적으로 적층된다. 상기 모델의 각 큐빅 자외선 경화성 수지층은, 다음 층이 쌓이고 경화되기 전에 레이저 빔의 조사 하에 경화된다. 각 층은 본질적으로 소기의 3 차원 대상물의 얇은 단면이다. 전형적으로, 경화성 플라스틱 점성액(viscous curable plastic liquid)의 얇은 층은 이전에 경화된 층일 수 있는 표면에 도포되고, 중력에 의해 평활화되도록(smooth out) 중합성 액체(polymerizable liquid)의 얇은 층에 대해 충분한 시간이 경과된 후, 복사의 컴퓨터 제어형 빔은 플라스틱 액체를 충분히 경과시키도록 얇은 액체 층에 걸쳐 이동되어 그 후의 층들은 도포될 수 있다.

얇은 층이 레벨화(level)되는 대기 기간은 중합성 액체의 점도, 층 두께, 부분 형상화(part geometry), 및 단면 등의 여러 요인들에 따라서 변화된다. 전형적으로, 수직으로 이동가능한 대상물 지지 플랫폼(platform) 상에 지지되는 경화된 층은 소기의 층 두께보다 더 큰 간격으로 중합성 점액의 배스(bath)의 표면 아래로 담겨서, 액체는 이전 단면 상으로 빠르게 흐른다. 그 후, 상기 부분은 소기의 층 두께와 동일한 액체의 표면 아래의 위치로 상승되고, 이때 상기 소기의 층 두께는 이전 단면의 적어도 상당한 부분 상에서 과잉 물질의 불룩한 부분을 형성한다. 표면이 (평활하게) 레벨화될 시, 층은 복사에 의해 경화되기 위해 준비된다. 자외선 레이저는 소정의 패턴으로 검류계 미러(galvanometer mirror) X-Y 스캐너로 액체 표면에 걸쳐 이동되는 UV의 작고 강한 스팟(spot)을 발생시킨다. 상기의 방식으로, 광조형 장비는, 얇은 층 모두가 전체 치아 모델을 형성하기 위해 함께 연결될 때까지, 경화성 매개물의 복수의 얇은 층들을 연속적으로 서로 상부 상에서 경화시킴으로써, 복잡한 3 차원 부분을 자동적으로 만든다.

인지될 수 있는 바와 같이, 각 환자의 치아 모델은 유일하고, 환자의 치아 모델들은 당업자의 치아 기술에 의해 차례로(one at a time) 전형적으로 제조된다. 모델들의 상기 "차례로" 매뉴얼 제조와는 달리, SLA의 사용은 환자 치아 모델들의 대량(mass) 제조를 가능케 하는데, 그 이유는 플랫폼이 치아 모델 부분들의 유일한 세트를 각 그리드(grid)가 지지할 수 있는 그리드로 부분화될 수 있기 때문이다. 게다가, 이러한 유일 그리드 모델 부분들은 치아 실험실 처리를 통해 개별적인 부분의 추적을 가능케 하도록 제조 동안 직렬화될 수 있다.

전형적인 단일 치아의 치관 환자에 대해서, 3 개의 유일한 물리적인 모델들이 구현될 수 있다: 1) 상부 턱에서 치아 구조물을 스캔하는 것으로부터 얻어진 디지털 치아 모델에서의 치아 및 인접한 잇몸의 모든 또는 부분적인 물리적인 모델; 2) 하부 턱에서 치아 구조물을 스캔하는 것으로부터 얻어진 디지털 치아 모델에서의 치아 및 인접한 잇몸의 모든 또는 부분적인 물리적인 모델; 및 3) 치관된 치아에 대한 디지털 고립형 치아 다이 모델의 물리적인 모델이다. 상부 및 하부 턱의 물리적인 모델들은 실험실 기술자 또는 치과 의사가 적절한 교합 관계(occlusal relationship)의 물리적인 모델들을 정렬시키도록 하는 인덱스 마크들(index marks)로 제조될 수 있다. 치아 기술자가 패턴으로서의 디지털 고립형 치아 다이 모델의 물리적인 모델을 사용하여 치관을 제조하면, 상부 또는 하부 턱에 대한 디지털 치아 모델로부터 생성된 물리적인 모델의 해당 치아 위치 상에 치관을 안착시킴으로써 맞추기 위해 치관은 체크될 수 있다. 이는, 치관 보철물을 치과 의사에게 전달되기에 앞서, 제조된 치관 보철물의 인접한 치아 간섭 및 교합 맞춤 모두를 정확하게 체크하는 것을 가능케 한다.

도 3을 참조하면, 디지털 치아 모델들을 보고 치료 계획을 실행하는 치아 CAD 시스템(200)이 제시되어 있다. 구강 내 치아 스캐너(102)로부터의 데이터는 3D 이미지 및 치아 모델 엔진(202)에 의해 처리되고, 치아 구조물의 스케일형 3D 뷰어(scaled 3D view)로서 표시된다.

3D 이미지 및 치아 모델 엔진(202)은 획득된 디지털 치아 모델의 품질도 평가하고, 사용자에게 강조된 영역들을 표시할 수 있고, 이때 상기 강조된 영역들은 디지털 치아 모델이 예외의 표면 윤곽을 반영한 영역들이거나, 또는 표면 윤곽의 계산된 평가에서의 불확실성이 사용자 특정 한계를 초과하는 영역들이다. 3D 이미지 및 치아 모델 엔진(202)의 출력은 디스플레이 또는 모니터(205)를 구동시키는 디스플레이 구동기(203)로 공급된다.

3D 이미지 및 치아 모델 엔진(202)은 국부적으로 또는 인터넷 상에서 발생된 사용자 명령들을 수신하는 사용자 명령 프로세서(204)와 통신한다. 사용자 명령 프로세서(204)는 풋 페달(216), 마우스(206), 키보드(208), 스타일러스 패드(210), 조이스틱(211), 또는 터치 스크린(215)을 통해 국부 사용자로부터 명령을 수신한다. 추가로, 마이크로폰(212)은 사용자 음성 명령들 또는 음성 입력들(voice annotations)을 포획하기 위해 구비된다. 마이크로폰(212)에 의해 포획된 소리는 음성에서 문자(text)로 변환시키는 음성 프로세서(214)로 공급된다. 음성 프로세서(214)의 출력은 사용자 명령 프로세서(204)로 공급된다. 사용자 명령 프로세서(204)는 디지털 치아 모델들과 연관된 파일들을 저장하는 데이터 저장부(218)에 연결된다. 하나의 실시예에서, 풋 페달(216)은 시스템의 프리뷰 스캔 모드로의 진입을 제어하기 위해 사용되고, 프리뷰 스캔 모드로부터의 종료를 제어하기 위해서도 사용되고, 그리고 디지털 치아 모델을 생성하기 위해 사용된 광학 인상 데이터의 포획을 시작한다.

디지털 치아 모델의 3D 표시를 보여주면서, 사용자는 원근법, 줌, 특징 해상도, 밝기 및 대비를 포함하지만 이에 한정되지 않은 모니터(205) 상의 이미지 표시 파라미터들을 제어하기 위해, 풋 페달(216), 마우스(206), 키보드(208), 스타일러스 패드(210), 조이스틱(211), 터치 스크린(215) 또는 음성 입력들을 사용할 수 있다. 예외로서 치아 CAD 시스템에 의해 강조된 디지털 치아 모델의 3D 표시의 영역들은 사용자에 의해 평가되고 사용에 따라서 해상화된다(resolved). 표시된 3D 디지털 치아 모델의 사용자 평가에 이어, 치아 CAD 시스템은 인터넷에 걸친 전달이 안전하도록, 파일들을 처리하는 데이터 압축 및 암호화 엔진(220)을 사용자에게 제공한다.

치아 CAD 시스템(200)은 디지털 치아 모델들을 사용하여 다양한 치료 계획 처리들을 실행하기 위해서 도구들을 사용자에게도 제공한다. 상기와 같은 계획 처리들은 아치(arch) 길이의 계측, 아치 폭의 계측 및 개별적인 치아 크기의 계측을 포함한다.

상기의 시스템 및 방법의 특정 실시예들의 이점은 하나 이상의 다음 것들을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 고속 스캐닝을 가능케 하고, 디지털 3D 모델이 하나 이상의 이미지 개구부들의 고속 정렬, 및 스캔된 구조를 가진 스캔 궤도를 제공하는 처리를 가능케 한다. 시스템에 의해 표시된 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰는 스캐너 시스템의 해상도 또는 최종 디지털 3D 모델 정확성을 손상시킴 없이 스캔 경로 길이에 무관하게 구강 내 프로브의 고속 배향을 가능케 한다. 시스템은 3D 스캐너 프로브의 정확한 구강 내 위치 및 배향을 발견하기 위해 치과 의사에게 현재 필요한 시험 또는 실수 과정을 최소화시키고, 치열의 최종 고해상도 디지털 3D 모델을 발생시키기 위해 처리되기에 필요한 데이터량을 감소시킨다. 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰의 근사 실시간 표시는 직접적이고 직관적인 방식으로 치과 의사가 3D 스캐너 프로브를 빠르게 위치시키도록 한다. 시스템은 광학 인상 포획 처리의 속도를 크게 높인다. 시험 및 실수 과정으로, 광학 인상 스캐너의 단일 스캔으로부터의 데이터가, 광학 인상의 디지털 3D 모델로서, 사용자에 대해 포획되고, 저장되고, 처리되고 그리고 표시되기에는 20초나 걸린다. 이는, 최종 광학 인상에 대해 관심 치열과 정렬되는 프로브 위치 및 배향에 이르기 위해 2 번 또는 3 번 반복이 될 수 있는 경우에, 치과 의사 및 환자 모두에게 있어 상당한 시간이다. 상기 시스템은 프로브를 위치시키기 위해 2 차원 프리뷰와 같은 구강 내 카메라를 제공하기 때문에, 프로브 팁(probe tip)에서의 풀 필드 2D 이미저(full field 2D imager)를 위한 광학기를 위치시킬 필요성을 제거한다. 프리뷰 이미지를 위한 2D 풀 필드 광학기의 제거는, 3D 스캐너 프로브 팁의 크기가 최소화되게 하여, 치과 의사에게 프로브를 구강 내 캐비티 내에서 더 조종할 수 있도록 하고, 치열에 대해 증가된 시각적인 접근을 제공한다. 상기의 이점은 제공되는 동시에 3D 스캐닝 및 광학 인상 처리 동안 환자를 더 편안하게 한다.

본 발명이 임의의 바람직한 실시예들을 연결하여 기술되면서, 이러한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 이와 달리, 대안, 변형 및 균등성을 모두 다루는 것은 첨부된 청구항에 정의된 바와 같이, 본 발명의 기술 영역 및 권리 범위 내에서 포함될 수 있다는 것을 의도한다.

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21. 대상물의 3 차원(3D) 디지털 모델을 프리뷰하는 3D 프리뷰 시스템에 있어서,
    프로세서; 및
    명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체(non-transitory computer readable storage medium)를 포함하고, 상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어 단계들을 수행하고, 상기 단계들은:
    디지털 모델화 대상물에 대해 3D 스캐너 프로브를 위치시키고;
    상기 대상물의 부분을 스캔하여 상기 대상물의 부분에 관한 디지털 3D 모델을 생성하며; 및
    고해상도의 디지털 3D 모델을 포획하여 저장하기 전에, 고해상도보다 감소된 해상도로, 연속적으로 업데이트되는 상기 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰를 표시하는 것;을 포함하고,
    상기 라이브 3D 프리뷰는 상기 대상물에 대해 프로브의 위치 및 배향에 대한 피드백을 제공하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 라이브 3D 프리뷰는 실시간(real-time)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
23. 제 21 항에 있어서,
    상기 라이브 3D 프리뷰는, 상기 대상물의 목표 부분의 디지털 3D 모델을 제공하는 위치를 판별하기 위해 상기 3D 스캐너 프로브를 재위치시키는 것에 이용되는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
24. 제 21 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    상기 라이브 3D 프리뷰를 표시한 후에, 상기 대상물의 목표 부분의 고품질의 디지털 3D 모델을 포획하는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
25. 제 21 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    위치 및 배향을 찾기 위한 프리뷰 스캔 모드로 진입하고;
    대상물에 대한 디지털 인상(digital impression)을 포획하기 위해 프리뷰 스캔 모드를 종료하는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
26. 제 21 항에 있어서,
    상기 3D 스캐너 프로브는, 상기 대상물의 하나 이상의 표면들을 가로질러 광(light) 시트를 스윕(sweep)하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
27. 제 21 항에 있어서,
    상기 대상물은 하나 이상의 치아를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    스캔 궤도를 따라 치열과 정렬되기 위해, 상기 3D 스캐너 프로브를 위치시키는 것을 포함하는 단계들를 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
29. 제 27 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    상기 3D 스캐너 프로브가 풀 스캔 경로의 하나 이상의 부분들을 따라 광 시트를 앞뒤로 스윕하는 프리뷰 스캔 모드를 제공하고; 및
    스캔된 표면의 라이브 3D 프리뷰를 표시하는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
30. 제 27 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    관심 치열이 상기 라이브 3D 프리뷰에서 표시될 때까지 프로브 위치 및 배향을 조정하는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
31. 하나 이상의 치아의 디지털 3 차원(3D) 모델을 프리뷰하는 3D 프리뷰 시스템에 있어서,
    프로세서; 및
    명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체(non-transitory computer readable storage medium)를 포함하고, 상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어 단계들을 수행하고, 상기 단계들은:
    환자의 입에 3D 스캐너 프로브를 위치시키고;
    치아 구조를 스캔하여, 환자의 입에서, 스캔된 치아 구조의 디지털 3D 모델을 생성하며, 상기 치아 구조는 감소된 해상도로 스캔되고; 및
    스캔된 치아 구조의 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰를 연속적으로 업데이트하여 표시하는 것;을 포함하고,
    상기 라이브 3D 프리뷰로부터의 스캔 데이터는, 최종 디지털 3D 모델 생성용으로 저장 혹은 이용되지 않는 것을 특징으로 3D 프리뷰 시스템.
32. 제 31 항에 있어서,
    상기 3D 스캐너 프로브는, 하나 이상의 치아 표면들을 가로질러, 광 시트를 스윕하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
33. 제 31 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    스캔 궤도를 따라 환자의 치열과 정렬되기 위해, 상기 3D 스캐너 프로브를 위치시키는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
34. 제 31 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    상기 스캐너 프로브가 풀 스캔 경로의 하나 이상의 부분들을 따라 앞뒤로 빠르게 스캔하는, 치아 전문가용 프리뷰 스캔 모드를 제공하고, 및
    실시간으로 상기 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰를 표시하는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
35. 제 31 항에 있어서,
    상기 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰 표시는 상기 3D 스캐너 프로브의 위치 및 배향에 대한 피드백을 제공하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
36. 제 31 항에 있어서,
    상기 디지털 3D 모델의 라이브 3D 프리뷰는, 관심 치열이 라이브 3D 프리뷰 표시로 제시될 때까지, 상기 3D 스캐너 프로브를 조정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
37. 제 31 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    상기 치아의 디지털 인상을 포획하기 위해 프리뷰 스캔 모드를 종료하는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프리뷰 시스템.
38. 환자의 구강 내 캐비티(cavity) 내에서, 구강 내 3D 스캐너를 위치시키는 시스템에 있어서,
    프로세서; 및
    명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체(non-transitory computer readable storage medium)를 포함하고, 상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어 단계들을 수행하고, 상기 단계들은:
    광학 스캔용 환자의 치열이 준비되면, 환자의 턱에 있는 하나 이상의 치아를 가로지르는 범위로 정의된 궤도를 따라 구조 광 프로젝터와 촬상 광학기를 이동시키는 구조 광 스캐너를 활용하고,
    상기 정의된 궤도를 따라, 상기 구조 광 프로젝터 및 촬상 광학기를 앞뒤로 이동시켜, 스캔된 치열의 디지털 3D 모델의 계속적으로 업데이트된 라이브 3D 프리뷰를 감소된 해상도로 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 내 3D 스캐너를 위치시키는 시스템.
39. 제 38 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행되어,
    상기 구강 내 3D 스캐너를 제어하기 위해 풋 페달을 이용하는 것을 포함하는 단계들을 수행하는 것을 특징으로 하는 구강 내 3D 스캐너를 위치시키는 시스템.
40. 제 39 항에 있어서,
    상기 풋 페달은 상기 라이브 3D 프리뷰의 표시를 제어하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 구강 내 3D 스캐너를 위치시키는 시스템.

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