WO1994000074A1 - Dispositif de correlation des saisies tridimensionnelles d'organes humain, notamment, pour des applications en odontoiatrie - Google Patents

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Definitions

  • the subject of the present invention is a device for correlating three-dimensional seizures of human organs with specific determination of characteristic points and a device for implementing it.
  • this system offers a method based on the analysis of the respective position of the analysis or measurement instrument with respect to the organ analyzed or measured, and possibly all with respect to a fixed reference. There are different methods for grasping the shape of an internal or external human organ.
  • a first method consists in making an imprint of the organ using a more or less elastic product or paste, making it possible to obtain a mold in which plaster will be cast, in order to obtain a complete replica of said organ.
  • This method is very old and does not require any correlation for the impression of the organ itself. At most, this correlation will be brought into play, if one wishes to know the relative position of the organ studied in relation to another, if these are not united.
  • mechanical correctors called "bitten" and "articulators”.
  • a third imprint method is called internal exploration and aims to visualize internal organs either by two-dimensional X-rays (CT or X-ray scanner), or by other three-dimensional investigation methods, involving special radiation such as MRI (magnetic resonance imaging) or gamma and beta cameras. If these exploration methods assume the correlation of sections or voxels (elementary volumes), they assume a priori knowledge of the position of the body with respect to the emitter and the receiver. Apart from patent FR 83 07840 in the name of the Applicant, no method of correlation has been proposed.
  • a final method is the so-called optical impression technique. Whether it is stereoscopy (Heitlinger, US 4 324 546) or interferometry such as moiré (Duret, US 4 61 1 288), it makes it possible to make a three-dimensional optical reading of the photographed objects.
  • these methods propose inter-organ correlation by mechanical means (Duret FR 88 15483) but also optical systems (FR 82 06707) where it is proposed to follow the movements of the mandible by reading using 'a camera by visualizing the respective movements of three points on the upper jaw and three points on the lower jaw.
  • This newly introduced method like the others already mentioned, does not give the possibility of correlating different seizures of the same organ.
  • All other organ correlation methods using light points or other techniques do so only for dynamic monitoring of mandibular movements and, by the number and position of transmitters and receivers, they can neither allow, nor optimize the correlation of three-dimensional seizures of impression of all or part of the body analyzed.
  • These other methods allow, among other things, the monitoring of the movement of an organ such as the maxilla relative to an organ such as the mandible, therefore a dynamic correlation of two organs (relative correlation) but do not allow the correlation of several views taken on the same organ (absolute correlation with respect to a benchmark depending on the impression taken).
  • the present invention aims to allow and significantly optimize the correlation of a set of dental or medical three-dimensional views of an object or part thereof or to correlate several objects having , possibly, is the subject of a correlation in themselves without knowing, a priori, the position of the object and the camera at the level of the computer. It also aims to allow the pointing of specific areas of organs such as a tooth, the drawing of important lines such as the finishing line of a crown and the grooves and the identification of adjacent and antagonistic elements necessary for the construction of the prosthesis . In particular, this technique allows direct repé ⁇ rage on the model or in the mouth without having to work on the display screen of three-dimensional views.
  • the device it relates to includes:. at least three transmitters and at least two receivers fixed on the part of the organ to be analyzed, on an input camera, and / or on a trace probe and / or on a fixed support,. a pulse clock connected, on the one hand, to a pulse generator causing the various transmitters to transmit successively and, on the other hand, to the receivers to indicate to them to which transmitter the received signal corresponds,
  • a computer determining the coordinates of each transmitter relative to each receiver, storing the information as a function of each shot, and making, from one of the views serving as a reference, correlations of each view with respect to the reference view, in order to obtain a three-dimensional view of the organ whose entry is made.
  • the emitters are constituted by light-emitting diodes
  • the receivers are constituted by photosensitive sensors, such as diodes or CCD.
  • the transmitters are ultrasonic, while the receivers are constituted by ultrasonic receivers.
  • the transmitters are magnetic or electromagnetic
  • the receivers are Hall effect measurement antennas of the variable field depending on the position of the organ which is the object of the measurement, camera and / or probe.
  • the coordinates of each transmitter are calculated by triangulation using at least two photosensitive sensor cameras.
  • the coordinates of each transmitter are determined by measuring the distances by propagation / reflection of a sound wave, with the use of at least three receivers.
  • the coordinates of each transmitter are determined by measuring the variation of the magnetic field, by measuring the Hall effect using at least three antennas oriented in the three directions of space.
  • This device comprises means for controlling the triggering of the measurement, that is to say the analysis of the emissions concomitant with the taking of an optical impression.
  • the transmitters can operate continuously, the start of the shooting triggering the storage of the information of the position of the transmitters, or on the contrary be put into operation at the beginning of the shooting.
  • the receivers can either be put into operation at the time of the shooting, or operate continuously but only store the information at the time of the shooting.
  • Figures 1 to 3 are three schematic views using three types of transmitters and receivers;
  • Figure 4 is a view schematically the control means of the device;
  • Figure 5 is a view of a probe for tracing or pointing;
  • Figure 6 is a perspective view of an alternative embodiment of this device.
  • Figure 7 is a perspective view of this device in the case of making impressions on body parts independent of one another in the dynamic plane;
  • Figures 8 and 9 are two views showing an embodiment of the outline of an anterior tooth
  • Figure 10 is a view of a representation of the correlation between different means of investigation of the human body
  • Figures 1 1 and 12 show the possibility of correlation of a traditional impression taking in the mouth compared to other data entry.
  • FIG. 1 represents a device allowing the correlation of three-dimensional seizures of the lower jaw 2 of an individual.
  • Three transmitters 3 constituted, for example by light-emitting diodes, are mounted on a camera 4, three transmitters 5 are installed on the lower jaw, and two transmitters 6 are arranged on a probe for locating and plotting points and lines .
  • This device comprises at least two receivers 8 mounted on a fixed and stable support accepted as a reference. These receivers must be placed in a location from which it is possible to see, without embarrassment, all the transmitters during handling.
  • FIG 2 is an alternative embodiment of the device of Figure 1 in which the same elements are designated by the same references as above.
  • the transmitters 9, 10, 12 are constituted by ultrasonic transmitters, while the receivers 13 are also ultrasonic receivers.
  • This device has the advantage over the previous one of being able to work without it being necessary for the receivers to see the transmitters, which considerably simplifies the manipulations, but obliges a calibration of the media to be crossed to avoid the risk of errors.
  • the transmitters 14, 15, 16 are magnetic or electro-magnetic transmitters, while the receivers are constituted by Hall effect antennas 17, for measuring the variable magnetic field as a function of the movement of the camera 4, of the part 2 of the body which is the object of the measurement, and of the probe 7 for drawing lines and points.
  • FIG. 4 schematically represents the mechanism for controlling the device and for processing the information thereof.
  • a pulse clock 18 is connected to a pulse generator 19 providing control instructions to the transmitters S1, S2, S3 of the camera 4, to the transmitters S4, S5 of the probe 7, and to the transmitters S6, S7, S8 of part 2 of the body whose analysis is carried out.
  • This pulsation clock 18 also provides information to the receivers R1, R2 and R3 to indicate to them which is the transmitter from which they receive, respectively, the signal.
  • This information, optical, ultrasonic or magnetic is converted into a digital value at the level of an analog-digital conversion card 20, to then be processed in a computer 22.
  • This computer determines the coordinates of each transmitter, then proceeds to the correlations of each view of a picture taken as a reference, in order to obtain a single three-dimensional view.
  • This correlation processing is carried out at the level of a card 17 associated with a fingerprint or computer-assisted control system 24.
  • the pulses provided by the clock 18 are, for example, at least 0.5 kHz for an accuracy of 50 ⁇ m and for each transmitter, which gives ample time to transmit at least six suitably distinct and designated signals. from the transmitters fixed on the part of the body analyzed, and to be fixed on the camera or on the trace probe. This speed can be modified according to the ratio existing between the parasitic movements, the desired precision and the technical means available.
  • the emitters are optical, in order to avoid the phenomena of hysteresis, or thermal drifts of the diodes, it can the diodes are switched on and off, for example with a rhythm of 2 KHz, with a minimum repetition of four transmissions to allow refining of the information and establishment of an average for the calculations. In the case of ultrasonic transmitters, this emission possibly exceeding 50 pulses per second, a cycle of a minimum of two emissions per transmitter will be proposed.
  • this detection is a variation of a magnetic field, this detection being continuous, it is at the level of the measurement antennas that the sampling is done.
  • the clock will therefore successively transmit signals SI, S2, S3, S4, S5, S6, S7 and S8.
  • the first five correspond to the emission of the transmitters from the camera or the track probe. It is then the transmitters S6, S7 and S8 corresponding to the transmitters fixed to the part of the body to be analyzed which emit successive signals.
  • the triggering of the measurement that is to say the analysis of the emissions of the transmitters is concomitant with the optical impression taking.
  • the transmitters transmit continuously, and the three-dimensional shooting at time TO triggers the storage of the information of the position of the transmitters at time T0.
  • the transmitters are only put into action at the time of shooting, which requires a synchronization mechanism.
  • the receivers RI, R2 and R3 are either permanently in action, but only store the information at the time of shooting, or come into action when triggering three-dimensional shooting. In order to avoid measurement errors, these are repeated several times, and / or the number of receivers and transmitters can be increased. In particular, in the case of ultrasound, it is advantageous to use more than three receivers.
  • the device comprises receptors 27 on the part 2 of the body to be analyzed, and transmitters 28, 29 on the camera and on the probe respectively.
  • This arrangement makes it possible to correlate the views in a relative manner on the first view taken, which is sufficient and limits the number of transmitters to five instead of eight.
  • This device is very simple to implement, and has the advantage of being able to work blind, avoiding all the manipulation of identification on the computer screen. This is an essential advantage because these screen location manipulations are very difficult, even impossible on two-dimensional images, in particular due to a planar representation of the volumes, the fixed nature of the frozen views on the screen , and shadows in areas of interest.
  • this device makes it possible to suppress pointing on the screen followed by smoothing and mathematical skeletonization, as they are described in the document FR 88 15483.
  • This device allows direct manipulation on the organ whose input is performed, or on a model reproducing this organ.
  • this makes it possible to follow only the movement of the centers and the furrows, which is of capital interest and which reduces the overall use of the memory compared to the monitoring of all the surfaces.
  • the ultrasonic receivers can be outside and in number greater than three, which has the advantage of considerably increasing the accuracy because it is possible to have wide antennas above the body analyzed.
  • the computer calculates the coordinates of each transmitter with respect to each receiver.
  • optical transmitters it is carried out by conventional triangulation using at least two cameras comprising photo-sensitive sensors of the diode, CCD or other type.
  • each information is correlated using the same matrix on the view obtained by correlation of the three-dimensional views. This gives complete information of the object with the indication of certain points.
  • This technique provides many advantages: - reduction of the clinical preparation time in the mouth and on plaster by the non-use of correlation spheres, always tedious;
  • This device also ensures the correlation of views from other techniques such as X-rays, or other methods of internal and digital investigation, and the collection of surface information. Indeed, if there are several methods of investigation of the human body, surface or in depth, there is currently no possibility of correlation of the methods between them.
  • the invention allows such a correlation. Indeed, the fact of having radio-opaque transmitters or receivers or even viewable by internal investigation methods or operating during this, allows their identification in these internal investigation analyzes, and the identification of the elements which serve as correlation benchmarks in the other methods described. Locating this information in, for example, at least two films of different incidence but of the same origin, makes it possible to reposition the radiological views relative to the surface views.
  • This method is all the more effective as it does not involve any additional element than those described above.
  • it is possible to associate the reading of the face, with three landmarks as described, a radiological analysis, a measurement of information in the mouth, then an analysis of dynamic movements of the elements preselected with the probe by the manipulator. .
  • This analysis provides fundamental visual information for the proper conduct of a diagnosis and / or correlated elements between them, yet derived from analyzes made on separate fields of application, allowing the development of artificial intelligence software. or an expert system.
  • a surgical instrument 35 is equipped with transmitters 36 allowing the digitization of the act, therefore its follow-up in the already correlated and digitized universe, displayed on the screen.
  • the limits of the zones being known, by an interactive action prior to the screen, or with the probe directly, a gradual sound signal can be emitted depending on the approach to fragile or dangerous zones. This is of paramount importance in surgical procedures where the practitioner must, either work blind or open the patient's body widely. This technique makes it possible to reduce the openings and, as a result, to save healthy tissue.
  • the practitioner wants to correlate his traditional impression taking with respect to other input of information, he can, as shown in FIGS. 10 and 11, fix three transmitters 37 on the holder. impression 38 itself then, after casting the models, place its impression tray with the model on a support carrying the receptors 39 and allowing all subsequent correlations.
  • the invention brings a great improvement to the existing technique, by providing a device for correlating three-dimensional views, of simple design, offering high precision, and considerably simplifying the task of the practitioner.

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Abstract

Ce dispositif comporte: au moins trois émetteurs (S1-S8) et au moins deux récepteurs (R1-R3) fixés sur la partie d'organe à analyser, sur une caméra de saisie, et/ou sur une sonde de tracé et/ou sur un support fixe, une horloge de pulsations (18) reliée, d'une part à un générateur d'impulsions (19) faisant émettre successivement les différents émetteurs (S1-S8) et, d'autre part, aux récepteurs (R1-R3) pour leur indiquer à quel émetteur correspond le signal reçu, un convertisseur (20) transformant l'information reçue par chaque capteur en une valeur numérique, un calculateur (22-23) déterminant les coordonnées de chaque émetteur par rapport à chaque récepteur, stockant les informations en fonction de chaque prise de vue, et réalisant, à partir de l'une des vues servant de référence, des corrélations de chaque vue par rapport à la vue de référence, afin d'obtenir une vue tridimensionnelle de l'organe dont la saisie est effectuée. Application à l'odontologie.

Description

DISPOSITIF DE CORRELATION DES SAISIES TRIDIMENSIONNELLES D'ORGANES HUMAINS
NOTAMMENT, POUR DES APPLICATIONS EN ODONTOIATRIE.
La présente invention a pour objet un dispositif de corrélation des saisies tridimensionnelles d'organes humains avec détermination spé- cifique de points caratéristiques et un dispositif pour sa mise en oeuvre. En particulier, ce système propose une méthode basée sur l'analyse de la position respective de l'instrument d'analyse ou de mesure par rapport à l'organe analysé ou mesuré, et éventuellement le tout par rapport à une référence fixe. II existe différentes méthodes pour saisir la forme d'un organe humain interne ou externe.
Une première méthode consiste à réaliser une empreinte de l'organe à l'aide de produit ou pâte plus ou moins élastique, permettant d'obtenir un moule dans lequel sera coulé du plâtre, afin d'obtenir une réplique complète dudit organe. Cette méthode est très ancienne et ne nécessite aucune corrélation pour la prise d'empreinte de l'organe lui- même. Tout au plus sera mise en jeu cette corrélation, si l'on désire connaître la position relative de l'organe étudié par rapport à un autre, si ceux-ci ne sont pas solidaires. En particulier, dans le domaine dentaire ont été utilisés, depuis de nombreuses années, des correlleurs mécaniques appelés "mordus" et "articulateurs".
Toutefois, ceux-ci supposent que l'intégralité de l'organe a été saisie en une seule prise d'empreinte et l'analyse dite corrélative ne vise qu'à connaître la position statique et le suivi dynamique relatif de l'un des organes par rapport à l'autre.
Une deuxième méthode dite par micropalpage, présentée par Mushabac en 1977 (US 4 182 312) puis par Becker US (US 4 41 1 626) et enfin par Rekow (Journal of American Dental Association, Vol 122 # 13 p 42-4S : 1991 ) est plus récente et consiste à micropalper la surface d'étude et, éventuellement, la restituer à l'aide d'une microfraiseuse. Là encore, aucune méthode de corrélation intra-organe n'a été proposée.
Une troisième méthode d'empreinte est dite d'exploration interne et a pour but la visualisation d'organes internes soit par les RX en deux dimensions (Tomodensitométrie ou Scanner X), soit par d'autres procédés d'investigation, en trois dimensions, mettant en jeux des rayon¬ nements spéciaux comme l'IRM (imagerie par résonance magnétique) ou les gamma et Béta caméras. Si ces méthodes d'exploration supposent la corrélation de coupes ou de voxels (volumes élémentaires), elles suppo¬ sent la connaissance a priori de la position du corps par rapport à l'émet¬ teur et le récepteur. Hormis le brevet FR 83 07840 au nom du Demandeur, aucune méthode de corrélation intervue n'a été proposée.
Une dernière méthode est la technique dite d'empreinte optique. Qu'il s'agisse de la stéréoscopie (Heitlinger, US 4 324 546) ou de l'interférométrie comme du moiré (Duret, US 4 61 1 288), elle permet de faire une lecture optique tridimensionnelle des objets photographiés. Là encore, ces méthodes proposent une corrélation inter-organe par des moyens mécaniques (Duret FR 88 15483) mais aussi des système optiques (FR 82 06707) où il est proposé de suivre les mouvements de la mandibule par la lecture à l'aide d'une caméra en visualisant les mouve¬ ments respectifs de trois points sur le maxillaire supérieur et trois points sur le maxillaire inférieur. Cette méthode nouvellement introduite, comme les autres déjà citées, ne donne pas la possibilité de corréler différentes saisies d'un même organe. A l'exception de la première technique du FR 88 15483 qui suppose l'utilisation de trois sphères visibles dans le champ de prise d'empreinte, toutes les autres méthodes supposent ou imposent la fixation de l'objet analysé et de la caméra dans des positions connues a priori (Scanner, IRM..J du centre de calcul et d'analyse. Ainsi il est relati¬ vement courant aujourd'hui de procéder à une rotation ou un déplacement connu de l'objet face aux instruments d'analyse.
Comme le montrent les observations courantes de l'utilisateur, ces deux approches, sphères et fixations, limitent et compliquent considé¬ rablement les méthodes d'empreintes optiques et micropalpées au point que certaines sociétés encouragent la prise de vue indirecte sur un modèle ne risquant pas de bouger, plutôt que sur le patient.
Toutes les autres méthodes de corrélation d'organes utilisant des points lumineux ou autres techniques ne le font que pour le suivi dynamique des mouvements mandibulaires et, de par le nombre et la posi¬ tion des émetteurs et des récepteurs, elles ne peuvent ni permettre, ni optimiser la corrélation de saisies tridimensionnelles de prise d'empreinte de tout ou partie du corps analysé. Ces autres méthodes permettent entre autre le suivi du mouvement d'un organe tel que le maxillaire par rapport à un organe tel que la mandibule, donc une corrélation dynamique de deux organes (corrélation relative) mais ne permettent pas la corrélation de plu¬ sieurs vues prises sur un même organe (corrélation absolue par rapport à un repère dépendant de la prise d'empreinte).
Enfin, le repérage des points nécessaires à la construction de la prothèse, tel que décrit dans le brevet FR 88 15483, oblige à tracer à l'écran vidéo des lignes et points importants servant à la réalisation de la future prothèse, ce qui est aléatoire et difficile pour un homme de l'art médical.
La présente invention a pour but de permettre et d'optimiser d'une façon importante la corrélation d'un ensemble de vues tridimension¬ nelles dentaires ou médicales d'un objet ou d'une partie de celui-ci ou de corréler plusieurs objets ayant, éventuellement, fait l'objet d'une corréla¬ tion en eux-mêmes sans connaître, a priori, la position de l'objet et de la caméra au niveau du calculateur. Elle a aussi pour but de permettre le pointage des zones spécifiques des organes comme une dent, le tracé de lignes importantes comme la ligne de finition d'une couronne et les sillons et le repérage des éléments adjacents et antagonistes nécessaires à la construction de la prothèse. En particulier, cette technique permet le repé¬ rage direct sur le modèle ou dans la bouche sans avoir à travailler sur l'écran de visualisation des vues tridimensionnelles.
A cet effet, le dispositif qu'elle concerne, comporte : . au moins trois émetteurs et au moins deux récepteurs fixés sur la partie d'organe à analyser, sur une caméra de saisie, et/ou sur une sonde de tracé et/ou sur un support fixe, . une horloge de pulsations reliée, d'une part, à un générateur d'impulsions faisant émettre successivement les différents émetteurs et, d'autre part, aux récepteurs pour leur indiquer à quel émetteur correspond le signal reçu,
. un convertisseur transformant l'information reçue par chaque capteur en une valeur numérique,
. un calculateur déterminant les coordonnées de chaque émet¬ teur par rapport à chaque récepteur, stockant les informations en fonction de chaque prise de vue, et réalisant, à partir de l'un des vues servant de référence, des corrélations de chaque vue par rapport à la vue de réfé- rence, afin d'obtenir une vue tridimensionnelle de l'organe dont la saisie est effectuée. Selon une première forme d'exécution, les émetteurs sont constitués par des diodes électroluminescentes, tandis que les récepteurs sont constitués par des capteurs photosensibles, tels que diodes ou CCD.
Selon une deuxième forme d'exécution, les émetteurs sont à ultra-sons, tandis que les récepteurs sont constitués par des récepteurs ultra-sonores.
Selon une troisième forme d'exécution, les émetteurs sont magnétiques ou électro-magnétiques, tandis que les récepteurs sont des antennes de mesure à effet Hall du champ variable en fonction de la posi- tion de l'organe qui est l'objet de la mesure, de la caméra et/ou de la sonde.
Dans le cas d'émetteurs optiques, les coordonnées de chaque émetteur sont calculées par triangulation à l'aide d'au moins deux caméras de capteurs photosensibles. Dans le cas d'émetteurs à ultra-sons, les coordonnées de chaque émetteur sont déterminées par mesure des distances par propaga¬ tion/réflexion d'une onde sonore, avec mise en oeuvre d'au moins trois récepteurs.
Dans le cas d'émetteurs magnétiques ou électro-magnétiques, les coordonnées de chaque émetteur sont déterminées par mesure de variation du champ magnétique, par mesure de l'effet Hall à l'aide d'au moins trois antennes orientées dans les trois directions de l'espace.
Ce dispositif comprend des moyens de commande du déclen¬ chement de la mesure, c'est-à-dire de l'analyse des émissions concomi- tantes avec la prise d'empreinte optique.
Les émetteurs peuvent fonctionner en permanence, le début de la prise de vue déclenchant le stockage de l'information de la position des émetteurs, ou au contraire être mis en fonctionnement au début de la prise de vues. Pour leur part, les récepteurs peuvent soit être mis en fonction¬ nement au moment de la prise de vue, soit fonctionner en permanence mais ne stocker les informations qu'au moment de la prise de vues.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen- tant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce dispositif : Figures 1 à 3 sont trois vues schématiques mettant en oeuvre trois types d'émetteurs et de récepteurs ;
Figure 4 est une vue schématisant les moyens de commande du dispositif ; Figure 5 est une vue d'une sonde permettant un tracé ou un pointage ;
Figure 6 est une vue en perspective d'une variante de réalisa¬ tion de ce dispositif ;
Figure 7 est une vue en perspective de ce dispositif dans le cas de la réalisation d'empreintes sur des parties du corps indépendantes l'une de l'autre au plan dynamique ;
Figures 8 et 9 sont deux vues représentant une réalisation de tracé du pourtour d'une dent antérieure ;
Figure 10 est une vue d'une représentation de la corrélation entre différents moyens d'investigation du corps humain ;
Figures 1 1 et 12 représentent la possibilité de corrélation d'une prise d'empreinte traditionnelle en bouche par rapport à d'autres saisies d'informations.
La figure 1 représente un dispositif permettant la corrélation des saisies tridimensionnelles du maxillaire inférieur 2 d'un individu. Trois émetteurs 3 constitués, par exemple par des diodes électro-luminescentes, sont montés sur une caméra 4, trois émetteurs 5 sont installés sur le maxillaire inférieur, et deux émetteurs 6 sont disposés sur une sonde de repérage et de tracé de points et de lignes. Ce dispositif comprend au moins deux récepteurs 8 montés sur un support fixe et stable admis comme référence. Ces récepteurs doivent être disposés à un emplacement d'où il est possible de voir, sans gêne, tous les émetteurs durant la manipulation.
La figure 2 est une variante d'exécution du dispositif de figure 1 dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes réfé¬ rences que précédemment. Dans ce cas, les émetteurs 9, 10, 12 sont constitués par des émetteurs à ultra-sons, tandis que les récepteurs 13 sont également des récepteurs ultra-sonores.
Ce dispositif présente l'avantage par rapport au précédent de pouvoir travailler sans qu'il soit nécessaire que les récepteurs voient les émetteurs, ce qui simplifie considérablement les manipulations, mais oblige à un étalonnage des milieux qui seront traversés pour éviter les risques d'erreurs.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, les émet¬ teurs 14, 15, 16 sont des émetteurs magnétiques ou électro-magnétiques, tandis que les récepteurs sont constitués par des antennes 17 à effet Hall, de mesure du champ magnétique variable en fonction du mouvement de la caméra 4, de la partie 2 du corps qui est l'objet de la mesure, et de la sonde 7 de tracé des lignes et des points.
La figure 4 représente schématiquement le mécanisme de commande du dispositif et de traitement des informations de celui-ci.
Une horloge de pulsations 18 est reliée à un générateur d'im¬ pulsions 19 fournissant des instructions de commande aux émetteurs S1 , S2, S3 de la caméra 4, aux émetteurs S4, S5 de la sonde 7, et aux émet¬ teurs S6, S7, S8 de la partie 2 du corps dont l'analyse est effectuée. Cette horloge de pulsations 18 fournit également une information aux récepteurs R1 , R2 et R3 pour leur indiquer quel est l'émetteur dont ils reçoivent, res¬ pectivement, le signal.
Cette information, optique, ultrasonique ou magnétique est convertie en valeur numérique au niveau d'une carte 20 de conversion analogique-numérique, pour être ensuite traitée dans un calculateur 22. Ce calculateur détermine les coordonnées de chaque émetteur, puis procède aux corrélations de chaque vue sur une prise de vues servant de référence, afin d'obtenir une seule vue tridimensionnelle.
Ce traitement des corrélations est effectué au niveau d'une carte 17 associée à un système d'empreinte ou de commande assistée par ordinateur 24.
Les pulsations fournies par l'horloge 18 sont, par exemple, au moins de 0,5 KHz pour une précision de 50 μm et pour chaque émetteur, ce qui laisse largement le temps d'émettre au moins six signaux convena- blement distincts et désignés provenant des émetteurs fixés sur la partie du corps analysée, et de se fixer sur la caméra ou sur la sonde de tracé. Cette vitesse peut être modifiée en fonction du rapport existant entre les mouvements parasites, la précision désirée et les moyens techniques à disposition. En particulier, si les émetteurs sont optiques, afin d'éviter les phénomènes d'hystérésis, ou de dérives thermiques des diodes, il peut être procédé à l'allumage et à l'extinction des diodes, par exemple avec un rythme de 2 KHz, avec une répétition minimale de quatre émissions pour permettre un affinage de l'information et l'établissement d'une moyenne pour les calculs. Dans le cas d'émetteurs ultrasoniques, cette émission pouvant dépasser 50 pulsations par seconde, il sera proposé un cycle d'un mini¬ mum de deux émissions par émetteur.
Dans la mesure où il s'agit de la variation d'un champ magné¬ tique, cette détection étant continue, c'est au niveau des antennes de mesure que se font les échantillonnage.
Dans l'exemple de la figure 4, l'horloge émettra donc successi¬ vement des signaux SI , S2, S3, S4, S5, S6, S7 et S8.
Les cinq premiers correspondent à l'émission des émetteurs de la caméra ou de la sonde de tracé. Ce sont ensuite les émetteurs S6, S7 et S8 correspondant aux émetteurs fixés sur la partie du corps à analyser qui émettent des signaux successifs.
Le déclenchement de la mesure, c'est-à-dire de l'analyse des émissions des émetteurs est concomitante à la prise d'empreinte optique.
Deux possibilités peuvent être envisagée : - Selon une première possibilité, les émetteurs émettent en permanence, et la prise de vue tridimensionnelle au temps TO déclenche le stockage de l'information de la position des émetteurs au temps T0.
- Selon une autre possibilité, les émetteurs ne sont mis en action qu'au moment de la prise de vue, ce qui nécessite un mécanisme de synchronisation.
Dans les deux cas, les récepteurs RI , R2 et R3 sont soit en action en permanence, mais ne stockent les informations qu'au moment de la prise de vue, soit entrent en action au moment du déclenchement de la prise de vue tridimensionnelle. Afin d'éviter les erreurs de mesure, celles-ci sont répétées à plusieurs reprises, et/ou le nombre des récepteurs et de émetteurs peut être augmenté. En particulier, dans le cas des ultra-sons, il est avantageux d'avoir recours à plus de trois récepteurs.
Afin de simplifier la structure de la sonde 7 de tracé ou de poin- tage, il est suffisant d'utiliser deux émetteurs 25, dans la mesure où l'on connaît la distance exacte entre ces émetteurs et l'extrémité 26 formant la pointe qui vient en contact avec les zones intéressantes.
Conformément à une autre possibilité, représentée à la figure 6, le dispositif comprend des récepteurs 27 sur la partie 2 du corps à analy- ser, et des émetteurs 28, 29 sur la caméra et sur la sonde respectivement. Cet agencement permet de corréler les vues de manière relative sur la première vue prise, ce qui est suffisant et limite le nombre d'émetteurs à cinq au lieu de huit.
Ce dispositif est de mise en oeuvre très simple, et présente l'avantage de pouvoir travailler en aveugle, en évitant toutes les manipula¬ tions de repérage à l'écran de l'ordinateur. Il s'agit d'un avantage essentiel car ces manipulations de repérage à l'écran sont très difficiles, voire impossibles sur des images bidimensionnelles, notamment en raison d'une représentation planaire des volumes, au caractère fixe des vues figées à l'écran, et aux ombres dans les zones d'intérêt.
En particulier, ce dispositif permet de supprimer le pointage à l'écran suivi du lissage et de la squelettisation mathématique, tels qu'ils sont décrits dans le document FR 88 15483. Ce dispositif permet une manipulation directe sur l'organe dont la saisie est réalisée, ou sur un modèle reproduisant cet organe.
Chaque fois que l'opérateur indique un point spécifique, ou un point d'une ligne comme celui d'une ligne de finition, il lui suffit d'appuyer sur un interrupteur afin de déclencher la recherche des données de posi¬ tions des émetteurs par les récepteurs. Pour augmenter la qualité de corrélation ainsi faites, il est pos¬ sible au praticien de viser certains points. Ainsi, si l'utilisateur trace une ligne de finition d'une prothèse dentaire, celle-ci pourra servir de base de correction des corrélations, des vues faites entre la position des émetteurs de la caméra et les récepteurs sur l'objet ou à l'extérieur. La mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, dans le cas d'une application dentaire, est la suivante :
Le praticien réalise la taille de la ou des dents sur lesquelles il faut intervenir, et procède à la réalisation d'une empreinte optique soit directement en bouche, soit sur un modèle de reconstitution. Comme montré à la figure 7, dans la mesure où le praticien travaille directement en bouche, il fixe des émetteurs au nombre de trois, désignés par la référence 30 sur le maxillaire inférieur du patient. La prise d'empreinte en bouche a lieu à l'aide d'une sonde 7, elle-même équipée de trois émetteurs 32.
Ces différents émetteurs émettront, pour chaque prise de vue, le signal convenu. A trois émetteurs il est possible de substituer trois récepteurs fixés à l'extérieur, par exemple au niveau du syalitique. Ainsi, il est possible d'avoir sur la sonde les trois émetteurs et de fixer sur le corps les trois récepteurs, ou inversement. Cette méthode a l'avantage de diminuer le nombre des éléments d'analyse. Ce dispositif permet la corrélation simple des arcades portant la préparation et des arcades antagonistes. A cet effet, on effectue un mordu selon la méthode connue, mais sans avoir à viser les informations sur l'écran. Il suffit, en effet, de pointer les informations sur le mordu, à l'aide de la sonde posée sur l'arcade de préparation. II est également possible de faire des empreintes sur d'autres parties du corps indépendantes dynamiquement, par exemple, dans la forme d'exécution représentée à la figure 7 sur le maxillaire supérieure. A cet effet, des émetteurs 33 au nombre de trois sont fixés sur ce maxillaire supérieur, ce qui permet d'éviter l'utilisation du mordu dentaire tel que décrit dans le brevet français 88 15483 et de repérer les points essentiels des dents antagonistes directement en bouche du patient ou sur le modèle de transfert.
La mise en oeuvre du procédé est, dans un tel cas, la suivante :
- Fixation d'émetteurs et de récepteurs en bouche du patient portant la taille de la préparation et sur la caméra et sur la sonde.
- Fixation de trois émetteurs supplémentaires sur l'arcade anta¬ goniste.
- Mesure des positions respectives des émetteurs et récepteurs, en position bouche fermée puis en position bouche ouverte, ce qui permet de connaître le déplacement des surfaces occlusales depuis la position bouche ouverte jusqu'à la position bouche fermée.
- Sur les surfaces antagonistes, accessibles si la bouche est ouverte, sont tracés les lignes et les points importants pour une bonne occlusion. Le programme d'ordinateur applique à ces éléments dessinés avec la sonde à deux émetteurs le mouvement inverse, bouche ouverte - bouche fermée pour les positionner tels qu'ils sont lorsque le patient sert les dents.
Pour plus de précisions, il est aussi possible de faire bouger la bouche du patient et ainsi de faire bouger les surfaces antagonistes et les éléments, sans qu'il soit nécessaire de les mesurer. Cela permet :
- de supprimer une utilisation importante des articulateurs den¬ taires souvent trop complexes,
- de supprimer la mise en oeuvre des articulateurs opto-élec- troniques, et - d'utiliser des données statiques pour les suivis dynamiques.
En particulier, cela permet de ne suivre que le mouvements des centres et des sillons, ce qui est d'un intérêt capital et ce qui réduit l'utilisation globale de la mémoire par rapport au suivi de toutes les surfaces.
Si le praticien décide, pour des raisons personnelles et afin de ne pas changer ses habitudes, de faire une empreinte classique, il saisit et travaille son empreinte de données sur un modèle de transfert qui est soit la pâte ayant servi à la réalisation de l'empreinte, soit un modèle issu de cette dernière et coulé par exemple en plâtre. La praticien peut aussi avoir recours à cette méthode si l'accessibilité en bouche est difficile. Dans ce cas, il procède comme suit :
- réalisation d'une empreinte classique,
- fixation sur l'empreinte ou sur le modèle issu de cette empreinte ou encore sur le support de l'empreinte ou du modèle de trois émetteurs ou de trois récepteurs, - utilisation de la sonde ayant elle-même trois émetteurs supplé¬ mentaires ou trois récepteurs si les émetteurs sont sur le modèle,
- mise en oeuvre de la sonde indiquée précédemment.
Dans les exemples cités précédemment sont mis en oeuvre cinq émetteurs et deux récepteurs. Il est possible, pour des raisons techniques d'augmenter le nombre de récepteurs et le nombre d'émetteurs afin d'améliorer la précision.
Lorsqu'il s'agit d'utiliser des émetteurs optiques de type diodes électro-luminescentes, il est impossible de fixer les récepteurs en bouche ou sur la caméra en étant sûrs qu'ils verront ces émetteurs au moment de la prise de vue. Dans ces conditions, seuls des émetteurs sont placés en bouche sur la sonde et sur la caméra et au moins deux récepteurs sont placés à l'extérieur dans une zone où il recevront les rayonnements lumi¬ neux. Les récepteurs ultrasoniques peuvent être à l'extérieur et en nombre supérieur à trois, ce qui a l'avantage d'augmenter considérable¬ ment la précision car il est possible d'avoir des antennes larges au-dessus du corps analysé.
Au moment où le praticien prend l'information, il déclenche l'horloge 18 qui fait émettre successivement chaque émetteur et qui indique à chaque récepteur de quel émetteur il a reçu successivement des signaux.
Par une triangulation classique, et après réalisation d'une moyenne mathématique, l'ordinateur calcule les coordonnées de chaque émetteur par rapport à chaque récepteur.
Dans le cas d'émetteurs optiques, il est procédé par triangula¬ tion classique à l'aide d'au moins deux caméras comportant des capteurs photo-sensibles de type diodes, CCD ou autres.
Dans le cas d'ultra-sons, il est procédé en mesurant le temps séparant l'émission de la réception selon la méthode connue de mesure des distances par propagation/réflexion d'une onde sonore. Dans ce cas, il faut mettre en oeuvre au minimum trois récepteurs.
Dans le cas de la variation du champ magnétique, il faut au minimum trois antennes disposées dans les trois directions de l'espace. Ces informations sont stockées en regard de chaque prise de vues, par exemple selon un système matriciel. L'une de ces vues sert de référence zéro. A l'aide d'une matrice de transformation classique, il est procédé aux corrélations de chaque vue sur la vue servant de référence, afin de n'obtenir qu'une seule vue tridimensionnelle de l'organe dont la saisie a été effectuée.
De même, à partir des informations issues de la mesure de points, ou de lignes à l'aide de la sonde, chaque information est corrélée à l'aide de la même matrice sur la vue obtenue par corrélation des vues en trois dimensions. On obtient ainsi une information complète de l'objet avec l'indication de certains points.
Cette technique procure de nombreux avantages : - réduction du temps clinique de préparation en bouche et sur plâtre par la non utilisation de sphères de corrélation, toujours fastidieux ;
- confort pour le patient et pour le médecin car les sphères, utilisées de façon connue, doivent être positionnées de façon très précise et sont gênantes pour le patient ;
- aucun risque de mouvement accidentel des sphères, puisque celles-ci ne sont plus utilisées ;
- positionnement indifférent des récepteurs et des émetteurs, alors que les sphères ou toute autre forme d'indexation doivent toujours être dans le champ de lecture ;
- liberté de prise d'informations, car il n'est plus nécessaire de voir les sphères dans le champ saisi des données durant cette prise d'informations ;
- simplification de corrélation des dents adjacentes et antago- nistes, car il suffit de pointer trois points communs pour repositionner les deux mâchoires en occlusion ou tout autre organe, ou d'utiliser trois émet¬ teurs supplémentaires ;
- possibilité de travailler dans des zones inaccessibles à la corrélation ; - gain de temps de travail clinique très important.
D'autres avantages sont explicités ci-après. Avec les techniques traditionnelles, la définition du pourtour d'une dent antérieure reste impossible avec précision sur un écran, du fait des ombres et du travail en deux dimensions qu'impose l'écran. Le fait de disposer d'un crayon sonde assure un tracé rigou¬ reux, précis et facile, puisqu'il est effectué directement sur la dent ou tout autre organe avant l'intervention ou sur l'élément symétrique. Ce tracé permet le dessin correct des pourtours des dents antérieures 34, comme montré aux figures 8 et 9. Cette méthode permet également une présélection des zones nécessitant plus de précisions, ce qui est très important en matière d'éco¬ nomie de mémoire et de rapidité de calcul pour le calculateur.
Ce dispositif assure aussi la corrélation de vues à partir d'autres techniques telles que rayons X, ou autres méthodes d'investigation interne et numérique, et le prélèvement des informations de surface. En effet, s'il existe plusieurs méthodes d'investigation du corps humain, de surface ou en profondeur, il n'existe actuellement aucune possibilité de corrélation des méthodes entre elles. L'invention permet une telle corrélation. En effet, le fait de disposer d'émetteurs ou de récepteurs radios-opaques ou même visualisables par les méthodes d'investigation interne ou fonctionnant pendant celle-ci, permet leur repérage dans ces analyses d'investigation interne, et le repérage des éléments qui servent de repères de corrélation dans les autres méthodes décrites. Le fait de repérer ces informations dans, par exemple, au moins deux films d'incidences différentes mais de même origine, permet de repositionner les vues radiologiques par rapport aux vues de surface. Cette méthode est d'autant plus performante qu'elle ne met en jeu aucun élément supplémentaire que ceux décrits précédemment. Ainsi, il est possible d'associer la lecture du visage, avec trois repères tels que décrits, une analyse radiologique, une mesure d'informa¬ tion dans la bouche, puis une analyse de mouvements dynamiques des éléments présélectionnés à la sonde par le manipulateur. Cette analyse apporte des informations visuelles fondamentales au bon déroulement d'un diagnostic et/ou des éléments corrélés entre eux, pourtant issus d'ana¬ lyses faites sur des champs d'applications séparés, permettant de déve¬ lopper un logiciel d'intelligence artificielle ou un système expert.
Il est permis d'associer des mesures de type tomodensito- métrique, avec des vues de surface assurant ainsi une ouverture du corps à opérer dans une région et un suivi permanent des rapports anatomiques. En particulier, cette méthode est très importante pour l'implantologie ou le forage et la mise en place d'un implant nécessitant une très bonne connaissance de la zone de travail et de son environnement pour éviter les accidents. Comme montré à la figure 10, un instrument de chirurgie 35 est équipé d'émetteurs 36 permettant la numérisation de l'acte, donc son suivi dans l'univers déjà corrélé et numérisé, visualisé à l'écran. Les limites des zones étant connues, par une action interactive antérieure à l'écran, ou avec la sonde directement, un signal sonore graduel peut être émis en fonction de l'approche des zones fragiles ou dangereuses. Cela est d'une importance capitale dans les interventions chirurgicales où le praticien doit, soit travailler en aveugle, soit largement ouvrir le corps du malade. Cette technique permet de réduire les ouvertures et, par suite, d'économiser les tissus sains.
Enfin, dans le domaine dentaire, si le praticien veut corréler sa prise d'empreinte traditionnelle par rapport à d'autres saisies d'informa¬ tions, il peut, comme montré aux figures 10 et 11 , fixer trois émetteurs 37 sur le porte-empreinte 38 lui-même puis, après coulée des modèles, placer son porte-empreinte avec le modèle sur un support portant les récepteurs 39 et permettant toutes corrélations postérieures. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un dispositif de corrélation de vues tridimensionnelles, de conception simple, offrant une haute précision, et simplifiant considérablement la tâche du praticien.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif, ni à ses seules applications, décrites ci-dessus à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de corrélation des saisies tridimensionnelles d'organes humains, caractérisé en ce qu'il comporte :
. au moins trois émetteurs (S1-S8) et au moins deux récepteurs (R1-R3) fixés sur la partie d'organe à analyser, sur une caméra de saisie, et/ou sur une sonde de tracé et/ou sur un support fixe,
. une horloge de pulsations (18) reliée, d'une part, à un généra¬ teur d'impulsions (19) faisant émettre successivement les différents émet¬ teurs (S1-S8) et, d'autre part, aux récepteurs (R1-R3) pour leur indiquer à quel émetteur correspond le signal reçu,
. un convertisseur (20) transformant l'information reçue par chaque capteur en une valeur numérique,
. un calculateur (22-23) déterminant les coordonnées de chaque émetteur par rapport à chaque récepteur, stockant les informations en fonction de chaque prise de vue, et réalisant, à partir de l'une des vues servant de référence, des corrélations de chaque vue par rapport à la vue de référence, afin d'obtenir une vue tridimensionnelle de l'organe dont la saisie est effectuée.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les émetteurs sont constitués par des diodes électroluminescentes (3, 5, 6), tandis que les récepteurs sont constitués par des capteurs photosensibles (8), tels que diodes ou CCD.
3. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les émetteurs (9, 10, 12) sont à ultra-sons, tandis que les récepteurs (13) sont constitués par des récepteurs ultra-sonores.
4. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les émetteurs (14, 15, 16) sont magnétiques ou électro-magnétiques, tandis que les récepteurs sont des antennes de mesure (17) à effet Hall du champ variable en fonction de la position de l'organe qui est l'objet de la mesure, de la caméra et/ou de la sonde.
5. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 2, carac¬ térisé en ce que, dans le cas d'émetteurs optiques (3, 5, 6), les coordon¬ nées de chaque émetteur sont calculées par triangulation à l'aide d'au moins deux caméras de capteurs photosensibles.
6. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 3, carac¬ térisé en ce que, dans le cas d'émetteurs à ultra-sons (9, 10, 12), les coordonnées de chaque émetteur sont déterminées par mesure des distances par propagation/réflexion d'une onde sonore, avec mise en oeuvre d'au moins trois récepteurs.
7. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 4, carac- térisé en ce que, dans le cas d'émetteurs magnétiques ou électro-magné¬ tiques (14, 15, 16), les coordonnées de chaque émetteur sont déterminées par mesure de variation du champ magnétique, par mesure de l'effet Hall à l'aide d'au moins trois antennes (17) orientées dans les trois directions de l'espace.
8. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande du déclenchement de la mesure, c'est-à-dire de l'analyse des émissions concomitante avec la prise d'em¬ preinte optique.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les émetteurs fonctionnent en permanence, le début de la prise de vue tridi¬ mensionnelle déclenchant le stockage de l'information de la position des émetteurs.
10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les émetteurs sont mis en fonctionnement au début de la prise de vue.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et
10, caractérisé en ce que les récepteurs sont en action en permanence, mais ne stockent les informations qu'au moment de la prise de vue.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la mise en fonctionnement des récepteurs est commandée au moment de la prise de vue.
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