測量熒光的3d口內(nèi)掃描器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及口內(nèi)3D掃描。特別地，本發(fā)明涉及一種3D掃描器系統(tǒng)，其中從患者的 牙齒記錄的熒光用于檢測牙齒上的致齲區(qū)域。特別地，本發(fā)明涉及一種3D掃描器系統(tǒng)，其 中當(dāng)生成口腔的數(shù)字3D表示時(shí)使用從口腔記錄的熒光。
【背景技術(shù)】
[0002] US20080063998描述一種技術(shù)，其中一個(gè)熒光圖像和一個(gè)反射圖像組合以形成圖 像，在所述圖像中致齲區(qū)域和健康牙齒結(jié)構(gòu)之間的對(duì)比度在2D圖像中增強(qiáng)。
[0003] US2008094631描述一種具有口內(nèi)照相機(jī)和測量裝置的系統(tǒng)。測量裝置能夠從測量 裝置收集特定牙齒的顏色、透光度、熒光、光澤、表面紋理和/或其它數(shù)據(jù)，然后所述數(shù)據(jù)可 以與口內(nèi)照相機(jī)捕捉的圖像組合。
[0004] 用于記錄口腔內(nèi)的表面、特別是齒列的形貌特征的光學(xué)3D掃描器在現(xiàn)有技術(shù)中 是已知的（例如，W02010145669)。商業(yè)上可用的3D口內(nèi)掃描器的例子是3Shape TRIOS、 Cadent iTero、Sirona Cerec 和 3M Lava C. 0? S〇
[0005] 口內(nèi)掃描器中的任何探測元件的尺寸被限制，原因是它必須配合到人的口中。因 此，在許多應(yīng)用中這樣的掃描器的視野小于感興趣的對(duì)象，所述對(duì)象可以是多個(gè)相鄰牙齒 或整個(gè)牙弓。因而，口內(nèi)3D掃描器依賴于"拼接"若干子掃描，每個(gè)子掃描表示視野但是例 如通過沿著牙弓移動(dòng)3D掃描器在多個(gè)位置獲得。3D掃描器記錄一系列子掃描，所述一系列 子掃描將被拼接以產(chǎn)生口腔的被掃描部分的表面形貌的總體數(shù)字3D表示。子掃描表示3D 掃描器和患者的口腔的指定相對(duì)位置和取向的深度圖。為了獲得多個(gè)子掃描，3D掃描器沿 著口腔或其一些區(qū)域移動(dòng)并且也可能不同地成角。3D掃描器將移動(dòng)和成角使得子掃描的 至少一些集合至少部分地重疊以便能夠拼接。拼接的結(jié)果是大于可以由單子掃描捕捉的、 即大于3D掃描器的視野的表面的數(shù)字3D表示。也稱為配準(zhǔn)的拼接通過識(shí)別各子掃描中的 3D表面的重疊區(qū)域并且將子掃描轉(zhuǎn)換到共同坐標(biāo)系使得重疊區(qū)域匹配、最后產(chǎn)生總體掃描 而工作。迭代最近點(diǎn)（ICP)算法廣泛地用于該目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種3D掃描器系統(tǒng)，其能夠?qū)晒夂?或致齲區(qū)域的表示映 射到牙齒的數(shù)字3D表示上。
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種3D掃描器系統(tǒng)，其中相同圖像傳感器用于記錄從牙齒 反射的探測光和從牙齒的熒光材料、例如牙齒的致齲區(qū)域中的熒光材料發(fā)射的熒光。
[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種3D掃描器系統(tǒng)，其中可以從相同的記錄圖像讀取從牙 齒反射的探測光和從牙齒的熒光材料、例如牙齒的致齲區(qū)域中的熒光材料發(fā)射的熒光。
[0009] 公開一種用于基于從牙齒發(fā)射的熒光檢測和/或可視化所述牙齒中的致齲區(qū)域 的3D掃描器系統(tǒng)，所述3D掃描器系統(tǒng)包括：
[0010]-照射單元，其能夠提供用于照射牙齒的探測光，其中所述探測光包括能夠激勵(lì)牙 齒的熒光材料的具有第一波長的光；
[0011] -圖像傳感器，其用于記錄從被照射牙齒接收的光的圖像，其中當(dāng)所述熒光材料由 具有所述第一波長的光激勵(lì)時(shí)所述圖像傳感器能夠檢測從所述熒光材料發(fā)射的熒光；
[0012] -數(shù)據(jù)處理裝置，其配置成用于：
[0013] i.基于包括從牙齒反射的探測光的記錄圖像產(chǎn)生牙齒的3D形貌的數(shù)字3D表示； [0014]ii.基于包括發(fā)射熒光的記錄圖像產(chǎn)生從牙齒的熒光材料發(fā)射的熒光的表示；并 且
[0015] iii.將反射熒光的表示映射到牙齒的數(shù)字3D表示的相應(yīng)部分上以提供組合數(shù)字 3D表示；以及
[0016]-視覺顯示單元，在所述視覺顯示單元上可視化組合數(shù)字3D表示。
[0017] 在組合數(shù)字3D表示的可視化中，熒光和/或致齲區(qū)域根據(jù)它們在牙齒上的實(shí)際位 置布置。在一些情況下當(dāng)由具有第一波長的光照射時(shí)，可以從從致齲區(qū)域發(fā)射的熒光直接 檢測齲齒，使得發(fā)射熒光的表示是致齲區(qū)域的直接表示。
[0018] 與被識(shí)別致齲區(qū)域在牙齒上的可見性相比，被識(shí)別致齲區(qū)域的映射表示可以提供 關(guān)于牙齒表面的改善可見性，使得組合數(shù)字3D表示的可視化可以在檢查患者的牙齒組時(shí) 為牙科醫(yī)生提供有價(jià)值的幫助。例如當(dāng)在組合數(shù)字3D表示中用不同的顏色和/或亮度表 示致齲區(qū)域時(shí)可能就是如此。
[0019] 在本發(fā)明的背景下，短語"記錄熒光"可以指的是顯示從熒光材料發(fā)射的熒光的熒 光圖像被記錄的情況。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的3D掃描器系統(tǒng)具有照射單元，所述照射單元至少具有可以發(fā)射旨 在激勵(lì)口腔的部分中的熒光材料的具有第一波長的光的第一光源，以及圖像傳感器，當(dāng)用 具有所述第一波長的光照射時(shí)，所述圖像傳感器可以測量從熒光材料發(fā)射的熒光。在一些 實(shí)施例中，第一光源提供紫外光，并且從硬牙齒組織中的熒光材料發(fā)射的熒光具有對(duì)應(yīng)于 可見光的波長，使得可以在本發(fā)明中使用標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器。在本發(fā)明中有用的光源可以是 激光器或LED等。
[0021] 可以基于從口腔的表面反射的光生成口腔的3D表面形貌的數(shù)字3D表示。當(dāng)用來 自3D掃描器系統(tǒng)的光源的光照射口腔的表面時(shí)，從視野內(nèi)的表面反射的光由3D掃描器系 統(tǒng)的圖像傳感器檢測。基于反射光，數(shù)據(jù)處理裝置可以計(jì)算布置在視野內(nèi)的表面的區(qū)域的 子掃描。例如當(dāng)3D掃描器系統(tǒng)的手持部分相對(duì)于口腔移動(dòng)使得表面的不同區(qū)域布置在視 野中時(shí)，可以計(jì)算一系列子掃描。
[0022] 從硬牙齒組織發(fā)射的熒光可以具有光譜分布，所述光譜分布取決于用于激勵(lì)熒光 材料的光的波長，使得對(duì)于第一波長的一個(gè)值，熒光主要在一個(gè)波長范圍內(nèi)，并且對(duì)于第一 波長的另一值，熒光主要在另一波長范圍內(nèi)。熒光可以在熒光波長范圍內(nèi)發(fā)射，其中，當(dāng)由 具有所述第一波長的光激勵(lì)時(shí)，熒光材料發(fā)射熒光。
[0023] 為了測量口腔的一個(gè)或多個(gè)表面的3D形貌特征，3D掃描器可以使用本領(lǐng)域中已 知的光學(xué)原理中的任何一個(gè)，例如聚焦掃描、共焦掃描、三角測量等。所有這些原理需要至 少一個(gè)光源并且測量從口內(nèi)表面反射的光的一些特性。
[0024] 圖像傳感器配置成用于記錄由具有第一波長的光照射時(shí)從硬牙齒組織發(fā)射的熒 光，即，圖像傳感器允許檢測至少具有大于第一波長的波長的光。
[0025] 在一些實(shí)施例中，3D形貌特征的記錄使用來自口腔的表面的具有所述第一波長的 光的反射。具有第一波長的光中的一些從口腔的表面反射，而一些由硬牙齒組織中的熒光 材料吸收。
[0026] 在一些實(shí)施例中，圖像傳感器能夠檢測具有所述第一波長的光，使得圖像傳感器 可以檢測熒光和具有第一波長的光。在該情況下，除了記錄來自硬牙齒組織的熒光之外， 圖像傳感器也可以用于記錄從口腔的表面反射的具有第一波長的光。然后可以基于具有 第一波長的記錄光計(jì)算表面的子掃描。熒光和反射光可以由數(shù)據(jù)處理裝置或由光學(xué)過濾器 區(qū)分。在使用配置成用于將光的圖案投影到口腔表面上的聚焦掃描器的3D掃描器系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)處理裝置中，可以通過將由圖像傳感器記錄的強(qiáng)度分解成相應(yīng)分量來區(qū)分熒光和反射 光。
[0027] 在一些實(shí)施例中，通過使用包括顏色過濾器陣列（例如拜耳（Bayer)顏色過濾器 陣列）的圖像傳感器并且選擇照射單元使得它僅僅提供具有在光譜的藍(lán)色部分中的第一 波長（例如，405nm)的探測光而區(qū)分熒光和反射光。拜耳過濾器的藍(lán)像素然后允許記錄反 射探測光，而紅和/或綠像素允許記錄發(fā)射熒光，使得可以在相同圖像中記錄反射探測光 和熒光。數(shù)據(jù)處理裝置然后配置成用于僅僅讀取記錄圖像上的藍(lán)像素以便產(chǎn)生牙齒的數(shù)字 3D表示，和用于僅僅讀取紅/綠像素以便產(chǎn)生熒光表示。
[0028] 在一些實(shí)施例中，表面的3D形貌特征的記錄涉及具有第二波長的光。第二波長可 以使得具有第二波長的光主要從口腔的表面反射，僅僅小部分由硬牙齒組織中的熒光材料 吸收。
[0029] 在一些實(shí)施例中，探測光包括具有第二波長的光并且圖像傳感器能夠檢測具有所 述第二波長的光，并且其中基于包括從牙齒反射的探測光的所述圖像中的具有第二波長的 光產(chǎn)生牙齒的數(shù)字3D表示。
[0030] 牙齒材料中的探測光的吸收系數(shù)在第二波長下可以比在第一波長下弱10倍，例 如弱100倍，例如弱500倍。
[0031] 在一些實(shí)施例中，照射單元配置成用于提供具有第二波長的光以便用于記錄表面 的3D形貌特征。
[0032] 在一些實(shí)施例中，圖像傳感器能夠檢測具有所述第二波長的光，使得圖像傳感器 可以檢測熒光和具有第二波長的光。在該情況下，除了記錄來自硬牙齒組織的熒光以外，圖 像傳感器也可以用于記錄從口腔的表面反射的具有第二波長的光。然后可以基于具有第二 波長的記錄光計(jì)算表面的子掃描。
[0033] 在一些實(shí)施例中，發(fā)射熒光的波長與用于記錄3D形貌特征的波長相似或相同，例 如與第二波長相似或相同。這是有利的，原因是光學(xué)設(shè)計(jì)可以簡單，幾乎不需要補(bǔ)償色像 差。
[0034]能夠檢測具有兩個(gè)不同波長的光并且在兩個(gè)波長之間區(qū)分的圖像傳感器可以通 過將過濾器放置在圖像傳感器的光電檢測器的前面實(shí)現(xiàn)，其中過濾器的一些區(qū)域允許具有 一個(gè)波長的光通過，而其它區(qū)域允許具有另一波長的光通過。這樣的過濾器的一種配置可 以是適合于允許例如具有第一波長的光傳到光電檢測器的一個(gè)已知組并且允許熒光傳到 圖像傳感器中的光電檢測器的另一已知組的改進(jìn)拜耳過濾器。
[0035] 在一些實(shí)施例中，3D掃描器系統(tǒng)包括另一圖像傳感器。
[0036] 在一些實(shí)施例中，另一圖像傳感器配置成用于檢測具有所述第一波長的光。
[0037] 在一些實(shí)施例中，另一圖像傳感器配置成用于檢測具有第二波長的光。
[0038] 一個(gè)圖像傳感器或多個(gè)圖像傳感器布置成捕捉從布置在視野內(nèi)的口腔的組織接 收的光。視野在某種程度上由3D掃描器系統(tǒng)的圖像傳感器和光學(xué)系統(tǒng)確定。
[0039] 在一些實(shí)施例中，圖像傳感器配置成用于檢測在400nm到850nm的波長范圍內(nèi)、例 如在500nm到750nm的范圍內(nèi)的光。
[0040] 在一些實(shí)施例中，另一圖像傳感器配置成用于檢測在500nm到850nm的波長范圍 內(nèi)的光。
[0041] 在一些實(shí)施例中，圖像傳感器包括傳感器元件的陣列，其中傳感器元件的至少一 部分能夠檢測發(fā)射熒光。
[0042] 這例如可以通過使用具有顏色過濾器（例如拜耳過濾器）的彩色圖像傳感器實(shí) 現(xiàn)。
[0043] 在一些實(shí)施例中，圖像傳感器包括2維檢測器，例如傳感器元件的2D陣列。
[0044] 在一些實(shí)施例中，圖像傳感器包括1維檢測器，例如傳感器元件的ID陣列，和配置 成用于將表面的不同部分成像到該大致1維傳感器元件上的掃掠光學(xué)器件。
[0045] 在一些實(shí)施例中，圖像傳感器包括單傳感器元件和配置成用于將表面的不同部分 成像到該大致0維的傳感器元件上的掃掠光學(xué)器件。
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