具有表面区分的口腔内扫描制造技术

本文公开了一种用于生成口腔内腔的至少一部分的数字3D表示的方法，该方法包括：使用口腔内扫描仪记录包含表面数据的多个视图，这些表面数据至少表示口腔内腔的该部分的表面点的几何形状；至少部分地基于得分来确定每个表面点的权重，该得分是对该表面点表示特定类型表面的置信度的度量；执行拼接算法，该拼接算法对该多个视图中的表面点进行加权拼接，以基于所确定的权重来生成数字3D表示；其中，通过至少一种得分寻找算法找到表面点的得分，该算法将至少是该表面点的表面数据的几何部分和该表面点附近的点的表面数据作为输入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有表面区分的口腔内扫描
本文公开了用于扫描患者的口腔内腔的扫描仪系统和方法。特别地，本公开涉及考虑到扫描期间的组织变形，一起拼接口腔内腔的数字3D表示。诸如机器学习算法的得分寻找算法可用于训练该系统，以在各种类型的表面之间区分，并加权不同的表面，以将记录的视图拼接成组合的数字3D表示。
技术介绍
在牙科领域，需要对患者的牙齿以及可能口腔内腔其他部位的3D形貌测量，以作为修复或正畸治疗的基础。传统上，这种3D测量是通过最初获取物理印象来执行的。因为该过程通常使患者不满意，所以最近，口腔内3D扫描仪已被用于直接测量牙齿或口腔内腔其他部位的形貌。由于尺寸限制，口腔内3D扫描仪通常一次记录小的视图，每个视图都包含距离图和其他可能的信息，例如颜色。随着扫描仪的移动，这些视图将逐渐拼接在一起，以进行组合的3D形貌测量。这样的记录，例如，针对单个下巴的牙齿和周围的牙龈作为关注区域，通常需要至少一分钟的时间，并且通常会产生至少100个视图。术语“配准”和“拼接”在文中通常可互换地使用。通常也转换为表面的拼接模型通常被称为由扫描仪测量的3D形貌的“虚拟3D模型”或“数字3D表示”。口腔内腔的几种表面不是刚性的。例如，在记录过程中，脸颊和舌头可能会明显变形。牙龈也可能变形，但是变形通常较小。另外，在使用口腔内扫描仪进行记录期间会遇到异物。一些异物是刚性的，但活动性很高，且通常仅出现在某些记录视图中，例如牙科器械。棉垫之类的其他异物可能移动得较少，并出现在较多的记录视图中，但变形更大。牙医的手指通常仅在几个记录视图中会明显移动和变形。由于视图的拼接通常基于被扫描表面稳定且刚性的假设，因此任何可移动或变形的表面通常都会导致组合3D形貌测量的准确性的损失。存在非刚性的拼接算法，但是它们在计算上昂贵并且需要附加信息，例如界标(landmark)，这在口腔内扫描期间通常是不可用的。已经引入了几种方法来减少可移动或可变形表面对口腔内3D扫描的有害影响。一种策略是例如通过使用脸颊牵开器使这些表面远离视图。由于患者通常认为脸颊牵开器不舒服，并且由于其只能解决部分问题，因此引入了数据处理方法。US7698068描述了一种基于颜色区分牙齿和其他口腔内组织的方法，并且仅在记录期间使用表示牙齿颜色的视图部分进行拼接。由于牙齿是刚性的，并且比其他组织更洁白，因此通常可以提高组合3D形貌测量的质量。但是，牙齿可能既会自然变色，也会由于修复而变色，因此仅按颜色分类可能是不准确的。同样，非白色但较刚性的组织(例如腭皱)可用于拼接，尤其是在无牙的情况下，且因此不可忽略。此外，一些可变形的异物表面，例如棉垫，可以具有与牙齿颜色相似的颜色，但拼接时应忽略不计。US9629551描述了一种通过在记录口腔内腔的相同部分期间分析多个视图的一致性来检测可移动物体的方法。该方法仅使用几何信息，且因此对于颜色多样性而言很稳健。仍然需要一种口腔内3D扫描仪，以及一种使用该扫描仪的方法，该方法通常对变形或移动表面具有稳健性。
技术实现思路
在一个方面，本文公开了一种用于生成口腔内腔的至少一部分的数字3D表示的方法，该方法包括：-使用口腔内扫描仪记录包含表面数据的多个视图，这些表面数据至少表示口腔内腔的该部分的表面点的几何形状；-至少部分地基于得分来确定每个表面点的权重，得分是对该表面点表示特定类型表面的置信度的度量；-执行拼接算法，该算法对所述多个视图中的表面点进行加权拼接，以基于确定的权重生成数字3D表示；其中，通过至少一种得分寻找算法找到表面点的得分，该算法将至少是该表面点的表面数据的几何部分和该表面点附近的点的表面数据作为输入。一个或多个处理单元可以被配置为应用在数据上训练的算法，例如机器学习算法，以区分指示组织类型的各种类型的表面，其他表面以及在记录的视图中的可能错误的数据。每个视图都包含表面几何数据，在相对于扫描仪的坐标系中定义的至少一些点z(x，y)。根据本公开的实施例的扫描仪和方法使用加权来将记录的视图拼接到3D形貌的组合表示，也称为数字3D表示。拼接中的点的权重至少部分地由得分决定，该得分是表示至少一种类型的表面的该点的置信度的度量。置信度的度量以及因此所述得分可以是启发式度量或概率。根据本公开的扫描仪和方法可以不必直接检测组织或异物的运动或变形。它通常基于表面的假定移动或变形倾向来区分表面类型，而不管此类类型的实际表面在扫描期间是否发生了移动或变形。表面类型可以基于组织学，例如牙本质或粘膜。它们也可以基于位置，例如，牙齿之间的牙龈比准备好的牙齿周围的牙龈具有更小的变形倾向。表面类型也可以是启发式的，例如在数字3D表示中是否需要它们。具有相对较小的变形或运动倾向的表面类型对于拼接而言通常更合乎要求。在本公开中，通过表面类型的区分可以至少部分地基于表面几何数据，而已知技术需要额外的数据进行区分，例如，如US7698068中的表面颜色。另外，根据本公开的实施例的扫描仪或方法也可以在视图中提供和利用附加的表面数据，例如表面颜色。根据本公开的扫描仪或方法还可提供并利用其记录的表面数据的确定性。可以使用迭代最近点(ICP)算法或本领域中的其他适当算法的许多变体之一来执行加权拼接。描述了成对加权，参见例如[1]。在加权拼接的另一种表达方式中，可以基于表面数据的权重对表面数据进行分类，然后仅在拼接中使用一些最高分位数或超过某个阈值的一些。在本公开的意义上，加权拼接是表达区分的一些数学公式，使得视图中的某些数据与其他数据相比对结果具有相对更大的影响。拼接模型的公共坐标系可以是第一视图的局部坐标系。拼接视图应理解为通过将视图的表面几何数据z(x，y)转换为公共坐标系，同时将相同的几何变换应用于视图中的任何其他表面数据来拼接视图的表面几何数据。具有零权重或某较小权重的视图内的表面数据点可以包含在转换中，或者也可以除去它们。数字3D表示可以几种方式表示。单独拼接至少会提供点云。通常希望用表面(例如三角形网格)来近似点云，消除点数据中的噪声并提供数字3D表示，这是牙科CAD更好的基础。在拼接所有视图之后，某些算法会建立这样的表面，例如[2]。一些算法为记录和拼接的每个视图逐步建立一些中间表面模型，可能还使用该中间模型来改善拼接，例如[3]。在记录完所有视图后，通常会计算出最终表面来代替中间表面。具有较小权重的表面数据点(如果在拼接相应视图时未除去)通常会在此步骤中有效除去，因为它们被检测为噪音。在一些实施例中，点z(x，y)被布置为距离图，即，从相对于扫描仪限定的某个参考表面到被扫描表面的距离z(x，y)。在一些实施例中，坐标(x，y)存在于平面参考表面上的网格上。在本公开的意义上的表面数据点至少包含几何信息，即z(x，y)。还可以使用在(x，y)处为表面记录的其他数据(例如颜色)或z(x，y)的确定性的某种度量或其他一些数据来增强它。为了通过表面类型区分位置(x，y)，本公开的扫描仪考虑了值z(x，y)以及在(x，y)附近的z的附加值。考虑邻域可以揭示某些本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成口腔内腔的至少一部分的数字3D表示的方法，该方法包括：/n-使用口腔内扫描仪记录包含表面数据的多个视图，所述表面数据至少表示所述口腔内腔的该部分的表面点的几何形状；/n-至少部分地基于得分来确定每个表面点的权重，所述得分是对该表面点表示特定类型表面的置信度的度量；/n-执行拼接算法，所述拼接算法对所述多个视图中的表面点进行加权拼接，以基于所确定的权重来生成所述数字3D表示；/n其中，通过至少一种得分寻找算法找到所述表面点的得分，该得分寻找算法将至少是该表面点的表面数据的几何部分和该表面点附近的点的表面数据作为输入。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180216 DK PA2018700941.一种用于生成口腔内腔的至少一部分的数字3D表示的方法，该方法包括：
-使用口腔内扫描仪记录包含表面数据的多个视图，所述表面数据至少表示所述口腔内腔的该部分的表面点的几何形状；
-至少部分地基于得分来确定每个表面点的权重，所述得分是对该表面点表示特定类型表面的置信度的度量；
-执行拼接算法，所述拼接算法对所述多个视图中的表面点进行加权拼接，以基于所确定的权重来生成所述数字3D表示；
其中，通过至少一种得分寻找算法找到所述表面点的得分，该得分寻找算法将至少是该表面点的表面数据的几何部分和该表面点附近的点的表面数据作为输入。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种得分寻找算法是机器学习算法。


3.根据权利要求2所述的扫描仪，其中，所述至少一种机器学习算法包括具有至少一个卷积层的神经网络。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述至少一种机器学习算法是在通常用扫描仪在口腔内腔中记录的多种类型的表面上训练的。


5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述表面数据还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克·奥杰伦德，A·V·霍特，卡尔约瑟夫·霍伦贝克，
申请(专利权)人：三形状股份有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK