用于三维成像的对比图案应用的制作方法

用于三维成像的对比图案应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于将参考标记图案或网格施加至待三维成像的物体的表面的组合物。这些组合物可以快速干燥以易于使用。还提供了使用所述组合物的方法，以及用于施加所述组合物的装置和套件。
【专利说明】用于三维成像的对比图案应用

【技术领域】
[0001] 本文所述的主题涉及用于在待观察并由三维成像系统或平台渲染的物体的表面 上施加对比图案的装置，以及承载对比图案的组合物和其使用方法。

【背景技术】
[0002] 存在用于收集受试者（或物体）表面的二维图像数据并使用该二维数据以渲染 (或以其他方式表示）作为三维计算机模型的物体的多个常规平台。这些系统中的大多数 使用可见波长形式的电磁辐射来对物体的表面进行照明，使得随后可通过适当的传感器或 相机来接收反射并将其设置为电格式。这些平台具有复杂的硬件和软件，其以一定的方式 处理接收到的信息，在该方式中收集到的二维信息可用于渲染三维模型。
[0003] 已证实可用于准确识别待成像物体的表面的特征是施加参考标记至物体的表面。 这些参考标记通常是反射性且不透明的，并提供与周边环境的高对比度，从而使它们能够 充当用于成像光学的可靠位置指示器。
[0004] 这些平台的一个应用是例如用于牙医学和畸齿矫正学的人类牙齿的成像。使手持 扫描仪接近牙齿，对牙齿进行照明，捕捉反射光并将该信息发送至处理区段，然后所述处理 区段可使用所述信息以生成牙齿的一部分、整颗牙齿或多颗牙齿等的三维模型。然后，可由 该模型生成牙冠、畸齿矫正器件、模具等等。然而，人类牙齿是半透明的且颜色可以是变化 的，并且其表面特征并不总是易于通过成像光学器件进行辨识。因此，在没有上述参考标记 辅助的情况下，难以评估牙齿外部的表面特征和准确位置。
[0005] 先前出版物中所描述的将参考标记施加至牙齿的尝试，要么是不充分的，要么伴 随着显著的限制性。例如，国际公布No. WO 2009/150596 (Ernst)中公开的组合物实际上是 需要以两个步骤施加参考标记组合物的双层方法。首先施加胶型层，然后施加粉末形式的 参考标记。如果具有参考标记的组合物不能足够快干燥，则可能妨碍其施加。在施加该组合 物时或在牙齿被完全成像之前，患者可用他或她的舌头或唾液意外地将该组合物移除。另 夕卜，如果组合物以液体形式保持足够长的时间，则粉末可能流出或以不均匀的方式横跨牙 齿表面沉降（如，进入裂缝），从而使参考标记不成比例地分配并妨碍致密且均匀分布的图 案的形成。为了防止这种情况，Ernst在施加粘胶和粉末之间使用了第三干燥步骤。多步 骤施加过程耗时且相对更加复杂。
[0006] 国际公布No. WO 2011/162965 (Johnson)通过施加粘度根据温度变化而变化的对 比组合物解决了组合物干燥缓慢的问题。所述组合物被描述为在环境温度下具有低粘度并 且在体温下具有较高的粘度，使得当组合物在施加至牙齿之后受热时，其更像是凝胶而不 像是液体。然而，当高度粘稠的组合物施加至牙齿时，其趋向于较厚。这对于成像系统来说 可能是有问题的，因为成像系统必须补偿组合物的厚度以确定实际牙齿表面所在的位置。 另外，因为组合物未完全干燥，所以仍存在其将擦掉或流出的风险。
[0007] 国际公布No.WO 2011/056574(Hall-Holt)认识到了施加参考标记至牙齿的有利 条件，但未描述可用于在实施过程中施加那些标记的组合物的有效细节。Hall-Holt建议组 合物具有高粘度，但未公开快速干燥的组合物。
[0008] 国际公布No. WO 03/077839 (Butcher)公开了主要为醇并且还使用义齿粘附剂作 为粘结剂的组合物。因为醇含量高（40重量％至94重量％ )，所以该组合物可能潜在地由 于在蒸发如此高的醇含量的过程中发生的热传递而引起患者不适。这对于具有"冷敏感"牙 齿的患者而言可能尤其麻烦。另外，如此高的醇含量将通常耗费数分钟以上来干燥。
[0009] 因此，需要新的组合物和使用其的方法来解决本领域当前状态中的这些和其他缺 陷。


【发明内容】

[0010] 本文提供了用于施加至待三维成像并建模的物体的表面的组合物，以及它的使用 方法和它可包含在其中的装置（或套件）。这些组合物可包含大量参考标记并且在本文 中将被称为对比图案组合物，所述参考标记与其环境相比具有高对比度。参考标记为粒子 (或颗粒）的形式，所述粒子可分散在横跨待成像物体的表面的致密且均匀分布的图案中。 所述组合物适用于许多应用，包括用在牙齿上，在该情况下所述组合物提供针对可能是有 光泽且无特征的表面的独特光学图案。组合物可由溶液施加并可能完全覆盖下层表面，从 而显著减少或消除任何不可取的表面反射。在某些实施例中，组合物包含粘合剂，所述粘合 剂使粒子相对较快地粘合（或粘附）至表面，从而使组合物能够"快速干燥"。
[0011] 本领域的技术人员在查看以下附图和【具体实施方式】之后，本文所述主题的其他组 合物、系统、方法、特征和优点将会或将变得显而易见。这意味着所有这些另外的组合物、系 统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、在本文所述主题的范围内并且受到所附权利要 求书的保护。在权利要求中没有明确表述那些特征的情况下，绝不应当将示例性实施例的 所述特征理解为限制所附权利要求。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 通过研究附图，可以呈现本文所示主题的细节（关于其结构和操作），其中相似的 参考编号是指相似的部件。附图中的组件未必按比例绘制，相反，重点在于阐述本主题的原 理。此外，所有的图示均旨在传达这样的概念：其中相对尺寸、形状和其他详细属性可能是 示意性地示出而非照字面或精确地示出。
[0013] 图1是用于将对比图案组合物施加至牙齿的装置的立体图。
[0014] 图2A是示出牙齿表面上的球形参考标记的侧视图。
[0015] 图2B是示出牙齿表面上的薄片状参考标记的侧视图。
[0016] 图3A是列出工作实例2至16的对比图案组合物的组分的重量百分比的表格。
[0017] 图3B是列出工作实例17至30的对比图案组合物的组分的重量百分比的表格。
[0018] 图4是描述三维光学成像系统的示例性实施例的框图。

【具体实施方式】
[0019] 本文公开的对比图案组合物通常作为溶液来制造和/或保存，并且随后作为喷雾 来施加。该组合物优选地包含：（1)颗粒组分，其充当参考标记的阵列或图案；(2)粘合剂， 其将粒子粘合至正被成像的物体的表面；以及（3)用于将组合物用作喷雾的推进剂。还可 包含一种或多种媒介溶剂（共溶剂）以将溶液中的粘合剂置于推进剂内。换句话讲，粘合 剂可溶于媒介溶剂内，并且媒介溶剂继而可溶于推进剂内。另外，对比图案组合物可包含在 口腔内或靠近口腔使用的人造或天然调味剂。
[0020] 对比图案组合物的优选应用为牙齿的成像。因此，本文将参照该优选应用描述多 个实施例。然而，应当理解，这些实施例并不仅仅在此背景下使用，而是具有广泛的应用范 围，包括人体的其他部分（如，眼睛、鼻子、头部、耳朵等等）或另一种生物实体或非生物实 体的成像。
[0021] 这些实施例还将参照施加组合物的优选方法（即，作为喷雾）来进行描述，但应当 理解，可以采用多种不同的方式以所公开的形式或以为其他应用技术定制的形式来施加所 述组合物。这些形式包括（但不限于）用刷子、喷枪、马克笔、油彩笔型施加装置、漱口水、 用手等等来施加。这些组合物可以作为粉末、液体和/或凝胶来施加。优选地，所述组合物 起初以液体形式施加，但快速地干燥成固体（或半固体、凝胶或溶胶）。
[0022] 对比图案组合物内的每种组分在本文中被广义地描述为一类（或属）并且还被描 述为一个或多个亚类（或亚属或种）。除非另外指明，否则认为一种组分的类和亚类的所有 组合可以与所有其他组分的所有类和亚类一起使用。换句话讲，应当广义地解释在本公开 范围内的组分的各种组合。
[0023] 图1是立体图，示出了用于施加对比图案组合物的喷雾装置34的示例性实施例。 喷雾装置34包括用于在压力下保持对比图案组合物的罐30。喷雾装置34包括具有喷嘴 32的头部31，所述喷嘴与罐30的内容物物理连通。喷嘴优选地被配置成在释放罐的内容 物时使其雾化。头部31还包括用于打开喷嘴32的致动器33。优选地，对比图案组合物包 含与含有参考标记和粘合剂的产品结合的沸点低于室温的推进剂。将喷嘴开启允许加压的 推进剂沸腾并使产品朝向待成像的物体向外喷射。
[0024] 现在转到组合物自身的实施例，应当理解，对比图案组合物中所用的粒子的类型 很大程度上取决于即将与其一起使用的成像平台的性能和要求。当选择粒子时，诸如成像 仪孔尺寸、传感器分辨率、通道数、通道的编码（如，通过颜色、偏振态、形状等）之类的因素 是需要考虑的注意事项的例子。粒子的尺寸、形状、颜色和数目（总组合物的百分比）是可 以进行调节以满足所需规格的变量。粒子优选地为生物相容性的并且不溶于对比喷雾组合 物内。通常期望的是使用仍可被成像系统辨识的最小粒度；然而，尺寸小于1微米的粒子开 始具有以可能使得不再适于将粒子称为生物相容性的方式被吸收入体内的风险。优选地， 粒子具有约1微米至50微米，更优选地5微米至20微米，并且更优选地9微米至20微米 的尺寸范围。也可以使用在这些范围之外的其他尺寸。
[0025] -般来讲，在施加至牙齿之后，所述组合物的厚度应当最小化以使得正被成像的 粒子最准确地呈现牙齿的外表面。在施加之后，对比图案组合物优选地具有在9至40微米、 更优选地20至40微米范围内的厚度。从不同的角度观察，所述对比图案组合物优选地具 有在1至3个（不重叠）粒子厚度，更优选地1至2个粒子厚度范围内的厚度。在粒子显 著不对称的情况下，这是指粒子的长度尺寸。
[0026] 当将具有大体平坦形状的粒子（诸如薄片或碎片）施加至表面时，其趋向于以一 个在另一个之上的方式堆积。这可能导致当在传感器上成像时生成大于所需的粒度波动。 图2A示出了横跨牙齿表面均匀间隔开的球形粒子的例子，而图2B示出了可能导致更高的 粒度波动的颗粒堆叠方式的例子。在图2B中，两个白色薄片201和202坐落在黑色薄片 203上面，其中每个薄片均具有相同的尺寸。黑色薄片203被部分遮盖并且看起来尺寸仅为 白色薄片（如，201)的四分之一。因此，黑色薄片203可能被渲染地太小，而不能被传感器 准确地或可靠地成像。此外，白色薄片201，202相互补充，从而看起来比传感器辨别它们所 需的尺寸更大，这导致在形成最致密的可能图案时效率低下。
[0027] 球形粒子趋向于自身间隔开，并且由于它们具有完全圆形的轮廓而不发生堆积。 因此，已经证明了球形形状和其他不会显著堆叠的类似形状（本文称为"大致球形"形状） 是最有用的。这些大致球形形状包括（但不限于）：卵形、椭圆或不规则轮廓的球；高圆柱 体；高棱柱；杆；以及不具有明显平坦的形状或盒状形状的多面体（如，圆形或锐利边缘，包 括锥形形状、各种五面体、六面体等等）。本领域的技术人员将易于认识到将趋向于避免堆 叠的其他形状。
[0028] 粒子的颜色取决于应用的需要。此处所用的术语"颜色"广义地指可见光谱的所 有颜色（黑色、白色、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛青色、紫色等）以及所有明暗度、色调、 灰度变化等等。在一个实施例中，成像系统具有两个（或更多个）如为红色和蓝色的有色 通道（参见相对图4描述的实施例）。粒子也分成两种颜色，这提供与其自身具有固有对比 的图案，使得当通过处理系统分析该图案时其更易于辨识。黑色和白色粒子是可以使用的 颜色布置方式的一个例子，因为每个粒子均可在红色和蓝色通道中被辨识。
[0029] 可以使用任何颜色布置方式，只要一种或多种颜色可彼此分辨开并可与环境分辨 开。例如，可在蓝色和红色通道系统中使用的其他颜色组合包括绿色和白色、绿色和黑色、 紫色和黑色等。如果仅使用单个蓝色通道，则合适的颜色组合包括绿色和白色、红色和白色 以及蓝色和黑色（在蓝色通道中蓝色表现为白色）等。粒子自身还可被赋予多种颜色，例 如球形粒子可具有黑色半球和白色半球。多种其他图案或颜色组合对于本领域的普通技术 人员而言将是极其显而易见的。除颜色变化外，粒子在紫外和红外光谱中的偏振态和外观 可能有变化。
[0030] 在粒子的材料组成方面，通常期望使用惰性且耐用的生物相容性材料，例如陶瓷、 碳变体、矿物质和某些聚合物。合适的陶瓷和矿物质的例子包括（但不限于）二氧化钛、氧 化铝、氧化锌、二氧化锆和滑石粉，它们中的每一者通常由于其白色而被使用。合适的聚合 物的例子包括（但不限于）聚乙烯和聚乙烯涂布的非聚合物粒子、聚酯和聚烯烃。聚乙烯 可被赋予许多所需的颜色，包括绿色、白色和黑色。黑色粒子还可以使用玻璃状（如，玻璃 态）或石墨形式的碳来制备，或作为涂布有碳纳米管的生物相容性球来制备。
[0031] 粒子优选地为惰性的，因为带电的或极化的粒子可能彼此吸引或排斥，或被组合 物剩余部分内所包含的电荷吸引或排斥。此类现象可能导致物体表面的粒子结块或损失。 粒子优选地具有高的耐久性以避免物理地分解，因为破碎的粒子粒度降低并且可能使其无 法被传感器检测到。在适用的情况下需要增加耐久性的技术，例如烧结。由石墨制成的黑 色粒子趋向于分解，并因此与玻璃状碳相比为次优选的。另外，除非进行补偿（例如通过烧 结），否则由砾岩制成的粒子可能趋向于分解。
[0032] 粒子需要用于将其固定在牙齿上适当位置的试剂，并且对比图案组合物包含用于 此目的的粘合剂。粘合剂应当具有粘合特质，即，应当为"粘的"，并且应当适用于人类使用。 粘合剂还应当优选地在不需要缓慢干燥的媒介溶剂（例如水）的情况下可溶于推进剂中。 粘合剂还优选地为水溶性的，以便于将对比图案组合物从牙齿上移除并且当在口腔中时允 许更好的粘合。
[0033] 本发明人已发现，食品级聚合物是可以直接或间接地满足这些要求的一类物质。 "食品级"是指那些已经被美国食品药品监督管理局（FDA)认定为食品级的物质。聚乙烯吡 咯烷酮（PVP)是聚合物粘结剂的例子，其具备食品级质量且干燥相对较快，从而使其尤其 适用于牙科应用。所使用的PVP的相对量是基于组合物中粒子的量；通常应当使用将提供 对牙齿的所需粘性或粘附量的最小量PVP。
[0034] PVP不溶于多种推进剂，因此可能需要使用媒介溶剂以将其置于溶液中。可以使用 的媒介溶剂的合适类别为醇类，包括（但不限于）变性醇SBA 40,因为其具有干燥相对较快 的益处。醇类不应当是高毒性的，因为所述组合物可能在患者的口内使用。还可以使用可 溶于所选的推进剂内的用于粘合剂的其他溶剂（如，水、甘油、山梨醇和木糖醇）。
[0035] 聚乙烯醇（PVAL)是合适的聚合物粘结剂的另一个例子。PVAL在许多推进剂中是 不能直接溶解的，并且可能需要诸如醇或水的媒介溶剂。然而，水通常增加了组合物的干燥 时间并且这可能需要补偿。可以使用的粘合剂的其他例子为固体聚乙酸乙烯酯（广泛用于 口香糖中）、淀粉、胶原和其他食品聚合物/增稠剂。
[0036] 推进剂可以是聚合物或媒介溶剂可溶于其中的任何氢氟烃（HFC)(也称为氢氟烷 烃（HFA) )。HFC的例子包括（但不限于）：戊烷、2H，3H十氟戊烷（HPFP)、全氟戊烷（PFPt)、 丙烷、1，1，1，2,3,3,3-七氟丙烷（册〇 227)、全氟丙烷（--?1〇、乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷 (册(：134&)、1，1，1，3,3,3-六氟丙烷（册0 236€&)和全氟乙烷（--￡〇。还可以使用二甲醚 (DME)(也称为甲氧基甲烷）。还可以使用氯氟烃（CFC)，但其在包括美国在内的大多数市 场中受到严格管制。推进剂优选地为中性极性、不易燃和医药级。"医药级"旨在指由美国 食品药品监督管理局批准用于医药用途的化合物种类。虽然医药级推进剂是期望的，但其 不是必需的。可以使用的医药级不易燃的HFC的例子为HFC 134a(如，Z印hex 134a)、HFC 227ea(如，Z印hex 227ea)和HFC 236fa(如，Dymel 236fa)。在这些化合物中，本发明人已 发现HFC227ea是最优选的。
[0037] 此外，可将组合物调味和/或增甜以使其对患者更具吸引力。本领域中的普通技 术人员将认识到，可以使用许多调味剂（或其组合）。调味剂优选地不显著妨碍作为组合物 的粘合特性的干燥时间。
[0038] 提供以下工作实例以展示本发明人发现的可充当三维成像的对比图案组合物的 组合物的非穷举列表。
[0039] 工作实例1
[0040] 在该实例中，组合物作为喷雾施加并且使用HFC 227ea作为推进剂。表1以百分 比示出了构成组合物的各组分。
[0041] 表 1
[0042]

【权利要求】
1. 一种用于将对比图案施加至待三维成像的物体的表面的装置，包括： -罐； -联接至所述罐的喷嘴；以及 -容纳在所述罐内并且可经由所述喷嘴从所述罐调用的溶液，所述溶液包含多个适于 充当成像装置的参考标记的粒子；推进剂；可溶于所述推进剂中的媒介溶剂；以及适于将 所述多个粒子粘合至所述物体的表面的聚合物粘结剂，所述聚合物粘结剂可溶于所述媒介 溶剂中。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中每个粒子是第一颜色或第二颜色。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中所述多个粒子中的每一个均为大致球形的。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中所述溶液适于在环境条件下在离开所述喷嘴后约 10秒内干燥。
5. -种用于将对比图案施加至待三维成像的物体的表面的溶液，包含： -悬浮在所述溶液中的多个粒子； -推进剂； -可溶于所述推进剂中的媒介溶剂；以及 -适于将所述多个粒子粘合至所述物体的表面的聚合物粘结剂，所述聚合物粘结剂可 溶于所述媒介溶剂中。
6. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述多个粒子由二氧化钛球形粒子和玻璃状碳球 形粒子组成。
7. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述推进剂为氢氟烃（HFC)。
8. 根据权利要求7所述的溶液，其中所述推进剂选自1，1，1，2_四氟乙烷、1，1，1，2,3， 3, 3-t氣丙烧和1，1，1，3, 3, 3_六氣丙烧。
9. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述推进剂为1，1，1，2, 3, 3, 3-七氟丙烷。
10. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述聚合物粘结剂为食品级聚合物。
11. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述聚合物粘结剂选自聚乙烯吡咯烷酮和聚乙 烯醇。
12. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述聚合物粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮。
13. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述媒介溶剂为食品级醇。
14. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述媒介溶剂为变性醇SDA40B。
15. 根据权利要求5所述的溶液，还包含人造调味剂。
16. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述多个粒子与所述聚合物粘结剂的比率介于 12 : 1和6 : 1之间。
17. 根据权利要求5所述的溶液，其中所述多个粒子与所述聚合物粘结剂的比率介于 9 : 1和8 : 1之间。
18. -种用于涂布待用三维成像系统成像的物体的组合物，包含： -多个二氧化钛粒子； _多个玻璃状碳粒子； -聚乙烯吡咯烷酮； -1,1,1,2, 3, 3, 3-t氣丙烧；以及 -变性醇。
19. 一种使用对比图案组合物的方法，包括： -在环境条件下将所述对比图案组合物从喷洒装置施加至人类患者的至少一颗牙齿， _其中所述对比图案组合物在离开所述喷洒装置之前是未干燥的形式，并且在接触所 述牙齿之后约10秒内凝固。
20. -种使用对比图案组合物的方法，包括： -将所述对比图案组合物从喷洒装置施加至人类患者的至少一颗牙齿， -其中所述对比图案组合物在离开所述喷洒装置之前是未干燥的形式，并且在没有从 外部装置施加热或气体的条件下于所述牙齿上干燥。
【文档编号】A61C9/00GK104379681SQ201380014576
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年3月19日
【发明者】J.卢, D.利卡塔 申请人:阿吉斯成像公司