专利名称：用于诊断和美容成像的口腔内照相机的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于牙齿成像的方法和装置，尤其涉及一种口腔内窥 照相装置，其具有用于龋齿检测以及阴影匹配的能力。
背景技术：
数字成像适用于牙科服务以用于诊断和美容的目的。例如，已经研发出 大量牙齿成像系统用于在龋齿的不同阶段对龋齿进行诊断，能够辅助诊断任
务而不需使用x射线或者其他致电离辐射。 一种已经商业化的方法釆用当用高
强度蓝光照明牙齿时而激发的荧光性能。该技术，术语叫做光致滤光器(LIF ), 基于这样的原则而工作，即健全健康的牙齿组织，比起由于龋齿感染而被破 坏的去矿化牙齿组织，在某些波长激发下会产生更高强度的荧光。矿物质流 失和蓝光激发下的荧光度减小之间的紧密关系被用于识别以及评价牙齿的龋 齿区域。已经发现，对于红光激发，则有着不同的关系，对于一部分光谱， 在龋齿区域的细菌和细菌副产品吸收和发荧光比健康区域更明显。利用该特 性,Alfano的题为"Method and Apparatus for Detecting the Presence of Caries in Teeth Using Visible Luminescence"的US专利申请NO. 4290433 公开了一种通过比较两种波长的被激发发光来检测龋齿的方法。de Josselin de Jong等人的题为"Method and Apparatus for the Detection of Carious Activity of a Carious Lesion in a Tooth"的US专利申请No. 6， 231， 338中 也公开了使用荧光效应来进行龋齿检测。
可见光的发射比特性也被用于口腔龋齿诊断。例如，Alfano的题为 "Method and Apparatus for Detecting the Presence of Caries in Teeth Using Visible Light"的US专利No. 4， 479， 499描述了一种通过比较两种不同波长的散射光的强度来检测龋齿的方法。
一般所指的，美国专利公开
2007/0099148，前面所提到的，给出了 一种改进的用于龋齿检测的方法，其 组合了荧光效应和反射效应。
在众多用于诊断牙齿成像的商业化产品中，使用荧光特性是荷兰阿姆斯 特丹的来自INSPEKTOR研究系统BV的QLF医疗系统，记栽于US专利6， 231， 338 中。来自德国Biberach KaVo Dental股份有P艮公司的Diagnodent激光龋齿检 测救护，使用不同的方法，记载于US专利6，024，562中，通过在红光照明下 监控细菌副产品的荧光密度来检测龋齿的活跃性。其他商业产品，比如来自 纽约欧文顿(Irvington)的电光科学的DIFOTI系统，记栽于美国专利 6， 672， 868中，使用穿过牙齿结构的光传输来用于诊断成像。
诊断成像方法已经被研发用来与手持设备一起使用。例如，Naoki Katsuda 等人的题为"Diagnostic Imaging Apparatus" US专利申请^^开2005/0003323 描述了一种复合手持成像装置，利用荧光或者反射成像，适用于医疗或者牙 齿应用。Katsuda的该3323的公开内容使出了一种装置，其接受来自诊断目标 的反射光和/或具有不同光线照射的诊断目标的荧光。但是，使用这种方法， 任意不希望的镜面反射都会在反射成像中产生错误的正值。进一步地，根据 所公开的不同照明实施例，由于光源非常接近诊断目标，导向牙齿或者其他 诊断目标的照射光并不均匀。
美容牙科医术某种程度上也利用了数字成像性能，主要地用于牙齿修复 或者换牙中的阴影匹配。已经提出了多种方案用于提供一些形式的自动阴影 匹配来协助牙医。Lehmann的题为"Tooth Shade Analyzer System and Methods" 的US专利6， 132， 210 and 6, 305, 933， Graham等人的题为"Tooth Shade Scan System and Method，，的美国专利公开文本No. 2005/0074718中给出了一些示 例。Inglese的题为"Equipment and Method for Measuring Dental Shade" 的国际7^开文本W02005/080929和0，Brien的题为"Remote Color Measurement Device，，的US专利No. 4,881， 811给出了 一些用于美容成像的装置方案。涉及 阴影匹配的商业化手持产品包括来自加拿大蒙特利尔Cynovad的ShadeScanTM系统，记载于2002年2月的Cynovad手册1019上，此外还包括来自MI， Grandville X-Rite有限公司的Shade-RiteTM牙齿视觉系统，记载于US专利 7,030,986。尤其地，手持阴影匹配系统并不是被设计来便于接近所有的牙齿， 而是前端的牙齿。传统的阴影匹配技术能够对牙齿颜色进行可以接受的匹配， 但是并不能提供足够的数据来提供看上去像真的并且呈现出 一定量半透明性 能的牙齿替代品。这主要是因为传统的美容成像系统主要是涉及颜色匹配， 而并不能提供足够多的关于牙齿半透明性能和表面紋理的信息。对于测量半 透明度的美容系统来说，并没有或者很少关注照射的均匀度。这导致光线的 不均匀分布并减少了用于对牙齿半透明度进行测量的系统的整个精度。
无论现在牙齿从业者所使用的图像设备的成长范围是用于诊断和美容目 的，都仍有改进的空间。诊断成像装置和阴影匹配系统仍然是分离的设备， 每个系统都具有自己的光学要求。大范围地来说，这是它们不同功能的结果， 影响了照明、光线形状和成像系统的多个因素。例如，用于诊断成像的照明 要求，极大地利用了半透明效应，明显地与美容成像的那些相区别。镜面反 射对于诊断成像和美容成像都是不希望有的，但是对于每种类型的成像都必 须以不同的方式进行补偿。图像感觉，偏振和光谱内容的使用，以及其它特 征进一步地把诊断系统与美容系统区别开来。因此，提供一种既能用于诊断 又能用于美容功能的口腔内照相机，是很有利的。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种改进的装置和方法用于牙齿成^"。为了实 现该目标，本发明提供了一种用于获取牙齿图像的装置，包括至少一个沿着 光轴设置的图像传感器；至少一个用于反射成像的一个宽带照明装置；用于荧 光成像的窄带紫外照明装置； 一个或者多个沿着光轴设置的用于消除镜面反 射的偏振元件；沿着光轴设置的用于阻挡窄带紫外光的滤光器；用于选择反射 和荧光成像的工作模式之一的开关。
根据本发明方法的实施例在获取牙齿图像用于美容成像上非常有帮助， 其包括的步骤有把光从光源导向牙齿，用于获取单色图像用于半透明度测量；把偏振可见光从一个或多个颜色光源导向所述牙齿用于获取偏振颜色反射图
像；对所述照明均匀度与牙齿形状进行校准；根据所获取的图像来计算牙齿 阴影，用于牙齿修复；使用计算所得的阴影信息来显示牙齿的模拟图像；获 取客户对所显示的图像的反馈；发送或者保存所述牙齿阴影信息。
本发明的特征在于利用通用光学系统用于诊断以及美容成像。本发明的 优点是提供一种单一成像设备用于牙齿应用范围。
本领域普通技术人员在阅读了下文的详细阐述以及参阅相关附图之后， 可以了解到本发明的上述特点和优点以及其他特点和优点。在附图中示出并 说明了本发明的示范性实施例。
由说明书所推得的权利要求书尤其地指出并明确地主张了本发明的主 题。通过结合附图根据下文中的说明可以更好理解本发明。
图l是根据一个实施例的用于龋齿检测和阴影匹配的成像装置的示意框
图2是根据用于诊断和美容成像的成像探针的示意框图； 图3a至3d示出了本发明实施例中适用作照明装置的元件的不同配置的范 例示意围；
图4是设置用作诊断成像的成像探针的示意框图5示出了，沿着图4的5-5线从前方看去的，用于图4实施例中的多个照 明装置的一种配置。
图6示出了成像探针的备选实施例，其使用折叠镜用于更有利的接近牙齿
表面；
图7示出了使用偏振分光器的诊断模式光径的另一个备选实施例；
图8a和图8b示出了用于颜色连续照明方法的两种设置；
图9a和图9b示出了用于获取发射光的附加装置的两个实施例；
图10示出了具有两个传感器的探针100的配置；
图ll示出了具有三个传感器的探针100的配置；
图12示出了具有两个传感区域的探针100的配置；图13示出了用于测量牙齿半透明度的基于点的方法 图14是示出了如何在诊断或者美容模式下操作本发明的成像装置的逻辑 流程图15是示出了处理器逻辑如何使用图14中过程中所获得的颜色数据和半 透明度来进行阴影匹配的方法的逻辑流程图；以及
图16示出了适用于本发明的装置的光源的备选配置。
具体实施例方式
本发明的方法和装置结合了诊断和美容功能来为牙齿从业者提供一种通 用的口腔内成像系统。如背景技术部分所提到的，诊断成像和美容成像要求 上存在着很大的区别，包括不同的光源和光学系统要求，用于镜面反射的适 度补偿，不同的图像处理。进一步的，美容成像本身比较复杂，包括的不仅 仅是阴影匹配。除了匹配颜色，精确的美容成像也需要获得关于更细微牙齿 特征的附加信息，包括半透明度、表面紋理、光泽以及其它特征。
一般所指的，前面所提到的美国专利公开2007/0099148，通过引用的方 式结合到本文中，给出了一种诊断成像方法，其结合了荧光和反射效应来提 供具有反射增强的荧光成像(FIRE)。较佳地，FIRE检测在龋齿感染的早期 可以比较精确，比起使用现有的仅仅测量荧光度的荧光方法所表现出的。本 发明的装置和方法进一步地拓展了FIRE成像的使用，如该9148申请中所详细 描述的，从而在使用单个口腔内照相机时可为美容成像提供更多的优点。
图1的示意框图示出了 一个实施例中用于诊断和美容的口腔内成像的成 像装置150的基本元件。成像探针100用于获取牙齿20的图像，用于美容或者 成像目的。控制逻辑处理器140与探针100进行通信来获得图像数据并在显示 142上提供处理的图像。
成像装置150可以在两种模式的任意一种下工作诊断模式或者美容成像
模式。后续实施例中示出了如何使用探针ioo的合适配置以及相应地调节照
明、数据收集、图像处理和数据记录以及显示功能来实现在任何一种或两种 模式下的工作。图2的示意图示出了成像探针100的一个实施例，其可用于诊断和美容成 像的目的。探针100具有手柄32和探针延长40。通用光轴O用于捕获诊断和和 美容图像。对于任意类型图像的照明由一个或者多个照明装置12a， 12b， 12c， 或者12d提供，其包括光源和光束成形光学元件。可选附加装置30为半透明测 量提供照明。探针100也包括模式开关36，其用于选择任一种工作模式诊断 或美容。成像組件34包括成像传感器及其支持光学元件，如下文所说明的。
照明装置12a-12d中的每一个也可既具有光源又具有光束成形光学元件。 每个照明装置可以具有其自己的光源，或者一个光源可以为多个照明装置 12a-12d服务，比如其为每个照明装置都配备有合适的光i普选择滤光器。该光 源可以是固态光源，比如发光二极管(LED)或者激光，或者可以是宽带光源 比如氙弧灯或者其它类型光源。
图3a到3d示出了本发明实施例中不同元件配置的范例示意图，这些不同 的元件配置可以用于照明装置12a-12d。这些配置中的每一种都具有光源n。 光束成形光学元件22,比如光束成形元件22a， 22b，或"c对光线进行成形使 之达到牙齿表面的均匀照明的条件。如果来自光源的光束分布对于牙齿表面 的照明已经足够均匀，那么不需要光束成形光学元件。图3a的光束成形元件 22a是散光片。图3b的光束成形元件22b是球面或者非球面光学元件。图3c的 光束成形元件22c是光管。图3d示出了在一个照明装置中组合使用多个这些不 同元件的配置。照明装置12a-12d中的部分其它光束成形元件可以包括光导结 构或者光分配结构比如光纤或者液体光导(未示出)。在强度上，光的级别 一般是几个毫瓦，但是也可以更大或者更小，取决于所使用的光成形和感知 元件。
每个照明装置12a-12d可以按照多种方式来进行设置，下面将详细示出。 用于每个照明装置的光源21为各种不同的成像模式发射出具有合适波长的
光。在一个实施例中，例如，照明装置i^中的光源n发射出宽带可见光
(400nm-700nm)用于偏振反射成像，或者由光源发出具有不同光谱的组合， 比如红光、绿光和蓝光发光二极管(LED)的组合。照明装置12b中的光源21发射出窄带紫外(UV)光(375nm- 425nm)用于激发牙齿荧光性能。照明装 置Hc中的光源21发射出红外(NR)光用于半透明度测量。照明装置12d中的 光源n发射出蓝光或者UV用于牙齿表面紋理测量。照明装置12a中所使用的光 也可以从其它源比如日光模拟器中获得。 诊断成<1^莫式
图4和5中的示意图示出了配置用于诊断成像的探针100。探针100具有手 柄32和探针延长40，其被设计用于在两种成像模式下都可插入口中。照明装 置12a,在置于照明装置12a之前的偏振器42a的协助下，为偏振反射成像而在 牙齿表面上提供均匀偏振白光照明。照明装置12b通过带通滤光器46把UV光引 导向牙齿20来激发牙齿的荧光性能。带通滤光器46是可选的，其对改进照明 装置12b内的来自光源的照明的频谱纯度比较有用。
从牙齿20反射回的光穿过照明装置的中间开口并穿过分析器44。然后一 个或多个透镜66反射光线通过光谱滤光器56。光傳滤光器56具有较长的通道， 其能在合适的波长范围内捕获荧光，并且能够阻挡来自光源的激发光。为了 获得真彩色反射图像，选出光谱滤光器56的截断波长从而使它可以阻挡来自 照明装置12b的激发光，而不阻挡来自照明装置12a的光的蓝色部分。从牙齿 20所获得的荧光图像在可见范围内具有相对较宽的光谱分布，发射的光在用 于激发的光的波长范围之外。荧光发射一般地在大约450腿到600mn之间，而 一般地在绿色区域内的峰值，基本上从大约510nm到大约550nm。传感器68— 般地使用绿色级来获取荧光图像。不过，其它范围的可见光谱也可以用于其 它实施例中。当摄取荧光图像时，如果需要增加荧光信号，分析器44可以从 光轴O移开。再次参照图l，这些图像数据然后可以被发回控制逻辑处理器140 用于处理和显示。
仍然参照图4和图5 ，偏振反射图像数据也可以使用多个这种同样的元件 来获取。照明装置12a引导可见光比如白光或者其它宽带光通过偏振器42a并 到达牙齿20。分析器44，其发射轴方向与偏振器42的发射轴正交，拒绝光进 行镜面反射并把用于形成反射图像的光发射到传感器68。滤光器56可以从光轴o移开或者用其它所需要的滤光元件来替代。
传感器68可以是多种成像感知元件中的任一种，比如互补金属氧化物半 导体(CMOS)或者电荷耦合装置(CCD)传感器。照明装置12a和12b中所使用 的光源可以是激光或者其它固态源，比如使用 一种或者多种发光二极管(LED) 的组合。备选地，宽带光源，比如具有用于通过所需波长的支持颜色滤光器 的氙灯，可以使用。
图5示出了用于图4所示实施例的多个照明装置的一种配置。如图4所示， 探针100具有多个照明装置12a, 12b， 12c，和12d。具有相同光谱的照明装置被 配置成相对于成像光学元件的光轴而对称，用于均匀照明。
成像光学元件，比如图4所示的透镜66，可以包括任何合适的光学元件配 置，可能的配置范围从单透镜部件到多元件透镜。不平坦但是具有平滑轮廓 并且高度成脊状延伸的牙齿表面，其清楚成像需要成像光学元件具有足够的 场深度。较佳地，对于最佳分辨率，成像光学元件提供了一种适用于传感器 68的纵横比的图像尺寸。
适当地对照相机控制进行调整以用于获取每种类型的诊断图像。例如， 当捕获荧光图像时，需要进行适当的曝光调整用于增益、快门速度和光圈， 因为图像可能不是密度很高的。如果传感器68是颜色传感器，颜色滤光可以 通过照相机图像传感器上的颜色滤光器阵列(CFA)来执行。即，单曝光可以 捕获后部散射反射和荧光图像。在一个实施例中，反射图像在蓝色级被捕获； 同时地，荧光图像在绿色级被捕获。
成像装置150 (图l)的图像处理组合了反射和荧光图像以获得示出龋齿 区域的对比度增强的图像，如Wong等人的，9148的申请所描述的。不同的方法 可以用于处理、组合并且显示所获得的图像。
图6示出了探针100的备选实施例，其使用折叠镜18用于更好地接近牙齿 20的表面。该折叠镜对于接近臼齿的口腔表面和所有牙齿的咬合面以及舌头 表面是必需的。图7示出了使用偏振分光器38的诊断模式光径的另 一个备选实 施例。照明装置14提供来自光源14b的穿过光束成形光学元件l"的偏振光，其从偏振分光器38反射出来并被导向牙齿20。光束成形光学元件14a对来自照 明装置14的光进行成形来提供对牙齿表面的均勻照明。相反的偏振状态的反 射光然后通过偏振分光器38被传向传感器68。该配置从其它散射光中去除了 镜面反射光，从而使得从龋齿位置返回的光包括高比例的反射光。使用图7的 配置，可以从多个配置中选出照明装置14，比如具有不同波长光源的组合， 或者具有光语选择滤光器的单光源。光源14b可以在手持探针之外，并且光线 通过光纤或者其它光导比如液体光导4皮传输到光束成形光学元件14a。该实施 例的一个优点是可以很容易地改变照明装置14来满足不同的应用。例如，可 以改变照明装置14使之提供一个日光模拟器用于美容成像模式下的牙齿阴影 匹配，如下面所要说明的。 美容成像模式
当转换到美容成4 式下时，探针100在一些不同要求下工作。该模式下， 合理地设置照明源和光径用于不同类型的对于美容成像来说是尤其感兴趣的 测量。这包括以下
i) 颜色阴影测量；
ii) 半透明度测量；以及
iii) 表面紋理或者光泽测量。
在当前发明的一个实施例中，颜色阴影测量可以使用多种方法来获得。 在一种方法中，照明依次由偏振的红(R)、绿(G)、蓝(B)光源提供。并 依次捕获因此而产生的R、 G、 B图像。牙齿阴影可以从所获得的RGB图像中计 算得到。在一个备选方法中，偏振白光源用作照明源。牙齿的颜色阴影可以 根据白光图像的RGB级中的数据计算得到。
在一传统的方法中，未偏振的光被用于牙齿阴影测量。未偏振光的照明 的问题涉及镜面反射。来自镜面反射的光与照明光源具有相同的光谱，并不 包括用于牙齿的颜色信息。此外，当镜面反射控制传感器并使传感器饱和时， 仅仅获得很少的表面信息。
通过使用偏振光照明以及去除镜面反射去除，本发明的实施例克服了这种局限并且获取从来自牙质和瓷釉的散射光。该散射光包括牙齿的真基色。
参照图4和5，当本发明的探针100用于测量牙齿颜色时，照明装置12a中 的宽带光源被打开。来自照明装置12a的宽带光通过偏振器42a并照明牙齿表 面。从牙齿反射回的所有的光中，只有具有正交偏振的光能通过分析器44并 达到传感器68。牙齿阴影信息从传感器68的R、 G和B级数据中计算得到。
由于传感器和滤光器的性能并不完美，在每个色级中存有一些串扰。一 种用于牙齿颜色测量的备选方案是依次获取3个分开的图像，每个图像被使用 红色、绿色和蓝色光i普分离地照明。这些图像可以被组合从而产生更精确地 牙齿阴影信息。这种方法的一个缺点是需要附加的图像处理来排列三种不同 的颜色图像，因为它们是在不同的时间摄取的。
图8a和8b示出了两种用于颜色连续照明方法的配置。图8a的第一种配置 包括三光源21比如红绿蓝LED，以及一个光束成形光学元件22，其可以是光束 成形光学元件22a、 22b或者22c中的一个，如前文所描述，或者是这些元件的 组合。这些三光源可以同时或顺序地开关来分别获取合成的红、绿和蓝图像。 图3b的第二配置包括宽带光源21、光镨选择滤光器23和光束成形光学元件22。 当使用该配置时，光谱选择滤光器23被旋转来改变照明光i普从而获取红、绿 和蓝图像。本实施例的光源21和光谱选择滤光器23可以构造于或者设置在探 针100之外。这些颜色光源的照明可以被光纤或者液体光导导向探针IOO。这 种类型的配置允许对光源有一个较宽的选择，而不受到探针100的大小和重量 限制所造成的约束。
牙齿的半透明度可以通过测量从牙齿返回的反射光，或者作为替换地， 测量穿过牙齿的光来确定。半透明度可以用作专注于该参数的一维阴影空间 测量点的坐标。它还可以用作另一维的测量点的至少一个其它坐标。
为了使用反射光来确定牙齿透明度，必须通过改变照明角度或者使用偏 振光照明来去除镜面反射。本发明实施例的一个优点涉及通过传感器获取的 光以及在乾釉和牙质中散射的光。如果使用了未偏振的光，从牙齿表面和从 乾釉的表面层反射的镜面光，比起从瓷釉和牙质返回的光，更加明显。这可能会造成不精确的半透明数据。
理论上，对于均匀照明和理想的资釉，如果从牙齿表面反射回的以及由
传感器68所捕获的偏振光的光级别更低，牙齿会更加半透明。然而，有一些 因素会影响由传感器68所捕获的偏振光的光级别。这些因素包括，例如，资 釉的厚度、局部牙齿的缺陷、填充以及局部吸收。因此，校准对于半透明度 测量是很重要的过程。并且，为了根据反射光来确定牙齿的半透明度，需要 进行校准来改正照明的非均匀度和牙齿形状因素。通过校准，如上一段所说 明的，可以对所捕获的用于牙齿颜色阴影测量的一幅或者多幅图像进行处理 来确定牙齿的透明度。在一个较佳实施例中，红外(NIR)光被用于牙齿半透 明度测量，因为对于具有较长波长的光来说在牙齿内部的散射更弱。尤其地， 在红外光中所进行的测量可以用于在对应于红色阴影的维中对测量点的坐标 进行校正。图4和图5中的照明装置12c和偏振器42c为半透明测量提供NIR光。
当所发射的光线被用于确定牙齿半透明度，牙齿被从与图像传感器相反 的一侧进行照明。该照明不必须被偏振，因为在发射模式下没有镜面反射。 根据,&良射穿过牙齿的光级来确定半透明度。更高的光级表示牙齿更半透明。
参照图9a和9b，其示出了附加装置30的两个实施例。任意一个实施例都 可以被添加到成像探针100中来获取发射光。在两个实施例中，来自照明装置 12a或者12c的光线被光导元件传送至附加装置30的光输出窗31。光源，比如 LED或者其它固态光源，也可以被直接设置在光输出窗31内。在图9a的实施例 中，光以一定角度照射牙齿，如线33所示的。在图9b的实施例中，光直接照 射牙齿。在两个实施例中，当计算来自发射光的半透明度时，对照射均匀度 的校准是必须的。
能够用作阴影空间坐标或者用作校正参数的其它牙齿参数，是牙齿表面 条件。该参数术语叫做粗糙度参数，或者紋理。该粗糙度参数可以用来建立 专注于该参数的一维阴影空间的测量点的坐标。这可以通过用光来照射牙齿 来确定，并且测量从牙齿表面反射回的光的有角度的分布和密度。光滑牙齿 表面易于返回更大量的镜面反射光。由于散射效应对于具有更短波长的光更强烈，蓝色或者uv光源一般对于牙齿表面紋理或者粗糙度的测量更为有利。 由于被牙齿表面和瓷釉表面层所反射的光与牙齿表面特性更加相关， 一个策 略就是用偏振光照射牙齿表面，然后俘获从牙齿反射回的相同偏振状态的光。
再次参照一般地如图4所示的尤其如图5所示的探针照明结构，照明装置 12d和偏振器42d提供用于表面紋理测量的偏振光照明。照明装置12d中的光源 可以是光谱范围在UV到NIR之间的任意光源。在较佳实施例中，使用了UV或者 蓝光，因为表面散射效应更强。对于表面粗糙度测量，偏振器42d的定向是正 交于其它偏振器42a和42c的，从而能够捕获从牙齿表面反射回的与照射光具 有相同偏振的光。偏振器42d对于表面粗糙度测量并不是必需的条件，因而是 可选的。没有偏振器42d，被传感器所捕获的光仍然是偏振的，因为成像路径 上有分析器44。该偏振光包含镜面光和散射光，因为照明光未被偏振。对于 表面紋理测量，需要的话，分析器44也可以从光轴上移开。
如前面参照图7和图8所描述的，代替分离的光源，光束成形元件和偏振 器、具有光语选择滤光器和光束成形元件的单宽带光源也可以提供用于颜色 阴影、牙齿半透明度和表面粗糙度测量的所需照明。
照明均匀度对于确定牙齿半透明度和表面粗糙度测量是很有用的。图3 所示的任意一种照明配置都可以产生足够均匀的照明。另一方面，牙齿形状 另一个因素，其对于传感器所接收的光级具有很重大的影响。例如，即使具 有相同的表面质量，从倾斜表面反射回的光级低于从垂直于光轴的表面所反 射回的。因为这些原因，为了获取对牙齿半透明度和表面粗糙度的精确测量， 对于照明均匀度和表面形状的校准是非常的重要的。
备选实施例
图10、 11和12是探针100的备选实施例，其使用多于一个的传感器。使
用多个传感器有一些好处，尤其对于具有诊断和美容应用模式的装置来说。 图10中，有两个传感器，68a和68b。偏振分光器65把从牙齿返回的光分成具 有不同偏振的两部分。具有正交偏振的光来到传感器68a，具有相同偏振状态 的光则来到传感器68b。长通滤光器56设置在传感器68b之前来阻挡来自照明装置12b的激发光。在诊断工作模式下，传感器68b捕获荧光图像而传感器68a 捕获偏振白光图像。在美容成像才莫式下，来自传感器68b的数据，其具有与照 明光^目同的偏振状态，可以用于确定表面粗糙度。来自传感器68a的数据用 于计算颜色阴影和半透明度。
图11的探针100的实施例包括三个传感器，每一个用于一种颜色。分光 器67把光束分成三个光傳带UV至蓝色带，绿色带和红色至NIR带。 一种类型 的分光器可以用在x管内，其被配置来把光引导向三个具有不同光谱带的传感 器。如图10中，需要一个长通滤光器56来获取没有被激发光串扰的荧光图像。 由于有分别来自三个传感器的红、绿和蓝成像数据，计算所得的颜色阴影可 以更为精确。
图12是另一个实施例，其具有三个传感区域69r， 69g和69b。颜色滤光 器58设置在传感器69之前从而使得传感区域69r， 69g和69b能捕获处于红、绿 和蓝域内的图像。由于传感区域69r， 69g和69b在同一平面，需要三个分离的 成4象透镜66a， 66b和66c。
图13示出了另一个基于点的用于测量牙齿半透明度和表面粗糙度的方 法。如图中所示，大量的点，如A，B，C,D和E，被用照明光进行照明。传感器 捕获来自从这些点所反射回的正交偏振光所形成的牙齿表面图像。图13中所 示的方法是这样工作的在照射光到达瓷釉之后，其随机地散射到牙齿内并 从所有的牙齿表面退出牙齿表面。即使牙齿并没有被照射到整个表面，传感 器仍然能够获得具有足够散射光的牙齿图像。该图像示出了一个特别好的牙 齿特性描述，比如牙齿半透明度和表面粗糙度。需要强调的是图13仅仅给出 了点照明方法。其它照射方法，比如栅格照明和线照明，也可以应用并能够 提供类似的优点。
成像装置150的工作
成像装置15 O被设计来获取半透明度、表面紋理和颜色阴影测量以及获 取用于牙齿龋检测的图像。图14示出了该装置可以在任何一种模式下工作的 逻辑流程图。最初地，作出工作模式选择70，比如开动模式开关36。在诊断成傳J漠式下，打开照明装置12a或12b中的光源用于牙齿检测(步骤72)。当 操作者决定捕获图像并且按动快门(或者输入捕获图像的命令)，照明装置 lh和12b中的光源为传感器68而顺序地打开和关闭来捕获偏振反射图像和荧 光图像(步骤73)。然后图像处理软件对图像进行处理并提供分析数据(步 骤76)。适用于该目的的软件在US专利申请号为No. 11/623， 804中被公开，如 前面所提到的，其中的内容通过引用的方式而结合到本文中。
通过选择美容成像才莫式，照明装置12a中的光源被打开来确定正确的待 成像牙齿(步骤78)。为了为颜色阴影、半透明度和紋理测量进行摄像，照 明装置12a、 12c和12d中的光源(或者光源31 )被顺序地打开和关闭(步骤80 )。 最后的步骤82是根据步骤80中所得到的图像，使用本领域普通技术人员所熟 知的图像处理技术，来计算牙齿颜色阴影、半透明度和粗糙度。
图15的逻辑流程图示出了处理器逻辑使用图14中的过程所获得的半透 明度和颜色数据来提供阴影匹配。牙齿阴影、半透明度和表面粗糙度被计算 出来(步骤82)之后，图像处理软件向病人显示模拟的牙齿用于评价(步骤 84)。然后病人确认步骤86使用出现于显示142 (图l)上的模拟来提示病人 去确认计算所得的阴影。当被批准时，数据被发送至实验室或者其它处理设 备(步骤88)。如果没有被批准，图像处理软件将会基于病人的喜好来修改 模拟图像(步骤90)，并再次向病人显示修改过的图像以便于确认。
已经结合一些较佳实施例详细地描述了本发明，但是可以理解的是，本 领域普通技术人员在不偏离本发明范围情况下作出的各种变型或者修改都可 以在上面所述的本发明的范围内起作用，如随附的权利要求书所示的。例如， 照明装置12a-d内的光源的各种设置，都可以在使用照相机或者其它类型图像 传感器比如图16所示的光源平行阵列的各种不同实施例中使用。
因此，所提供的是一种牙齿成像装置，其提供一种在单个单元内用于龋 齿检测的诊断成像和用于阴影映射的美容成像。
部件列表 12， 12a，12b， 12c, 12d照明装置14照明装置
14a光束成形光学元件
14b光源
18折叠镜
20牙齿
21光源
22光束成形光源元件 22a散光片 22b光束成形元件 22c光导
23光谱选择滤光器
30用于半透明度测量的附加装置
31光输出窗
32手柄
33光线
34成〗象组件
36模式开关
38偏振分光器
40探针延长
42， 42a， 42c， 42d偏振器
44分析器
46带通滤光器
56长通时域滤光器
58颜色滤光器
65偏振分光器
66， 66a， 66b， 66c透镜
67分光器68， 68a， 68b， 68c传感器 69传感器
69r， 69g， 69b传感区域
70， 72， 73， 76， 78， 80, 82， 84， 86， 88， 90方法步骤
100成像探针
140控制逻辑处理器
142显示
150成像装置
A， B, C， D， E照明点
0光轴
权利要求
1.用于获取牙齿图像的装置，包括a)至少一个沿着光轴设置的图像传感器；b)至少一个用于反射成像的宽带照明装置；c)用于荧光成像的窄带紫外照明装置；d)一个或者多个沿着光轴设置的用于消除镜面反射的偏振元件；e)沿着光轴设置的用于阻挡窄带紫外光的滤光器；以及f)开关，用于选择使用反射和荧光成像的诊断成像与使用反射成像的美容成像的工作模式中的一种。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，美容成像进一步使用通过所述 牙齿的光传输。
3. 如权利要求1所述的装置，进一步包括用于照明咬合面或者舌头表面从 而从所传输的光中获取图像的附加装置。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽带照明装置包括至少一 个具有4 0 Onm到7 0 Onm光谱的光源。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽带照明装置进一步包括 一个或者多个光束成形元件。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述窄带紫外照明装置包括至 少一个具有光语范围为375nm至425nm的窄带紫外光源。
7. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述窄带紫外照明装置进一步 包括带通滤光器用于清除所述窄带紫外光源的光谱。
8. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，存在有两个图像传感器，进一 步包括偏振分光器，用于把具有不同偏振状态的所述光分至两个传感器。
9. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，存有两个图像传感器，进一步 包括至少一个分色镜，用于把具有不同光谱范围的所述光分至至少两个传 感器。
10. 用于获取用于美容成像的牙齿图像的方法，包括a) 把光从光源导向牙齿，用于获取单色图像用于半透明度测量；b) 把偏振的可见光从一个或多个颜色光源导向所述牙齿用于获取偏振的 颜色反射图像；c) 对照明均匀度与牙齿形状进行校准；d) 根据获取的所述图像来计算牙齿阴影，用于牙齿修复；e) 使用计算所得的阴影信息来显示所述牙齿的模拟图像；f) 获取客户对所显示的图像的反馈；以及g) 发送或者保存所述牙齿阴影信息。
全文摘要
本发明涉及一种用于诊断和美容成像的口腔内照相机。具体地，本发明涉及一种用于获取牙齿图像的装置，包括至少一个沿着光轴设置的图像传感器用于摄取偏振反射图像和荧光图像，至少一个宽带照明装置用于反射成像，以及一个窄带紫外照明装置用于荧光成像。为了消除镜面反射，沿着光轴设置了一个或者多个偏振元件。沿着光轴设置了一个滤光器来阻挡窄带紫外光；还设置了一个开关用于选择工作模式中的一种。
文档编号A61B1/05GK101617934SQ20091000293
公开日2010年1月6日 申请日期2009年1月12日 优先权日2008年1月11日
发明者J·-M·英格尔斯, R·梁 申请人:卡尔斯特里姆保健公司