口腔扫描装置及其控制方法与流程

本发明关于口腔扫描领域，尤其涉及一种口腔扫描装置及其控制方法。

背景技术：

一般而言，在建立三维齿模影像的过程中，用户(如医护人员等)通常会以手持口腔扫描仪(intraoralscanner,ios)的方式针对患者口腔内的上下颚区域进行光学扫描(例如以数字光学处理(digitallightprocessing,dlp)投影技术投射特定图案结构光或是以激光光源投射线性激光束的扫描方式)，如此即可在通过后端主机进行影像辨识合成后，在屏幕上显示出相对应的三维齿模影像，以供后续植牙或假牙制作参考之用。

但是针对手持式口腔扫描仪应用，由于装置的前端取像机构必须配合口腔内有限空间，使得取像视野(fov,fieldofview)受到限制，单一取像仅能拍摄到一小角落，使用者必须不断移动扫描仪才能逐一拼接以取得目标区域的大致影像。然而，在操作过程中，屏幕上仅能显示特定视角的三维齿模影像状况，用户必须先停下扫描动作，才能藉由鼠标或键盘的视角切换动作发现到某些细微破洞，之后必须进行补扫动作或重新扫描，因此，用户必须扫描模式/观察模式不断切换，才能获得完整的三维扫描模型。

技术实现要素：

因此，本发明的目的之一在于提供一种口腔扫描装置及其控制方法，能够在扫描过程中实时同时显示牙齿各面向的影像扫描状态，使口腔扫描装置的使用者能够实时察觉扫描瑕疵，不受当前视角的限制。

为达上述目的，本发明提供一种口腔扫描装置的控制方法，该口腔扫描装置的控制方法包括以下步骤：

步骤s1，根据牙齿所在位置，建立对应各牙齿的多个参考影像数据；

步骤s2，设定目标扫描范围，并显示该目标扫描范围对应的参考影像数据；

步骤s3，于该目标扫描范围内，撷取各牙齿的多个扫描影像，并感测对应的位置信息；

步骤s4，根据该多个扫描影像建立该目标扫描范围对应的三维模型影像，并同时显示该多个扫描影像以及该三维模型影像；

步骤s5，分析比较各扫描影像与该参考影像数据的特征点，并判断该参考影像数据是否存在缺失，若存在缺失，则将该参考影像数据中存在缺失的部位显示为未完成状态；若无缺失，则显示该参考影像数据为完成状态；以及

步骤s6，使用者根据该参考影像数据的显示状态，判断是否结束扫描操作。

作为可选的技术方案，步骤s2中，显示该目标扫描范围对应的参考影像数据包括：

根据该目标扫描范围以及该多个参考影像数据，计算该目标扫描范围对应的参考影像数据；以及

在进入扫描程序时，查找与该目标扫描范围对应的参考影像数据，若查找到则读取并显示该参考影像数据；若未找到则进入使用者自行操作模式。

作为可选的技术方案，该计算该目标扫描范围对应的参考影像数据的步骤包括：

步骤s21:读取对应该目标扫描范围的第一历史病历数据，该第一历史病历数据包括齿位信息；

步骤s22:依据该第一历史病历数据建立第一基本影像框架；

步骤s23:查找同一患者的第二历史病历数据，若查找到，进入步骤s24；若未查找到，则根据该第一基本影像框架形成修正影像框架，其中该第二历史病历数据包括历史扫描影像与历史参考影像数据的至少其中之一；

步骤s24，查找是否存在该同一患者的第二基本影像框架，若存在，则根据第一基本影像框架与该第二基本影像框架形成修正影像框架；若不存在，则根据该第一基本影像框架形成修正影像框架，其中这里的第二基本影像框架可以是同一患者的相同牙齿部位或不同牙齿部位；以及

步骤s25：根据修正影像框架形成对应的参考影像数据。

作为可选的技术方案，该参考影像数据根据齿位形状分割为多个子区域，其中，

门牙分割为包括舌侧面、夹侧面、舌侧牙面与牙龈接缝、颊侧牙面与牙龈接缝、舌侧牙龈及颊侧牙龈的多个子区域；

犬齿分割为包括小舌侧面、小颊侧面、小咬合面、舌侧牙面与牙龈接缝、颊侧牙面与牙龈接缝、舌侧牙龈及颊侧牙龈的多个子区域；以及

臼齿分割为包括大舌侧面、大颊侧面、大咬合面、舌侧牙面与牙龈接缝、颊侧牙面与牙龈接缝、舌侧牙龈及颊侧牙龈的多个子区域。

作为可选的技术方案，该参考影像数据中还包括齿位与齿位连接处子区域。

作为可选的技术方案，步骤s4中，根据该多个扫描影像建立该目标扫描范围对应的三维模型影像的步骤包括：

根据多个扫描影像计算获得多个三维点云数据；以及

对该多个三维点云数据作特征点比对，进而拼接形成三维模型影像。

作为可选的技术方案，该步骤s5包括：

步骤s51，根据各扫描影像的位置信息以及影像特征，比对各扫描影像与该参考影像数据，并加上标签进行群组分类；

步骤s52，对已经分类的各扫描影像群组作进阶分析，并判别该多个扫描影像的完整性，包含影像与影像间是否有段差或破洞以及颜色连续性，藉以确认该参考影像数据上的各子区域资料是否存在缺失；

步骤s53，根据步骤s52中分析的各子区域资料的完整度，将该参考影像数据上的各子区域使用不同颜色或材质来标示扫描完成状态。

作为可选的技术方案，该步骤s5包括：

步骤s54，根据各扫描影像被记录的轨迹变化以及方向性数据与该参考影像数据作比较，并加上标签进行群组分类；

步骤s52，对已经分类的各扫描影像群组作进阶分析，并判别该多个扫描影像的完整性，包含影像与影像间是否有段差或破洞以及颜色连续性，藉以确认该参考影像数据上的各子区域资料是否存在缺失；

步骤s53，根据步骤s52中分析的各子区域资料的完整度，将该参考影像数据上的各子区域使用不同颜色或材质来标示扫描完成状态。

作为可选的技术方案，该参考影像数据为二维图像或三维图像，该参考影像数据显示于显示主画面之中，但独立于该三维模型影像；或者，该参考影像数据显示于显示主画面之中，但叠合于该三维模型影像。

作为可选的技术方案，若该参考影像数据的显示区域与该三维模型影像的显示区域有重叠，该参考影像数据以半透明材质或框线方式呈现。

本发明还提供一种口腔扫描装置，该口腔扫描装置包括：

口腔扫描仪，包括投影单元、图像感测单元以及惯性测量单元，该口腔扫描仪用以于目标扫描范围内，撷取各牙齿的多个扫描影像，并感测对应的位置信息；以及

图像处理装置，与该口腔扫描仪可操作地连接，用以根据牙齿所在位置，建立对应各牙齿的多个参考影像数据；用以设定该目标扫描范围，并显示该目标扫描范围对应的参考影像数据；用以根据该多个扫描影像建立该目标扫描范围的三维模型影像，并同时显示该多个扫描影像以及该三维模型影像；用以分析比较各扫描影像与该参考影像数据的特征点，并判断该参考影像数据是否存在缺失，若存在缺失，则将该参考影像数据中存在缺失的部位显示为未完成状态；若无缺失，则显示该参考影像数据为完成状态。

作为可选的技术方案，该图像处理装置内安装有三维建模系统，该三维建模系统透过传输装置与该口腔扫描仪互动，该三维建模系统包含：

图像检测及解码模组，用以根据该多个扫描影像计算出多个三维点云数据；

建模模组，用于对该多个三维点云数据作特征点比对，进而拼接形成三维模型影像；以及

处理模组，用以对该多个三维点云数据与该参考影像数据作特征点比对，确认该参考影像数据上的各子区域资料是否存在缺失，并根据各子区域资料的完整度，将该参考影像数据上的各子区域使用不同颜色或材质来标示扫描完成状态。

与现有技术相比，本发明的口腔扫描装置及其控制方法，可以在扫描过程中显示参考影像数据作为同步提示目前扫描进度的引导式用户图形界面控制方式，可根据目前已经扫描(且拼接)的扫描影像数据，自动分析是否有特定角度的破洞或缺失需要被补扫，并提供建议扫描路线，且使得使用者不受当前视角的限制，减少使用者在扫描模式/观察模式的切换频率，并获得最佳的扫描结果。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1所示为根据本发明的口腔扫描装置的示意图；

图2所示为根据本发明的口腔扫描装置的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

请参见图1，图1所示为根据本发明的口腔扫描装置的示意图。本发明提供一种口腔扫描装置10，口腔扫描装置10包括口腔扫描仪1以及图像处理装置2。其中，口腔扫描仪1可采用常见齿模影像扫描技术(例如以数字光学处理投影技术投射特定图案结构光或是以激光光源投射线性激光束等扫描技术)以针对待扫描物进行影像扫描，至于针对牙齿影像扫描原理的相关描述，其常见于先前技术中，于此不再赘述。口腔扫描仪1可以扫描二维影像，或是收集一维影像拼接为二维图像，提供给图像处理装置2进行数据处理，图像处理装置2电连接于口腔扫描仪1且可较佳地为具有图像处理及显示功能的屏幕主机，例如台式电脑搭配显示器、笔记型电脑或平板电脑等，其中本实施方式中以笔记本型电脑为例进行说明，但本发明并不以此为限。图像处理装置2具有显示单元，用来显示根据口腔扫描仪1传来的扫描影像所建立的三维模型影像4。

其中，口腔扫描仪1包括投影单元、影像感测单元以及惯性测量单元，口腔扫描仪1用以于目标扫描范围内，撷取各牙齿的多个扫描影像，并感测对应的位置信息。本实施方式中多个扫描影像为二维扫描影像，且多个扫描影像可对应至咬合面、舌侧面、颊侧面、舌侧牙面与牙龈接缝、颊侧牙面与牙龈接缝、牙龈区等。其中，影像感测单元例如可为电荷耦合元件(charge-coupleddevice，ccd)传感器、互补式金属氧化半导体(complementarymetal-oxidesemiconductor，cmos)传感器或其它传感器。投影单元例如可为数字光源处理(digitallightprocessing，dlp)模组、3lcd投影模组、硅基液晶(liquidcrystalonsilicon，lcos)投影模组、激光投影模组或其它投影模组。惯性测量单元可为重力传感器(gsensor)、陀螺仪(gyro)、电子罗盘或其组合，惯性测量单元可根据口腔扫描仪1的运动状态感测对应三个轴向的运动变化。

图像处理装置2用以根据牙齿所在位置，建立对应各牙齿的多个参考影像数据，这些参考影像数据的作用类似于引导式用户图形界面，例如可包含引导图形界面以及扫描路线。图像处理装置2还用以设定目标扫描范围，并于图像处理装置2的显示单元21上显示该目标扫描范围对应的参考影像数据3。图像处理装置2还用以根据该多个扫描影像建立该目标扫描范围的三维模型影像4，并同时显示该多个扫描影像以及该三维模型影像于显示单元21；还用以分析比较各扫描影像与该参考影像数据的特征点，并判断该参考影像数据是否存在缺失，若存在缺失，则将该参考影像数据中存在缺失的部位显示为未完成状态，例如以特定颜色显示缺失部位，又或者将对应扫描影像标示特定颜色外框等；若无缺失，则显示该参考影像数据为完成状态，例如以百分比或进度条框显示100％。而口腔扫描装置的使用者则可以根据该参考影像数据的显示状态，判断是否结束扫描操作，也就是说参考影像数据的显示状态即显示出了目标扫描范围对应的牙齿的扫描情况，而使用者可根据显示情况来决定是否结束扫描，还是沿建议扫描路线继续扫描。

另外，本实施方式中，图像处理装置2内安装有三维建模系统，该三维建模系统透过传输装置(例如无线传输或有线传输)与该口腔扫描仪互动，该三维建模系统包含：图像检测及解码模组、建模模组以及处理模组。图像检测及解码模组用以根据该多个扫描影像计算出多个三维点云数据。建模模组用以对该多个三维点云数据作特征点比对，进而拼接形成三维模型影像。处理模组用以对该多个三维点云数据与该参考影像数据作特征点比对，确认该参考影像数据上的各子区域资料是否存在缺失，并根据各子区域资料的完整度，将该参考影像数据上的各子区域使用不同颜色或材质来标示扫描完成状态。

其中，上述参考影像数据例如为二维图像或三维图像，该参考影像数据3显示于显示单元21的显示主画面5之中，但独立于该三维模型影像；或者，该参考影像数据3显示于显示主画面5之中，但叠合于该三维模型影像。而且，较佳地，若该参考影像数据的显示与该三维模型影像的显示区域有重叠，该参考影像数据以半透明材质或框线方式呈现，避免视觉干扰。

请参见图2，图2所示为根据本发明的口腔扫描装置的控制方法的流程示意图。本发明还提供一种口腔扫描装置的控制方法，该控制方法可用于控制上述口腔扫描装置10，且口腔扫描装置的控制方法包括以下步骤：

步骤s1，根据牙齿所在位置，建立对应各牙齿的多个参考影像数据；此步骤属于数据库默认阶段；

步骤s2，设定目标扫描范围，并显示单元显示该目标扫描范围对应的参考影像数据；

步骤s3，于该目标扫描范围内，撷取各牙齿的多个扫描影像，并感测对应的位置信息；

步骤s4，根据该多个扫描影像建立该目标扫描范围对应的三维模型影像，并同时显示该多个扫描影像以及该三维模型影像于显示单元；

步骤s5，分析比较各扫描影像与该参考影像数据的特征点，并判断该参考影像数据是否存在缺失，若存在缺失，则将该参考影像数据中存在缺失的部位显示为未完成状态；若无缺失，则显示该参考影像数据为完成状态；以及

步骤s6，使用者根据该参考影像数据的显示状态，判断是否结束扫描操作。

其中，步骤s2中，显示该目标扫描范围对应的参考影像数据包括：

根据该目标扫描范围以及该多个参考影像数据，计算该目标扫描范围对应的参考影像数据；以及

在进入三维扫描程序时，查找与该目标扫描范围对应的参考影像数据，若查找到则读取并显示该参考影像数据；若未找到则进入使用者自行操作模式。

而上述该计算该目标扫描范围对应的参考影像数据的步骤，例如包括：

步骤s21:读取对应该目标扫描范围的第一历史病历数据，该第一历史病历数据包括齿位信息；

步骤s22:依据该第一历史病历数据建立第一基本影像框架；

步骤s23:查找同一患者的第二历史病历数据，若查找到，进入步骤s24；若未查找到，则根据该第一基本影像框架形成修正影像框架，其中该第二历史病历数据包括历史扫描影像与历史参考影像数据的至少其中之一；

步骤s24，查找是否存在该同一患者的第二基本影像框架，若存在，则根据第一基本影像框架与该第二基本影像框架形成修正影像框架；若不存在，则根据该第一基本影像框架形成修正基本影像框架；

步骤s25：根据修正影像框架形成对应的参考影像数据，因为既使相同牙位，每个人的牙齿形状及状况(例如缺牙、蛀牙或假牙等)都不一样，所以需要对参考影像数据做调整

另外，参考影像数据根据齿位形状分割为多个子区域，其中，门牙例如分割为包括舌侧面、夹侧面、舌侧牙面与牙龈接缝、颊侧牙面与牙龈接缝、舌侧牙龈及颊侧牙龈的多个子区域。犬齿例如分割为包括小舌侧面、小颊侧面、小咬合面、舌侧牙面与牙龈接缝、颊侧牙面与牙龈接缝、舌侧牙龈及颊侧牙龈的多个子区域。臼齿例如分割为包括大舌侧面、大颊侧面、大咬合面、舌侧牙面与牙龈接缝、颊侧牙面与牙龈接缝、舌侧牙龈及颊侧牙龈的多个子区域。而且，该参考影像数据中还包括齿位与齿位连接处子区域。如此，在扫描的过程中就能同时显示牙齿各个面向的影像，使得使用者不受视角的限制。

另外，步骤s4中，根据该多个扫描影像建立该目标扫描范围对应的三维模型影像的步骤包括：

根据多个扫描影像计算获得多个三维点云数据；以及

对该多个三维点云数据作特征点比对，进而拼接形成三维模型影像。

再者，其中以一实施方式中，上述步骤s5包括有：

步骤s51，辨别并分类这些扫描影像：根据各扫描影像的位置信息以及影像特征，比对各扫描影像与该参考影像数据，并加上标签进行群组分类；其中影像特征例如为影像的局部密度、颜色及形状等，例如牙齿、牙龈以及牙缝的颜色与形状都不相同，可据此辨别；另外，对于单一扫描影像不限定只能有一个标签，若该扫描影像的数据特性与周围其他扫描影像类似，可添加周围其他扫描影像的群组标签，后续再针对群组特性进行分析；

步骤s52，核查扫描影像数据群组：对已经分类的各扫描影像群组作进阶分析，并判别该多个扫描影像的完整性，包含影像与影像间是否有段差或破洞以及颜色连续性，藉以确认该参考影像数据上的各子区域资料是否存在缺失；

步骤s53，更新参考影像数据：根据步骤s52中分析的各子区域资料的完整度，将该参考影像数据上的各子区域使用不同颜色或材质来标示扫描完成状态。

另一实施方式中，上述步骤s5也可以是包括以下步骤：

步骤s54，根据各扫描影像被记录的轨迹变化以及方向性数据与该参考影像数据作比较，并加上标签进行群组分类；例如口腔扫描仪的本体的法向量，由牙齿咬合面转向舌侧面或夹侧面，在三维方向(x\y\z)上会有至少一个方向的重力g值或角速度产生瞬间大幅变化，可以据此比较分类；

步骤s52，对已经分类的各扫描影像群组作进阶分析，并判别该多个扫描影像的完整性，包含影像与影像间是否有段差或破洞以及颜色连续性，藉以确认该参考影像数据上的各子区域资料是否存在缺失；以及

步骤s53，根据步骤s52中分析的各子区域资料的完整度，将该参考影像数据上的各子区域使用不同颜色或材质来标示扫描完成状态。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的保护范围内。因此，本发明所申请的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。