口腔扫描仪及利用其的三维覆盖影像显示方法与流程

[0001]
本发明涉及一种用于通过插入于患者的口腔内并以非接触方式进行扫描来生成三维模型的口腔扫描仪及利用其的三维覆盖影像显示方法。


背景技术：

[0002]
创建重现口腔内的样貌的复制模型是牙科诊疗中最重要的过程之一，并且是一个需要同时满足准确性和效率性的过程。在大部分的牙科诊疗中，在重现口腔内样貌时使用如同制作石膏模型的传统的取模(impression taking)方法。
[0003]
近来，随着应用数字技术，在牙科诊疗中也已经开发并应用一种代替现有的方法的数字化临床方法，作为其一部分，引入了一种口腔扫描仪，该口腔扫描仪通过插入于患者的口腔内并以非接触方式进行扫描来获取二维影像数据，并通过处理这样的二维影像数据并生成三维复制模型来执行取模过程。
[0004]
这样的口腔扫描仪被引入并利用于除牙齿修形之外的取模、模型或修复体制作等大部分的牙科诊疗中，并且呈现其应用领域正被扩展至现场施术领域的趋势。尤其，在牙科诊疗中的植牙施术是用于代替所丧失的牙齿的功能的代表性施术之一，如图1所示，植牙30由固定于牙龈22深处的牙槽骨24的固定件32(fixture)、结合于所述固定件32的上部的基台34(abutment)及修复体36(crown)构成。固定件32执行人造牙根的作用，并且基台34通过螺栓紧固于固定件32并稳定牙龈22，并在最终结合修复体36之前防止细菌渗透至牙槽骨24及颌骨内部。
[0005]
另一方面，在现场植压施术过程中，在将固定件32植入牙槽骨24的一次施术后，缝合切开的牙龈22并维持约3～6个月期间，使固定件32骨融合于牙槽骨24之后，为了使待结合于基台34的固定件32露出，会伴随再次切开已缝合的牙龈22的过程。在这种情况下，所存在的问题是，在进行过度的牙龈22的切开时，增加患者的痛苦、继发感染的风险及治疗时间。
[0006]
为了解决这样的问题，一次施术后有必要最小限度地抑制牙龈22的切开程度，但迄今为人已知的口腔扫描仪仅限于只获取对露出于外部的口腔表面的三维复制模型，因而当前在植牙现场施术的应用上受到限制。


技术实现要素：

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技术问题
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鉴于上述现有技术的问题而构思的本发明的目的在于，提供一种能够以小型尺寸将牙龈内部的影像覆盖照射于口腔内的口腔扫描仪及利用其的三维覆盖影像显示方法。
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技术方案
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为了解决前述课题，经认真研究，发明人进行了本发明，本发明的要旨为与权利要求书中记载的相同的下述内容。
[0011]
(1)一种口腔扫描仪，其特征在于，包括：投影仪，其用于照射包括可视光源和ir光
源的源光源；摄像头，其用于感测所述源光源的反射光，以获取对口腔表面的三维影像及对牙龈内部的ir影像；以及影像处理部，其通过将所述ir影像与三维影像合并来生成三维复制模型，所述ir影像基于所述三维复制模型被所述投影仪覆盖照射于口腔内。
[0012]
(2)根据上述(1)所述的口腔扫描仪，其特征在于，还包括：位置感测部，其用于感测口腔扫描仪的方位，所述影像处理部基于从位置感测部接收到的方位信息来校正三维复制模型。
[0013]
(3)根据上述(1)所述的口腔扫描仪，其特征在于，所述投影仪包括：光源部，其包括光束组合器、配置于所述光束组合器的周边的可视光源及ir光源；照明部，其包括显示面板及tir棱镜；以及投射透镜部。
[0014]
(4)根据上述(1)所述的口腔扫描仪，其特征在于，所述摄像头包括：焦点透镜部，供反射光入射；以及感测部，其包括光束分离器、配置于所述光束分离器的周边的视觉传感器及ir传感器。
[0015]
(5)一种三维覆盖影像显示方法，其特征在于，包括：(a)通过对可视光源进行图案照射并感测反射光来获取对口腔内表面的三维影像的步骤；(b)通过照射ir光源并感测反射光来获取对牙龈内部的ir影像的步骤；(c)通过合并所述三维影像和ir影像来生成三维复制模型的步骤；以及(d)参照所述三维复制模型将所述ir影像覆盖照射于口腔内的步骤。
[0016]
(6)根据上述(5)所述的三维覆盖影像显示方法，其特征在于，在上述步骤(a)、步骤(b)及步骤(d)中，利用相同的照射光学系统执行光源照射。
[0017]
(7)根据上述(5)所述的三维覆盖影像显示方法，其特征在于，所述照射光学系统包括：光源部，其包括光束组合器、配置于所述光束组合器的周边的可视光源及ir光源；照明部，其包括显示面板和tir棱镜；以及投射透镜部。
[0018]
(8)根据上述(5)所述的三维覆盖影像显示方法，其特征在于，在上述步骤(a)及步骤(b)中，利用相同的感测光学系统执行反射光感测。
[0019]
(9)根据上述(8)所述的三维覆盖影像显示方法，其特征在于，所述感测光学系统包括：焦点透镜部，供反射光入射；以及感测部，其包括光束分离器、配置于所述光束分离器的周边的视觉传感器及ir传感器。
[0020]
(10)根据上述(5)所述的三维覆盖影像显示方法，其特征在于，上述步骤(d)通过根据所述三维复制模型的方位进行校正来执行。
[0021]
发明的效果
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根据本发明的口腔扫描仪，在生成由对口腔内表面的三维影像和对牙龈内部的ir影像组成的三维复制模型后，可以参照该三维复制模型实时地将所述ir影像覆盖照射于口腔内，从而可以在牙科诊疗时有效地进行利用。尤其，由于可以在进行现场植牙施术时基于覆盖照射于口腔内的ir影像准确地确认固定件的植入位置，因此，在组装基台(abutment)之前的步骤中，只需简单的穿孔即可使牙龈的切开最小化，从而，在施术过程中减轻患者的痛苦的同时，可以使施术前后的二次污染引起的施术副作用最小化。此外，这样的口腔扫描仪可以兼用获取三维影像和ir影像所需的照射光学系统和感测光学系统，并且，即使在对ir影像进行重叠照射的情况下，仍可以利用该照射光学系统，因而有利于产品小型化。
附图说明
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图1是植牙施术后的牙龈内部的剖视结构图。
[0024]
图2是本发明的实施例的口腔扫描仪的结构图。
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图3是关于利用图2的口腔扫描仪的三维覆盖影像显示方法的流程图。
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图4是构成本发明的实施例的照射光学系统的投影仪的结构图。
[0027]
图5是构成本发明的实施例的感测光学系统的摄像头的结构图。
[0028]
图6是获取对口腔表面的三维影像时的动作图。
[0029]
图7是获取对牙龈内部的ir影像时的动作图。
[0030]
图8是与波长相对应的ir光的皮肤透射率的剖视图。
[0031]
图9是示出ir影像覆盖照射于口腔内的状态的图。
具体实施方式
[0032]
下面通过实施例对本发明进行详细说明。在此之前，在本说明书及权利要求书中使用的术语或词语不应被限定为通常的或词典上的含义来解释，而是应本着发明人可以为了以最优的方法说明自身的发明而适当定义术语的概念的原则，解释为与本发明的技术思想相符的含义和概念。从而，本说明书中记载的实施例的配置仅仅是本发明的最优选的一个实施例，并不代表本发明的所有技术思想，因此，应当理解为在本发明的申请时点可能会有替代这些的多样的等同物和变形例。另一方面，图中对相同物或等同物赋予相同或相似的附图标记，并且，在整个说明书中，当提及某一部分“包括”某一构成要素时，除非另有相反的记载，意指还可以步包括别的构成要素，而不是排除别的构成要素。此外，在说明本发明时，当判断为对相关公知技术的具体说明可能使本发明的要旨不清楚时，将省略其详细说明。
[0033]
图2示出本发明的实施例的口腔扫描仪10的结构图。口腔扫描仪10以投影仪110、摄像头120、影像处理部130为基本配置，并且，可选地，可以进一步包括位置感测部140。口腔扫描仪10可以通过接口150与外部电源装置160、存储装置170或显示装置180等连接。图3示出关于利用图2的口腔扫描仪10的三维覆盖影像显示方法的流程图。三维覆盖影像显示方法对应于口腔扫描仪10的动作内容，并且通过以下步骤来执行：(a)获取对口腔内表面的三维影像的步骤(s10)；(b)获取对牙龈内部的ir影像的步骤(s20)；(c)生成三维复制模型的步骤(s30)；以及(d)将ir影像覆盖照射于口腔内的步骤(s40)，可选地，所述(d)步骤可以通过利用所述位置感测部140根据所述三维复制模型的方位进行校正来执行。
[0034]
参照图2和图3，图2的投影仪110构成照射光学系统，并且关系到图3的步骤(a)的执行，并且优选地关系到(d)步骤的执行。图2的摄像头120构成感测光学系统，并且关系到图3的步骤(b)的执行。图2的影像处理部130关系到图3的步骤(c)的执行。图2的位置感测部140关系到图3的步骤(d)中的口腔扫描仪10的方位的校正。本申请最终通过合并对口腔内表面的三维影像(下称“第一影像”)和对牙龈内部的ir影像(下称“第二影像”)来生成三维复制模型后，参照这样的三维复制模型，由所述投影仪110仅对“第二影像”进行覆盖照射，由此使得植牙现场施术变得容易。此外，在本发明中，即使在获取“第一影像”和“第二影像”所需的源光源不同的情况下，通过在使用相同的照射光学系统及感测光学系统的同时，在覆盖影像的照射中也使用曾用于获取影像的照射光学系统，减少口腔扫描仪的产品尺寸。
[0035]
图4示出构成本发明的实施例的照射光学系统的投影仪110的结构图，图5示出构成本发明的实施例的感测光学系统的摄像头120的结构图。图6和图7分别示出利用所述投影仪110和摄像头120获取对口腔表面的三维影像和ir影像的过程。下面对口腔扫描仪10的构件的各个部分依次进行说明。在下面的说明中，照射光学系统可以被理解为与投影仪110等同的概念，感测光学系统可以被理解为与摄像头120等同的概念。
[0036]
参照图4，所述投影仪110在执行照射用于获取“第一影像”和“第二影像”的源光源的基本的作用的同时，最终还兼任将“第二影像”覆盖照射于口腔内的作用。所述投影仪110包括：光源部112，其包括光束组合器1122(beam combiner)、配置于光束组合器1122的周边的可视光源1124及ir光源1126；照明部114，其包括显示面板1142及tir棱镜1144；以及投射透镜部116，所述光源部112的可视光源1124和ir光源1126构成源光源。
[0037]
所述可视光源1124基本上执行获取“第一影像”所需的源光源的作用。在这种情况下，可视光源1124被照明部114的显示面板1142转化为图案形式来照射。此外，所述可视光源1124还执行用于将与牙龈内部的人造物的位置，例如植牙施术时金属固定件(fixture)的植入位置相关的“第二影像”覆盖照射于口腔表面以用肉眼确认的源光源的作用。可视光源1124可以由led光源构成，并且，可以由白色光构成，或者，根据情况，可以由单独的rgb光构成，以便能够利用对应于各波长的色收差提取3d影像。在色收差较大的光学系统中，根据rgb光，焦面会不同，即，对应于波长的投射距离不同，因而有利于提取3d信息。
[0038]
所述ir光源1126执行获取第二影像所需的源光源的作用，在这种情况下，优选ir光源1126的波长被控制为较深地渗透至牙龈内部的下皮(hypodermis)附近。这样的ir光源1126的色收差范围较大，因而有利于提取3d影像。
[0039]
所述光束组合器1122为了同时或依次使用除了光源外的相同的光学系统，执行以相同的光轴结合可视光源1124和ir光源1126的作用。光束组合器1122可以是使用棱镜(prism)或进行涂层处理的板形态。在这种情况下，设计为在二向色涂层(dichroic coating)处理时反射可视光源1124，并使ir光源1126透射。
[0040]
所述照明部114的显示面板1142例如可以由德州仪器(texas instruments)公司的dmd和微型器件构成，并且执行根据影像信息引导按每个像素照射的光的角度变化并将其传递至投射透镜部116的作用。在该过程中，所述照明部114的tir棱镜1144执行为了在角度变化不大的相同空间内分离入射和出射而以与全反射条件相符的方式控制光的作用。
[0041]
另一方面，介于所述光束组合器1122与照明部114之间的中继透镜118执行引导从光束组合器1122出射的光以规定的角度和照度照射于照明部114的tir棱镜1144的作用。
[0042]
所述投射透镜部116执行将由照明部114的显示面板1142生成的影像信息投射于口腔内的作用，并且可以产生色收差，以提高3d效果。
[0043]
参照图5，所述摄像头120执行感测对由投影仪110照射的源光源的反射光并将其传递至影像处理部130的作用。具体地，摄像头120包括：焦点透镜部，供反射光入射122；以及感测部124，其包括光束分离器1242、配置于光束分离器1242的周边的视觉传感器1244及ir传感器1246。对可视光源1124及ir光源1126的反射光通过所述焦点透镜部122而入射于感测部124。入射至感测部124的对可视光源1124及ir光源1126的反射光由光束分离器1242分离后，被视觉传感器1244及ir传感器1246感测，以获取影像信息。
[0044]
所述影像处理部130生成对“第一影像”及“第二影像”的3d数据，并基于该3d数据
生成三维复制模型。三维复制模型是合并有“第一影像”和“第二影像”的3d数据，并且在将“第二影像”覆盖照射于口腔内的过程中成为基准。
[0045]
所述位置感测部140执行感测口腔扫描仪10的方位的作用。由位置感测部140测量的口腔扫描仪10的方位信息被传输至影像处理部130，影像处理部130将基于这样的方位信息校正三维复制模型。由于基于随着口腔扫描仪10的移动而实时地校正的三维复制模型来进行对第二影像的口腔内覆盖照射时，因此，即使在施术过程中有口腔扫描仪10的移动，仍可以恒定地维持覆盖口腔内的第二影像的照射位置。
[0046]
这样的位置感测部140可以通过硬件或软件手段实现。作为硬件手段，例如可以使用加速度传感器，地磁传感器或gps传感器检测xyz中的坐标位置及αβγ的角度信息，并感测口腔扫描仪10的方位信息，或者，作为软件手段，例如可以感测通过所述摄像头120的感测光学系统感测的实时的影像信息，并将其与先前获取到的影像信息进行比较来感测口腔扫描仪10的方位信息。
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图6示出关于由所述投影仪110的照射光学系统和所述摄像头120的感测光学系统获取第一影像的过程(图3的s10)的动作图。图中所示阿拉伯数字表示有照射及反射过程的可见光依次通过构成投影仪110和摄像头120的每个光学元件的路径。参照图6的(a)，首先，根据投影仪110的照射光学系统，同时照射于可视光源1124的白色光或依次照射的rgb光被光束组合器1122根据波长被反射或透射后，经由中继透镜118通过tir棱镜1144照射于显示面板1142，被显示面板1142转换为图案形态的光的光通过投射透镜部116照射于口腔内表面。参照图6的(b)，接下来，根据摄像头120的感测光学系统，从口腔表面反射的rgb图案光在通过焦点透镜部122被引入后，被光束分离器1242作为“第一影像”获取至视觉传感器1244，被传递至影像处理部130。
[0048]
图7示出关于由所述投影仪110的照射光学系统和所述摄像头120的感测光学系统获取“第二影像”的过程(图3的s20)的动作图。图中所示阿拉伯数字表示类似于图6地有照射及反射过程的ir光依次通过构成投影仪110和摄像头120的每个光学元件的路径。参照图7的(a)，首先，根据投影仪110的照射光学系统，由ir光源1126照射的ir光被光束组合器1122根据波长反射或透射后，经由中继透镜118通过tir棱镜1144照射于显示面板1142，被显示面板1142转换为图案形态的光的光可以通过投射透镜部116照射并渗透至牙龈内部。参照图7的(b)，接下来，通过摄像头120的感测光学系统，渗透至皮肤后被反射的ir图案光在通过焦点透镜部122被引入后，被光束分离器1242作为第二影像获取至ir传感器1246，被传递至影像处理部130。在这种情况下，根据示出对应于波长的ir光的皮肤透射度的图8，通过将ir光源1126的波长控制在750nm～950nm的范围内，可以使充分的ir光渗透至植入有诸如植牙的固定件的人造物的下皮(hypodermis)附近。
[0049]
另一方面，在合并上述图6的“第一影像”和图7的“第二影像”来生成三维复制模型后(图3的s30)，基于这样的三维复制模型，根据基于上述图6的(a)的投影仪110的照射光学系统的动作内容对“第二影像”执行覆盖照射至口腔内表面的过程(图3的s40)。在这种情况下，作为所照射的源光源，利用用于表示对应于“第二影像”的固定件的植入位置的可视光源1124。
[0050]
图9示出利用本发明的口腔扫描仪10将对应于“第二影像”的固定件32的植入位置t覆盖照射于口腔20内的样貌。根据本发明的口腔扫描仪10，在生成由对口腔20的内表面的
三维影像和对牙龈22的内部的ir影像组成的三维复制模型后，可以参照该三维复制模型实时地将所述ir影像覆盖照射于口腔20内，从而可以在牙科诊疗时有效地进行利用。尤其，由于可以在进行现场植牙施术时基于覆盖照射于口腔内的ir影像准确地确认固定件的植入位置，因此，在组装基台(abutment)之前的步骤中，只需简单的穿孔即可使牙龈22的切开最小化，从而，在施术过程中减轻患者的痛苦的同时，可以使施术前后的二次污染引起的施术副作用最小化。此外，这样的口腔扫描仪可以兼用获取三维影像和ir影像所需的照射光学系统和感测光学系统，并且，即使在对ir影像进行重叠照射的情况下，仍可以利用该照射光学系统，因而有利于产品小型化。
[0051]
以上描述涉及本发明的具体的实施例。本发明的上述实施例虽然是以说明的目的公开的事项，但不被理解为限制本发明的范围，本领域的一般的技术人员可以在不脱离本发明的本质的情况下实施多样的变更和修改。因此，所有这样的修改和变更均可以被理解为相当于权利要求书中公开的发明的范围或其等同物。