校准单元、宏观医学成像校准系统和校准单元的使用的制作方法

本发明涉及一种用于校准宏观医学成像装置、尤其用于校准宏观牙科成像装置的校准单元。本发明还涉及一种宏观医学成像校准系统，尤其涉及一种宏观牙科成像校准系统。本发明还涉及如上所述的校准单元的使用。上述成像装置被称之为宏观的应当被理解为区别于显微成像装置或简单的显微镜。因此，本发明不是关于显微成像装置。

背景技术：

1、宏观医学成像装置、尤其宏观牙科成像装置是已知的。这种装置用于采集人体或人体的部分的图像。可以对图像的内容进行分析，并且在这样做时，可以在图像中识别某些疾病或病原体。在医学成像装置是牙科成像装置的情况下，其特别适合于采集人类的口腔或口腔的部分的图像。

2、在宏观牙科成像装置的情境下，口腔内摄像头、口腔外摄像头和所谓的口腔内扫描仪可以用作成像装置，该成像装置用于采集口腔或口腔的部分的图像。

3、这种成像装置可以用于生成口腔内环境的白光图像。

4、此外，众所周知，健全牙齿以及某些牙科病原体都会发出荧光。在这种情境下，荧光应被理解为材料在被光或更一般的电磁辐射激发时发射光或更一般的电磁辐射的能力。这种材料至少部分地吸收激发光或激发辐射。在大多数情况下，所发射的光或辐射比所吸收的光或辐射具有更长的波长。基于这种效果，还可以拍摄口腔或口腔的部分的荧光图像。

5、这两种类型的图像都用于支持诊断。

技术实现思路

1、本发明的目的是进一步改进宏观牙科成像装置，使得尤其可以提供质量得到增强的荧光图像。

2、通过用于校准宏观医学成像装置(尤其用于校准宏观牙科成像装置)的校准单元来解决该问题。该校准单元包括主体，该主体具有前表面，该前表面被配置为朝向成像装置光学地定向。第一类荧光材料布置在主体的第一区域中。此外，第二类荧光材料布置在主体的第二区域中。第一区域和第二区域彼此分开，并且第一类荧光材料与第二类荧光材料不同。除了第二区域和第二类荧光材料之外或替代第二区域和第二类荧光材料，不透明的非荧光材料布置在主体的第三区域中。第三区域与第一区域和第二区域中的每者分开。要注意的是，术语第一、第二和第三仅是为了便于解释而使用。这些术语并不意味着一定数量的材料或区域。区域应当被理解为主体的体积部分。区域可以具有任何形状。使用这种校准单元，可以将宏观医学成像装置(尤其宏观牙科成像装置)校准到基准真值，该基准真值由校准单元来表示。因此，如果使用相同或相似的校准单元来校准两个或多个宏观医学成像装置、或两个或多个宏观牙科成像装置，则由这些成像装置生成的图像的可比性得到增强。这意味着可以将由一个成像装置采集的图像与由另一个成像装置采集的图像进行高可靠性的比较。此外，由于可以随着时间推移不止一次地对宏观医学成像装置或宏观牙科成像装置进行校准，因此使用校准单元还增强了在不同时间点采集的图像的可比性。换句话说，使用校准单元的效果在于，采集的图像随时间推移和随装置不同都具有可比性。此外，可以以定量的方式来分析已由校准的成像装置采集的图像。在宏观牙科成像装置的情况下，可以对图像中表示的牙科病原体进行量化。这增强了基于图像的诊断。在上述解释之后，通过使用校准单元还可以使定量分析随时间推移和随装置不同具有可比性。总之，提高了由宏观医学成像装置或宏观牙科成像装置采集的图像的质量。

3、在上下文中，可以选择第一类荧光材料、第二类荧光材料和/或不透明的非荧光材料，使得这些材料模拟人体的健全部分或不健全的主体部分的光学特性，该不健全的主体部分是由于广泛传播的疾病或广泛传播的病原体而导致的。

4、在宏观牙科成像装置的情境下，第一类荧光材料可以模拟健全牙齿的荧光特性。健全牙齿在使用uv光谱或蓝色光谱中的光(例如，波长为200nm至500nm的光)进行激发时，发出绿色光谱中的光。

5、第二类荧光材料可以模拟第一牙科病原体的荧光特性，不透明的非荧光材料可以模拟第二牙科病原体的光学特性。在示例中，第二类荧光材料可以模拟龋病的荧光特性。与健全牙齿相比，具有龋病的牙齿在使用uv光谱、蓝色光谱或绿色光谱中的光进行激发时，该具有龋病的牙齿的荧光发射朝向红色光谱移动。晚期龋病显示一种鲜红色荧光，这是存在的由致龋菌产生的卟啉产生的。牙结石和牙菌斑也是如此。

6、不透明的非荧光材料可以模拟所谓的白斑病变的光学特性。与健全牙齿相比，由于受影响的牙釉质中的光散射，具有白斑病变的牙齿发射显示的绿色荧光减少。

7、在所有上述示例中，校准单元允许对宏观医学成像装置进行非常精确的校准。这是因为校准单元被设计为使得该校准单元提供的荧光特性对应于实际用例或接近实际用例。这意味着成像装置被校准到的波长或光谱与成像装置使用期间需要采集的波长或光谱相同或接近。

8、根据实施例，半透明材料布置在主体的第四区域中。第四区域与第一区域、第二区域和第三区域中的每者分开。优选地，半透明材料也是透明的。在这种情况下，半透明材料可以用于模拟同样透明的牙釉质。因此，在牙科应用中，发生在牙齿表面下，即牙釉质下的病原体或疾病可以由校准单元来模拟。因此，使用校准单元可以对成像装置进行校准，使得成像装置能够高可靠性地检测表面下的病原体或疾病。

9、在示例中，第一区域、第二区域和第三区域中的至少一者至少部分地被第四区域包围。在这种情境下，第四区域的半透明材料或透明材料也可以用于将剩余区域(即，第一区域、第二区域、第三区域或它们的子集)中的一些或全部区域保持在一起。此外，这种构造使得产生高度紧凑的校准单元。

10、根据变型，主体包括至少一个补充区域，其中，第一类荧光材料、第二类荧光材料或不透明的非荧光材料布置在补充区域中。换句话说，第一类荧光材料、第二类荧光材料或不透明的非荧光材料可以布置在附加区域中。应当理解的是，补充区域与所有其他区域分开。因此，在使用校准单元执行校准时，关于补充区域的材料的校准可以基于布置在不同位置的两个区域。因此，可以增强成像装置的视场内的校准的一致性。

11、要注意的是，本发明不限于第一类荧光材料和第二类荧光材料。根据应用，还可以使用其他类型的附加荧光材料，该其他类型的附加荧光材料具有适合于模拟用于成像的人体的光学效果的光学特性。

12、第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和补充区域中的至少一者可以形成为主体的层。该层可以平行于前表面延伸。这种层可以以高效的方式制备。此外，以层的形式提供多个区域中的一个区域使得校准单元紧凑。

13、该层可以布置在与前表面相距的一定距离处。因此，在牙科应用中，在牙齿的表面下发生的病原体或疾病可以通过形成为这种层的区域的材料来模拟。一般而言，医学应用也是如此。使用校准单元可以对成像装置进行校准，使得成像装置能够高可靠性地检测表面下的病原体或疾病。优选地，前表面与这种层之间形成的空间可以填充有半透明或透明材料，例如，第四区域的半透明或透明材料。

14、第一区域、第二区域、第三区域和补充区域中的至少一者还可以是圆柱形、圆锥形、多面体形或椭圆体形。使用这种形状便于将第一区域、第二区域、第三区域和补充区域中的至少一者嵌入第四区域中，从而形成紧凑的校准单元，该校准单元同时提供种类相对较多的校准目标。

15、在上下文中，前表面可以与第一区域、第二区域、第三区域和补充区域中的至少一者的端表面重合。这意味着，从使用校准单元来校准成像装置的角度来看，第一区域、第二区域、第三区域和补充区域中的至少一者的端表面没有被覆盖。这种区域可以用于模拟通常发生在人体的一部分的表面上(尤其在牙齿的表面上)的病原体或疾病。从而，增强了校准的可靠性。

16、根据变型，前表面的一部分是局部弯曲的，前表面的该部分为与第一区域、第二区域、第三区域和补充区域中的至少一者的端表面重合的部分。前表面的该部分可以是凸形弯曲的，即，可以朝向校准单元的外部凸出。替代地，前表面的该部分可以是凹形弯曲的，即，可以在校准单元中形成凹陷。替代地，前表面的该部分可以包括多个弯曲部分(例如，朝向外部凸出的多个部分、或多个凹陷)，前表面的该部分为前表面与第一区域、第二区域、第三区域和补充区域中的至少一者的端表面重合所在的部分。一些区域朝向外部凸出，而一些区域形成凹陷也是可能的。由于人类牙齿也具有隆起和凹陷，因此进一步增强了校准的可靠性。

17、在替代方案中，朝向第一区域、第二区域、第三区域和补充区域中的至少一者的前表面定向的端面可以布置在与前表面相距的一定距离处。因此，在牙科应用中，在牙齿的表面下发生的病原体或疾病可以通过具有这种端面的区域的材料来模拟。一般而言，这同样适用于医学用途。使用校准单元可以对成像装置进行校准，使得成像装置能够高可靠性地检测表面下的病原体或疾病。优选地，前表面与这种端面之间形成的空间可以填充有半透明或透明材料，例如第四区域的半透明或透明材料。

18、在优选示例中，第一区域形成为层，该层布置在与前表面相距的一定距离处并占据主体的整个宽度。在该示例中，第四区域也可以形成为层，其中，第四区域完全填充前表面与第一区域之间的空间。第二区域可以完全或部分地嵌入第四区域中。替代地或附加地，第三区域可以完全或部分地嵌入第四区域中。此外，替代地或附加地，至少一个补充区域可以完全或部分地嵌入第四区域中。这种校准单元提供多个校准目标，同时是紧凑的且易于制造。

19、在一个示例中，第一类荧光材料是绿色荧光材料。如已经提到的，健全牙齿也包括绿色荧光材料。因此，绿色荧光材料特别适合于模拟健全牙齿的荧光特性。因此，由根据本发明的校准单元校准的成像装置能够高可靠性地检测健全牙齿。

20、在另一示例中，第二类荧光材料是红色荧光材料。如之前已经提到的，龋病也包括红色荧光材料。因此，红色荧光材料特别适合于模拟龋病的荧光特性。因此，由根据本发明的校准单元校准的成像装置能够高可靠性地检测龋病。

21、根据实施例，第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和补充区域中的至少一者包括牙科修复材料。牙科修复材料通常模拟天然牙科材料的特性。因此，校准单元的材料与待检查的材料相似。这使得图像质量得到增强。

22、牙科修复材料可以是光固化材料或光聚合材料。这种材料通过蓝光或uv光而固化。这种材料的示例为teter prime、petric evoflow、teter power fill、teter powerflow和teter evoceram。所有这些材料都是列支敦士登(liechtenstein)义获嘉伟瓦登特公司(ivoclar vivadent ag)的商业产品。

23、牙科修复材料也可以是无机材料，例如金属、陶瓷、玻璃和玻璃-陶瓷。这种材料的示例为ips e.max cad、ips e.max zircad prime、ips empress cad和ips inline。所有这些材料都是列支敦士登义获嘉伟瓦登特公司的商业产品。

24、牙科修复材料也可以是双组分材料。在这种材料中，这双组分一旦混合就会引发氧化还原反应。这种材料的示例为variolink和teliolink。这些材料也是列支敦士登义获嘉伟瓦登特公司的商业产品。

25、替代地，牙科修复材料可以是热固化材料。这种材料需要加热才能固化。这种材料的示例为sr ivocap，其是列支敦士登义获嘉伟瓦登特公司的商业产品。另一个示例为opti-cryl和veracryl，其是哥伦比亚新斯蒂克公司(new stetic s.a,columbia)的商业产品。

26、上述所有材料都可以被固化为某种形式。此后，所固化的材料可以经过机械加工过程或切割过程(例如，铣削、钻孔或磨削)以达到所需的最终形式。

27、在另一示例中，牙齿修复材料是预固化材料。这种材料通常被固化为某种形式。此后，该材料可以以减法方式(subtractive manner)(例如通过机械加工或切割)而被处理。这种材料的一个示例为tetric cad，其是列支敦士登义获嘉伟瓦登特公司的商业产品。

28、作为上述材料(为特定的牙科修复材料)的替代物，也可以使用不同种类的塑料材料。优选地，塑料材料适合于注射成型和/或3d打印。这种材料的示例包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛。也可以使用硅酮。

29、作为上述材料(为特定的牙科修复材料)的进一步替代物，也可以使用不同种类的无机材料。优选地，无机材料可通过铣削和/或研磨来加工，或者可以使用热压技术经由粘性流动来加工。这种材料的示例包括但不限于硅酸盐玻璃和玻璃-陶瓷，该玻璃-陶瓷包括硅酸锂玻璃-陶瓷、锂铝硅酸盐玻璃-陶瓷和白榴石玻璃-陶瓷，以及氧化物陶瓷，该氧化物陶瓷包括氧化锆(zro2)、氧化铝(al2o3)和长石陶瓷。

30、可以使用荧光粉作为第一类荧光材料或作为第二类荧光材料。例如，绿色光谱中发射的荧光粉例如包括被金、铜或铝掺杂的硫化锌，例如，zns:cu+,zns:au+,zns:al3+。例如，红色光谱中发射的荧光粉例如包括可以被铕掺杂的氧化钇，例如y2o2：eu3+。

31、第一类荧光材料或第二类荧光材料可以嵌入牙科修复材料中。

32、第一区域、第二区域和第三区域中的至少一者也可以包括颜料。然而，这些都是非荧光的，在使用白光成像以及荧光成像时，提供颜料是有用的。当在校准单元中提供已知的颜料时，可以在校准期间执行颜色平衡，尤其白平衡。白色颜料的示例包括二氧化钛和氧化锌。

33、另外，通过宏观医学成像校准系统(尤其宏观牙科成像校准系统)来解决该问题。宏观医学成像校准系统包括至少一个成像装置、根据本发明的至少一个校准单元、以及至少一个激发装置。该至少一个激发装置被配置为激发第一类荧光材料的荧光。此外，该成像装置被配置为采集第一类荧光材料的激发发射。宏观医学成像校准系统是用于校准宏观医学成像装置的系统。类似地，宏观牙科成像校准系统是用于校准宏观牙科成像装置的系统。同样，术语宏观用来区别于显微成像装置或简单的显微镜。使用这种宏观医学成像校准系统(尤其宏观牙科成像校准系统)，可以将成像装置校准到基准真值，该基准真值由校准单元表示。因此，如果使用相同或相似的校准单元来校准两个或多个成像装置，则由这些成像装置生成的图像的可比性得到增强。这意味着可以将由一个成像装置采集的图像与由另一个成像装置采集的图像进行高可靠性的比较。此外，由于可以随着时间推移不止一次地对成像装置进行校准，因此也提高了在不同时间点采集的图像的可比性。此外，可以以定量的方式来分析由校准的成像装置采集的图像。在宏观牙科成像装置的情况下，可以对图像中表示的牙科病原体进行量化。这增强了基于图像的诊断。在上述解释之后，通过使用校准单元还可以使定量分析随时间推移和随装置不同具有可比性。总之，提高了由宏观医学成像装置或宏观牙科成像装置采集的图像的质量。

34、要注意的是，成像装置和激发装置作为单独的装置而引入。这只是一个变型。还可以将成像装置和激发装置一体地形成在一个装置中。这种装置可以称为摄像头装置或荧光成像系统。

35、还应当注意的是，根据本发明的宏观医学成像校准系统还可以被配置为执行白平衡。在上下文中，成像装置被配置为采集白光图像。为此，可以使用校准单元的包括不透明的非荧光材料的区域。替代地，可以在校准单元中提供白平衡区域。这种白平衡区域可以特别适用于执行白平衡。

36、在变型中，该至少一个激发装置还可以另外被配置为激发第二类荧光材料的荧光。此外，成像装置可以被配置为采集第二类荧光材料的激发发射。因此，还可以对与第二类荧光材料的荧光有关的荧光成像功能进行校准。从而，进一步提高了荧光图像的质量。

37、在另一替换方案中，提供两个单独的激发装置，其中，这两个激发装置中的一个激发装置被配置为激发第一类荧光材料的荧光，这两个激发装置中的另一个激发装置被配置为激发第二类荧光材料的荧光。

38、在校准单元包括具有第一类荧光材料的区域和具有第二类荧光材料的区域的情况下，一种用于对成像装置进行校准的方法可以包括激发第一类荧光材料，采集第一类荧光材料的激发发射，调整成像装置的至少一种设置，以及如果必要，随后激发第二类荧光材料，采集第二类荧光材料的激发发射，以及如果必要，调整成像装置的至少一种设置。换句话说，随后激发第一类荧光材料和第二类荧光材料。在上面的示例中，第一类荧光材料在第二类荧光材料之前被激发。当然，这种顺序是可以颠倒的。顺序激发允许高质量的校准结果，因为来自第一类荧光材料的发射和来自第二类荧光材料的发射彼此不影响。在替代方案中，第一类荧光材料和第二类荧光材料一起被激发。在这种情况的替代方案中，在第一步骤中仅对这些材料中的一种材料的发射进行采集，以及在第二步骤中对另一种材料的发射进行采集。为此，可以使用滤波器。在另一种替代方案中，两种材料的发射被同时采集。由于材料的荧光发射的特征在于不同的波长，因此可以使用一个或多个滤波器来将这些发射彼此分开。此外，这些变型允许进行高质量的校准。

39、在上下文中，成像装置可以是口腔内摄像头、口腔外摄像头和口腔内扫描仪中的一者。这种成像装置适合用于牙科诊断。

40、通过使用根据本发明的校准单元来进一步解决该问题，该校准单元用于校准宏观医学成像装置，尤其用于校准宏观牙科成像装置。使用这种校准单元，可以将宏观医学成像装置(尤其宏观牙成像装置)校准到基准真值，该基准真值由校准单元来表示。因此，如果使用相同或相似的校准单元来校准两个或多个宏观医学成像装置或两个或多个宏观牙科成像装置，则增强了由这些成像装置生成的图像的可比性。这意味着可以将由一个成像装置采集的图像与由另一个成像装置采集的图像进行高可靠性的比较。此外，由于可以随着时间推移不止一次地对宏观医学成像装置或宏观牙科成像装置进行校准，因此使用校准单元还提高了在不同时间点采集的图像的可比性。换句话说，使用校准单元的效果在于，采集的图像随时间推移和随装置不同都具有可比性。此外，可以以定量的方式来分析由校准的成像装置采集的图像。在宏观牙科成像装置的情况下，可以对图像中表示的牙科病原体进行量化。这增强了基于图像的诊断。在上述解释之后，还可以通过校准单元使定量分析随时间推移和随装置不同具有可比性。总之，提高了由宏观医学成像装置或宏观牙科成像装置采集的图像的质量。

41、应当理解的是，在使用校准单元期间，需要阻止环境光对校准单元和成像装置的光学相互作用的影响。遮挡环境光进一步提高了校准质量。

42、使用校准单元执行的校准可以是像素尺寸校准、颜色接收校准和颜色强度校准中的至少一者。