專利名稱：用于處理和顯示口腔測量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及目標(biāo)表面的三維(3D)成像。具體地，本發(fā)明涉及用于生成和顯示在口腔掃描操作期間獲得的3D數(shù)據(jù)組的圖像表示并且用口腔的二維(2D)視頻圖像重疊/ 疊加(overlay)該顯示的圖形表示的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
牙科或醫(yī)用的3D攝像機(jī)或掃描器，當(dāng)是成像系統(tǒng)的一部分時，能夠捕捉目標(biāo)場景中的一個或更多個目標(biāo)表面的一系列2D強(qiáng)度圖像/灰度圖像。在一些系統(tǒng)中，這是通過將結(jié)構(gòu)光圖案/光圖案投影在該表面上來實(shí)現(xiàn)的。光圖形或光圖案可以通過將一對相干光束投影在目標(biāo)表面上并且產(chǎn)生在連續(xù)的2D圖像之間變化的條紋圖案/干涉圖樣而產(chǎn)生。可選地，投影的光圖形可以是利用亮度掩膜和在連續(xù)的2D圖像之間的位置中位移的投影圖案產(chǎn)生的一系列投影的平行線。在又一種類型的3D成像系統(tǒng)中可以采用諸如共焦成像的技術(shù)等。一般的成像系統(tǒng)包括使用者在目標(biāo)場景中手動引導(dǎo)的識別棒/掃描棒(wand)或其他手持式掃描裝置。在目標(biāo)場景的測量期間，在識別棒運(yùn)動時識別棒可以用來獲得與目標(biāo)場景相關(guān)的3D數(shù)據(jù)。在一些應(yīng)用中，多個目標(biāo)表面通過將識別棒定位在緊靠近目標(biāo)表面而被測量。但是，當(dāng)識別棒定位在目標(biāo)場景的一個位置時，該目標(biāo)場景的一些部分在識別棒的視場可能被遮蔽。例如，在牙科應(yīng)用中，在具體的靜態(tài)視場中牙齒、牙齦或其他牙結(jié)構(gòu)的存在能夠遮蔽其他牙齒的查看。因此，臨床醫(yī)生從牙弓的各種掃描獲得3D數(shù)據(jù)組。處理單元可以自動記錄從該各種掃描獲得的所有3D數(shù)據(jù)組的重疊區(qū)，以在測量過程期間獲得所有被查看表面的全部3D數(shù)據(jù)組表示。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供一種用于顯示口腔測量數(shù)據(jù)的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。在目標(biāo)場景的第一區(qū)引導(dǎo)口腔掃描裝置的測量視場，以獲得與該第一區(qū)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)。該口腔掃描裝置沿著靠近目標(biāo)場景的一個或更多個表面的路徑從目標(biāo)第一區(qū)移動到該目標(biāo)場景的第二區(qū)。 口腔掃描裝置沿著該路徑獲得對應(yīng)于該目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)。一組3D數(shù)據(jù)顯示(present) 在顯示器上。從獲得的目標(biāo)場景第一區(qū)到目標(biāo)場景第二區(qū)的圖像數(shù)據(jù)生成3D數(shù)據(jù)。顯示在顯示器窗口的是在測量視場中獲得的目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前視頻圖像。當(dāng)前視頻圖像重疊該3D數(shù)據(jù)組的積累的數(shù)據(jù)的圖形表示的相應(yīng)部分。
另一方面，提供一種用于顯示與牙弓相關(guān)的口腔測量數(shù)據(jù)的方法。將口腔測量裝置定位在靠近牙弓第一區(qū)的第一掃描開始點(diǎn)。在牙弓的第一區(qū)引導(dǎo)該口腔測量裝置的測量視場。將口腔掃描裝置沿著靠近牙弓表面的路徑從牙弓的第一區(qū)移動到靠近該牙弓的第二區(qū)的第一掃描端點(diǎn)，以獲得從第一掃描開始點(diǎn)到第一掃描端點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)。從所獲得的圖像數(shù)據(jù)生成的一組3D數(shù)據(jù)被顯示在顯示器上。所獲得的圖像數(shù)據(jù)的視頻圖像重疊在該3D 數(shù)據(jù)組的積累數(shù)據(jù)的圖形表示的相應(yīng)部分上。3D數(shù)據(jù)通過調(diào)節(jié)當(dāng)前視頻圖像的不透明度水平被顯示在該窗口中。另一方面，一種圖像重疊 系統(tǒng)包括3D處理器、視頻接口和重疊引擎。該3D處理器從在口腔掃描過程中獲得的圖像數(shù)據(jù)生成三維(3D)數(shù)據(jù)。該視頻接口響應(yīng)接收圖像數(shù)據(jù)輸出當(dāng)前視頻圖像。該重疊引擎生成該3D數(shù)據(jù)的積累數(shù)據(jù)的圖形表示并且重疊顯示窗口中的圖形表示的相應(yīng)部分。另一方面，一種口腔正畸分析系統(tǒng)/矯正分析系統(tǒng)包括掃描裝置、圖像重疊處理器和顯示裝置。該掃描裝置獲得與口腔的目標(biāo)場景相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)。該圖像重疊處理器從所獲得的圖像數(shù)據(jù)生成當(dāng)前視頻圖像和3D數(shù)據(jù)的至少一個，并且構(gòu)造當(dāng)前視頻圖像，用于重疊在該3D數(shù)據(jù)的積累數(shù)據(jù)的圖形表示上。該顯示裝置包括用于在該3D數(shù)據(jù)的圖形表示的相應(yīng)部分上顯示視頻圖像的窗口。另一方面，提供一種用于顯示口腔測量數(shù)據(jù)的計算機(jī)程序產(chǎn)品。該計算機(jī)程序產(chǎn)品包括具有包含在其中實(shí)施的計算機(jī)可讀程序編碼的計算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)。該計算機(jī)可讀程序編碼包括構(gòu)造成在目標(biāo)場景第一區(qū)引導(dǎo)口腔掃描裝置的測量視場以獲得與該第一區(qū)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)的計算機(jī)可讀程序編碼。該計算機(jī)可讀程序編碼還包括構(gòu)造成沿著目標(biāo)場景的第一區(qū)和第二區(qū)之間的路徑獲得對應(yīng)于該目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)的計算機(jī)可讀程序編碼。該計算機(jī)可讀程序編碼還包括構(gòu)造成顯示(present)從獲得的該目標(biāo)場景第一區(qū)到目標(biāo)場景第二區(qū)的圖像數(shù)據(jù)生成的三維(3D)數(shù)據(jù)組圖形表示的計算機(jī)可讀程序編碼。該算機(jī)可讀程序編碼還包括構(gòu)造成顯示測量視場中的目標(biāo)場景的當(dāng)前視頻圖像的計算機(jī)可讀程序編碼，其中該當(dāng)前視頻圖像重疊該3D數(shù)據(jù)組積累數(shù)據(jù)的圖形表示的相應(yīng)部分。


通過結(jié)合附圖參考下面的說明能夠更好地理解本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)，其中， 在各圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似結(jié)構(gòu)元件和特征。為了清楚起見，不是在每個圖中每個元件都注上標(biāo)記。附圖不需要按比例繪制，而將重點(diǎn)放在示出本發(fā)明的原理上。圖1是根據(jù)實(shí)施例在口腔掃描操作期間用于獲得與牙結(jié)構(gòu)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)并顯示來自所獲得的圖像數(shù)據(jù)的圖像的環(huán)境示意圖。圖2是根據(jù)實(shí)施例的圖1的掃描裝置和圖像重疊系統(tǒng)的框圖。圖3是根據(jù)實(shí)施例用于顯示在掃描操作期間獲得的牙結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的方法的流程圖。圖4A-4C根據(jù)實(shí)施例示出在牙弓測量掃描期間沿著上牙弓的各種位置的測量視場并且還示出來自測量掃描的顯示結(jié)果。圖5是根據(jù)實(shí)施例用于顯示與牙弓相關(guān)的口腔測量數(shù)據(jù)的方法的流程圖。圖6是根據(jù)實(shí)施例用于獲得牙弓的三維(3D)表面數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
圖7根據(jù)實(shí)施例示出顯示在窗口中的一組口腔測量數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式下面將參考在附圖中示出的本發(fā)明的示范性實(shí)施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。雖然本發(fā)明與各種實(shí)施例和例子一起進(jìn)行描述，但不是想要將本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。相反， 正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，本發(fā)明包含各種替代方案、修改和等同物。已經(jīng)接觸此中教導(dǎo)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到在此處公開的本發(fā) 明的范圍內(nèi)的附加的補(bǔ)充、修改和實(shí)施例以及其他使用領(lǐng)域。本發(fā)明的方法可以包括以可操作方式的任何描述的實(shí)施例或所描述的實(shí)施例的組合。簡言之，本發(fā)明構(gòu)思的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生3D數(shù)據(jù)的圖形表示的顯示以及重疊在該圖形表示的一部分上的視頻圖像。該視頻圖像可以是能夠?qū)?yīng)于臨床醫(yī)生的測量視場的實(shí)時或近實(shí)時的2D視頻流。該3D數(shù)據(jù)和視頻圖像從在諸如口腔中的牙弓的目標(biāo)場景的測量掃描期間獲得的2D圖像數(shù)據(jù)組生成。所獲得3D數(shù)據(jù)的圖形表示是在該目標(biāo)場景的3D測量掃描期間生成的。額外的3D數(shù)據(jù)在測量掃描期間獲得并顯示，圖形表示能夠增長/擴(kuò)展(grow)。 視頻圖像顯示在顯示器的一部分的窗口中并且重疊在該3D數(shù)據(jù)的表示的一部分上。如上所述，諸如牙科醫(yī)生的臨床醫(yī)生通常進(jìn)行一組牙齒的不同掃描，以便在測量過程期間獲得所有被查看表面的全部和“最終的” 3D數(shù)據(jù)組表示。為了實(shí)現(xiàn)這個，臨床醫(yī)生操作在病人口中的掃描器識別棒，并且以優(yōu)先的順序獲3D數(shù)據(jù)，使得從所有的3D數(shù)據(jù)得到的最終3D數(shù)據(jù)組更精確地表示該牙弓。具體地，第一 3D數(shù)據(jù)組被生成并且額外的一系列的第二 3D數(shù)據(jù)隨后加入/結(jié)合該第一 3D數(shù)據(jù)組。單個的掃描段用來獲得最終3D數(shù)據(jù)組的3D數(shù)據(jù)子組，其可以包括點(diǎn)云、線框表示，或其他3D表面表示。例如，數(shù)據(jù)獲得通過從在病人的上牙弓的左后磨牙的測量視場獲得數(shù)據(jù)開始。然后識別棒沿著牙弓移動到右后磨牙。臨床醫(yī)生可以定位識別棒，使得測量視場包括第一 3D數(shù)據(jù)組的一部分，并且獲得重疊該第一 3D數(shù)據(jù)組的一部分的新的3D數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，當(dāng)測量視場的實(shí)時位置的新的3D數(shù)據(jù)被“鎖定”(lock on)以顯示第一 3D數(shù)據(jù)組的表面時，3D測量系統(tǒng)為臨床醫(yī)生提供肯定的 (affirmative)可視或可聽的指示。新獲得3D數(shù)據(jù)然后記錄或加入第一 3D數(shù)據(jù)并且用作該牙弓不同掃描段的開始。然后識別棒繞其主軸線轉(zhuǎn)動并且移動使得牙弓表面的新的部分在測量視場內(nèi)并且獲得3D數(shù)據(jù)。然后臨床醫(yī)生操作識別棒使得測量視場沿著牙弓表面的新段移動。由于很難解讀3D數(shù)據(jù)的圖形顯示，例如，由于缺少陰影、色彩和其他查看特性，臨床醫(yī)生可能很難將測量視場鎖定于對于第一 3D數(shù)據(jù)的表面的顯示器。因此，隨后掃描的段的3D數(shù)據(jù)不會適當(dāng)?shù)亍坝涗洝庇诠餐瑓⒖甲鴺?biāo)系統(tǒng)中現(xiàn)有的3D數(shù)據(jù)。額外的3D數(shù)據(jù)的獲得可能被干擾，例如，當(dāng)在不同掃描之間轉(zhuǎn)換時，其中額外的3D數(shù)據(jù)點(diǎn)不能被加入。本發(fā)明允許掃描識別棒由臨床醫(yī)生重新定位，使得當(dāng)前視頻圖像基本匹配顯示在和該視頻圖像相同的顯示窗口中的3D數(shù)據(jù)的一部分。一旦顯示在該顯示器中的3D數(shù)據(jù)被確定在其重疊區(qū)是類似的，3D測量數(shù)據(jù)的獲得重新開始并且隨后確定的3D數(shù)據(jù)被加入先前獲得的3D數(shù)據(jù)。因此提供用于當(dāng)前測量視場的現(xiàn)場(live)視頻圖像能夠幫助解讀先前獲得并且顯示的3D數(shù)據(jù)。因此，能夠更有效地進(jìn)行口腔測量過程，對病人產(chǎn)生較少的不舒適并縮短獲得時間。
圖1是在口腔掃描操作期間獲得與牙結(jié)構(gòu)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)并顯示來自該獲得的圖像數(shù)據(jù)的環(huán)境10的示意圖。該環(huán)境10包括掃描裝置12、圖像重疊系統(tǒng)14和顯示器16。 該掃描裝置12、圖像重疊系統(tǒng)14和顯示器16每個可以包括處理器、存儲器和I/O接口。該存儲器可以包括根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可拆除的和/或不可拆除的存儲介質(zhì)用于存儲數(shù)據(jù)。程序編碼，例如用于由操作者執(zhí)行的操作系統(tǒng)、圖形、應(yīng)用等的程序編碼被儲存在存儲器中。與2D和/或3D圖像相關(guān)的數(shù)據(jù)同樣可以被儲存在存儲器中。 掃描裝置12被構(gòu)造成通過掃描目標(biāo)場景測量一個或更多個目標(biāo)表面。測量時，掃描裝置12捕捉2D圖像數(shù)據(jù)，該2D圖像數(shù)據(jù)用來生成用于顯示的2D和/或3D圖像。掃描裝置12可以是諸如識別棒的口腔掃描器。當(dāng)掃描裝置12插入病人18的口腔20中時，牙科醫(yī)生、衛(wèi)生學(xué)家、或其他臨床醫(yī)生可以進(jìn)行牙弓或其他口腔結(jié)構(gòu)的3D掃描。所獲得圖像數(shù)據(jù)被輸出到圖像重疊系統(tǒng)14，圖像重疊系統(tǒng)14將該圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一組3D數(shù)據(jù)。圖像重疊系統(tǒng)14處理該3D數(shù)據(jù)以生成一個或更多個線框表示、點(diǎn)云或其他3D目標(biāo)表面表示。圖像重疊系統(tǒng)14用掃描裝置12的當(dāng)前位置的測量視場中的當(dāng)前目標(biāo)場景一部分的實(shí)時或近實(shí)時的2D視頻圖像重疊該3D數(shù)據(jù)的圖形表示的一部分。該視頻圖像被顯示在該顯示器16的窗口中。在啟動掃描期間的任何時候，該視頻圖像可以示出掃描裝置12的視場內(nèi)的口腔的真實(shí)的灰度級或彩色圖像，同時3D顯示器示出掃描操作的積累的表面數(shù)據(jù)。 在操作期間，點(diǎn)云或目標(biāo)表面表示好像在顯示器16內(nèi)增長/擴(kuò)展(grow)，同時現(xiàn)場的視頻圖像使臨床醫(yī)生能夠看見當(dāng)前被測量的口腔部分。顯示器16優(yōu)選包括其自己的處理器和存儲器，用于提供圖形用戶界面，以顯示從所獲得的圖像數(shù)據(jù)生成的3D數(shù)據(jù)的圖形表示。顯示器16可以包括連接于圖像重疊系統(tǒng)14 的觸摸屏或監(jiān)控器，用于接收來自圖形重疊系統(tǒng)14的2D和/或3D圖像供給(feed)。顯示器16包括用于顯示重疊在該目標(biāo)場景的3D表示上的目標(biāo)場景的2D視頻的窗口。圖2是根據(jù)實(shí)施例圖1的掃描裝置12和圖像重疊系統(tǒng)14的框圖。掃描裝置12包括投影儀22和成像器24。該投影儀22包括輻射源，例如光源或激光源，用于將例如光的光輻射圖案26投影在病人口中的牙弓上，牙弓包括一組牙齒、牙齦等。在一個實(shí)施例中，投影儀22是發(fā)射光輻射的條紋投影儀，例如從相干光源(例如，激光二極管)產(chǎn)生的兩個發(fā)散的光束，其中他們產(chǎn)生條紋圖案/干涉圖樣。牙弓表面用條紋圖案照明。相關(guān)的方法公開在美國專利號5，870，191中，其整個內(nèi)容通過參考合并于此，其中叫做可折疊干涉條紋(AFI) 的技術(shù)可以用于基于干涉條紋投影的高精度3D測量。成像器24可以包括電荷耦合器件(CXD)攝像機(jī)或其他的成像裝置，其包括一個或更多個圖像傳感器、光電探測器陣列、或相關(guān)的電子部件(未示出)，該電子部件接收一個或更多個反射的或者從被照明的牙弓20的表面接收的光輻射光束28。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的，電子信號可以響應(yīng)所接收的光輻射由成像器24生成，例如，光電探測器陣列或CCD閱讀器(未示出)。成像器24可以捕捉用于處理牙弓20的二維圖像的信號， 并且在將該圖案反射離開牙弓20的表面之后生成投影圖案的圖像。由成像器24獲得的圖像包括與目標(biāo)20的表面相關(guān)的3D信息。該圖像，更具體地說，包括這種信息的2D圖像數(shù)據(jù)被輸出給3D處理器32。該3D處理器能夠從所接收的圖像數(shù)據(jù)生成 3D數(shù)據(jù)。該圖像重疊系統(tǒng)14可以包括3D處理器32、視頻接口 34、存儲器36、重疊引擎38 以及不透明度調(diào)節(jié)器40。所有這些元件可以整個在圖像重疊系統(tǒng)14上執(zhí)行(execute)?？蛇x地，一些元件可以在圖像重疊系統(tǒng)14或其他計算機(jī)平臺上執(zhí)行，而另一些元件在掃描裝置12、顯示器16或遠(yuǎn)程計算機(jī)上執(zhí)行。例如，如圖2所示3D處理器32可以是圖像重疊系統(tǒng)14的部件。可選地，3D處理器32可以是掃描裝置12的部件。在另一個例子中，如圖2 所示，重疊引擎38可以是圖像重疊系統(tǒng)14的部件，或可選地是顯示器16的部件。3D處理器32可以接收與來自成像器24的一個或更多個2D圖像相關(guān)的信號。例如，該信號可以包括關(guān)于在成像器24中的每個光電探測器所接收的光的強(qiáng)度的信息。作為響應(yīng)，對于每個像素，基于一系列生成的2D圖像中的像素的強(qiáng)度值，3D處理器32可以計算從成像器24，例如，掃描裝置12的探測器陣列到牙弓20的表面的距離。因此，3D處理器 32產(chǎn)生能夠顯示為表示該目標(biāo)表面的點(diǎn)云或表面映射的一組3D坐標(biāo)。3D處理器32與用于存儲在測量過程期間生成的3D數(shù)據(jù)的存儲器36通信。用戶接口(未示出)允許諸如臨床醫(yī)生的操作者提供操作指令并且以近實(shí)時的方式查看所獲得的3D信息。例如，由于牙弓 20的表面的不同區(qū)域被測量并且獲得額外的3D測量數(shù)據(jù)，操作者能夠查看點(diǎn)云的圖形表示的增長顯示。視頻接口 34同樣能夠接收來自掃描裝置12的2D圖像數(shù)據(jù)。該2D圖像數(shù)據(jù)可以與由3D處理器32，例如，從成像器24，所接收的圖像數(shù)據(jù)相同?？蛇x地，視頻接口 34可以接收來自不同源的2D圖像數(shù)據(jù)，例如，視頻攝像機(jī)而不是掃描裝置12。視頻接口 34處理所接收的被測量表面的2D圖像數(shù)據(jù)，即實(shí)時或“現(xiàn)場的”視頻圖像，并輸出到重疊引擎38。 具體地，由視頻接口 34接收的圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)于掃描裝置12的測量視場42中的牙弓的一部分。如上所述，存儲器36可以儲存3D和/或2D數(shù)據(jù)。存儲器36也可以包括機(jī)器可執(zhí)行的指令，該指令使3D處理器32能夠處理點(diǎn)云中的點(diǎn)和/或生成用于顯示器16的表示被掃描的目標(biāo)，即牙弓20的單個網(wǎng)狀表面結(jié)構(gòu)。存儲器36可以包括易失性存儲介質(zhì)，例如， RAM等，和/或非易失性存儲器，例如，ROM，閃存存儲器等。存儲器可以包括根據(jù)本領(lǐng)的普通技術(shù)人員熟知的方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可拆卸的和/或不可拆卸的存儲介質(zhì)用于存儲數(shù)據(jù)。 在存儲器中儲存的可以包括程序編碼，例如由圖像生成器34、3D處理器32或圖像重疊系統(tǒng) 14的其他處理器執(zhí)行的操作系統(tǒng)編碼。重疊引擎38可以是用于將3D數(shù)據(jù)顯示為顯示器16上的圖形表示的顯示處理器或圖形用戶界面的部件。重疊引擎38包括接收來自視頻接口 34的2D視頻供給(feed)的第一輸入和接收來自3D處理器的3D數(shù)據(jù)的第二輸入。重疊引擎38可以重疊或疊置2D供給的實(shí)時或近實(shí)時視頻圖像，其對應(yīng)于重疊在該3D數(shù)據(jù)的圖像表示，例如，一個或更多個點(diǎn)云或目標(biāo)表面表示，的至少一部分上的成像器24的視場內(nèi)的牙列。操作期間，3D數(shù)據(jù)和視頻圖像可以從重疊引擎38輸出給顯示器36并且可以由重疊引擎38構(gòu)造，使得3D數(shù)據(jù)被顯示為在顯示器上的點(diǎn)云，目標(biāo)表面表示，并且視頻圖像被顯示在該顯示器的窗口中。在優(yōu)選的實(shí)施例中，視頻圖像被顯示在該顯示器16的查看區(qū)中心的窗口中。在其中顯示視頻圖像的窗口可以具有長方形或正方形形狀，該形狀基本上小于該顯示器16的查看區(qū)的長方形形狀。顯示器16可以包括用戶接口(未示出)，用于顯示所接收的以灰度級、彩色或用戶定義的其他格式的圖像，并且用于允許用戶輸入指令、查看圖像或用于進(jìn)行掃描和/或顯示操作的其他熟知的功能。也可以得到用于該窗口中的表示的一部分3D數(shù)據(jù)。不透明度調(diào)度節(jié)器40可以構(gòu)造成改變窗口中3D數(shù)據(jù)和/或視頻圖像的不透明度水平。例如，視頻圖像可以顯示 為基本上不透明的并且在窗口中的3D數(shù)據(jù)的圖形表示的一部分可以是透明的，以防止被該窗口識別的重疊區(qū)中的3D數(shù)據(jù)的圖形表示的顯示。不透明性調(diào)節(jié)器40可以減少視頻圖像的不透明性和/或減少被該窗口識別的重疊區(qū)中的3D數(shù)據(jù)的圖形表示的透明度。以這種方式， 重疊區(qū)中的3D數(shù)據(jù)組的視頻圖像和圖形表示能夠在窗口中同時被查看。當(dāng)臨床醫(yī)生試圖將3D點(diǎn)云或表面映射“結(jié)合(stitch) ”或加入先前獲得的3D點(diǎn)云或表面映射時，這個特性可以是有益的。具體地，視頻圖像和3D數(shù)據(jù)的透明度的變化允許臨床醫(yī)生操作掃描裝置， 以基本上匹配現(xiàn)場視頻圖像與被顯示的先前生成的3D數(shù)據(jù)的一部分。一旦兩個顯示被確定在其重疊區(qū)中基本類似，3D測量掃描的獲得可以重新開始，并且基本確定3D數(shù)據(jù)組，例如點(diǎn)云和表面映射可以被結(jié)合于現(xiàn)有的3D數(shù)據(jù)組。圖3是在掃描期間獲得的用于顯示牙結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的方法100的流程圖。在所描述方法100中，還參考圖1和圖2。方法100可以通過儲存在存儲器中并且由掃描裝置12、 圖像重疊系統(tǒng)14和/或顯示器16的處理器執(zhí)行的指令控制。方法100在此處被描述為在牙弓上執(zhí)行。在其他實(shí)施例中，方法100可以在幾乎任何目標(biāo)上執(zhí)行。諸如牙科醫(yī)生的臨床醫(yī)生通過將掃描裝置12定位在牙弓的開始點(diǎn)(步驟105)開始該方法100，使得從掃描裝置12產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光圖案照明該牙弓的第一區(qū)，例如，在該牙弓一端的該牙弓咬合面的背部。可以為在第一區(qū)的牙弓的表面的被照明部分獲得用于提供2D 和/或3D圖像的圖像數(shù)據(jù)。掃描裝置可以包括相對于全部牙弓具有小測量視場(FOV)(例如，13mmxl0mm)的2D成像器24。成像器24可以包括捕捉表面的2D圖像并將它們顯示顯示器16上的攝像機(jī)。該攝像機(jī)可以是視頻攝像機(jī)并且將該2D圖像顯示為實(shí)時或近實(shí)時視頻流。臨床醫(yī)生可以沿著牙弓表面附近的路徑將該掃描裝置12移動到牙弓的第二區(qū) (步驟10)。在這里，從掃描裝置12產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光圖案能夠沿著該路徑照明該牙弓表面的其余部分，例如，咬合表面。因此從第一區(qū)到第二區(qū)能夠獲得咬合表面的其余部分的圖像數(shù)據(jù)(步驟115)。從所獲得的圖像數(shù)據(jù)能夠生成3D數(shù)據(jù)組(步驟120)。3D數(shù)據(jù)的圖形表示可以顯示為線框表示、目標(biāo)映射/圖(map)等(步驟125)。2D視頻可以被重疊在3D數(shù)據(jù)的圖形表示上(步驟130)。該2D視頻可以從獲得的圖像數(shù)據(jù)，或其他的2D圖像數(shù)據(jù)被提供，例如，從CCD攝像機(jī)獲得的2D圖像數(shù)據(jù)提供。 該視頻圖像可以對應(yīng)于在目標(biāo)場景區(qū)引導(dǎo)的當(dāng)前測量視場，用于接收與該區(qū)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)。圖4A-4C根據(jù)實(shí)施例，示出在牙弓測量期間在沿著上牙弓的各種位置的測量視場并且還根據(jù)圖3的方法示出來自測量掃描的顯示結(jié)果。該測量掃描可以利用諸如圖1和圖 2的掃描裝置12的手持式圖像捕捉裝置執(zhí)行。在測量掃描期間，能夠獲得牙弓20的一組 2D圖像。在圖4A中，測量掃描通過從在病人上牙弓20的右后區(qū)的測量視場內(nèi)獲得圖像數(shù)據(jù)開始，例如，用后磨牙46開始。圖像數(shù)據(jù)可以根據(jù)與AFI測量相關(guān)的獲得技術(shù)，或涉及投影在被測量表面上的結(jié)構(gòu)光圖案的投影的其他技術(shù)被獲得。
可以顯示被測量表面的基本實(shí)時的2D視頻圖像。例如，在該掃描裝置12的視場 42A內(nèi)后磨牙46的圖像52可以被顯示在顯示窗口 50中。此外，3D數(shù)據(jù)可以從在視場42A 內(nèi)的牙弓20的區(qū)域獲得的圖像數(shù)據(jù)被生成。該3D數(shù)據(jù)能夠從由掃描裝置12的成像器24 獲得的圖像數(shù)據(jù)生成，或從另一個源生成，例如，不同的CCD攝像機(jī)。如圖4B所示，該3D數(shù)據(jù)可以被顯示為3D點(diǎn)云54。可選地，如圖4C所示，該3D數(shù)據(jù)可以顯示為表示目標(biāo)表面的 3D表面映射/表面圖(surface map) 56。圖5是根據(jù)實(shí)施例用于顯示與牙弓相關(guān)的口腔測量數(shù)據(jù)的方法200的流程圖。在描述該方法200中，還參考圖1-4。方法200可以通過儲存在存儲器中的并且由掃描裝置 12、圖像重疊系統(tǒng)14和/或顯示器16的處理器執(zhí)行的指令操縱。方法200在這里描述為在牙弓上執(zhí)行。然而，在其他實(shí)施例中，方法200可以在幾乎任何目標(biāo)上執(zhí)行。通過臨床醫(yī)生將掃描裝置12定位在牙弓的開始點(diǎn)并且生成例如上面描述的2D和 /或3D圖像數(shù)據(jù)開始方法200。從測量裝置生成的3D數(shù)據(jù)可以顯示在顯示器16上(步驟205)。3D數(shù)據(jù)可以顯示為3D點(diǎn)云、3D目標(biāo)表面表示或相關(guān)的圖形表示。顯示器16可以包括顯示在測量視場中獲得的目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)的2D視頻圖像的窗口。顯示在窗口中的視頻圖像重疊該3D數(shù)據(jù)的圖形表示的一部分(步驟210)。一些先前獲得的3D點(diǎn)可以顯示在分配給現(xiàn)場2D視頻圖像的顯示窗口中。在與 2D視頻圖像共享的顯示監(jiān)控器的區(qū)域內(nèi)的3D顯示的透明度可以設(shè)置成完全的透明度，例如100%的透明度，而2D視頻圖像的透明度可以設(shè)置成低透明度或無透明度，例如0%透明度，或不透明。因此只有2D視頻圖像在重疊顯示的較小區(qū)域是可見的。調(diào)節(jié)顯示窗口中的第一 3D數(shù)據(jù)和視頻圖像中的至少一個的不透明度(步驟215)。 以這種方式，臨床醫(yī)生可以查看顯示窗口中的3D和當(dāng)前視頻圖像(步驟220)，例如，當(dāng)將新的3D數(shù)據(jù)加入當(dāng)前的3D數(shù)據(jù)組時。圖6是根據(jù)實(shí)施例獲得牙弓的三維(3D)表面數(shù)據(jù)的方法300的流程圖。方法300可以由臨床醫(yī)生將口腔測量裝置12定位在牙弓第一區(qū)(例如，包括圖4A 中所示的后磨牙46的區(qū))附近的第一開始點(diǎn)開始。通過在第一區(qū)引導(dǎo)該口腔測量裝置12 的測量視場42A并且進(jìn)行第一區(qū)的掃描，能夠從牙弓20的第一區(qū)獲得圖像數(shù)據(jù)。臨床醫(yī)生通過將測量裝置12沿著牙弓20的表面附近的路徑移動到牙弓20的第一端點(diǎn)，例如圖4B中所示的區(qū)域48，執(zhí)行第一掃描。在從牙弓20的第一開始點(diǎn)到第一端點(diǎn)的第一掃描期間可以從牙弓20表面獲得圖像數(shù)據(jù)。第一 3D數(shù)據(jù)組可以從獲得的圖像數(shù)據(jù)生成，并且顯示在顯示器16上(步驟315)。 3D數(shù)據(jù)可以顯示為如圖4B所示的點(diǎn)云54，或顯示為圖4C所示的線框或3D目標(biāo)表面表示 56。視頻圖像的當(dāng)前視場被重疊在3D數(shù)據(jù)的圖形表示上(步驟320)。調(diào)節(jié)視頻像的不透明度(步驟325)，例如，減少不透明度，使得在下面的3D數(shù)據(jù)對于用戶而言是更可視的。將測量裝置12的FOV移動到第二掃描開始位置(步驟330)。例如，諸如咬合掃描的第一掃描能夠被暫時停止或中斷，因而臨床醫(yī)生能夠?qū)y量裝置12移回到該咬合掃描的開始位置附近的區(qū)域，以便進(jìn)行不同的掃描。
測量裝置12的FOV記錄在顯示窗口的重疊區(qū)中的3D數(shù)據(jù)的圖形表示(步驟335)。 這能夠通過移動測量裝置12直到基本匹配在窗口中的重疊可見區(qū)域中的不透明度被調(diào)節(jié)的視頻圖像和重疊3D數(shù)據(jù)組之間被確定來實(shí)現(xiàn)。隨后的3D數(shù)據(jù)，例如，牙弓的新線框表示被加入該3D數(shù)據(jù)(步驟340)。當(dāng)在記錄之后獲得新的3D數(shù)據(jù)時，視頻圖像能夠自動轉(zhuǎn)變成完全不透明，因而該3D數(shù)據(jù)在顯示窗中被隱藏，使得對應(yīng)于當(dāng)前測量視場的現(xiàn)場視頻顯著地顯示在該窗口中。圖7根據(jù)實(shí)施例示出顯示在顯示器16的窗口 50中的口腔測量數(shù)據(jù)64、66。該測量數(shù)據(jù)包括相對于在窗口 50中顯示的3D數(shù)據(jù)66的圖形表示具有減少的不透明度的視頻圖像64(虛線)，其是窗口 50外的顯示器16中顯示的3D數(shù)據(jù)62的一組圖形表示的一部分。圖5和6中所示的方法可以用于顯示測量數(shù)據(jù)，如圖7所示。也應(yīng)當(dāng)理解，在該說明書中描述的許多功能單元已經(jīng)被表明為模塊或系統(tǒng)，以便更具體地強(qiáng)調(diào)其實(shí)現(xiàn)獨(dú)立性。例如，模塊可以實(shí)現(xiàn)為包括常見的VLSI電路或門陣列的硬件電路、諸如邏輯芯片、晶體管的現(xiàn)成的半導(dǎo)體、或其他分離部件。模塊也可以在諸如現(xiàn)場可編程的門陣列、可編程的陣列邏輯、可編程的邏輯裝置等的可編程的硬件裝置中實(shí)現(xiàn)。模塊也可以在用于被各種類型的處理器執(zhí)行的軟件中實(shí)現(xiàn)。可執(zhí)行編碼的識別的模塊，例如，可以包括一個或更多個計算機(jī)指令的物理或邏輯功能塊，其可以是，例如，被識別為目標(biāo)、過程或功能。然而，可執(zhí)行的識別的模塊不需要是物理地設(shè)置在一起，而是可以包括儲存在不同位置的根本不同的指令，當(dāng)邏輯上結(jié)合在一起時，其包括模塊并且實(shí)現(xiàn)該模塊的所述目的。的確，可執(zhí)行的編碼的模塊可以是單個指令，或許多指令，并且可以甚至被分配在多個不同的編碼段上、在不同的程序之間、以及在多個存儲裝置中。類似的，操作數(shù)據(jù)可以被識別并且在此示出在模塊內(nèi)，并且可以以任何合適的形式被實(shí)施并且組織在任何類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)。操作數(shù)據(jù)可以被集中為單個數(shù)據(jù)組，或可以分配在包括在不同存儲裝置的不同位置上，并且可以至少部分地僅僅作為電子信號存在于系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)上。模塊可以是無源的或有源的，包括可操作的介質(zhì)以執(zhí)行希望的功能。儲存裝置可以包括計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，該存儲介質(zhì)可以是，例如但不限于，電子的、磁的、光的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備或裝置，或上述任何合適的組合。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)的更具體的例子(非用盡的列表)包括如下具有一條或多條電線的電連接、 便攜式計算機(jī)軟磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦的可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存存儲器)、光纖、便攜式只讀光盤(CD-ROM)、光學(xué)存儲裝置、磁存儲裝置，或上述任何合適的組合。雖然參考具體實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的思想和范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示口腔測量數(shù)據(jù)的方法，該方法包括在目標(biāo)場景的第一區(qū)引導(dǎo)口腔掃描裝置的測量視場，以獲得與所述第一區(qū)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)；將所述口腔掃描裝置沿著靠近所述目標(biāo)場景的一個或更多個表面的路徑從目標(biāo)所述第一區(qū)移動到所述目標(biāo)場景的第二區(qū)；通過所述口腔掃描裝置沿著所述路徑獲得對應(yīng)于所述目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)； 在顯示器中顯示從獲得的所述目標(biāo)場景的第一區(qū)到所述目標(biāo)場景的第二區(qū)的所述圖像數(shù)據(jù)生成的一組三維數(shù)據(jù)；將所述測量視場中的所述目標(biāo)場景的當(dāng)前視頻圖像顯示在所述顯示器的窗口中，其中所述當(dāng)前視頻圖像重疊該組3D數(shù)據(jù)的積累的數(shù)據(jù)的圖形表示的相應(yīng)部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述當(dāng)前視頻圖像至少是近實(shí)時的二維視頻圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括構(gòu)造所述顯示器的窗口以將所述當(dāng)前視頻圖像顯示為基本不透明的視頻圖像，以防止在被所述窗口識別的重疊區(qū)中的所述圖形表示的顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括降低在被所述窗口識別的重疊區(qū)中的所述當(dāng)前視頻圖像的不透明度，以將所述3D顯示在所述窗口中；在被所述窗口識別的重疊區(qū)中同時查看所述當(dāng)前視頻圖像和所述圖形表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括 暫時中斷圖像數(shù)據(jù)的獲得；將所述口腔掃描裝置移動到鄰近所述第一區(qū)的第三區(qū)；移動所述口腔掃描裝置，直到在所述窗口中的可見重疊區(qū)中的不透明度被調(diào)節(jié)的視頻圖像和該組3D數(shù)據(jù)的不透明度被調(diào)節(jié)的部分之間的基本匹配被確定； 重新開始圖像數(shù)據(jù)的獲得；以及將從重新開始獲得的圖像數(shù)據(jù)生成的新3D數(shù)據(jù)組加入所述圖形表示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標(biāo)包括牙弓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 從該組3D數(shù)據(jù)生成至少一個線框表示；以及將所述至少一個線框表示顯示為所述圖形表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括從表示所述目標(biāo)表面的該組3D數(shù)據(jù)生成至少一個3D表面映射；以及將所述至少一個3D表面映射顯示為所述圖形表示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括從表示所述目標(biāo)表面的該組3D數(shù)據(jù)生成至少一個點(diǎn)云；以及將所述至少一個點(diǎn)云顯示為所述圖形表示。
10.一種用于顯示與牙弓相關(guān)的口腔測量數(shù)據(jù)的方法，該方法包括 將口腔測量裝置定位在靠近牙弓的第一區(qū)的第一掃描開始點(diǎn)； 在所述牙弓的第一區(qū)引導(dǎo)所述口腔測量裝置的測量視場；將所述口腔掃描裝置沿著靠近所述牙弓的表面的路徑從所述第一區(qū)移動到靠近所述牙弓的第二區(qū)的第一掃描端點(diǎn)，以獲得從所述第一掃描開始點(diǎn)到所述第一掃描端點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)；將從所獲得的圖像數(shù)據(jù)生成的一組3D數(shù)據(jù)顯示在顯示器上； 將所獲得的圖像數(shù)據(jù)的視頻圖像重疊在該組3D數(shù)據(jù)的積累數(shù)據(jù)的圖形表示的相應(yīng)部分上；以及通過調(diào)節(jié)所述當(dāng)前視頻圖像的不透明度水平將所述3D數(shù)據(jù)顯示在所述窗口中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括將所述口腔測量裝置移動到靠近所述牙弓的所述第一區(qū)的第二開始點(diǎn)，直到在所述顯示窗口中的所述當(dāng)前視頻圖像和該組3D數(shù)據(jù)的所述部分之間的基本匹配在重疊區(qū)中被確定；重新開始圖像數(shù)據(jù)的獲得；以及將從重新開始獲得的圖像數(shù)據(jù)生成的新3D數(shù)據(jù)組加入所獲得的圖像數(shù)據(jù)的3D數(shù)據(jù)， 所述新的3D數(shù)據(jù)組重疊該組3D數(shù)據(jù)的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 從該組3D數(shù)據(jù)生成至少一個線框表示；以及將所述至少一個線框表示顯示為所述圖形表示。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括從表示所述牙弓表面的該組3D數(shù)據(jù)生成至少一個3D表面映射；以及將所述至少一個3D表面映射顯示為所述圖形表示。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括從表示所述牙弓表面的該組3D數(shù)據(jù)生成至少一個點(diǎn)云；以及將所述至少一個點(diǎn)云顯示為所述圖形表示。
15.一種圖像重疊系統(tǒng)，包括3D處理器，其從在口腔掃描過程中獲得的圖像數(shù)據(jù)生成三維數(shù)據(jù)； 視頻接口，其響應(yīng)接收所述圖像數(shù)據(jù)而輸出當(dāng)前視頻圖像；和重疊引擎，其生成該3D數(shù)據(jù)的積累數(shù)據(jù)的圖形表示，并且重疊在顯示窗口中的所述圖形表示的相應(yīng)部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像重疊系統(tǒng)，還包括不透明度調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)所述當(dāng)前視頻圖像的不透明度水平，使得該組3D數(shù)據(jù)的一部分在與所述顯示窗口中相對于所述當(dāng)前視頻圖像被查看。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像重疊系統(tǒng)，其中所述重疊引擎包括處理器，該處理器從該組3D數(shù)據(jù)生成3D表面映射、線框表示和點(diǎn)云中的至少一個。
18.一種口腔正畸分析系統(tǒng)，包括掃描裝置，其獲得與口腔的目標(biāo)場景相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)；圖像重疊處理器，其從所述獲得圖像數(shù)據(jù)生成當(dāng)前視頻圖像和3D數(shù)據(jù)中的至少一個， 并且構(gòu)造所述當(dāng)前視頻圖像，用于重疊在該3D數(shù)據(jù)的積累數(shù)據(jù)的圖形表示上；以及顯示裝置，其包括用于將所述視頻圖像顯示在該3D數(shù)據(jù)的所述圖形表示的相應(yīng)部分上的窗口。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的口腔正畸分析系統(tǒng)，其中所述掃描裝置是口腔棒。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的口腔正畸分析系統(tǒng)，其中所述圖像重疊處理器調(diào)節(jié)所述顯示窗口中的所述當(dāng)前視頻圖像的不透明度水平，使得該組3D數(shù)據(jù)的一部分在所述顯示窗口中相對于所述當(dāng)前視頻圖像被查看。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的口腔正畸分析系統(tǒng)，其中所述圖像重疊處理器從該組3D數(shù)據(jù)生成3D表面映射、線框表示和點(diǎn)云中的至少一個。
22.一種用于顯示口腔測量數(shù)據(jù)的計算機(jī)程序產(chǎn)品，該計算機(jī)程序產(chǎn)品包括具有收錄在其中的計算機(jī)可讀程序編碼的計算機(jī)可讀的存儲介質(zhì)，該計算機(jī)可讀程序編碼包括構(gòu)造成在目標(biāo)場景的第一區(qū)引導(dǎo)口腔掃描裝置的測量視場以獲得與所述第一區(qū)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)的計算機(jī)可讀程序編碼；構(gòu)造成沿著所述目標(biāo)場景的所述第一區(qū)和第二區(qū)之間的路徑獲得對應(yīng)于所述目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)的計算機(jī)可讀程序編碼；構(gòu)造成顯示獲得的從所述目標(biāo)場景的所述第一區(qū)到所述目標(biāo)場景的所述第二區(qū)的所述圖像數(shù)據(jù)生成的三維數(shù)據(jù)組的圖形表示的計算機(jī)可讀程序編碼；構(gòu)造成顯示所述測量視場中的所述目標(biāo)場景的當(dāng)前視頻圖像的計算機(jī)可讀程序編碼， 其中所述當(dāng)前視頻圖像重疊該3D數(shù)據(jù)組的積累數(shù)據(jù)的所述圖形表示的相應(yīng)部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于生成并顯示口腔測量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。在目標(biāo)場景的第一區(qū)引導(dǎo)口腔掃描裝置的測量視場，以獲得與該第一區(qū)相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)。沿著該目標(biāo)場景的一個或更多個表面附近的路徑將該口腔掃描裝置從目標(biāo)第一區(qū)移動到該目標(biāo)場景的第二區(qū)。該口腔掃描裝置沿著該路徑獲得對應(yīng)于該目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)。在顯示器中顯示一組3D數(shù)據(jù)。從所獲得的目標(biāo)場景的第一區(qū)到目標(biāo)場景的第二區(qū)的圖像數(shù)據(jù)生成3D數(shù)據(jù)。在顯示器的窗口中顯示的是在測量視場中所獲得的目標(biāo)場景的圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前視頻圖像。該當(dāng)前視頻圖像重疊該組3D數(shù)據(jù)的積累數(shù)據(jù)的圖形表示的相應(yīng)部分。
文檔編號A61C19/04GK102429740SQ20111027396
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者A·F·維斯普, O·N·科龍格, R·F·迪倫, T·I·菲林 申請人:三維光子國際公司