基於簡化圖像的正畸治療監測的製作方法

2023-10-05 02:32:34 9

專利名稱：基於簡化圖像的正畸治療監測的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及正畸治療領域。更具體地，本發明涉及正畸治療監測和計劃的 方法。2.相關技術的描述正畸術是關於口腔內牙齒位置的監查、導引和校正的牙科領域和專業。其通過對 牙齒施加力和/或將力重新定向而將它們帶到相對於彼此以及面骨例如頌骨合適的位置 上。在一種普遍類型的治療中，將稱作託槽(brackets)的微型有槽矯正器固定到患 者的牙齒上，並將彈性弓絲(archwire)放置到每個託槽的縫中。在弓絲的末端提供稱作頰 面管(buccal tube)的矯正器，其固定在患者的臼齒上。弓絲在放入口腔時是偏轉的，但是 隨後在其回復到它的原始形狀時施加連續的力推動牙齒到適當的位置。通常將託槽、頰面 管和弓絲一併稱作「牙箍(braces)」。從矯正器首次粘接(bond)到牙齒上到治療結束時將它們取下，主動正畸治療通 常持續一到三年。儘管在整個治療過程中可以發生牙齒的移動，但是該移動通常不會以平 穩連續的方式發生。有時存在「瓶頸」阻止甚至停滯牙齒的移動。例如，可能需要將特定的 牙齒移開，為其它牙齒創造空間。由於支抗丟失或不期望的牙齒移動必須在進一步繼續前 修補，可能產生延遲。而且，根據每個患者牙齒排列的獨特生物學，有些牙齒可能就是比其 它牙齒移動慢。專業治療人員，典型為正牙醫師，在為患者制定治療計劃時會預期到這些挑戰的 一部分。在一開始時，專業治療人員通常在X射線和/或石膏研究模型的幫助下提供位置不 正的牙齒的3維圖像。專業治療人員隨後構思出牙齒期望的最終位置的思維圖像(mental image)，並預見到達到該狀態的治療路徑。該治療計劃因此可以充當「路線圖」，用於確定將 患者從咬合不正狀態引領到最終狀態的中期和最終目標的次序。該治療計劃也可以包括基 於專業治療人員的經驗和專業知識而實現各中期和最終目標的預期時間線。儘管專業治療人員勤奮或儘量上心，然而，很少能夠精確地依照治療計劃進行實 際治療。經常需要計劃外調整；例如，專業治療人員可能在弓絲中設置額外的彎曲或者在 一顆或多顆牙齒上重新定位矯正器以達到合適的治療結果。這些調整是針對治療進程連 續評估的結果，並且這些評估又是基於專業治療人員在患者牙齒常規檢查期間觀察到的結 果。這個過程既主觀又天生帶有不精確性。由於人類視野和患者口腔物理結構的限制，口 腔環境使得人類即使並非不可能也難於在沒有輔助下建立患者牙齒結構的3維視覺圖像。 而且，牙齒的根部不容易看到，這使得難於將齒列的隱藏部分例如齒根合併到中期治療計 劃中。

發明內容
由於上述傳統正畸治療監測方法的局限，在治療過程中提供牙齒的精確相對位置 的方法通常是耗時的和低效的。本發明提供了在使用數字信息的正畸治療進程期間，便捷和有效地監測和評估患者牙齒位置的方法。在示例性實施例中，通過X射線照片和/或口 腔內掃描而提供表現患者牙齒結構的初始數字數據組。隨後在治療過程期間，使用咬合託 印模(bite plate impression)或超快速低解析度口腔內掃描儀可以便捷地提供表現部分 牙齒結構的簡化圖像。隨後通過將初始圖像的元素與簡化圖像的相應元素對齊或配準，導 出或「重建」全部牙齒結構的三維(3D)圖像。通過使用來自兩個圖像中的元素進行數位化 重建牙齒結構，專業治療人員可以提供患者完整牙齒結構的精確的、當前的和可操作的3D 圖像，用於診斷和治療計劃目的。本發明提供一種在治療期間導出牙齒位置和定向的完整3D圖像、評估治療進程、 以及計算正畸矯正器的調整量的方法，對於專業治療人員和患者都特別有利。首先，通過對 已在治療開始時獲得的一整組牙齒數據進行權衡，僅僅小部分牙齒數據需要重建整個牙齒 結構的當前位置。由於取完整的牙齒印模或高解析度口腔內掃描對於患者來說是耗時的和 不舒適的，咬合配準器(bite register)可在數秒內進行且離線掃描，患者的不適感最低。 進一步的優點在於，能夠將牙齒結構中通常隱藏的特徵如根部集成到當前的3D圖像中而 不需要執行額外的射線照片。這在涉及臨時錨固裝置(TADs)時尤其有用，因為這些成像技 術可以幫助專業治療人員顯現TADs相對於齒根的位置。最後，通過提供包括根部的牙齒的 完整詳細的圖像，該方法在診斷性治療問題和建議對正畸矯正器諸如弓絲或其它矯正器進 行中期校正中是有用的。進一步具體而言，本發明的一個方面涉及一種導出患者牙齒排列圖像的方法，該 方法包括如下步驟提供表示第一牙齒排列的第一數字圖像；提供表示第二牙齒排列的第 二數字圖像，其中第二數字圖像相比較第一數字圖像是簡化的圖像，並且其中在第二牙齒 排列中的至少一顆牙齒相對於第一牙齒排列中對應的牙齒處於不同的位置；通過將第一數 字圖像中的至少一個元素與第二數字圖像中的至少一個對應元素相配準而導出表示第二 牙齒排列的第三數字圖像，其中第三數字圖像相比較第二數字圖像是增補圖像。另一方面涉及一種比較患者的牙齒排列的方法，該方法包括如下步驟提供表示 第一牙齒排列的第一數字圖像；導出表示目標牙齒排列的目標排列圖像；提供表示第二牙 齒排列的第二數字圖像，其中第二數字圖像相比較第一數字圖像是簡化的圖像並且其中在 第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於第一牙齒排列中對應的牙齒處於不同的位置；以及 通過將第一數字圖像中的至少一個元素與第二數字圖像中的至少一個對應元素相配準而 導出表示第二牙齒排列的第三數字圖像，其中第三數字圖像相比較第二數字圖像是增補圖 像。另一方面涉及一種規定正畸矯正器的方法，該方法包括如下步驟提供正畸矯正 器的計劃規格；提供表示與該正畸矯正器相關的第一牙齒排列的第一數字圖像；通過第一 牙齒排列中的牙齒虛擬移動到期望位置而導出表示目標牙齒排列的目標數字圖像；提供表 示第二牙齒排列的第二數字圖像，其中第二數字圖像相比較第一數字圖像是簡化的圖像並 且其中在第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於第一牙齒排列中對應的牙齒處於不同的 位置；將目標數字圖像中的至少一個元素與第二數字圖像中的至少一個對應元素相配準而 導出轉變矩陣；以及部分基於該轉變矩陣而修改該正畸矯正器的計劃規格。又一方面涉及一種軟體程序，其執行導出患者牙齒排列圖像的方法，該方法包括 如下步驟提供表示第一牙齒排列的第一數字圖像；提供表示第二牙齒排列的第二數字圖像，其中第二數字圖像相比較第一數字圖像是簡化的圖像並且其中在第二牙齒排列中的至 少一顆牙齒相對於第一牙齒排列中對應的牙齒處於不同的位置；通過將第一數字圖像中的 至少一個元素與第二數字圖像中的至少一個對應元素相配準而導出表示第二牙齒排列的 第三數字圖像，其中第三數字圖像相比較第二數字圖像是增補圖像。再一方面涉及一種包括計算機裝置和在該計算機裝置上執行的軟體程序的系統， 其中所述軟體程序包括描繪引擎(rendering engine)和配準模塊，所述繪圖引擎產生表示 第一牙齒排列的第一數字圖像和產生表示第二牙齒排列的第二數字圖像，其中第二數字圖 像相比較第一數字圖像是簡化的圖像並且其中在第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於 第一牙齒排列中對應的牙齒處於不同的位置，所述配準模塊將第一數字圖像中的至少一個 元素與第二數字圖像中的至少一個對應元素相配準而導出表示第二牙齒排列的第三數字 圖像，其中第三數字圖像相比較第二數字圖像是增補圖像。此處公開的進一步實施例包括使用諸如基於光的掃描、接觸探頭、主動波前採樣、 X射線照片、磁共振成像、超聲成像和計算機斷層照像的程序而提供第一數字圖像，和通過 掃描咬合印模、執行低解析度掃描或執行局部口腔內掃描而提供第二數字圖像。其他實施 例包括元素配準的步驟，所述元素包括牙齒、與牙齒粘接的矯正器、以及非粘接矯正器例如 臨時錨固裝置。


圖1是描述在監測正畸治療中進行的一些步驟的方框圖。圖2是描述在正畸治療評估中進行的一些步驟的方框圖。圖3是描述在修改正畸矯正器規格中進行的一些步驟的方框圖。圖4示出了由圖7中的咬合配準器表面呈現的患者齒列的印痕。圖5示出了使用咬合配準器來配準牙齒排列內牙齒元素的過程的工作流程。圖6示出了使用低解析度口腔內掃描來配準牙齒排列內牙齒元素的過程的工作 流程。圖7示出了虛擬咬合託的屏幕截圖，其顯示上齒弓上牙齒的咬合面。圖8示出了使用圖7中的虛擬咬合託論證該配準過程的屏幕截圖。定義用在這裡「中央向」表示朝向患者彎曲的齒弓中央的方向。「遠端向」表示離開患者彎曲的齒弓中央的方向。「咬合向，，表示朝向患者牙齒外端的方向。「齒齦向，，表示朝向患者齒齦或牙齦的方向。「臉向，，表示朝向患者嘴唇或臉頰的方向。
「舌向，，表示朝向患者舌頭的方向。
具體實施例方式
本發明廣泛地涉及各種實施例，用於將治療期間不同時間所提供的數字圖像配 準，以提供協助正畸治療監測和其它相關應用的新圖像。更為具體的，本發明的一個方面涉
7及將來自第一數字圖像的元素與簡化的第二數字圖像中的對應元素相配準而導出這些新 圖像。本發明的三個實施例治療監測工作流程、治療評估工作流程以及器材修改工作流 程，分別在圖1-3所示的流程圖中詳細描述。這些工作流程中的每一個都能夠依次被細分 為若干基礎步驟，其包括初始圖像獲取、數據處理、治療和簡化圖像獲取、配準以及應用。在 下面各個部分，將依次研究這些步驟中的每一個，要記住，本發明可以表現為比所有說明的 步驟少、比說明的步驟多、和/或步驟的順序與所示的不同。初始圖像獲取用在這裡，將「牙齒排列」定義為下列的一個或多個的組或亞組牙齒元素(例如 牙冠和牙根)、牙齦、骨、粘接的矯正器、植入的矯正器和其它相關的解剖結構，它們位於3 維(3D)空間中並且在治療期間的特定時刻與患者有關。術語「數字圖像」可以包括表示、 限定或描繪可視3D圖像的數字數據、或者圖像本身。在下文的示例中，術語「數字圖像」和 「數字數據」可互換使用。數字圖像可使用後臺伺服器或工作站例如具有能操作數字圖像 的處理器、用戶界面、以及允許用戶觀看數字圖像的顯示器的通用計算機設備裝置，進行存 儲、處理和/或通信。該計算機裝置還包括能夠存儲多組數字圖像並且能夠完整地訪問在 計算機裝置中運行的軟體的存儲器。治療監測、治療評估以及器材修改工作流程都始於獲取表示患者牙齒結構的數字 圖像。在該第一步驟中，如附圖1-3中方框100所指出，提供患者牙齒排列的第一數字圖 像並將其存儲在本地或遠程計算機裝置上。該數字圖像可以表示患者的整個牙齒結構、僅 僅上或下齒弓、或者僅僅一個或兩個齒弓中的一部分。例如，在為一些而不是全部牙齒尋求 治療監測的情況下，可能需要僅僅表示患者的一部分牙齒結構的數字圖像。任選在正畸治 療開始時提供第一數字圖像，例如在將正畸矯正器粘接或放置在牙齒上之前即刻或之後即 刻。在一些實施例中，第一數字圖像不僅僅顯示患者的牙齒而且還顯示與其相關的託槽或 其它正畸矯正器的3D形狀。正畸矯正器的幾何特徵可以提供界標用於圖像互相配準，其將 在後續描述。在一些實施例中，可以用手持式口腔內掃描器，諸如由BrontesTechnologies， Inc (Lexington, ΜΑ)生產並在PCT公布No. 2007/084727 (Boer jes等人)中描述的採用主 動波前採樣的口腔內掃描器，提供第一數據圖像(方框100)。或者，可以使用其它口腔內 掃描器或口腔內接觸探頭。作為另一選擇，可以通過掃描患者牙齒的陰印模來提供第一 數字圖像(方框100)。作為另一選擇，可以通過對患者牙齒的正物理模型進行成像或通 過在患者牙齒模型上使用接觸探頭而提供第一數字圖像(方框100)。用於掃描的模型可 以通過例如對來自合適的印模材料例如藻酸鹽或聚乙烯矽氧烷(PVS)的患者齒列印模進 行澆鑄、向印模中傾注澆鑄材料(例如正畸石或環氧樹脂)、以及允許澆鑄材料固化而制 造。可以採用任何合適的掃描技術掃描該模型，包括X射線照片、雷射掃描、計算機斷層 照相(CT)、磁共振成像(MRI)以及超聲成像。其它可能的掃描方法描述在美國專利公布 No. 2007/0031791 (Cinader 等人)中。除了通過掃描牙齒暴露的表面來提供數字圖像之外，還能對齒列的隱藏特徵、例 如患者的牙根和患者的頌骨進行成像。在一些實施例中，通過提供若干張這些特徵的3D圖 像並隨後將它們「縫合」在一起而形成第一數字數據(方框100)。這些不同圖像不需要採 用相同的成像技術提供。例如，採用CT掃描提供的牙根的數字圖像可以與採用口腔內可見
8光掃描器提供的牙冠的數字圖像相集成。在美國專利N0.6，845，175(K0pelman等人)和美 國專利公布No. 2004/0029068 (Badura等人)中描述了 2D牙齒圖像與3D牙齒圖像的縮放 和配準。已授權的美國專利Nos. 7，027，642 (Imgrund等人)和7，234，937 (Sachdeva等人) 描述了將各種3D資源所提供的數字圖像集成的技術。據此，此處使用的術語「成像」並不 僅限於可視結構的普通照相成像，還包括隱藏牙齒結構的成像。通過將牙根的圖像數據沿著其牙冠的圖像數據進行集成，可以隨著它們在治療期 間的移動，監測和/或模擬牙冠和牙根之間的關係。包含牙根和頌的信息也使專業治療人 員能夠提供牙齒和其周圍骨結構的更為全面的分析。例如，患者頌的X射線可以輔助識別 已經長合的牙齒(例如與頌骨融合的)，而MRI能夠提供關於患者齒齦組織密度的信息。而 且，關於患者牙齒和其他頭蓋骨特徵之間相對關係的信息允許在每個治療步驟中將牙齒相 對於頭部的其餘部分精確對齊。可以在嵌入的臨時錨固裝置(TADs)或牙齒植入物的位置 上收集類似信息。通過執行掃描或掃描組合，這些嵌入的裝置能夠成像並沿著相鄰齒根圖 像而映射到頌骨的3D圖像上。上述每種掃描技術都可以在牙科診所內或其它外部地方執 行。數據處理圖1-3中的方框102表示方框100中獲取的原始數字數據的額外處理。例如，可 任選通過移除代表明顯錯誤或不需要的任意數據點而「清理」原始數據。例如，代表牙齒表 面的數據文件包括明顯在相鄰數據點通常預期的幾何關係之外的數據點，該文件可以通過 數據操作軟體調整以移除錯誤的數據點。此外，遺漏的牙齒數據點可以通過數據操作軟體 增加或估計，以建立由數據點定義的牙齒或頌骨的真實且平滑的曲線形狀。在一些實施例 中，數字數據可以被「表面化(surfaced) 」或者是通過提供者例如Geomagic，Inc (Research Triangle Park,NC)的建模軟體由數據點雲轉變為3D表面。依賴於所採用的掃描類型，這 些表面可以包括對於裸眼隱藏的表面，例如表示齒根和TADs的嵌入尾部的表面。表示隱藏 結構的表面可以嵌套在表示頌骨的表面中。方框102還表示，第一數字圖像(方框100)隨後虛擬地分成離散的元素，使得 每個牙齒能夠作為單獨的對象獨立地移動。任選牙齒元素也與周圍的齒齦組織和骨分 離，僅僅只保留牙冠和牙根的流動3D圖像。這可以使用在本地或遠程計算機裝置上運 行的商業軟體例如 Geomagic Studio 禾口 / 或 Geomagic Dental (Geomagic，Inc. Research TrianglePark, NC)來執行，並自動或以操作者的介入來執行。對於非牙齒的結構也可以 類似地執行該進程。例如，植入的裝置例如TADs可以虛擬地從周圍的牙周韌帶和頌骨上 分離。已授權的美國專利Nos. 6，632，089 (Rubber等人)、6，371，761 (Cheang 等人)以及 7, 245，750 (Cermak等人)中描述了記述將牙齒分離為各個牙齒對象的替代方法。在治療評估和器材修改工作流程中，如圖2和3的方框104所指示，還額外地提 供牙齒在期望位置中的目標數字圖像。優選的，通過將第一牙齒排列中的牙齒虛擬移動到 期望的位置而導出方框104中的目標數字圖像，並且該目標數字圖像提供與方框100中的 第一數字圖像相同的細節水平(如相同的覆蓋度或點密度)。此處，「期望的位置」可以表 示治療結束時的最終牙齒位置，或者表示到達中間治療目標時牙齒的位置。在一些實施例 中，每個期望的牙齒位置通過目標數字圖像內分離的、單獨的可移動元素而依次表示(方 框 104)。
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可以採用各種途徑提供牙齒在期望位置中的數字圖像。在一個實施例中，專業治 療人員可以與計算裝置的用戶界面互動來觀察三維(「3D」)虛擬模型並手動限定患者牙齒 的最終期望位置。如果方框100中的第一數字圖像包括與牙齒粘接的矯正器，則隨後可以 通過將虛擬弓絲與矯正器連接並基於弓絲隨時間返回到其正常放鬆狀態的預測移動而自 動確定方框104中期望的牙齒位置。在替代實施例中，提供期望的牙齒位置(方框104)可 以包括虛擬地將一個頌上的整組牙齒平移到相對的頌上，以模擬頌手術的效果。在方框100中的第一數字圖像不包括矯正器的情況下，則可以使用虛擬矯正器完 整地導出期望的牙齒位置。例如，方框104可以包括定義虛擬矯正器，將所述矯正器與牙齒 元素虛擬粘接、以及使用虛擬的弓絲將牙齒元素移動到期望位置。在一個實施例中，專業治 療人員使用本地計算機裝置在虛擬模型上選擇和放置虛擬矯正器例如託槽和頰面管。在該 過程期間，專業治療人員選擇體現出一定幾何特徵的虛擬矯正器並也選擇所述矯正器在患 者建模環境內的牙齒上的位置。建模軟體在3D環境下將每個託槽和每個牙齒作為分離的 對象進行操作，並且在3D空間內相對於相應託槽的牙齒的關聯坐標系固定每個託槽的位 置。然後，建模軟體能基於所選擇的矯正器位置模擬弓絲和標準弓形之間的關係以計算牙 齒的最終位置，並且展示處於最終咬合的虛擬牙齒。如果專業治療人員對於牙齒的最終預定位置並不完全滿意，則專業治療人員可以 使用建模軟體相對於虛擬牙齒移動一個或多個虛擬矯正器。建模軟體隨後基於虛擬牙齒上 虛擬矯正器的修改位置計算和顯示虛擬牙齒的新最終位置。這些步驟可以按照需要重複多 次，直到專業治療人員對建模軟體上顯示的虛擬牙齒的最終位置感到滿意為止。作為定位矯正器的一種替代，專業治療人員可以使用建模軟體直接移動虛擬牙 齒到期望位置。在一些實施例中，建模軟體將隨後計算牙齒上矯正器的位置以移動牙齒 到那些期望位置。表示矯正器期望位置的數據，連同每個矯正器的識別數據(例如品牌 名稱和製造商的零件號碼)、牙齒識別數據(例如牙齒類型和在口腔中的位置)和患者 數據(例如姓名和出生日期、或者患者身份證號碼)，則可以一同遞交給生產廠。生產廠 隨後可以使用該數據來製備將實體矯正器粘接到患者牙齒上的託盤或夾具。在已授權 的美國專利Nos. 7，020，963 (Cleary等人)和7，188，421 (Cleary等人)、美國專利公布 No. 2005/0074717 (Cleary 等人)、以及待審批的美國專利公布 Nos. 2006/0223031 (Cinader 等人)、和2006/0223021 (Cinader等人)中，描述了合適的非直接粘接託盤和製造非直接粘 接託盤的方法。作為另一替代，專業治療人員診所內的計算機裝置可以包括子程序以適於分析患 者現有的咬合不正並輔助確定患者牙齒上矯正器的期望最終位置。該軟體也可以包括子程 序以輔助建議或選擇手頭適當的矯正器用於治療特定的咬合不正。作為另一種選擇，可以 由技術人員在遠離專業治療人員診所的地方執行方框104的步驟。例如，生產廠的技術人 員可以依照本領域的已知標準或依照專業治療人員以前提供的通用指導，使用軟體在虛擬 牙齒模型上放置虛擬器具。一旦技術人員對於矯正器位置感到滿意，並將所得到的牙齒的最終位置、虛擬模 型連同顯示矯正器位置的數據將一同傳遞給專業治療人員以進行覆核。專業治療人員隨後 可以批准技術人員的矯正器放置位置或者按照需要重新確定矯正器位置。專業治療人員隨 後將虛擬模型與上述矯正器、牙齒和患者數據一同轉回給生產商。和以前一樣，牙齒的期望位置(方框104)隨後可以從矯正器在它們最終咬合的所選位置上導出。在待審查的美國 專利公布No. 2008/0233531 (Raby等人)中公開了上述一些方法的進一步細節。治療和簡化圖像的獲取接下來，如圖1-3中的方框106所示，患者將繼續進行正畸治療。在託槽和環帶與 患者牙齒連接的實施例中，正畸弓絲可以連接到粘接的矯正器上以開始正畸治療。然而，也 可以使用其它形式的正畸治療，例如放置對齊託盤(aligner tray)或功能矯正器，以施加 力而使牙齒移動。在圖3的矯正器修改工作流程中，如方框107所示額外提供計劃規格的牙科矯正 器。優選地，該規格表徵了方框106中正畸治療進程期間所使用的矯正器。在一些實施例 中，該規格包括限定牙科矯正器的物理尺寸或其它幾何方面的數值組。例如，計劃的規格 (方框107)可以包括一組裡面和外面(in-and-out)、轉矩和角度值，用於放置在患者中以 開始方框106的治療的定製正畸弓絲。根據所採用的正畸治療的特性，計劃規格(方框107) 可以任選涉及其他矯正器，例如對齊託盤、定製的正畸託槽或現成的正畸託槽。在圖1-3的方框108中，隨後提供表示第二牙齒排列的第二數字圖像。優選地，該 步驟發生在治療時間過去適當的時間後，使得患者牙齒已經呈現出第二牙齒排列，其中在 第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於第一牙齒排列中的對應牙齒處於不同的位置。如使 用的，「不同位置」是指第二牙齒排列中的牙齒在3D空間中相對於第一牙齒排列中對應的牙 齒進行了旋轉和/或平移(即，術語「位置」關係到x，y，z座標空間中的角度方向和位置)。通過使用2D或3D的X射線、MRI或雷射掃描技術重掃描患者並如前所述處理數 字數據，可以提供第二數字圖像。作為替代，可以通過掃描表示第二牙齒排列的正或實體牙 齒陰模來提供原始數據。優選的，如方框108中所示，表示第二牙齒排列的數字圖像相比較方框100中的第 一數字圖像是簡化的圖像。如此處所用的，在比較給定對象的兩張圖像時，若一張圖像相比 較另一張圖像包含較少的數據或者較少的細節，則將其稱為「簡化圖像」。相反地，另一張 圖像在包含了關於「簡化圖像」中不存在的對象的額外數據或細節的基礎上被稱為「增補圖 像」。使用簡化圖像是有利的，因為存儲這些圖像需要的內存較少並且處理和操作它們需要 的計算能力較低。更明顯的，獲取簡化圖像需要的時間通常較少，致使牙科診所或掃描機構 能明顯節省時間。更詳細的，簡化圖像可以有利地按照圖4-6所示和如下的描述提供。圖4的步驟220示出了一個示例性實施例，其中僅提供了使用咬合託200的牙齒 咬合表面。咬合託200是只是可鍛性材料塊，其記錄了當頌咬緊咬合託200時下齒弓的當前 牙齒排列244上的部分或全部牙齒的形狀、位置和方向。優選地且如所示的，咬合託200同 時獲取上下頌的印模，其有利地與一個頌內的牙齒位置和頌之間的牙齒位置均相關。可以 用於咬合託200的可鍛性材料包括臘、藻酸鹽、聚乙烯矽氧烷、丙烯酸、塑料、石膏或當脫離 牙齒時不會扭曲的任何其它合適的印模材料。此處所示的咬合託200通常具有矩形結構， 但是也可以具有通常的「U」型結構以節約材料。也可以使用延伸穿過牙齒咬合面的可鍛性 材料的其它合適的平坦厚片。當進行印模後，在咬合託200上形成印痕202，以提供當前牙 齒排列244的至少一部分的三維表示。如果需要，可以使用2個以上咬合託200以獲取當 前牙齒排列244中的全部感興趣的牙齒。由於矯正器和咬合託200彼此不幹擾，所以當矯 正器連接在牙齒上時使用咬合託200尤其方便。
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如步驟222中所示，隨後通過掃描咬合託200來提供第二數字圖像224。這可以使 用主動波前採樣的掃描器、雷射掃描、接觸探頭或早前描述的任何其它方法而實現。任選該 原始數據在生成圖像224之前進行清理、表面化和/或其它處理。在使用多個咬合託200的 情況中，可以有多個圖像224。以後可以在軟體中將多個圖像224彼此配準和重新組合。咬 合託200的掃描可以立即在牙科診所內進行，或者在沒有掃描器的情況下在現場以外的位 置進行咬合託200的掃描。由於該實施例中第二數字圖像224僅僅表示當前牙齒排列244 的咬合牙齒表面，因此其相比較方框100中提供的第一數字圖像是簡化的圖像。出於簡化該圖示和隨後圖5和6將討論的圖示的原因，第二數字圖像224僅僅示 出了橫截面中表示當前牙齒排列244中單顆牙齒的單個元素。然而，可以設想，第二數字圖 像224可以包含表示兩個或多顆獨立牙齒的兩個或多個元素。在一些實施例中，第二數字 圖像224包括至少3個獨立可移動元素，其表示當前牙齒排列244中的至少3顆獨立的牙 齒。如果第二數字圖像224包括對應上下頌中每顆牙齒的元素，以及關於TAD或在治療期 間不移動的牙齒特徵的至少一個元素，則這是尤其有利的。通過獲取可以相對於頌骨移動 (例如牙齒)和不可以相對於頌骨移動(TADs)的兩個牙齒特徵，能夠在單一的統一座標系 下將治療期間不同時間生成的多個第二數字圖像224的元素進行配準。這又使得專業治療 人員能夠疊合牙齒排列圖像並量化牙齒的移動，這將在後續描述。在圖5的步驟240和246描繪的第二實施例中，可以使用解析度降低的口腔內掃 描來提供簡化的圖像。假設方框100中提供的第一數字圖像是使用以第一解析度操作的口 腔內掃描器獲取的。在步驟240中，以低於第一解析度的第二解析度操作的手持掃描器242 隨後掃描當前牙齒排列244中的部分或全部牙齒的表面。該掃描數據任選被清理和處理並 隨後用於導出第二數字圖像248，第二數字圖像248相比較方框100中提供的第一數字圖像 顯示出較低的點密度。由於簡化的點密度，第二數字圖像248的掃描表面在細節上相比較 方框100的第一數字圖像的對應掃描表面來說更為匱乏(例如，在3D網格表示中三角形的 數目減少)。如此，第二數字圖像248相比較方框100中提供的第一數字圖像是簡化的圖 像。第二數字圖像248可以顯示由方框100中的第一數字圖像所顯示的齒列的相同位 置，或者替代地，可以提供其亞組或超組。也就是說，被掃描以產生第二數字圖像248的口 腔內的總區域可包括的區域比第一數字圖像(方框100)中所包括的區域更大或更小。為 了清楚起見，可以將第二數字圖像248中感興趣的元素從掃描圖像的其它元素例如齒齦和 周圍組織之中數字「切割」出來。如前所述，當前牙齒排列244可以包括上頌、下頌、或者同 時包括二者。任選地，掃描器242可以首先掃描處於打開位置的頌以對牙齒的咬合向和舌 向表面成像，並且隨後再次掃描閉合位置的頌骨以關聯上下牙齒之間的相互位置。當前牙 齒排列244中也可以包括TADs。如果包括TADs，則掃描器242可以額外地掃描任何TADs 的頭部，使得第二數字圖像248將TAD位置與那些相鄰牙齒關聯起來。使用低解析度掃描來提供第二數字圖像248還具有其它優點。一個主要的優點是 對於給定的牙齒排列的相同表面區域來說，低解析度掃描能夠比全或高解析度掃描更為快 速地完成。該速度上的優勢轉變為縮短了醫生和工作人員的工作時間(chair time)並且 增加了患者的舒適度。如果口腔內掃描在每次正畸預約時是常規進行的話，由於一天過程 中工作時間的累積減少，可以允許牙科診所診治更多的病人，則增加掃描速度可以是尤為
12有利的。其次，低解析度掃描降低了對存儲器、處理數據的系統資源的要求，並且最終降低 了在短時間內完成口腔掃描的硬體需求。對於很多牙科診所來說，低解析度掃描器也可能 比高解析度掃描器具有更高的性價比。例如，可以在外部場所使用高解析度掃描器進行初 始掃描，而隨後在牙科診所內使用較為便宜的低解析度掃描器進行例行的口腔內掃描。
在第三實施例中，如圖6的步驟260和263所示，可以使用局部口腔內掃描以生成 用於產生簡化圖像的3D數據。類似於咬合託200，局部口腔內掃描依靠僅僅捕捉當前牙齒 排列244的部分牙齒提供簡化圖像。然而，局部口腔內掃描並不限於牙齒的咬合面。局部掃 描可以額外包括牙齒的舌向或臉向的表面，或者咬合向、舌向和臉向表面的組合或子組合。 任選，並如步驟262所示，局部口腔內掃描可以生成第二數字圖像264，其包括局部舌向表 面、臉向表面和咬合向表面的組合。優選地步驟260中的掃描表面積相比較當前牙齒排列244的總表面積小。由於 口腔內掃描器的操作者僅僅需要捕捉當前牙齒排列244中感興趣的每個特徵的關鍵界標， 因此明顯減少了掃描所花費的時間。在一些實施例中，局部掃描通過只掃描牙齒的咬合面 來實施，其趨於拓撲獨特性並且由手持掃描器方便地操作。優選地，掃描數據包括齒弓上每 個牙齒的咬合面，並足以(例如包括3D空間上的至少3個點)允許每個牙齒元素的獨立配 準。如已經顯示，縮短了進行口腔內掃描的時間或者減輕了實行口腔內掃描中的難度，從而 增加了效率並且將受到專業治療人員和患者雙方的歡迎。在傳統正畸治療期間，通常當前牙齒排列244中包括連接於牙齒的矯正器。如果 方框100中的初始數字圖像也包括這些矯正器，則在步驟240、260中掃描這些矯正器對於 配準目的是非常有益的。因為大多數粘接矯正器，例如託槽，都具有邊界非常明確的3D結 構或幾何外形，因而情況正是如此。因此，這些結構很適於提供界標用於將來自方框100中 的第一數字圖像的元素與後續治療中所提供的圖像中的對應元素相配準。掃描具有邊界明 確的幾何外形的粘接矯正器也可以輔助界標的自動界定和配準。在完全粘接的情況中，甚 至考慮到僅僅掃描矯正器而不是掃描所有的牙齒表面就足以進行配準。這是可能的，因為 在當前牙齒排列244中，每個矯正器的位置和方向相對於對應的牙齒都是固定的。作為額外的選項，當前牙齒排列244可以包括植入患者頌骨內的至少一個TAD的 暴露的頭部。在口腔內掃描240、260中包括TAD提供了更為獨特的優點，其將在下一部分 中進行研究。配準分別在圖1-2所描繪的治療監測和治療評估工作流程中，配準步驟發生在方框 110中。配準通常描述為兩個對象的對齊，使得一個對象的特徵映射(或重合或對齊)到另 一對象的對應特徵的頂部上。儘管物理配準能夠發生在實際客體之間，但是此處所述的示 例描述的是虛擬配準，其發生在計算機裝置上的數字圖像之間。如方框110所示，將第一數字圖像(方框100)的元素配準到第二數字圖像224、 248、264(方框108)的相應元素上。該配準過程在圖4_6的每幅中對單個牙齒元素採用示 例性橫截面視圖進行進一步說明。圖4的步驟226示出了包括牙冠、牙根以及周圍牙齦的 一小部分的第一數字圖像228，其被反時針旋轉以配準到第二數字圖像224上。以相似的方 式，圖5的步驟247示出了第一數字圖像228與第二數字圖像224相配準，以及圖6的步驟 263示出了第一數字圖像228與第二數字圖像264相配準。如這些示例中每個所示，僅僅需要總數據量中的一小部分就可以進行經轉變的第一數字圖像228和第二數字圖像224、 248、264之間的精確配準。數字圖像228中所提供的細節量可以改變。例如，數字圖像228 可以僅僅顯示牙齒元素本身而不顯示其周圍的齒齦，或者僅僅顯示牙齒元素的一部分，例 如牙冠。顯然，第一數字圖像228和第二數字圖像224、248、264之間的配準並不限於單個 的牙齒元素。如果要被配準的圖像包括表示多個牙齒和/或矯正器的多個元素，則對相對 應的元素進行配對並且針對每個配對重複該過程直到在普通坐標系中配準了所有感興趣 的牙齒特徵。在一些情況下，在圖像228和圖像224、248、264之間存在尺寸差異，這是因為 採用了不同的掃描方法來提供數字圖像。如果確實存在尺寸差異，則可能進一步需要預先 縮放一個或兩個圖像使得其能夠互相適合地配準。圖3中的矯正器修改工作流程與治療監測和治療評估工作流程在兩方面略有不 同。首先，方框111中提供的配準步驟發生在方框104中(即，目標數字圖像)期望位置的 牙齒圖像和第二數字圖像224、248、264之間。雖然在圖4_6中並沒有明確提供期望牙齒位 置的圖像(方框104)，但是方框111中的配準方法與在前所示的第一數字圖像228和第二 數字圖像224、248、264之間的配準方法基本相同。與前面一樣，期望位置的牙齒圖像(方 框104)優選地相比較第二數字圖像224、248、264為增補圖像。第二，如果牙齒已經達到了期望位置，則專業治療人員可以選擇完全跳過方框111 中的配準步驟。如方框112所示的，依照第二數字圖像224、248、264的牙齒排列首先與方 框104得到的目標牙齒排列相比較。如果這兩個數字圖像在預定公差範圍內匹配，則不需 進行配準步驟並且工作流程繼續進行到方框114的下一治療階段。另一方面，如果數字圖 像不匹配，則過程繼續來到方框111，其中如前所述，期望位置中的牙齒圖像的元素與第二 數字圖像224、248、264中的元素相配準。可以通過使用界標來易化方框110、111中的配準步驟。界標是普通點、點系列、或 者易於識別並且能夠用於相互配準數字圖像的表面。通過減少被比較的數字數據的量，界 標可以簡化並加速配準過程。通常使用空間中的至少3個普通點來配準兩個3D對象；然 而，增加點的數目和點之間的距離能夠進一步改善精確度。可以使用界標在單個牙齒排列、 或在治療的不同階段的兩個或多個牙齒排列之間進行數字圖像配準。在一些實施例中，通 常手動地生成界標。例如，用戶可以使用輸入裝置例如滑鼠來選擇牙齒上的位置而定義所 需的界標。此外，如前面所述，牙科矯正器本身(或其它連接於牙齒的對象)也可以用於界定 界標。例如，如果在具有粘接矯正器的牙齒上進行口腔內掃描，則用戶可以在顯示器上觀察 數字圖像228、248、264，並選擇中央向、遠端向、咬合向或齒齦向的託槽表面以用作界標。在 該情況下，使用託槽邊緣、角或者表面作為界標可能是有利的，因為這些託槽特徵通常具有 明顯的並且易於限定的邊界。在一些實施例中，該過程還用於在第二數字圖像上識別界標。 如果需要，界標可以基於用戶的早先輸入或者自動或半自動地產生。例如，採用圖像分析方 法的計算機裝置可以採用每個牙齒的咬合牙冠表面上的咬碎位置界定界標。或者，如果矯 正器具有已知的幾何形狀，則計算機裝置可以用於自動地在圖像248、264、228中識別矯正 器，並且在其上定義界標。其它類型的界標也是可能的，例如從用戶應用的標記中導出的界 標，其在公布的美國專利申請公布No. 2007/0141525 (Cinader等人)中描述。
一旦創建了界標，則通過方框100的第一數字圖像相對於第二數字圖像224、248、 264進行虛擬取向，使得經轉變的第一數字圖像228和第二數字圖像224、248、264之間的對 應界標相重合，從而進行配準。該過程可以使用例如使用商業軟體包Geomagic Qualify (從 Geomagic, INC 得到)中的「比較(Compare) 」 和「最佳配合校準(Best-fitalignment) 」 功 能執行。通過將第一數字圖像228與第二數字圖像224、248、264的所選擇表面相對齊而進 行配準。當計算機裝置確定了預定公差範圍內的最佳配合位置的時候該，配準完成。配準可以完全自動或者因用戶確認或其它輸入需要而半自動地進行。在一些實施 例中，計算機裝置可以針對至少一個預定界標搜尋轉變的第一數字圖像228的表面數據， 其中所述界標被界定在方框100的第一牙齒排列的牙齒表面或矯正器上。在替代實施例 中，計算機裝置可以針對至少一個對應的預定界標搜尋第二數字圖像224、248、264的表面 數據，其中所述界標被界定在當前牙齒排列244中的牙齒表面或矯正器上。一旦第一數字 圖像228與第二數字圖像224、248、264相配準，則計算機裝置可任選記錄數學轉變以將圖 像228的坐標系與圖像224、248、264的坐標系配準。該信息能夠用於描述治療期間發生的 牙齒移動程度。除了牙齒結構和粘接矯正器之外，步驟226、247、263中的圖像元素的配準還可以 包括在治療期間沒有相對於頌骨移動的結構。在一些實施例中，這些結構包括口腔結構例 如系帶(黏膜和底層組織的折褶)、皺褶(位於上顎上的不規則脊)或者諸如TADs的植入 裝置。對於植入裝置，其能夠將口腔內掃描提供的簡化圖像與提供包括裝置的嵌入部分信 息的增補圖像相組合，會是特別有利的。例如，可以通過掃描例行診所就診的患者來提供 TAD的3D頭部結構圖像，隨後與示出TAD頭部和嵌入的尾部部分的完整3D圖像進行配準。 示出TAD頭部和尾部的完整3D圖像可以預先獲知並且由TAD製造商提供，其可以在安裝之 前掃描裝置，或者在安裝之後的任何時刻採用諸如χ射線照片、CT掃描、MRI、或者超聲成像 的技術掃描患者。由於預先已獲知TAD的頭部幾何外形，因此也可以將其輸入到計算機裝 置中並用來自動地界定關於該裝置的界標。在第一數字圖像228中包含TADs特別有利於包括多個元素的圖像的配準。由於 TAD在治療期間不移動(或僅僅微小地移動)，因此這些裝置可以提供參照於頌骨的固定界 標。這些固定界標又有助於治療期間第一時間獲取的第一牙齒排列的圖像與治療期間第二 時間處獲取的第二牙齒排列的圖像的重合。而且，正如託槽和其它正畸矯正器一樣，TAD有 利的是在於其具有精確限定的幾何外形，這有助於圖像之間的相互配準(方框110，111)。 在優選實施例中，第一數字圖像228包括牙齒元素和TAD元素。隨後，採用掃描器提供第二 數字圖像248、264之後，這些元素與圖像248、264中的對應元素配準以產生複合圖像，該復 合圖像示出一個或多個植入式TAD相對於牙根的位置。應用根據專業治療人員的特定需求，配準過程中提供的信息能用於正畸治療計劃中的 不同方面。通過採用既精確又客觀的方式，對牙齒的移動進行量化，這些方法可以輔助專業 人員模擬牙齒移動、制定治療計劃，甚至構造矯正器。治療監測、治療評估以及矯正器修改 工作流程均提供了特定的應用和優點，這謝將在下文進一步詳細討論。在圖1所示的治療監測工作流程中，使用第一數字圖像228的轉變版本以導出可 由專業治療人員觀察的數字圖像(方框116)。進一步詳細而言，其通過圖4-6每幅中的最終步驟230圖釋，該步驟示出了基於轉變的第一數字圖像228導出第三數字圖像232。再使 用該第三數字圖像232以產生可以由用戶在顯示器上任意縮放、旋轉和操作的可視數字圖 像。如所示，第三數字圖像232包括剖視的牙冠和牙根部分以及周圍的牙齦部分，這可通過 X射線照片、CT掃描、MRI或者超聲成像提供。因此，第三數字圖像232相比較第二數字圖 像224、248、264的每個均為增補數字圖像。如果需要，可以在整個治療期間定期重複該過 程以提供系列圖像來繪製該牙齒隨時間移動的圖表。值得注意的是，第三數字圖像232有利地具有僅僅由第一數字圖像228的完整程 度和細節水平所限定、而不是由第二數字圖像224、248、264所限定的完整程度和細節水 平。可以使用該第三數字圖像232用於診斷、治療計劃以及專業治療人員認為適合的其他 應用。在此處，其針對單顆牙齒進行顯示，但是只要牙齒結構在治療期間保持合理的不變形 狀，則當前牙齒排列244中的每個牙齒結構，包括可能存在的TAD，就均可以類似地配準和 重建。在優選實施例中，第三數字圖像232包括當前牙齒排列244中的每個牙齒元素並且 揭示出了牙齒的可見牙冠部分和集成到單一 3D模型中的牙根的隱藏表面。隨後可在顯示 器上顯示第三數字圖像232，並且可以對其進行縮放和旋轉以觀察牙齒的相對位置。也可以 使用其它診斷工具，例如點對點測量和剖視。在圖2中的治療評估工作流程中，用戶諸如專業治療人員將當前的牙齒位置和期 望的牙齒位置相併置進行比較。例如，方框118示出了表示當前牙齒位置的第三數字圖像 232重合在來自方框104的表示期望牙齒位置的圖像上。用於各元素相互配準的相同原理 可以同樣地被用於相互配準複合圖像。如前所述，由TAD、皺褶以及治療期間不移動的其它 牙齒特徵界定的界標優選地用於將第三數字圖像232和方框104中的圖像進行配準。隨後 可以在顯示器上使用商業購買軟體，例如Geomagic Qualify，進行這些3D圖像的重合。作 為圖像重合的替代方式，用戶可以代之以邊對邊方式顯示圖像，或者在牙齒位置的圖像之 間切換以顯示第一和第二牙齒排列之間的牙齒移動。此時，過程進行到方框120，其中兩圖像相互比較以確認其是否有可接受的匹配。 該步驟可以由專業治療人員實施，在該情況下人員可以旋轉和操作重合的3D圖像且主觀 確定是否已達到方框104中的期望牙齒位置。在其他實施例中，計算機裝置可以在專業治 療人員的適當監督下自動作出這樣的決定。例如，該決定可以基於圍繞牙齒位置周圍的絕 對或者相對公差限範圍內進行匹配而做出。如果達到了可接受的匹配，則該過程依照方框 114繼續進行到下一治療階段。此時，專業治療人員可以選擇結束主動治療、確定新的治療 目標並通過導出一組新的期望牙齒位置而從方框104重啟該過程，或者徹底開始一個完全 不同的工作流程。如果沒有達到可接受的匹配，則過程進行到方框121，在此專業治療人員 選擇對至少一種正畸矯正器進行調整以使牙齒排列與方框104中的期望牙齒位置相一致。 只有當作出這些調整時，正畸治療如方框106所示繼續並且該過程重新開始。在正畸治療包括TAD或其它植入矯正器的情況中，該工作流程具有額外的優點。 如前所述的，可以在治療開始時使用例如CT掃描而在方框100處獲取包括嵌入的尾部的 TAD完整3D圖像，並且隨後將其與治療期間由口腔內掃描240、260提供的具有相同TAD的 簡化圖像相配準。因此第三數字圖像232是複合圖像，其不僅僅示出TAD的頭部並且還示 出沿著牙根的TAD的嵌入尾部。這對於患者是有益的，因為在治療開始時不需要初始掃描 之外的額外的X射線或CT掃描，並且將放射暴露保持最小。該方法對於專業治療人員也是
16非常有益的，因為其隨時間有效追蹤了牙齒相對於TAD的移動。通過在整個治療期間定期 追蹤牙齒移動，也可以對牙齒移動以及TAD和牙齒之間的預期碰撞在它們實際發生之前進 行模擬。在一些實施例中，治療評估工作流程進一步包括測量目標牙齒排列和第二牙齒 排列之間對應牙齒位置的差別以提供治療指數。一旦導出了當前牙齒位置的圖像(方框 118)，則可以根據當前牙齒位置和期望牙齒位置(方框104)圖像之間的平移和旋轉偏差， 確定該治療指數。更特別的，可以通過將兩圖像之間的對應牙齒元素相配對並測量每對的 平移和旋轉偏差來計算該治療指數。任選地，可以為每個牙齒提供治療指數，或者提供成所 有牙齒或部分牙齒的平均值。或者，治療指數可以表示為百分比，表示從初始位置到期望位 置移動中的進展程度。作為示例，可以通過除以初始牙齒位置(方框100)和期望牙齒位置 (方框104)的偏差來計算當前牙齒位置(方框118)和期望牙齒位置(方框104)之間的偏 差。在矯正器修改工作流程中，類似地使用配準步驟(方框111)來修改方框107中計 劃的正畸矯正器的規格。方框122通過記錄用於將目標數字圖像的元素(方框104)與第 二數字圖像的對應元素(方框108)相配準的轉變矩陣，示出修改的出處。隨後對於第二數 字圖像中感興趣的每個元素，典型地對於當前牙齒排列244中的每個牙齒都重複方框122 的過程。隨後完全地或部分地使用轉變矩陣或轉變矩陣組來導出方框107的計劃規格的修 改。由於每個轉變矩陣完整描述了期望和當前牙齒位置之間的平移和旋轉偏差，因此該數 據可以導出正畸矯正器規格中裡面和外面、轉矩和角度值的精確修改。在一些實施例中，使用修改的規格來生產新定製的彎曲牙科弓絲例如Orametrix， Inc. (Dallas, TX)所提供的，或者生產新的可移動矯正器例如Align Technology Inc. (Santa Clara, CA)製造的聚合物對準器片(aligner shell)。在其它實施例中，使用該規 格生產其他定製的固定或可移動矯正器例如正畸託槽、彈簧、校正器或功能性矯正器。在還 有的其它實施例中，該規格可以改為輔助專業治療人員選擇現成的矯正器，例如託槽。根據 所使用的矯正器類型，規格也可以整合治療的其它方面；例如轉矩規格可以包括「過校正」 因素以克服在正畸託槽的弓絲槽中的轉矩損失。在還有的其它實施例中，所述規格用於調 整矯正器相對於牙齒的位置而不是修改正畸矯正器的結構。例如，修改正畸矯正器的行為 可以通過配置例如粘接託盤或夾具的裝置而實施，所述裝置將矯正器相對於牙齒結構例如 牙齒進行放置，用來表現建議計劃規格。該步驟隨後進行到方框124，其中專業治療人員確定是否接受建議的矯正器修改。 如果接受修改，則如方框126所示進行修改。修改過的矯正器安裝之後，如方框106所示重 新開始正畸治療。相反的，如果專業治療人員決定不接受矯正器修改，則同樣依照方框106 重新開始正畸治療，但是對當前的正畸矯正器不進行改變。應當理解這些工作流程中描述的方法僅僅作為示例表示而沒有彼此相互排斥。矯 正器修改工作流程中可以包括治療監測工作流程的方面並反之亦然。類似的，治療評估工 作流程的方面可以合併到矯正器修改工作流程中並反之亦然。例如，矯正器修改工作流程 可以任選擴展為包括步驟以導出和展示顯示患者當前齒列的第三數字圖像(方框110和 116)，儘管這些步驟在圖3中並沒有明確提供。可以對存儲在任何傳統介質中的軟體程序進行編程，以執行上面描述的任何方法。在一些實施例中，軟體程序包括描繪引擎，其訪問並描繪3D數字數字以生成前述方法 所描述的3D圖像。該軟體程序可以進一步包括配準模塊，其自動將數字圖像相互配準。通 過分別生成3D數字圖像並將圖像相互配準，描繪引擎和配準模塊有助於上述治療監測、治 療評估、和矯正器修改工作流程中的每一項。軟體程序可以安裝在牙科診所的後臺伺服器或工作站、生產機構的伺服器或其組 合中的DVD、快閃記憶體或硬碟上。如果需要，也可以通過網際網路遠程訪問該軟體。進一步的，該 軟體也可以在進行X射線照相、雷射掃描、CT掃描、MRI或者超聲掃描的機構處安裝。也可 預想軟體可安裝在相對專業的診所中，例如牙周診所、家庭牙齒診所或口腔外科醫生診所， 使得可以在多個用戶之間分享治療計劃和監測的情況。例如，口腔外科醫生可以在患者治 療期間使用軟體以確定安裝牙齒植入物或TAD之前的牙根位置。已經證實，使用咬合印模 220、低解析度掃描240或者部分掃描260，由於給定的診所可以在病人到達後快速和有效 地產生全面的3D牙齒模型與其它牙科專業人員分享，因此是有利的。示例將通過如下示例進一步論證上述方法的各方面。本地牙科診所提供由正畸石 製造的上下頌實體牙齒模型。為了示意的目的，該牙齒模型用於模擬給定牙齒排列的患 者牙齒結構。為了製備第一數字圖像，首先使用得自3M ESPE(St. Paul, MN)的POSITION PENTAQUICK牌印模材料製造聚乙烯矽氧烷印模。在印模放置90秒之後，將其從牙齒模型 上移走並用於United Resin Corporation (Royal Oak, MI)的F82-302環氧樹脂澆注複製 的陽模。為了賦予環氧模型不透明度，將其包被薄層的來自MagnafluHGenview，IL)的 SP0TCHECK牌 SKD-S2 Developer 白色滑石粉。隨後用來自 Laser Deign, Inc (Bloomington, MN)的SURVEYOR牌0M-3R窄譜可見光雷射掃描器掃描包被的模型。隨後使用Geomagic Studio對掃描器提供的原始點雲數據進行表面化，以生成連同周圍牙齦的牙齒3D表面。最 後使用同樣由Geomagic，Inc.提供的Geomagic Dental Module將牙齒表面和牙齦表面虛 擬分離，以產生獨立的、可移動的牙齒元素。這些3D牙齒元素表示將在配準過程中使用的 增補圖像。為了準備簡化的圖像，在原始的石頭牙齒模型的上下頌之間放置由3M ESPE(St. Paul,MN)的EXPRESS BITE牌聚乙烯矽氧烷製作的咬合託。頌隨後被牢牢地壓在一起以在 咬合託上印下上下牙齒的咬合表面。隨後使用0M-3R窄譜可見光掃描器掃描該咬合託以生 成數字圖像數據，所述數字圖像針對與實體咬合託同樣的表面如前進行處理。圖7示出了 虛擬咬合託，揭示了下齒弓上牙齒的咬合表面。隨後將該咬合託圖像和分離的3D牙齒圖像 輸入至Ij Geomagic Qualify 中。圖8示出了說明配準過程的屏幕截圖。選擇虛擬咬合託圖像作為固定參照圖像， 並顯示在窗口面板300中。在該示例中，將對應上左側第二雙尖齒的數字圖像界定為流動 圖像並在窗口面板302中示出。使用Geomagic Qualify的3-2-lAlignment特性，隨後採 用最優擬合算法將數字牙齒圖像與咬合託印模圖像相配準，使得它們的相應咬合表面精確 地互相重合。兩圖像的最終位置如窗口面板304所示。雖然這裡沒有示出，但是其它牙齒 也可以採用類似的方式配準。該示例證明了僅僅使用咬合託印模對顯示下左側第二雙尖齒 整個牙冠的圖像的配準。隨後可以連續重複該過程，以便基於窗口面板304所示的咬合表 面重建其餘的牙齒排列部分。
18
出於清楚和便於理解的目的，通過說明和示例的方式在一些細節上描述了上述發 明。然而，還可以使用各種替代、修改以及等價變形,而上述描述並不應視為是對由權利要 求書和其等價變形所限定的本發明範圍的限制。
權利要求
一種導出患者牙齒排列的圖像的方法，該方法包括如下步驟提供表示第一牙齒排列的第一數字圖像；提供表示第二牙齒排列的第二數字圖像，其中所述第二數字圖像相比較所述第一數字圖像是簡化的圖像，並且其中在所述第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於所述第一牙齒排列中的對應牙齒處於不同的位置；以及通過將所述第一數字圖像中的至少一個元素與所述第二數字圖像中的至少一個對應元素相配準而導出表示所述第二牙齒排列的第三數字圖像，其中所述第三數字圖像相比較所述第二數字圖像是增補圖像。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一數字圖像的所述至少一個元素包括表示牙 齒的元素。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述第一數字圖像的所述至少一個元素包括表示至 少三個相應的牙齒的至少三個元素。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述第一數字圖像的所述至少一個元素包括表示矯 正器的元素。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述矯正器是粘接的矯正器。
6.如權利要求4所述的方法，其中所述矯正器是臨時錨固裝置。
7.如權利要求1所述的方法，其中通過以第一解析度在口腔內掃描所述第一牙齒排列 而提供所述第一數字圖像。
8.如權利要求7所述的方法，其中通過以第二解析度在口腔內掃描所述第二牙齒排列 而提供所述第二數字圖像，其中所述第二解析度低於所述第一解析度。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述第二牙齒排列包括上下齒弓。
10.如權利要求1所述的方法，其中採用口腔內局部掃描來提供所述第二數字圖像。
11.如權利要求1所述的方法，進一步包括在治療之前提供牙齒陰印模的步驟，其中通 過掃描所述陰印模而提供所述第一數字圖像。
12.如權利要求1所述的方法，進一步包括提供所述第一牙齒排列的實體牙齒模型的 步驟，其中通過對所述實體牙齒模型進行成像來提供所述第一數字圖像。
13.如權利要求1所述的方法，進一步包括提供咬合託的步驟，所述咬合託三維表現所 述第二牙齒排列的至少一部分，其中通過掃描所述咬合託來提供所述第二數字圖像。
14.如權利要求1所述的方法，其中所述提供第一數字圖像的步驟發生在正畸矯正器 的應用之前。
15.如權利要求14所述的方法，其中在治療過程期間提供所述第二數字圖像。
16.如權利要求1所述的方法，其中採用選自基於光的掃描、接觸探頭、主動波前採樣、 X射線照相、磁共振成像、超聲成像和計算機斷層照相的措施，提供所述第一數字圖像。
17.如權利要求1所述的方法，其中所述第一牙齒排列的圖像是包括至少一部分齒根 的三維圖像。
18.—種比較患者牙齒排列的方法，該方法包括如下步驟提供表示第一牙齒排列的第一數字圖像；導出表示目標牙齒排列的目標數字圖像；提供表示第二牙齒排列的第二數字圖像，其中所述第二數字圖像相比較所述第一數字圖像是簡化的圖像，並且其中在所述第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於所述第一牙齒 排列中的對應牙齒處於不同的位置；以及通過將所述第一數字圖像中的至少一個元素與所述第二數字圖像中的至少一個對應 元素相配準而導出表示所述第二牙齒排列的第三數字圖像，其中所述第三數字圖像相比較 所述第二數字圖像是增補圖像。
19.如權利要求18所述的方法，進一步包括顯示所述第三數字圖像重合在所述目標數 字圖像上的步驟。
20.如權利要求18所述的方法，其中導出所述目標數字圖像的步驟包括將所述第一牙 齒排列中的牙齒虛擬移動到期望的位置。
21.如權利要求18所述的方法，其中所述第一數字圖像的所述至少一個元素包括表示 牙齒的元素。
22.如權利要求18所述的方法，其中所述第一數字圖像的所述至少一個元素包括表示 臨時錨固裝置的元素。
23.如權利要求18所述的方法，進一步包括測量所述目標牙齒排列和所述第二牙齒排 列之間的對應牙齒位置的差值以提供治療指數的步驟。
24.一種規定正畸矯正器的方法，該方法包括如下步驟提供正畸矯正器的計劃規格；提供與所述正畸矯正器有關的表示第一牙齒排列的第一數字圖像；通過將所述第一牙齒排列中的牙齒虛擬移動到期望位置而導出表示目標牙齒排列的 目標數字圖像；提供表示第二牙齒排列的第二數字圖像，其中所述第二數字圖像相比較所述第一數字 圖像是簡化的圖像，並且其中在所述第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於所述第一牙齒 排列中的對應牙齒處於不同的位置；將所述目標數字圖像中的至少一個元素與所述第二數字圖像中的至少一個對應元素 相配準而導出轉變矩陣；以及部分基於所述轉變矩陣而修改所述正畸矯正器的計劃規格。
25.如權利要求24所述的方法，其中所述正畸矯正器是弓絲。
26.如權利要求24所述的方法，其中所述正畸矯正器是可移動的矯正器。
27.如權利要求24所述的方法，其中所述正畸矯正器是固定的矯正器。
28.如權利要求24所述的方法，其中所述修改正畸矯正器的步驟通過構造相對於牙齒 結構來定位矯正器的裝置而實施。
29.一種軟體程序，其執行一種導出患者牙齒排列的圖像的方法，該方法包括如下步驟提供表示第一牙齒排列的第一數字圖像；提供表示第二牙齒排列的第二數字圖像，其中所述第二數字圖像相比較所述第一數字 圖像是簡化的圖像，並且其中在所述第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於所述第一牙齒 排列中的對應牙齒處於不同的位置；以及通過將所述第一數字圖像中的至少一個元素與所述第二數字圖像中的至少一個對應 元素相配準而導出表示所述第二牙齒排列的第三數字圖像，其中所述第三數字圖像相比較所述第二數字圖像是增補圖像。
30. 一種系統，包括 計算機裝置；和在所述計算機裝置上執行的軟體程序，其中所述軟體程序包括 描繪引擎，其生成表示第一牙齒排列的第一數字圖像以及生成表示第二牙齒排列的第 二數字圖像，其中所述第二數字圖像相比較所述第一數字圖像是簡化的圖像，並且其中在 所述第二牙齒排列中的至少一顆牙齒相對於所述第一牙齒排列中的對應牙齒處於不同的 位置；以及配準模塊，其將所述第一數字圖像中的至少一個元素與所述第二數字圖像中的至少一 個對應元素相配準而導出表示所述第二牙齒排列的第三數字圖像，其中所述第三數字圖像 相比較所述第二數字圖像是增補圖像。
全文摘要
本發明提供一種用於在正畸治療過程期間便捷和有效地監測和評估患者牙齒的位置的數字驅動的方法。在示例性實施例中，通過X射線照片和/或口腔內掃描而提供表示患者牙齒結構的初始3D數字數據組。隨後在治療過程期間，使用咬合託印模或低解析度口腔內掃描而快速提供表示部分牙齒結構的簡化圖像。通過將初始圖像的元素與簡化圖像的對應元素配準，隨後導出或「重建」全部牙齒結構的三維(3D)圖像。通過從簡化圖像重建牙齒結構，專業治療人員可以提供患者完整牙齒結構的精確的、可操作的3D圖像以用於診斷和治療計劃的目的。其它方面包括使用這些數據來比較當前和目標牙齒位置以評估治療進展和建議對正畸矯正器規格的修改的方法。
文檔編號A61C7/00GK101969877SQ200880127341
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月16日 優先權日2007年12月21日
發明者小大衛·K·西納德爾 申請人:3M創新有限公司