口腔內掃描器的製作方法
2023-10-09 09:14:14 1
專利名稱：口腔內掃描器的製作方法
技術領域：
本公開涉及一種口腔內掃描器，具體地涉及被插入患者的口腔來掃描患者的牙齒的口腔內掃描器。
背景技術：
通常，牙科醫院等通過印模製取(製備患者牙齒的石膏模型)對患者的患部進行醫學治療和處理。然而，印模製取工序中存在例如消耗材料、交叉感染、可能損壞所製備的模型以及保存困難的問題。作為廣泛使用的查看患者口腔狀態的常規方法，已有的方法將片狀膠片插入患者的口腔，通過使用患者的手或舌頭將該膠片固定在患者的患部附近，在口腔的患部投射諸如X射線的放射線，並且使用從該投射獲得的膠片。然而，由於常規方法依賴於通過使用放射線照相或者計算機層析成像(CT)的二維人工操作進行測量， 在三維結構的二維平面測量的工序中會有錯誤。此外，向患者投射大量的放射線。患者會有經濟負擔。複雜的嘗試階段會造成各種嚴重問題。因此，需要能夠降低導致患者的身體狀況出現問題的可能性並且精確地完成患者牙齒的三維建模的口腔內掃描器。
發明內容
本發明解決的問題在例性實施方式中，提供一種口腔內掃描器，該口腔內掃描器以非接觸方式插入用戶的口腔以掃描用戶的牙齒並且生成三維掃描模型。解決問題的方案根據示例性實施方式的示例，提供了一種口腔內掃描器，所述口腔內掃描器包括 光輸出單元，所述光輸出單元輸出輸出光；光輸出控制單元，所述光輸出控制單元沿第一基準軸旋轉所述光輸出單元，或者在左右方向上移動所述光輸出單元，以便控制輸出光的出射位置；光學系統，所述光學系統按照由光輸出控制單元所控制的出射位置向被掃描的牙齒反射輸出光；光學系統驅動單元，所述光學系統驅動單元沿與第一基準軸垂直的第二基準軸旋轉光學系統，以便控制輸出光的反射角；導軌，所述導軌引導所述光學系統在距離所述光輸出單元預設的距離內移動；光感測單元，所述光感測單元感測經所述光學系統反射的在被掃描的牙齒處的光，並且將感測到的光轉換為電信號；以及數據發送單元，所述數據發送單元向三維數據生成單元發送所述電信號的信息、光的出射位置的信息和反射角的信息以生成被掃描的牙齒的三維掃描模型。根據示例性實施方式的示例，提供了一種口腔內掃描器，所述口腔內掃描器包括 光輸出單兀，所述光輸出單兀輸出輸出光；第一光學系統，所述第一光學系統反射從所述光輸出單元輸出的輸出光；第二光學系統，所述第二光學系統向被掃描的牙齒反射通過第一光學系統反射的輸出光；第一光學系統驅動單元，所述第一光學系統驅動單元沿第一基準軸旋轉所述第一光學系統，或者在左右方向上移動所述第一光學系統，以便控制所述輸出光的出射位置；第二光學系統驅動單元，所述第二光學系統驅動單元沿與第一基準軸垂直的第二基準軸旋轉第二光學系統，以便控制輸出光的反射角；導軌，所述導軌引導第二光學系統在距離光輸出單元預設的距離內移動；光感測單元，所述光感測單元感測經所述第二光學系統反射的在被掃描的牙齒處的光，並且將感測到的光轉換為電信號；以及數據發送單元，所述數據發送單元向三維數據生成單元發送所述電信號的信息、光的出射位置的信息以及所述反射角的信息，以生成被掃描的牙齒的三維掃描模型。發明效果 通過上述示例性實施方式的技術方案，口腔內掃描器以非接觸方式插入患者的口腔來掃描患者的牙齒。因而，可以精確測量患者的牙齒的三維數據。通過上述示例性實施方式的技術方案，通過使用不負面影響人體的光源實現三維掃描。因而可以掃描患者的牙齒而不影響患者的健康。附圖
的簡要描述將接合附圖描述非限制性和非窮盡性實施方式。應理解的是這些附圖僅描繪了根據本公開的幾種實施方式，因此不旨在限制其範圍，將通過使用附圖具體且詳細地描述本公開，在附圖中圖I是根據示例性實施方式的口腔內掃描器的平面圖；圖2是示出了根據示例性實施方式的口腔內掃描器的構造的框圖；圖3是根據示例性實施方式的口腔內掃描器的側面圖；圖4是根據另一示例性實施方式的口腔內掃描器的平面圖；圖5是示出了根據另一示例性實施方式的口腔內掃描器的構造的框圖；並且圖6是根據另一示例性實施方式的口腔內掃描器的側面圖。實現本發明的最佳方式在下文，將參照附圖詳細描述示例性實施方式，從而本領域技術人員能夠容易實現發明性概念。然而，應注意的是，本公開不限於示例性實施方式，並且可以實現為各種其它方式。在附圖中，將不與本公開的描述直接相關的特定部件省略以增強附圖的清楚程度。 相同的標號將貫穿說明書表示相同的部件。圖I是根據示例性實施方式的口腔內掃描器的平面圖。圖2是示出了根據示例性實施方式的口腔內掃描器的構造的框圖。圖3是根據示例性實施方式的口腔內掃描器的側面圖。如圖I和圖3所示，根據示例性實施方式的口腔內掃描器100包括插入體10、機身20、導軌30、光學系統40、光學系統驅動構件50、光輸出裝置60、光感測裝置70、控制模塊80和數據處理模塊90。插入體10的框架具有從機身20伸出的插入管形狀，以便插入到用戶的口腔中。框架可以具有五個表面，包括一個頂表面、兩個側表面、一個前表面和一個底表面。插入體10的底表面包括光透射窗，其使掃描光源(例如，示例性實施方式中的「雷射」)投射到牙齒上。插入體10的頂表面與插入體10被插入口腔的方向平行。底表面相對頂表面具有特定的角度。相應地，這兩個表面可以被形成為隨著接近機身20而變大。此構造旨在通過將通過插入體10的內部向光學系統40輸出的光源的行進路徑和通過光學系統40從牙齒反射併入射到光感測裝置70的光源進行固定來保護光源。在插入體10的內部，光學系統40通過光學系統驅動構件50連接到導軌30，從而光學系統40反射從光輸出裝置60輸出的光源(在下文中稱為「輸出光」)以投射到牙齒，並且將從牙齒反射的入射光源(在下文中稱為「入射光」)反射至光感測裝置70。在這種情況下，導軌30支撐光學系統40以連接到插入體10的內部。導軌30根據來自控制模塊80的命令控制連接到馬達(未示出)的滾動構件(未示出)等，以在插入體 10被插入的水平方向上來回移動光學系統40。光學系統驅動構件50根據來自控制模塊80 的命令使光學系統40沿著第一基準軸旋轉，以改變輸出光的出射角。第一基準軸與圖I所例示的A軸一致。機身20的內部設置有光輸出裝置60、光感測裝置70、控制模塊80和數據處理模塊90。光輸出裝置向光學系統40輸出光源。光感測裝置70接收從光學系統40反射的光源。控制模塊80控制光學系統40和光輸出裝置60各自的驅動並且處理光感測裝置70的輸出數據。數據處理模塊90通過使用經由控制模塊80處理的數據生成三維數據。根據不例性實施方式的光輸出裝置60基於第二基準軸進行旋轉以改變輸出光的出射角。第二基準軸垂直於第一基準軸並且與圖I所例示的C軸一致。光輸出裝置60以滑動方式在左右方向上移動(即，圖I中的A軸)，以改變輸出光的出射位置。
在示例性實施方式中，將雷射二極體描述為光輸出裝置60的示例。為了限制大小，可以使用儘可能小的光輸出裝置。光感測裝置70可以是諸如電荷耦合器件(CCD)或者位置靈敏器件(PSD)的光接收裝置。在示例性實施方式中，PSD被描述為光感測裝置70的示例。下面將參照圖2和圖3描述通過根據示例性實施方式的口腔內掃描器100進行三維掃描的牙齒建模方法。對於圖I和圖3中根據示例性實施方式的口腔內掃描器100的構造，圖2例示了基於要處理的數據的數據測量單元210、數據測量控制單元220和數據處理單元230的框圖。根據圖2的示例性實施方式的配置單元是指軟體配置單元或者諸如現場可編程門陣列(FPGA)或者專用集成電路(ASIC)的硬體配置單元，並且執行它們的特定功能。然而，「配置單元」不限於軟體或者硬體。各配置單元可以被配置在可尋址的存儲介質中，或者被配置為用作一個或者更多個處理器。例如，配置單元可以包括諸如軟體配置單元、面向對象的軟體配置單元、類配置單元和任務配置單元、處理、函數、屬性、過程、子例行程序、程序代碼片段、驅動器、固件、微代碼、電路、數據、資料庫、數據結構、表、陣列和變量這樣的配置單元。可以將配置單元和在相應的配置單元中提供的功能組合為數目更少的配置單元或者進一步劃分為附加的配置單元。在這種情況下，數據測量單元210的光學系統211和光學系統驅動單元212在概念上與圖I和圖3所例不的光學系統40和光學系統驅動構件50相同。驅動控制單兀213 包括在圖I和圖3中所例示的控制模塊80的部分配置或者全部配置。數據測量控制單元220的光輸出單元221和光感測單元223在概念上與在圖I和圖3中所例示的光輸出裝置60和光感測裝置70相同。光輸出控制單元222包括在圖I和圖3所例示的控制模塊80的部分配置或者全部配置。數據測量控制單元220的數據發送單元224在概念上與在圖I和圖3中所例示的數據處理模塊90相同。在圖2中所例示的數據處理單元230通過使用從數據發送單元224輸出的數據生成被掃描的牙齒的三維掃描模型。數據處理單元230可以被包括在根據示例性實施方式的口腔內掃描器100內，或者作為單獨的設備通過線纜等連接到口腔內掃描器100。為了限制根據示例性實施方式的口腔內掃描器100的大小，圖I和圖3例示了將數據處理單元230 設置在外部。在根據不例性實施方式的口腔內掃描器100中，光輸出單兀221對應於根據光輸出控制單元222的控制所設定的出射角或者出射位置，向光學系統211輸出輸出光(S卩，雷射光源)。基於由光輸出控制單元222所控制的出射角或者出射位置的值，可以計算向被掃描的牙齒所投射的輸出光的A軸坐標值。在這種情況下，光學系統211處於旋轉到基於根據光學系統驅動單元212的驅動所設定的出射角的狀態。具體地，驅動控制單元213根據被掃描的牙齒的位置在水平方向上前後移動光學系統211，並且根據與被掃描的部分相對應地設定的旋轉角通過驅動光學系統驅動單元212來旋轉光學系統211。在這種情況下，基於由驅動控制單元213所控制的旋轉角的值，可以計算投射到被掃描的牙齒的輸出光的B軸坐標值。之後，通過光學系統211所反射的輸出光從被掃描的牙齒反射，並再次入射到光學系統211。該入射光通過光學系統211反射併入射到光感測單元223。 如圖3所不,在光學系統40上反射從光輸出裝置60輸出的輸出光,並且投射到被掃描的牙齒。再次在光學系統40上反射從被掃描的牙齒反射的光，並且入射在光感測裝置 70上。在這種情況下，根據示例性實施方式的光感測裝置70是PSD裝置，並且根據入射光的輸入位置生成電信號。也就是說，光感測單元223生成與所產生的電信號相對應的位置信息。位置信息是被掃描的各牙齒部分的高度。在這種情況下，可以基於由光感測單元 223感測到的高度值計算投射到所掃描的牙齒的輸出光的C軸坐標值。包括在根據示例性實施方式的光感測單元223中的PSD傳感器是光電傳感器，並且具有這樣的結構，即，當在表面上形成光斑時，在入射斑處生成與光能量成比例的光電流並且流向兩端的電極。根據示例性實施方式的光感測單元223可以根據使用光學三角法的電位測量法計算C軸坐標值。光學三角法是使用基於幾何光學的二維三角法的電位測量方法。在光學三角法中，光學系統存在於一個平面中並且基於以角Θ彼此交叉的兩個光軸進行配置。兩個光軸中的一個光軸是在被測物的表面上形成光斑的會聚光軸。兩個光軸中的另一個光軸是向光接收裝置傳送光斑的圖像的圖像光軸。此處，隨著被測物的相對位置的改變，形成在被測物的表面上的光斑在會聚光軸上以直線移動。在這種情況下，移動範圍表示物體軌跡。隨著光斑的移動，光接收裝置上的圖像粘性(image viscosity)也移動。圖像斑的移動範圍表示圖像軌跡。圖像軌跡相對於圖像光軸的垂直方向具有角·在這種情況下，可以通過下面的數學公式I計算在物體軌跡上的光斑移動距離P 和相對應的圖像斑移動距離q。
[數學公式I]
權利要求
1.一種口腔內掃描器，所述口腔內掃描器包括 光輸出單兀，所述光輸出單兀被配置用以輸出輸出光； 光輸出控制單元，所述光輸出控制單元被配置用以沿第一基準軸旋轉所述光輸出單元或者在左右方向上移動所述光輸出單元，以便控制所述輸出光的出射位置； 光學系統，所述光學系統被配置用以按照由所述光輸出控制單元控制的出射位置向被掃描的牙齒反射所述輸出光； 光學系統驅動單元，所述光學系統驅動單元被配置用以沿與所述第一基準軸垂直的第二基準軸旋轉所述光學系統，以便控制所述輸出光的反射角； 導軌，所述導軌被配置用以引導所述光學系統在距離所述光輸出單元預設的距離內移動； 光感測單元，所述光感測單元被配置用以感測經所述光學系統反射的在被掃描的牙齒處的光，並且將感測到的光轉換為電信號；以及 數據發送單元，所述數據發送單元被配置用以向三維數據生成單元發送所述電信號的信息、光的出射位置的信息和反射角的信息以生成被掃描的牙齒的三維掃描模型。
2.根據權利要求I所述的口腔內掃描器， 其中，所述數據發送單元發送根據所述反射角確定的B軸坐標、根據所述出射位置確定的A軸坐標以及根據按照所述電信號確定的被掃描的牙齒的高度所確定的C軸坐標。
3.根據權利要求I所述的口腔內掃描器， 其中，所述光感測單元根據由所述光學系統反射的在被掃描的牙齒處的光在光感測裝置處的入射位置確定所述電信號的值，並且根據被掃描的牙齒的高度值生成C軸坐標值。
4.根據權利要求I所述的口腔內掃描器， 其中，所述第一基準軸與所述三維掃描模型的C軸相同，所述第二基準軸與所述三維掃描模型的A軸相同，並且A軸和C軸彼此垂直。
5.根據權利要求I所述的口腔內掃描器， 其中，所述口腔內掃描器包括從所述口腔內掃描器的機身伸出的插入體，以便插入口腔，並且 所述插入體包括與將其插入口腔的方向平行的頂表面以及與所述頂表面具有預定的角度的底表面，以固定輸出光和經所述光學系統反射的光的行進路徑。
6.根據權利要求5所述的口腔內掃描器， 其中，所述插入體包括光學透射窗口，所述光學透射窗口使經所述光學系統反射的輸出光向被掃描的牙齒行進，並且使在被掃描的牙齒處的反射光向所述光學系統行進。
7.根據權利要求5所述的口腔內掃描器， 其中，所述光學系統被設置在所述插入體內部，並且被設計成能夠與插入方向平行地前後移動。
8.—種口腔內掃描器,所述口腔內掃描器包括 光輸出單兀，所述光輸出單兀被配置用以輸出輸出光； 第一光學系統，所述第一光學系統被配置用以反射從所述光輸出單元輸出的所述輸出光; 第二光學系統，所述第二光學系統被配置用以向被掃描的牙齒反射通過所述第一光學系統反射的所述輸出光； 第一光學系統驅動單元，所述第一光學系統驅動單元被配置用以沿第一基準軸旋轉所述第一光學系統或者在左右方向上移動所述第一光學系統，以便控制所述輸出光的出射位置； 第二光學系統驅動單元，所述第二光學系統驅動單元被配置用以沿與所述第一基準軸垂直的第二基準軸旋轉所述第二光學系統，以便控制所述輸出光的反射角； 導軌，所述導軌被配置用以引導所述第二光學系統在距離所述光輸出單元預設的距離內移動； 光感測單元，所述光感測單元被配置用以感測經所述第二光學系統反射的在被掃描的牙齒處的光，並且將感測到的光轉換為電信號；以及 數據發送單元，所述數據發送單元被配置用以向三維數據生成單元發送所述電信號的信息、光的出射位置的信息以及所述反射角的信息，以生成被掃描的牙齒的三維掃描模型。
9.根據權利要求8所述的口腔內掃描器， 其中，所述數據發送單元發送根據所述反射角確定的B軸坐標、根據所述出射位置確定的A軸坐標以及根據按照所述電信號確定的被掃描的牙齒的高度所確定的C軸坐標。
10.根據權利要求8所述的口腔內掃描器， 其中，所述光感測單元根據由所述第二光學系統反射的光在光感測裝置處的入射位置確定所述電信號的值，並且生成與所述電信號的值相對應的C軸坐標值。
11.根據權利要求8所述的口腔內掃描器， 其中，所述第一基準軸與所述三維掃描模型的C軸相同，所述第二基準軸與所述三維掃描模型的A軸相同，並且A軸和C軸彼此垂直。
12.根據權利要求8所述的口腔內掃描器， 其中，所述口腔內掃描器包括從所述口腔內掃描器的機身伸出的插入體，以便插入口腔，並且 所述插入體包括與將其插入口腔的方向平行的頂表面以及與所述頂表面具有預定的角度的底表面，以固定輸出光和經所述光學系統反射的光的行進路徑。
13.根據權利要求12所述的口腔內掃描器， 其中，所述插入體包括光學透射窗口，所述光學透射窗口使經所述第二光學系統反射的輸出光行進到被掃描的牙齒，並且在被掃描的牙齒處反射的光行進到所述光學系統。
14.根據權利要求12所述的口腔內掃描器， 其中，所述第二光學系統被設置在所述插入體內部，並且被設計成能夠與插入方向平行地前後移動。
全文摘要
一種口腔內掃描器，所述口腔內掃描器包括光輸出單元；光輸出控制單元，所述光輸出控制單元被配置用以沿第一基準軸旋轉所述光輸出單元，或者移動所述光輸出單元，以便控制輸出光的出射位置；光學系統，所述光學系統被配置用以按照由光輸出控制單元控制的出射位置向被掃描的牙齒反射輸出光；光學系統驅動單元，所述光學系統驅動單元被配置用以沿第二基準軸旋轉光學系統，以便控制輸出光的反射角；導軌；光感測單元，所述光感測單元被配置用以感測經所述光學系統反射的光，並且將感測到的光轉換為電信號；以及數據發送單元，所述數據發送單元被配置用以向三維數據生成單元發送信息，以生成被掃描的牙齒的三維掃描模型。
文檔編號A61B1/24GK102711623SQ201080061297
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者金晉煥 申請人:德奧牙科株式會社