[发明专利]用于牙齿表面形状及色调成像的设备

说明书

技术领域

本发明一般涉及诊断成像领域并且更具体地涉及用于牙齿及其它结构的表面的组合的三维形状以及颜色色调(shade)成像的设备和方法。

背景技术

精确地对牙齿的形状以及颜色色调两者建模对于提供修复牙科学及有关服务是重要的功能。常规地，确定牙齿轮廓并且匹配牙齿色调的功能已作为独立的操作被执行。这使得难以将色调信息配准或者关联到形状信息。颜色色调判定特别地易于受到人为误差的影响并且总的精确度常常取决于专业人员的有关经验。

随着数字成像技术的到来，已经使多种工具可用于从牙齿得到表面轮廓数据或者颜色色调信息。已经被适用于得到牙齿轮廓的一种技术是条纹投影成像。条纹投影成像使用图案化的或者结构化的光来得到各种类型的结构的表面轮廓信息。在条纹投影成像中，将干涉条纹或者光栅的线条的图案从给定的方向朝对象的表面投影。来自该表面的被投影的图案接着从另一个方向作为轮廓图像被观察，利用三角测量法以基于轮廓线条的外观来分析表面信息。典型地将相位偏移用作条纹投影成像的一部分，在相位偏移时在空间上递增地移动该投影图案用于在新的位置获得另外的测量，其被使用以便完成表面的轮廓映射并且增加轮廓图像中的总的分辨率。

条纹投影成像已被用于固态的、高度不透明的对象的表面轮廓成像并且已被用于对人体的一些部分的表面轮廓进行成像以及用于得到关于皮肤结构的详细数据。然而，多个技术障碍已经妨碍了牙齿的条纹投影成像的有效使用。关于牙齿表面成像的一个挑战涉及牙齿的半透明性。半透明或者不完全半透明材料(semi-translucent)一般而言被认为是特别难以用于条纹投影成像。半透明结构中的子表面散射可能减小总的信噪比(S/N)并且偏移光强度，产生不精确的高度数据。另一个挑战涉及各种牙齿表面的高的反射水平。高度反射的材料，特别是空心的反射结构，可以有效地减小这种类型的成像的动态范围。

在条纹投影成像整体中，对比度典型地差，其中噪声是显著的因素。为提高对比度，一些条纹投影成像系统采取措施来减小轮廓图像中的噪声量。一般而言，对于使用条纹成像技术的精确的表面几何测量，理想的是得到直接从被测结构的表面所反射的光并且拒绝从位于表面以下的材料或者结构所反射的光。这是用于对半透明对象进行3D表面扫描的方法。

从光学角度来看，牙齿结构本身对条纹投影成像提出了多个另外的挑战。如前所述，穿入到牙齿表面以下的光趋向于在半透明的牙齿材料内经历显著的散射。此外，来自牙齿表面以下的不透明结构(feature)的反射也可能发生，增加了使所感测的信号衰减的噪声并且因此使牙齿表面分析的任务进一步复杂化。

已经被尝试以使条纹投影可用于牙齿的轮廓成像的一个纠正措施是改变牙齿表面本身的反射特性的涂层的涂敷。此处，为补偿由牙齿的相对半透明性所引起的问题，多种常规的牙齿轮廓成像系统在表面轮廓成像之前将涂料或者反射粉末涂敷于牙齿表面。为了条纹投影成像的目的，该增加的步骤增强牙齿的不透明性并且减小或者消除之前所提到的散射光效应。然而，这类方法有缺陷。涂敷涂层粉末或者流体的步骤对牙齿轮廓成像过程而言增加了成本和时间。因为涂层本身的厚度具有给定的厚度并且在整个牙齿表面上常常是非一致的，所以测量误差容易产生。当涂层被涂敷时，没有可用的关于牙齿的相对半透明性的信息。另外，被涂敷的涂层在促进轮廓成像的同时可能趋向于掩盖关于牙齿的其它问题并且可能因此减小可以得到的信息总量。即使在涂层或者牙齿的其它类型的表面调节被使用的地方，仍然难以提供足够量的光到所有牙齿表面，并且难以感测从所有牙齿表面反射回来的光。牙齿的不同表面可以相对于彼此成90度被定向，使得难以为精确地对牙齿的所有部分进行成像引导足够的光，无论涂层是否被涂敷。