[发明专利]使用激光投影的牙齿表面成像设备

说明书

技术领域

本公开大体上涉及使用结构化光的诊断成像的领域，并且更具体地涉及一种用于使用来自扫描结构化光源的条纹图案投影的牙齿和其它结构的表面的三维成像的方法。

发明背景

条纹投影成像使用图案化或结构化光来获得对各种类型的结构的表面轮廓信息。在条纹投影成像中，将干涉条纹或光栅的线的图案从给定方向朝对象表面投影。来自该表面的投影图案随后从另一方向作为轮廓图像被查看，从而利用三角测量以便基于轮廓线的外观分析表面信息。典型地将相位偏移施加作为条纹投影成像的一部分，其被使用以便完成对表面的轮廓映射并且增加轮廓图像中的总分辨率，在相位偏移时空间上递增地移位投影图案用于在新的位置处获得额外测量。

条纹投影成像已有效地用于固态、高度不透明的对象的表面轮廓成像，并且已用于为人体的一些部分成像表面轮廓并且用于获得有关于皮肤结构的详细数据。然而，多个技术障碍已妨碍了牙齿的条纹投影成像的有效使用。对牙齿表面成像的一个特定挑战涉及牙齿半透明性。半透明或不完全半透明(semi-translucent)材料通常被认为对条纹投影成像来说是特别麻烦的。半透明结构中的子表面散射可以减小总信噪(S/N)比并使光强转变，从而导致不准确的高度数据。另一问题涉及各种牙齿表面的高度的反射。高度反射材料，尤其空心反射结构可有效地减小这种类型的成像的动态范围。

从光学角度看，牙齿本身结构呈现对条纹投影成像的多个额外挑战。如前所述，穿过牙齿表面下方的光趋于在半透明的牙齿材料内经历显著散射。此外，也会发生从牙齿表面下方的不透明特征来进行的反射，从而增加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。

一种已尝试来使条纹投影可用于牙齿轮廓成像的纠正措施是涂敷改变牙齿表面本身的反射特性的涂层。在此，为了补偿由牙齿的相对半透明性所导致的问题，多个常规牙齿轮廓成像系统在表面轮廓成像前，将涂料或反射粉末施加到牙齿表面上。出于条纹投影成像目的，该增加的步骤增强牙齿不透明度并消除或减小更早前指出的散射光效应。然而，该类型的方法存在缺陷。施加涂层粉末或液体的步骤增加牙齿轮廓成像过程的成本和时间。因为涂层厚度在整个牙齿表面上常是不均匀的，所以易于造成测量误差。更重要地，在所施加的涂层促进轮廓成像的同时，其会趋于掩盖有关于牙齿的其它问题，并且可能因此减小可获得的信息的总量。

然而，即使在牙齿的涂层或其它类型表面修整被使用的地方，由于牙齿表面的明显的轮廓，结果可能是令人失望的。可能难以提供足量的光到所有牙齿表面上并且感测从所有牙齿表面反射回的光。牙齿不同表面可定向为相对于彼此成90度，使得难以引导足够的光用于准确地使牙齿所有部分成像。另外，难以从足够紧凑以配合到患者口部中的相机将清晰地聚焦的图案投影到牙齿表面上。

已有使结构化光表面轮廓成形技术适于牙齿结构成像问题的许多尝试。例如，Massen等人的名称为“用于牙齿的三维测量的光探头和方法(Optical Probe and Method for the Three-Dimensional Surveying of Teeth)”的美国专利号5,372,502描述使用LCD矩阵以形成用于投影到牙齿表面上的条形图案。类似方法在O’Keefe等人的名称为“用于3D成像相机的前端(Front End for 3-D Imaging Camera)”的美国专利申请公开2007/0086762中描述。Trissel的名称为“用于口内扫描的偏振复用器和方法(Polarizing Multiplexer and Methods for Intra-Oral Scanning)”的美国专利第7,312,924号描述用于使用三角测量和偏振光对牙齿表面轮廓成形的方法，但是需要施加荧光涂层进行操作。类似地，Pfeiffer等人的名称为“尤其出于牙科目的的用于记录表面结构的3D相机(3-D Camera for Recording Surface Structures,in Particular for Dental Purposes)的美国专利号6,885,464公开使用三角测量但也需要将不透明的粉末施加到牙齿表面以用于成像的牙科成像设备。Pfeiffer等人的美国专利6,885,464描述提供一组光束以用于成像的口内相机。Lim的专利申请WO 2011/145799描述一种使用扫描激光器光的3D扫描仪。