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根据牙齿图像生成牙齿修复品的设计

阅读：1026发布：2020-09-06

专利汇可以提供根据牙齿图像生成牙齿修复品的设计专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述用于根据患者的一幅或更多幅牙齿图像生成牙齿修复品的设计的技术。所述方法可包含：获得患者的齿系改变之前的该患者的齿系三维(3D)图像；以及接着确定患者的齿系改变。可基于齿系改变之前的齿系图像针对患者的至少一颗牙齿自动生成牙齿修复品的设计。还公开各种其它计算机实施方法、系统和计算机可读介质。，下面是根据牙齿图像生成牙齿修复品的设计专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种根据患者的一幅或更多幅牙齿图像生成牙齿修复品的设计的方法(700)，包括：
获得该患者的齿系改变之前的该患者的齿系三维(3D)图像(710)；
确定该患者的所述齿系改变(720)；以及
利用处理器，至少基于所述齿系改变之前的所述齿系3D图像，自动生成该患者的至少一颗牙齿的牙齿修复品的设计(730)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中确定该患者的所述齿系改变还包括获得该患者的所述齿系改变之后的该患者的改变后3D图像；且其中所述生成步骤还包括基于所述齿系改变之前的所述齿系3D图像与所述改变后3D图像之间的至少一个差异而生成所述设计。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述设计而制造所述牙齿修复品。
4.根据权利要求3所述的方法，其中制造所述牙齿修复品还包括：
发送所述设计至制造装置(150)，该制造装置(150)包含研磨机械和叠加制造装置中的至少一者，其中获得该患者的齿系3D图像的步骤在牙科诊室中执行，且其中所述制造装置位于所述牙科诊室中；以及
基于所述设计，使用所述制造装置制造所述牙齿修复品。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述叠加制造装置使用立体光刻和数字光处理中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中获得该患者的齿系3D图像包括从成像装置获得所述齿系3D图像，该成像装置包括口腔内成像装置和体积牙科成像装置中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的方法，其中获得该患者的齿系3D图像还包括：
使用非电离扫描器获取该患者的口腔内图像，其中所述口腔内图像包含表面几何形状文件，且所述非电离扫描器包含光学扫描器和激光扫描器中的至少一者；或使用x射线计算机断层扫描、磁共振成像(MRI)和超声成像中的至少一者而获取该患者的体积牙齿图像。
8.根据权利要求1所述的方法，获得该患者的齿系3D图像还包括：
使用非电离成像装置获取该患者的口腔内图像；
基于所述口腔内图像确定牙周组织上方的牙齿的牙冠表面；
使用基于x摄像的成像装置获取所述患者的体积牙齿图像；
基于所述体积牙齿图像确定该牙齿的牙齿组织的几何形状，该牙齿的牙齿组织包含所述牙周组织围绕的牙根组织的至少一部分；以及
基于所述口腔内图像和所述体积牙齿图像的组合，使用图像配准过程生成包含所述牙冠表面和所述牙根组织的至少一部分的所述齿系3D图像。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述设计包括计算机辅助设计格式(CAD格式)文件和图像文件中的至少一者；且所述牙齿修复品包括牙齿假体、义齿、植入体、内嵌体、充填体、堵塞体、牙冠、高嵌体和牙饰中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在数据存储装置中把所述齿系改变之前的该患者的所述齿系3D图像存储在与该患者相关联的个性化库中。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
把该患者的所述齿系3D图像分段以生成牙齿的牙冠数据；
处理所述牙冠数据以生成牙冠设计文件；以及
把所述牙冠设计文件存储在与所述患者相关联的个性化库中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述生成步骤还包括：
从所述个性化库获得所述牙冠设计文件；以及
基于所述牙冠数据文件而生成所述牙齿修复品的所述设计。
13.根据权利要求11所述的方法，其中：
获得该患者的齿系3D图像还包括获得在牙齿发生损坏之前预先保存在数据存储装置的个性化库中的损伤前设计文件；
确定所述患者的所述齿系改变还包括获得在所述牙齿已发生损坏之后保存在所述个性化库中的损伤后设计文件；且
生成所述设计还包括：
对所述牙齿比较所述损伤前设计文件与所述损伤后设计文件；以及
基于所述损伤前设计文件与所述损伤后设计文件之间的比较而生成牙齿修复品文件，其中所述牙齿修复品文件包含存在于所述损伤前设计文件中但在所述损伤后设计文件中缺失的牙齿组织。
14.根据权利要求11所述的方法，其中把所述患者的所述齿系3D图像分段还包括：
在所述齿系3D图像中在牙齿组织与非牙齿组织之间进行区分；以及
基于所述齿系3D图像中的所述牙齿组织而生成所述牙齿的所述牙冠数据。
15.根据权利要求1所述方法，在获得齿系改变之前的该患者的齿系三维图像的步骤之后，还包括导致齿系改变的制备用于修复的牙齿，且其中确定所述齿系改变的步骤还包括在所述制备步骤之后获得所述患者的改变后3D图像。
16.一种用于根据患者的一幅或更多幅牙齿图像(134)生成牙齿修复品的设计的系统(100)，包括：
成像模块(144)，被配置成
获得患者的齿系改变之前的该患者的齿系三维(3D)图像；以及
设计模块(148)，被配置成
确定所述患者的所述齿系改变；且
至少部分基于所述齿系改变之前的所述齿系3D图像而自动地生成所述患者的至少一颗牙齿的牙齿修复品的设计。
17.根据权利要求16所述的系统，其中：
成像模块(144)还被配置成
获得所述患者的所述齿系改变之后的所述患者的改变后3D图像；且
所述设计模块还被配置成：
基于所述齿系改变之前的所述齿系3D图像与所述改变后3D图像之间的至少一个差异而生成所述设计。
18.根据权利要求16所述的系统，还包括：
制造装置(150)，包括研磨机械和叠加制造装置中的至少一者，所述制造装置被配置成基于所述设计而制造所述牙齿修复品。
19.根据权利要求16所述的系统，还包括：
图像获取装置(110)，包括口腔内成像装置和体积牙科成像装置中的至少一者，所述图像获取装置被配置成获取所述齿系3D图像。
20.根据权利要求16所述的系统，还包括：
存储装置(130)，被配置成把所述齿系改变之前的该患者的所述齿系3D图像存储在与该患者相关联的个性化库中。

说明书全文

根据牙齿图像生成牙齿修复品的设计

技术领域

[0001] 本发明的实施例涉及制造牙齿假体。更明确地说，本发明的实施例涉及齿系图像的采集和存储，其中齿系图像用于使用三维(3D)打印和其它制造技术来设计和制造修复物(如牙齿假体)。

背景技术

[0002] 某些口腔内成像系统允许牙科医生生成患者的口腔3D图像，且在计算机显示监视器上显示牙齿的表面形貌特性。3D图像可采用固定在3D空间中的坐标系统中的点云的形式。表面可与此点云拟合以生成患者的口腔内的软组织和硬组织的表面形貌图。口腔内成像装置可使用各种非电离辐射(例如，普通光和激光辐射)以创建患者的齿系的点云或表面数据。

[0003] 锥束计算机断层扫描(CBCT)涉及使用旋转CBCT扫描器机架结合图像处理系统上的算法或软件而生成牙齿以及周围骨结构和软组织的图像。CBCT扫描器使用高能辐射(如x射线辐射)以生成患者的3D图像。

发明内容

[0004] 在一个实施例中，本发明提供一种用于根据患者的一幅或更多幅牙齿图像生成牙齿修复品的设计的方法。该方法包括获得患者的齿系改变之前的该患者的齿系3D图像的步骤。接着是确定患者的齿系改变的步骤。该方法的下一步骤是至少基于齿系改变之前的齿系3D图像自动地生成患者的至少一颗牙齿的牙齿修复品的设计。牙齿修复品设计的自动生成使用处理器。该方法可作为指令在机器上执行，其中指令包含在至少一个计算机可读介质或一个非暂时性机器可读存储介质上。

[0005] 在一个实例中，确定患者的齿系改变的步骤包含获得患者的齿系改变之后的该患者的改变后3D图像，且生成步骤还包含基于齿系改变之前的齿系3D图像与改变后3D图像之间的至少一个差异而生成设计。该方法可还包含基于设计而制造牙齿修复品的步骤。获得患者的齿系3D图像的步骤是在牙科诊室中执行。制造牙齿修复品的步骤可还包含将设计发送到制造装置，且基于设计使用制造装置制造牙齿修复品。制造装置可包含位于牙科诊室中的研磨机械或叠加制造装置。叠加制造装置可使用立体光刻3D打印或基于数字光处理的3D打印。

[0006] 在另一实例中，获得患者的齿系3D图像的步骤包含从成像装置获取齿系的图像，其中成像装置包含口腔内成像装置。获得齿系3D图像可包含使用非电离扫描器。非电离扫描器可包含光学扫描器或激光扫描器。口腔内图像可包含立体光刻文件或其它类型的表面几何形状文件。或者，获得患者的3D图像可包含使用x射线成像而获得患者的体积牙齿图像，其中x射线成像包含但不限于CBCT、其它类型的计算机断层扫描(CT)、体积断层扫描(VT)或本领域中已知的任何其它适当体积成像方法。可使用包含例如磁共振成像(MRI)或超声成像的其它技术或方式来获得图像。

[0007] 在又一实例中，获得患者的齿系3D图像的步骤还包含：(1)使用非电离扫描器而获取患者的口腔内图像；(2)基于口腔内图像而获得牙周组织上方的牙齿的牙冠表面；(3)使用基于x射线的技术而获取患者的体积牙齿图像；(4)基于体积牙齿图像而确定包含牙周组织所围绕的牙根组织的至少一部分的牙齿的牙齿组织的几何形状；以及(5)使用迭代最近点(ICP)过程或4点叠合集(4PCS)过程基于口腔内图像和体积牙齿图像的组合而生成包含牙冠表面和牙根组织的至少一部分的齿系的3D图像。

[0008] 该设计可包含计算机辅助设计格式(CAD格式)文件或图像文件。牙齿修复品可包含牙齿假体、义齿、植入体、内嵌体、充填体、堵塞体(plug)、牙冠、高嵌体或牙饰。在另一实例中，该方法可还包含在数据存储装置中将齿系改变之前的患者的齿系3D图像存储在与患者相关联的个性化库中的步骤。

[0009] 在另一实例中，该方法包含：将患者的齿系3D图像分段以生成牙齿的牙冠数据；处理牙冠数据以生成牙冠设计文件；以及将牙冠设计文件存储在与患者相关联的个性化库中。在一个配置中，生成患者的至少一颗牙齿的牙齿修复品的设计的步骤包含：从个性化库获得牙冠设计文件；以及基于牙冠设计文件而生成牙齿修复品的设计。在另一配置中，获得患者的齿系3D图像的步骤还包含：获得在牙齿发生损坏之前预先保存在数据存储装置的个性化库中的损伤前设计文件。确定患者的齿系改变的步骤还包含：获得在牙齿已发生损坏之后保存在个性化库中的损伤后设计文件。

[0010] 生成患者的牙齿的牙齿修复品的设计的步骤还包含：比较牙齿的损伤前设计文件与损伤后设计文件。基于损伤前设计文件与损伤后设计文件之间的比较而生成牙齿修复品文件。牙齿修复品文件可包含存在于损伤前设计文件中但在损伤后设计文件中缺失的牙齿组织。在另一配置中，将患者的齿系3D图像分段的步骤还包含：在齿系的3D图像中在牙齿组织与非牙齿组织之间进行区分；以及基于齿系的3D图像中的牙齿组织而生成牙齿的牙冠数据。

[0011] 在另一实例中，该方法可还包含获得齿系改变之前的该患者的齿系三维图像的步骤之后且在确定齿系改变之前制备用于修复的牙齿的步骤。制备用于修复的牙齿的步骤导致齿系改变。确定齿系改变的步骤还包含获得患者的改变后3D图像。

[0012] 在另一实施例中，本发明提供一种牙科计算机辅助设计(CAD)系统，具有计算电路(例如，处理器或控制器)，被配置成根据患者的一幅或更多幅牙齿图像生成牙齿修复品的设计。计算电路被配置成：获得患者的齿系改变之前的该患者的齿系3D图像；确定患者的齿系改变；且基于患者的齿系改变以及齿系改变之前的齿系3D图像而自动地生成患者的至少一颗牙齿的牙齿修复品的设计。

[0013] 在一个实例中，计算电路被配置成实施先前所述的方法。举例来说，计算电路可被配置成获得患者的齿系改变之后的该患者的改变后3D图像，且基于齿系改变之前的齿系3D图像与改变后3D图像之间的至少一个差异而生成设计。计算电路可还被配置成基于设计而制造牙齿修复品。在另一实例中，计算电路还被配置成从包括口腔内成像装置或体积牙科成像装置的成像装置获得齿系的3D图像。

[0014] 在另一实施例中，本发明提供一种可操作以根据患者的一幅或更多幅牙齿图像生成牙齿修复品的设计的系统。系统可包含成像模块和设计模块。成像模块可被配置成生成和/或获得患者的齿系改变之前的该患者的齿系3D图像。设计模块可被配置成确定患者的齿系改变，且基于患者的齿系改变以及齿系改变之前的齿系3D图像而自动地生成患者的至少一颗牙齿的牙齿修复品的设计。

[0015] 在实例中，系统可被配置成实施前述的方法。举例来说，成像模块可还被配置成获得患者的齿系改变之后的该患者的改变后3D图像，且设计模块可还被配置成基于齿系改变之前的齿系3D图像与改变后3D图像之间的至少一个差异生成设计。在另一实例中，系统包含基于设计制造牙齿修复品的制造装置。制造装置可包含研磨机械或叠加制造装置。在另一实例中，系统包含获取或生成齿系的3D图像的图像获取装置。成像装置可包含口腔内成像装置或体积牙科成像装置。在另一配置中，系统包含将齿系改变之前的患者的齿系3D图像存储在与患者相关联的个性化库中的存储装置(如易失性或非易失性存储器)。

[0016] 通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得明显。

附图说明

[0017] 图1说明使用分段模块根据患者的一幅或更多幅牙齿图像的个性化库生成牙齿修复品的设计的系统。

[0018] 图2说明根据患者的一幅或更多幅牙齿图像的个性化库生成牙齿修复品的设计的系统。

[0019] 图3A说明包含表面数据和/或点云数据的口腔内光学扫描图像。

[0020] 图3B说明覆盖在口腔内光学扫描图像上的分段牙冠数据。

[0021] 图4说明来自锥束计算机断层扫描(CBCT)扫描的体积图像。

[0022] 图5是说明用于创建患者的一幅或更多幅牙齿图像的个性化库的方法的流程图的实例。

[0023] 图6是说明使用患者特定定制解剖结构库的内嵌体的设计的实例的框图。

[0024] 图7是说明用于根据患者的一幅或更多幅牙齿图像生成牙齿修复品的设计的方法的实例的流程图。

具体实施方式

[0025] 在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中所阐述或附图中所说明的组件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例，且以各种方式实践或进行。不同附图中的相同附图标记表示相同元件。流程图和过程中所提供的数字在说明步骤和操作时是为了清楚起见而提供，且未必指示特定次序或序列。

[0026] 本发明的实施例尤其涉及用于采集和存储患者齿系口腔内图像并将这些图像用于3D计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)系统以进行快速设计和使用3D打印或叠加制造来制造牙齿修复品(如牙齿假体)的方法和系统。本发明的实施例还涉及用于集成式植入计划和修复物设计的融合式口腔内扫描和CBCT图像。齿系(dentition)与牙齿及其在口腔中的排列有关。

[0027] 组合修复物设计系统(包含软件)与口腔内光学扫描器允许牙科医生设计各种类型的修复物，包含但不限于牙齿假体、义齿、植入体、内嵌体、充填体、堵塞体、高嵌体、牙冠和牙饰。牙齿假体用于恢复(如重构)口腔内缺陷，包含但不限于缺失的牙齿、缺失的牙齿部分以及下颚和上颚的缺失的软结构或硬结构。义齿(也称为假牙)是被构造为替换缺失的牙齿的假体装置。牙齿由口腔的周围软组织和硬组织支撑。牙齿植入体是与下颚或头骨介接以支撑牙齿假体(包含但不限于牙冠、牙桥、义齿、面部假体)或充当正畸锚固件的外科组件。内嵌体是包含塑形为适配牙齿中的洞的固体物质(例如，金属、瓷料或固化复合树脂)的间接修复物(例如，充填体)，且被黏固到适当位置中。牙齿充填体是用于恢复缺失的牙齿结构的功能、完整性和形态的牙齿修复材料。堵塞体(例如，胶原堵塞体)是可用于充填下颚中的槽(例如，孔)的材料(例如，当牙齿被拔出时)。高嵌体类似于内嵌体，不同之处在于高嵌体通过覆盖缺失牙尖的区域而并有牙尖的替代体。牙冠(作为牙齿假体装置)是完全覆盖牙齿的表面的一种类型的高嵌体。牙饰是放置在牙齿上以提高牙齿的美感或保护牙齿的表面不受损坏的材料薄层。

[0028] 作为修复物设计过程中的第一步骤，牙科医生使用口腔内成像装置(图1的112；例如，光学扫描器)以获取患者的齿系的图像，根据该图像可制作患者的齿系的数字印记或数字模型。数字口腔内成像装置允许扫描数据以数字格式(例如，开放STL格式或专有格式)储存。立体光刻(STL)是3D Systems所创建的立体光刻CAD软件原生的文件格式。然而，可使用其它种类的表面几何形状文件格式。数字数据接着被导入到3D CAD软件中。数字数据提供基本结构，其中牙科医生可根据该基本结构来设计病例特定修复假体。3D CAD软件系统可包含基于位置、年龄或性别而分类的牙冠或牙齿设计的各种库。CEREC(美感陶瓷的椅旁实惠修复或陶瓷重构)和Compass是利用牙冠和牙齿设计图像库的商用3D CAD软件的一些实例。牙冠可表示牙周组织上方的牙齿的解剖区域。牙冠通常被牙釉质覆盖。牙周组织表示围绕且支撑牙齿的专门的组织，这些组织将牙齿维持在上颌骨和下颌(下颚)骨之间。

[0029] 基于患者的齿系的分析，根据库的库存设计(stock design)可由软件系统推荐且选择而作为起始点，或库存设计可由牙科医生基于其经验而手动地选择。从库中选择的库存设计可接着经由3D CAD软件中所执行的缩放、拉伸或类似操作而修改，以修改库存库模型以适配患者解剖结构。咬合面可由牙科医生手动地设计(使用3D CAD软件中所提供的工具)或由软件基于计算机算法来自动地设计。计算机生成面可能并不是最佳的，且可需要由牙科医生修改以确保特定患者的形式和功能。咬合面是牙齿可与其它牙齿接触的表面，包含但不限于上(即上颌)齿与下(即下颌)齿之间的接触的表面。

[0030] 修复专业人员(如牙科医生，即牙医)进行的选择库存设计、针对修复假体来修改此设计、设置修复假体的设置以进行制造的过程可花费12到15分钟来完成。在此设计修复假体期间，患者可能要等待(在牙科诊疗椅中)。将修复假体的设计时间减到最少可改进牙科诊室的工作流程且提高患者对牙科过程的满意度。此外，基于库存设计的计算机生成的咬合面可能不紧密匹配患者的自然牙齿解剖结构，从而导致可需要由牙科医生校正的一些质量上的“咬合感”问题。

[0031] CAD/CAM系统还可使用制造装置，其中该制造装置使用研磨过程或叠加制造过程以制造修复假体。这些计算机控制研磨机械和叠加制造装置可能是昂贵的且需要仔细维护(例如，具有大量维护成本)。此外，用于假体的制造的材料坯料(例如，金、银、瓷料或树脂)可以是相对昂贵的，从而使得对于牙科医生来说，每颗牙齿假体的成本较高，而该成本通常转嫁到患者上。

[0032] 叠加制造(additive manufacturing)技术(如3D打印)和生物兼容树脂材料的进步允许制造复杂形状(如牙齿假体)。这些制造过程(如使用相对低成本、小尺寸、台式3D 打印机)和材料(如较高密度的树脂)可用于使用叠加制造技术(如3D打印)而在椅旁制造修复假体，所述修复假体具有足够高的强度以用作长期临时牙齿修复品。还正在研发较高强度材料，其中所述材料可用于使用叠加制造技术来制造永久修复假体。由于叠加制造的性质，在制造过程期间发生最少的材料损耗，这相比将研磨技术用于制造假体装置，可潜在地提供材料成本优势。椅旁制造表示在牙科诊室中执行的制造，而不是将牙齿修复品的设计向外发送到牙科实验室来制造。椅旁制造可允许牙科医生在治疗会话(即，预约)期间设计和制造牙齿修复品。

[0033] 代替使用来自CAD/CAM系统库的库存设计并修改这些设计以匹配患者的牙齿轮廓来创建牙齿修复品，患者自身的3D图像(例如，光学图像)可用于自动地生成牙齿修复品的设计。如本公开所使用，术语“自动”或“自动地”表示基于齿系的图像来生成设计而不需要额外用户输入或命令的过程。举例来说，图1说明可用于设计和制造牙齿修复品的修复物设计和制造系统100。系统100包含图像处理系统120、制造装置150和接口装置160(例如，计算机、台式计算机、监视器、键盘和/或鼠标)。接口装置160可由牙科医生使用以作出选择，观看3D图像，进行操纵并对设计作出改变，和/或与牙齿修复品的设计和制造相关的其它功能。

[0034] 图像处理系统120可包含生成牙齿修复品设计的电路、软件、计算机硬件、组件和/或模块。图像处理系统120还可包含或耦接到制造装置150(如研磨机械或叠加制造装置)和/或接口装置160，接口装置160包含但不限于计算装置、输出装置(如用于显示设计和图像的监视器)和/或输入装置(如键盘或鼠标)。在实例中，图像处理系统120与制造装置150都可设置在牙科诊室。在这些情形下，图像处理系统120和制造装置150可被称为椅旁修复物设计和制造系统100或200。

[0035] 图像处理系统120可包含图像获取装置110、存储装置130和CAD装置140。图像获取装置110可以是许多不同装置中的一者或组合起来使用的两个或更多个装置。在一个实例中，图像获取装置110包含口腔内成像装置112和/或体积牙科成像装置114。来自图像获取装置110的图像数据被提供到存储装置130和/或CAD装置140。

[0036] 存储装置130可包含一个或更多个患者文件132。每一患者文件包含一个或更多个患者3D齿系图像134和/或患者CAD格式库136。CAD格式库136可包含一颗或更多颗牙齿的牙冠数据138。存储装置130可包含易失性或非易失性存储器或存储元件，且可处于牙医诊室本地或在远端(例如，云存储)。

[0037] CAD装置140可包含处理器142、成像模块144、分段模块146和设计模块148。关于牙齿修复品的设计而更详细地描述了修复物设计和制造系统100的组件(包含图像处理系统120和/或制造装置150)。

[0038] 为了使用患者自身的3D图像生成牙齿修复品的设计，系统100获得例如在导致牙齿修复品需求的事件或损伤之前的患者3D图像。举例来说，在常规牙科检查(如作为全口系列间隔的一部分，每五年一次)中，图像获取装置110用于获得3D齿系图像134，其中3D齿系图像134接着用于形成新患者文件132(或更新现有患者文件132)以存储在存储装置130中。图3A说明口腔内光学图像，其中该口腔内光学图像是3D齿系图像134的实例。

[0039] 在一些情形下，特定患者的患者文件132包含一幅或更多幅3D齿系图像134。在一些情形下，除了3D齿系图像134之外，患者CAD格式库136包含在患者文件132中。为了生成患者CAD格式库136，在一些实施例中，成像模块144从患者文件132或图像获取装置110获得患者3D齿系图像134。接着，患者3D齿系图像134由分段模块146分段为个别牙冠(图3B的310A到310E)，且以数字格式(例如，CAD格式文件或STL文件)作为牙冠数据138文件存储在患者文件132中。该组数字格式的牙冠数据138文件可接着提供患者的个性化解剖结构库(例如，患者CAD格式库136)，其中个性化解剖结构库可随后用作生成牙齿修复品的模板。

[0040] 如果患者需要针对治疗选项而构造的修复假体和/或当患者需要针对治疗选项而构造的修复假体时，图像处理系统120的设计模块148可基于患者自身的个性化解剖结构库(例如，患者CAD格式库136)而建议初始设计，或牙科医生可基于牙齿位置而从患者的个性化解剖结构库选择初始设计。此初始设计可在大小、间隙和咬合面设计方面极其紧密匹配于所要修复假体，这是因为初始设计是基于齿系的改变之前的患者的齿系。由于紧密匹配，初始设计可需要牙科医生极少操纵就能生成最终设计。与适配患者的解剖结构的库存设计或通用牙冠的操纵相比，极少操纵可缩短最终修复假体的设计时间，且提供对患者的较好适配。

[0041] 这样的诊室内设计的修复假体可作为设计文件从设计模块148发送到制造装置150。设计文件提供可由制造装置150用于生成实际牙齿修复品的牙齿修复品的数字表示。
修复假体可使用可用叠加制造技术中的一种或更多种而在椅旁制造，其中叠加制造技术包含但不限于立体光刻(SLA)3D打印和基于数字光处理(DLP)的3D打印。SLA和DLP可使用光致聚合过程，其中光致聚合从液体光聚合物生成固体部分(例如，牙齿修复品)。其它3D打印技术包含挤压沉积、颗粒材料粘合和层叠。3D打印机和材料(包含但不限于Envision TEC或DWS systems所提供的3D打印机和材料)可用于制造长期临时用品。制造装置150可在牙科诊室或远离牙科诊室而使用任何其它牙齿制造过程。虽然可使用位于牙科诊室处的制造装置150来实现牙齿修复品的设计，但牙齿修复品的设计还可(例如，经由互联网、到安全服务器的其它计算机网络或使用电子介质的邮件)发送到另一设施以使用任何类型的牙齿制造过程(例如，研磨机械)而制造牙齿修复品。

[0042] 使用基于患者自身的个人3D图像的牙齿修复品的设计可具有各种益处。举例来说，用于创建设计的工作流程可由于最终修复物的设计所需的时间量的缩短而改进，而这可缩短患者在牙科诊疗椅中等待的预期时间。另一益处是通过将患者解剖结构用于咬合面而实现的最终修复物的改进的形式和适配，这可帮助维持患者的自然咬合模式(例如，表面间触碰点和间隙)，且因此可增强患者的舒适度或对设计的接受程度。除了改进的咬合面之外，基于所扫描的患者解剖结构而进行的中部和远端表面轮廓以及邻近牙齿间隙的预先计算可增强修复物的适配。

[0043] 图2说明另一实施例，其中可使用图像处理系统220的图像获取装置110而获得患者的3D齿系图像134。获得的齿系改变之前的3D齿系图像134可与患者文件132一起存储在存储装置130中。如果患者需要牙齿修复品和/或当患者需要牙齿修复品时，可从成像模块144获得3D齿系图像134，且将其用作牙齿修复品的设计的基础。设计模块148可基于获得的齿系改变之前的3D齿系图像134以及牙齿修复品的所请求的类型而推荐初始设计，或牙科医生可基于3D齿系图像134而选择初始设计。用于生成牙齿修复品的设计的CAD装置240可包含处理器142、成像模块144和设计模块148。存储装置130可包含一个或更多个患者文件
132。每一患者文件包含一幅或更多幅患者3D齿系图像134。

[0044] 在一个实例中，牙科医生可确定已发生齿系的改变，且基于患者的口腔的视觉检查而选择牙齿修复品的类型。在另一实例中，图像获取装置110可用于获得齿系的改变之后的3D齿系图像134，且设计模块148可基于齿系改变之后的该患者的改变后3D图像与齿系改变之前的患者的改变前3D图像之间的比较而推荐牙齿修复品的类型。设计模块148可基于改变前3D图像与改变后3D图像之间的至少一个差异而生成牙齿修复品的设计。举例来说，设计模块148可计算一颗或更多颗牙齿上的改变前表面与改变后表面之间的空间或差异所界定的体积形状或缺口，且可生成被塑形成充填该缺口的初始修复物设计。改变后3D图像与改变前3D图像是3D齿系图像134的实例。

[0045] 在另一实施例中，包含但不限于图4的CBCT扫描400的体积牙齿图像还可用于生成牙齿修复品的设计。可从体积牙科成像装置114获得体积牙齿图像，且体积牙齿图像是患者3D齿系图像134的另一实例。举例来说，在体积牙科成像期间，体积牙科成像装置114(例如，CBCT扫描器)围绕患者的头部旋转，从而获得多幅不同二维(2D)图像。体积牙科成像装置
114在关注区(如患者的头部)上方的单次旋转(例如，针对非偏移扫描，通常高达200度，或针对偏移扫描，360度或更大)获取包含多幅2D数字图像的体积数据集。计算电路(例如，软件)、体积牙科成像装置114或图像处理系统120或220收集数字2D图像数据，重构数据，且生成数字体积，其中数据体积由可接着通过图像处理系统120或220(如CAD/CAM系统)操纵且可视化的解剖数据的三维体素构成。体素表示三维空间中的规则网格上的值。举例来说，术语体素(voxel)是像素和体积的组合。

[0046] 可在与用于处理口腔内图像的计算装置类似的计算装置(如图像处理系统120或220、图像获取装置110或CAD装置140或240)上接收患者的牙齿的体积(volumetric)图像。
用于生成体积图像的方式可包含x射线成像(如CBCT)、MRI或超声成像。包含来自多向扫描的多幅2D数字图像的未重构的体积数据是患者3D齿系图像134的另一实例。

[0047] 体积牙齿图像和口腔内图像可示出不同特征，且可具有不同分辨率。举例来说，口腔内图像可提供全牙冠数据，其中全牙冠数据可与示出牙冠下方的特征的体积图像融合。此外，与体积图像(包含但不限于使用CBCT技术而获得的体积图像)相比，使用口腔内成像装置(例如，口腔内扫描器)而获得的口腔内图像可具有显著较高的精度。因此，口腔内图像单独对于许多牙齿修复品的设计来说可以是足够的。但，在一些情形下，口腔内图像可能不示出生成牙齿修复品的设计所需的所有特征。因此，在一些状况下，相比单独使用口腔内图像或口腔内图像与不考虑患者的特定齿系或解剖结构的牙冠下特征的库存设计的组合，患者齿系或解剖结构的口腔内图像与体积图像的组合可用于生成牙齿修复品的较好设计。

[0048] 图像处理系统120可用于使用用于组合来自至少两幅不同图像或不同类型的图像的相同特征的任何算法，包含但不限于ICP过程、4PCS过程、ICP或4PCS的某一其它变体和/或其它点集配准过程，把来自预先获得的口腔内图像(例如，可从先前扫描的患者文件132获得)的元素与体积图像的对应体素配准(register)。点集配准也称为点匹配(point matching)，是寻找将两个点集对准到全局一致的模型中的空间变换的过程。ICP是用于将两个点云(如体素)之间的差异减到最小的算法。在ICP算法中，一个点云(基准或目标)保持固定，而另一点云(源)被估计(例如，使用均方差(MSE)函数)和变换以最好地匹配基准。ICP算法迭代地修订将从源点云到基准点云的距离减到最小所需的变换(平移与旋转的组合)。4PCS是使用宽基的3D点集的快速且稳健的对准方案，其中已知宽基能够应对噪声和异常值。4PCS算法允许配准可能受异常值污染的原始噪声数据，而不对该数据进行预滤波或去噪声。4PCS可在没有关于起始对准的任何假设的情况下，显著减少用于在噪声存在的情况下建立基础表面之间的可靠配准的迭代或试验的次数。4PCS可从3D点集提取共面4点集，其中共面4点集在刚性变换下大致上与共面4点的给定集合叠合。

[0049] 组合口腔内图像和体积图像的益处可包含治疗已掉落整颗牙齿或牙齿的一部分的患者，且治疗计划包含在缺齿部位(即，无齿部位或没有牙齿的部位)的基于植入的人工牙放置。体积图像可提供口腔内图像中未示出的细节。患者解剖结构的口腔内图像的可用性可由图像处理系统120或220使用以向牙科医生做出初始牙冠形状和大小的推荐，其中牙科医生考虑到修复物设计而在修复物设计和制造系统100中使用治疗计划软件(例如，CAD/CAM软件)以实现集成式植入计划做法。如果在生成口腔内图像时，患者具有比II类差的错位咬合时，那么口腔内图像可能具有有限的适用性。

[0050] 图5说明使用口腔内图像与体积图像两者的实例流程500。在开始步骤510中，经由图像获取装置110获取患者3D齿系图像134，该患者3D齿系图像134采用患者的解剖结构的口腔内图像的形式。在下一步骤520，如果体积图像可用，那么可经由成像模块142将口腔内图像与体积图像(预先保存或最近获取的另一患者3D齿系图像134)配准。如果体积图像可用，那么可使用点集配准过程(例如，ICP或4PCS)把口腔内图像与体积图像组合。在另一步骤530中，可通过把从所配准的口腔内与体积图像导出的口腔内图像分段而获得牙冠数据138。在下一步骤540中，CAD/CAM装置140或240可处理牙冠数据138以生成定制(即，患者特定)解剖结构库，以供稍后在需要时使用。在另一步骤550中，可将原始口腔内图像和牙冠数据138在存储装置130中(如在本地计算机系统中或安全地在远程服务器中)保存到患者特定库(如患者CAD格式库136)或患者文件132。在下一步骤560中，当在解剖结构(如齿系)中检测到临床上显著的改变时或如果在解剖机构(如齿系)中检测到临床上显著的改变，稍后在重新扫描患者时，可重复该过程。接着，如上所述，可生成设计文件，和/或可基于口腔内图像和牙冠数据138来制造牙齿修复品。

[0051] 在其它实施例中，可在不使用口腔内图像的情况下单独基于体积图像从齿系3D图像生成牙齿修复品的设计。

[0052] 在另一实例中，可使用点集配准过程(例如，ICP或4PCS)根据多幅口腔内图像生成口腔内图像(齿系的改变之前或齿系的改变之后)，或可使用点集配准过程(例如，ICP或4PCS)根据多幅体积图像生成体积图像(齿系的改变之前或齿系的改变之后)。举例来说，可在不同时间(例如，在各种检查时)获得多幅口腔内图像。可组合这些3D图像(例如，口腔内图像和/或体积图像)以生成表示随着时间的齿系细微改变的复合口腔内图像，或可针对扫描误差或噪声来校正以提供更准确的3D图像。或者，可将齿系显著改变之前的最近3D图像用作牙齿修复品的设计的基础(在推荐牙齿修复品时)，这是因为最近3D图像可示出齿系最近的普通磨损。

[0053] 图6说明另一实施例600，其中3D图像(例如，光学图像)可用于生成牙齿修复品(如内嵌体)。举例来说，在常规牙齿检查(如每2到5年进行一次)期间，获得患者的牙冠数据，其中牙冠数据使用图像获取装置110(如口腔内扫描器112)而采集原始牙齿形状A，如步骤610所示。可经由分段模块146将因此获得的口腔内图像分段为个别牙冠，且将口腔内图像作为数字3D图像文件(例如，STL文件)存储在图像处理系统120的存储装置130中。此组数字3D图像文件可提供患者的个性化解剖结构库。

[0054] 如果患者需要治疗或当患者需要治疗(如构造内嵌体)时，牙科医生可使用图像获取装置110来扫描需要治疗的特定牙齿或制备好的牙齿，以采集预备的牙齿形状B(表示与保存的原始牙齿形状扫描相同的患者牙齿)，如步骤620所示。可经由分段模块146从全齿系扫描对将构造内嵌体的特定牙齿进行分段。接着，可将此分段的牙齿(如预备的牙齿)与来自先前使用CAD装置140创建的患者的个性化解剖结构库的同一牙齿的分段数字表示(即，原始牙齿形状A)配准或比较，如步骤630所示。点集配准过程(例如，4PCS或ICP算法)可用于两个数据集的配准。

[0055] 图像处理系统120的CAD/CAM软件可把患者自身的个性化解剖结构库用于待制造的内嵌体的设计。布尔运算(如把预备的牙齿形式的3D CAD/CAM模型从原始健康牙齿形式的3D CAD/CAM模型减去(即，A–B)，以计算原始牙齿形状A与制备后牙齿形状B之间的体积形状或差异)可提供与患者自然牙齿类似咬合面的内嵌体的接近最终设计，如步骤640所示。接着，在需要时，可在3D CAD/CAM软件中使用工具(如数字打蜡工具)来修改初始设计，如步骤650所示。数字打蜡使得牙科医生在需要时通过添加或去除材料(如腊)而精细微调设计。
布尔运算和/或修改步骤650可由设计模块148执行。

[0056] 接着，可由制造装置150(如3D打印机)来制造牙齿修复品的设计文件(如STL文件)，如步骤660所示。制造装置可位于牙科诊室(如设计被生成之处)或远离牙科诊室的另一位置。制造装置150可使用研磨机械或叠加制造装置，其中叠加制造装置使用叠加制造技术，包含但不限于立体光刻3D打印或基于DLP的3D打印。在另一实例中，图6的方法600可还使用修复物设计和制造系统100的其它硬件和/或组件来执行。

[0057] 另一实体提供用于根据患者的一幅或更多幅牙齿图像生成牙齿修复品的设计的方法700，如图7的流程图所示。该方法包含获得患者的齿系改变之前的患者的齿系3D图像，如步骤710所示。接着是确定患者的齿系改变的步骤，如步骤720所示。该方法的下一步骤是至少基于齿系改变之前的齿系3D图像自动地生成患者的至少一颗牙齿的牙齿修复品的设计，如步骤730所示。

[0058] 在另一实例中，该方法可还包含把设计文件形式的设计发送到制造装置，且接着基于设计文件而制造牙齿修复品，如前所述。

[0059] 各种技术或某些方面或其部分可采取体现在有形介质中的程序代码(即指令)的形式，有形介质包含但不限于软盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、硬盘、非暂时性计算机可读存储介质或任何其它机器可读存储介质，其中程序代码被加载到机器(如计算机)中并由该机器执行，而该机器成为实施各种技术的设备。电路(如计算电路)可包含硬件、固件、程序代码、可执行代码、计算机指令和/或软件。非暂时性计算机可读存储介质可以是不包含信号的计算机可读存储介质。在可编程计算机上执行程序代码的状况下，计算装置可包含处理器、可由处理器读取的存储介质(包含易失性和非易失性存储器和/或储存元件)、至少一个输入装置和至少一个输出装置。易失性和非易失性存储器和/或储存元件可以是随机存取存储器(RAM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、闪存盘、光盘、磁性硬盘、固态磁盘或用于存储电子数据的其它介质。可实施或利用本文所述的各种技术的一个或多个程序可使用应用编程接口(API)、可重用控件等。这些程序可以用高级过程语言或面向对象编程语言来实施，与计算机系统通信。然而需要时，这些程序可以用汇编语言或机器语言来实施。在任何状况下，语言可以是编译语言或解释语言，且与硬件实施方案组合。

[0060] 应理解，所述的许多功能单元以被标记为模块，使更明确地强调其实施独立性。例如，模块可被实施为包括定制大规模集成(VLSI)电路或门阵列、成品半导体(包含但不限于逻辑芯片)、晶体管或其它离散组件的硬件电路。模块还可实施为可编程硬件装置，包含但不限于现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置等。

[0061] 模块还可实施为软件以由各类处理器执行。可执行代码的已标识模块例如包括一个或多个计算机指令的物理或逻辑块，物理或逻辑块可以组织为对象、过程或函数。然而，已标识模块的可执行代码不需要物理上在一起，而是可包括存储在不同位置中的不同指令，其中指令在逻辑上结合在一起时构成模块且实现该模块的既定用途。

[0062] 实际上，可执行代码的模块可以是单个指令或许多指令，且可甚至分布在若干不同代码段上、不同程序之间且跨越若干存储器装置。类似地，操作数据在本文中可被标识和说明在模块内，且可体现为任何适当形式且组织在任何适当类型的数据结构内。操作数据可被收集为单个数据集，或可分布在不同位置上(包含分布在不同存储装置上)，且可至少部分仅作为电子信号而存在于系统或网络上。模块可以是无源或有源的，包含可操作以执行预期功能的代理。

[0063] 本说明书全文中对“实例”或“示范性”的引用意味结合该实例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书全文各处出现用语“在实例中”或用词“示范性”未必全部表示同一实施例。

[0064] 如本文所使用，为了方便起见，多个项目、结构元件、组成元件和/或材料可存在于公用列表中。然而，这些列表应解释为，列表的每一成员被个别地标识为单独且唯一的成员。因此，在没有相反指示的情况下，这种列表的个别成员不应仅基于成员存在于公用群组中而被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。此外，本发明的各种实施例和实例可在本文中与其各种组件的替代一起被提及。应理解，这些实施例、实例和替代不应被解释为彼此的实际等同物，而是应被视为本发明的独立且自主的表示。

[0065] 此外，在一个或多个实施例中描述的特征、结构或特性可以按任何适当方式组合。在下文的描述中，提供许多特定细节(如布局实例、距离、网络实例)以全面理解本发明的实施例。然而，本领域的技术人员应认识到，可在没有特定细节中的一者或更多者的情况下，或通过其它方法、组件、布局等来实践本发明。在其它情形下，未示出或详细描述熟知的结构、材料或操作，以避免混淆本发明的方面。

[0066] 虽然前述实例在一个或多个特定应用中说明本发明的原理，但本领域技术人员显而易见，可在不需要创造性劳动的情况下且不偏离本发明的原理和概念对实施方案的形式、用途和细节进行许多修改。因此，除仅受权利要求书限制外，不希望本发明受限制。

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