生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的制作方法

1.本发明涉及医学成像领域。特别地，本发明涉及与用于正颌手术的上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的生成。


背景技术：

2.在正颌手术计划中，正牙医师可以通过在虚拟手术计划之前将上下石膏管形手动移动到目标咬合来获得目标咬合。在创建目标咬合时需要石膏管形。然后可以使用桌面扫描仪将目标咬合模型数字化，并且外科医生使用适当的软件使用咬合模型来执行虚拟手术颌移动以找到正确的上下印模变换矩阵。
3.为了获得石膏管形，患者需要参与不舒服的取模过程。此外，该过程也需要参与该过程的技术人员的时间。石膏管形也很容易破裂。此外，取模过程可能不准确，并且石膏管形需要被存放一段时间。
4.因此，需要一种解决方案，该解决方案将使得能够实现更高效和准确的过程，以便获得要在正颌手术中使用的变换矩阵。


技术实现要素：

5.根据至少一些方面，提供了一种解决方案，其避免了传统的取模和石膏管形，同时仍然允许手动确定目标咬合并获得目标咬合的触觉反馈的可能性。可以例如基于所述上牙弓和下牙弓的扫描数据获得患者的上牙弓和下牙弓的数字印模，或所述上牙弓的第一数字印模和所述下牙弓的第二数字印模，并且然后可以使用一个或多个数字印模生成上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型。在使用上牙弓和下牙弓的物理三维模型创建期望目标咬合之后，可以基于期望目标咬合执行扫描。然后可以基于一个或多个数字印模和来自扫描的数据确定正颌手术中所需的变换矩阵。
6.根据第一方面，提供了一种用于生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的方法。该方法包括获得所述上牙弓和下牙弓的数字印模，或所述上牙弓的第一数字印模和所述下牙弓的第二数字印模；基于所述一个或多个数字印模生成包括所述上牙弓和下牙弓的数字三维模型，或包括所述上牙弓的第一数字三维模型和包括所述下牙弓的第二数字三维模型；输出所述一个或多个数字三维模型以产生所述上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型；获得与期望目标咬合相关联的扫描数据，所述期望目标咬合是基于所述上牙弓和下牙弓的所述物理三维模型的期望相互位置获得的；以及基于所述扫描数据和所述一个或多个数字印模确定所述上牙弓和下牙弓到所述期望目标咬合的所述变换矩阵。
7.根据第二方面，提供了一种用于生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的方法。该方法包括获得所述上牙弓和下牙弓的数字印模，或所述上牙弓的第一数字印模和所述下牙弓的第二数字印模，所述一个或多个数字印模基于所述上牙弓和下牙弓的物理三维模型；获得与期望目标咬合相关联的扫描数据，所述期望目标咬合是基于所述上牙弓和下牙弓的所述物理三维模型的期望相互位置获得的；以及基于所述扫描数据和所述一个或多
个数字印模，确定所述上牙弓和下牙弓到所述期望目标咬合的所述变换矩阵。
8.在实施例中，与所述一个或多个数字印模和/或扫描数据相关联的数据是从口内扫描设备获得的。
9.根据第三方面，提供了一种用于生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的系统。该系统包括至少一个处理单元和连接到所述至少一个处理单元的至少一个存储器。所述至少一个存储器存储程序指令，所述程序指令在由所述至少一个处理单元执行时，使所述系统获得所述上牙弓和下牙弓的数字印模，或所述上牙弓的第一数字印模和所述下牙弓的第二数字印模；基于所述一个或多个数字印模生成包括所述上牙弓和下牙弓的数字三维模型，或包括所述上牙弓的第一数字三维模型和包括所述下牙弓的第二数字三维模型；输出所述一个或多个数字三维模型以产生所述上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型；获得与期望目标咬合相关联的扫描数据，所述期望目标咬合是基于所述上牙弓和下牙弓的所述物理三维模型的期望相互位置获得的；并且基于所述扫描数据和所述一个或多个数字印模确定所述上牙弓和下牙弓到所述期望目标咬合的所述变换矩阵。
10.根据第四方面，提供了一种用于生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的系统。该系统包括至少一个处理单元和连接到所述至少一个处理单元的至少一个存储器。所述至少一个存储器存储程序指令，所述程序指令在由所述至少一个处理单元执行时，使所述系统获得所述上牙弓和下牙弓的数字印模，或所述上牙弓的第一数字印模和所述下牙弓的第二数字印模，所述一个或多个数字印模基于所述上牙弓和下牙弓的物理三维模型；获得与期望目标咬合相关联的扫描数据，所述期望目标咬合是基于所述上牙弓和下牙弓的所述物理三维模型的期望相互位置获得的；并且基于所述扫描数据和所述一个或多个数字印模确定所述上牙弓和下牙弓到所述期望目标咬合的所述变换矩阵。
11.在实施例中，与所述一个或多个数字印模和/或扫描数据相关联的数据是从口内扫描设备获得的。
12.根据第五方面，提供了一种包括程序代码的计算机程序，该程序代码在由至少一个处理单元执行时使所述至少一个处理单元执行第一或第二方面的方法。
13.根据第六方面，提供了一种包括程序代码的计算机可读介质，该程序代码在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行第一或第二方面中的任一个的方法。
14.根据第七方面，提供了一种用于生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的系统。该系统包括用于获得所述上牙弓和下牙弓的数字印模，或所述上牙弓的第一数字印模和所述下牙弓的第二数字印模的部件；用于基于所述一个或多个数字印模生成包括所述上牙弓和下牙弓的数字三维模型，或包括所述上牙弓的第一数字三维模型和包括所述下牙弓的第二数字三维模型的部件；用于输出所述一个或多个数字三维模型以产生所述上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型的部件；用于获得与期望目标咬合相关联的扫描数据的部件，所述期望目标咬合是基于所述上牙弓和下牙弓的物理三维模型的期望相互位置获得的；以及用于基于所述扫描数据和所述一个或多个数字印模确定所述上牙弓和下牙弓到所述期望目标咬合的所述变换矩阵的部件。
15.根据第八方面，提供了一种用于生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的系统。该系统包括用于获得所述上牙弓和下牙弓的数字印模，或所述上牙弓的第一数字印模和所述下牙弓的第二数字印模的部件，所述一个或多个数字印模基于所述上牙弓和下牙弓
的物理三维模型；用于获得与期望目标咬合相关联的扫描数据的部件，所述期望目标咬合是基于所述上牙弓和下牙弓的所述物理三维模型的期望相互位置获得的；以及用于基于所述扫描数据和所述一个或多个数字印模确定所述上牙弓和下牙弓到所述期望目标咬合的所述变换矩阵的部件。
附图说明
16.所包括的用于提供对本发明的进一步理解并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与描述一起帮助解释本发明的原理。附图中：
17.图1a图示了根据实施例的生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的方法的流程图。
18.图1b图示了根据实施例的生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的方法的另一个流程图。
19.图2a图示了上牙弓和下牙弓的物理三维模型的示例。
20.图2b图示了使用物理三维模型创建的目标咬合的示例。
21.图2c图示了基于物理三维模型获得与期望目标咬合相关联的颊扫描数据的过程。
22.图3图示了描绘包括各种可选硬件和软件组件的示例性系统的系统图。
具体实施方式
23.现在将详细参考本发明的实施例，其示例在附图中示出。
24.以下描述提供了一种解决方案，该解决方案使得能够实现高效和更准确的过程，以获得将在正颌手术中使用的变换矩阵。该解决方案不是准备上牙弓和下牙弓的石膏管形，而是使用例如基于患者口腔的上牙弓和下牙弓的扫描数据的一个或多个数字印模。扫描数据可以例如由口内扫描仪提供。然后可以使用一个或多个数字印模来准备上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型，然后可以使用物理三维模型来创建期望目标咬合。基于期望目标咬合，然后可以确定上牙弓和下牙弓到期望目标咬合所需的变换矩阵。
25.图1a图示了根据实施例的生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的方法的流程图。
26.在100处，例如基于上牙弓和下牙弓的扫描数据获得上牙弓和下牙弓的三维数字印模，或上牙弓的第一数字印模和下牙弓的第二数字印模。在另一个实施例中，可以获得一起包括上牙弓和下牙弓的多个数字印模。这意味着多个数字印模一起可以表示上牙弓和下牙弓。扫描数据可以指例如由口内扫描仪产生和从口内扫描仪接收的数据。因此，可以基于从口内扫描仪接收到的数据生成上牙弓和下牙弓的一个或多个三维数字印模。在其它实施例中，可以使用使得能够提供三维数字印模的任何其它技术，例如三维x射线技术。此外，在实施例中，可以获得上牙弓和下牙弓的至少一部分的三维数字印模，或上牙弓的至少一部分的第一数字印模和下牙弓的至少一部分的第二数字印模，而不是完整的上牙弓和下牙弓。
27.在102处，基于这一个或多个三维数字印模生成包括上牙弓和下牙弓的数字三维模型，或包括上牙弓的第一数字三维模型和包括下牙弓的第二数字三维模型。数字三维模型准确再现上牙弓和下牙弓。数字三维模型可以由一个或多个文件表示，该一个或多个文
件以后可以用于产生上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型。在另一个实施例中，代替单个数字三维模型，可以为上牙弓和下牙弓准备单独的数字三维模型。
28.在104处，输出数字三维模型以产生上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型。输出可以指例如经由数据接口传输包括一个或多个数字三维模型的一个或多个文件以使得能够随后产生上牙弓和下牙弓的物理三维模型。在另一个示例中，文件可以直接传输到计算机辅助制造(cam)设备，例如，传输到3d打印设备，以获得上牙弓和下牙弓的物理三维模型。
29.在106处，获得与期望目标咬合相关联的扫描数据，期望目标咬合是基于上牙弓和下牙弓的物理三维模型的期望相互位置获得的。术语“扫描”通常可以指下牙弓和上牙弓处于咬合状态的扫描。扫描数据可以包括仅关于牙龈和处于咬合状态的数据。在另一个实施例中，扫描数据可以包括关于处于咬合状态的牙龈和牙齿的数据。在又一个实施例中，扫描数据可以包括牙齿处于咬合状态的数据。扫描数据可以源自例如提供数字成像数据的口内扫描仪。上牙弓和下牙弓的物理三维模型可能已经定位到期望目标咬合，并且可能已经使用口内扫描仪进行扫描。在实施例中，扫描数据仅包括上牙弓和下牙弓的物理三维模型的完整颊扫描的一个或多个部分。作为示例，扫描数据可以包括关于牙齿的臼齿区域的数据，或者仅来自一侧或者来自两侧。在另一个实施例中，扫描数据可以包括上牙弓和下牙弓的物理三维模型的完整颊扫描。此外，在实施例中，扫描数据可以源自上牙弓和下牙弓的物理三维模型的舌侧。
30.在108处，基于扫描数据和一个或多个数字印模确定上牙弓和下牙弓到期望目标咬合的变换矩阵。由于一个或多个数字印模用于生成上牙弓和下牙弓的物理三维模型，因此扫描数据与上牙弓和下牙弓的数字三维模型非常准确地对应。这可能意味着仅扫描期望目标咬合中的上牙弓和下牙弓的一部分就足够，基于此可以确定变换矩阵。例如，如果扫描数据仅包括有限数量的牙齿的数据，例如，来自目标咬合中的上牙弓和下牙弓的1
‑
3个牙齿，仍然可以确定变换矩阵。可以基于数字印模确定期望目标咬合的其余部分，因此可以计算所有必要的变换矩阵。有限数量的牙齿可以包括例如来自颊部、唇部或舌部中的至少一个的一个或多个牙齿。由于扫描数据与上牙弓和下牙弓的数字化三维模型非常准确对应，这也可能意味着扫描数据可能仅包含上牙弓和下牙弓完整扫描或颊扫描的一小部分，并且可以基于完整扫描的该一小部分来确定期望目标咬合。
31.图1b图示了根据实施例的生成与上牙弓和下牙弓相关联的变换矩阵的方法的另一个流程图。
32.在110处，获得上牙弓和下牙弓的数字印模，或上牙弓的第一数字印模和下牙弓的第二数字印模，一个或多个数字印模基于上牙弓和下牙弓的物理三维模型。物理三维模型可能已经基于与患者相关联的牙科数据提前准备。物理三维模型可能已基于例如使用口内扫描仪产生的数据产生。
33.在112处，获得与期望目标咬合相关联的扫描数据，期望目标咬合是基于上牙弓和下牙弓的物理三维模型的期望相互位置获得的。术语“扫描”通常可以指下牙弓和上牙弓处于咬合状态的扫描。扫描数据可以包括仅关于牙龈和处于咬合状态的数据。在另一个实施例中，扫描数据可以包括关于处于咬合状态的牙龈和牙齿的数据。在另一个实施例中，扫描数据可以包括处于咬合状态的牙齿的数据。扫描数据可以源自例如提供数字成像数据的口内扫描仪。上牙弓和下牙弓的物理三维模型可能已经定位到期望目标咬合，并且可能已经
使用口内扫描仪进行扫描。在实施例中，扫描数据仅包括上牙弓和下牙弓的物理三维模型的完整颊扫描的一个或多个部分。作为示例，扫描数据可以包括关于牙齿的臼齿区域的数据，或者仅来自一侧或者来自两侧。在另一个实施例中，扫描数据可以包括上牙弓和下牙弓的物理三维模型的完整扫描或颊扫描。此外，在实施例中，扫描数据可以源自上牙弓和下牙弓的物理三维模型的舌侧。
34.在114处，基于扫描数据和一个或多个数字印模确定上牙弓和下牙弓到期望目标咬合的变换矩阵。
35.图1b所示的解决方案提供了一种解决方案，其中基于上牙弓和下牙弓的相同物理三维模型获得至少一个数字印模和扫描数据。
36.上面讨论的解决方案的优点是可以避免传统的取模和石膏管形，同时仍然允许手动确定目标咬合并获得目标咬合的触觉反馈的可能性。此外，当使用通过从患者口腔扫描牙弓获得的原始数字印模时，随后仅从上牙弓和下牙弓的物理三维模型扫描期望目标咬合或仅期望目标咬合的部分就足够。
37.上面讨论的步骤100
‑
114可以通过使用在数据处理设备例如计算机中可执行的一个或多个软件程序来实现为计算机实现的方法。
38.图2a图示了上牙弓204和下牙弓202的物理三维模型200的示例。下牙弓202和上牙弓可以例如基于使用例如来自患者口腔的口内扫描仪扫描的数字印模用3d打印机打印。当基于数字印模产生物理三维模型200时，物理三维模型200是上牙弓和下牙弓的比通过产生石膏管形的不舒服的取模过程获得的复制品精确得多的复制品。
39.图2b图示了使用物理三维模型200创建的期望目标咬合206的示例。可以通过将下牙弓202和上牙弓204手动移动到相对于彼此的期望位置来达到期望目标咬合206。
40.图2c图示了基于物理三维模型200获得与期望目标咬合206相关联的扫描数据或颊扫描数据的过程。可以通过使用口内扫描仪208获得与期望目标咬合206相关联的颊扫描数据。正牙医师可以使用口内扫描仪208来扫描上牙弓和下牙弓的物理三维模型200的完整颊扫描的至少一部分。并且更一般地，在示例实施例中，仅扫描期望目标咬合中的上牙弓和下牙弓的一部分就足够，基于此可以确定变换矩阵。例如，如果扫描数据仅包括有限数量的牙齿的数据，例如，来自目标咬合中的上牙弓和下牙弓两者的1
‑
3个牙齿，仍然可以确定变换矩阵。可以基于数字印模确定期望目标咬合的其余部分，因此可以计算所有必要的变换矩阵。有限数量的牙齿可以包括例如颊部、唇部或舌部中的至少一个的一个或多个牙齿。因此，由于物理三维模型200已基于患者上牙弓和下牙弓的数字印模产生，因此仅对期望目标咬合206中的物理三维模型200的一小部分执行扫描可能就足够。此外，口内扫描仪208的使用使得能够以高效和简单的方式获得关于期望目标咬合206中的上牙弓和下牙弓的数据。
41.图3图示了描绘示例性系统300的系统或装置图，该示例性系统包括各种可选的硬件和软件组件，一般地在302处示出。系统300中的任何组件302可以与任何其它组件通信，但是为了便于图示并未示出所有连接。系统300可以是多种计算设备中的任何一种(例如，计算机、膝上型计算机、基于云的服务器等)并且可以允许与一个或多个通信网络的双向通信，诸如互联网。
42.所示系统300可以包括一个或多个控制器或处理器304(例如，信号处理器、微处理器、asic或其它控制和处理逻辑电路系统)，用于执行诸如信号编码、数据处理、输入/输出
处理、功率控制等任务和/或其它功能之类的任务。操作系统312可以控制组件302的分配和使用以及对一个或多个应用程序314的支持。应用程序可以包括常见的计算应用(例如，服务器软件)，或任何其它计算应用。
43.所示系统300可以包括存储器306。存储器306可以包括非可移除存储器310和/或可移除存储器308。非可移除存储器310可以包括ram、rom、闪存、硬盘或其它众所周知的存储器存储技术。可移除存储器308可以包括闪存或其它众所周知的存储器存储技术。存储器306可以用于存储用于运行操作系统312和应用314的数据和/或代码。示例数据可以包括文本、图像、声音文件、视频数据或要经由一个或多个有线或无线网络发送到一个或多个网络服务器或其它设备和/或从一个或多个网络服务器或其它设备接收的其它数据集。系统300还可以包括显示器318和至少一个输入/输出接口316，其可以是usb端口、ieee 1494(火线)端口和/或rs
‑
242端口等。
44.所示的组件302不是必需的或包括所有的，因为可以删除任何组件并且可以添加其它组件。
45.系统300可以被配置为部分地或完全地实现图1a和1b中所示的各种特征、示例和实施例。本文描述的功能可以至少部分地由一个或多个计算机程序产品组件诸如软件组件来执行。根据示例，处理器304可以由程序代码配置，该程序代码在被执行时执行所描述的操作和功能的示例和实施例。替代地或附加地，本文描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来执行。例如但不限于，可以使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(fpga)、程序专用集成电路(asic)、程序专用标准产品(assp)、系统级
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芯片系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、图形处理单元(gpu)。
46.此外，系统300的一个或多个所公开的元件或组件302可以构成用于获得上牙弓和下牙弓的数字印模，或上牙弓的第一数字印模和下牙弓的第二数字印模的部件；用于基于一个或多个数字印模生成包括上牙弓和下牙弓的数字三维模型，或包括上牙弓的第一数字三维模型和包括下牙弓的第二数字三维模型的部件；用于输出一个或多个数字三维模型以产生上牙弓和下牙弓的单独物理三维模型的部件；用于获得与期望目标咬合相关联的扫描数据的部件，期望目标咬合是基于上牙弓和下牙弓的物理三维模型的期望相互位置获得的；以及用于基于扫描数据和一个或多个数字印模确定上牙弓和下牙弓到期望目标咬合的变换矩阵的部件。
47.此外，系统300的一个或多个所公开的元件或组件302可以构成用于获得上牙弓和下牙弓的数字印模，或上牙弓的第一数字印模和下牙弓的第二数字印模的部件，一个或多个数字印模基于上牙弓和下牙弓的物理三维模型；用于获得与期望目标咬合相关联的扫描数据的部件，期望目标咬合是基于上牙弓和下牙弓的物理三维模型的期望相互位置获得的；以及用于经由扫描数据和一个或多个数字印模确定上牙弓和下牙弓到期望目标咬合的变换矩阵的部件。
48.此外，在一个实施例中，处理器304可以被配置为执行图1a和/或图1b中讨论的方法步骤。
49.示例实施例可以用软件、硬件、应用逻辑或软件、硬件和应用逻辑的组合来实现。示例实施例可以存储与本文描述的各种方法相关的信息。该信息可以存储在一个或多个存储器中，诸如硬盘、光盘、磁光盘、ram等。一个或多个数据库可以存储用于实现示例实施例
的信息。可以使用包含在本文所列的一个或多个存储器或存储设备中的数据结构(例如，记录、表格、阵列、字段、图形、树、列表等)来组织数据库。关于示例实施例描述的方法可以包括用于将由示例实施例的设备和子系统的方法收集和/或生成的数据存储在一个或多个数据库中的适当数据结构。
50.可以使用根据示例实施例的教导编程的一个或多个通用处理器、微处理器、数字信号处理器、微控制器等方便地实现示例实施例的全部或一部分，如一个或多个计算机和/或软件领域的技术人员将理解的。如软件领域的技术人员将理解的，基于示例实施例的教导，普通技术的程序员可以容易地准备适当的软件。此外，如一个或多个电气领域的技术人员将理解的，示例实施例可以通过准备专用集成电路或通过互连常规组件电路的适当网络来实现。
51.在本文件的上下文中，“计算机可读介质”可以是可以包含、存储、通信、传播或传输指令以供指令执行系统、装置或设备，诸如计算机，使用或与其结合使用的任何介质或部件。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备，诸如计算机，使用或与其结合使用的指令的任何介质或部件。计算机可读介质可以包括参与向处理器提供指令以供执行的任何合适的介质。这种介质可以采用多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质、传输介质等。
52.虽然已经示出和描述并指出了应用于其优选实施例的基本新颖特征，但是应该理解的是，本领域技术人员可以对所描述的设备和方法的形式和细节进行各种省略和替换以及改变而不脱离本公开的精神。例如，明确意在以基本相同的方式执行基本相同的功能以实现相同结果的那些元件和/或方法步骤的所有组合都在本公开的范围内。此外，应当认识到的是，结合任何公开的形式或实施例示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以作为一般设计选择问题并入任何其它公开的或描述的或建议的形式或实施例中。此外，在权利要求中，部件加功能条款旨在涵盖本文描述为执行所述功能的结构，并且不仅是结构等效形式，而且是等效结构。
53.鉴于本领域技术人员的共同一般知识，申请人由此单独公开本文描述的每个单独特征以及两个或更多个此类特征的任何组合，以使得此类特征或组合能够基于本说明书作为整体来执行，无论这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出所公开的方面/实施例可以由任何这样的单个特征或特征的组合组成。鉴于前面的描述，本领域技术人员清晰的是，可以在本公开的范围内进行各种修改。