專利名稱：用于診斷和美容成像的口腔內照相機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及用于牙齒成像的方法和裝置，尤其涉及一種口腔內窺 照相裝置，其具有用于齲齒檢測以及陰影匹配的能力。
背景技術：
數(shù)字成像適用于牙科服務以用于診斷和美容的目的。例如，已經研發(fā)出 大量牙齒成像系統(tǒng)用于在齲齒的不同階段對齲齒進行診斷，能夠輔助診斷任
務而不需使用x射線或者其他致電離輻射。 一種已經商業(yè)化的方法釆用當用高
強度藍光照明牙齒時而激發(fā)的熒光性能。該技術，術語叫做光致濾光器(LIF ), 基于這樣的原則而工作，即健全健康的牙齒組織，比起由于齲齒感染而被破 壞的去礦化牙齒組織，在某些波長激發(fā)下會產生更高強度的熒光。礦物質流 失和藍光激發(fā)下的熒光度減小之間的緊密關系被用于識別以及評價牙齒的齲 齒區(qū)域。已經發(fā)現(xiàn)，對于紅光激發(fā)，則有著不同的關系，對于一部分光譜， 在齲齒區(qū)域的細菌和細菌副產品吸收和發(fā)熒光比健康區(qū)域更明顯。利用該特 性,Alfano的題為"Method and Apparatus for Detecting the Presence of Caries in Teeth Using Visible Luminescence"的US專利申請NO. 4290433 公開了一種通過比較兩種波長的被激發(fā)發(fā)光來檢測齲齒的方法。de Josselin de Jong等人的題為"Method and Apparatus for the Detection of Carious Activity of a Carious Lesion in a Tooth"的US專利申請No. 6， 231， 338中 也公開了使用熒光效應來進行齲齒檢測。
可見光的發(fā)射比特性也被用于口腔齲齒診斷。例如，Alfano的題為 "Method and Apparatus for Detecting the Presence of Caries in Teeth Using Visible Light"的US專利No. 4， 479， 499描述了一種通過比較兩種不同波長的散射光的強度來檢測齲齒的方法。
一般所指的，美國專利公開
2007/0099148，前面所提到的，給出了 一種改進的用于齲齒檢測的方法，其 組合了熒光效應和反射效應。
在眾多用于診斷牙齒成像的商業(yè)化產品中，使用熒光特性是荷蘭阿姆斯 特丹的來自INSPEKTOR研究系統(tǒng)BV的QLF醫(yī)療系統(tǒng)，記栽于US專利6， 231， 338 中。來自德國Biberach KaVo Dental股份有P艮公司的Diagnodent激光齲齒檢 測救護，使用不同的方法，記載于US專利6，024，562中，通過在紅光照明下 監(jiān)控細菌副產品的熒光密度來檢測齲齒的活躍性。其他商業(yè)產品，比如來自 紐約歐文頓(Irvington)的電光科學的DIFOTI系統(tǒng)，記栽于美國專利 6， 672， 868中，使用穿過牙齒結構的光傳輸來用于診斷成像。
診斷成像方法已經被研發(fā)用來與手持設備一起使用。例如，Naoki Katsuda 等人的題為"Diagnostic Imaging Apparatus" US專利申請^^開2005/0003323 描述了一種復合手持成像裝置，利用熒光或者反射成像，適用于醫(yī)療或者牙 齒應用。Katsuda的該3323的公開內容使出了一種裝置，其接受來自診斷目標 的反射光和/或具有不同光線照射的診斷目標的熒光。但是，使用這種方法， 任意不希望的鏡面反射都會在反射成像中產生錯誤的正值。進一步地，根據(jù) 所公開的不同照明實施例，由于光源非常接近診斷目標，導向牙齒或者其他 診斷目標的照射光并不均勻。
美容牙科醫(yī)術某種程度上也利用了數(shù)字成像性能，主要地用于牙齒修復 或者換牙中的陰影匹配。已經提出了多種方案用于提供一些形式的自動陰影 匹配來協(xié)助牙醫(yī)。Lehmann的題為"Tooth Shade Analyzer System and Methods" 的US專利6， 132， 210 and 6, 305, 933， Graham等人的題為"Tooth Shade Scan System and Method，，的美國專利公開文本No. 2005/0074718中給出了一些示 例。Inglese的題為"Equipment and Method for Measuring Dental Shade" 的國際7^開文本W02005/080929和0，Brien的題為"Remote Color Measurement Device，，的US專利No. 4,881， 811給出了 一些用于美容成像的裝置方案。涉及 陰影匹配的商業(yè)化手持產品包括來自加拿大蒙特利爾Cynovad的ShadeScanTM系統(tǒng)，記載于2002年2月的Cynovad手冊1019上，此外還包括來自MI， Grandville X-Rite有限公司的Shade-RiteTM牙齒視覺系統(tǒng)，記載于US專利 7,030,986。尤其地，手持陰影匹配系統(tǒng)并不是被設計來便于接近所有的牙齒， 而是前端的牙齒。傳統(tǒng)的陰影匹配技術能夠對牙齒顏色進行可以接受的匹配， 但是并不能提供足夠的數(shù)據(jù)來提供看上去像真的并且呈現(xiàn)出 一定量半透明性 能的牙齒替代品。這主要是因為傳統(tǒng)的美容成像系統(tǒng)主要是涉及顏色匹配， 而并不能提供足夠多的關于牙齒半透明性能和表面紋理的信息。對于測量半 透明度的美容系統(tǒng)來說，并沒有或者很少關注照射的均勻度。這導致光線的 不均勻分布并減少了用于對牙齒半透明度進行測量的系統(tǒng)的整個精度。
無論現(xiàn)在牙齒從業(yè)者所使用的圖像設備的成長范圍是用于診斷和美容目 的，都仍有改進的空間。診斷成像裝置和陰影匹配系統(tǒng)仍然是分離的設備， 每個系統(tǒng)都具有自己的光學要求。大范圍地來說，這是它們不同功能的結果， 影響了照明、光線形狀和成像系統(tǒng)的多個因素。例如，用于診斷成像的照明 要求，極大地利用了半透明效應，明顯地與美容成像的那些相區(qū)別。鏡面反 射對于診斷成像和美容成像都是不希望有的，但是對于每種類型的成像都必 須以不同的方式進行補償。圖像感覺，偏振和光譜內容的使用，以及其它特 征進一步地把診斷系統(tǒng)與美容系統(tǒng)區(qū)別開來。因此，提供一種既能用于診斷 又能用于美容功能的口腔內照相機，是很有利的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目標是提供一種改進的裝置和方法用于牙齒成^"。為了實 現(xiàn)該目標，本發(fā)明提供了一種用于獲取牙齒圖像的裝置，包括至少一個沿著 光軸設置的圖像傳感器；至少一個用于反射成像的一個寬帶照明裝置；用于熒 光成像的窄帶紫外照明裝置； 一個或者多個沿著光軸設置的用于消除鏡面反 射的偏振元件；沿著光軸設置的用于阻擋窄帶紫外光的濾光器；用于選擇反射 和熒光成像的工作模式之一的開關。
根據(jù)本發(fā)明方法的實施例在獲取牙齒圖像用于美容成像上非常有幫助， 其包括的步驟有把光從光源導向牙齒，用于獲取單色圖像用于半透明度測量；把偏振可見光從一個或多個顏色光源導向所述牙齒用于獲取偏振顏色反射圖
像；對所述照明均勻度與牙齒形狀進行校準；根據(jù)所獲取的圖像來計算牙齒 陰影，用于牙齒修復；使用計算所得的陰影信息來顯示牙齒的模擬圖像；獲 取客戶對所顯示的圖像的反饋；發(fā)送或者保存所述牙齒陰影信息。
本發(fā)明的特征在于利用通用光學系統(tǒng)用于診斷以及美容成像。本發(fā)明的 優(yōu)點是提供一種單一成像設備用于牙齒應用范圍。
本領域普通技術人員在閱讀了下文的詳細闡述以及參閱相關附圖之后， 可以了解到本發(fā)明的上述特點和優(yōu)點以及其他特點和優(yōu)點。在附圖中示出并 說明了本發(fā)明的示范性實施例。


由說明書所推得的權利要求書尤其地指出并明確地主張了本發(fā)明的主 題。通過結合附圖根據(jù)下文中的說明可以更好理解本發(fā)明。
圖l是根據(jù)一個實施例的用于齲齒檢測和陰影匹配的成像裝置的示意框
圖2是根據(jù)用于診斷和美容成像的成像探針的示意框圖； 圖3a至3d示出了本發(fā)明實施例中適用作照明裝置的元件的不同配置的范 例示意圍；
圖4是設置用作診斷成像的成像探針的示意框圖5示出了，沿著圖4的5-5線從前方看去的，用于圖4實施例中的多個照 明裝置的一種配置。
圖6示出了成像探針的備選實施例，其使用折疊鏡用于更有利的接近牙齒
表面；
圖7示出了使用偏振分光器的診斷模式光徑的另一個備選實施例；
圖8a和圖8b示出了用于顏色連續(xù)照明方法的兩種設置；
圖9a和圖9b示出了用于獲取發(fā)射光的附加裝置的兩個實施例；
圖10示出了具有兩個傳感器的探針100的配置；
圖ll示出了具有三個傳感器的探針100的配置；
圖12示出了具有兩個傳感區(qū)域的探針100的配置；圖13示出了用于測量牙齒半透明度的基于點的方法 圖14是示出了如何在診斷或者美容模式下操作本發(fā)明的成像裝置的邏輯 流程圖15是示出了處理器邏輯如何使用圖14中過程中所獲得的顏色數(shù)據(jù)和半 透明度來進行陰影匹配的方法的邏輯流程圖；以及
圖16示出了適用于本發(fā)明的裝置的光源的備選配置。
具體實施例方式
本發(fā)明的方法和裝置結合了診斷和美容功能來為牙齒從業(yè)者提供一種通 用的口腔內成像系統(tǒng)。如背景技術部分所提到的，診斷成像和美容成像要求 上存在著很大的區(qū)別，包括不同的光源和光學系統(tǒng)要求，用于鏡面反射的適 度補償，不同的圖像處理。進一步的，美容成像本身比較復雜，包括的不僅 僅是陰影匹配。除了匹配顏色，精確的美容成像也需要獲得關于更細微牙齒 特征的附加信息，包括半透明度、表面紋理、光澤以及其它特征。
一般所指的，前面所提到的美國專利公開2007/0099148，通過引用的方 式結合到本文中，給出了一種診斷成像方法，其結合了熒光和反射效應來提 供具有反射增強的熒光成像(FIRE)。較佳地，F(xiàn)IRE檢測在齲齒感染的早期 可以比較精確，比起使用現(xiàn)有的僅僅測量熒光度的熒光方法所表現(xiàn)出的。本 發(fā)明的裝置和方法進一步地拓展了FIRE成像的使用，如該9148申請中所詳細 描述的，從而在使用單個口腔內照相機時可為美容成像提供更多的優(yōu)點。
圖1的示意框圖示出了 一個實施例中用于診斷和美容的口腔內成像的成 像裝置150的基本元件。成像探針100用于獲取牙齒20的圖像，用于美容或者 成像目的。控制邏輯處理器140與探針100進行通信來獲得圖像數(shù)據(jù)并在顯示 142上提供處理的圖像。
成像裝置150可以在兩種模式的任意一種下工作診斷模式或者美容成像
模式。后續(xù)實施例中示出了如何使用探針ioo的合適配置以及相應地調節(jié)照
明、數(shù)據(jù)收集、圖像處理和數(shù)據(jù)記錄以及顯示功能來實現(xiàn)在任何一種或兩種 模式下的工作。圖2的示意圖示出了成像探針100的一個實施例，其可用于診斷和美容成 像的目的。探針100具有手柄32和探針延長40。通用光軸O用于捕獲診斷和和 美容圖像。對于任意類型圖像的照明由一個或者多個照明裝置12a， 12b， 12c， 或者12d提供，其包括光源和光束成形光學元件?？蛇x附加裝置30為半透明測 量提供照明。探針100也包括模式開關36，其用于選擇任一種工作模式診斷 或美容。成像組件34包括成像傳感器及其支持光學元件，如下文所說明的。
照明裝置12a-12d中的每一個也可既具有光源又具有光束成形光學元件。 每個照明裝置可以具有其自己的光源，或者一個光源可以為多個照明裝置 12a-12d服務，比如其為每個照明裝置都配備有合適的光i普選擇濾光器。該光 源可以是固態(tài)光源，比如發(fā)光二極管(LED)或者激光，或者可以是寬帶光源 比如氙弧燈或者其它類型光源。
圖3a到3d示出了本發(fā)明實施例中不同元件配置的范例示意圖，這些不同 的元件配置可以用于照明裝置12a-12d。這些配置中的每一種都具有光源n。 光束成形光學元件22,比如光束成形元件22a， 22b，或"c對光線進行成形使 之達到牙齒表面的均勻照明的條件。如果來自光源的光束分布對于牙齒表面 的照明已經足夠均勻，那么不需要光束成形光學元件。圖3a的光束成形元件 22a是散光片。圖3b的光束成形元件22b是球面或者非球面光學元件。圖3c的 光束成形元件22c是光管。圖3d示出了在一個照明裝置中組合使用多個這些不 同元件的配置。照明裝置12a-12d中的部分其它光束成形元件可以包括光導結 構或者光分配結構比如光纖或者液體光導(未示出)。在強度上，光的級別 一般是幾個毫瓦，但是也可以更大或者更小，取決于所使用的光成形和感知 元件。
每個照明裝置12a-12d可以按照多種方式來進行設置，下面將詳細示出。 用于每個照明裝置的光源21為各種不同的成像模式發(fā)射出具有合適波長的
光。在一個實施例中，例如，照明裝置i^中的光源n發(fā)射出寬帶可見光
(400nm-700nm)用于偏振反射成像，或者由光源發(fā)出具有不同光譜的組合， 比如紅光、綠光和藍光發(fā)光二極管(LED)的組合。照明裝置12b中的光源21發(fā)射出窄帶紫外(UV)光(375nm- 425nm)用于激發(fā)牙齒熒光性能。照明裝 置Hc中的光源21發(fā)射出紅外(NR)光用于半透明度測量。照明裝置12d中的 光源n發(fā)射出藍光或者UV用于牙齒表面紋理測量。照明裝置12a中所使用的光 也可以從其它源比如日光模擬器中獲得。 診斷成<1^莫式
圖4和5中的示意圖示出了配置用于診斷成像的探針100。探針100具有手 柄32和探針延長40，其被設計用于在兩種成像模式下都可插入口中。照明裝 置12a,在置于照明裝置12a之前的偏振器42a的協(xié)助下，為偏振反射成像而在 牙齒表面上提供均勻偏振白光照明。照明裝置12b通過帶通濾光器46把UV光引 導向牙齒20來激發(fā)牙齒的熒光性能。帶通濾光器46是可選的，其對改進照明 裝置12b內的來自光源的照明的頻譜純度比較有用。
從牙齒20反射回的光穿過照明裝置的中間開口并穿過分析器44。然后一 個或多個透鏡66反射光線通過光譜濾光器56。光傳濾光器56具有較長的通道， 其能在合適的波長范圍內捕獲熒光，并且能夠阻擋來自光源的激發(fā)光。為了 獲得真彩色反射圖像，選出光譜濾光器56的截斷波長從而使它可以阻擋來自 照明裝置12b的激發(fā)光，而不阻擋來自照明裝置12a的光的藍色部分。從牙齒 20所獲得的熒光圖像在可見范圍內具有相對較寬的光譜分布，發(fā)射的光在用 于激發(fā)的光的波長范圍之外。熒光發(fā)射一般地在大約450腿到600mn之間，而 一般地在綠色區(qū)域內的峰值，基本上從大約510nm到大約550nm。傳感器68— 般地使用綠色級來獲取熒光圖像。不過，其它范圍的可見光譜也可以用于其 它實施例中。當攝取熒光圖像時，如果需要增加熒光信號，分析器44可以從 光軸O移開。再次參照圖l，這些圖像數(shù)據(jù)然后可以被發(fā)回控制邏輯處理器140 用于處理和顯示。
仍然參照圖4和圖5 ，偏振反射圖像數(shù)據(jù)也可以使用多個這種同樣的元件 來獲取。照明裝置12a引導可見光比如白光或者其它寬帶光通過偏振器42a并 到達牙齒20。分析器44，其發(fā)射軸方向與偏振器42的發(fā)射軸正交，拒絕光進 行鏡面反射并把用于形成反射圖像的光發(fā)射到傳感器68。濾光器56可以從光軸o移開或者用其它所需要的濾光元件來替代。
傳感器68可以是多種成像感知元件中的任一種，比如互補金屬氧化物半 導體(CMOS)或者電荷耦合裝置(CCD)傳感器。照明裝置12a和12b中所使用 的光源可以是激光或者其它固態(tài)源，比如使用 一種或者多種發(fā)光二極管(LED) 的組合。備選地，寬帶光源，比如具有用于通過所需波長的支持顏色濾光器 的氙燈，可以使用。
圖5示出了用于圖4所示實施例的多個照明裝置的一種配置。如圖4所示， 探針100具有多個照明裝置12a, 12b， 12c，和12d。具有相同光譜的照明裝置被 配置成相對于成像光學元件的光軸而對稱，用于均勻照明。
成像光學元件，比如圖4所示的透鏡66，可以包括任何合適的光學元件配 置，可能的配置范圍從單透鏡部件到多元件透鏡。不平坦但是具有平滑輪廓 并且高度成脊狀延伸的牙齒表面，其清楚成像需要成像光學元件具有足夠的 場深度。較佳地，對于最佳分辨率，成像光學元件提供了一種適用于傳感器 68的縱橫比的圖像尺寸。
適當?shù)貙φ障鄼C控制進行調整以用于獲取每種類型的診斷圖像。例如， 當捕獲熒光圖像時，需要進行適當?shù)钠毓庹{整用于增益、快門速度和光圈， 因為圖像可能不是密度很高的。如果傳感器68是顏色傳感器，顏色濾光可以 通過照相機圖像傳感器上的顏色濾光器陣列(CFA)來執(zhí)行。即，單曝光可以 捕獲后部散射反射和熒光圖像。在一個實施例中，反射圖像在藍色級被捕獲； 同時地，熒光圖像在綠色級被捕獲。
成像裝置150 (圖l)的圖像處理組合了反射和熒光圖像以獲得示出齲齒 區(qū)域的對比度增強的圖像，如Wong等人的，9148的申請所描述的。不同的方法 可以用于處理、組合并且顯示所獲得的圖像。
圖6示出了探針100的備選實施例，其使用折疊鏡18用于更好地接近牙齒 20的表面。該折疊鏡對于接近臼齒的口腔表面和所有牙齒的咬合面以及舌頭 表面是必需的。圖7示出了使用偏振分光器38的診斷模式光徑的另 一個備選實 施例。照明裝置14提供來自光源14b的穿過光束成形光學元件l"的偏振光，其從偏振分光器38反射出來并被導向牙齒20。光束成形光學元件14a對來自照 明裝置14的光進行成形來提供對牙齒表面的均勻照明。相反的偏振狀態(tài)的反 射光然后通過偏振分光器38被傳向傳感器68。該配置從其它散射光中去除了 鏡面反射光，從而使得從齲齒位置返回的光包括高比例的反射光。使用圖7的 配置，可以從多個配置中選出照明裝置14，比如具有不同波長光源的組合， 或者具有光語選擇濾光器的單光源。光源14b可以在手持探針之外，并且光線 通過光纖或者其它光導比如液體光導4皮傳輸?shù)焦馐尚喂鈱W元件14a。該實施 例的一個優(yōu)點是可以很容易地改變照明裝置14來滿足不同的應用。例如，可 以改變照明裝置14使之提供一個日光模擬器用于美容成像模式下的牙齒陰影 匹配，如下面所要說明的。 美容成像模式
當轉換到美容成4 式下時，探針100在一些不同要求下工作。該模式下， 合理地設置照明源和光徑用于不同類型的對于美容成像來說是尤其感興趣的 測量。這包括以下
i) 顏色陰影測量；
ii) 半透明度測量；以及
iii) 表面紋理或者光澤測量。
在當前發(fā)明的一個實施例中，顏色陰影測量可以使用多種方法來獲得。 在一種方法中，照明依次由偏振的紅(R)、綠(G)、藍(B)光源提供。并 依次捕獲因此而產生的R、 G、 B圖像。牙齒陰影可以從所獲得的RGB圖像中計 算得到。在一個備選方法中，偏振白光源用作照明源。牙齒的顏色陰影可以 根據(jù)白光圖像的RGB級中的數(shù)據(jù)計算得到。
在一傳統(tǒng)的方法中，未偏振的光被用于牙齒陰影測量。未偏振光的照明 的問題涉及鏡面反射。來自鏡面反射的光與照明光源具有相同的光譜，并不 包括用于牙齒的顏色信息。此外，當鏡面反射控制傳感器并使傳感器飽和時， 僅僅獲得很少的表面信息。
通過使用偏振光照明以及去除鏡面反射去除，本發(fā)明的實施例克服了這種局限并且獲取從來自牙質和瓷釉的散射光。該散射光包括牙齒的真基色。
參照圖4和5，當本發(fā)明的探針100用于測量牙齒顏色時，照明裝置12a中 的寬帶光源被打開。來自照明裝置12a的寬帶光通過偏振器42a并照明牙齒表 面。從牙齒反射回的所有的光中，只有具有正交偏振的光能通過分析器44并 達到傳感器68。牙齒陰影信息從傳感器68的R、 G和B級數(shù)據(jù)中計算得到。
由于傳感器和濾光器的性能并不完美，在每個色級中存有一些串擾。一 種用于牙齒顏色測量的備選方案是依次獲取3個分開的圖像，每個圖像被使用 紅色、綠色和藍色光i普分離地照明。這些圖像可以被組合從而產生更精確地 牙齒陰影信息。這種方法的一個缺點是需要附加的圖像處理來排列三種不同 的顏色圖像，因為它們是在不同的時間攝取的。
圖8a和8b示出了兩種用于顏色連續(xù)照明方法的配置。圖8a的第一種配置 包括三光源21比如紅綠藍LED，以及一個光束成形光學元件22，其可以是光束 成形光學元件22a、 22b或者22c中的一個，如前文所描述，或者是這些元件的 組合。這些三光源可以同時或順序地開關來分別獲取合成的紅、綠和藍圖像。 圖3b的第二配置包括寬帶光源21、光鐠選擇濾光器23和光束成形光學元件22。 當使用該配置時，光譜選擇濾光器23被旋轉來改變照明光i普從而獲取紅、綠 和藍圖像。本實施例的光源21和光譜選擇濾光器23可以構造于或者設置在探 針100之外。這些顏色光源的照明可以被光纖或者液體光導導向探針I(yè)OO。這 種類型的配置允許對光源有一個較寬的選擇，而不受到探針100的大小和重量 限制所造成的約束。
牙齒的半透明度可以通過測量從牙齒返回的反射光，或者作為替換地， 測量穿過牙齒的光來確定。半透明度可以用作專注于該參數(shù)的一維陰影空間 測量點的坐標。它還可以用作另一維的測量點的至少一個其它坐標。
為了使用反射光來確定牙齒透明度，必須通過改變照明角度或者使用偏 振光照明來去除鏡面反射。本發(fā)明實施例的一個優(yōu)點涉及通過傳感器獲取的 光以及在乾釉和牙質中散射的光。如果使用了未偏振的光，從牙齒表面和從 乾釉的表面層反射的鏡面光，比起從瓷釉和牙質返回的光，更加明顯。這可能會造成不精確的半透明數(shù)據(jù)。
理論上，對于均勻照明和理想的資釉，如果從牙齒表面反射回的以及由
傳感器68所捕獲的偏振光的光級別更低，牙齒會更加半透明。然而，有一些 因素會影響由傳感器68所捕獲的偏振光的光級別。這些因素包括，例如，資 釉的厚度、局部牙齒的缺陷、填充以及局部吸收。因此，校準對于半透明度 測量是很重要的過程。并且，為了根據(jù)反射光來確定牙齒的半透明度，需要 進行校準來改正照明的非均勻度和牙齒形狀因素。通過校準，如上一段所說 明的，可以對所捕獲的用于牙齒顏色陰影測量的一幅或者多幅圖像進行處理 來確定牙齒的透明度。在一個較佳實施例中，紅外(NIR)光被用于牙齒半透 明度測量，因為對于具有較長波長的光來說在牙齒內部的散射更弱。尤其地， 在紅外光中所進行的測量可以用于在對應于紅色陰影的維中對測量點的坐標 進行校正。圖4和圖5中的照明裝置12c和偏振器42c為半透明測量提供NIR光。
當所發(fā)射的光線被用于確定牙齒半透明度，牙齒被從與圖像傳感器相反 的一側進行照明。該照明不必須被偏振，因為在發(fā)射模式下沒有鏡面反射。 根據(jù),&良射穿過牙齒的光級來確定半透明度。更高的光級表示牙齒更半透明。
參照圖9a和9b，其示出了附加裝置30的兩個實施例。任意一個實施例都 可以被添加到成像探針100中來獲取發(fā)射光。在兩個實施例中，來自照明裝置 12a或者12c的光線被光導元件傳送至附加裝置30的光輸出窗31。光源，比如 LED或者其它固態(tài)光源，也可以被直接設置在光輸出窗31內。在圖9a的實施例 中，光以一定角度照射牙齒，如線33所示的。在圖9b的實施例中，光直接照 射牙齒。在兩個實施例中，當計算來自發(fā)射光的半透明度時，對照射均勻度 的校準是必須的。
能夠用作陰影空間坐標或者用作校正參數(shù)的其它牙齒參數(shù)，是牙齒表面 條件。該參數(shù)術語叫做粗糙度參數(shù)，或者紋理。該粗糙度參數(shù)可以用來建立 專注于該參數(shù)的一維陰影空間的測量點的坐標。這可以通過用光來照射牙齒 來確定，并且測量從牙齒表面反射回的光的有角度的分布和密度。光滑牙齒 表面易于返回更大量的鏡面反射光。由于散射效應對于具有更短波長的光更強烈，藍色或者uv光源一般對于牙齒表面紋理或者粗糙度的測量更為有利。 由于被牙齒表面和瓷釉表面層所反射的光與牙齒表面特性更加相關， 一個策 略就是用偏振光照射牙齒表面，然后俘獲從牙齒反射回的相同偏振狀態(tài)的光。
再次參照一般地如圖4所示的尤其如圖5所示的探針照明結構，照明裝置 12d和偏振器42d提供用于表面紋理測量的偏振光照明。照明裝置12d中的光源 可以是光譜范圍在UV到NIR之間的任意光源。在較佳實施例中，使用了UV或者 藍光，因為表面散射效應更強。對于表面粗糙度測量，偏振器42d的定向是正 交于其它偏振器42a和42c的，從而能夠捕獲從牙齒表面反射回的與照射光具 有相同偏振的光。偏振器42d對于表面粗糙度測量并不是必需的條件，因而是 可選的。沒有偏振器42d，被傳感器所捕獲的光仍然是偏振的，因為成像路徑 上有分析器44。該偏振光包含鏡面光和散射光，因為照明光未被偏振。對于 表面紋理測量，需要的話，分析器44也可以從光軸上移開。
如前面參照圖7和圖8所描述的，代替分離的光源，光束成形元件和偏振 器、具有光語選擇濾光器和光束成形元件的單寬帶光源也可以提供用于顏色 陰影、牙齒半透明度和表面粗糙度測量的所需照明。
照明均勻度對于確定牙齒半透明度和表面粗糙度測量是很有用的。圖3 所示的任意一種照明配置都可以產生足夠均勻的照明。另一方面，牙齒形狀 另一個因素，其對于傳感器所接收的光級具有很重大的影響。例如，即使具 有相同的表面質量，從傾斜表面反射回的光級低于從垂直于光軸的表面所反 射回的。因為這些原因，為了獲取對牙齒半透明度和表面粗糙度的精確測量， 對于照明均勻度和表面形狀的校準是非常的重要的。
備選實施例
圖10、 11和12是探針100的備選實施例，其使用多于一個的傳感器。使
用多個傳感器有一些好處，尤其對于具有診斷和美容應用模式的裝置來說。 圖10中，有兩個傳感器，68a和68b。偏振分光器65把從牙齒返回的光分成具 有不同偏振的兩部分。具有正交偏振的光來到傳感器68a，具有相同偏振狀態(tài) 的光則來到傳感器68b。長通濾光器56設置在傳感器68b之前來阻擋來自照明裝置12b的激發(fā)光。在診斷工作模式下，傳感器68b捕獲熒光圖像而傳感器68a 捕獲偏振白光圖像。在美容成像才莫式下，來自傳感器68b的數(shù)據(jù)，其具有與照 明光^目同的偏振狀態(tài)，可以用于確定表面粗糙度。來自傳感器68a的數(shù)據(jù)用 于計算顏色陰影和半透明度。
圖11的探針100的實施例包括三個傳感器，每一個用于一種顏色。分光 器67把光束分成三個光傳帶UV至藍色帶，綠色帶和紅色至NIR帶。 一種類型 的分光器可以用在x管內，其被配置來把光引導向三個具有不同光譜帶的傳感 器。如圖10中，需要一個長通濾光器56來獲取沒有被激發(fā)光串擾的熒光圖像。 由于有分別來自三個傳感器的紅、綠和藍成像數(shù)據(jù)，計算所得的顏色陰影可 以更為精確。
圖12是另一個實施例，其具有三個傳感區(qū)域69r， 69g和69b。顏色濾光 器58設置在傳感器69之前從而使得傳感區(qū)域69r， 69g和69b能捕獲處于紅、綠 和藍域內的圖像。由于傳感區(qū)域69r， 69g和69b在同一平面，需要三個分離的 成4象透鏡66a， 66b和66c。
圖13示出了另一個基于點的用于測量牙齒半透明度和表面粗糙度的方 法。如圖中所示，大量的點，如A，B，C,D和E，被用照明光進行照明。傳感器 捕獲來自從這些點所反射回的正交偏振光所形成的牙齒表面圖像。圖13中所 示的方法是這樣工作的在照射光到達瓷釉之后，其隨機地散射到牙齒內并 從所有的牙齒表面退出牙齒表面。即使牙齒并沒有被照射到整個表面，傳感 器仍然能夠獲得具有足夠散射光的牙齒圖像。該圖像示出了一個特別好的牙 齒特性描述，比如牙齒半透明度和表面粗糙度。需要強調的是圖13僅僅給出 了點照明方法。其它照射方法，比如柵格照明和線照明，也可以應用并能夠 提供類似的優(yōu)點。
成像裝置150的工作
成像裝置15 O被設計來獲取半透明度、表面紋理和顏色陰影測量以及獲 取用于牙齒齲檢測的圖像。圖14示出了該裝置可以在任何一種模式下工作的 邏輯流程圖。最初地，作出工作模式選擇70，比如開動模式開關36。在診斷成傳J漠式下，打開照明裝置12a或12b中的光源用于牙齒檢測(步驟72)。當 操作者決定捕獲圖像并且按動快門(或者輸入捕獲圖像的命令)，照明裝置 lh和12b中的光源為傳感器68而順序地打開和關閉來捕獲偏振反射圖像和熒 光圖像(步驟73)。然后圖像處理軟件對圖像進行處理并提供分析數(shù)據(jù)(步 驟76)。適用于該目的的軟件在US專利申請?zhí)枮镹o. 11/623， 804中被公開，如 前面所提到的，其中的內容通過引用的方式而結合到本文中。
通過選擇美容成像才莫式，照明裝置12a中的光源被打開來確定正確的待 成像牙齒(步驟78)。為了為顏色陰影、半透明度和紋理測量進行攝像，照 明裝置12a、 12c和12d中的光源(或者光源31 )被順序地打開和關閉(步驟80 )。 最后的步驟82是根據(jù)步驟80中所得到的圖像，使用本領域普通技術人員所熟 知的圖像處理技術，來計算牙齒顏色陰影、半透明度和粗糙度。
圖15的邏輯流程圖示出了處理器邏輯使用圖14中的過程所獲得的半透 明度和顏色數(shù)據(jù)來提供陰影匹配。牙齒陰影、半透明度和表面粗糙度被計算 出來(步驟82)之后，圖像處理軟件向病人顯示模擬的牙齒用于評價(步驟 84)。然后病人確認步驟86使用出現(xiàn)于顯示142 (圖l)上的模擬來提示病人 去確認計算所得的陰影。當被批準時，數(shù)據(jù)被發(fā)送至實驗室或者其它處理設 備(步驟88)。如果沒有被批準，圖像處理軟件將會基于病人的喜好來修改 模擬圖像(步驟90)，并再次向病人顯示修改過的圖像以便于確認。
已經結合一些較佳實施例詳細地描述了本發(fā)明，但是可以理解的是，本 領域普通技術人員在不偏離本發(fā)明范圍情況下作出的各種變型或者修改都可 以在上面所述的本發(fā)明的范圍內起作用，如隨附的權利要求書所示的。例如， 照明裝置12a-d內的光源的各種設置，都可以在使用照相機或者其它類型圖像 傳感器比如圖16所示的光源平行陣列的各種不同實施例中使用。
因此，所提供的是一種牙齒成像裝置，其提供一種在單個單元內用于齲 齒檢測的診斷成像和用于陰影映射的美容成像。
部件列表 12， 12a，12b， 12c, 12d照明裝置14照明裝置
14a光束成形光學元件
14b光源
18折疊鏡
20牙齒
21光源
22光束成形光源元件 22a散光片 22b光束成形元件 22c光導
23光譜選擇濾光器
30用于半透明度測量的附加裝置
31光輸出窗
32手柄
33光線
34成〗象組件
36模式開關
38偏振分光器
40探針延長
42， 42a， 42c， 42d偏振器
44分析器
46帶通濾光器
56長通時域濾光器
58顏色濾光器
65偏振分光器
66， 66a， 66b， 66c透鏡
67分光器68， 68a， 68b， 68c傳感器 69傳感器
69r， 69g， 69b傳感區(qū)域
70， 72， 73， 76， 78， 80, 82， 84， 86， 88， 90方法步驟
100成像探針
140控制邏輯處理器
142顯示
150成像裝置
A， B, C， D， E照明點
0光軸
權利要求
1.用于獲取牙齒圖像的裝置，包括a)至少一個沿著光軸設置的圖像傳感器；b)至少一個用于反射成像的寬帶照明裝置；c)用于熒光成像的窄帶紫外照明裝置；d)一個或者多個沿著光軸設置的用于消除鏡面反射的偏振元件；e)沿著光軸設置的用于阻擋窄帶紫外光的濾光器；以及f)開關，用于選擇使用反射和熒光成像的診斷成像與使用反射成像的美容成像的工作模式中的一種。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，美容成像進一步使用通過所述 牙齒的光傳輸。
3. 如權利要求1所述的裝置，進一步包括用于照明咬合面或者舌頭表面從 而從所傳輸?shù)墓庵蝎@取圖像的附加裝置。
4. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述寬帶照明裝置包括至少一 個具有4 0 Onm到7 0 Onm光譜的光源。
5. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述寬帶照明裝置進一步包括 一個或者多個光束成形元件。
6. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述窄帶紫外照明裝置包括至 少一個具有光語范圍為375nm至425nm的窄帶紫外光源。
7. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述窄帶紫外照明裝置進一步 包括帶通濾光器用于清除所述窄帶紫外光源的光譜。
8. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，存在有兩個圖像傳感器，進一 步包括偏振分光器，用于把具有不同偏振狀態(tài)的所述光分至兩個傳感器。
9. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，存有兩個圖像傳感器，進一步 包括至少一個分色鏡，用于把具有不同光譜范圍的所述光分至至少兩個傳 感器。
10. 用于獲取用于美容成像的牙齒圖像的方法，包括a) 把光從光源導向牙齒，用于獲取單色圖像用于半透明度測量；b) 把偏振的可見光從一個或多個顏色光源導向所述牙齒用于獲取偏振的 顏色反射圖像；c) 對照明均勻度與牙齒形狀進行校準；d) 根據(jù)獲取的所述圖像來計算牙齒陰影，用于牙齒修復；e) 使用計算所得的陰影信息來顯示所述牙齒的模擬圖像；f) 獲取客戶對所顯示的圖像的反饋；以及g) 發(fā)送或者保存所述牙齒陰影信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于診斷和美容成像的口腔內照相機。具體地，本發(fā)明涉及一種用于獲取牙齒圖像的裝置，包括至少一個沿著光軸設置的圖像傳感器用于攝取偏振反射圖像和熒光圖像，至少一個寬帶照明裝置用于反射成像，以及一個窄帶紫外照明裝置用于熒光成像。為了消除鏡面反射，沿著光軸設置了一個或者多個偏振元件。沿著光軸設置了一個濾光器來阻擋窄帶紫外光；還設置了一個開關用于選擇工作模式中的一種。
文檔編號A61B1/05GK101617934SQ20091000293
公開日2010年1月6日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權日2008年1月11日
發(fā)明者J·-M·英格爾斯, R·梁 申請人:卡爾斯特里姆保健公司