發(fā)明領域

本發(fā)明總體涉及牙科成像，并且更具體地說，涉及用于提供3d輪廓圖像的裝置和方法，所述3d輪廓圖像可包括來自牙齒熒光的圖像。

發(fā)明背景

常規(guī)2d成像已經(jīng)相當成功地用于口腔內(nèi)應用。然而，由于嘴部的特定約束和特征結(jié)構，已認識到2d成像對于示出牙齒結(jié)構有一些顯著的限制，并且無法提供在利用3d圖像或至少提供牙齒輪廓的可靠表示的圖像的情況下將可獲得的細節(jié)層次和深度信息。

條紋投影成像使用圖案化或結(jié)構化的光來獲得各種類型的結(jié)構的表面輪廓信息。在條紋投影成像中，從給定方向朝向物體表面投影干涉條紋或光柵的線的圖案。然后從另一個方向觀察來自表面的投影圖案作為輪廓圖像，從而利用三角形劃分以便基于輪廓線的外觀分析表面信息。相移(其中投影圖案被增量地空間位移以便在新的位置獲得另外的測量)通常作為條紋投影成像的一部分被應用，所述相移用來完成表面的輪廓映射并且增加輪廓圖像中的總分辨率。

條紋投影成像已經(jīng)有效地用于實心的高度不透明物體的表面輪廓成像，并且已經(jīng)用于針對人體的一些部分對表面輪廓成像且用于獲得關于皮膚表面的詳細數(shù)據(jù)。牙齒對于輪廓成像提出特定挑戰(zhàn)，這是由于諸如以下因素：牙齒的相對半透明性和牙齒材料的散射、形狀和結(jié)構的不規(guī)則性，以及向以非常不同的角度設置的表面提供足夠的光的難度。

結(jié)構化光成像技術更準確地表示牙齒輪廓和總體形狀，但是不提供與牙齒病癥有關的顯著信息，諸如是否能夠檢測齲齒。響應于對于改進的齲齒檢測方法的需求，對于不采用x射線的改進的成像技術已經(jīng)有相當大的興趣。

用于示出牙齒病癥的幾種方法采用熒光，其中利用高密度藍光、紫光或uv光照射牙齒，并且從牙齒中由照射能量激發(fā)的材料獲得信息。被一些研究入員稱為定量光致熒光(qlf)的這種技術根據(jù)以下原理操作：健全、健康的牙釉質(zhì)在來自一些波長的激發(fā)下比已經(jīng)因齲齒感染受到損壞的脫礦質(zhì)釉質(zhì)產(chǎn)生更高強度的熒光。針對藍光激發(fā)的礦質(zhì)損失與熒光損失之間的關聯(lián)然后用于識別且評估牙齒的齲齒區(qū)域。針對光譜的紅光激發(fā)區(qū)域，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同的關系，對于這個區(qū)域，齲齒區(qū)域中的細菌副產(chǎn)物比健康區(qū)域更顯著地吸光且發(fā)熒光。

盡管熒光可提供有關牙齒病癥的有用信息，但熒光圖像自身是2d圖像?？梢岳斫?，將熒光圖像結(jié)果與關于牙齒的至少一些數(shù)量的輪廓信息一起呈現(xiàn)將是有價值的。

發(fā)明概述

本申請的一個方面是推進醫(yī)學成像技術，尤其是對于牙科口腔內(nèi)成像應用。

本申請的另一方面是全部或部分地解決相關技術中的至少前述和其他缺陷。

本申請的另一方面是全部或部分地提供至少本文所述的優(yōu)點。

本發(fā)明的目標是推進口腔內(nèi)成像技術，尤其是關于熒光成像內(nèi)容的處理和呈現(xiàn)。本發(fā)明的實施方案組合了輪廓成像和熒光成像兩者的特征以便提供關于患者牙齒和嘴部的病癥的增強信息。

本申請的裝置和/或方法實施方案所提供的優(yōu)點涉及生成牙齒和/或牙齦的三維表示，所述三維表示包括熒光信息。

本申請的裝置和/或方法實施方案所提供的優(yōu)點涉及將結(jié)構化光圖案投影到牙齒上和采集牙齒的多個熒光投影圖像和/或從或采集的多個熒光投影圖像生成牙齒表面的輪廓圖像。

這些目標僅通過說明性實例的方式給出，并且這類目標可以是本發(fā)明的一個或多個實施方案的示例。所公開發(fā)明本質(zhì)上實現(xiàn)的其他所期望的目標和優(yōu)點可以被本領域技術人員想到或?qū)λ麄冏兊蔑@而易見。本發(fā)明由隨附權利要求書限定。

根據(jù)本申請的一個方面，提供一種用于獲得牙齒的圖像的方法，所述方法至少部分由計算機處理器執(zhí)行，所述方法可包括將結(jié)構化光圖案投影到牙齒上并采集牙齒的多個結(jié)構化光投影圖像；從采集的多個結(jié)構化光投影圖像生成牙齒表面的輪廓圖像；采集牙齒的在藍色uv照射下生成的一個或多個熒光圖像；以及顯示合成圖像，所述合成圖像示出映射到生成的輪廓圖像的熒光圖像內(nèi)容。

根據(jù)本申請的一個方面，提供一種用于獲得牙齒的圖像的方法，所述方法至少部分由計算機處理器執(zhí)行，所述方法可包括將結(jié)構化光圖案投影到牙齒上并采集牙齒的多個熒光投影圖像；從采集的多個熒光投影圖像生成牙齒表面的輪廓圖像；以及顯示生成的輪廓圖像。

附圖簡述

本發(fā)明的前述和其他目標、特征以及優(yōu)點將從以下如附圖中所示出的、對本發(fā)明實施方案的更具體描述顯而易見。附圖的元件不一定相對于彼此按比例繪制。

圖1是示出根據(jù)本申請的示例性口腔內(nèi)成像裝置實施方案的部件的示意圖。

圖2a是示出根據(jù)本申請的口腔內(nèi)成像相機實施方案的示例性光學部件的示意圖。

圖2b是示出根據(jù)本申請的口腔內(nèi)成像相機實施方案中僅使用單個寬帶光源的另一個示例性光學布置的示意圖。

圖2c是示出根據(jù)本申請的口腔內(nèi)成像相機實施方案的另一個示例性光學布置的示意圖，其中條紋圖案生成器在用于內(nèi)部光源的照射路徑中。

圖2c是示出條紋圖案生成器在用于內(nèi)部光源的照射路徑中的相機的示意圖。

圖3是示出根據(jù)本申請的所選實施方案的用于輪廓成像的結(jié)構化光圖案的平面圖。

圖4是示出投影到牙齒模型上的示例性結(jié)構化光圖案的圖像。

圖5是示出根據(jù)本申請的用于提供與牙齒和其他口腔特征結(jié)構的表面輪廓相關的熒光成像數(shù)據(jù)的示例性方法實施方案的邏輯流程圖。

圖6是示出根據(jù)本申請的實施方案的示例性輪廓圖像的透視圖，所述輪廓圖像包括熒光圖像內(nèi)容。

圖7a是示出用于齲齒檢測的發(fā)熒光的綠光的活動的示意圖。

圖7b是示出在2d熒光圖像中檢測到的脫礦質(zhì)損傷病癥的圖像。

圖8a是示出用于齲齒檢測的發(fā)熒光的紅光的行為的示意圖。

圖8b是示出根據(jù)紅色熒光檢測到的初期齲齒的2d熒光圖像。

圖9是示出根據(jù)本申請的用于生成并顯示由熒光圖像內(nèi)容形成的輪廓圖像的示例性方法實施方案的邏輯流程圖。

圖10是示出根據(jù)本申請的用于將輪廓圖像與損傷信息一起顯示的示例性方法實施方案的邏輯流程圖。

圖11示出根據(jù)本申請的某些實施方案的用于觀察示例性輪廓圖像和所映射數(shù)據(jù)的操作者界面。

圖12示出根據(jù)本申請的某些實施方案的使用所顯示牙科圖表對合成圖像進行的示例性編索引。

示例性實施方案的描述

以下參照附圖對示例性實施方案進行描述，在附圖中，相同參考數(shù)字識別這些圖的每一個中的相同結(jié)構元件。

在以下附圖和正文中，利用相似參考數(shù)字來標明相似部件，并且省略了與已經(jīng)描述的部件以及部件的布置或相互作用有關的類似描述。在被使用時，術語“第一”、“第二”等并不一定表示任何順序關系或優(yōu)先關系，而是僅僅用來更清楚地區(qū)分一個元件與另一個元件。

在本申請的上下文中，術語“光學裝置”一般用來指透鏡和用于塑形并引導光束的其他折射、衍射和反射部件。

在本申請的上下文中，術語“觀察者”、“操作者”和“用戶”被認為是等效的并且是指進行觀察的從業(yè)人員、技術員或在顯示監(jiān)視器上觀察并操控圖像(諸如牙科圖像)的其他人。從觀察者諸如通過點擊相機上的按鈕或通過使用計算機鼠標或通過觸摸屏或鍵盤輸入所輸入的顯式命令獲得“操作者指令”或“觀察者指令”。操作員指令可啟動單個圖像的采集和處理、或從寬帶可見光源和近uv源或藍色uv源生成合成圖像所需的一些不同圖像類型的采集和處理，所述合成圖像包括圖案化圖像和平場圖像。為了幫助減少運動偽影，合成圖像生成使用在盡可能短的時間間隔內(nèi)采集的例如像連續(xù)緊接著彼此的一連串圖像。應理解，需要一些有限數(shù)量的時間以便檢測器52采集光并且提供每個所獲得圖像的圖像數(shù)據(jù)。在需要多個圖像的情況下，它們可以按任何順序獲得并且用來生成合成圖像。根據(jù)本申請的實施方案，生成合成圖像僅在確定已經(jīng)從相同相機位置采集多個結(jié)構化光投影圖像和一個或多個熒光圖像后發(fā)生。

用于所顯示特征結(jié)構的術語“突顯”具有其常規(guī)含義，如信息和圖像顯示領域的技術人員所理解的。通常，突顯使用某種形式的局部化顯示增強以吸引觀察者的注意。突顯圖像的一部分，諸如單獨的牙齒或一組牙齒或其他結(jié)構，可以一些方式中的任何一種實現(xiàn)，這些方式包括但不限于：注釋、顯示附近或疊加符號、描繪輪廓或跟蹤、用與其他圖像或信息內(nèi)容不同的顏色或明顯不同的強度或灰度級值進行顯示、使顯示的一部分的閃爍或動畫化，或以更高的清晰度或?qū)Ρ榷冗M行顯示。

根據(jù)可以由相機或其他設備采集的圖像數(shù)據(jù)來顯示圖像，其中圖像數(shù)據(jù)將圖像表示為像素的有序布置。圖像內(nèi)容可直接從采集的圖像數(shù)據(jù)顯示或可被進一步處理，例如像組合來自不同來源的圖像數(shù)據(jù)或突顯由圖像數(shù)據(jù)表示的各種牙齒解剖特征結(jié)構。如本申請的上下文中所用，術語“圖像”和“圖像數(shù)據(jù)”總體上同義，并且應理解，根據(jù)上下文，這些術語涉及數(shù)字數(shù)據(jù)表示或物理顯示的表示。

術語“……中的至少一個”用來意指可選擇所列舉項目中的一個或多個。術語“大約”指示所列舉的值在某種合理的公差內(nèi)可被稍微變更，只要所述變更不會導致過程或結(jié)構與所示出實施方案的不一致。術語“示例性”指示特定描述或例子是用作實例，而不是暗示它是理想的。

如本文所用的術語“集合”是指非空集合，因為集合的元件或構件的集合的概念在初等數(shù)學中被廣泛理解。除非另外明確說明，否則術語“子集”在本文中用來指非空真子集，也就是指更大集合的具有一個或多個成員的子集。對于集合s，子集可包括完整的集合s。然而，集合s的“真子集”嚴格包含在集合s中并且不包括集合s的至少一個成員。

如本文所用，術語“可激勵的”涉及在接收電力后，并且任選地在接收啟用信號后執(zhí)行所指示功能的設備或一組部件。

術語“可致動的”具有其常規(guī)含義，涉及能夠響應于刺激，例如像響應于電信號實現(xiàn)動作的設備或部件。

如本申請中使用的短語“進行信號通信”指示電連接，兩個或更多個設備和/或部件能夠通過所述電連接共享通過某種類型的信號路徑行進的信號。信號通信可以是有線的或無線的。信號可以是通信信號、電力信號、數(shù)據(jù)信號或能量信號，這些信號可以沿著第一設備和/或部件與第二設備和/或部件之間的信號路徑將信息、電力和/或能量從第一設備和/或部件通信到第二設備和/或部件。信號路徑可包括第一設備和/或部件與第二設備和/或部件之間的物理連接、電連接、磁連接、電磁連接、光學連接、有線連接和/或無線連接。信號路徑還可包括第一設備和/或部件與第二設備和/或部件之間的另外的設備和/或部件。

本申請的實施方案通過使用反射成像技術和熒光成像技術的組合，以及從圖案化光圖像進行輪廓成像和將平場圖像映射到檢測到的輪廓表面，來解決對于改進的口腔內(nèi)成像的需求。可采集、處理并顯示各種類型的圖像，從而允許對牙齒和嘴部特征結(jié)構的更詳細分析和評估，以便輔助患者診斷。

圖1是示出示例性口腔內(nèi)成像裝置實施方案的部件的示意圖。如圖1中所示，口腔內(nèi)成像裝置10可獲得牙齒20的圖像。口腔內(nèi)相機30與控制邏輯處理器40(在本申請中也稱為計算機處理器)進行信號通信。通過電纜32，或可選地通過無線連接(未示出)提供信號通信。處理器40與顯示器42和操作者接口44(諸如用于命令輸入的鍵盤和鼠標或其他指針設備)進行信號通信?？梢岳斫?，處理器40可以一些不同的方式體現(xiàn)，其具有在相機30內(nèi)部和/或外部的計算機處理電路。在某些示例性方法和/或裝置實施方案中，處理器40能夠響應于操作者指令連續(xù)地和/或在時間上相鄰的時間段期間向照射路徑上提供(例如，利用相機30)來自可見光源或藍色uv光源的平場光或圖案化照射。

圖2a是示出根據(jù)本申請的口腔內(nèi)成像相機實施方案的示例性光學部件的示意圖。圖2a更詳細地示出用于口腔內(nèi)相機30的一個實施方案的成像部件的光學路徑?？刂七壿嬏幚砥?0可如圖1中所示在相機30外部，或可在相機30內(nèi)部。可選地，處理器40可使用分布式邏輯處理布置，使得一些處理功能在相機30內(nèi)執(zhí)行并且其他功能由從相機30采集數(shù)據(jù)的一個或多個另外的處理器執(zhí)行。條紋圖案生成器50從一個或多個照射源得到光能，所述照射源諸如寬帶可見光源或白光源66以及用于激發(fā)能量的通常處于更短波長的第二光源68，諸如紫外(uv)源或近紫外源或藍色源，在后續(xù)描述中被稱為“藍色紫外”源或“藍色uv”源。對于uv照射，來自激發(fā)源68的發(fā)射光通常低于約410nm。對于藍色uv照射，激發(fā)源68發(fā)射通常在約350nm至500nm之間的范圍內(nèi)的光。這個藍色uv照射范圍通常對激發(fā)可見熒光有效的有利部分大致以約405nm為中心。光組合器60，諸如具有二向色表面的分束器，將照射引導到條紋圖案生成器50。條紋圖案生成器50可以是例如空間光調(diào)制器，其可激勵以形成來自光源66和68的光的一個或多個圖案或形成光的平場，所述平場不具有用于一般反射或熒光成像的圖案。在可用于生成圖案化光的各類型空間光調(diào)制器中，有一種是數(shù)字微鏡陣列，諸如來自德克薩斯州，達拉斯，德州儀器公司(texasinstruments,inc.,dallastx)的數(shù)字光處理器；以及液晶設備(lcd)陣列。條紋圖案生成器50可以是透射類型(如圖2a中所示)或通過反射來調(diào)制入射光的反射類型(未示出)。

寬帶光源56提供用于反射圖像的平場白光照射。藍色uv源58提供用于熒光成像的平場藍色uv照射。光源56和58中的一者或兩者可以是發(fā)光二極管(led)。用虛線示出的三個照射路徑中的每一個和通向檢測器的成像路徑包括各種光學裝置54，所述光學裝置54由圖2a中的透鏡符號表示并且包括透鏡、濾光片、偏振鏡/分析鏡、路徑折疊光學裝置、孔隙或幫助適當?shù)卣{(diào)節(jié)和引導照射或成像光的其他部件。

任選地，可在圖像之間確定相機30的運動。例如，可使用任選的運動檢測器38或類似物在圖像之間感測相機30的運動。這個信息可用來幫助使圖像內(nèi)容關聯(lián)，用于使結(jié)構化光圖像彼此相關并且用于使熒光圖像與反射圖像內(nèi)容相關?？蛇x地，可通過由控制邏輯處理器40執(zhí)行的圖像分析軟件例程來檢測運動。任選的模式選擇開關78提供允許操作者選擇用于口腔內(nèi)相機的成像模式的設置。開關78可允許使用熒光圖像或反射圖像和/或其組合的反射圖像捕捉、熒光圖像捕捉或輪廓圖像捕捉的選擇。處理器40能夠在不同光源之間迅速切換，使得可從相同相機30位置連續(xù)地采集不同類型的圖像，速度與檢測器52可處理并提供圖像數(shù)據(jù)輸出一樣快。對于一個緊接著另一個接連取得的任何兩個圖像，當相鄰圖像采集之間的間隔相比任何其他單個因素更多地是由系統(tǒng)形成并記錄圖像數(shù)據(jù)所需的響應時間(包括例如部件刷新時間)確定時，圖像捕捉被認為是“連續(xù)的”。

圖2b是示出根據(jù)本申請的口腔內(nèi)成像相機實施方案中的另一個示例性光學布置的示意圖。圖2b示出相機30實施方案，其類似于圖2a的實施方案，但不使用組合器60，使得僅單個光源67用于輪廓成像。在這種配置中，條紋圖案生成器50使用來自一個或多個光源67的光能，所述光源67包括但不限于寬帶可見光源或白光源或藍色uv源。分別從光源56或光源58提供用于反射成像或熒光成像的平場照射。

圖2c是示出根據(jù)本申請的口腔內(nèi)成像相機實施方案中的另一個示例性光學布置的示意圖。圖2c示出相機30實施方案，其中條紋圖案生成器50在用于相機30內(nèi)的光源(例如，全部)的照射路徑中。圖案化照射或平場照射，無論用于反射成像或熒光成像或輪廓成像，可通過由處理器40控制的空間光調(diào)制器形成?？臻g光調(diào)制器包括例如液晶設備或微鏡或微機電系統(tǒng)(mems)設備。任選的運動檢測器38也被包括為相機30的一部分。

任選的平場反射圖像可以可用于檢測并示出兩個或更多個不同修復區(qū)域中的陶瓷修復或其他修復之間的色調(diào)差。

圖3示出可從條紋圖案生成器50生成的示例性結(jié)構化光圖案62。在這個實例中，結(jié)構化光圖案62是平行線84的圖案，諸如常規(guī)用于使用輪廓成像領域的技術人員所熟悉的技術進行條紋投影成像的圖案?？梢陨筛毜墓鈭D案；然而，使用平行線的一個或多個圖案已經(jīng)被證明對確定表面輪廓有效。圖4在模型牙齒結(jié)構上示出一個示例性結(jié)構化光圖案62可以如何出現(xiàn)在牙齒的采集圖像上。

圖5是示出根據(jù)本申請的用于提供與牙齒和/或其他口腔特征結(jié)構的表面輪廓相關的熒光成像數(shù)據(jù)的示例性方法實施方案的邏輯流程圖。圖5的邏輯流程圖示出示例性過程實施方案中的步驟，這些步驟可將熒光圖像內(nèi)容與從輪廓成像獲得的結(jié)構數(shù)據(jù)組合在一起。在采集結(jié)構化光圖像步驟s100中，投影結(jié)構化光圖案，并且對應圖像被捕捉并用于在輪廓圖像生成步驟s110中生成表面輪廓信息。為了在所述成像視角下更完整地表征表面輪廓，可投影并成像多于一個結(jié)構化光圖案。還可在與步驟s100相同或幾乎相同的時間執(zhí)行采集熒光圖像步驟s120。采集熒光圖像步驟s120將更高能量的藍色uv照射引導到牙齒表面并且獲得平場熒光圖像，然后可在映射步驟s130中將所述平場熒光圖像映射到輪廓圖像?？稍谝曨l模式中獲得熒光圖像(輪廓圖像或平場圖像)。相機30保持在相同位置中以便連續(xù)采集輪廓圖像和熒光圖像，其中采集速度僅由檢測器52所需的響應時間控制(圖2a至圖2c)。映射步驟s130之后，可執(zhí)行任選的圖像處理和分析步驟s140以便幫助針對細菌活動和脫礦質(zhì)進行齲齒檢測。除了齲齒檢測，步驟s140還可應用其他臨床診斷學，諸如四環(huán)素的輔助檢測。四環(huán)素已知會吸收320nm至400nm的uv范圍內(nèi)的光。約358nm至364nm的uv激發(fā)對允許檢測納克級數(shù)量的這些化合物尤其有效。在僅需要這個四環(huán)素檢測功能的情況下，步驟s130是任選的；處理將從步驟s120進行到步驟s140。在顯示步驟s150中顯示這種所得圖像，其示出映射到表面輪廓的熒光圖像數(shù)據(jù)。

應注意，圖5序列中所示的成像步驟可以按任何順序執(zhí)行。使用成像技術或某種其他類型的位置感測機制對相機30進行位置跟蹤幫助提供結(jié)構化光圖像之間的所需關聯(lián)以及生成的輪廓圖像與熒光圖像數(shù)據(jù)的關聯(lián)。

從兩個或更多個結(jié)構化光圖像進行輪廓圖像生成是圖像處理領域的技術人員已知的。輪廓圖像生成可使用三角形劃分、相機位置或移動補償以及圖像分析，以便從所獲得圖像獲得表面信息。

映射步驟s130可以一些方式執(zhí)行。根據(jù)本申請的一個實施方案，利用在用于獲得結(jié)構化光圖像的相同位置中的相機30獲得熒光圖像。因此，相同成像視角適用于一個或多個結(jié)構化光圖像和一個或多個對應的熒光圖像。對于如不同相機移動或位置所確定的一些成像角度，可以這種方式獲得結(jié)構化光圖像和熒光圖像。然后，在每個成像視角下，相同圖像坐標可用于輪廓圖像的重建和熒光內(nèi)容到輪廓圖像的映射兩者。圖6以示意性形式示出熒光內(nèi)容到重建的輪廓圖像的映射。作為相機位置感測的替代方案，可使用利用圖像分析方法的映射過程。圖像處理領域的技術人員所熟知的這些方法分析成像結(jié)構并且檢測所獲得圖像中的類似特征結(jié)構以便使圖像彼此相關。

可針對各種病癥分析熒光圖像內(nèi)容。例如，針對藍光激發(fā)的礦質(zhì)損失與熒光損失之間的關聯(lián)可用于識別且評估牙齒的齲齒區(qū)域。針對光譜的藍光或紅光激發(fā)區(qū)域，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同的關系，在所述區(qū)域內(nèi)，齲齒區(qū)域中的細菌副產(chǎn)物比健康區(qū)域更顯著地吸光且發(fā)熒光。

申請人注意到與齲齒光學檢測有關的一些參考。

美國專利號4,515,476(英格瑪)描述使用激光來提供激發(fā)能量，其以某個其他波長生成熒光以用于定位齲齒區(qū)域。

美國專利號6,231,338(德諾斯蘭德容等人)描述一種用于使用熒光檢測來識別牙科齲齒的成像裝置。

美國專利申請公布號2004/0240716(德諾斯蘭、德容等人)描述用于對從發(fā)熒光的組織獲得的圖像進行改進的圖像分析的方法。

美國專利號4,479,499(阿爾法諾)描述一種用于基于牙齒結(jié)構的半透明性質(zhì)、使用透照法來檢測齲齒的方法。

美國專利申請公開號2004/0202356(斯圖基等人)描述對熒光中的光譜變化的數(shù)學處理以便更準確地檢測不同階段中的齲齒。確認了在使用光譜熒光測量時的早期檢測的難度，‘2356斯圖基等人的公開內(nèi)容描述了用于增強所獲得光譜值、從而實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的變換的方法，所述光譜數(shù)據(jù)適應于獲得熒光圖像的相機的光譜響應。

在王等人所著、標題為“用于齲齒檢測的方法(methodfordetectionofcaries)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利號7668355中，使用采用牙齒的反射圖像和熒光圖像兩者的方法和裝置來檢測齲齒。這種方法針對初期齲齒利用觀察到的反向散射或反射，并且結(jié)合熒光效應來提供用于檢測齲齒的牙科成像技術。

本發(fā)明的某些示例性裝置和/或方法實施方案可利用在至少兩個不同的、重疊或不重疊的光譜帶中的熒光響應。例如，圖7a示出從綠色光譜帶中的熒光提供的信息。朝向具有外部釉質(zhì)層22和內(nèi)部牙本質(zhì)24的牙齒20引導藍色波長和近uv波長的激發(fā)光70(根據(jù)本申請的一個實施方案，標稱以接近約405nm為中心)。從牙齒20的具有正常礦質(zhì)含量、未表現(xiàn)出由衰退帶來的可感知損害的那些部分檢測到大致在500nm至550nm范圍內(nèi)的綠色波長的熒光72。在圖7a中所示的表示中，脫礦質(zhì)區(qū)域26比健康釉質(zhì)更不透明并且傾向于阻擋入射激發(fā)光70并且阻擋來自周圍釉質(zhì)的反向散射熒光。在授予王等人、標題“用于齲齒檢測的方法和裝置”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利號7596253中所描述的fire方法使用這個效應，其中組合了2d靜態(tài)圖像中的熒光綠色通道數(shù)據(jù)與2d靜態(tài)圖像中的反射圖像數(shù)據(jù)，以便突顯齲齒區(qū)域的對比度。

圖7b是示出使用fire方法檢測到的牙齒20的早期齲齒病癥的2d圖像。圖7b中圈出的區(qū)域28示出發(fā)生了脫礦質(zhì)的可疑齲齒。

發(fā)熒光的紅光具有不同意義，例如，指示細菌代謝產(chǎn)物的存在。通常會造成齲齒損傷、斑塊或牙垢的細菌通常生成在高于約600nm的紅色光譜中發(fā)熒光的副產(chǎn)物。圖8a示出用于齲齒檢測的發(fā)熒光的紅光53的行為。在這里，齲齒損傷55具有顯著的細菌活動，這通過響應于激發(fā)光70發(fā)射在紅色光譜區(qū)域中的可感知數(shù)量的熒光53得以證明。利用對熒光的適當濾光，這個紅色波長發(fā)射指示活性損傷46，如圖8b中圈出的。

圖6是示出根據(jù)本申請的某些實施方案的示例性輪廓圖像的透視圖，所述示例性輪廓圖像可包括熒光圖像內(nèi)容(例如，映射的熒光圖像內(nèi)容)。圖6可示出顯示步驟s150(圖5)的示例性輸出，即合成圖像80，其具有顯示在輪廓圖像74上的齲齒區(qū)域76。所顯示合成圖像80可包括根據(jù)感測到的細菌活動的相對嚴重性或類型加以突顯的一個或多個細菌活動區(qū)域，例如像齲齒。

根據(jù)本申請的替代裝置和/或方法實施方案，口腔內(nèi)成像裝置10可用來獲得、處理并顯示使用熒光而不是使用反射光獲得的輪廓圖像。圖9是示出根據(jù)本申請的用于生成并顯示由至少熒光圖像內(nèi)容形成的輪廓圖像的示例性方法實施方案的邏輯流程圖。采集結(jié)構化光圖像步驟s200利用意圖激發(fā)熒光的結(jié)構化光(諸如uv光或近uv光)照射牙齒或其他口腔特征結(jié)構。結(jié)構化光圖案可以是參考圖3和4所示出的常規(guī)平行線布置，或可具有不同特性圖案。然后，以與用于反射成像的方式類似的方式、針對一些成像角度中的每一個、在一組多個圖像中捕捉由這個照射圖案產(chǎn)生的熒光。然后可在輪廓圖像生成步驟s210中形成輪廓圖像?？蓮臒晒鈾z測到細菌活動區(qū)域，如先前所述；這個過程是在任選的識別細菌活動區(qū)域步驟s220中執(zhí)行的。顯示步驟s230然后可顯示輪廓圖像，其中示出細菌活動的區(qū)域得到突顯。

應注意，圖9序列中所示的成像步驟可以按任何順序執(zhí)行，并且還可針對動態(tài)更新連續(xù)地執(zhí)行。使用成像技術或某些其他類型的位置感測機制對相機30進行位置跟蹤幫助提供結(jié)構化光圖像之間的所需關聯(lián)以及生成的輪廓圖像與熒光圖像數(shù)據(jù)的關聯(lián)。

圖10是示出根據(jù)本申請的用于將輪廓圖像與周圍軟組織中的損傷信息一起顯示的示例性方法實施方案的邏輯流程圖。圖10示出用于使用反射輪廓成像和熒光成像的組合來檢測并顯示患者嘴部的周圍組織中的損傷區(qū)域的序列。在采集結(jié)構化光圖像步驟s300中，在兩個或更多個空間位移的位置中的每一個處，將結(jié)構化光的圖案投影到牙齒和組織上兩次或更多次，以便獲得一些結(jié)構化光投影圖像。在相機30保持在用于捕捉圖案化光圖像的相同位置處的情況下，然后可在輪廓圖像生成步驟s310中形成包括周圍組織的輪廓圖像。然后執(zhí)行采集熒光圖像步驟s320，其中可從在已經(jīng)獲得其輪廓信息的牙齒附近的組織獲得熒光圖像內(nèi)容。用于激發(fā)熒光的光可以是平場光，諸如uv或近uv波長范圍中的光，如先前所述。將相機30維持在相同位置中允許熒光和輪廓信息的對準。各種傳感器(圖2a至圖2c中表示為運動檢測器38)可用于檢測無意中發(fā)生的相機30移動；圖像處理還可用于確定相機30是否在用于采集所需圖像的相同位置中。根據(jù)本申請的一個實施方案，直到獲得可彼此合適地對準的輪廓圖像和熒光圖像，才進行用于后續(xù)步驟s330和s340的處理。

在圖10序列中的識別損傷區(qū)域步驟s330中，使用圖像分析來識別指示損傷的組織區(qū)域。顯示步驟s340然后使所成像組織位置與所成像牙齒相關并且在合成圖像中顯示所識別損傷區(qū)域?？舍槍τ捎趫D10序列而顯示的圖像提供所述損傷的突顯。

圖10中示出的序列可例如用于幫助檢測粘膜損傷。損傷檢測可使用例如光譜分析來識別組織的可疑區(qū)域。已經(jīng)觀察到，使用約375nm至440nm范圍內(nèi)的uv來激發(fā)口腔粘膜會生成來自上皮角蛋白的熒光響應。異常組織具有降低的熒光強度，這指示各種類型的損傷。

應注意，圖10序列中所示的圖像采集步驟可同步地或以與所示順序布置不同的順序布置執(zhí)行，其中在采集新圖像時更新不同圖像內(nèi)容和對應處理。使用成像技術或某種其他類型的位置感測機制對相機30進行位置跟蹤幫助提供結(jié)構化光圖像之間的所需關聯(lián)以及生成的輪廓圖像與熒光圖像數(shù)據(jù)的關聯(lián)。

處理后的圖像內(nèi)容可以一些方式中的任何一種呈現(xiàn)給觀察者。圖11示出顯示器42上的示例性操作者界面屏幕，所述顯示器42允許觀察者允許或禁止合成圖像80內(nèi)的圖像內(nèi)容的顯示，諸如與輪廓圖像74一起、或與輪廓圖像74分開來觀察齲齒區(qū)域76，或僅觀察輪廓圖像74。這個相同類型的操作者界面布置可用于允許或禁止對損傷的觀察。搖攝和縮放圖像操控功能也可從操作者界面獲得。

本申請的實施方案還允許所成像牙齒內(nèi)容連同牙科圖表信息存儲起來。圖12示出顯示器42上的示例性牙科圖表88，其中根據(jù)牙齒位置將合成圖像80內(nèi)容編索引到特定牙齒20。

在一個實施方案中，用于獲得牙齒的圖像的方法可包括：將結(jié)構化光圖案投影到牙齒上并采集牙齒的多個結(jié)構化光投影圖像；從采集的多個結(jié)構化光投影圖像生成牙齒表面的輪廓圖像；采集牙齒的在藍色uv照射下生成的一個或多個熒光圖像；根據(jù)檢測到的相機移動生成合成圖像，所述合成圖像具有映射到生成的輪廓圖像的熒光圖像內(nèi)容；識別所映射熒光圖像內(nèi)容中的一個或多個修復區(qū)域；以及顯示生成的合成圖像，其中一個或多個所識別修復區(qū)域得到突顯。

在一個實施方案中，用于形成口腔內(nèi)圖像的方法可包括：將結(jié)構化光圖案投影到一個或多個牙齒上并采集牙齒的多個結(jié)構化光投影圖像；從采集的多個結(jié)構化光投影圖像生成牙齒表面的輪廓圖像；采集一個或多個牙齒的在藍色uv照射下生成的一個或多個熒光圖像；生成合成圖像，所述合成圖像具有針對映射到生成的輪廓圖像的牙齒的熒光圖像內(nèi)容；根據(jù)所映射熒光圖像內(nèi)容識別牙齒的一個或多個區(qū)域，所述一個或多個區(qū)域指示四環(huán)素材料；以及顯示生成的合成圖像，其中指示四環(huán)素材料的一個或多個所識別區(qū)域得到突顯。

在一個實施方案中，用于獲得口腔內(nèi)圖像的方法可包括：將結(jié)構化光圖案投影到一個或多個牙齒和周圍組織的至少一些部分上并采集牙齒和周圍組織的多個結(jié)構化光投影圖像；從采集的多個結(jié)構化光投影圖像生成牙齒和周圍組織表面的輪廓圖像；采集在牙齒附近的組織的在藍色uv照射下生成的一個或多個熒光圖像；生成合成圖像，所述合成圖像具有針對映射到生成的輪廓圖像的組織的熒光圖像內(nèi)容；識別指示所映射熒光圖像內(nèi)容中的組織異常的一個或多個區(qū)域；以及顯示生成的合成圖像，其中一個或多個所識別組織異常區(qū)域得到突顯。

在一個實施方案中，用于口腔內(nèi)成像的裝置可包括：第一寬帶可見光源，其用于提供用于反射成像的平場照射；藍色uv光源，其用于提供用于熒光成像的平場照射；第二寬帶可見光源或藍色uv光源，其用于生成圖案化照射；條紋圖案生成器，其在照射路徑中并且可激勵以形成來自第二光源的投影圖案，以便投影到一個或多個牙齒上；控制處理器，其可激勵以檢測裝置運動的量何時低于閾值并且根據(jù)圖案化照射和平場照射在光源之間連續(xù)切換以便獲得圖像；以及檢測器，其在來自牙齒的光的路徑中并且可激勵以根據(jù)照射路徑中的光形成圖像。

與一個實施方案一致，本發(fā)明的控制邏輯處理器40是一種類型的計算機處理器，其利用具有所存儲指令的計算機程序，所述指令在已經(jīng)存儲并從電子存儲器存取的圖像數(shù)據(jù)上執(zhí)行。如圖像處理領域的技術人員可以理解，本發(fā)明的一個實施方案的計算機程序可以由合適的、通用計算機系統(tǒng)(諸如個人計算機或工作站)或由包含在口腔內(nèi)相機30(圖1)內(nèi)的微處理器設備利用。然而，可以使用許多其他類型的計算機系統(tǒng)來執(zhí)行本發(fā)明的計算機程序，包括連網(wǎng)的處理器。用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的計算機程序可以存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中。這種介質(zhì)可以包括例如：磁性存儲介質(zhì)，諸如磁盤(諸如硬驅(qū)動器)或可移除設備或磁帶；光學存儲介質(zhì)，諸如光盤、光帶、或機器可讀條形碼；固態(tài)電子存儲設備，諸如隨機存取存儲器(ram)或只讀存儲器(rom)；或用于存儲計算機程序的任何其他物理設備或介質(zhì)。用于進行本發(fā)明的方法的計算機程序還可以存儲在通過因特網(wǎng)或其它通信介質(zhì)連接到圖像處理器的計算機可讀存儲介質(zhì)上。本領域的技術人員將輕易認識到，這種計算機程序產(chǎn)品的等效物也可用硬件構造而成。

應注意，在本申請的上下文中等同于“計算機可存取存儲器”的術語“存儲器”，可以指用于對圖像數(shù)據(jù)進行存儲和操作并且可由計算機系統(tǒng)存取的任何類型的臨時或更持久的數(shù)據(jù)存儲工作區(qū)，包括例如數(shù)據(jù)庫。存儲器可以是非易失性的，其使用例如長期存儲介質(zhì)，諸如磁性存儲體或光學存儲體?？蛇x地，存儲器可以具有更易失的性質(zhì)，使用電子電路，諸如由微處理器或其他控制邏輯處理器設備用作臨時緩沖區(qū)或工作區(qū)的隨機存取存儲器(ram)。顯示圖像需要存儲器存儲。例如，顯示數(shù)據(jù)通常存儲在臨時存儲緩沖區(qū)中，所述臨時存儲緩沖區(qū)與顯示設備直接相關聯(lián)并且根據(jù)需要定期刷新以便提供所顯示的數(shù)據(jù)。當這個術語在本申請中使用時，這個臨時存儲緩沖區(qū)還可以被認為是存儲器。存儲器還用作用于執(zhí)行并存儲計算和其他處理的中間結(jié)果和最終結(jié)果的數(shù)據(jù)工作區(qū)。計算機可存取存儲器可以是易失性的、非易失性的、或易失類型和非易失類型的混合組合。

根據(jù)本申請的示例性實施方案可包括本文所述的各種特征(獨立地或以組合的方式)。

雖然已關于一個或多個實施方式來示出本發(fā)明，但是在不脫離隨附權利要求書的精神和范圍的情況下，可對所示出的實例進行變更和/或修改。另外，雖然可能已經(jīng)關于若干實施方式中的一個公開了本發(fā)明的特定特征，但此種特征可與其他實施方式的一個或多個其他特征相組合，這對于任何給定或特定的功能可能是所期望的且有利的。術語“……中的至少一個”用來意指可選擇所列舉項目中的一個或多個。術語“大約”指示所列舉的值可被稍微變更，只要所述變更不會導致過程或結(jié)構與所示出的實施方案的不一致。最后，“示例性”指示描述是用作實例，而不是暗示它是理想的。在考慮本文所公開發(fā)明的說明書和實踐的情況下，本發(fā)明的其他實施方案對于本領域技術人員將是顯而易見的。意圖本說明書和實例應僅被視為示例性的，并且本發(fā)明的真實范圍和精神由以下權利要求書指示，并且落入其等效物的意義和范圍內(nèi)的所有變化意圖包含在其中。