CN107851336A - 用于记录体腔的数字图像并呈现体腔的三维模型的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备，包括：腔管扫描仪(260)，其被配置为扫描体腔并获取用于渲染体腔的3D模型的数据。所述腔管扫描仪包括：光学传感器(240)，其被配置为当所述腔管扫描仪设置在所述体腔内时获取所述体腔的图像；以及流体喷嘴(202)，其被配置成当所述腔管扫描仪被设置在所述体腔内时将流体引导到由所述光学传感器成像的所述体腔的区域上。

Description

用于记录体腔的数字图像并呈现体腔的三维模型的设备和 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年4月29日递交的、申请号为62/154,274的临时申请的权益，该专利申请的全部内容通过引用并入本文中，根据35 U.S.C.§119(e)，其如同在本文中阐述了一样。
背景技术
传统制造假牙的方式是需要几次会面的劳动密集的过程。目前用于全口假牙制造的标准过程可能包括以下描述的许多步骤。
首先，在初次访问期间，取得患者口腔的初始印模(impression)。用黄色的石头浇筑印模以形成诊断模型。定制模托通过复合材料或者树脂基由患者的模型制造而成。定制模托在患者的口中进行试验，并被调整到不会过度伸入软组织。使用灰色棒状化合物、热塑性化合物或粘性印模材料来边界性模制定制模托，以捕获前庭深度的解剖结构。定制模托被充满了印模材料，并对患者的口腔进行最终印模。最终印模被装盒和串珠(boxed andbeaded)(一种用于在最终印模周围建墙的技术)，并且最终印模被绿色石头浇筑，以获得最终模型。假牙基部通过最终印模的模型由复合材料或树脂基制成。咬合边由蜡制成，并根据标准化测量制成。颌的关系在咬合边位于患者口中时进行，并被调整为平齐。边的边缘对应于切缘。进行面弓转移以将模型安装在咬合器上。选择牙齿、假牙材料和咬合设计。将蜡从咬合边上移除，并且将前假牙牙齿置于上颌骨和下颌骨弓中。在患者口中测试具有前假牙牙齿的咬合边。重复颌的关系。将蜡从咬合边上移除，并将后假牙牙齿置于上颌骨和下颌骨弓中。在患者口中测试具有前假牙牙齿和后假牙牙齿的咬合边。重复颌的关系。验证中心关系。咬合边缘和记录基部被送去进行假牙处理。将假牙交付给患者，并根据需要进行调整。从以上可以看出，当前用于全口假牙制造的标准过程是相当长、复杂和对于患者来说不方便的。
当前用于局部假牙制造的标准过程可以包括以下描述的多个步骤。在初诊期间，获取患者口腔的初始印模。用黄色的石头浇筑印模，以形成诊断模型。确定框架、牙齿的选择和扣环的设计。定制模托通过患者的模型利用复合材料或树脂基制成。在口腔内进行静止的牙齿的改变和轮廓高度的调整。在患者的口中试验定制模托，并将其调整到不会过度伸入到软组织。使用灰色棒状化合物、热塑性化合物或粘性印模材料来边界性模制定制模托。将定制模托充满印模材料，并且获取患者的口腔的最终印模。最终印模被装盒和串珠(一种用于在最终印模周围建墙的技术)，并且最终印模被黄色石头浇筑，以获得最终模型。最终模型被送到实验室，并为每个弓形成框架。在患者的口中测试框架，并根据需要进行调整。咬合边在框架上由蜡制成，并根据标准化测量制成。颌的关系在咬合边位于患者口中时进行，并被调整为平齐。边的边缘与切缘相对应。进行面弓转移以将模型安装在咬合器上。将蜡从咬合边上移除，并放置牙齿。在患者口中测试具有假牙牙齿的咬合边。重复颌的关系。验证中心关系。咬合边和框架被送去进行假牙处理。将假牙交付给患者，并根据需要进行调整。
上述全口和局部假牙制造的传统过程需要五次会面、用于每个印模的多种材料、制造假牙的熟练技术、以及不舒服的和经常杂乱的在口内制造的多个印模。
近来，开发了新的设备和过程以使假牙制造过程更具成本效益和时间效率。例如，Howe开发了一种利用患者口腔的三维图像来设计数字版假牙的技术(专利号：8,641,938B2)。记录基部和咬合边是用于颌的关系所选定的材料铣削，然后进行数字化调整。铣削掉咬合边的很大部分，并将更美观的材料被浇筑并固化就位，然后将其被铣削成牙齿轮廓。
市场上存在用于全口和局部假牙的CAD/CAM设计。“熔融沉积造型”是一种用于制造假牙的3D打印的形式，其中材料的微小液滴在x-y平面上射流以形成假牙的3D图像。假牙由假牙的3D模型创建，其需要患者口腔的3D图像。然而，在此过程中产生的假牙牙齿具有较低的耐磨性。为用于牙科修复的本领域技术人员所知的另一种3D打印形式是立体光刻。
可替选地，一些组织使用计算机建模来设计假牙，但是仅仅使得假牙基部被铣削。这些假牙基部经常被铣削出孔，该孔与实验室技术人员在制造假牙时将牙齿所放的位置相对应。
Fisker(美国专利公开号：2013/0316302 A1)取得了一项技术的专利权，该技术使用患者口腔的3D图像虚拟建模，然后用一种材料铣削或3D打印虚拟牙齿，并且用另一种材料铣削或3D打印牙龈部分。牙齿和牙龈部分然后通过独特的附接***连接，这些附接***已被形成在两个组件的设计中。
斯科茨代尔亚利桑那州的Digital Dental Solutions公司目前提供少至两次访问的假牙制造。在第一次访问期间，从业者使用提供的解剖测量设备来获得印模。该印模被送到的实验室，在那里它被扫描，并使用算法来放置牙齿和执行颌的关系。在确定了理想设计后，将记录基部铣削出用于放置和粘合的人造牙齿的相应的孔，或者利用多色材料将整个假牙铣削出来。假牙被打磨并由实验室技术人员进行检查，该实验室技术人员在将假牙送回从业者进行交付之前将最终产品与虚拟设计进行比较。
不获取边界模具以及捕获前庭的解剖结构的***被许多从业者认为是不好的。边界模型是允许定制模托的***边界的重要过程，这对于精确地捕获前庭并确保最佳的假牙保持性和稳定性是重要的。
以上都是目前所有的数字化假牙的例子，所有这些例子都需要患者口腔的3D模型。每种技术目前都会获取患者的口腔的物理印模并且将其作为负型而进行扫描作以开发3D模型。
口内扫描仪目前被用于扫描准备为牙冠和牙桥的牙齿。在扫描这些制备物之前，通常通过浸泡在牙齿的颈部和牙龈组织之间的hemodent溶液中的包装软线来缩回牙龈组织，并且在十分钟后取出。该软线用于在制备边缘和软组织之间形成空间，以便更好地检测在最终渲染中制备的边缘并形成理想适配的牙冠。当扫描龈下的边缘时，获得具有清晰边缘的渲染可能变得特别困难，因为在移除缩回软线之后，牙龈组织会落在边缘的顶部。
目前的方法和设备不能检测龈下的边缘是行业的挑战之一，并且这导致许多从业者改变他们准备牙科修复的方式。在理想状况下，例如，在牙冠的情况下，从业者试图将准备的牙冠的边缘定位在龈下大约一(1)毫米，从而一旦放置牙冠，边缘就不可见。由于目前的扫描仪无法扫描龈下区域，因此当需要进行龈下扫描时，使用口内扫描仪的从业人员将其边缘放置在龈缘处或龈缘上方。因此，口内扫描仪的使用已被退到其中边缘不明显的后牙，而传统的牙齿准备和印模技术被用于前牙以及更美观的情况。
进行了各种尝试以克服该缺陷，这些尝试包括开发类似雷达的***来扫描软组织和流体以检测边缘。但是，这是一个崭新和复杂的尝试。因此，需要方法和设备以使从业者能够容易地获得边缘清晰的渲染。
一些时候，通过电外科手术缩回牙龈组织。很多时候，通过将电外科手术和包装缩回软线都浸泡在hemodent溶液中，可能会导致出血。水分阻碍了从业者数字化捕获牙冠边缘的能力。
发明内容
存在进一步改进假牙制造过程的方法和设备的需要，以使其更便宜、更精确和对患者更方便。本文描述了一种用于记录诸如口腔之类的体腔的数字图像的方法和设备，以使3D模型(诸如假牙制造的过程)的呈现对于正在扫描体腔的从业者和受试者成本更低、更精确且更方便。在一些实施方式中，3D模型被用作牙科修复体或假体本身的设计基础。
在第一组实施方式中，一种装置，包括腔管扫描仪，所述腔管扫描仪被配置为扫描体腔并获取用于渲染体腔的3D模型的数据。所述腔管扫描仪包括：光学传感器，所述光学传感器被配置为当所述腔管扫描仪设置在所述体腔内时获取所述体腔的图像；以及流体喷嘴，其被配置为当所述腔管扫描仪被设置在所述体腔内时，将流体引导到由所述光学传感器成像的所述体腔的区域中。
在第二组实施方式中，一种***包括：腔管扫描仪，所述腔管扫描仪被配置为扫描体腔并获取用于渲染体腔的3D模型的数据；以及被配置为基于3D模型制造牙科修复体的制造设备。该制造设备选自由铣削单元和3D打印机限定的组。
在第三组实施方式中，一种***包括：腔管扫描仪，所述腔管扫描仪被配置为扫描体腔并获取用于渲染体腔的3D模型的数据；压缩流体源；以及提供压缩流体源与流体喷嘴之间的流体连通的流体通道。
在第四组实施方式中，一种方法，包括：将腔管扫描仪***到体腔中，所述腔管扫描仪包括光学传感器以及流体喷嘴，所述光学传感器被配置成当腔管扫描仪被布置在体腔内时获取所述体腔的图像，所述流体喷嘴被配置为当所述腔管扫描仪被设置在所述体腔内部时将流体引导到由所述光学传感器成像的所述体腔的区域中；将光学传感器指向所述体腔的一部分；在足以使所述体腔部分处的软组织移动的压力下，将流体引导至体腔的部分；以及将指示由光学传感器收集的数据的信号发送到处理器。
在第五组实施方式中，一种承载一个或多个指令序列的非暂时性计算机可读介质，其中由一个或多个处理器执行所述一个或多个指令序列使得设备执行以下步骤：从布置在对象的体腔中的腔管扫描仪中的光学传感器提供指示所述体腔的可见部分和所述光学传感器的位置以及所述光学传感器的定向的第一信号；接收第二信号，所述第二信号指示施加到与流体喷嘴流体连通的流体的压力的量，所述流体喷嘴设置在所述腔管扫描仪中的光学传感器附近；基于所述第一信号和所述第二信号确定所述体腔的数字3D模型；以及在输出装置上呈现数字3D模型的渲染。
对于一些牙科应用，本申请中公开的方法和设备可以通过用清洁的液体填充龈沟来改进从业者捕获龈下边缘的图像的能力，从而维持由软线产生的缩回状态。从流体喷嘴喷出的干燥气体极大地提高了从业者控制感兴趣区域中的水分的能力，同时保持牙齿表面和牙龈组织的分离，从而允许理想的条件以扫描牙冠并数字地形成永久牙冠。
以上的概述和下面的详细描述仅仅是用于提供进一步解释的例子。
附图说明
现作为示例以非限制的方式示出了各种实施方式，其中在附图中相同的附图标记指代相似的元件，并且其中：
图1是根据现有技术的用于记录患者的口腔的3D图像并且使用该3D图像制造牙科修复体的示例性设备的图示；
图2示出根据一个实施方式的用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备，其包括口内扫描仪、便携式气压单元以及计算机；
图3示出了根据另一个实施方式的用于记录患者口腔的3D图像的示例性设备的口内扫描仪；
图4示出根据又一实施方式的用于记录患者口腔的3D图像的示例性设备的口内扫描仪和便携式气压单元；
图5至图7示出了根据又一实施方式的用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备的口内扫描仪；
图8至图9示出了根据一个实施方式的用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备的气嘴布置；
图10A示出了具有在冠状平面中具有假牙的上颌无牙齿弓右侧的第一横截面图；
图10B示出了根据一个实施方式的在冠状平面中上颌无牙齿弓(不具有的假牙)右侧的另一横截面图；
图11是根据一个实施方式的、示出了位于冠状平面内的图10A至图10B的上颌无牙齿弓的右侧以及处于第一位置和第一定向中的口内扫描头和空气射流的动作的截面图；
图12是图11的横截面图，其示出了根据一个实施方式的处于第二位置和第二定向中的口内扫描头和空气射流的动作；
图13是图11的横截面图，其示出了根据一个实施方式的处于第三位置和第三定向中的口内扫描头和空气射流的动作；
图14是根据一个实施方式的、待扫描的磨牙牙冠制备的冠状截面图；
图15是图14的冠状截面图，其示出了具有包装收缩软线的磨牙牙冠制备；
图16是图14的冠状截面图的特写，其示出了根据一个实施方式的、示出口内扫描头和空气射流的动作的磨牙牙冠制备；
图17是示出根据一个实施方式的用于操作和使用具有空气射流的3D扫描仪的示例性方法的流程图；
图18是示出本发明的实施方式可以在其上实现的计算机***的框图；
图19示出了本发明的实施方式可以在其上实现的芯片组。
具体实施方式
描述了一种用于记录体腔(诸如患者的口腔或结肠)的数字图像以呈现体腔的3D模型的方法和设备，诸如渲染3D图像或视频或3D打印模型或假体或假体组件的正或负型。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，公知的结构和装置以框图的形式示出，以避免不必要地模糊本发明。
在附图和整个详细描述中，除非另外描述，否则相同的附图标记被理解为指代相同的元件、特征和结构。为了清楚起见，这些元素的相对大小和描述可能被夸大。此外，可以理解的是，当元件被称为“连接到”另一元件时，其可以直接连接到另一元件或者可以存在中间元件。本文使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，其不意在限制本发明。
虽然可以针对单个示例性实施方式描述了一些特征，但是各方面不需要限于此，而是来自一个或多个示例性实施方式的特征可以与来自一个或多个示例性实施方式的其它特征组合。
尽管阐述宽范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体的非限制性示例中阐述的数值为尽可能的精确。然而，任何数值都潜在地含有某些误差，这些误差必然是由撰写本文时在其各个测试测量中发现的标准偏差造成的。此外，除非上下文另外清楚地表述，否则本文呈现的数值具有由最小显著数字给出的隐含精度。因此数值1.1意味着从1.05到1.15的值。术语“大约”用于表示以给定值为中心的更宽的范围，并且除非上下文中另外明确表示围绕最小显著数字的更宽的范围，诸如“约1.1”意味着范围从1.0到1.2。如果最小显著数字不清楚，那么术语“约”意味着两个因子，例如“约X”意味着在0.5X到2X范围内的值，例如大约100意味着在从50到200的范围内的值。而且，本文公开的所有范围应被理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，“小于10”的范围可以包括在(和包括)最小值0和最大值10之间的任何和所有子范围，也就是说，具有等于或大于零的最小值以及等于或小于10的最大值的任何或者所有子范围，例如1至4。
本发明的一些实施方式在制造诸如假牙的牙齿修复的背景下进行描述。但是，本发明不限于该背景。在其它实施方式中，本发明可用于其它牙齿修复的背景下(例如牙冠和牙桥)，或用于开发用光学探针(例如内窥镜、结肠镜、腹腔镜、关节镜等)检查的受试者身体中的其它腔体的3D模型。
1、概述
提供了利用光学探头中的光学传感器记录体腔的3D图像的技术，诸如用于制造牙科修复体的受试者的口腔的图像。在后面的实施方式中，使用通过光学传感器扫描口腔的口内扫描仪获得一定区域的3D图像，该口内扫描仪获取该区域的静止图像、视频图像或静止图像和视频图像的组合。所述光学探针包括喷嘴，该喷嘴引导流体射流，流体射流基于所述组织的弹性而使得组织从待扫描区域进行一定量的偏转，或者进一步将软组织与由所述软组织覆盖的表面分离，从而使所述光学传感器观看到先前被覆盖的表面/区域。流体射流还可以使得待被成像的区域不具有渗出的口内液体(例如血液和唾液)，从而实现该区域的优异隔离。此外，流体射流可以防止流体飞溅回到光学传感器上。
在以下描述的许多实施方式中，示例性的体腔是口腔，而示例性的流体是空气。在各种实施方式中，喷嘴与流体供应部和用于来自供应部的流体的压力源流体连通，该压力源例如为重力供应、泵或具有管和柱塞布置的喷嘴，其中，柱塞手动致动或使用电机致动。任何液体或气态流体(例如水或盐水)等都可以用来移动软组织。然而，清洁的气体流体是优选的，因为它不干扰口内扫描仪拍摄的图像。干燥流体(如气体)可以消除腔管中的水分。此外，为了安全和提供良好的成像，对患者无害的清洁流体是优选的。在许多所示实施方式中，流体是空气。然而，也可以使用本领域已知的其它物质，例如高浓度的氧气、氮气、二氧化碳、惰性气体等，以上几者的一者或者某种组合。
从以下详细描述，仅仅通过示出多个具体实施方式和实现方式，包括用于执行本发明所预期的最佳方式，其它方面、特征和优点是显而易见的。其它实施方式也能够具有其它不同的特征和优点，并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下，其多个细节可以在各个明显的方面中进行修改。因此，附图和描述在本质上被认为是说明性的，非限制性的。
所示出的装置是具有一个或多个流体喷嘴诸如嵌入或附接的气嘴的3D口内扫描仪。当在口腔内扫描硬组织时，该装置以与当前的口内扫描仪相同的方式使用。当扫描软组织，特别是前庭时，一个或多个流体喷嘴以恒定或可调节的压力吹送流体以提供加载力并捕获软组织解剖结构，例如先前仅通过边界模制获得的口腔解剖结构。当扫描牙冠边缘时，流体压力对于创建和保持龈沟的收缩也是有用的。在一些实施方式中，流体是干燥的，例如流体是包括水蒸汽(如果有的话，远远低于水蒸气饱和水平)的气体，使得在光学传感器的视野范围的水分被冲击气体干燥掉。
扫描仪被物理地或无线地连接到处理器(诸如具有软件的计算机)，该处理器保存和分析由扫描仪获得的数字图像数据，以基于体腔的3D模型，将体腔的数字3D模型渲染为图像或其它类型的输出(例如3D可旋转图像或视频、3D打印输出或3D铣削物体)。例如，这个3D模型可以用于铣削或3D打印记录基部，或者用于补充扫描物理最终印模的其它数字假牙的方法。
本文公开的方法和装置可以允许例如从业者在最初的会面期间开发患者的口腔的3D数字模型，其具有等同的或改进的最终印模的细节，而不需要使用昂贵且杂乱的印模材料。这种方法和技术可以通过以下方式帮助传统假牙制作：通过提供可以用于设计和铣削记录基部的口腔内的三维图像，然后让实验室技术人员开发颌的关系的咬合边，并最终手动设置牙齿。可替选地，可以使用该方法和技术来取代物理印模，以用于更先进的数字假牙修复过程，其中装置基于口腔扫描来制造假牙基部和咬合边或整个假牙。这两种用途都可以为业者和患者节省材料、劳动力和时间。
此外，本申请中公开的方法和装置可以通过用空气填充牙龈沟，保持由软线产生的缩回，在扫描为牙冠和牙桥准备的牙齿的同时，提高从业者捕获龈下边缘的能力。此外，来自气嘴的气流极大地提高了从业者控制感兴趣区域中的水分的能力，同时保持牙齿表面和牙龈组织的分离，允许在理想的条件下扫描牙冠并数字化地产生永久牙冠。此外，组织对气压的响应，例如形成由光学传感器捕获的图像中可见的凹痕，可以指示组织在口腔或结肠或其它体腔中的弹性特性。
2、示例性实施方式
图1是根据现有技术的、用于记录患者的口腔的3D图像和使用3D图像制造牙科修复体的示例性设备的示意图。该设备包括口内扫描仪102，用于储存和执行被配置为解释由口内扫描仪102扫描的数据的软件的计算机104，显示器106和铣削单元108。铣削单元的示例性制造商包括：Roland DGA Corp.；Sirona；E4D；Origin；Glidewell Laboratories；Zubler USA；Zirkonzahn USA；Schutz Dental；Jensen Dental；Ivoclar Vivadent；DatronDynamics；Creo Dental Systems；CadBlu Inc.；B&D Dental Technologies(Origin)；Amann Girrbach GmbH；Axsys Dental Solutions；Carestream Dental；Nobel Biocare；以及3M。
在一些实施方式中，设备100的元件彼此之间有线通信，而在其它实施方式中，这些元件彼此无线通信。口内扫描仪102包括至少一个光学传感器112并被配置为扫描患者的口腔并将数据传输到计算机104。计算机104使用软件来解释数据并开发患者口腔的3D模型110。在一个实施方式中，基于3D模型的图像被显示在显示器106上。在一个实施方式中，3D模型110被用作3D设计以铣削记录基部、咬合边甚至整个假牙。在其它实施方式中，3D打印机使用3D模型来制作记录基部、咬合边或整个假牙。3D打印机的示例制造商包括：EnvisionTec；FormLabs；Javelin Technologies；BEGO；和Stratasys。示例性3D过程包括熔融沉积建模和立体光刻。
图2示出了根据一个实施方式的用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备250，包括腔管扫描仪260、加压流体储存单元218和计算机104。腔管扫描仪260包括具有至少一个流体喷嘴202的流体喷嘴布置200。流体喷嘴202的结构是：其被配置成产生流体流，该流体流可单独地或者与其他流体流组合而被输送到软组织并且施加足以使软组织移位的力。在一个实施方式中，该结构类似于简单的直管道。在另一个实施方式中，它可具有更复杂的形状以确保达到流的准直的阈值量。任何液态或气态流体都可以用来移动软组织。然而，清洁的气态流体是优选的，因为它不干扰由腔管扫描仪260拍摄的图像。此外，对患者无害的清洁流体是优选的。在一个实施方式中，流体是空气。然而，也可以使用本领域已知的其它流体。在该示例性实施方式中，流体喷嘴202与腔管扫描仪260的扫描头204一体成型。在所示的示例性实施方式中，围绕光学传感器240的周边206设置有四(4)个流体喷嘴202。在该示例性实施方式中，光学传感器240容纳在扫描头204内。在各种实施方式中，光学传感器是单个传感器或传感器阵列，诸如一维或二维的电荷耦合装置(CCD)阵列。然而，在一些实施方式中，光学传感器240从腔管扫描仪260的外表面210伸出或固定到腔管扫描仪260的外表面210。类似地，在该示例性实施方式中，流体喷嘴202容纳在扫描头204内。然而，在一些实施方式中，流体喷嘴202从腔管扫描仪260的外表面210伸出或被固定到腔管扫描仪260的外表面210。流体喷嘴202的每一者以流体射流212的形式将流体喷射到光学传感器240的视野214中。虽然图2仅示出了四个流体喷嘴202，但是在其它实施方式中，各种配置的流体喷嘴202可以用于移动和稳定正被扫描的软组织。此外，在一个实施方式中，流体喷嘴202被配置成产生平行的流体射流212，如图2所示。可选地，在各种其它实施方式中，流体喷嘴202可以被配置为产生彼此会聚或者彼此分开的流体射流212，或者以上情况的一些组合。
在一个实施方式中，腔管扫描仪260包括其主体内的流体通道216，该流体通道216将流体从加压流体储存单元218供应到流体喷嘴202。在一个实施方式中，流体压力可经由压力调节器220调节以满足从业者的规定。流体通道216提供加压流体储存单元218和流体喷嘴202之间的流体连通，并且可以至少部分地设置在腔管扫描仪260的壳体222内。同样，供电线224提供来自电源228的电力，并且在一个实施方式中，至少部分地设置在壳体222内。可替选地或附加地，当电源228不可用时，电池230设置在壳体内以向腔管扫描仪260供电。在一个实施方式中，数据通信线232提供光学传感器240与计算机104之间的数据通信。可替选地或附加地，在各种其它实施方式中，无线发射器单元234设置在壳体222中，并且将数据无线发送到与计算机104数据通信的无线接收器单元236。
图3示出了根据另一个实施方式的、用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备350的腔管扫描仪360。在该实施方式中，四个流体喷嘴202嵌入在光学传感器240的周边206周围，并且另一流体喷嘴300嵌入光学传感器240的中心。每个流体射流212在其接触软组织的各个位置处对软组织施加力。当存在四个平行流体射流212时(如在如图2的流体喷嘴布置200中)，流体射流212可以在软组织中产生四个凹坑，每个凹坑与相应的流体射流212相关联。这四个凹坑在它们之间产生软组织的升起区域。位于光学传感器240的中心的另一流体喷嘴300允许附加流体射流302冲击在凹陷之间的区域中的软组织。这缓解或防止在凹坑之间形成升起区域。这进而使得在光学传感器240的视野214中的软组织的轮廓更平滑，允许更精确的成像。在一些实施方式中，相对于气体射流的压力的凹坑的大小或深度被用于估计组织的硬度，其可用于表征组织，例如为牙龈或为面颊、或为健康的或为患病的。
图4示出了根据又一实施方式的、用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备450的便携式加压流体储存单元218以及腔管扫描仪460。在该实施方式中，存在附接到腔管扫描仪460的多个流体喷嘴400。流体喷嘴400通过固定到腔管扫描仪460的附接装置402连接。在示例性实施方式中，附接装置402包括附接夹404，附接夹404夹在壳体222的颈部406但允许轻松的移除。多个流体喷嘴400可以类似地定位在腔管扫描仪460的尖端408周围。在该实施方式中，流体通道216设置在壳体222的外部。例如，流体通道410沿着加压流体储存单元218之间的壳体222的外表面210延伸到流体喷嘴400。在一个实施方式中，流体喷嘴400起到双重作用，即它们也被配置为夹持到腔管扫描仪460的尖端408，由此提供第二固定点。这种布置的优点是现有的扫描仪可以由流体喷嘴改装。另一个优点是流体喷嘴可以由便宜的一次性材料制成。使用便宜的、一次性材料允许每次使用新的喷嘴布置200，消除了对喷嘴进行消毒以重复使用的需要。
图4还公开了可选的单个流体喷嘴控制器412，其中，在一个实施方式中，每个流体喷嘴控制器412控制流体流到相应流体喷嘴400。这使得能够对每个流体射流212进行单独控制，并且主阀414提供对到达流体喷嘴布置416的总流体流的控制。在任何实施方式中，单独的流体喷嘴控制器412和主阀414可以以任何组合存在。在一个示例性实施方式中，选择喷嘴可具有较高压力的空气射流以帮助移位，而其它喷嘴可具有较低的空气压力以帮助稳定牙龈组织。在某些情况下，不相等的压力可有助于稳定组织、清除口内液体和使组织独特地变形。
以前，用一种提供一定量的阻力的材料在整个口中进行印模。取印模的人可能手动地在一个区域施加比另一个区域更大的压力，会导致组织和印模材料的位移，而这是不期望的。本文的教导使得能够在口腔的不同区域中使用各种大小不同的压力，而没有与现有技术相关的损害，有可能提供前所未有的配合。
在另一个示例性实施方式(未示出)中，替代了单独的阀，控制***可以包括类似于视频游戏控制器的操纵杆。在一个方向上移动操纵杆可以控制与该方向相关的喷嘴中的压力。例如，将操纵杆推向右上方会增加右上部的气嘴的压力。将操纵杆推向下会增加两个下气嘴的压力。来自气嘴的压力也可以通过软件来控制。根据正在扫描的区域和所需的结果，软件本身可以调节气压，同时通过口内扫描仪实时测量结果。
关于数据通信，在图2至图7中的配置可以被设置为与电池单独地无线地操作(例如，无绳)，并且将所获得的数据无线发送到计算机104。在一些实施方式中，加压流体储存单元218附接到腔管扫描仪460，其被设置成仅用于无线操作，形成为从业者提供更大的操作自由的特别便携的设备。
图5至图7示出了根据另一实施方式的用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备550的口内扫描仪560。在该实施方式中，口内扫描仪被示出为具有不同的壳体222和在口腔扫描仪的尖端408外部的并且可移除地固定到口腔扫描仪的尖端408的流体喷嘴布置416。流体通道216连接到流体喷嘴头500。在一个实施方式中，流体通道216包括例如围绕刚性(例如不锈钢)管的塑料管(例如聚丙烯)。流体通道216机械地(例如经由压入配合或紧固件)和/或化学地(例如经由粘合剂)固定到流体喷嘴头500。流体喷嘴头500通过为本领域技术人员已知的方法(包括3D打印过程)制造。流体喷嘴头500机械地(例如紧固件)或化学地(例如经由粘合剂，诸如在双面胶带上)固定至尖端408。如果使用粘合剂，则粘合剂有利地足够坚固以承受由流体射流212产生的力，因为这些力倾向于推动流体喷嘴头500远离尖端408。在另一个示例性实施方式中，流体喷嘴布置416结合了与壳体222一体成型的流体喷嘴212以及在壳体222外部的流体喷嘴212。例如，在图5至图7所示的示例性实施方式中，可以在光学传感器240的中间添加一体的流体喷嘴202。到一体流体喷嘴202的加压流体可以由所示的流体通道216和/或由在壳体222外部或内部的附加流体通道(未示出)供应。
在示例性实施方式(未示出)中，单独的喷嘴可以主要负责一个任务并且其次负责另一个任务。例如，所选择的一个喷嘴或多个喷嘴可主要负责施加力量以移动软组织的任务，而其次负责防止流体溅回到光学传感器上的任务。类似地，在剩余喷嘴中所选择的一个或多个喷嘴可以主要负责防止流体溅回到光学传感器上的任务，并且其次负责施加力以移动软组织的任务。该角色的划分可以使用类似于上面所见的实施方式和/或可以添加额外的喷嘴来实现。
在一个示例性实施方式中，喷嘴可以位于光学传感器240的周边206上，并且可以朝向光学传感器240向内倾斜。在这样的配置中，从倾斜的喷嘴发出的流体射流212扫过光学扫描仪，从而在光学传感器240上方形成空气幕。空气幕将夹带可能朝向光学传感器240飞溅回的流体。一旦夹带，飞溅的流体在到达光学传感器之前将被空气幕重新引导离开光学传感器240，使光学传感器240可自由地扫描而不被回溅阻挡。
在示例性实施方式中，多个喷嘴可以向内倾斜以有助于气幕喷嘴。理想地，由这些空气幕喷嘴形成的流体射流被配置成以一种或另一种形式彼此协作。例如，每个流体射流可以扫过光学扫描仪的相应的不同区域，以使得流体射流一起覆盖比任何一个射流本身所覆盖的更宽区域。在另一个示例性实施方式中，流体射流可以扫过重叠区域，但是以与光学传感器240不同的距离。在这种配置中，所得到的空气幕可以被认为是较厚的，而不是较宽的。在另一个示例性实施方式中，流体射流可以被配置成扫过从光学扫描仪偏离的区域。例如，如果实践表明回溅可能来自某个方向，则可以将流体射流配置为：通过在光学传感器240和预期的回溅起始位置之间形成气幕以有助于扫过/保护光学传感器240。
此外，气幕喷嘴所处的角度可以基于预期的操作环境来选择。在示例性实施方式中，角度可以设置成使得：流体射流扫过光学传感器240，以形成几乎平行于光学传感器240中的阵列并垂直于图4中所示的流体射流212的气幕。可替选地，该角度可以使得流体射流212更接近光学传感器240的阵列的法线且平行于图4的流体射流212。在前一示例中，任何回溅可能被扫到一旁，而在后一示例中，任何回溅可能朝向其初始位置而被推回。前者可能更适合来自任何方向的较弱的回溅，而后者可能更适合于来自已知方向的更强的回溅。因此，气幕喷嘴的配置可以适应期望的操作环境。
在图8和图9示出了根据一个实施方式的、用于记录患者的口腔的3D图像的示例性设备550的流体喷嘴布置416。在该实施方式中，流体喷嘴头500和流体通道216与腔管扫描仪560分离。流体喷嘴头500包括内部通道800，其每一个提供在流体通道216和各个流体喷嘴804的出口802之间的流体连通。内部通道在上游的充气室806汇合。在示例性实施方式中，内部通道被设计成具有从入口808相同的压降，其中在该入口808流体通道216连接至相应的出口802或充气室806。然而，内部通道800可以具有不同的长度和/或不同的几何形状，其会导致不同的内部压降。为了确保压降相等，在一个实施方式中，内部通道800被设计为包括旨在适应内部通道800中的压降的一个或多个特征。例如，可以使得具有相对低的压降的内部通道800具有更曲折的路径，和/或可以包括流动障碍物以将压降增大到其它内部通道的压降。以这种方式，出口802处的压力可以设计成相等的。可替选地，压力可以不同地被设计。代替的是，每个通道可能有不同的压降。在未经校正的情况下，这可能产生不太精确的3D图像，但是流体喷嘴头500可能可更便宜地制造，并且误差可能在可接受的参数范围内。可选择地，为了考虑并且可能克服局部压力变化和相关联的不同软组织偏转的光学效应，可以对软件进行编程。在一些实施方式中，每个喷嘴或射流处的不同压力可能是有利的，并因此，校正(如果有的话)被设计成在每个输出端口处提供有利的、不同的压力。
在示例性实施方式中，流体喷嘴804彼此平行地定向，而在另一个示例性实施方式中，流体喷嘴804倾斜以使得流体射流212会聚或发散。在示例性实施方式中，流体射流212会聚在一个点处，该点被视为焦点。在该示例性实施方式中，焦点位于距腔管扫描仪560的尖端408的预定距离处。在操作期间，从业者可以确保尖端408从待偏转的软组织以大约设定距离间隔开，以确保焦点与待偏转的软组织大致重合。可选地，流体射流212被定向成使得它们与正交于光学传感器240中的阵列而定向的线相交并且在光学传感器240中居中，但是在与尖端408不同的距离处。(该线类似于：从图2的附加的流体喷嘴300放射的流体射流212的轨迹)。例如，第一流体射流212可以在一(1)毫米处与中心线相交，第二流体射流212可以在二(2)毫米处与中心线相交，第三流体射流212可以在三(3)毫米处与中心线相交以及第四流体射流212可以在四(4)毫米处与中心线相交。在这样的实施方式中，当要被移位的软组织沿着中心线设置时，尖端408可以一定距离范围(例如1-4毫米)与软组织分开，并且仍然接收至少一个流体射流212的全部的位移力。尽管一个流体射流212的位移力小于焦点处的四个射流的位移力，但是焦点针对腔管扫描仪560的尖端408的定位方面容许有误差。一个示例性实施方式中(不意味是限制性的)，传递到组织上的力的范围从每平方厘米(cm2)约0.5至约25千牛顿(kN)。在约5kN/cm2之下的压力对于打开牙龈沟(在一侧的牙釉质和牙根的基部和另一侧的牙龈之间的边界)是有利的，并且该范围中的较高的压力对于将脸颊移动远离牙龈和移动底层的肌肉是有利的。
根据本发明的示例性实施方式，在下文中描述使用用于记录3D图像的设备的方法。图10A示出了具有在冠状平面中的假牙1002的上颌无牙齿弓1000的右侧的第一横截面图。图10B示出了根据一个实施方式的待扫描的、在冠状平面中的上颌无牙齿弓1000(没有假牙)的右侧的另一个截面图。这些图描绘了颊粘膜1004(具有和不具有假牙1002)相对于颊前庭1008和牙槽脊1010的静止位置。在没有流体喷嘴202的情况下，腔管扫描仪560不能获取加载的颊前庭1008的解剖结构，因为颊前庭1008被颊粘膜1004阻塞并且需要力来加载软组织。
图11是示出了根据一个实施方式的、在冠状平面中的图10A-图10B的上颌无牙齿弓1000的右侧的截面图，以及在第一位置和第一定向的口内扫描头204和流体射流212的动作。流体喷嘴202表示流体射流212，并且朝向颊前庭1008的深度、沿着颊粘膜1004移动。图12是图11的横截面图，示出了根据一个实施方式的在第二位置和第二定向的口内扫描头204和流体射流212的动作。扫描头204从颊粘膜1004旋转到牙槽脊1010，其中流体被充分表达。当流体射流212被表达成进入颊前庭1008中时，未附接的组织以类似于在边界模制期间被加载的方式被加载。可以调节流体压力，以接合颊前庭1008中的肌肉，允许检测底层的肌肉解剖结构。由正在扫描视野214的扫描头204中的光学传感器240捕获解剖结构。
图13是图11的截面图，其示出了根据一个实施方式的在第三位置和第三定向的口内扫描头204和流体射流212的动作。具有流体射流212的扫描头204冠向地沿着牙槽脊1010朝向牙槽脊1010的顶部1300移动。从业者在中间地移动和扫描软腭和硬腭1302之前，扫描无牙齿患者或部分无牙齿的患者的任何牙齿的牙槽脊1010。
在一些实施方式中，捕获软件对平均每个特定区域的捕获图像进行平均，以校正任何流体波纹，使得所得到的渲染包含在最终印模中获得的解剖结构，使得渲染理想化以铣削记录基部。
根据本发明的示例性实施方式，下文描述使用用于记录3D图像的设备(诸如图1至图7所示的设备)的其它方法。图14是根据一个实施方式的、待扫描的磨牙牙冠制备物1400的冠状截面图。在牙冠制备物1400的边缘1402和附接牙龈1404之间是龈沟1406。在扫描牙冠制备物1400之前，通过各种方法产生牙冠制备物1400的边缘1402和附接牙龈1404之间的空间。用于形成所述空间的常见方法包括将浸泡在hemodent溶液中的缩回软线1500包装到龈沟中。图15是图14的冠状截面图，其示出了具有包装收缩软线1500的磨牙牙冠制备物1400。
图16是图14的冠状截面图的特写，其示出了根据一个实施方式的磨牙牙冠制备物1400，并示出了口内扫描头204和流体射流212的动作。根据本发明的示例性实施方式，用于形成所述牙冠制备空间的方法包括使用具有用于产生充满龈沟1406的流体射流212的流体喷嘴202的腔管扫描仪260，其有助于维持牙冠边缘1402和附接的牙龈1404之间的空间1600(如图16中所示)，并有助于当牙冠制备物1400被光学传感器240扫描时控制任何水分。在一个示例性实施方式中，流体喷嘴布置200和缩回软线1500可以如上所述使用。可替选地，流体射流212的力本身可足以在牙冠边缘1402和附接的牙龈1404之间产生足够的空间1600，从而不需要缩回软线1500或其它空间形成方法。
在一些实施方式中，在流体喷嘴202以交替的压力吹动流体射流212的同时，扫描牙冠制备物1400。这些不同的压力能够将软组织从硬组织和骨骼区分。例如，在扫描特定区域并将流体射流212引导到其上时，软组织和流体发生位移。在一个示例性实施方式中，从业者将腔管扫描仪260保持在该区域中达若干时刻，在此期间记录数十个图像。图像显示连续移动软组织以及硬组织。即使软组织/牙龈组织在硬组织或骨骼(例如，牙冠边缘1402)上摆动时，每次软组织移开时，牙冠边缘1402都位于同一点。通过评估图像，软件可以确定哪个组织是软组织，哪个组织是硬组织，从而提供优越的牙冠边缘检测。变形量允许用户或软件确定组织中的阻力/弹性的量。此外，流体的力可能导致底层的肌肉接合，对抗移位。这允许检测底层的肌肉的解剖结构。
另外，可以调整扫描参数以改进组织的分化。例如，在该过程期间可以调节空气射流212中的流体的压力。例如，压力增大可以使得在较低压力下不移动的软组织移位。
3、口腔成像的方法
图17是示出根据一个实施方式的用于操作和使用具有流体射流的3D扫描仪的示例性方法1700的流程图。尽管为了说明的目的在图17中示出的多个步骤为以特定顺序的整体步骤，但是在其它实施方式中，一个或多个步骤或其一部分可以不同的顺序执行，或者在时间上重叠，串行或并行地执行，或者省略或者可以添加一个或多个附加步骤，或者以多种方式的某种组合来改变该方法。
在步骤1703中，管腔扫描仪通过以下方式在体腔中操作：通过移动腔管扫描仪靠近待被光学传感器成像的体腔的表面(壁)的一部分，并将腔管扫描仪的光学传感器指向体腔表面的一部分，并且以足以达到成像目的的速率引导流体通过流体喷嘴(例如，在表面是可见的或者组织的硬度不能被确定时没有液流，或者以足以移动一瓣软组织的力以露出体腔的表面的一部分(否则该软膜组织可能被覆盖)，或者以足以移动构成体腔的表面的一部分的组织的力来确定组织的硬度)。
在步骤1705，收集体腔的表面的一部分的一个或多个图像，以及指示腔管扫描仪的位置和定向的数据以及指示流体流的度量(例如在喷嘴处的流量或者压力或者一个或多个喷嘴的方向或某种组合)的数据。例如，图像数据经由有线电子或无线电磁通信收集，并且流体流的度量通过到致动器(诸如电动机或泵)的命令信号以及将命令信号与流体流的度量相关联的校准曲线确定。在一些实施方式中，流量或压力传感器位于喷嘴处或靠近喷嘴处以提供流体流的度量。流体流的度量与体腔的表面的一部分的图像相关联地储存在计算机可读存储器中。
在步骤1711，确定是否满足条件以改变流体流，例如，改变流量或流动的压力或方向。例如，如果从业者观察到(例如通过观察显示当前图像的屏幕)一瓣软组织覆盖待成像的表面，则从业者确定增大流体流的量或改变流体流的方向(例如通过旋转腔管扫描仪)，直到显示在屏幕上的图像显示出软组织已经移动到使得要成像的体腔的表面的一部分可见。在口腔的实施方式中，这对应于观察到颊前庭1008被颊粘膜1004(颊部)阻挡并且改变流体流或方向，直到颊粘膜1004移动颊前庭1008。在扫描口腔的一些实施方式中，确定牙冠制备物1400的边缘1402和附接的牙龈1404之间的龈沟1406(间隙)是否充分打开；如果没有，则改变方向或流体流或压力以将龈沟打开更多。在一些实施方式中，如果没有软组织覆盖待成像的表面，则流体流速或压力可降低。
在一些实施方式中，如果要成像的体腔的表面的一部分的组织被观察到在流体流的当前速率或压力下移动，则减小压力，直到软组织不移动以确定组织的刚性。类似地，如果要成像的体腔的表面的一部分的组织未被观察到在流体流的当前速率或压力下移动，则增大压力直到软组织开始移动以确定组织在表面的该部分处的硬度。需要流体度量变化(流率、压力或方向或以上几种因素的某种组合)的组织刚性的变化可以指示健康组织和患病组织之间的变化。
在步骤1711，如果确定满足条件以改变流体流，则在步骤1713中，通过增大或减小流体流量或压力或方向或以上因素的某种组合来改变流体流；并且控制返回到步骤1703和1705，以在体腔的表面的一部分处操作腔管扫描仪，并且收集更多的图像数据和液流度量数据。如果不满足改变流体流的条件，则控制转到步骤1721。
在步骤1721，确定扫描是否完成；例如要成像的体腔的所有部分是否都已经被成像。如果不是，则控制返回到步骤1703，操作腔管扫描仪以将其移动到新位置以对体腔的表面的新部分成像。如果扫描完成，则控制转到步骤1723。
在步骤1723，使用本领域中已知的任何方法来确定限定体腔的表面的三维模型。几种商业上可用的软件包从通过体腔收集的图像确定3D模型。
在一些实施方式中，在步骤1725，在收集作为3D模型的一部分的图像的时候，基于使得组织移动所包括的流体度量来确定的沿着体腔的3D模型的表面的组织的刚性。在一些实施方式中，不确定沿着体腔的3D模型的表面的组织的刚性，并且省略步骤1725。
在步骤1727中，在输出装置上呈现3D模型，例如，来自任何内部或外部位置的视图被显示在屏幕上，或者通过体腔的移动的视频以视频显示在平面上，或者3D打印机渲染口腔的3D打印或其负型(相当于填充体腔的模具)。
在步骤1729，基于输出装置的产品来处理其体腔已被成像以产生3D模型的对象。例如，将假牙基部铣削以配合抵靠体腔的表面的3D模型的渲染的一个或多个部分，或者将健康组织范围外的具有一定刚性的体腔的一部分通过辐射或电气或化学消融来切除或处理。
在一些实施方式中，通过处理器自动执行方法1700中的一个或多个步骤。例如，处理器被编程有指令，该指令使得在步骤1705期间设备从设置在对象的体腔中的腔管扫描仪中的光学传感器提供：指示体腔的可见部分和所述光学传感器的位置和所述光学传感器的定向的第一信号，并且接收第二信号，所述第二信号指示施加到与所述腔管扫描仪中的所述光学传感器邻近设置的流体喷嘴流体连通的流体的压力量。在步骤1723期间，处理器使设备基于第一信号和第二信号确定体腔的数字3D模型；并且在步骤1727期间，处理器使该设备基于存在于渲染数字3D模型的输出装置上的第一信号和第二信号，从而确定体腔的数字3D模型。
4、计算硬件概述
图18是示出可以在其上实施本发明的实施方式的计算机***1800的框图。计算机***1800包括通信机构(诸如总线1810之类)，以用于在计算机***1800的其它内部和外部组件之间传递信息。信息被表示为可测量现象的物理信号，通常是电压，但是在其它实施方式中包括其它现象，如磁场、电磁、压力、化学、分子原子和量子相互作用等现象。例如，南北磁场或零和非零电压表示二进制数字(位)的两种状态(0，1)。其它现象可以表示更高基数的位。测量前的多个同时量子态的叠加表示量子位(qubit)。一个或多个位的序列构成用于表示字符的数字或代码的数字数据。在一些实施方式中，称为模拟数据的信息由特定范围内的可测量值的近似连续值表示。计算机***1800或其一部分构成用于执行本文描述的一个或多个方法的一个或多个步骤的装置。
二进制数字序列构成用于表示字符的数字或代码的数字数据。总线1810包括许多并行的信息的导体，使得信息在耦合到总线1810的装置之间快速传输。用于处理信息的一个或多个处理器1802与总线1810耦合。处理器1802对信息执行一组操作。该组操作包括从总线1810带入信息并将信息置于总线1810上。该组操作还通常包括比较两个或多个信息单元、移动信息单元的位置以及组合两个或多个信息单元(例如通过加法或乘法)。由处理器1802执行的一系列操作构成计算机指令。
计算机***1800还包括耦合到总线1810的存储器1804。存储器1804(诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储装置)存储包括计算机指令的信息。动态存储器允许存储在其中的信息被计算机***1800改变。RAM允许存储在一定位置(称为存储地址)处的信息单元独立于相邻地址处的信息被存储和恢复。存储器1804也被处理器1802用来在执行计算机指令期间存储临时值。计算机***1800还包括耦合到总线1810的只读存储器(ROM)1806或其它静态存储装置，以用于存储不被计算机***1800改变的静态信息(包括指令)。还耦合到总线1810的是非易失性(永久性)存储装置1808(例如磁盘或光盘)，其用于存储包括指令的信息，即使在计算机***1800被关闭或以其它方式不供电时，该信息仍然存在。
包括指令的信息被提供给总线1810以供来自外部输入设备1812(诸如包含由人类用户操作的字母数字键的键盘或传感器)的处理器使用。传感器检测其附近的状况并将这些检测转换为与用于表示计算机***1800中的信息的信号兼容的信号。耦合到总线1810的其它外部设备主要用于与人交互，包括显示装置1814，诸如用于呈现图像的阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)，以及用于控制呈现在显示器1814上的小光标图像的位置的定点装置1816，诸如鼠标或轨迹球或光标方向键并且发布与呈现在显示器1814上的图形元素相关联的命令。
在示例性实施方式中，专用硬件(例如专用集成电路(IC)1820)耦合到总线1810。出于特定目的，专用硬件被配置以足够快速地执行处理器1802未执行的操作。专用IC的例子包括用于生成用于显示器1814的图像的图形加速器卡，密码板，其用于对通过网络发送的消息进行加密和解密、语音识别以及接到特殊外部设备(例如机器人手臂和医疗扫描设备)，该特殊外部设备重复地执行一些复杂顺序的、在硬件中更高效地执行的操作。
计算机***1800还包括连接到总线1810的通信接口1870的一个或多个实例。通信接口1870提供连接到与其相应的处理器一起操作的各种外部设备的双向通信，各种外部设备诸如打印机、扫描仪和外部磁盘。一般而言，该连接与网络链路1878连接，该网络链路1878连接到本地网络1880，具有其相应的处理器的各种外部设备连接到本地网络1880。例如，通信接口1870可以是个人计算机上的并行端口或串行端口或通用串行总线(USB)端口。在一些实施方式中，通信接口1870是向对应类型的电话线提供信息通信连接的综合业务数字网(ISDN)卡或数字用户线(DSL)卡或电话调制解调器。在一些实施方式中，通信接口1870是电缆调制解调器，其将总线1810上的信号转换成用于通过同轴电缆的通信连接的信号，或转换成用于通过光纤电缆的通信连接的光信号。作为另一个示例，通信接口1870可以是局域网(LAN)卡，其向诸如以太网的兼容LAN提供数据通信连接。无线链路也可以被实现。诸如声波和电磁波之类的载波(包括无线电，光波和红外波在内)在没有电线或电缆的情况下传播通过空间。信号包括幅度，频率，相位，极化或载波的其它物理属性的人为变化。对于无线链路，通信接口1870发送和接收电信号、声信号或电磁信号，包括携带诸如数字数据的信息流的红外和光信号。
这里使用的术语计算机可读介质是指能向处理器1802提供信息的任何介质，包括用于执行的指令。这样的媒体可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质、和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，例如存储设备1808。易失性介质例如包括动态存储器1804。传输介质包括例如同轴电缆、铜线、光纤电缆和波，其在没有电线或电缆的情况下行进通过空间，如声波和电磁波，包括无线电、光学和红外波。术语计算机可读存储介质在本文中用于指除了传输介质之外能向处理器1802提供信息的任何介质。
计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软盘、硬盘、磁带或任何其它磁介质、高密度磁盘ROM(CD-ROM)、数字视频磁盘(DVD)或任何其它光学介质、穿孔卡、纸带或具有孔图案的任何其它物理介质、RAM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、快擦编程只读存储器(FLASH-EPROM)或任何其它存储器芯片或盒式磁带、载波或计算机可读取的任何其它介质。这里使用术语非暂时性计算机可读存储介质来指除了载波和其它信号之外，能向处理器1802提供信息的任何介质。
编码在一个或多个有形介质中的逻辑包括计算机可读存储介质上的处理器指令和专用硬件(诸如ASIC1820)中的一者或两者。
网络链路1878通常通过一个或多个网络向使用或处理该信息的其它设备提供信息通信。例如，网络链路1878可以通过本地网络1880提供到主计算机1882或由互联网服务提供商(ISP)运行的设备1884的连接。ISP设备1884进而通过网络的公共全球分组交换通信网络(现在通常称为互联网1890)来提供数据通信服务。连接到互联网的、被称为服务器1892的计算机响应于通过互联网接收到的信息提供服务。例如，服务器1892提供表示用于在显示器1814呈现的视频数据的信息。
本发明涉及使用计算机***1800来实现以上描述的技术。根据本发明的一个实施方式，那些技术由计算机***1800响应于处理器1802执行包含在存储器1804中的一个或多个序列的一个或多个指令而执行。也可以将这样的指令(也称为软件和程序代码)从诸如存储设备1808的另一个计算机可读介质读入存储器1804中。包含在存储器1804中的指令序列的执行使得处理器1802执行在此描述的方法步骤。在替选的实施方式中，诸如专用集成电路1820之类的硬件可以用来代替软件或者与软件结合来实现本发明。因此，本发明的实施方式不限于硬件和软件的任何特定组合。
通过网络链路1878和通过通信接口1870的其它网络传输的信号携带信息到计算机***1800和从计算机***1800传输信息。计算机***1800可以通过网络链路1878和通信接口1870通过网络1880,1890等来发送和接收包括程序代码的信息。在使用因特网1890的示例中，服务器1892传送用于由计算机***1800通过因特网1890、ISP设备1884、本地网络1880和通信接口1870发送的消息所请求的特定应用的程序代码。所接收的代码可以在其被接收时被处理器1802执行，或者可以被存储在存储设备1808或其它非易失性存储器以供以后执行，或两者同时进行。以这种方式，计算机***1800可以获得以载波上的信号的形式的应用程序代码。
各种形式计算机可读介质可以涉及将一个或多个序列的指令或数据或两者携带到处理器1802以供执行。例如，指令和数据最初可以被携带在诸如主机1882的远程计算机的磁盘上。远程计算机将指令和数据加载到其动态存储器中，并使用调制解调器通过电话线发送指令和数据。计算机***1800的本地的调制解调器通过电话线接收指令和数据，并使用红外发送器将指令和数据转换成充当网络链路1878的红外载波上的信号。用作通信接口1870的红外检测器接收红外信号中携带的指令和数据，并将表示指令和数据的信息放置在总线1810上。总线1810将该信息携带到存储器1804，处理器1802利用与指示一起发送的数据从该存储器取回并执行指令。在存储器1804中接收到的指令和数据可以在由处理器1802执行之前或之后可选地存储在存储设备1808上。
图19示出了可以在其上实现本发明实施方式的芯片组1900。芯片组1900被编程为执行本文描述的方法中的一个或多个步骤，并且例如包括被集成在一个或多个物理封装(例如芯片)中的、相对于图18描述的处理器和存储器组件。举例而言，物理封装包括在结构组件(例如，基板)上的一种或多种材料，组件和/或导线的布置，以提供一个或多个特性，例如物理强度、保护的尺寸和/或电气相互作用的限制。可以理解的是，在某些实施方式中，芯片组可以在单个芯片中实现。芯片组1900或其一部分构成用于执行以上描述的方法中的一个或多个步骤的装置。
在一个实施方式中，芯片组1900包括诸如总线1901的通信机构，以用于在芯片组1900的组件之间传递信息。处理器1903具有到总线1901的连接性，以执行指令并处理存储在例如存储器1905中的信息。处理器1903可以包括一个或多个处理核，每个核被配置为独立执行。多核处理器可在一个物理封装内实现多处理。多核处理器的例子包括两个、四个、八个或更多数量的处理核。可选地或另外地，处理器1903可以包括经由总线1901串联配置的一个或多个微处理器，以实现指令、流水线和多线程的独立执行。处理器1903还可以附带有一个或多个专用组件以执行某些处理功能和任务，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)1907或一个或多个专用集成电路(ASIC)1909。DSP 1907通常被配置为独立于处理器1903实时处理真实世界的信号(例如，声音)。类似地，ASIC 1909可以被配置为执行通用处理器不能执行的专用功能。辅助执行这里描述的本发明的功能的其它专用组件包括：一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)(未示出)、一个或多个控制器(未示出)或一个或多个其它专用计算机芯片。
处理器1903和附属部件经由总线1901连接到存储器1905。存储器1905包括动态存储器(例如，RAM、磁盘、可写光盘等)和静态存储器(例如，ROM、CD-ROM)等等)，以用于当被执行本文描述的方法中的一个或多个步骤时，存储可执行的指令。存储器1905还存储与执行本文描述的方法的一个或多个步骤相关联的数据或由其生成的数据。
5、修改和变型
在以上的说明书中，已经参照具体实施方式描述了本发明。然而，显而易见的是，在不背离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和变化。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”及其变型例如“具有”和“包含”将被理解为暗示包括所陈述的项目、元件或步骤，或者项目、元件或步骤的组，但不排除任何其它项目，元件或步骤，或者项目、元素或步骤的组。此外，不定冠词“一”或“一个”旨在表示由该冠词修饰的一个或多个项目、元件或步骤。如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则如果一个值在另一个值的两倍因子(两倍或一半)的范围内，则该值是“约”另一个值。尽管给出了示例性范围，但是除非从上下文中另外明确，否则任何包含的范围也意图包括在各种实施方式中。因此，在一些实施方式中，从0到10的范围包括从1到4的范围。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
腔管扫描仪，其被配置为扫描体腔并获取用于渲染所述体腔的3D模型的数据，所述腔管扫描仪包括：
光学传感器，其被配置成当所述腔管扫描仪被设置在所述体腔内时获取所述体腔的图像；以及
流体喷嘴，其被配置为在所述腔管扫描仪被布置在所述体腔内时将流体引导到由光学传感器成像的所述体腔的区域中。
2.如权利要求1所述的设备，还包括壳体，其中所述流体喷嘴集成在所述腔管扫描仪的所述壳体内。
3.如权利要求1所述的设备，还包括壳体，其中所述流体喷嘴附接在所述腔管扫描仪的所述壳体上并且能够从所述腔管扫描仪的所述壳体移除。
4.如权利要求1所述的设备，还包括流体喷嘴控制器，所述流体喷嘴控制器被配置成能够控制通过所述流体喷嘴引导的所述流体的流体压力。
5.如权利要求1所述的设备，还包括便携式流体压力单元和将所述流体喷嘴与所述便携式流体压力单元连接的流体通道。
6.如权利要求1所述的设备，还包括无线传输单元，所述无线传输单元被配置为将所获取的数据无线传输到处理器。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述腔管扫描仪还包括：
电池；
无线传输单元，被配置为将获取的数据无线传输到计算机；以及
将流体供应到流体喷嘴的便携式流体压力单元。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述腔管扫描仪包括便携式流体压力单元和用于为所述腔管扫描仪供电的电池。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述流体喷嘴包括多个流体喷嘴，其中所述多个流体喷嘴位于所述光学传感器周围。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述流体喷嘴被配置成在所述体腔中产生足以移动软组织的流体流，所述软组织阻挡要被所述光学传感器成像的硬组织。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述流体喷嘴包括围绕所述光学传感器的周边设置的多个流体喷嘴，其中每个流体喷嘴被配置为产生针对所述光学传感器的视野中的相应的流体流。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述相应的流体流相互平行。
13.一种***，包括：
如权利要求1所述的设备；以及
制造设备，其被配置为基于3D模型制造牙科修复体，所述制造设备选自由铣削单元和3D打印机构成的组。
14.一种***，包括：
如权利要求1所述的设备；
压缩流体源；以及
流体通道，其提供所述压缩流体源与所述流体喷嘴之间的流体连通。
15.如权利要求14所述的***，还包括壳体，所述光学传感器和所述流体喷嘴被固定到所述壳体，其中所述流体通道一体地形成在所述壳体中或设置在所述壳体内。
16.一种方法，包括：
将腔管扫描仪***到体腔中，所述腔管扫描仪包括光学传感器以及流体喷嘴，所述光学传感器被配置成当腔管扫描仪被布置在体腔内时获取所述体腔的图像，所述流体喷嘴被配置为当所述腔管扫描仪被设置在所述体腔内时将流体引导到由所述光学传感器成像的所述体腔的区域上；
将光学传感器指向所述体腔的部分；
在足以使所述体腔的部分处的软组织移动的压力下，将流体引导至所述体腔的部分；以及
将指示由光学传感器收集的数据的信号发送到处理器。
17.如权利要求16所述的方法，其中在足以移动软组织的压力下引导流体还包括：以足以暴露先前由软组织覆盖的所述体腔的目标部分的压力引导流体。
18.一种承载一个或多个指令序列的非暂时性计算机可读介质，其中由一个或多个处理器执行所述一个或多个指令序列使得设备执行以下步骤：
从布置在对象的体腔中的腔管扫描仪中的光学传感器提供指示所述体腔的可见部分和所述光学传感器的位置以及所述光学传感器的定向的第一信号；
接收第二信号，所述第二信号指示施加到与流体喷嘴流体连通的流体的压力的量，所述流体喷嘴设置在所述腔管扫描仪中的光学传感器附近；
基于所述第一信号和所述第二信号确定所述体腔的数字3D模型；以及
在输出装置上呈现数字3D模型的渲染。
19.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中，确定所述数字3D模型还包括：如果确定所述光学传感器的压力的量或定向，或者光学传感器的位置，或以上几者的组合不足以移动软组织以不再覆盖体腔的目标部分，则不将所述第一信号包括在所述数字3D模型中。
20.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中，确定所述数字3D模型还包括：基于所述体腔的压力的量和可见部分来确定所述数字3D模型上的位置处的组织的相对刚性。
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