CN114340549A - 用于放置牙齿植入物的***、方法和计算机程序 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于牙齿植入物放置的***、方法和计算机程序。该***包括用于对牙齿植入物进行建模的柱，每个柱用于将其连接到患者的牙齿植入物中，其中每个柱包括由放射可视材料制成的多个第一***；参考元件，其适于围绕所述患者的牙齿定位，其中所述参考元件包括一系列第二***，所述第二***由放射可视材料制成，以预定距离和位置分布在参考元件的表面上；图像采集***，用于获得支柱和所述参考元件的三维图像；以及处理单元，被配置成通过实施算法处理获得的所述三维图像，所述算法计算图像中存在的每个柱的位置和轴向方向，提供文件。
Description
技术领域
本发明总体上涉及牙齿植入物领域。具体地，本发明涉及用于高精度放置牙齿植入物的***、方法和计算机程序。
背景技术
欧洲专利EP2907474-B1描述了一种通过放射学测试对牙齿植入物进行建模的柱，所述建模包括将X射线可检测柱定位在适配于患者口腔中的植入物上，对具有定位在植入物上的柱的患者口腔进行放射学测试，将CT扫描结果转换成用于CAD/CAM处理的三维计算机模型，在计算机模型中定义柱，根据具有定义柱的计算机模型对结构进行CAD/CAM建模，并生成具有用于计算假牙结构的铣削程序的位置和方向的文件。
专利EP1722710-B1描述了一种用于确定牙齿植入物位置的方法和标记元件，与前述现有技术文献一样，该方法和标记元件基于固定到所述植入物自由端的单个标记元件的使用，并在X射线或磁共振成像技术中产生对比。
WO2017070358-A1公开了一种用于与牙齿植入物匹配的附接构件，该附接构件包括非旋转结构和主体。非旋转结构被构造成与牙齿植入物的相应非旋转特征相匹配。主体从非旋转结构延伸。该主体具有(i)外侧面，该外侧面被构造成至少部分地接合邻近牙齿植入物的牙龈组织，(ii)外顶面，该外顶面通过牙龈组织暴露出来，(iii)螺钉进入孔，其用于接收螺钉，该螺钉以可移除的方式将附接构件附接到牙齿植入物，以及(iv)一组不透射线信息标记，其位于外侧面和外顶面内部。该组不透射线信息标记指示关于牙齿植入物的信息，该信息响应于来自计算机断层摄影(CT)扫描仪的扫描而被揭示。
US7751865-B2公开了一种用于导航患者区域的手术导航***，该***可以包括非侵入式动态参考系和/或基准标记、传感器尖端仪器和隔离电路。动态参考系可以放置在患者身上用于引导仪器的精确位置。动态参考系可以被固定地放置在患者身上。此外，动态参考系可以被放置成允许软组织相对于动态参考系的一般自然的移动。还提供了确定动态参考系位置的方法。解剖标志可以在手术中确定，并且不需要进入解剖结构。
US2005163342-A1涉及一种用于校正CT或MRI成像过程中的固有失真，或通过在执行扫描时***患者口腔中的配准装置来校正扫描期间由患者过度移动引起失真的方法。该配准装置包括一组以预定三维图案设置的基准标记。基准标记的精确位置相对于彼此是已知的，因此提供了可以将得到的图像与之进行比较的三维参考。
此外，科学文章[1，2，3]描述了牙齿扫描仪中几何失真的存在。更具体地，科学文章[1]公开了用于分析通过锥形束计算机断层摄影技术(CBCT)获得的牙齿图像中的失真的方法。科学文章[2]公开了一项研究，该研究在评估基于参考标记的引导手术***的基准标记定位的诊断价值和准确性的背景下，比较了锥形束计算机断层摄影和计算机断层摄影的准确性。科学文章[3]公开了另一项研究，用于确定从锥形束计算机断层摄影获得的牙齿模型中的线性测量与数字牙齿模型相比的再现性和准确性。
因此，尽管已知的现有技术文献允许以一定的准确度确定牙齿植入物的方向和位置，或补偿或校正从受试者的牙齿获得的图像，但是需要新的***和方法，用于通过参考或基准标记的更精确检测确保牙齿植入物更精确的放置。
参考文献：
[1]John W.Ballrick等人，“商用锥形束计算机断层摄影机器的图像失真和空间分辨率”，2008年，美国正畸医师协会。
[2]Marcus Abboud等人，“锥形束计算机断层摄影和医学计算机断层摄影准确性的比较:引导手术对临床诊断的影响”，精粹出版有限公司，536卷28期，第2期，2013年。
[3]Olivier de Waard等人，“锥形束计算机断层摄影得出的牙齿模型的线性测量与数字牙齿模型再现性和准确性的比较”，2014年，美国正畸医师协会。
发明内容
为了解决上述缺点，根据第一方面，本公开提供了一种用于放置牙齿植入物的***，该***包括：一个或多个柱，每个柱用于将其连接在患者的牙齿植入物中，其中每个柱包括多个由放射可见材料制成的第一***；参考元件，其适于围绕所述患者的牙齿定位，其中所述参考元件包括由放射可见材料制成的一系列第二***，在参考元件的表面上以已知的(优选具有高度精确的测量)预定距离和位置分布；图像采集***，用于当具有第一***的柱连接在植入物中时，以及当具有第二***的参考元件定位于患者牙齿周围时，获得柱和参考元件的至少一个三维图像；和处理单元。
根据所提出的***，所述处理单元被配置用于通过实施第一算法来处理所采集的至少一个三维图像，所述第一算法检测参考元件中的第二***如何被布置在图像中，计算图像中的第二***之间的距离，并且通过将所计算的距离与所述已知的预定距离和位置进行比较来计算校正因子。
同样，处理单元实施第二算法，所述第二算法在图像中检测第一***，通过元件的数量和接近度将它们与每个柱对应地分组，考虑所述计算的校正因子，使用第三点迭代算法(例如ICP算法)将调整因子应用于一个或多个组，提供第一***的一系列几何变换，并且使用所述一系列几何变换准备文件，使得针对每个柱指示放置和轴向方向。
本公开特别适用于制造通过多个假体替换多个牙齿的棒。
在一个实施例中，由放射可见的材料(也称为参考或基准标记)制成的第一***包括一个或多个不透射线的标记，并且优选地以特定图案布置。此外，一个或多个柱包括容纳封装在其中的第一***的放射透明体。
在一个实施例中，三维图像是例如通过锥形束计算机断层摄影技术、计算机轴向断层摄影技术或类似方法获得的断层图像。
在另一实施例中，所述参考元件具有马蹄形或曲线形凹壁，朝向患者的口腔，并且特别地由塑料材料制成。参考元件可以适合于将其放置在患者的口腔内部，或者可以包括用于将其固定在患者的口腔外部上的装置/元件。
在又一实施例中，所提出的***还包括控制元件，优选地为具有已知尺寸的红宝石球。控制元件适合于在图像采集期间将其连接/固定到患者。
根据第二方面，本公开的实施例还提供了一种用于放置牙齿植入物的方法。所提出的方法包括：当一个或多个柱中的每一个被连接在患者的牙齿植入物中时，并且当参考元件被定位在患者的牙齿周围时，通过图像采集***采集包括在一个或多个柱中的由射线可见材料制成的第一***、和参考元件的至少一个三维图像，其中所述参考元件包括由射线可见材料制成的一系列第二***，它们以预定的距离和位置分布在参考元件的表面上；以及通过处理单元处理所采集的三维图像。
所述处理包括：实施一系列算法来计算存在于所采集的图像中存在的每个柱的位置和方向，将这些信息发送到文件中以用于随后设计多假肢棒。为此，更具体地，所述对所采集的图像的处理包括：实施第一算法，该第一算法检测参考元件中的第二***如何布置在图像中，计算图像中的第二***之间的距离，并且通过将所述计算的距离与所述预定的距离和位置进行比较来计算校正因子；以及实施第二算法，该算法在图像中检测第一***，将检测到的第一***按照元件的数量和接近度与每个柱对应地分组，考虑所述计算的校正因子，使用第三点迭代算法将调整因子应用于一个或多个组，提供第一***的一系列几何变换，并且使用所述一系列几何变换准备所述文件，从而为每个柱指示位置和轴向方向。
特别地，在所提出的方法中，在检测参考元件中第二***的布置之前，第一算法通过使用具有已知尺寸的控制对象，在采集期间连接/固定到患者，并将所采集的图像的特征与控制对象的特征进行比较，来检查图像在采集期间是否已经经历了移动。如果移动检查的结果证明图像已经经历了移动，则它被丢弃并且不被考虑用于后续处理，从而采集新图像。
所述比较特别包括检查包括在具有控制对象的图像中的对象的强度特性，例如亮度或灰度级，以及形态特性，例如直径和球形度。
这里公开的本发明的其他实施例还包括用于执行本发明第二方面的方法的步骤和操作的计算机程序产品。更具体地，计算机程序产品是具有计算机可读介质的实施例，该计算机可读介质包括编码在其中的计算机程序指令，当在计算机***的至少一个处理器中实施时，所述计算机程序指令使得处理器执行这里作为本发明的实施例指示的操作。
附图说明
参考附图，基于以下仅是说明性的非限制性实施例的详细描述，将更好地理解上述和其他特征和优点，其中:
图1A和1B示出了具有第一***或基准标记的柱的实施例的不同视图；
图2A和2B示出了本发明提供的参考元件的不同实施例；
图3是根据本发明的实施例，为处理所获取的柱和参考元件的三维图像而执行的步骤的流程图。
具体实施方式
图1A和图2A和2B分别示出了所提出的***的柱100和参考元件200的实施例。
如图1A和1B中观察到的，每个柱100包括具有用于将其连接在患者的牙齿植入物中的螺纹螺栓102的放射透明体101。每个柱100在内部限定一个空腔，在该空腔中容纳有由放射性可见的材料制成的基准标记110(或如权利要求中所指示的第一***)，例如，通过CT(计算机断层摄影)型电离辐射、CBCT(锥束计算机断层摄影)型电离辐射或任何其他类似的放射性测试。在图1B中示出的特定示例中，每个柱100包括以特定图案布置的三个第一***110(这是非限制性的，因为其可以包括更大数量的***)。例如，第一***110可以是小的红宝石球，它们都具有一个且相同或不同的直径。在特定实施例中，每个柱100包括5个第一***110。在其他实施例中，第一***110的数量可以不同。
所述参考元件200适于将其定位在患者牙齿周围，或者在口腔内部或在外部。如果参考元件200定位在口腔外部，其包含用于该目的固定装置/元件。
根据图2A的示例，参考元件200具有马蹄形或弯曲-凹面，并且由塑料材料制成。参考元件200又包括一系列第二***210，第二***210由在参考元件200的表面上以已知的预定距离和位置分布的射线可见材料制成。第二***210由与第一***110相同的材料制成，并且具有相似或甚至更大的形状。在特定实施例中，参考元件200包括10至14个第二***210，特别是12个。在其它实施例中，第二***210的数量可以不同。
除了上述特征之外，图2B的参考元件200还具有用于将参考元件200附接到图像采 集***的抓握部或夹具211。
所提出的***还包括标准图像采集***(未示出)，例如扫描仪，用于在柱100和参考元件200定位在患者体内时获得柱100和参考元件200的一个或多个三维断层图像。同样，该***包括具有一个或多个处理器的计算***(也未示出)和用于处理所采集的一个或多个图像的存储器。
所提出的***还特别地包括控制元件，更特别地是具有已知尺寸的红宝石球，用于在图像采集期间将其连接/固定到患者。控制元件用于检查所采集的一个或多个图像在采集期间是否已经经历了运动。
现在参考图3，示出了由所述图像采集***对采集的三维图像进行处理的实施例。该处理首先包括：步骤301，经由第一算法或校准算法检测所述参考元件200中的第二***如何布置在所采集的图像中，以及步骤302，计算所采集的图像中的第二***的距离。随后，在步骤303中，通过将所述计算的距离与第二***在参考元件200的表面上的预定的距离和位置进行比较来计算校正因子。一旦计算出校正因子，第二算法或定位算法(步骤304)在图像中检测第一***，并且对应于每个柱100，通过元件的数量和接近度将它们分组。然后，在步骤305中，考虑所述计算的校正因子，使用第三点迭代算法将调整因子应用于一个或多个组，提供第一***的一系列几何变换。最后，使用所述一系列几何变换准备文件(例如，STL格式等)，使得为每个柱100指示放置和轴向方向。
在一个实施例中，所提及的处理还包括，在执行步骤301之前，检查图像在采集过程中是否经历了运动(如果是这种情况，则图像被认为对于后续处理无效，图像被丢弃)。为此，在接收图像时，应用一系列图像处理算法，这些算法根据元件的强度特性(例如，亮度或灰度级)和形态特性(例如，直径和球形度)对元件进行筛选，以在图像中搜索符合控制对象的所有特性的元件。如果找到单个元件，则图像被标记为合适的。在所有其他情况下，即，如果找到多于一个元件和当没有找到元件时，图像被标记为不合适的。本发明假设采集期间患者的运动引入了伪像，改变了采集图像中控制对象的亮度和形状。因此，控制对象出现在图像中，其亮度和形状与在无运动采集中观察到的亮度和形状不一致。因此，控制对象以与在无运动采集中观察到的亮度和形状不对应的亮度和形状的水平出现在图像中。
所提出的公开可以用硬件、软件、固件或其任意组合来实现。如果以软件实现，功能可以存储在计算机可读介质中或编码为计算机可读介质中的一个或多个指令或代码。
计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是任何可以通过计算机访问的可用介质。作为非限制性示例，此类计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备、或者可以用于以指令或数据结构的形式支持或存储期望的计算机代码并且可以通过计算机访问的任何其他介质。如本文所使用的，磁盘和光盘包括压缩光盘(CDs)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。前述的组合也必须包括在计算机可读介质的范围内。任何处理器和存储介质可以容纳在ASIC中。ASIC可以容纳在用户终端中。作为替代，处理器和存储介质可以作为分立组件容纳在用户终端中。
如此处所使用的，包括计算机可读介质的计算机程序产品包括所有形式的计算机可读介质，除非该介质不被认为是未建立的暂时传播信号。
本公开的范围在所附权利要求中被限定。
Claims (13)
1.一种用于放置牙齿植入物的***，包括：
一个或多个柱(100)，所述一个或多个柱(100)的每个柱被配置成将其连接到患者的牙齿植入物中，其中每个柱(100)包括多个由放射可见材料制成的第一***(110)；
图像采集***，所述图像采集***被配置成采集至少一个三维图像；
处理单元，所述处理单元被配置成处理所采集的至少一个三维图像；
其特征在于：
所述***还包括参考元件(200)，所述参考元件(200)被适配成围绕所述患者的牙齿定位，其中所述参考元件(200)包括由放射可见材料制成的一系列第二***(210)，所述第二***(210)以预定距离和位置分布在所述参考元件(200)的表面上；
所述图像采集***被配置成，当所述柱(100)及其第一***(110)被连接在所述植入物中时，以及当所述参考元件(200)及其第二***(210)被定位在所述患者的牙齿周围时，采集所述柱(100)和所述参考元件(200)的三维图像；以及
所述处理单元被配置成通过以下步骤来处理所采集的三维图像：
实施第一算法，所述第一算法：
检测参考元件(200)中的第二***(210)如何布置在图像中，
计算图像中第二***(210)之间的距离，以及
通过将所述计算的距离与所述预定距离和位置进行比较来计算校正因子；以及
实施第二算法，所述第二算法：
在图像中检测第一***(110)，
对应于每个柱(100)，通过元件的数量和接近度对检测到的第一***(110)进行分组，
考虑到所述计算的校正因子，使用第三点迭代算法将调整因子应用于一个或多个所述组，提供第一***(110)的一系列几何变换，以及
使用所述一系列几何变换准备文件，从而为每个柱(100)指示放置和轴向方向。
2.根据权利要求1所述的***，其中，由放射可见材料制成的所述第一***(110)包括一个或多个不透射线的标记。
3.根据权利要求1或2所述的***，其中，所述柱(100)包括放射透明体，所述放射透明体容纳封装在其中的所述第一***(110)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中，所述三维图像是通过锥形束计算机断层摄影或计算机轴向断层摄影技术获得的断层摄影图像。
5.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中，所述参考元件(200)具有适于定位在所述患者口腔内部的马蹄形形状。
6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的***，其中，所述参考元件(200)具有适于固定在患者口腔外部的马蹄形形状。
7.根据权利要求5或6所述的***，其中，所述参考元件(200)由塑料材料制成。
8.根据权利要求1所述的***，还包括控制元件，所述控制元件具有已知的尺寸并且被配置成在图像采集期间将其连接到患者，其中，所述控制元件包括红宝石球。
9.一种用于放置牙齿植入物的方法，包括：
当一个或多个柱(100)中的每一个被连接在患者的牙齿植入物中并且当参考元件(200)被定位在患者的牙齿周围时，通过图像采集***采集包括在所述一个或多个柱(100)中的由放射可见材料制成的第一***(110)、和所述参考元件(200)的至少一个三维图像，其中，所述参考元件(200)包括由放射可见材料制成的一系列第二***，所述第二***以预定距离和位置分布在所述参考元件(200)的表面上；以及
由处理单元通过以下步骤处理所述至少一个采集的三维图像:
实施第一算法，所述第一算法：
检测参考元件(200)中的第二***(210)如何布置在图像中，
计算图像中第二***(210)之间的距离，以及
通过将所述计算的距离与所述预定距离和位置进行比较来计算校正因子；以及
实施第二算法，所述第二算法：
在图像中检测第一***(110)，
对应于每个柱(100)，通过元件的数量和接近度对检测到的第一***(110)进行分组，
考虑到所述计算的校正因子，使用第三点迭代算法将调整因子应用于一个或多个所述组，提供第一***(110)的一系列几何变换，以及
使用所述一系列几何变换准备文件，从而为每个柱(100)指示放置和轴向方向。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在检测所述参考元件(200)中的所述第二***(210)的布置之前，所述第一算法通过使用在采集期间连接到所述患者的具有已知尺寸的控制对象，并且将所采集的图像的特征与所述控制对象进行比较，来检查所述图像在采集期间是否经历了运动，其中，如果所述运动检查的结果证明所述图像经历了运动，则丢弃所述图像。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述比较包括检查具有所述控制对象的所述图像强度特性和形态特性，所述强度特性包括亮度或灰度级，所述形态特性包括直径和球度。
12.根据权利要求8至11所述的方法，其中，所述三维图像是通过锥形束计算机断层摄影或计算机轴向断层摄影技术获得的断层摄影图像。
13.一种包括代码指令的非暂时性计算机程序产品，当在计算***中实施时，所述代码指令使得所述计算***的处理单元执行根据权利要求9的至少一个所采集的三维图像的处理。
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