WO2020183115A1

WO2020183115A1 - Procédé de recalage de modèles virtuels des arcades dentaires d'un individu avec un modele numerique du visage dudit individu

Info

Publication number: WO2020183115A1
Application number: PCT/FR2020/050526
Authority: WO
Inventors: Maxime JAISSON
Original assignee: Modjaw
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-09-17
Also published as: EP3937841A1; FR3093636B1; CN113573662B; JP2022524532A; FR3093636A1; US20220156953A1; CN113573662A

Abstract

L'invention concerne un procédé de recalage de modèles virtuels non radiographiques d'une arcade mandibulaire et d'une arcade maxillaire d'un individu avec un modèle numérique non radiographique du visage dudit individu, caractérisé en ce qu'il comprend: la fixation d'un marqueur mandibulaire de manière rigide sur l'arcade mandibulaire de l'individu, ledit marqueur mandibulaire définissant un premier référentiel, la fourniture d'un modèle virtuel non radiographique de l'arcade mandibulaire et d'un modèle virtuel non radiographique de l'arcade maxillaire, la numérisation d'au moins une partie de la surface des dents ou d'un artifice prothétique solidaire de ladite arcade et d'au moins une partie rigide dudit marqueur au moyen d'une caméra intra ou extra-buccale, de sorte à produire un enregistrement numérique desdites parties de l'arcade mandibulaire et du marqueur dans un même second référentiel, à partir dudit enregistrement et des modèles virtuels de l'arcade mandibulaire et du marqueur mandibulaire, la mise en correspondance du modèle numérique du marqueur mandibulaire avec le marqueur, et du modèle virtuel de l'arcade mandibulaire avec ladite arcade, et la localisation du modèle virtuel de l'arcade mandibulaire dans le premier référentiel,l'acquisition d'un modèle numérique non radiographique du visage du patient, et la localisation du modèle numérique du visage dans le premier référentiel, de sorte à recaler les modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec ledit modèle numérique du visage.

Description

PROCEDE DE RECALAGE DE MODELES VIRTUELS DES ARCADES DENTAIRES D’UN INDIVIDU AVEC UN MODELE NUMERIQUE DU VISAGE DUDIT INDIVIDU

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un procédé de recalage de modèles virtuels des arcades dentaires d’un individu avec un modèle numérique du visage dudit individu. Une application de ce procédé est la prise en compte des considérations esthétiques lors de la planification d’un traitement mettant en oeuvre une acquisition de la cinématique mandibulaire de l’individu et l’application de ladite cinématique aux modèles virtuels des arcades dentaires.

ETAT DE LA TECHNIQUE

En orthodontie ou en chirurgie dentaire, il est utile d’animer des modèles virtuels tridimensionnels (3D) des arcades dentaires (maxillaire et mandibulaire) d’un patient avec la cinématique mandibulaire dudit patient, afin de planifier un traitement et/ou déterminer les effets dudit traitement.

L’enregistrement de la cinématique mandibulaire nécessite d’équiper la face du patient de marqueurs comprenant des objets détectables par une caméra ou de capteurs de position de type inertiel, magnétique ou autre, et de demander au patient d’effectuer des mouvements mandibulaires. Au cours de ces mouvements, les objets sont repérés en temps réel par une caméra, ou les données de position des capteurs sont enregistrées en temps réel.

Les modèles virtuels 3D des arcades mandibulaire et maxillaire sont généralement obtenus à l’aide d’un scanner optique intrabuccal ou par numérisation 3D d’empreintes des arcades ou de modèles physiques desdites arcades. Ces modèles virtuels sont donc définis dans un repère qui est associé à l’appareil de numérisation.

Les marqueurs ou capteurs équipant la face définissent un repère du patient différent du repère des modèles virtuels 3D des arcades dentaires.

Pour animer les modèles virtuels des arcades dentaires, il est nécessaire de transférer les informations de déplacement enregistrées sur le patient vers les modèles virtuels 3D des arcades dentaires. Ceci nécessite de connaître la transformation géométrique rigide (translations et rotations) permettant de passer d’un repère à l’autre.

Le document WO 2013/03051 1 décrit un procédé de conception d’un appareil dentaire pour un individu dans lequel on utilise la cinématique mandibulaire enregistrée sur ledit individu pour animer des modèles virtuels des arcades dentaires de l’individu.

Dans un premier mode de réalisation, il est proposé de recaler les modèles virtuels des arcades dentaires à une image tomodensitométrique. Cependant, bien qu’une telle image permette de visualiser la position des arcades dentaires au sein du massif facial du patient, elle nécessite une irradiation du patient par des rayons X, dont on souhaite s’affranchir. Dans un second mode de réalisation, il est proposé de mettre en correspondance les modèles virtuels des arcades dentaires et un marqueur mandibulaire, en pointant dans la bouche du patient au moins quatre points déterminés des arcades dentaires au moyen d’un stylet. Le stylet comprend des objets repérables par la caméra qui repère le marqueur mandibulaire et agencés selon une géométrie connue. On peut ainsi localiser le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire par rapport au repère du patient attaché à ladite arcade.

Une alternative à cette technique de pointage est présentée dans le document WO 2016/062962, qui met en oeuvre une technique de reconnaissance faciale. A partir d'une image stéréoscopique du visage du patient sur laquelle apparaissent au moins trois dents de l'arcade maxillaire du patient, on détecte lesdites dents par un procédé de reconnaissance faciale, et l’on met en correspondance desdites dents sur le modèle surfacique tridimensionnel du patient et sur le modèle de l'arcade maxillaire. Cependant, selon les algorithmes utilisés, cette technique de reconnaissance faciale peut encore être sujette à des imprécisions.

L’animation des modèles virtuels des arcades dentaires basée sur la cinématique mandibulaire du patient permet de prendre en compte les aspects occlusaux dans la planification d’un traitement.

Pour certaines applications cliniques, notamment en vue de contrôler les implications esthétiques d’un traitement, il peut être avantageux de visualiser l’effet du traitement sur un modèle tridimensionnel du visage du patient. Un tel modèle (« face scan » selon la terminologie anglo-saxonne) est typiquement obtenu par numérisation du visage du patient en trois dimensions. Il se pose dans ce cas le problème du recalage des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle tridimensionnel du visage du patient.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un but de l’invention est donc de concevoir un procédé de recalage robuste, fiable et simple à mettre en oeuvre, des modèles virtuels des arcades dentaires d’un individu avec un modèle tridimensionnel du visage dudit individu. Compte tenu des risques liés à l’exposition d’un individu à des rayons X, l’ensemble du procédé doit pouvoir être mis en oeuvre avec des techniques ne mettant pas en oeuvre de rayons X (dites « non radiographiques » dans la suite du texte).

A cet effet, l’invention propose un procédé de recalage de modèles virtuels non radiographiques d’une arcade mandibulaire et d’une arcade maxillaire d’un individu avec un modèle numérique non radiographique du visage dudit individu, caractérisé en ce qu’il comprend :

- la fixation d’un marqueur mandibulaire de manière rigide sur l’arcade mandibulaire de l’individu, ledit marqueur mandibulaire définissant un premier référentiel,

- la fourniture d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade mandibulaire et d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade maxillaire, - la numérisation d’au moins une partie de la surface des dents ou d’un artifice prothétique solidaire de ladite arcade et d’au moins une partie rigide dudit marqueur au moyen d’une caméra intra ou extra-buccale, de sorte à produire un enregistrement numérique desdites parties de l’arcade mandibulaire et du marqueur dans un même second référentiel,

- à partir dudit enregistrement et des modèles virtuels de l’arcade mandibulaire et du marqueur mandibulaire, la mise en correspondance du modèle numérique du marqueur mandibulaire avec le marqueur, et du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire avec ladite arcade, et la localisation du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire dans le premier référentiel,

- l’acquisition d’un modèle numérique non radiographique du visage du patient, et

- la localisation du modèle numérique du visage dans le premier référentiel, de sorte à recaler les modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec ledit modèle numérique du visage.

Par « fourniture » on entend dans le présent texte l’obtention de modèles virtuels préexistants ou bien la création desdits modèles virtuels.

De préférence, le procédé comprend en outre la mise en correspondance du modèle virtuel de l’arcade maxillaire avec le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire dans une position déterminée d’engrènement desdites arcades, par exemple une occlusion d’intercuspidie maximale.

Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre l’affichage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire superposés au modèle numérique du visage du patient.

Dans certains modes de réalisation, l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend la mise en correspondance du modèle virtuel du marqueur frontal avec le marqueur frontal visible sur ledit modèle virtuel du visage.

Dans certains modes de réalisation, le modèle numérique du visage du patient est texturé, de sorte que des points tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques sont visibles sur ledit modèle numérique texturé, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage de points par un stylet suivi par un même dispositif de localisation qu’un marqueur équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdits points et/ou caractéristiques anatomiques pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient.

Dans certains modes de réalisation, l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, des points préalablement tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques étant visibles sur le modèle numérique du visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdits points par un stylet suivi par un même dispositif de localisation que le marqueur frontal, et la mise en correspondance desdits points pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient.

Dans certains modes de réalisation, le modèle numérique du visage du patient est non texturé, et dans lequel, lors de l’acquisition du modèle numérique du visage, des formes géométriques reconnaissables sont fixées sur le visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdites formes géométriques par un stylet suivi par un même dispositif de localisation qu’un marqueur équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdites formes géométriques pointées et des formes géométriques détectables sur le modèle numérique du visage du patient.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective d’un dispositif de fixation mandibulaire équipé d’un marqueur de localisation,

- la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de fixation mandibulaire de la figure 1 en l’absence du marqueur de localisation,

- la figure 3 est un schéma de principe de la numérisation de l’arcade mandibulaire et d’une partie du marqueur mandibulaire au moyen d’un scanner intra-oral ;

- la figure 4A est une vue d’un modèle virtuel d’un marqueur frontal et de modèles virtuels des arcades dentaires,

- la figure 4B est une vue d’un modèle numérique du visage d’un individu portant le marqueur frontal de la figure 4A,

- la figure 4C est une vue de la superposition des modèles virtuels des arcades dentaires et du modèle virtuel du marqueur frontal de la figure 4A sur le modèle numérique du visage de l’individu,

- la figure 5A est un schéma d’un autre principe de recalage des modèles numériques des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage,

- la figure 5B est une vue de la superposition des modèles virtuels des arcades dentaires sur le modèle numérique du visage de l’individu à l’issue du recalage de la figure 5A. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION

L’invention propose d’utiliser d’une part un scanner intra-oral - ou une caméra extrabuccale dans une forme d’exécution alternative - pour scanner simultanément la surface des dents d’une arcade dentaire et au moins une partie d’un marqueur fixé sur ladite arcade ou une partie du dispositif de fixation du marqueur sur l’arcade le cas échéant, et d’autre part un dispositif de numérisation du visage de l’individu. Le résultat de ces opérations est un enregistrement numérique d’au moins une partie de l’arcade et d’au moins une partie du marqueur, dans un même référentiel qui est celui du scanner intra-oral, ainsi qu’un enregistrement numérique de la surface du visage. Comme décrit en détail plus bas, ces enregistrements permettent de recaler les modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage du patient par l’intermédiaire du référentiel associé au marqueur.

Ce procédé de recalage est mis en oeuvre par un ordinateur qui comprend un processeur configuré pour mettre en oeuvre des algorithmes d’analyse d’image et de calcul de transformations rigides entre des modèles définis dans des repères différents. L’ordinateur comprend un écran couplé au processeur et configuré pour afficher les modèles virtuels des arcades dentaires ainsi que les autres images mises en oeuvre dans le procédé décrit ci- dessous.

Modèles virtuels des arcades dentaires

Les modèles virtuels des arcades dentaires peuvent être obtenus par toute technique non radiographique appropriée. Parmi les techniques les plus utilisées, on peut citer, de manière non limitative, la numérisation d’empreintes ou de modèles physiques (par exemple en plâtre ou en résine) des arcades du patient, au moyen d’un scanner de laboratoire, ou encore la numérisation directe dans la bouche du patient, au moyen d’un scanner intra-oral.

Lorsqu’une arcade est totalement ou partiellement édentée, il est connu d’y fixer un artifice prothétique, également appelé maquette d’occlusion, qui comprend une base recouvrant la surface d’appui prothétique et un bourrelet remplaçant les dents et l’os alvéolaire. Un modèle virtuel dudit artifice est obtenu à partir de son plan réalisé par conception assistée par ordinateur (CAO). Dans ce cas, le modèle virtuel de l’arcade dentaire est celui de l’arcade pourvue dudit artifice.

Quelle que soit la technique utilisée, la numérisation est effectuée pour chaque arcade prise séparément, et pour les deux arcades dentaires en situation d’engrènement. Dans cette situation d’engrènement, les deux arcades sont scannées dans le même référentiel, ce qui permet d’établir une relation entre les modèles virtuels des deux arcades.

La création de ces modèles virtuels peut être effectuée avant la mise en oeuvre du procédé de recalage selon l’invention, ou concomitamment à celui-ci.

Marqueurs Pour suivre les mouvements de l’arcade mandibulaire par rapport à l’arcade maxillaire, le patient est équipé au moins d’un marqueur mandibulaire, qui définit un repère attaché au visage du patient.

Selon un mode de réalisation, le patient est également équipé d’un marqueur maxillaire. De manière alternative à l’utilisation d’un marqueur maxillaire, le visage du patient lui-même peut être utilisé comme « marqueur » ; grâce à un algorithme de reconnaissance faciale, il est possible de suivre en temps réel par une caméra plusieurs éléments caractéristiques de la partie supérieure du visage, qui seront associés au modèle de l’arcade maxillaire. La partie supérieure du visage est en effet considérée comme suffisamment indéformable pour s’affranchir d’un marqueur en tant que tel.

Selon un mode de réalisation, chaque marqueur comprend plusieurs pastilles réfléchissantes agencées selon une géométrie déterminée. Chaque marqueur est suivi par une caméra et le repérage de la position des pastilles permet de localiser le marqueur dans l’espace.

Selon d’autres modes de réalisation, les marqueurs peuvent comprendre des pastilles présentant un motif bicolore de géométrie connue, des diodes, des capteurs inertiels, etc. qui permettent également de localiser chaque marqueur dans l’espace au moyen d’un dispositif de localisation correspondant. L’homme du métier est en mesure de choisir le dispositif de localisation approprié et le(s) marqueur(s) associé(s) parmi les technologies présentes sur le marché.

Marqueur mandibulaire

Le marqueur mandibulaire est attaché à la mandibule du patient de manière rigide, c’est- à-dire qu’il est fixé de sorte à ne pas se déplacer par rapport à la mandibule au cours de mouvements mandibulaires effectués par le patient. Le marqueur mandibulaire peut être attaché à l’arcade directement (le marqueur intégrant alors un moyen de fixation à l’arcade) ou par l’intermédiaire d’un dispositif de fixation dont il est solidaire.

Le document WO 2018/158551 décrit un marqueur mandibulaire qui peut être utilisé dans la présente invention.

Dans l'exemple illustré sur la figure 1 , le marqueur 2 comprend quatre pastilles réfléchissantes 20, dont la taille et la position relative sont connues, détectables par une caméra infrarouge. La forme des pastilles n'est pas limitative. Ainsi, lesdites pastilles pourraient être remplacées par des éléments réfléchissants présentant toute autre forme appropriée, par exemple des billes. De manière alternative, les pastilles réfléchissantes pourraient être remplacées par une mire formée d'un motif bicolore de géométrie connue. Selon d'autres modes de réalisation, les pastilles réfléchissantes pourraient être remplacées par des diodes, des bobines électromagnétiques, ou tout autre moyen de localisation approprié, tel que des capteurs inertiels (IMU, acronyme du terme anglo-saxon « inertial measurement unit »), des accéléromètres, des gyroscopes, etc. Le marqueur 2 est attaché à l’arcade mandibulaire par l’intermédiaire d’un dispositif de fixation 1 sur lequel il est monté de manière amovible. Le dispositif 1 comprend :

- une partie intrabuccale 10 destinée à être maintenue contre la face externe des dents de la mâchoire inférieure (non représentées),

- une partie extrabuccale 12 (mieux visible sur la figure 2) comprenant un élément de fixation pour le marqueur 2,

- une partie de liaison 1 1 permettant de raccorder la partie intrabuccale 10 à la partie extrabuccale 12.

De manière particulièrement avantageuse, l'ensemble des trois parties 10, 1 1 , 12 est formé d'un seul tenant, par moulage d'un matériau thermoplastique biocompatible.

La partie intrabuccale 10 présente une forme générale de U.

Le matériau et l'épaisseur de la partie intrabuccale sont choisis pour présenter une certaine flexibilité dans un sens d'écartement ou de rapprochement des jambes du U dans leur plan. Ainsi, les deux jambes 100 peuvent être écartées par rapport à leur position initiale pour être insérées dans la bouche de l'individu sans frotter contre les dents ou les gencives, puis relâchées une fois qu'elles ont été correctement positionnées.

Selon un mode de réalisation optionnel mais avantageux, l'extrémité des jambes du U est rendue sécable par la présence d'une ou plusieurs encoches 101 qui définissent un ou plusieurs segments détachables 102. Ainsi, on peut retirer un ou plusieurs desdits segments détachables jusqu'à obtenir une longueur des jambes 100 adaptée à la longueur de la mâchoire de l'individu.

De manière avantageuse, la tenue mécanique de la partie intrabuccale 10 sur la mâchoire du patient est assurée au moins en partie par une colle biocompatible (non représentée) déposée entre la surface des dents et la face intérieure de la partie intrabuccale. Une telle colle biocompatible est fréquemment utilisée dans le domaine de la dentisterie.

Par ailleurs, la face intérieure 103 de la partie intrabuccale, c'est-à-dire la face destinée à venir en contact avec les dents, peut présenter une certaine rugosité. Par exemple, une pièce issue d'impression 3D (technique de frittage laser dite SLS, acronyme du terme anglo- saxon « Sélective Laser Sintering ») présente une rugosité appropriée. Dans le cas d'une pièce issue de moulage, le moule d'injection peut subir un traitement, par exemple un sablage ou un gravage chimique, lui conférant un état de surface non lisse. Cette rugosité permet d'améliorer la tenue mécanique de la colle vis-à-vis de la face intérieure 103.

D'autre part, la face intérieure 103 de la partie intrabuccale peut être pourvue d'encoches 104. Lesdites encoches sont agencées de manière à se trouver en regard de parties en relief sur la surface externe des dents lorsque le dispositif est en place dans la bouche de l'individu. Les encoches 104 remplissent donc une fonction de blocage de la partie intrabuccale, notamment dans la direction antéro-postérieure, qui stabilisent le dispositif dans la bouche. De manière particulièrement avantageuse, la hauteur h de la partie intrabuccale est choisie suffisamment faible (typiquement inférieure à la hauteur moyenne des dents) afin de ne pas dépasser du plan formé par la surface supérieure des dents de la mâchoire inférieure lorsque le dispositif est en place dans la bouche de l'individu. Par exemple, la hauteur h est de l'ordre de 5 mm.

Ainsi, la partie intrabuccale n'interfère pas avec la cinématique mandibulaire (serrement des dents, mouvements de mastication et autres).

La partie extrabuccale 12 présente quant à elle un élément de fixation 120 pour un marqueur.

Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, le marqueur 2 est fixé par encliquetage sur la partie extrabuccale 12. A cet effet, le marqueur mandibulaire 2 comprend, sur sa face intérieure (i.e. opposée aux pastilles réfléchissantes), deux ergots agencés l'un au-dessus de l'autre (en considérant la position du marqueur lorsqu'il est en place sur l'individu). L'élément de fixation 120 comprend deux logements 121 , 122 séparés par une languette élastique 123. Pour mettre en place le marqueur 2 sur le dispositif de fixation 1 , l'ergot supérieur est tout d'abord engagé dans le logement, puis l'ergot inférieur est engagé dans le logement 122, cet engagement entraînant une légère déformation de la languette 123 vers l'arrière (c'est-à-dire du côté opposé aux pastilles réfléchissantes). Le marqueur est donc maintenu sur la partie extrabuccale 12 par engagement des ergots dans les logements 121 , 122 et par un effort de pression exercé par la languette 123 déformée.

L'assemblage du marqueur 2 sur le dispositif de fixation est avantageusement effectué une fois que le dispositif de fixation a été mis en place dans la bouche du patient et fixé à l'aide de la colle biocompatible susmentionnée. Ainsi, le marqueur n'entrave pas cette opération de mise en place. L’effort nécessaire pour la mise en place du marqueur sur la partie extrabuccale est très faible, de sorte qu'il n'affecte pas la tenue mécanique du dispositif de fixation vis-à-vis de l’arcade mandibulaire.

La partie extrabuccale est conçue pour être suffisamment rigide pour supporter le poids dudit marqueur sans se déformer.

Selon un mode de réalisation moins préféré, le marqueur pourrait former partie intégrante de la partie extrabuccale.

Lorsque le dispositif 1 est en place dans la bouche de l'individu, la partie extrabuccale 12 est avantageusement située en-dessous du plan des lèvres de l'individu (le marqueur 20 pouvant quant à lui dépasser de ce plan).

Pour des raisons de stabilité du dispositif, celui-ci est sensiblement symétrique par rapport au plan antéro-postérieur de l'individu.

La partie 1 1 de liaison entre les parties intrabuccale 10 et extrabuccale 12 se présente comme un pontet s'étendant à partir de la région centrale de la partie intrabuccale 10. Ce pontet présente une première section 1 10 s'étendant vers la mâchoire supérieure, une deuxième section 1 1 1 s'étendant au travers des lèvres et une troisième section 1 12 de raccordement à la partie extrabuccale 12. La forme et les dimensions de la partie de liaison sont choisies pour que, lorsque le dispositif est en place dans la bouche de l'individu, la deuxième section 1 1 1 s'étende au niveau du plan des lèves, sans exercer de pression sur les lèvres. Ainsi, le dispositif 1 reste immobile même en cas de déglutition.

Par ailleurs, la partie de liaison 1 1 est conçue pour être suffisamment rigide pour ne pas se déformer lorsque le marqueur 20 est fixé à la partie extrabuccale 12.

Marqueur maxillaire

Le marqueur maxillaire est attaché au maxillaire du patient ou à un autre élément de la face rigidement solidaire du maxillaire, par exemple le front. On parle dans ce dernier cas de marqueur frontal.

Le marqueur maxillaire ou frontal est de préférence basé sur la même technologie que le marqueur mandibulaire. Par exemple, le marqueur maxillaire comprend plusieurs pastilles réfléchissantes agencées selon un motif déterminé.

Selon un mode de réalisation, le marqueur frontal se présente sous la forme d’une armature destinée à entourer le front du patient et adaptée pour s’appuyer sur les oreilles et sur l’arête nasale, ce qui la stabilise.

Des modèles virtuels des marqueurs mandibulaire et maxillaire (et, le cas échéant, de leur dispositif de fixation si celui-ci se présente sous la forme d’un composant distinct) sont obtenus généralement à partir de leurs plans réalisés par conception assistée par ordinateur (CAO).

Comme indiqué plus haut, il est possible de s’affranchir de l’utilisation d’un marqueur maxillaire ou frontal en utilisant un algorithme de reconnaissance faciale pour suivre les mouvements de la partie supérieure du visage du patient.

Recalaqe des modèles virtuels des arcades dentaires avec un référentiel du patient

Le recalage implique l’utilisation d’une caméra d’empreinte intrabuccale (également appelée scanner intra-oral) ou de tout autre système non radiographique intrabuccal adapté pour numériser la surface des dents d’une ou des deux arcades (et/ou, le cas échéant, d’un artifice prothétique rigidement lié à une arcade) de sorte à former des nuages de points ou des maillages.

Cependant, par rapport à l’utilisation habituelle d’un tel dispositif intrabuccal, où le praticien balaie uniquement la surface des dents en vue de créer un modèle virtuel de l’arcade correspondante, l’invention implique de balayer également au moins une partie du marqueur mandibulaire rigidement liée à l’arcade mandibulaire.

La figure 3 est un schéma de principe de cette opération, avec un marqueur mandibulaire 2 et un dispositif 1 de fixation mandibulaire du marqueur tels que décrits en référence aux figures 1 et 2. La caméra d’empreinte intrabuccale C est introduite dans la bouche du patient, l’arcade mandibulaire étant préalablement équipée du marqueur mandibulaire 2. Le praticien balaie avec la caméra C la surface des dents de l’arcade mandibulaire et, le cas échéant, de l’artifice prothétique susmentionné, par exemple selon le mouvement schématisé par la flèche S1 .

Le praticien effectue également un balayage avec la caméra C de la partie de liaison 1 1 , schématisé par la flèche S2. La zone balayée est entourée par des pointillés.

On obtient donc un enregistrement numérique sous la forme d’un nuage de points ou un maillage comprenant non seulement au moins une partie de la surface des dents et/ou d’un artifice prothétique solidaire de l’arcade mais aussi la partie de liaison 1 1 , dans un même référentiel.

Connaissant la géométrie de cette partie de liaison 1 1 , notamment par le modèle CAO du dispositif de fixation, le marqueur peut être mis en correspondance avec son modèle virtuel par corrélation de la forme de la partie de liaison 1 1 sur le scan intra-oral et sur le modèle virtuel.

De même, l’arcade dentaire peut être mise en correspondance avec son modèle virtuel par corrélation de la surface des dents sur le scan intra-oral et sur le modèle virtuel. Dans le cas où un artifice prothétique est solidaire de l’arcade, la connaissance du modèle virtuel dudit artifice permet de déterminer l’emplacement de la gencive édentée.

L’arcade mandibulaire et le marqueur mandibulaire (ou tout au moins la partie de liaison 1 1 ) ayant été scannés dans le même référentiel par le scanner intra-oral, le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire peut être localisé dans le repère du marqueur mandibulaire, qui définit le repère du patient attaché à l’arcade mandibulaire.

La numérisation complète du marqueur n’est pas nécessaire dès lors qu’une partie non déformable suffisante est numérisée et peut être corrélée avec le modèle virtuel de ladite partie. La corrélation est d’autant plus robuste que la partie numérisée présente des caractéristiques géométriques spécifiques. Dans ce cadre, il est indifférent que le marqueur soit d’un seul tenant ou non avec le dispositif de fixation, dès lors que la partie balayée par le scanner intra-oral est suffisamment rigide. Par extension, dans le présent texte, l’expression « numérisation d’au moins une partie rigide du marqueur » couvre la numérisation d’une partie rigide du dispositif de fixation sur lequel le marqueur est attaché rigidement et de manière reproductible.

Dans le cas où le marqueur mandibulaire est formé d’un seul tenant avec le dispositif de fixation mandibulaire, il comprend une partie intrabuccale déformable pour s’adapter à la morphologie du patient et une partie non déformable pourvue de pastilles réfléchissantes ou d’autres objets détectables. Le scan intra-oral doit alors porter sur une partie suffisante de la partie non déformable. En revanche, la partie intrabuccale n’est en principe pas suffisante pour effectuer le recalage car elle est trop déformable.

Selon une forme d’exécution particulière, la création du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire peut être effectuée pendant ladite opération de scan intra-oral ; on obtient ainsi en une seule étape le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire et l’information nécessaire au recalage. Cependant, la présence du marqueur mandibulaire masque une partie de la surface des dents et est donc susceptible de diminuer la précision du modèle virtuel de l’arcade mandibulaire.

De manière alternative à l’utilisation d’un scanner intra-oral, la numérisation de la surface d’une partie des dents et d’une partie suffisante du marqueur mandibulaire peut être effectuée à l’aide d’une caméra non radiographique extra-orale. Ladite caméra extra-orale effectue une acquisition tridimensionnelle de la forme générale du marqueur mandibulaire et des dents visibles de l’arcade mandibulaire, dans un même référentiel. Les modèles virtuels, plus précis, du marqueur mandibulaire et de l’arcade mandibulaire peuvent alors être mis en correspondance selon le même principe qu’exposé ci-dessus.

Une autre technique pour acquérir simultanément, dans un même référentiel, la forme tridimensionnelle d’une partie du marqueur mandibulaire et d’une partie de l’arcade mandibulaire est la photogrammétrie. De manière connue en elle-même, cette technique non radiographique consiste à prendre des photographies sous différents angles où les dents et le marqueur sont visibles. A partir de cette série de photographies, la géométrie du marqueur est reconnue ainsi que celle de l’arcade mandibulaire.

Le même procédé de recalage peut être appliqué pour localiser le modèle virtuel de l’arcade maxillaire dans le repère d’un marqueur maxillaire ou frontal. Dans le cas d’un marqueur maxillaire (par exemple du même type que le marqueur mandibulaire avec un dispositif de fixation comprenant une partie intrabuccale présentant une forme générale de U), le scanner intra-oral est utilisé pour numériser simultanément au moins une partie de la surface des dents (et/ou d’un artifice prothétique tel que décrit précédemment) de l’arcade maxillaire et une partie rigide suffisante du marqueur mandibulaire ou de son dispositif de fixation). Dans le cas d’un marqueur frontal, la caméra extra-orale est utilisée pour numériser simultanément au moins une partie de la surface des dents (et/ou d’un artifice prothétique tel que décrit précédemment) de l’arcade maxillaire et le marqueur frontal.

Selon un autre mode de réalisation, un marqueur est rigidement lié au front du patient et définit ainsi un repère de l’arcade maxillaire. En plaçant le patient dans une position connue d’engrènement des arcades (généralement l’occlusion d’intercuspidie maximale (OIM)), qui est celle utilisée lors de la création des modèles virtuels des arcades, le modèle de l’arcade maxillaire est rapporté en regard de l’arcade mandibulaire. Dans cette situation, la position du marqueur maxillaire par rapport au marqueur mandibulaire est connue grâce à un enregistrement effectué par la caméra extra-orale. Le modèle de l’arcade maxillaire peut donc être associé au marqueur maxillaire. On associe alors l’ensemble des points, axes et plans de référence du patient aux modèles virtuels des arcades. Numérisation du visage du patient

Un modèle numérique tridimensionnel du visage du patient est typiquement obtenu par numérisation du visage du patient en trois dimensions. Selon la technique de numérisation utilisée, ce modèle peut comprendre ou non une texture du visage (en particulier des couleurs).

Cette numérisation peut être réalisée au moyen des techniques suivantes : stéréoscopie, photogrammétrie, balayage laser associé ou non à un capteur de détection de couleurs (RGB, acronyme du terme anglo-saxon « Red, Green, Blue »), lumière structurée et/ou mesure en temps de vol (TOF, acronyme du terme anglo-saxon « Time Of Flight »).

Lors de cette numérisation, le patient peut être équipé d’un marqueur maxillaire ou frontal tel que mentionné plus haut.

Recalaqe des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage du patient

Le recalage des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage du patient met en oeuvre le référentiel du patient mentionné plus haut.

Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 4A à 4C, le marqueur de l’arcade maxillaire est agencé sur le front du patient lors de la numérisation du visage du patient. Dans ce mode de réalisation, ce marqueur 3 comprend des pastilles réfléchissantes 30 agencées selon une géométrie connue (cf. figure 4A), mais, comme indiqué plus haut pour le marqueur mandibulaire, d’autres techniques de localisation pourraient être utilisées. Le modèle virtuel du marqueur 3 est obtenu par exemple par son plan CAO.

Les modèles virtuels M des arcades dentaires sont par ailleurs obtenus par une des techniques mentionnées plus haut.

Comme illustré sur la figure 4B, le marqueur 3 est repérable sur le modèle numérique du visage du patient. Il est donc possible de mettre en correspondance ce modèle du visage du patient avec le modèle virtuel du marqueur 3.

Comme illustré sur la figure 4C, les modèles virtuels M des arcades dentaires ayant été mis au préalable en correspondance avec le modèle virtuel du marqueur frontal grâce à l’un des procédés décrits précédemment, il est alors possible de corréler lesdits modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle 3D du visage du patient, et d’afficher lesdits modèles M superposés au modèle du visage du patient.

Eventuellement, un modèle numérique du visage du patient peut être généré alors que le patient ne porte pas le marqueur frontal, et est mis en correspondance avec le modèle numérique du visage du patient portant le marqueur frontal par reconnaissance des formes des maillages des deux modèles. Par suite, les modèles virtuels des arcades dentaires peuvent être affichés sur le modèle du visage du patient dépourvu du marqueur frontal.

Ainsi, il est possible de visualiser les arcades dentaires quelle que soit la position de la bouche du patient. En particulier, cette mise en correspondance peut être effectuée même si aucune dent n’est visible sur l’image du visage du patient. Par ailleurs, cette solution permet de pallier le défaut de résolution de certains modèles numériques du visage, qui ne permettent pas de discerner la forme des dents même lors du sourire, et ainsi permettre une corrélation des modèles virtuels des arcades dentaires avec le modèle numérique du visage.

Selon un mode de réalisation pouvant être mis en oeuvre avec un modèle numérique texturé du visage, en alternative à l’utilisation du marqueur frontal ou en association avec celui- ci, le recalage peut être réalisé à l’aide de points tracés sur le visage du patient ou placés sur le visage sous forme d’autocollants, et/ou de caractéristiques anatomiques du visage, telles que des grains de beauté, des cicatrices, etc. Ces points ou caractéristiques sont visibles également sur la texture du modèle numérique du visage. Le praticien utilise alors un stylet tel que décrit dans la partie introductive du présent texte, et pointe à l’aide du stylet les différents points ou caractéristiques identifiés. Chaque action de pointage par le stylet génère un point correspondant dans l’espace sous la forme d’une sphère. Le stylet étant repéré par la caméra en même temps que le marqueur frontal, la position des sphères est déterminée dans le repère du marqueur frontal.

Eventuellement, le recalage entre le modèle du visage et les modèles virtuels des arcades dentaires peut être réalisé uniquement à l’aide des points et caractéristiques anatomiques du visage, sans repérage du marqueur frontal sur le modèle du visage. Dans ce cas, le patient est équipé d’un marqueur mandibulaire pour l’opération de recalage de l’arcade mandibulaire avec le marqueur mandibulaire, comme décrit précédemment. Le pointage des points et/ou caractéristiques anatomiques du patient est alors effectué à l’aide du stylet comme expliqué précédemment. Ce pointage permet de mettre en correspondance les sphères générées par chaque action de pointage du stylet et les repères associés aux marqueurs mandibulaire et maxillaire. Avant ou après cette opération, la numérisation du visage du patient est par ailleurs effectuée, sans aucun marqueur sur le patient, de sorte à générer un modèle numérique texturé du visage. Les points ou caractéristiques anatomiques pointés à l’aide du stylet étant visibles sur ledit modèle numérique texturé, et corrélés aux modèles virtuels de l’arcade mandibulaire et de l’arcade maxillaire, on peut ainsi mettre en correspondance les modèles virtuels de l’arcade mandibulaire et de l’arcade maxillaire et le modèle numérique du visage.

Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 5A et 5B.

Comme illustré dans la partie supérieure de la figure 5A, le patient est équipé du marqueur mandibulaire et du marqueur frontal 3 pour l’acquisition de la cinématique mandibulaire.

Le modèle numérique du visage du patient (dont on voit les côtés à gauche et à droite de la figure 5A), est obtenu alors que le patient ne porte ni le marqueur mandibulaire ni le marqueur frontal. Cependant, des points de couleur P1 -P4 situés au niveau de points anatomiques caractéristiques du visage, tels que respectivement les deux condyles, le sommet du nez et l’intervalle entre la base du nez et la lèvre supérieure, sont visibles sur le modèle numérique en couleur.

La mise en correspondance des modèles est rendue possible grâce au pointage de ces mêmes points P1 -P4 avec le stylet 4 lorsque le patient est équipé du marqueur mandibulaire et du marqueur frontal.

Ces points définissent un référentiel du patient RP qui est commun aux modèles virtuels des arcades dentaires et au modèle numérique du visage.

La figure 5B illustre le résultat du recalage, permettant une superposition des modèles virtuels des arcades dentaires sur le modèle numérique du visage du patient.

Dans le cas où le modèle numérique du visage n’est pas texturé, il est possible de fixer sur le visage du patient, avant la numérisation du visage, des formes géométriques reconnaissables par un algorithme de traitement d’image. De manière avantageuse, ces formes géométriques comprennent un emplacement adapté pour le stylet, par exemple un creux de dimension adaptée pour recevoir la pointe du stylet.

La mise en correspondance des modèles est alors rendue possible grâce au pointage de ces emplacement avec le stylet lorsque le patient est équipé du marqueur mandibulaire et du marqueur frontal.

La combinaison du repérage du marqueur frontal sur le modèle numérique du visage et le pointage des points ou caractéristiques anatomiques permet d’augmenter la robustesse du procédé de recalage entre les modèles virtuels des arcades et le modèle numérique du visage. En particulier, le visage étant moins rigide que les arcades dentaires, à cause de la mobilité des muscles ou de l’enfoncement de la peau lors de l’application du stylet, il peut y avoir des différences entre le modèle numérique du visage avec et sans marqueur.

Naturellement, les représentations des marqueurs sur les figures annexées sont données uniquement à titre d’illustration et l’homme du métier pourra choisir toute autre forme de marqueur présentant une partie rigide adaptée au procédé de recalage décrit plus haut.

Claims

REVENDICATIONS

1 . Procédé de recalage de modèles virtuels non radiographiques d’une arcade mandibulaire et d’une arcade maxillaire d’un individu avec un modèle numérique non radiographique du visage dudit individu, caractérisé en ce qu’il comprend :

- la fourniture d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade mandibulaire et d’un modèle virtuel non radiographique de l’arcade maxillaire,

- la numérisation d’au moins une partie de la surface des dents ou d’un artifice prothétique solidaire de ladite arcade et d’au moins une partie rigide dudit marqueur au moyen d’une caméra intra ou extra-buccale, de sorte à produire un enregistrement numérique desdites parties de l’arcade mandibulaire et du marqueur dans un même second référentiel,

2. Procédé selon la revendication 1 , comprenant en outre la mise en correspondance du modèle virtuel de l’arcade maxillaire avec le modèle virtuel de l’arcade mandibulaire dans une position déterminée d’engrènement desdites arcades.

3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant l’affichage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire superposés au modèle numérique du visage du patient.

4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal (3) rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend la mise en correspondance du modèle virtuel du marqueur frontal avec le marqueur frontal visible sur ledit modèle virtuel du visage.

5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le modèle numérique du visage du patient est texturé, de sorte que des points tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques sont visibles sur ledit modèle numérique texturé, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage de points par un stylet suivi (4) par un même dispositif de localisation qu’un marqueur (1 , 3) équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdits points et/ou caractéristiques anatomiques pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient.

6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’acquisition du modèle numérique du visage du patient est réalisée sur le patient portant un marqueur frontal rigidement solidaire du front, un modèle virtuel dudit marqueur frontal étant fourni, des points préalablement tracés sur le visage du patient et/ou des caractéristiques anatomiques étant visibles sur le modèle numérique du visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdits points par un stylet suivi par un même dispositif de localisation que le marqueur frontal, et la mise en correspondance desdits points pointés et des points visibles sur le modèle numérique du visage du patient.

7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le modèle numérique du visage du patient est non texturé, et dans lequel, lors de l’acquisition du modèle numérique du visage, des formes géométriques reconnaissables sont fixées sur le visage du patient, et le recalage des modèles virtuels des arcades maxillaire et mandibulaire avec le modèle numérique du visage comprend le pointage desdites formes géométriques par un stylet suivi (4) par un même dispositif de localisation qu’un marqueur (1 , 3) équipant le visage du patient, et la mise en correspondance desdites formes géométriques pointées et des formes géométriques détectables sur le modèle numérique du visage du patient.