用于通过光学相干断层扫描术来处理正畸矫正器的系统和方法

著录项
申请号:
CN201880050175.X
申请日:
2018-07-27
公开(公告)号:
CN110996836A
公开日:
2020-04-10
申请(专利权)人:
阿莱恩技术有限公**
发明人:
佐藤**, A·鲍隆**, Y·尚亚**, R·施拉兹阿格亚**, A·科佩尔**, 安德鲁·**, 程继**, 埃里克·**, V·谢尔巴**, B·佩森**
主分类号:
A61C7/00(20060101)
分类号:
A61C7/00(20060101), A61C7/08(20060101), A61C7/10(20060101), A61C9/00(20060101), A61B5/00(20060101)
地址:
美国加利**
国省代码:
US
代理机构:
72003 隆天知识产权代理有限公司
代理人:
石海霞, 金鹏
优先权:
20170727 US 62/537,937
简介

用于进行3D成像(包括3D光学相干断层扫描术成像)以在体内或体外同时测量正畸矫正器、牙齿和其它口腔结构的形状的方法和设备。
这些方法和设备可用于以非常高的精度来确定矫正器与牙齿的接触位置和/或牙齿与其它牙齿的接触位置,包括确定它们不接触处的间隙的尺寸。
这些测量可用于设计、修改或重新放置矫正器和/或验证矫正器配合。
可以生成整个矫正器和牙齿的3D模型。

专利说明

相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年07月27日提交的美国临时专利申请序列号No.62/537,937的优先权,其全部内容通过引用纳入在本文中。

本申请要求2017年07月27日提交的美国专利申请号为No.15/662234、题为“INTRAORAL SCANNER WITH DENTAL DIAGNOSTICS CAPABILITIES(具有牙齿诊断能力的口内扫描仪)”的美国专利申请(实用新型申请)的优先权,其全部内容通过引用纳入在本文中。

通过援引的纳入
本说明书中提及的所有出版物和专利申请通过引用以其整体并入本文中,就如同每个单独的出版物或专利申请被具体和单独地指出,以便通过引用并入。

技术领域
牙齿扫描方法和设备,包括可用于同时精确测量牙齿和矫正器的几何形状的牙齿光学相干断层扫描术。

背景技术
许多口腔器械(包括牙齿矫正器)被佩戴在口腔中并且可以与口腔结构相互作用以用于治疗或美容效果。
例如,牙齿矫正器被佩戴在牙齿上以施加力来将牙齿矫直。
口腔器械可以被定制形成为适合患者的牙齿和口腔。
然而,测量口腔器械与口腔结构(诸如牙齿)之间的配合和相互作用可能是困难的。

扫描可用于检查口腔器械或口腔结构的形状,然而,当器械就位时难以同时检查器械和牙齿或其它口腔结构。
典型的光学口内扫描仪仅捕获在视线内遇到的第一表面。
牙齿的表面和器械的多个部分被隐藏,从而阻止检查它们的相互作用。
CT扫描使用可以穿透许多材料的X射线,但是由于X射线对牙齿的不透明性大不相同,因此难以同时对牙齿和牙科器械的塑性特征二者进行成像。
此外,这些X射线对患者有害。
其它技术(诸如用有色凝胶填充器械与牙齿之间的间隙)不能提供定量测量,并且容易出现大的误差和使用问题。

因此,需要可用于检查口腔结构(诸如牙齿)和佩戴在口腔结构上的器械两者(并且特别地在器械由患者佩戴时这两者之间的相互作用)的方法和设备。
本文描述了可以解决这种需要的方法和设备。

发明内容
本文描述了各种方法和设备,其包括用于在患者佩戴器械时对患者的口腔结构(诸如牙齿)和牙科器械(诸如矫正器)同时成像、用于对体外口腔结构和器械进行成像、或者用于对口腔结构和器械的模型进行成像的装置和系统(例如,口腔扫描仪)。
这些方法和设备可包括扫描仪或口腔扫描仪,其包括表面扫描和穿透扫描两者。
特别地,这些设备和方法可以使用利用诸如光学相干断层扫描术(OCT)的光学技术的穿透扫描。
备选地或另外地,这些方法和设备可包括在红外/近红外光的透射照明或反射成像中使用诸如可见光、红外线/近IR的穿透波长。

光学相干断层扫描(OCT)技术在1980年代后期和1990年代早期发展,并且最早期的应用是在眼科中。
OCT可以通过包括一些生物组织、塑料、陶瓷和其它材料的材料来非侵入性地进行成像,通常使用近红外光。

作用在牙齿上的矫正器的复杂几何形状和机械结构使得难以预测或测量在矫正器被戴上时矫正器与牙齿之间的全部相互作用。
OCT成像可以提供对矫正器形状、牙齿位置、牙齿之间的接触位置以及它们不接触的间隙尺寸的完全的3D测量。
通过在将矫正器安装到牙齿上之前和之后测量矫正器和牙齿,可以观察矫正器形状和牙齿位置的变化。
OCT系统通常仅在仅捕获一颗或几颗牙齿的相对较小区域上进行测量。
本文描述了将分开的图像一起接合成较大部分的模型(诸如象限、完整的颌或两颌一起)的拼接技术。
得到的测量结果可用于验证矫正器配合和/或定位矫正器与牙齿之间的期望或不期望接触或着缺乏接触的区域。
测量可以在体内或体外进行。
它们可用于验证活体颌或颌的实验室模型的模拟结果。
它们还可用于评估附接件的激活和在多个表面上展现的效果。
OCT系统可以提供大约5μm的分辨率,其足够精细以使得其可用于检查附接件形状和在牙齿上的放置和/或(一个或多个)附接件与矫正器之间的相互作用的精度。
如果需要,该信息可用于修改矫正器、附接件和/或牙齿几何形状,以改善接触。
这些方法和设备也可在制造本文所描述的任何设备期间使用。
例如,矫正器制造商可以使用该信息来测量塑料在热成型模具上的覆盖,以更好地理解模制处理和/或监视模制的精度和一致性,或者类似地监视诸如增材制造的其它制造处理。
此外,本文所描述的方法和设备还可用于检查矫正器的缺陷,诸如断裂、裂纹和/或微孔。

当前,OCT可用于检查牙冠、龋齿和牙齿中的裂纹的质量。
本文描述了使用OCT来同时且同步地测量牙齿和矫正器两者。
这些方法和设备还可以扫描牙齿以识别诸如裂纹、龋齿等特征。
例如,可以同时扫描牙齿和矫正器两者,并且牙齿的扫描可以自动、手动或半自动地被监视。
例如,方法或设备可以分析(一个或多个)扫描,并且如果计划使附接件处于具有空腔或裂纹的位置处或附近,则可以警示牙科专业人员(例如,牙科医生、正畸医生、牙科技术员等),从而指示在安装附接件和/或修改附接件之前应该采取补救措施。

OCT可用于监视颚。
例如,OCT可以对包括颚的硬表面进行成像。
颚缝合的成像可用于监视使用一个或多个颚扩张器械的骨骼扩张的结果。
通常难以确定何时发生了完全的颚扩张。
例如,医生通常指示患者在已经发生期望的移动之后继续长时间佩戴这种器械,以确保新骨桥接缝合中的间隙,使得当去除器械时颚不会复发。
OCT监视可以验证已经发生了充分的骨生长,从而可能通过避免不必要延长的器械佩戴来缩短治疗时间。
与牙齿矫正器一样,本文所描述的方法和设备还可用于通过在患者佩戴颚扩张器时扫描颚扩张器和口腔两者来确定包括颚扩张器的口腔器械在颚上的配合得怎么样。
类似地,器械、牙齿位置和颚的变形可以通过比较器械使用之前、期间和之后的几何形状的扫描来确定。

方法和设备还可用于测量和跟踪牙齿和/或颚上的特征。
例如,当测量到牙齿移动时,诸如颚缝合的骨特征也可以用作参考点。
当前的口内扫描仪通常测量牙齿并且有时测量软组织的多个部分。
但是在正畸治疗期间,通常情况是这些特征全部移动,使得从稍后扫描到较早扫描的配准困难。
像颚缝合的特征通常不会显著改变(除了颚扩张治疗以外),因此,它们能够提供对在时间上间隔的图像的适当配准的参照。
在一些变型中,一个或多个受托标记可被锚定到牙齿和/或颚。
例如,出于该目的,可以例如由牙科专业人员(例如,牙科医生、正畸医生等)将扫描目标(例如,临时锚定装置或TAD)施加到患者。
这可以允许骨结构的成像,即使它们上面的软组织对于骨骼的可靠OCT信号成像过厚。
扫描目标可以刚性地附连到诸如颚的骨结构,并且因此可以反映扫描之间的身体结构的位置和/或定向。

来自患者身上的矫正器的3D扫描的数据可被收集并用于形成数据库;该数据库可包括结果和治疗说明,并且可以用作治疗计划和矫正器设计中的资源。

当佩戴矫正器时牙齿位移的直接测量还可以允许预测骨骼重塑时的牙齿移动方向。
通过将期望的牙齿移动、最终和/或中间牙齿位置与通过检查从组合的矫正器/牙齿扫描确定的预测牙齿移动(包括旋转)而做出的预测进行比较,可以修改患者的治疗计划。
在预测的线性或旋转位移与期望矢量不对准的情况下,该信息可用于修改治疗计划。

尽管本文所描述的示例是特定于OCT的,但是这些方法中的任何一种均可例如通过提供适当的屏蔽来利用CT扫描执行,尽管存在X射线暴露的风险。

如上所述,本文所描述的任何方法和设备可包括具有安装就位的牙科器械(例如,矫正器)的患者。
这些方法和设备中的任何一种还可被配置为建立矫正器与齿列之间的所有空间的3D模型。
例如,该方法可被配置为指示或允许用户选择矫正器与患者齿列之间的间隔开的显示和/或量化。
在一些变型中,设备或方法可允许用户选择器械(例如,矫正器)与牙齿之间的接触(例如,实际接触)的区域。

本文所描述的器械可被配置为通过任意适当的方法(包括例如通过分割3D模型)来确定器械(例如,矫正器)与患者的齿列之间的边界。
当OCT用于通过牙齿和矫正器生成图像时,例如,所得到的图像可以被组合并用于形成牙齿和矫正器的3D体模型。
该模型可被分割以识别单独的区域。
分割可包括穿透图像的直接分割。
这可以允许识别牙齿内的牙本质(包括牙本质的位置和形态)的识别、矫正器的识别以及包括在牙本质中的牙齿中的裂纹、病灶和/或龋齿的识别和定位。
分割的使用可以允许基于穿透性图像和与穿透性图像相对应的相机位置的知识来重新构建体模型。
可以分割牙齿的体模型,并且这些区段(与牙齿和/或矫正器的不同内部结构相关)可以被投影回图像。

分割可以在2D图像或体模型上完成。
分割可用于根据不同区段的存在来对图像和/或3D模型分类。
用户能够通过该分割手动或自动(或半自动)地检测以对不同的内部结构分类。
此外,图像或模型可用于测量矫正器或(一个或多个)牙齿的内部区域,或它们之间的区域。

如本文所描述的,本文所描述的任何方法和设备还可包括(经由显示器或以其它方式)输出基于接触区域的尺寸和/或力的方向中的一个或多个、基于矫正器的形状的变形(例如,相对于安装前的形状)的对牙齿的接触点处的力的大小和方向的估计。

所导出和/或呈现的信息可以用作牙科手术的一部分,例如,以向牙科从业者指示如何修改诸如矫正器的器械。
例如,该信息可以被用于指示在矫正器上的何处打孔洞或凹坑,以便改变力系统。
替代地,该设备可以使用该信息来推荐设计新的矫正器。

在这些方法的任何一种中,如本文所描述的,可以在安装到患者牙齿之前扫描仪械(例如,矫正器)和/或可以在安装器械之前扫描牙齿。
之后,可以扫描安装的(佩戴的)器械,并且可以比较所得到的模型以计算变形并且虚拟地检查它是否很好地就位并且可能起作用。
还可以指出可能被脱离的区域。

在这些方法的任何一种中,可以调整或标准化一个或两个模型以用于直接比较/相减。
例如,矫正器、牙齿和/或牙齿和矫正器的一个或两个3D体模型可以通过使用牙齿或(一个或多个)其它区域来比较和调整一个或多个模型而改变;模型也可以被矫正。
例如,本文所描述的是在安装之前扫描矫正器并生成矫正器的体模型的方法。
之后,可以在安装之后生成矫正器的体模型。
随后,设备或方法可以找到被“延伸”的区域以及由该延伸产生的合力。

在一些变型中,可在安装前扫描牙齿,并且随后可在安装后(例如,通过矫正器)扫描牙齿。
这可用于展示由矫正器引起的即时的新牙齿布置,并且还可以展示哪些牙齿已经朝什么方向移动了。
可以分析所得到的扫描(如在这些示例中的任何一个中,所得到的扫描可以是3D体模型、一系列或一组2D图像、全景图像等)以确定系统是否生成可以使想要的移动停止的近端接触。

本文还描述了确定固定器的配合和/或疗效的方法,例如,在牙科手术(诸如矫正)之后佩戴。
在该示例中,当患者在不同的时间点佩戴固定器时,可以扫描牙齿。
跨时间的比较可以允许系统确定患者的牙齿是否是被动或静态的(例如,不移动)。

本文所描述的任何方法和设备还可用于确定口腔中留下以用于牙齿萌出的空间的充裕性或以其它方式来分析该空间。
例如,这些方法的任何一种方法可用于分析或确定牙齿之间的接触(例如,间隙)并报告其是否消除了计划的移动。

例如,本文描述了处理牙齿矫正器的方法和用于执行这些方法的设备。
处理可包括修改、成像、调整、分析、检验、装配等。
例如,处理牙齿矫正器的方法可包括:在牙齿矫正器被佩戴在牙齿上时使用光学相干断层扫描(OCT)扫描仪扫描患者的牙齿,其中,扫描包括一起扫描牙齿矫正器和患者的牙齿两者;生成组合的牙齿矫正器和患者牙齿的三维(3D)模型;以及显示、存储和/或传输3D模型。

扫描可包括扫描多个3D体积,它们中的每个都包括对应于矫正器和牙齿的一组体素。

生成3D模型可包括拼接多个3D体积。
在一些变型中,生成3D模型包括在拼接多个3D体积之前对3D体积滤波,以去除噪声。
这些方法中的任何一种都可包括通过识别每个Z截面的局部强度最大值的对灰度3D体积强度的二进制化。

这些方法和设备中的任何一种可包括解析多个3D体积以将矫正器外表面、矫正器内表面和牙齿表面分离。
解析还可以可选地识别接触的区域(例如,预定义距离内的碰撞或接触)。
这些方法中的任何一种还可包括确定或估计被成像的材料的光学性质,并且基于该光学性质来调整3D模型的几何形状。

这些方法和设备中的任何一种还可包括对矫正器外表面、矫正器内表面和牙齿表面中的每一个进行平滑。
在一些变型中,这些方法可包括在使矫正器外表面、矫正器内表面和牙齿表面分离之后修正多个3D体积的光学路径长度。

扫描可包括使用OCT扫描仪在近红外线波长中进行扫描。
在这些设备和方法的任何一种中,显示、存储和/或传输3D模型可包括实时显示3D模型。
这些方法中的任何一种方法还可包括从3D模型中检测矫正器与患者的牙齿之间的接触区域;和/或确定矫正器与患者的牙齿之间的间隙,包括高于预定阈值的间隙(例如,大于0.2mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.1mm、1.2mm等)。
例如,这些方法或设备可以从3D模型中检测矫正器与患者的牙齿之间的间隙,和/或在3D模型上显示检测到的间隙。

这些方法和设备中的任何一种还可以在3D模型上显示检测到的接触区域(和/或间隙)。

本文所描述的方法和设备还可以或另外地使用检测到的接触区域来估计由矫正器作用于患者牙齿上的力。

一种处理牙齿矫正器(例如,成像、装配、修正、调整、应用等)的方法可包括:在牙齿矫正器被佩戴在牙齿上时使用光学相干断层扫描(OCT)扫描仪扫描患者的牙齿,其中,扫描包括一起扫描牙齿矫正器和患者的牙齿两者;生成组合的牙齿矫正器和患者的牙齿的三维(3D)模型;识别牙齿矫正器与患者牙齿之间的接触区域;以及显示该接触区域。

在这些方法或设备的任何一种中,显示可包括交互式显示,其包括允许用户旋转和/或放大视图。
例如,显示可包括显示患者牙齿的3D模型,在其上指示接触区域。

这些方法中的任何一种可包括基于接触区域来修改包括矫正器的正畸治疗计划。
例如,可以通过调整移动的量或移动的类型、一个或多个附接件的位置或定向等来修改治疗计划。

在这些方法的任何一种中,患者的牙齿可包括一个或多个附接件,并且识别牙齿矫正器与患者牙齿之间的接触区域可包括识别牙齿矫正器与一个或多个附接件之间的接触区域。
本文所描述的任何方法和设备可聚焦于附接件,包括矫正器与附接件之间的相互作用。

通常,显示可包括在牙科从业者可访问的用户界面中进行显示。

如上所述,本文还描述了被配置为执行本文所描述的任何方法的系统。
例如,用于对牙齿矫正器成像的系统可包括:光学相干断层扫描(OCT)扫描仪;一个或多个处理器;耦接到一个或多个处理器的存储器,该存储器被配置为存储计算机程序指令,该计算机程序指令在由一个或多个处理器执行时执行计算机实现的方法,该方法包括:当牙齿矫正器被佩戴在患者牙齿上时使用OCT扫描仪扫描该牙齿,其中,扫描包括一起扫描牙齿矫正器和患者的牙齿两者;生成组合的牙齿矫正器和患者牙齿的三维(3D)模型;从组合的牙齿矫正器和牙齿的3D模型中识别患者牙齿与牙齿矫正器之间的一个或多个接触区域;以及显示一个或多个接触区域。

本文所描述的任何方法和设备均可以被修改以用于观察、测量和/或治疗颚区域,例如,用于颚扩张。
例如,本文所描述的方法可以被配置为处理颚缝合(例如,对颚缝合成像)的方法,并且可以包括:在牙科器械被佩戴在颚上时使用光学相干断层扫描(OCT)扫描仪扫描患者的颚区域,其中,扫描包括扫描牙科器械和患者的颚两者;生成组合的牙科器械和患者的颚的三维(3D)模型;以及识别颚的分开。
识别颚的分开包括识别颚的分开的速率。

本文还描述了制作、修改、调整或修正用于矫正患者牙齿的正畸治疗计划(例如,牙科计划)的方法。
例如,该方法可包括:在第一牙齿矫正器被佩戴在牙齿上时使用被配置为记录光学相干断层扫描(OCT)图像的口内扫描仪来扫描患者牙齿,其中,扫描包括一起扫描第一牙齿矫正器和患者牙齿两者,其中,第一牙齿矫正器具有第一设计;生成组合的第一牙齿矫正器和患者牙齿的三维(3D)模型;使用3D模型来识别牙齿矫正器在多个区域中的厚度、以及第一牙齿矫正器与患者牙齿之间的接触区域和/或间隙中的一个或多个;以及基于牙齿矫正器在多个区域中的厚度、以及第一牙齿矫正器与患者牙齿之间的接触区域和/或间隙中的一个或多个来调整第一牙齿矫正器的第一设计以形成第二牙齿矫正器。

这些方法中的任何一种还可包括使用识别出的接触区域、牙齿矫正器的变形和/或牙齿矫正器的厚度中的一个或多个估计作用于患者牙齿上的力。
该方法还可包括基于3D模型来估计矫正器的形状、厚度或两者的变化。
生成3D模型可包括标记3D模型以示出接触区域、间隙、矫正器的较薄区域等中的一个或多个。
调整设计可包括调整第一牙齿矫正器的壁的厚度和/或位置以形成第二牙齿矫正器。
方法可包括通过热成型和3D打印中的一个或多个来形成第二牙齿矫正器。

附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中具体陈述。
通过参考以下详细描述将获得对本发明的特征和优点的更好理解,该以下详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施例和附图,并且在附图中:
图1示意性示出了被配置为测量OCT的口内扫描仪。

图2A示出了佩戴矫正器的患者牙齿。
图2B示出了对佩戴在牙齿上的矫正器成像的口内扫描仪。

图3是示出了包括在被佩戴在患者牙弓上时对矫正器成像的方法的图示。

图4A和图4B示出了可以使用本文所描述的方法和设备可视化的颚解剖学的示例。

图5是示出了包括对本文所描述的患者的颚成像的方法的图示。

图6A至6C示出了用于OCT系统(体素系统)的通过扫描数据的单个切片(例如,z截面)处理的图像的一个示例。
图6A示出了原始OCT扫描截面,在其中每个牙齿、矫正器外表面和矫正器内表面的界面表面是可视的并且已被标记。
图6B示出了来自图6A的2D截面的1D光学反射光强度的直方图,其指示这三个主表面与三个最高的峰值强度相对应。
图6C示出了使用强度值的初始表面识别。

图7是从OCT数据中的体素信息中分离的单个表面的热图。
该表面是矫正器内表面。

图8示出了通过OCT扫描的截面(例如,通过OCT扫描的体素数据的z截面)的一个示例,其示出了包括各个噪声和伪影的原始数据。

图9A是示出了用于OCT扫描装置的单个扫描(例如,5x5x5 mm区域)的三个提取表面(牙齿、矫正器内表面、矫正器外表面)的示例。
图9B和图9C示出了来自提取表面和渲染的原始OCT数据两者的不同角度的叠加的两个视图。

图10示出了用于处理患者牙齿和/或矫正器的单个扫描原始OCT数据的工作流程的一个示例,其包括用于执行工作流程的体素映射器(包括噪声滤波器、解析器、清理器和修整器)的操作。

图11示出了用于将多个OCT体素数据集拼接在一起的工作流程的一个示例,其包括用于执行工作流程的拼接器的操作。

图12A至12B示出了用于处理原始OCT数据的体素映射器的噪声滤波器的操作。

图13A至13B示出了用于在噪声滤波器之后识别OCT数据的局部强度最大值的体素映射器的解析器的操作。

图14A至14D示出了体素映射器的解析器的附加操作,其示出了OCT扫描数据体积中的三个表面中的每一个的识别。
图14A示出了通过已滤波的体积的截面;图14B示出了通过体积内的分离的第一表面的截面;图14C示出了通过体积内的分离的第二表面的截面;并且图14D示出了通过体积内的分离的第三表面的截面。

图15A至15B示出了对通过使用白点作为电源而运行扩散模拟来实现的分离表面之一的平滑和清理。
图15A是通过平滑前的体积内的隔离表面的截面,并且图15B示出了平滑后的相同表面。

图16A至16B示出了通过使表面骨架化(图16B)来从图15B中示出的OCT体积中进一步清理分离表面。

图17A至17B示出了调整体积的光学路径长度,该体积包括在图12A至16B中识别的、分离的和处理的全部三个表面。
示出全部组合的表面的通过体积的截面在图17A中示出;图17B示出了在修正光学路径长度(例如,基于通过矫正器、空气和/或牙齿的已知或期望的折射率)之后的相同的体积。

图18示出了与原始OCT数据的横截面叠加的来自示例性OCT体积的三个提取表面,该示例性OCT体积如图12A至17B所描述和示出的那样处理。

图19A示出了具有粘合在牙齿上以与矫正器(未在图19A中示出)接合的附接件的一组牙齿的一个示例。
附接件可以是任意合适的尺寸和形状。
本文所描述的OCT方法和设备可用于通过OCT扫描检查附接件与牙齿之间的连接。

图19B示出了具有在图19A中示出的附接件的一组牙齿,其具有联接到牙齿和附接件的矫正器。
本文所描述的OCT方法和设备可用于通过OCT扫描检查附接件与矫正器之间的连接。

图20A和图20B示意性示出了本文所描述的OCT系统的多个示例。

图21是OCT系统的示意的另一示例。

具体实施方式
光学相干断层扫描术(OCT)使用一束部分相干光来创建断层扫描图像。
存在两种基本类型的光学相干断层扫描术:时域光学相干断层扫描术和傅立叶域光学相干断层扫描术。
在1991年开发的时域OCT用于眼科诊断。
它可以产生由长时间测量引起的质量相对低的断层扫描图像,但是它不容易允许对物体进行三维成像。
具有频域中的检测的现代光学断层扫描术(傅立叶域光学相干断层扫描术)将捕获时间减少了一百倍以上,并且可用于创建物体的三维图像。

光学相干断层扫描术使可视化能够进入体积中,并且可以与任何波长的电磁辐射一起使用。
对于可见光和近红外(近IR或NIR)波长是实用的,尽管其它波长也是可能的。
大多数商业系统针对NIR进行调谐,这允许穿透小距离进入诸如视网膜和牙齿的生物组织中,然而,应该理解的是,本文所描述的方法和设备可以与任何波长一起使用。
特别地,当对诸如本文所描述的矫正器的牙科器械进行成像时,可以使用可见光,并且由于可见光的较短波长(例如,与NIR相比),可以提供高分辨率。
在本文所描述的基于OCT扫描仪的系统和方法中,关于沿着样品光束的散射(反射)层的位置的信息可以包含在作为频率的函数而测量的光强度的调制频率中。
由干涉光束的光谱检测产生的电信号称为光谱带的信号。
可以使用两种实际实现这种类型的检测的方法。
第一种是光谱光学相干断层扫描术(SOCT)。
另一种方法是扫频光源OCT或光学傅立叶域成像(OFDI)。
在两种方法(SOCT和OFDI)中使用的共同元件是固定的参考镜(与时域OCT相对)。
这提高了系统的机械稳定性。
通过配准的光谱带的数值傅立叶变换来获得干涉图像。
然而,检测干涉信号的方法是不同的。
在SOCT中,光源产生宽带光束。
光谱仪被用于检测各个光学频率的信号。
在OFDI中,使用普通的光电检测器代替光谱仪,这是由于所应用的快速可调谐激光器针对每个波长单独产生窄光谱线的光。
SS-OCT使用具有可调谐操作波长的短腔扫频激光器,而不是在谱域OCT中使用的二极管激光器。

OCT由所联接的硬件组件组成,并且可包括软件。
硬件、软件和/或固件可包括:部分相干光源、成像设备、测量头、数据处理和图像生成的模块以及计算机控制系统。
所使用的光源可以确定其轴向分辨率和光束的穿透深度。
OCT成像设备模块可以是能够以高灵敏度和分辨率测量反射或反向散射光的任何测量装置。
OCT系统的其它元件可包括测量头和用于将探测光束带到口腔中的系统。
对所获得的值的分析、它们的处理和呈现可以通过各种图像处理技术来实现,诸如降噪算法、运动和可视化修正算法、分割和图像分辨率增强。

计算机控制系统可以控制整个OCT扫描仪,并且能够控制对干涉仪的参考臂的扫描并使所有组件的操作同步。
此外,它可以允许在设备与图像处理块之间进行通信以及测量结果的实时显示。
图1中示出了这样的示例。
在图1中,包括OCT成像的口内扫描仪的示意图包括光源(例如,部分相干光源103)、控制器105(例如,用于设备的计算机控制的处理器)、OCT测量设备111(其可包括干涉仪)和手持扫描头/棒115。

通过测量反射或反向散射光的“回波”的强度和时间延迟,OCT成像是可能的。
OCT成像的方法类似于超声波扫描术。
由OCT测量的距离的特征在于,它比超声高得多的时间分辨率。
OCT分辨率可以细至5μm(与超声中150μm相比)。
OCT可穿透至例如5mm的深度,这取决于被扫描的材料。
应该注意,本文所描述的方法和设备也可以或替代地适于与超声一起使用。
光学断层扫描术基于来自单个源、参考光束和探测光束或者在共同路径OCT中的两条部分相干光束的干涉现象,参考光束可以直接从探测光束中得出。
对干涉信号的分析使系统能够定位折射率变化的点。
这些点可以位于沿着探测光束的传播方向。
反射波功率密度可以是反射点(其是波的源)的位置的函数,并且可称为A扫描。
B扫描给出物体的矢状扫描,并且C扫描可以提供恒定深度处的横向扫描图像。
位于一个平面(例如,探测光束的多个平行方向)中的测量结果的组合可用于创建测试对象的截面的二维图像。

边界可以由具有不同折射率(例如,折射率根据光束穿透深度而改变)的层来确定,这可以通过干涉距离测量系统来确定。

当对牙齿成像时,OCT可用于对龋齿、龋齿发端和牙釉质中的裂纹成像。
软组织也可以可视化,包括牙龈、牙周韧带(在正畸牙齿移动之前和期间)等。

为了使牙科诊断OCT的效率最大化,被选择用于生成图像的光的波长可以是至少对矫正器和牙齿的边界进行成像的波长。
可以使用近红外光范围内的光。
由于散射和吸收性质,中心波长可以确定穿透到组织中的最大深度。
此外,形成牙科器械(例如,矫正器)的材料可以被选择或处理以允许在所选择的OCT的波长下(例如,在所使用的近IR范围内)可视化。

图2A和图2B示出了使用口内扫描仪的方法的一个示例,该口内扫描仪被配置为获取佩戴在受者牙齿上的牙齿矫正器的OCT图像,并且重新构建组合的矫正器/牙齿的三维模型,使得两者之间的相互作用可被检查。
图2A示出了佩戴在患者牙齿203上的牙齿矫正器202。
还示出了诸如牙龈204的软组织。
在图2B中,示出了被配置为用于OCT的口内扫描仪209,其扫描牙齿矫正器和牙齿两者。

通过扫描佩戴在牙齿上的牙齿矫正器,该设备可生成显示两者之间相互作用的图像。
例如,可以生成矫正器和牙齿的3D表示(图像、模型等),或者一个或多个系列的2D图像。
这些图像或模型可以被分析,包括自动或手动分析,以识别两者之间的相互作用和/或干扰。

例如,本文所描述的方法可包括对牙齿矫正器进行成像的方法。
图3示出了一种对组合的矫正器和牙齿进行成像的方法。
这些方法可包括首先在患者佩戴牙齿矫正器301时使用被配置为记录光学相干断层扫描(OCT)图像的口内扫描仪来扫描患者的牙齿。
矫正器可以正确地安放在牙齿上,就像由患者佩戴时那样。
患者或牙科从业者都可以将矫正器安放在牙齿上。
可以要求患者咬住以确保矫正器被安放。
替代地,可以在受者牙齿的模型或印记上扫描矫正器。

所得到的扫描将包括牙齿矫正器和患者牙齿二者一起的组合扫描。
随后,可通过处理器(例如,图像处理器)来分析扫描,以生成组合的牙齿矫正器和患者牙齿的三维(3D)模型303。
该步骤可包括组合(例如,拼接在一起)扫描以形成完整的3D模型。
可以使用已知的图像处理技术来完成通过这种方式的图像拼接。
可以对顺序扫描进行配准、求平均值,并且可以生成一个或多个表面网格。

组合的矫正器和牙齿的3D模型可以被显示、存储和/或传输305(例如,用于进一步处理)。
显示、存储和/或传输3D模型可包括实时显示3D模型。
例如,3D模型可以实时显示,以允许牙科从业者利用口内扫描仪实时“填充”3D模型。
可以标记所显示的图像(例如,通过颜色、文本、标志等),以示出没有被充分良好扫描的区域和/或示出任何其它特征(包括接触等)。

可以在扫描之后和/或期间分析3D模型。
例如,可以检查3D模型,以基于3D模型来确定作用于患者牙齿上的力。
例如,可以通过检查矫正器在被佩戴在牙齿上时的厚度成为“松弛”厚度来估计力,该“松弛”厚度可以是已知的(例如,对于被制造成具有均匀和/或已知厚度的矫正器,例如通过3D打印)。
替代地或额外地,可以通过监视矫正器上和/或矫正器中的力的标记来估计力。
可以进行矫正器系统的有限元模拟,并且OCT信息可用于获得初始几何形状以用于输入到该模拟中。
可以获得当矫正器被佩戴在患者牙齿(或牙齿的模型)上时矫正器的最终几何形状,并且该最终几何形状可用于验证模拟的结果。

在一些变型中,当没有佩戴矫正器时,可以进行矫正器的扫描,并且可以识别厚度(和/或矫正器的子区域的位置)的变化以确定作用在矫正器上的力。
因此,本文所描述的任何方法可以从3D模型确定矫正器的厚度。
可以使用3D数据并包括材料性质和/或矫正器几何形状的约束(可以是已知的)来对力进行建模。
此外,力可以是绝对的或相对的。
可以使用矫正器和牙齿的3D模型,或者仅仅使用患者牙齿的3D模型(其也可以被单独地扫描)来生成力图(包括示出了高/低力区域的热量图)。

这些方法中的任何一种均可从3D模型中确定/检测矫正器与患者牙齿之间的接触区域。
这些接触区域可以通过直接分析3D模型进行检测,以识别矫正器表面与牙齿表面之间的紧密接近,这可以使用OCT来区分。
如上所述,3D模型可用于显示接触区域。
在本文所描述的任何显示变型中,所得到的分析数据(例如,力、接触、间隙等)可以显示在包括矫正器和牙齿二者的3D模型上,例如,矫正器和/或牙齿显示为半透明的,而高亮组件(例如,力、接触区域、间隙等)显示为着色的等;替代地或额外地,可以操纵3D模型以去除矫正器(仅示出牙齿)和/或牙齿(仅示出矫正器)中的一个;在一些变型中,可以仅对矫正器和/或仅对牙齿进行单独扫描,并且可以与3D OCT扫描(上述3D扫描中的任一个可以是例如利用光学相干断层扫描术进行的3D“OCT”扫描)组合。
例如,在一些变型中,组合的矫正器和牙齿扫描可以与患者牙齿的扫描(例如,OCT扫描、表面扫描或其它扫描模态)组合。
两个3D扫描可以配准地放置。
这种双重或组合的扫描对于显示牙齿中、牙齿上或牙齿内的特征可能特别有用。

在一些变型中,可以在使用相同的口内扫描仪、使用OCT或任何其它成像模态(例如,可见光等)之前(例如,紧接之前、不久之前等)执行仅牙齿的扫描。
口内扫描仪可用于帮助获取组合的牙齿和矫正器扫描,并且可以在组合的扫描进行扫描时显示,使得在获取组合的OCT扫描时可以填充矫正器。

如上所述,3D扫描(例如,牙齿和矫正器两者的3D OCT扫描)可用于检测矫正器与患者牙齿之间的间隙。
例如,可以从OCT扫描(或者,如上所述,从混合OCT和其它扫描,例如表面扫描)中识别矫正器的表面和/或牙齿的表面。
这些方法中的任何一种可包括例如在3D模型上显示检测到的间隙。

如图3所示,3D扫描随后可用于修改正畸治疗计划307。
例如,如果间隙和/或接触映射示出在矫正器与牙齿之间的不良配合,则可以通过修正矫正器的设计来修改治疗计划以更好地配合患者。
可以通过调整作用在矫正器上的力来修改治疗计划。
例如,可以如上所述例如基于厚度和/或接触点/表面来估计由矫正器作用于牙齿上的力的分布。
该信息可用于仅使用扫描的牙齿位置或患者牙齿的单独扫描来对牙齿的移动进行建模,并且与最终(或中间)的期望位置进行比较。

因此,本文还描述了校正、调整或修正牙齿治疗计划的方法。
这些方法还可以称为制造牙齿矫正器的方法。
这些方法可包括:在第一牙齿矫正器被佩戴在患者牙齿上时使用被配置为记录光学相干断层扫描(OCT)图像的口内扫描仪来扫描患者牙齿,其中,扫描包括一起扫描第一牙齿矫正器和患者牙齿两者,其中,第一牙齿矫正器具有第一设计。
扫描可生成(例如,实时)组合的第一牙齿矫正器和患者牙齿的三维(3D)模型。
如上所述,在这些变型的任何一个中,3D模型可与仅受者牙齿的先前的3D模型组合或重叠地显示。
一旦被扫描,或者在扫描期间,设备就可使用3D模型(可选地)识别第一牙齿矫正器与患者牙齿之间的接触区域和/或间隙。
最后,可以调整或修改第一牙齿矫正器的设计(“第一设计”)以形成具有第二设计的第二牙齿矫正器或一系列牙齿矫正器。
该处理可基于3D扫描和对该数据的分析,所述数据包括识别出的接触区域和/或间隙,和/或牙齿矫正器在被佩戴时的厚度中的一个或多个。

如上所述,作用于受者牙齿上的力可以从3D图像中估计,例如,从牙齿矫正器佩戴在牙齿上时的几何形状与矫正器未佩戴时的厚度相比的变化中估计。
如上所述,该未佩戴(或松弛)的厚度和/或形状可以从材料或制造技术(例如,3D打印和/或热成型)中先验地获知,或者可以通过扫描未佩戴构造中的矫正器并进行相减来确定,和/或其可以被用作有限元分析的一部分以匹配几何形状中的预测变化,从而求解(一个或多个)矫正器上的力。
作用在牙齿上的力可以反映在矫正器的压缩(例如,几何形状的改变)中。
在一些变型中,矫正器上的力可被估计并用于投射到患者的牙齿(或患者牙齿的数字模型)上。
因此,牙齿上的力的分布可基于从矫正器接收的OCT成像数据。
替代地和/或另外地,力分布可以从通过矫正器在患者牙齿和/或患者牙齿的模型上的OCT成像直接可视化的大概进行作用以施加力的紧密接触的区域近似。

第一设计的修改可包括(从第一设计)修改第一牙齿矫正器的壁的位置和/或厚度中的一个或多个以形成第二牙齿矫正器。
新的矫正器或一系列矫正器可以通过任何适当的方法形成,包括直接3D打印(一个或多个)新的矫正器,或直接3D打印考虑到变化而调整的牙齿模型(在其上可以热成型新的矫正器)。

示例
OCT系统可用于扫描患者牙齿上的一个矫正器或一系列矫正器中的每个矫正器,以便检查矫正器配合以及与患者牙齿的相互作用。
在一些变型中,OCT系统可以直接扫描患者的牙齿和矫正器,例如,在患者的口腔内。
在一些变型中,OCT系统可以通过扫描佩戴在患者牙齿的模型(例如,铸模)上的矫正器来间接地扫描患者的牙齿和矫正器。
在这些变型的任何一个中,可以拍摄(记录)佩戴在患者牙齿上的矫正器的图像,以用于稍后的分析和/或立即进行分析。

扫描系统可以扫描各种视场(例如,扫描场的维度)和/或扫描各种时间。
扫描分辨率可以例如在1与100微米之间(例如,在2与50微米之间、在5与30微米之间、在6至10微米之间、在6至30微米之间、在6至50微米之间等)。
如上所述,OCT可以使用任何合适的波长,包括可见光波长和近IR波长。
例如,在一些变型中,照明波长可以在1000与1400nm之间(例如,在1200与1350nm之间、在1250与1350nm之间、在1300与1320nm之间等)。

在一些变型中,OCT设备(诸如以上参照图1示出和描述的OCT设备)可包括在预定波长或这些波长的范围内操作的OCT扫描激光器。
例如,OCT扫描激光器可以是16MHz激光器,30、50、100、200MHz激光器等。

视场可以是例如5mm x 5mm x 6mm的体积;可以扫描并数字连接(拼接)多个体积以形成患者牙齿和/或牙科器械的体积。
例如,景深可以从大约5mm到大约20mm。

例如,在一些变型中,矫正器(或一系列矫正器)可以在佩戴在患者牙齿上时被检查,这是通过使用光学相干断层扫描术对其上佩戴矫正器的患者牙齿的模型进行扫描完成的。
该扫描可以是示出矫正器与牙齿之间的界面的数字(或数字化)扫描。
扫描可用于直接或通过与患者牙齿和/或矫正器的体积模型组合来生成体模型。
OCT扫描(包括体OCT扫描)可用于分析矫正器配合。
在一些变型中,(一个或多个)OCT扫描可用于识别从矫正器施加到患者牙齿上的(一个或多个)力在患者牙齿上的什么位置。
例如,可以根据OCT扫描确定矫正器与牙齿之间的距离。
这可以允许力被施加到牙齿的位置的可视化,并且还可以允许在正畸治疗期间确认矫正器上的力系统。
牙齿接触信息可包括关于牙齿接触到矫正器上的哪里以及牙齿在哪里不接触的信息。

在一些变型中,接触位置上的OCT成像信息可以与预期的牙齿接触信息相关联。
例如,方法或系统可被配置为提取实际接触信息并且基于治疗计划将该信息与预期牙齿接触信息进行比较。
在一些变型中,来自OCT成像信息的实际牙齿接触数据可用于在正畸治疗期间确认牙齿接触和/或修改或调整正畸治疗计划。

在这些变化的任何一个中,方法还可用于使患者牙齿的移动可视化。
例如,在将矫正器附连到患者牙齿之后(特别是在口内成像时),可以立即使急性移动(例如,多达0.5至1mm、诸如大约0.25mm的牙齿移动)可视化。
OCT的使用可以允许分辨率非常高的成像,并且还可以以足够时间分辨率看到急性移动和长期移动。
例如,在将矫正器放置在牙齿上之前(例如,在佩戴矫正器之前立即)和/或在附连之后立即进行扫描,并且在将矫正器应用到牙齿之后的不同时间(例如,在5分钟之后、10分钟之后、20分钟之后、40分钟之后、1小时之后、1.5小时之后、2小时之后、3小时之后、6小时之后、12小时之后、1天之后、2天之后、3天之后、4天之后、7天之后、14天之后等)对(一个或多个)相同区域进行扫描。
因此,本文所描述的任何方法可用于在正畸治疗期间监视牙齿移动。

本文所描述的方法还可以或替代地用于检查诸如矫正器的正畸器械到牙齿的连接。
例如,牙科器械与联接到患者牙齿的一个或多个附接件之间的相互作用可以使用本文所描述的OCT方法和系统来检查。

在一些变型中,本文所描述的方法和设备可用于直接使在正畸治疗计划期间牙齿之间的碰撞可视化和/或本文所描述的方法和设备对于直接使在正畸治疗计划期间牙齿之间的碰撞可视化是有用的,它们还可以允许调整治疗计划。

本文所描述的方法和设备还可用于检测口腔内的结构(例如,牙齿、牙龈和/或颚),如上所述。
例如,本文所描述的方法和设备可用于龈下扫描,从而允许对牙齿的龈下区域进行成像。

例如,在一些变型中,监视牙齿治疗(包括监视牙齿移动、碰撞等)的方法可包括:(1)在没有任何器械施加到牙齿的情况下使用OCT扫描患者牙齿的‘预扫描’;(2)将器械附连到患者的牙齿(例如,将其卡接到患者的牙齿上);(3)当器械佩戴在牙齿上时扫描患者的牙齿和矫正器;以及(4)分析数据,其可包括确定与牙齿和(一个或多个)器械的接触点、牙齿和(一个或多个)器械上的任何附接件之间的接触点、牙齿与附接件之间的接触点、牙齿移动等。
分析还可包括基于分析的数据来调整患者治疗计划。
例如,在一些变型中,扫描可包括附接件-牙齿界面以评估附接件的粘合;在牙齿与附接件之间的界面处的空隙可以指示附接件掉落的潜在来源。
在一些变型中,扫描还可用于检查软组织的状态。
例如,对软组织的分析可以揭示癌性软组织。

OCT系统
本文所描述的方法和设备也可被配置为用于使口腔和/或任何器械的外表面下方的深度可视化的口内扫描仪。
使用光学相干断层扫描术的口内深度扫描可以允许牙齿外部的物体(例如,矫正器)和牙齿内部的物体(例如,龋齿、裂纹、牙釉质的发育缺陷)的可视化。

例如,OCT可以与光学器件整齐集成或固定在现有口内扫描仪的侧面,使得可以知道来自OCT的视场相对于扫描仪头处于固定位置。
在一些变型中,OCT可以与表面扫描(例如,使用可见光)组合。
除了表面扫描以外,OCT设备可以进行一系列OCT 2D扫描(B扫描),这些扫描可以以高帧率捕获。
给定OCT 2D扫描相对于表面扫描之间的已知固定位置,OCT数据可被合并以形成患者口腔的模型(包括体模型),该模型可包括单独的牙齿和/或牙齿和器械。

在一些变型中,可以利用并行处理实时地执行计算(单独的OCT或OCT和表面扫描),这将使其适于在最小移动伪影的情况下的口内使用。
在足够高的扫描速率下,扫描可以拼接在一起以实时地对比单独扫描更大的视场进行成像。
因此,本文所描述的方法和设备可用于实时产生超出简单表面扫描的深度信息,这使其适合于口内患者使用。

迄今为止,已经证明现有的OCT系统在扫描方面有些慢。
通过使用通常扫描小区域(例如5mm×5mm的侧面积)的扫频光源OCT,本文所描述的方法和设备可用于进行比传统的“慢”扫描更快的全断层扫描。
例如,单个断层摄影3D扫描可以由在其余的两个维度中光栅化的一系列独立的1维扫描(在深度维度上)构成。
可以从单个扫描中检测相关表面(例如,牙齿表面、矫正器表面等),以实现快速的并行处理。

例如,图6A至6C示出了OCT 2D图像处理的一个示例。
在图6A中,原始OCT 2D切片示出了矫正器表面(上表面和中间表面)和下面的牙齿表面(下表面)两者。
左侧601上的竖直线表示图6B中示出的图像的1D线的位置。
1D线中的峰可以被识别为表面并被提取,如图6C所示。
在图6C中,示出了第二维度上的1D线表面提取的结果,其示出了不同的提取表面。

如前所述,可能存在较大区域的明显的时间滞后OCT扫描(例如,在一些示例中,可能花费5秒或更长时间来捕获整个3D体积)。
这种延迟通常使实时扫描具有挑战性。
然而,本文所描述的是即使在使用这种通常较慢的扫描仪(例如,利用相同的参数进行扫描)时也可以允许更快成像的技术。
例如,可以以可能适合于实时扫描的高速度(大约每秒50帧)重复地捕获单个2D扫描。
因此,高速2D OCT扫描仪可以集成到传统的口内扫描仪中,以便增强其表面测量。
例如,波长可以直接集成到扫描仪的光学器件中或者以一定偏移固定到扫描仪;无论采用哪种方式,视场相对于扫描仪的位置都是已知的。

“模板”表面可以从传统的(例如,非OCT、表面)扫描仪中生成。
可以从OCT 2D扫描中收集增强信息,其可以被实时处理并叠加在模板表面上。
以这种方式产生的任何增强信息可包括但不限于矫正器/牙齿间隙、矫正器厚度和牙釉质矿物质变化的存在(由发育缺陷或龋齿引起)。

例如,图7示出了具有粘合到牙齿用以与矫正器相互作用的附接件的牙齿的示例。
热图(可以用颜色示出)可以叠加并且可以表示牙齿(或牙齿上的附接件)与矫正器之间的间隙。
在图7中,热图示出了附接件接合在矫正器的有效表面上,该有效表面在附接件703的至少一侧上非常靠近牙齿。
在该示例中,2D截面示出了配准的OCT数据。

用以器械设计和验证的OCT扫描
本文还描述了使用OCT扫描仪进行正畸矫正器设计确认和验证的系统。
该示例包括多个方法和设备,包括软件。
例如,本文描述了OCT牙齿扫描仪(包括但不限于口内扫描仪),其可被配置为收集、处理、显示和/或分析患者牙齿、模型牙齿、矫正器测试设备的牙齿和/或牙科器械的OCT图像。
扫描仪结果可包括光强度值的3D矩阵,并且从该数据中提取矫正器的内表面和外表面以及牙齿表面。
鉴于各个扫描区域可能相对较小(例如,尺寸为~5mm的3D框),可以进行多次扫描并且将各个扫描拼接在一起。
由于扫描仪位置可能是未知的,因此拼接必须由软件自动执行,并且可以以多种方式完成,包括使用特征检测和匹配。

OCT扫描技术可用于正畸矫正器设计。
一种系统可包括:(1)OCT扫描仪;(2)用于矫正器和牙齿表面提取的扫描矫正器(例如,软件、固件和/或硬件)。
这两个组件可以是分开的或者可以组合成单个设备。

使用提取的表面,可以识别出矫正器与牙齿之间的直接接触区域,并且该信息可用于矫正器的设计确认/验证,以及用于矫正器的更精确的机械应力分析,如上所述。
这提供了在OCT扫描仪的精度下牙齿与矫正器之间的接触区域的精确检测,该OCT扫描仪的精度通常在微米范围内。
系统可以允许以更高的精度确认牙科设备(例如,矫正器)设计以及机械应力的动态模拟。
OCT扫描仪技术可以提供具有精细分辨率(例如,具有大约5至8μm的栅格步长)和可接受质量的强度分布。
通过扫描可包括器械和/或牙齿的一部分的感兴趣的3D区域,并获得体强度分布,随后可以使用该数据来分析强度体数据、提取矫正器的内表面和外表面以及牙齿表面。
它还可用于识别牙齿与内部矫正器表面之间的接触区域。
替代地或另外地,它可用于以一些已建立的格式(诸如STL和PLY)输出提取的3D网格数据。
随后,该数据可用于器械的设计确认,以及通过机械应力模拟工具来模拟矫正动态过程,以帮助更精确地施加力,并由此实现质量更高的模拟结果。
任何该种信息还可用于改进一系列矫正器的设计,例如,作为牙齿移动的定序、定时或持续时间的反馈。

本文所描述的系统和方法可以解决OCT扫描的一些挑战。
例如,典型的扫描仪结果可包含许多伪影,包括但不限于:“椒盐”噪声;竖直和水平条纹;和/或表面轮廓的缺失部分。
图8示出了通过佩戴在患者牙齿上的牙科器械的原始OCT扫描的示例,其示出了这种伪影。
例如,椒盐噪声803、缺失区域805和水平条纹伪影807。
为了实现可接受水平的提取精度,在表面提取之前应该去除这种伪影。
为了实现这一点,可以使用多种信号处理和滤波技术,包括实施中值滤波器、旋转核滤波器和/或其它滤波器,包括使用特定于由本文所描述的矫正器和牙齿得到的OCT图像的试探法而开发的新颖的滤波机制(其在本文中可称为“牙科滤波”)。

形成牙科器械(例如,矫正器)的材料可以具有不同于空气的折射率。
因此,可以实施特殊的过程以从光学路径长度数据中获得几何数据。

与整个颌的尺寸相比,扫描区域(平面或体积)通常较小(例如,在每侧上5mm)。
为了扫描比OCT扫描仪的视场大的物体,可以从多个位置和定向记录图像,并且随后将这些图像拼接在一起以形成(一个或多个)物体的单个完整图像。
由于扫描仪位置可能是未知的,因此可以使用所获得的单个扫描的相互位置和定向的自动拼接和计算。
如果各个图像相对于物体的特征较小,则精确的拼接可能是困难的。
此外,如果需要许多图像来覆盖物体,则确定哪些图像彼此相邻可能在计算上变得昂贵。
通过将跟踪器附连到OCT探头,可以记录探头相对于每个图像的参考系的位置和定向。
这可以简化拼接图像的任务,因为从该信息中识别相邻图像是容易的,并且由于该算法将具有用于最终匹配的良好起点。
跟踪器可基于磁场来跟踪OCT探头的位置;替代地或额外地,可使用其它跟踪技术,例如超声波、光学目标的立体视觉、加速计、陀螺仪和重力传感器、磁力计等的集成。
为了避免由患者移动引起的问题,用于跟踪器(例如,发射器)的参照物可以安装在锚定到牙齿或头部的固定装置上。
可以适于在本文所描述的系统中使用的商业跟踪器的示例可包括波里赫(Polhemus)或赤经(Ascension)技术跟踪器。

本文还描述了用于从3D体强度分布提取表面的方法和设备,其允许精确和快速地重新构建牙齿和/或器械表面。
其它表面重新构建方法可以给定从不同视角拍摄的一组2D图像,构建3D体数据;由于本文所描述的OCT扫描仪输出相对较小的3D区域(例如,~5mm
立方体)的体数据(例如,体素映射图),因此本文所描述的方法和设备可以替代地从给定的3D体数据中提取3D表面。
为了构建更多或更少的完整图像,可以对不同的3D区域进行多次扫描。
然而,这可能导致这些区域的未知相互位置
在操作中,这些方法可以在由设备进行的多个扫描的体素映射图中读取,将它们全部拼接在一起,提取表面,包括(但不限于):矫正器的外表面;矫正器的内表面;和牙齿表面。
方法还可以识别内部矫正器表面与牙齿之间的接触区域,并且可以匹配提取的数据(例如,利用ADF)。
这些方法可用于直接获得牙科器械的接触区域和变形的形状而无需耗时的模拟。

OCT数据的解释可以实时和/或在扫描后执行,并且可以作为牙科器械(例如,矫正器)治疗计划方法的一部分来完成。
所分析的数据可以作为单个数据库(或文件)或作为通常引用的数据(例如,文件)存储。
例如,从OCT扫描仪(例如,口内OCT扫描仪)接收的数据可以作为拼接在一起的一系列体素映射图接收,并且最终组合的体素映射图可以被处理以确定表面,如上所述,包括外部器械表面、内部器械表面和牙齿表面。
在一些变型中,可以识别这些表面之间的(一个或多个)接触表面。
例如,可以使用用于每种类型的多个文件,诸如:外部矫正器表面、内部矫正器表面、(一个或多个)牙齿表面和/或接触区域。
此外,可包括这些表面中的所有或一些所组合的一个或多个文件(例如,所有表面一起涂有不同颜色的文件)。
图9A至9C示出了这种情况的一个例子。
图9A示出了外部矫正器表面903、内部矫正器表面905和牙齿907的外表面,其示出了接触区域909。
图9B和图9C示出了牙齿和矫正器的区域的视图,其示出了外部和内部矫正器表面以及牙齿内部结构的一些细节。

图10示出了OCT成像和处理的工作流程(例如,方法)的示例。
在一些变型中,扫描可以首先使用OCT扫描仪发生。
OCT扫描可以如上所述发生(例如,使用OCT扫描仪,诸如口内OCT扫描仪),其可以在多个区域(例如,5mm x 5mm x 5mm的体积)中扫描作为体素信息。
在图10中,每个单独的体积(子体积)可以在拼接之前或之后准备。
例如,每个体积/子体积可以从扫描仪(“读取扫描仪数据”)1001传递到噪声滤波器1003。
噪声滤波器例如可以通过归一化数据1005、去除水平和/或竖直条纹1007和/或应用中值滤波器(体积中值滤波器)从体素信息中对噪声滤波1009。
随后,可以将最初经过滤波的体素信息(数据)传输到解析器1011以对局部强度最大值1009二进制化。
解析器可计算每个Z横截面的一组局部最大值1013,识别某一数量(例如,2个、3个、4个、5个等)的最高的最大值,并构建相应的表面(例如,3个表面)。
随后,可以例如通过迭代平滑来使这些表面平滑1017,并且可以将体素映射图划分成多个部分(例如,3个部分)。
在一些变型中,解析器可以被具体配置到佩戴在受者牙齿上的牙科设备,诸如矫正器,并且可被配置为‘预期’这种配置。
例如,解析器可被配置为具体识别与内部矫正器表面、外部矫正器表面和牙齿(例如,3个部分)相对应的三个表面。
在一些变型中,解析器可通过例如验证局部最大值处于预期范围内来确认预期结构是存在的。

一旦表面已被识别出、被平滑并被分开为体素映射图,则可以使用清理器1021清理体素映射图。
清理器可以首先运行扩散模拟,并随后利用阈值二进制化回来1023,并且可以去除二维(2D)和/或三维(3D)伪影,诸如岛状物和/或间隙1025。
清理器还可以在体素映射图中骨架化(一个或多个)厚表面1027。
最后,修整器可以调整光学路径长度1029和/或提取网格1031,并且可以以适当的格式输出所提取的数据,用以存储、显示和/或操纵1033(例如,作为STL或PLY文件)。

噪声滤波器、解析器、清理器和修整器可以是电路,并且可包括一个或多个处理器,其可被配置为执行程序(例如,代码)以操纵数据。
噪声滤波器、解析器、清理器和修整器可统称为体素映射器。

如上所述,可以在由体素映射器处理之前和/或之后将(一个或多个)体素映射图拼接在一起。
图11示出了用于将多个体素映射图拼接在一起的工作流程的一个示例;在图11中,在由体素映射器处理之后,体素映射图被拼接在一起。
例如,在图11中,体素拼接器(或拼接器)接收已经由体素映射器处理的多个体素映射图1101,该体素映射器已经识别出表面并清理体素映射图。
拼接器随后可以构建高度映射图1103,并且识别用于拼接的候选者1105。
在一些变型中,拼接器可以执行寻找重叠区域的一个或多个算法以识别这些候选者。
例如,可以使用基于特征的配准(FBR)。
在通过FBR收集候选者(互变换)之后,它们可以通过应用迭代最近点(ICP)过程进行调谐,以最小化重叠区域中的差异。
例如,重叠分级可用于在由FBR提出的所有建议中找出最佳候选者。
此外,可以滤除掉表现为假阳性(falsepositive)的候选者1107。
随后,可以通过应用计算的变换来组合数据中的表面1109。
随后,可基于计算的变换在重叠区域中清理拼接表面;作为该处理的一部分,可以清理网格伪影,包括去除/修补孔、自相交等。
因此,一旦被组合,拼接表面可被清理1111且组合表面准备好输出(例如,作为诸如STL或PLY文件的文件)1113;随后,可以存储、显示和/或进一步处理3D表面。

图12A至18示出了体素映射器的操作的示例。
例如,来自扫描仪的OCT体积(“读取扫描仪数据”)可以由噪声滤波器滤波,如图12A至12B所示。
在图12A中,示出了通过未滤波体积的截面。
噪声滤波器从体素信息中过滤噪声(例如,竖直和水平条纹、椒盐噪声),并将数据归一化到[0,1]范围,以产生经清理的体积,如图12B中由通过体积的截面所示。
随后,可以将经滤波的体素信息(数据)传递到图13A至13所示的分析器,以收集局部强度最大值。
图13A示出了解析之前的经滤波的视图,图13B示出了解析之后的体积的视图。
解析器计算每个Z横截面(图13A至13B中示出了单个横截面)的一组局部最大值,其中三个表面被识别出并平滑,如图14A至14D所示。
图14A与图13B相同。
图14B分离出第一表面(例如,矫正器外表面),图14C示出了第二表面(例如,矫正器内表面)的分离,且图14D示出第三表面(例如,牙齿)的分离。
随后,例如,使用扩散算法,可以清理这些表面(使用清理器),如图15A至15B所示。
图15A示出了分离表面(与图14B所示的类似的第一表面)中的一个,且图15B示出了在使用扩散算法进行清理之后的相同表面。
清理可能导致表面变厚,清理器可以通过骨架化来修正,如图16A至16B的示例所示。
图16A示出了在清理之后通过三个分离表面中的一个(例如,图15B中所示的表面)的截面,而图16B示出了骨架化之后的相同表面。
任何二维(2D)和/或三维(3D)伪影(诸如岛状物和/或间隙)都可以通过该方法修复。
随后,可由修整器处理(一个或多个)体素映射图,修整器可以调整光学路径长度,如图17A至17B所示。
通过基于经清理的体素映射图构建高度映射图并将直接三角测量应用到给定的高度映射图,可以从这些经处理的体素映射图提取完整的表面。
图18示出了一个示例,其示出了三个提取表面1805、1807、1809(还示出了代表性的单个xz截面1803,其与图12A至17B中所示的截面相对应)。

检测颚扩张
本文所描述的方法和设备还可用于在没有电离辐射的情况下对颚缝合(包括颚的内部部分)进行成像。
在牙齿治疗中,通常不监视颚缝合,因为它可能难以成像,特别是内部结构。
本文所描述的方法和设备可用于对颚内的区域和外表面两者成像。
例如,本文所描述的方法和设备可用于对颚缝合成像,并因此可以用于监视诸如颚扩张治疗的进程。

如图4A和图4B所示,颚中缝的粘膜组织非常薄并且因此可利用近IR波长(例如850nm、880nm、900nm、950nm等)进行扫描的口内扫描仪来确定颚缝合。
这种技术可以允许在治疗期间监视颚扩张(例如,通过颚扩张器),而不需要进行CT扫描。
在图4A中,颚区域的中线是颚缝合(例如,颚中缝)。
如图4B进一步所示,颚中缝处的颚粘膜厚度相对较薄,并且可以使用本文所描述的方法和设备容易地观察到。

例如,图5示出了一种用于监视颚缝合的方法500。
在该方法中,可以使用能够扫描表面扫描和穿透扫描二者(例如,近IR扫描,并且特别是OCT扫描)的口内扫描仪。
在本示例中,扫描仪用于扫描患者的上牙弓,包括颚的中线区域501。
该扫描可以是如上所述的OCT扫描,或者任何其它穿透扫描。
可以同时进行表面扫描。
除了颚区域之外,可以扫描包括一个或多个牙齿的上牙弓。

对上牙弓的扫描可用于生成包括颚的牙弓的三维(3D)模型,该模型包括牙弓(例如,缝合区)内的表面和体信息503。
例如,OCT图像可用于生成牙弓的3D体模型。
使用OCT图像重新构建3D模型(例如,体模型)可以是可选步骤。
可以显示牙弓的3D模型,和/或可以显示包括缝合区的牙弓的图像(OCT图像),以示出内部颚结构(例如,颚中缝)505。
可以随着时间制作这种图像或模型的时间序列,以允许牙科从业者监视治疗(例如,颚扩张治疗、牙齿矫正治疗等)的进程507。

在一些变型中,软件可以自动确定缝合的扩张速率。
例如,软件可包括自动化代理以检测缝线上的某些参考点并确定随时间的扩张速率。
参考点可基于现有的解剖标志或独特区域,或者它们可以是添加的/人工的(例如,临时锚定装置或TAD等)。

在这些变型的任何一个中,可以进行部分扫描并将其连接(例如,“拼接”)在一起。

附接件验证
如上所述,本文还描述了用于以高分辨率扫描(例如,使用OCT)附接件1903与牙齿1905之间的连接(例如,见图19A)或矫正器1907与牙齿上的附接件1903之间的(一个或多个)接触区域(例如,见图19B)的方法和设备。

通常,由牙科从业者(例如,牙科医生、正畸医生、牙科技术员等)在牙齿上进行的初始附接件放置是耗时的,并且可能难以验证附接件的正确放置。
此外,错误放置的附接件会导致非故意的正畸力系统。
本文所描述的方法和设备可以允许牙科从业者扫描和调整附接件(例如,清理矫正器附接件)。
这些方法和设备还可验证正确的附接件放置,其可包括检查附接件是否呈现完全填充(即,无空隙)以及附接件是否主观上适当地成形。
当前,不可能验证牙齿与附接件之间的接触,或者附接件与矫正器之间的接触。
本文所描述的基于OCT的方法和设备不仅允许监视这些接触,而且还可以允许高分辨率(例如,约5μm的量级)成像,足以检测附接件形状、定位和/或接触中的轻微偏差。

本文所描述的方法和设备(例如,系统)也可以允许对附接件的高精度维度分析,其包括确定每个矫正器的几何形状以及在牙齿上的相对位置。
这些方法和设备还可用于确定附接件放置是否与计划的畸齿治疗相兼容,并且可识别对附接件的所需调整(如果需要的话)。
这可以显著减小医生需要为每个患者花费的诊疗时间(chair time),并且还可以通过减小较差的附接件放置来增加治疗效果。
这些设备还可以允许治疗医生远程地(例如,从他/她的办公室或不在现场)批准附接件。

例如,在牙齿上放置附接件的方法可包括扫描和检查(手动或自动)牙齿与附接件之间的连接。
如上所述,附接件可以是被配置为安装到牙齿并从牙齿的外表面(诸如颊面和/或舌面)延伸的形式。
该附接件可以由聚合材料、金属材料或它们的某一组合形成。
例如,附接件可以是由牙齿粘合材料(例如,白色填充材料)形成的小的牙齿颜色的突起,其被放置在特定牙齿的特定位置处,例如大约在牙齿的中间,诸如在牙齿的咬合边缘与牙龈线之间的中间的水平。
附接件可以是任何适当的形状,例如矩形、正方形、圆形、椭圆形、月牙形、三角形等。
附接件(其在本文中还可称为‘飞边(power ridge)’)的形状和定向可与其用途(例如,齿旋转、平移、侵入或挤出)相关。
例如,椭圆形(例如,卵形)附接件可以测量大约1/16英寸宽(稍微大于高度),并且大约1/32英寸厚。
在一些变型中,附接件可以称为飞边,其被配置为调整由矫正器施加在一个或多个牙齿上的力;因此,附接件可以是但不限于将矫正器固定连接或连接到牙齿的附接件。
例如,附接件(被配置为飞边)可以由牙齿填充材料形成,该牙齿填充材料被放置在牙齿上的关键位置,例如在向后倾斜(例如,向内镶齿)的牙齿的前侧上的牙龈线处。
第二脊可以放置在同一颗牙齿上,但是在其后侧靠近牙齿的咬合边缘向上,使得同时在同一牙齿的相对侧上的这两个高点和低点处从矫正器施加压力可以帮助使牙齿向前倾斜或转动,大概进入更正常的矫正(例如,颠倒飞边的定位可用于产生内倾/后倾转动)。

因此,本文所描述的方法可有助于放置和确认附接件与牙齿之间的粘合。
在一个示例中,方法(或被配置为执行该方法的自动化设备)可包括接收或获取患者的现有牙齿和/或齿列(上牙弓和/或下牙弓)的全部或一部分的模型。
例如,方法可包括通过形成患者的齿列的数字模型或从患者取得的牙印模(例如,利用口内扫描仪进行扫描)来对患者的现有牙齿构造进行建模。
该初始模型可以是数字模型。
在一些变型中,患者牙齿的该数字模型可以从治疗计划导入并且用于配准目的。

可将一个或多个附接件放置在患者的一个或多个牙齿上。
可以使用任何适当的方案将附接件施加到牙齿。
可以使用一个或多个导向件(例如,夹具)。

一旦将附接件放置在牙齿上(它们中的全部或一些),则可优选使用高分辨率(例如,具有好于10μm的分辨率)联合扫描牙齿和附接件。
例如,可以在区段或整个牙弓中进行一个或多个牙齿的表面(例如,牙齿的颊面和/或舌面)的光学扫描。
如果以区段的形式获取,则可以将区段拼接在一起。
在一些变型中,扫描仪可使附接件复合物可视化;优选地,扫描仪也可以进行穿透扫描,例如,使用光学相干断层扫描术(OCT)来通过形成附接件的复合物可视化。
这可以允许扫描仪使形成该附接件的材料(例如,复合物)中的缺陷(诸如裂纹和/或空隙)可视化,并且将附接件材料与牙釉质区分开。

此后,可以确定(一个或多个)附接件相对于包括所有牙齿的一个或多个牙齿的几何形状和相对放置。
例如,几何形状可以如上所述那样计算,和/或通过从在将附接件连接到牙齿之前取得的牙齿的预扫描中减去来计算。
在一些变型中,可以从OCT图像中直接分离出将它们分割的附接件。

可以例如通过附接件的形状分析来分析附接件,并且基于治疗计划或基于预期附接件形状的数据库将其与预期附接件位置和/或形状进行比较。
这种分析可以是自动的。
例如,设备(其可以是软件、固件和/或硬件)的分析引擎可包括自动化代理,该自动化代理被配置为分析(一个或多个)附接件并且确认它们具有适当的尺寸和形状和/或没有诸如裂纹、空隙、内含物等缺陷。
分析引擎还可以确认附接件的位置和定向;该确认可基于与特定于患者的治疗计划的比较,以确认一个或多个附接件在临床治疗计划的可接受公差内。
通常,临床治疗计划可包括详细描述患者牙齿的移动和/或(一个或多个)矫正器、附接件和任何附加组件的配置的患者治疗的时间线,以便在治疗期间将患者牙齿重新定位到一系列期望位置中的每一个中。

任何方法和设备还可被配置为向操作者(例如,用户)提供指示附接件的状态的输出。
例如,输出可包括一个或多个可呈现给操作者的视觉提示,其示出附接件设定是可接受的或指示特定调整可利用附接件完成。
在一个示例中,输出包括在显示器上显示患者牙齿(包括(一个或多个)附接件和颜色)、模式或连同指导指令(诸如“在此去除闪光"、“填充空隙”、“关闭附接件放置、将其取下并将其替换”)的其它指示符的图像。
例如,该图像可以以必须被去除/修减等的颜色区域来显示。
在一些变型中,(一个或多个)附接件可利用一种或多种颜色和/或强度着色,以指示具有(一个或多个)附接件的预期形状/尺寸/位置/定向的公差水平。

一旦已进行调整,则可以重新扫描牙齿和(一个或多个)附接件,并且重复该处理,直到已进行可接受的调整为止。
当牙科技术员放置和/或调整附接件时,可以通知牙科专业人员(例如,监督员、医生、正畸医生等)。
方法和设备还可以输出重叠图(overlay),该重叠图示出了(一个或多个)牙齿上的附接件的实际布置相对于理想布置的直接并排或一个在另一个之上的比较。
例如,可以重叠和比较实际的与计划的附接件几何形状的视觉。
牙科专业人员随后可以批准(一个或多个)附接件或指示附加的改变。
该指示可以通过计算机接口(例如,在远程操作时)进行。

可选地,在一些变型中,方法和设备可检查和/或确认一个或多个附接件与矫正器的(一个或多个)接触区域。
例如,OCT可用于扫描牙齿和接触上的矫正器,如上所述。
可以识别矫正器和/或牙齿中的任一个或两个之间的接触区域。

在一些变型中,矫正器与附接件和/或矫正器与牙齿之间的接触区域(例如,重叠)可以作为图形输出来输出给用户(例如,牙科专业人员、技术员等),如上所述。
例如,在矫正器与牙齿之间的接触区域可以通过矫正器和/或牙齿的图像中的彩色或伪着色区域来高亮显示,例如,矫正器可以在图像上制成透明的,仅示出一个或多个牙齿和接触区域。
基于预期或已知的牙齿和/或矫正器几何形状,这些区域可以被高亮显示和/或箭头(例如,矢量)可以沿着力的预测方向指示。
这可以帮助牙科从业者检查治疗和/或修改治疗计划。
例如,如果接触区域示出或暗示牙齿在不期望的位置移动(旋转和/或平移),则牙科从业者可以修改当前或未来的治疗计划以调整和/或去除预测的牙齿移动。
在一些变型中,可以通过改变和/或添加附接件等来修改牙齿移动。

除了矫正器与牙齿和/或附接件之间的接触区域以外,这些方法和设备中的任何一种还可以识别牙齿与矫正器之间和/或附接件与矫正器之间的间隙(间隔)区域。
在许多方面,矫正器与牙齿/附接件之间的间隙或间隔一样重要并且是接触区域,特别是在预测作用在牙齿上的力和/或与期望的牙齿移动相比较时。
这是由于由矫正器和牙齿建立的力系统可包括牙齿上的力可忽略(例如,接近零)的区域,并且可以提供用于牙齿移动的区域和/或方向。
因此,如本文所述,可以获取的OCT成像数据通常可用于分析包括矫正器、附接件和牙齿的力系统,并且可以帮助预测牙齿移动。

例如,示出了矫正器和/或患者牙齿之间的接触的OCT成像数据可提供输入以计算力系统。
在一些变型中,执行其的方法或设备可基于由OCT图像识别出的接触区域来对作用在牙齿上的力进行建模。
有限元分析(FEA)可用于对作用在牙齿上的力建模(例如,通过与接触模式和牙齿位置相匹配)。
替代地或另外地,矫正器形状的缺陷(如上所述)可用于估计作用于牙齿上的力,并因此估计牙齿的预期或预测的移动剖面。
这些移动剖面(至少部分地基于力系统分析)可用于预测牙齿移动和定时,并且可以与治疗计划进行比较以确定预期的牙齿移动和定时是否在治疗计划中描述的合理公差内。

在一些变型中,扫描方法和设备(例如,OCT扫描)可用于在应用矫正器之前和立即或之后不久检测和/或监视牙齿的急性移动。
例如,在一些情况下,应用矫正器可以导致基于由施加器施加的力的患者牙齿中的一些的瞬时或接近瞬时(例如,在几秒内、一分钟内、几分钟内等)移动。
例如,在一些变型中,由施加器施加的力可以使牙齿移动0.05至0.5mm(例如,相对于软组织和/或(一个或多个)牙弓中的其它牙齿),并且可以使用本文所描述的高分辨率OCT扫描来识别。
在一些变型中,可以使用基于OCT的扫描来预扫描牙齿,并且随后在首先应用矫正器之后立即(在几秒或几分钟内)扫描牙齿;可以识别在初始(预扫描)与随后(立即的后扫描)图像之间的牙齿位置的小变化。
这些变化可用于预测牙齿的更大和/或更长期的牙齿移动,并且在一些变型中可用于对牙根位置和/或定向进行建模。
该信息可以通过随后的扫描(例如,在额外的随后的矫正器被应用于患者牙齿时)来细化,通过进行预扫描(在应用第二或随后的矫正器之前)和立即的后扫描来识别立即的移动。
例如,该信息可用于识别一个或多个牙齿的阻力中心,这可以允许对包括牙根的牙齿进行更精确建模,并且预测其移动能力。

尽管上述许多变型示出了使用方法和设备来监视矫正器与患者牙齿之间的接触,但是这些方法和设备中的任何一种还可用于验证矫正器的生产。
例如,这些方法和设备可用于在将矫正器提供给患者之前、在矫正器被制造时或制造后检验矫正器等的质量(例如,检查矫正器的裂纹、空隙和/或其它缺陷)。
例如,这些方法中的任何一种可包括在用于创建(例如,通过热成型)矫正器的模型或形状上检查矫正器。
该模型或形状可以类似于但不同于目标牙齿位置,因为该模型或形状可以例如通过将牙齿定位到超出预期最终位置的位置以便驱动牙齿移动来过度修正牙齿位置,和/或可以改变患者的实际牙齿的形状和/或尺寸,以便包括空隙来允许牙齿移动。
因此,在如本文所述利用制造形状或夹具上的假定矫正器进行扫描时,形状/夹具与矫正器之间的接触可以是均匀的或半均匀的,特别是在对应于牙齿的端部的区域(例如,咬合表面区域)上。

本文所描述的任何方法(包括用户界面)可以被实现为软件、硬件或固件,并且可被描述为存储能够由处理器(例如,计算机、平板电脑、智能电话等)执行的一组指令的非暂时性计算机可读存储介质,在由处理器执行时,所述指令促使处理器控制执行任何步骤,包括但不限于:显示、与用户进行通信、分析、修改参数(包括定时、频率、强度等)、确定、警示等。

例如,本文描述了使用OCT成像来处理牙齿矫正器和/或附接件的系统。
图20A和图20B示意性示出了系统的一个示例。
这些系统2001中的任一个可包括OCT扫描仪2003、一个或多个处理器2013和联接到一个或多个处理器的存储器2015(或多个存储器),存储器被配置为存储计算机程序指令;这些指令可以执行本文所描述的任何方法。
可选地,这些系统可包括显示器/监视器(例如,输出件2019)、一个或多个用户输入件2021(例如,键盘、鼠标、按钮、拨号盘等)。
OCT扫描仪可包括用于口腔内应用的棒或手持式扫描头2003’,并且可以功能性地连接或可包括OCT光学传感器2005、可选的表面扫描传感器、OCT照明源2010(和可选的表面扫描源2009)、以及OCT电路,该OCT电路可包括干涉仪2011、光学器件、光缆(例如,光纤)等。

例如,图21示出了用于处理牙齿矫正器的系统(例如,计算机系统)的另一示例。
在该示例中,系统2100包括光学相干断层扫描术(OCT)扫描仪2103,以及包括耦接到一个或多个处理器的存储器的一个或多个处理器。
存储器可被配置为存储计算机程序指令,当由一个或多个处理器执行时,该计算机程序指令执行计算机实现的方法。
这些系统中的任何一种可包括(作为软件或固件,包括作为可由一个或多个处理器执行的软件)能够从扫描(例如,OCT扫描)和/或可见光扫描中组装3D体模型的3D体引擎。
例如,3D体模型引擎2104可被配置为构建患者牙齿(包括牙齿上的任何附接件)和/或矫正器的3D体模型。

系统还可包括使用OCT扫描仪进行扫描的OCT扫描引擎2106。
OCT扫描引擎可被配置为用于在患者的牙齿和/或(一个或多个)矫正器上进行操作。
例如,OCT扫描引擎可被配置为在牙齿矫正器被佩戴在牙齿上时扫描患者的牙齿(例如,一起扫描牙齿矫正器和患者的牙齿二者)。
系统还可以或可选地包括接触检测引擎,其可被配置为分析患者牙齿或者牙齿和矫正器的一个或多个3D模型,以确定矫正器与牙齿之间的接触和/或矫正器与牙齿上的附接件之间的接触。
系统还可以或可选地包括矫正器体积验证引擎2110,其被配置为分析矫正器的体积(例如,自动识别矫正器中的裂纹、空隙、缺陷、薄区域)。
在一些变型中,系统还可以或可选地包括附接件验证引擎2112,其分析(并且可以自动识别)患者牙齿上的附接件,包括寻找附接件中的缺陷、附接件缺失等。
附接件数据存储2117可包括用于比较的多种附接件构造。
类似地,治疗计划数据存储2119可存储并帮助分析矫正器、附接件、牙齿位置等。
这些系统中的任意一种还可包括用于显示一个或多个接触区域的显示引擎2116。

通常,计算机系统可以实现为引擎、引擎的一部分或通过多个引擎来实现。
如本文所使用的,引擎包括一个或多个处理器或其一部分。
一个或多个处理器的一部分可包括硬件的一些部分,而不是包括任何给定的一个或多个处理器的所有硬件,诸如寄存器的子集、专用于多线程处理器的一个或多个线程的处理器的部分、处理器全部或部分专用于执行引擎功能的部分的时间切片等。
这样,第一引擎和第二引擎可具有一个或多个专用处理器,或者第一引擎和第二引擎可以相互或与其它引擎共享一个或多个处理器。
取决于特定实现或其它的考虑,引擎可以是集中式的或其功能分布式的。
引擎可包括硬件、固件或以计算机可读介质体现的软件,用以由处理器执行。
处理器使用所实现的数据结构和方法(诸如参考本文的附图所描述的)将数据转换为新数据。

本文所描述的引擎、或者本文所描述的系统和设备可以通过其实现的引擎可以是基于云的引擎。
如本文所使用的,基于云的引擎是可以使用基于云的计算系统运行应用和/或功能的引擎。
应用和/或功能的全部或部分可以分布在多个计算装置上,并且不需要被限制为仅一个计算装置。
在一些实施例中,基于云的引擎可以执行终端用户通过网页浏览器或容器应用访问的功能和/或模块,而无需将功能和/或模块局部安装在终端用户的计算装置上。

如本文所使用的,数据存储旨在包括具有任何适用的数据组织的储存库,包括表、逗号分隔值(CSV)文件、传统数据库(例如,SQL)或其它适用的已知或方便的组织格式。
数据存储可以例如实现为在专用机器上的物理计算机可读介质中、在固件中、在硬件中、在它们的组合中或者在适用的已知或方便的装置或系统中体现的软件。
诸如数据库接口等与数据存储相关的组件可被认为是数据存储的一部分、某一其它系统组件的一部分或它们的组合,尽管与数据存储相关的组件的物理位置和其它特性对于理解本文所描述的技术不是关键的。

数据存储可包括数据结构。
如本文所使用的,数据结构与在计算机中存储和组织数据的特定方式相关联,使得它可以在给定的上下文内被高效地使用。
数据结构通常基于计算机在其存储器中的任何位置处获取和存储数据的能力,该位置由地址、本身可存储在存储器中并由程序操纵的位串指定。
因此,一些数据结构基于利用算术运算来计算数据项的地址;而其它数据结构基于在结构本身内存储数据项的地址。
许多数据结构使用有时以有意义的方式组合的两种原理。
数据结构的实现通常需要编写一组创建和操纵该结构的实例的程序。
本文所描述的数据存储可以是基于云的数据存储。
基于云的数据存储是与基于云的计算系统和与引擎兼容的数据存储。

通常,本文所描述的任何系统可包括被配置为执行方法的步骤的任何计算机可读介质。
这些系统中的任何一种还可以或替代地包括但不限于总线、有线网络、无线网络或它们的某一组合。

当特征或元件在本文被称为在另一特征或元件“上”时,它可直接位于其它特征或元件上,或者也可能存在居间特征或元件。
相反,当特征或元件被称为“直接在”另一特征或元件“上”时,不存在居间特征或元件。
还应该理解的是,当特征或元件被称为“连接”、“附连”或“联接”到另一特征或元件时,它可直接连接、附连或联接到其它特征或元件,或可存在居间特征或元件。
相反,当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附连”或“直接联接”到另一特征或元件时,不存在居间特征或元件。
虽然关于一个实施例描述或示出,但是这样描述或示出的特征和元件可以应用于其它实施例。
本领域技术人员还将认识到,对“邻近”另一特征设置的结构或特征的参考可具有与相邻特征重叠或在相邻特征下方的部分。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本发明。
例如,除非上下文明确说明,如本文所使用的,单数形式“一”、“一”和“所述”旨在同样包括复数形式。
还应理解的是,术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时,指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
如本文所使用的,术语“和/或”包括一种或更多种的相关的所列出项中的任一组合和所有组合,并且可缩写为“/”。

空间上相对应的术语(诸如“在...下”、“在...以下”、“低于”、“在...上”、“上部”等)可在本文中使用,以便于描述如附图所示的一个元件或特征到另一个元件或特征或者到多个元件或特征的关系。
应理解的是,空间上相对应的术语旨在包括除了附图中描绘的定向之外的使用或操作中的装置的不同定向。
例如,如果附图中的装置被倒转,则被描述为“在其它元件或特征下”或“在其它元件或特征下方”的元件可以被定向为“在其它元件或特征上”。
因此,示例性术语“在...下”可涵盖在...上和在...下的两种定向。
该装置可以另外地定向(旋转90度或处于其它定向),并且本文所使用的空间上相对应的描述词被相应地解释。
类似地,除非另外特别说明,术语“向上”、“向下”、“竖直”、“水平”等在本文中用于说明的目的。

虽然术语“第一”和“第二”在本文中可用于描述各种特征/元件(包括步骤),但是这些特征/元件不应该受这些术语的限制,除非上下文另有说明。
这些术语可用于将一个特征/元件与另一个特征/元件区分开。
因此,在不脱离本发明的教导的情况下,下面讨论的第一特征/元件可称为第二特征/元件,并且类似地,下面讨论的第二特征/元件可称为第一特征/元件。

在本说明书和所附权利要求书中,除非上下文另有要求,否则词语“包括”以及诸如“包括”和“包含”的变型意味着可以在方法和制品中共同使用各种组件(例如,组合物以及包括装置和方法的设备)。
例如,术语“包括”将被理解为暗指包含任何所述元件或步骤,但不排除任何其它元件或步骤。

通常,本文所描述的任何设备和方法应被理解为包容性的,但是组件和/或步骤的全部或子集可以替代地是排他的,并且可以表示为“由各种组件、步骤、子组件或子步骤组成”或替代地“基本上由各种组件、步骤、子组件或子步骤组成”。

如本文在说明书和权利要求书中所使用的,包括在示例中所使用的,除非另有明确说明,否则所有数字可以被读作就像以词语“约”或“大约”开头一样,即使该术语没有明确出现。
当描述幅度和/或位置以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内时,可以使用短语“约”或“大约”。
例如,数值可以具有作为设定值(或值的范围)的+/-0.1%、设定值(或值的范围)的+/-1%、设定值(或值的范围)的+/-2%、设定值(或值的范围)的+/-5%、设定值(或值的范围)的+/-10%等的值。
除非上下文另有说明,本文所给出的任何数值还应被理解为包括约为该值或大约为该值。
例如,如果公开了值“10”,则还公开了“约10”。
本文所描述的任何数值范围旨在包括其中所包含的所有子范围。
还应该理解的是,如本领域技术人员应该适当理解的那样,当某一值被公开为“小于或等于”该值时,“大于或等于该值”和值之间的可能范围也被公开。
例如,如果值“X”被公开,则“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如,其中X是数值)也被公开。
还应该理解的是,在整个申请中,以多种不同格式提供了数据,并且该数据表示针对数据点的任何组合的终点和起点以及范围。
例如,如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”,则应该理解,大于、大于或等于、小于、小于或等于以及等于10和15被认为与在10到15之间同样被公开。
还应该理解的是,还公开了两个特定单位之间的每个单位。
例如,如果公开了10和15,则还公开了11、12、13和14。

虽然上面描述了各种说明性实施例,但是在不脱离如权利要求所描述的本发明的范围的情况下,可以对各种实施例进行若干改变中的任一个。
例如,在替代实施例中,通常可以改变执行各种所描述的方法步骤的顺序,并且在其它替代实施例中,可以一起略过一个或更多个方法步骤。
各种装置和系统实施例的可选特征可被包括在一些实施例中而不被包括在其它实施例中。
因此,前面的描述主要出于示例性目的提供,并且不应被解释为限制如在权利要求中阐述的本发明的范围。

本文所包括的示例和说明通过说明而非限制的方式示出了可在其中实践主题的具体实施例。
如上所述,可以利用和从中导出其它实施例,使得可以在不脱离本公开的范围的情况下做出结构和逻辑替换和改变。
仅为了方便,发明主题的这种实施例在本文中可单独或共同通过术语“发明”来提及,并且不旨在将本申请的范围主动限制为任何单个发明或发明概念,如果实际上多于一个被公开的话。
因此,虽然本文已经说明和描述了特定实施例,但是被计算为实现相同目的的任何布置可以替代所示的特定实施例。
本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有修改或变型。
在审阅以上描述后,本领域技术人员将明白以上实施例的组合以及本文未具体描述的其它实施例。

附图