Registro de imágenes en 3-D de objetos tridimensionales.

Un método para construir una imagen 3D modelo que incorpora y alinea unos datos de imagen de escaneo 3D de un componente (62) de un modelo dental superior y un componente (52) de un modelo dental inferior,

comprendiendo dicho método:

(a) utilizar un escáner 3D, escaneando tridimensionalmente cada uno de los componentes modelo dental superior e inferior, donde cada uno de dichos componentes tiene una característica (54, 56, 58, 64, 66, 68A, 68B) inferior plana y durante dicho escaneo, provocar que dicha característica inferior plana del componente se apoye sobre una superficie plana de dicho escáner 3D, teniendo también dichos componentes unas características reconocibles adicionales suficientes cuando se combinan con la superficie inferior plana para determinar la posición y orientación de cada componente;

(b) colocar dicho componente (62) del modelo dental superior y dicho componente (52) del modelo dental superior contra dicho escáner según una relación oclusiva;

(c) escanear tridimensionalmente dichos componentes del modelo dental superior e inferior según se establece en la parte (b) para obtener datos de imagen 3D que abarcan un número suficiente de dichas características del componente del modelo dental superior y del componente del modelo dental inferior escaneados en la parte (a) para permitir el alineamiento de las imágenes de dichos componentes; y (d) procesar dichos datos de imágenes 3D y construir a partir de los mismos un modelo de imagen 3D donde una representación de dicho componente (62) del modelo dental superior está alineado con precisión con una representación de dicho componente (52) del modelo dental inferior.

Registro de imágenes en 3-D de objetos tridimensionales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención La invención se refiere a un método para determinar la posición relativa de objetos y características de una pluralidad de imágenes escaneadas, particularmente en aplicaciones médicas y dentales incluyendo aquellas que requieren el diseño y fabricación de dispositivos quirúrgicos y protésicos con unas dimensiones precisas dictadas por la anatomía de los pacientes individuales. Aún más particularmente, está dirigido al problema de registrar, de la forma más precisa posible, escaneos en 3D digitalizados de la mandíbula inferior y el maxilar de un paciente o, equivalentemente, moldes o impresiones de los mismos.

Muchos procedimientos quirúrgicos están relacionados con la inserción temporal o permanente en el tejido blando u óseo de un paciente de dispositivos protésicos u otros dispositivos artificiales que deben encajar en la anatomía del paciente con un elevado grado de precisión. Una de tales aplicaciones se refiere a los implantes en odontología, en el curso de los cuales se colocan quirúrgicamente uno o más anclajes mecánicos (normalmente metálicos) dentro de la mandíbula del paciente, para recibir y soportar componentes protésicos designados para simular y reemplazar uno o más dientes naturales que el paciente ha perdido. Es bien conocido que, para que sean completamente exitosos, los procedimientos de implante deben cumplir con unos requisitos de posicionamiento, orientación y tamaño muy estrictos que están determinados por la estructura ósea y la dentadura existente, de modo que los componentes protésicos que se van a colocar en los anclajes implantados quirúrgicamente deben preferiblemente diseñarse, conformarse y dimensionarse de manera específica para acomodarse a la geometría anatómica precisa del paciente, Incluyendo la ubicación, forma y tamaño de los dientes adyacentes, y deben proporcionar una transición a la orientación precisa del eje principal del anclaje mecánico de soporta con un elevado grado de precisión.

Además, el desarrollo de muchos productos y servicios proporcionados en los campos de la ortodoncia y la odontología restauradora implica el uso de diseño asistido por ordenador (CAD) y fabricación asistida por ordenador (CAM) . Por ejemplo, se utilizan frecuentemente moldes de plástico o piedra hechos a partir de impresiones de la boca del paciente para proporcionar los productos o servicios requeridos, y se utiliza el escaneo tridimensional (3D) bien de la dentadura del paciente o bien de los moldes representativos de la dentadura del paciente para dar al sistema dental CAD datos que representen la geometría en cuestión. Para tales aplicaciones, sin embargo, es necesaria una alineación muy precisa de las imágenes del maxilar (o la parte superior de la réplica del molde) y de la mandíbula inferior (o de la parte inferior de la réplica del molde) para el modelado dental CAD.

Los métodos convencionales para cumplir estos rigurosos requisitos requieren la creación de un modelo de la mandíbula y la dentadura del paciente, comprendiendo la fabricación de dicho modelo tomar la llamada "impresión" de la dentadura del paciente por medio de una sustancia maleable que se coloca sobre y alrededor de los dientes en la boca del paciente abarcando completamente el arco dental. En los casos en los que es necesario colocar implantes y componentes restauradores, la impresión típicamente se toma después de la inserción quirúrgica de los implantes de anclaje. Típicamente, se fijan unos componentes de referencia denominados puntos de impresión a la extremidad externa de los anclajes de implante insertados, que sirven para indicar la ubicación y orientación angular de los anclajes. Posteriormente, un modelo fabricado a partir de un molde basado en dicha impresión incorporará los denominados anclajes "analógicos" para proporcionar un modelo de los anclajes en la mandíbula del paciente, y se diseñarán y fabricarán los dispositivos protésicos para esos anclajes basándose en la geometría del modelo creado según se ha descrito.

En la práctica real, el procedimiento convencional descrito anteriormente está plagado de numerosas dificultades e inconvenientes. Se ha demostrado imposible para los protésicos dentales la fabricación de impresiones dentales, y por tanto de modelos, que estén de manera consistente libres de errores dimensionales y posicionales; los requisitos geométricos implicados son tan estrictos en tales aplicaciones que incluso un error de dimensiones menor que un milímetro, o un error de orientación de 1 ó 2 grados darán como resultado implantes protésicos con tensiones y condiciones inaceptables.

En los últimos años se han realizado esfuerzos para utilizar técnicas de modelado basadas en imagen para resolver estos problemas conocidos de los procedimientos convencionales relativos a implantes en odontología. En estos esfuerzos, se toman imágenes de la boca del paciente, y se recrea un modelo tridimensional de las regiones pertinentes utilizando las denominadas técnicas y software de imagen tridimensional. El campo de la fotogrametría, que tiene sus orígenes en la década que sigue a la invención de la fotografía en los años 1830, es "el arte, ciencia y tecnología de obtener información fiable acerca de objetos físicos y su entorno a través de procesos de grabación, medida e interpretación de imágenes fotográficas y patrones de energía electromagnética radiante y otros fenómenos.", (Manual de fotogrametría, Sociedad Americana de Fotogrametría y Detección a Distancia, 4ª Ed. 1980) . Particularmente con la llegada de los ordenadores que tienen elevadas velocidades de procesamiento y grandes memorias, y la llegada de las cámaras digitales de bajo coste y otros dispositivos de captura de imágenes, ha comenzado a estar disponible software de procesamiento de imágenes tridimensionales comerciales aplicables a una amplia variedad de aplicaciones de modelado virtual. Utilizando dicho software, ha sido posible reconstruir modelos tridimensionales razonablemente precisos de un campo objeto utilizando productos comerciales disponibles. Sin embargo, la demanda particular de una gran precisión, y las estructuras físicas de formación de imágenes del cuerpo humano, han resultado hasta ahora en una ausencia de técnicas de formación de imágenes tridimensionales aceptables en el campo de la odontología. Un problema particular es la necesidad, para una reconstrucción precisa en forma de un modelo virtual, de una escena formada. Típicamente, la imagen de un objeto se forma a partir de imágenes desde más de una posición, lo que proporciona un modelo tridimensional más completo.

La patente de Carlsson et al. número US 5, 851, 115 presentada el 22 de diciembre de 1998 describe un método y sistema fotogramétrico para formar las imágenes de la boca, con el objeto de crear un modelo virtual de la boca del paciente a partir del cual se puedan diseñar y fabricar partes dentales. En el sistema de acuerdo con Carlsson et al, se utiliza una cámara especial que comprende un conjunto de espejos que permiten que una única exposición comprenda imágenes estereográficas desde dos ángulos diferentes. El sistema de Carlsson requiere además que se conozca de manera precisa la geometría relativa de la "lente" virtual creada por el sistema de espejos. Para ayudar al software a localizar y orientar las características de las imágenes obtenidas, Carlsson propone utilizar marcadores de referencia, como círculos, aplicados a superficies planas dentro del campo de las imágenes.

La patente de Nifteric et al US 5, 857, 853 presentada el 12 de enero de 1999 también describe un método fotogramétrico para capturar los datos de orientación y dimensiones requeridos para la fabricación de partes protésicas dentales utilizadas para implantes en odontología. Para obtener las al menos dos vistas que requiere el método de triangulación del software fotogramétrico, el método de van Nifteric et al utiliza bien una pluralidad de cámaras que tienen posiciones relativas conocidas con precisión, o bien una única cámara montada sobre un carro giratorio que es móvil entre posiciones diferentes pero definidas con precisión. Van Nifteric et al proponen además el uso de objetos y puntos reconocibles que sirvan como puntos de referencia por el software fotogramétrico para posicionar características de la escena obtenida dentro de un marco de coordenadas. Van Nifteric et al describen por tanto el uso de una barra que comprende marcas de escala para medida, y dos esferas montadas sobre un pasador, como objetos reconocibles.... [Seguir leyendo]

1. Un método para construir una imagen 3D modelo que incorpora y alinea unos datos de imagen de escaneo 3D de un componente (62) de un modelo dental superior y un componente (52) de un modelo dental inferior, comprendiendo dicho método:

(a) utilizar un escáner 3D, escaneando tridimensionalmente cada uno de los componentes modelo dental superior e inferior, donde cada uno de dichos componentes tiene una característica (54, 56, 58, 64, 66, 68A, 68B) inferior plana y durante dicho escaneo, provocar que dicha característica inferior plana del componente se apoye sobre una superficie plana de dicho escáner 3D, teniendo también dichos componentes unas características reconocibles adicionales suficientes cuando se combinan con la superficie inferior plana para determinar la posición y orientación de cada componente;

(b) colocar dicho componente (62) del modelo dental superior y dicho componente (52) del modelo dental superior contra dicho escáner según una relación oclusiva;

(c) escanear tridimensionalmente dichos componentes del modelo dental superior e inferior según se establece en la parte (b) para obtener datos de imagen 3D que abarcan un número suficiente de dichas características del componente del modelo dental superior y del componente del modelo dental inferior escaneados en la parte (a) para permitir el alineamiento de las imágenes de dichos componentes; y

(d) procesar dichos datos de imágenes 3D y construir a partir de los mismos un modelo de imagen 3D donde una representación de dicho componente (62) del modelo dental superior está alineado con precisión con una representación de dicho componente (52) del modelo dental inferior.

2. El método de la reivindicación 1, donde al menos una de dichas características reconocibles adicionales es una característica plana y en el paso (a) se hace que dicha característica se apoye sobre una marca de registro de dicho escáner.

3. El método de la reivindicación 2, donde dicha marca de registro es perpendicular a un área de superficie plana de dicho escáner.

4. El método de dicha reivindicación 1 o reivindicación 2, donde al menos un arco dental es edéntulo (desdentado) .

5. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde ninguno de los arcos es edéntulo (desdentado) .

6. El método de la reivindicación 5, donde al menos uno de dichos arcos tiene una región edéntula (desdentada) .