阅读说明：本技术 具有手持式扫描仪的3d扫描仪系统 (3D beam scanner system with hand-held scanner ) 是由 K·E·汉森 于 2018-03-19 设计创作，主要内容包括：公开了一种3D扫描系统和使用这样的系统的方法,其中,3D扫描仪系统的手持式扫描仪用于控制系统的操作模式,使得例如在扫描患者上和下颌中的牙齿的扫描程序期间用户不需要接合外部单元。(Disclose a kind of 3D scanning system and the method using such system, wherein, the hand-held scanner of 3D beam scanner system is used for the operation mode of control system, so that for example user does not need engagement external unit during the scanner program of the tooth in the scanning upper and lower jaw of patient.)

具有手持式扫描仪的3D扫描仪系统

技术领域

本发明总体涉及包括手持式3D扫描仪和至少一个显示器的方法和系统，其中手持式3D扫描仪提供用于与扫描仪系统的控制单元交互的装置。

背景技术

当通过口内扫描记录患者牙齿组的数字3D表示时，扫描程序通常分为两个或更多个步骤。扫描上颌和下颌中的牙齿需要两个步骤，并且咬合扫描形成第三步骤，其中咬合扫描提供关于当牙齿处于闭合形式时牙齿的相对布置的信息。操作员需要将当前扫描涉及三种扫描中的哪一种输入扫描仪系统的控制单元。

各种用户交互设备用于控制扫描程序并显示在扫描中记录的数字3D表示的软件，例如：计算机鼠标、空间球和触摸屏。这些交互设备的操作需要物理接触它们，即牙医需要从患者移开手并与用户交互设备接触。

由于患者之间或患者与操作员之间的交叉污染的风险，物理接触用户交互设备在医疗应用中可能是不利的。

在文献中已经描述了用于医学应用中的3D数据查看的几个非接触用户接口。Vogt等人(2004)描述了用于3D医学成像数据的原位可视化的非接触式交互系统。用户接口基于对反射标记的跟踪，其中相机安装在医生的头上。Graetzel等人(2004)描述了一种非接触式系统，它将手势解释为鼠标动作。它基于立体视觉，并旨在用于微创手术。

改进需要用于与3D扫描仪系统的控制单元的用户交互的系统仍然是一个问题。

发明内容

公开了一种3D扫描仪系统，用于通过具有至少两个步骤的扫描程序记录物体的数字3D表示，其中扫描仪系统包括：

-手持式扫描仪，所述手持式扫描仪能够在扫描模式中操作时记录所述物体的表面数据；

-控制单元，所述控制单元被配置为从记录的表面数据生成所述物体的数字3D表示；和

-显示器，所述显示器用于显示所述物体的所述数字3D表示；

其中，所述手持式扫描仪包括一个或多个交互设备，所述一个或多个交互设备提供与所述控制单元的手动交互，其中：

所述一个或多个交互设备的第一类型的激活使得所述系统进入扫描模式，并且

所述一个或多个交互设备的第二类型的激活使得所述扫描仪系统进入菜单模式，在所述菜单模式中，包括一个或多个菜单选项的菜单被呈现在显示器上，并且所述手持式扫描仪被配置为用于在所呈现的菜单选项中进行选择。

一个或多个交互设备提供的优点是操作员可以手动地在操作模式之间切换，而不必将他的手从手持式扫描仪移开并接触外部潜在的非无菌设备。

通过一个或多个交互设备进入菜单模式提供了首先向操作员呈现菜单的优点。因此，由于一个或多个交互设备的第二类型的激活，菜单出现在显示器上。

通常，在现有技术中，通过触摸非集成设备上的按钮，例如按下鼠标、键盘、空间球等，向操作员呈现菜单。

通过使用集成在手持式扫描仪中的交互设备，可以高效地给操作员呈现菜单。因此，操作员可以使用手持式设备进入菜单，而不是按下非集成设备上的按钮。至少仅这个步骤即可避免操作员触摸其他设备。此外，在扫描系统的一些实施例中，用户可以不依赖于使用其他激活设备。以这种方式，操作员可以从操作位置进入菜单。例如，操作员不需要移动到较远离操作位置的外部计算机或触摸屏来按压连接到计算机或触摸屏的激活设备。

总而言之，本公开提供了一种至少高效地打开菜单而不会通过触摸而污染其他设备和/或激活设备的设备。

所记录的表面数据至少包括与牙齿的形貌有关的形貌数据，使得所生成的数字3D表示表达患者牙齿的形状和相对布置。

在一些实施例中，手持式扫描仪能够记录纹理数据、荧光数据和/或IR数据。

还可以记录来自牙齿的其他种类的数据，例如表达牙齿的色调(shade)或颜色的纹理数据或提供牙齿的诊断信息的荧光数据或IR数据。这些其他种类的数据可以与形貌数据一起记录或者在单独的步骤中记录。在后一种情况下，在菜单模式中提供给操作员的菜单可以包括对应的选项。

在一些实施例中，控制单元包括数据处理器和非暂时性计算机可读存储介质，在该计算机可读存储介质上存储有计算机程序产品，该计算机程序产品具有用于当计算机程序产品被数据处理器执行时从记录的表面数据生成数字3D表示的指令。

公开了一种使用3D扫描仪系统的手持式扫描仪扫描患者上和下颌中的牙齿的方法，其中，所述手持式扫描仪能够在所述系统操作在扫描模式中时记录物体的表面数据，其中，所述方法包括：

-通过以第一类型的交互激活所述手持式扫描仪的第一交互设备，进入所述扫描仪系统的扫描模式；

-在所述系统处于所述扫描模式时记录所述颌中的第一个的表面数据；

-通过与所述第一交互设备或与所述手持式扫描仪的第二交互设备的第二类型的交互进入所述扫描仪系统的菜单模式，其中，所述菜单包括显示在所述扫描仪系统的显示器上的一个或多个菜单选项；

-使用所述手持式扫描仪选择期望的菜单选项；和

-执行与所选择的菜单选项相关的动作。

如上所述，记录患者牙齿的数字3D表示所涉及的扫描程序通常包括第一扫描步骤和第二扫描，在第一扫描步骤中，其中一个颌中的牙齿被扫描，在第二扫描中扫描相对颌的牙齿。最后，记录咬合扫描以提供关于在闭合时牙齿如何布置的信息。在那种情况下，扫描序列可以根据：

步骤1：扫描下颌以记录下颌的数字3D表示

步骤2：扫描上颌以记录上颌的数字3D表示

步骤3：记录咬合扫描

在一些实施例中，菜单选项包括转到扫描程序中的下一步骤。在用于记录患者牙齿的数字3D表示的程序中，下一步骤可以是例如：扫描与先前步骤中扫描的颌相对的颌，或用于检测闭合时牙齿的相对布置的咬合扫描。

在一些实施例中，菜单选项包括重复或继续扫描程序中的先前步骤。如果扫描和扫描结果的检查显示需要进一步的数据以提供扫描物体的良好覆盖，则牙医可以选择重复或继续先前步骤。

在一些实施例中，菜单选项包括进入检查模式，在检查模式中，可以调整所显示的数字3D表示的视图。在检查模式中，显示器中表示的记录的3D几何形状的视图可以通过手持式扫描仪的运动来确定，例如，通过至少一个运动传感器来确定手持式扫描仪的运动。

如果记录来自牙齿的进一步的数据，例如荧光和/或颜色数据，则可以在检查模式中与牙齿的数字3D表示一起查看这些数据。

在一些实施例中，手持式扫描仪包括至少一个运动传感器，其被配置为用于至少在菜单模式中操作时检测手持式扫描仪的运动，并且控制单元被配置为用于将检测到的运动转换为对菜单选项的选择。

运动传感器可包括MEMS加速度计、陀螺仪传感器、磁传感器、磁力计、声学传感器、光学和红外传感器、电感环路检测器、摩擦电、地震、惯性开关传感器、超声传感器、微波雷达传感器或基于发射的能量的反射的传感器，例如红外激光雷达、超声传感器或微波雷达传感器。

运动传感器被配置为用于检测手持式扫描仪的旋转和/或运动，使得旋转和/或运动可以转换成对菜单选项的选择。这允许操作员通过在适当的方向上转动手持式扫描仪来选择期望的菜单选项。例如。如果期望的选项布置在所显示的菜单选项的中心上方，则操作员向手持式扫描仪提供对应的倾斜，或者如果期望的选项位于中心的左侧，则操作员在该方向上转动手持式扫描仪的远端。

在一些实施例中，第一和第二类型的激活都用相同的交互设备来执行，其中，第一类型的激活包括交互设备的短激活，并且第二类型的激活包括维持交互设备的激活直到选择了期望的菜单选项。

在一些实施例中，第一和第二类型的激活都用相同的交互设备来执行，并且其中，第一类型的激活还被配置为用于在扫描模式和非扫描模式之间改变。例如，相同的交互设备可以是按钮，通过第一触摸，按钮启动扫描仪，使得操作员能够扫描患者。通过第二触摸，第二触摸类似于第一触摸，例如就按钮被保持按下的时间而言，扫描仪停止扫描。

在一些实施例中，当处于菜单模式时，扫描仪系统处于非扫描模式。退出菜单模式仍可使扫描仪系统处于非扫描模式。在激活第一类型的激活时，扫描系统可以从非扫描模式改变为扫描模式。

在一些实施例中，菜单选项的至少一部分围绕中心径向布置，例如根据十字形布置或者选项形成至少部分圆形或部分环形。

在一些实施例中，菜单选项同心地布置。

在一些实施例中，在进入菜单模式时手持式扫描仪的布置限定中心。然后可以简单地基于手持式扫描仪被转动的方向来选择径向布置的菜单选项。

在一些实施例中，所选择的菜单选项是为了进入扫描模式并扫描颌中的第二个。

在一些实施例中，交互设备包括一个或多个开关、按钮或触点。

交互设备优选布置在手持式设备上，使得操作员可以在当打算在扫描期间保持手持式设备而保持手持式设备的同时接合交互设备。

除了扫描模式之外，扫描仪还能够进入其他记录模式，例如其被配置为用于记录来自牙齿的荧光或红外光的模式，例如用于诊断目的。然后，菜单可以包括与这些另外的记录模式相关的选项。

在一些实施例中，菜单选项包括进入高清模式，在高清模式中，系统记录具有比在记录数字3D表示时使用的空间分辨率更高的空间分辨率的单个子扫描。

本发明涉及包括上面和下面描述的系统和方法的不同方面，以及相应的系统和方法，每个系统和方法产生结合第一提到的方面描述的一个或多个益处和优点，并且每个系统和方法都具有一个或多个实施例，对应于结合第一提到的方面描述的和/或在所附权利要求中公开的实施例。

特别地，本文公开了一种包括口内扫描仪和至少一个显示器的系统，其中，可以将该系统操作

在扫描模式中，其中，口内扫描仪被配置为用于记录患者牙齿组的3D几何形状；和

在菜单模式中，其中，在显示器上呈现包括一个或多个菜单选项的菜单，并且口内扫描仪被配置为用于在菜单中提供的选项中进行选择；

其中，口内扫描仪适于在模式之间进行选择。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的说明性和非限制性详细描述，将进一步阐明本发明的上述和/或另外的目的、特征和优点，其中：

图1显示了用于口内扫描的3D扫描仪系统。

图2显示了菜单的示例。

图3显示了显示器上菜单选项的布置的更多示例。

具体实施方式

在以下描述中，参考了附图，附图通过图示的方式示出了如何实施本发明。

图1A示出了用于口内扫描的3D扫描仪系统的示意图。

该系统具有手持式扫描仪101，并且当以扫描模式操作时能够记录患者102的牙齿的表面数据。控制单元103具有数据处理器和非暂时性计算机可读存储介质，在该计算机可读存储介质上存储有计算机程序产品，该计算机程序产品具有用于从由手持式扫描仪记录的表面数据生成数字3D表示104的指令。牙齿的数字3D表示104显示在显示器105上。

手持式扫描仪具有交互设备106，交互设备106被布置成使得用户可以容易地够到交互设备而无需在手持式扫描仪上移动他的抓握。交互设备106提供与控制单元的手动交互，使得用户通过激活交互设备可以操作系统。控制单元中的计算机程序产品还具有用于识别提供给交互设备的激活类型的指令，或者交互设备本身可以检测该类型并将该信息发送到控制单元。

扫描仪系统能够至少以两个模式操作：扫描模式和菜单模式。当交互设备的激活是根据第一类型的交互时进入扫描仪模式，而菜单模式通过第二类型的交互进入。

在工作流程的一个示例中，系统最初处于扫描模式，并且牙医准备开始扫描下颌。为了开始扫描，操作员对手持式扫描仪上的触点施加短按。然后使用手持式扫描仪记录表达下颌中牙齿的形状的第一数字3D表示。当牙医认为他有对于下颌的足够的数据时，他通过按下触点并使触点保持向下来激活菜单模式。在菜单模式中，他被呈现几个选项，例如“检查模式”、“下一步”和“返回”。牙医可以通过在对应方向上转动手持式设备并在突出显示“检查模式”选项时释放触点来选择检查模式。

在检查模式中，牙医可以通过使用手持式扫描仪旋转第一数字3D表示从几个不同视图查看第一数字3D表示来检查第一扫描的结果。如果对结果感到满意，他再次按下手持式扫描仪上的触点以进入菜单模式，在该模式中，他将手持式设备指向“下一步”选项并释放触点以转到扫描序列中的下一步骤。当牙科医生和患者准备就绪时，牙医会短暂按下触点并开始扫描上颌中的牙齿以记录显示这些牙齿的形状的第二数字3D表示。当已经记录并检查第二数字3D表示时，牙医再次选择菜单中的“下一步”选项以转到记录咬合扫描。当牙医短暂按下触点时，开始咬合扫描。

因此，所公开的3D扫描仪系统使得用户可以记录患者牙齿的所需的数字3D表示而无需物理地接合外部设备。

图1B示出了手持式口内扫描仪101的图片，其中触点106被布置成使得用户可以在将扫描仪保持在手中的同时容易地够到它。用户可以在与扫描期间将保持扫描仪相同的方式保持扫描仪的同时够到触点。在显示器105中示出了患者的颌中的一个中的一些牙齿的数字3D表示104。

图2显示了当系统进入菜单模式时来自系统的显示器上呈现的菜单的屏幕截图。图2A和2B中所示的菜单210有五个选项：

1.“下一步”211，即转到扫描序列中的下一步骤；

2.“返回”212，即返回到扫描序列中的先前步骤；

3.“HD照片”213，即记录高空间分辨率的单个子扫描

4.“检查模式”214，即进入可以查看先前扫描的模式

5.“取消”215，即返回先前模式。

菜单被可视化在扫描程序的第一步骤中记录的数字3D表示的顶部上。当系统如关于图1所述时，当用户保持按下交互触点时进入菜单模式。当进入菜单模式时，菜单的中心部分会被突出显示，如图2A所示，指示对于下一个动作的当前选择。由于中心部分是“取消”选项，因此在此选择的情况下释放触点将使系统返回其先前的模式。

其他四个选项围绕中心径向布置形成环，使得用户可以通过在对应方向上转动手持式设备来选择期望的选项。例如，为了选择继续扫描序列中的下一步骤，用户将手持式扫描仪向右转动，同时保持按下触点，直到突出显示“下一个”选项(如图2B所示)。然后，用户释放触点，从而选择“下一个”选项，并且扫描系统准备好开始扫描序列中的下一步骤。

图3示出了显示器上菜单310中的选项的布置的更多示例。

在图3A中，关于图2A描述的五个菜单选项被同心地布置，使得用户根据他转动手持式扫描仪的程度而不是转动的方向来选择菜单选项311,312,313,314和315。当前选择的选项的突出显示可以再次帮助用户与控制系统交互。

在图3B中，相同的五个菜单选项311,312,313,314和315以十字形布置，使得选择再次基于运动的方向。还可以添加其他选项317,318,319和320，使得选项在显示器上形成3×3点阵。其他选项可以是例如与其他记录模式(例如荧光或IR扫描/成像)相关。

尽管已经详细描述和示出了一些实施例，但是本发明不限于此，而是还可以在所附权利要求限定的主题的范围内以其他方式实施。特别地，应该理解，可以使用其他实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构和功能修改。

在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由一个硬件或相同物品来实施。在相互不同的从属权利要求中记载或在不同实施例中描述的某些措施的事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。

权利要求可以引用任何前述权利要求，并且“任何”应理解为表示前述权利要求中的“任何一项或多项”。

应该强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用于指定所述特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、组件或其群组。

上面和下面描述的方法的特征可以用软件实现，并且可以在数据处理系统或由计算机可执行指令的执行导致的其他处理装置上执行。指令可以是程序代码装置，其从存储介质或通过计算机网络从另一计算机加载到存储器(例如RAM)中。替代地，所描述的特征可以通过硬连线电路而不是软件或与软件组合来实现。