具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

图1为本发明一实施例的口扫机系统1的方块图。口扫机系统1可包含互相耦接的口扫机10及显示器12。口扫机10可为手持式口扫机，及可通过有线方式或无线方式耦接于显示器12。口扫机10可依据预定扫描路径扫描患者口腔以准确重建全口牙弓的三维齿模。显示器12可显示重建的三维齿模。

口扫机10可包含处理器100、投影装置102、取像装置104及内存106。处理器100可耦接于投影装置102、取像装置104、内存106及显示器12以控制其运作。投影装置102可沿预定扫描路径投射预先编程的预定图案至待测物。取像装置104可沿预定扫描路径扫描待测物，以获取预定图案投射在待测物的表面的多个二维影像。待测物可为第一牙弓全部、第一牙弓部分、第二牙弓全部、第二牙弓部分、第一牙弓及第二牙弓侧面全部、及第一牙弓及第二牙弓侧面部分。在本实施例中，第一牙弓可为上牙弓，第二牙弓可为下牙弓。在其他实施例中，第一牙弓可为下牙弓，第二牙弓可为上牙弓。预定图案可为结构光图案，例如格纹、条纹、圆形、交叉图案、灰度编码图案、颜色编码图案、其他编码图案或随机图案。预定图案投射到具有不同形状、纹路及/或深度的待测物的表面上时会产生形变。二维影像可显示形变的预定图案。处理器100可依据原始的预定图案及形变的预定图案计算得出待测物额表面特征点的三维位置数据，称为点云。内存106可为非挥发性内存，例如随机存取内存或硬盘。内存106可储存影像及点云数据。处理器100可依据多个二维影像产生多组点云，及经由拼接算法及数据后处理程序拼接多组点云以产生待测物的三维模型。

图2为本发明一实施例的第一牙弓200的示意图。口扫机10可依据预定扫描路径20扫描第一牙弓200以建立第一牙弓模型，依据预定扫描路径22扫描第一牙弓横向部分以建立第一牙弓横向部分模型，及依据第一牙弓横向部分模型校正第一牙弓模型。预定扫描路径20可包含第一牙弓200的对齐面路径、第一牙弓200的内侧路径及第一牙弓200的外侧路径。第一牙弓200的对齐面路径可为相对于第二牙弓的对齐面的相对表面上的路径。预定扫描路径22可为沿第一牙弓200的第一锚点位置22a至第一牙弓200的第二锚点位置22b的直线路径。第一牙弓横向部分可为切过第一牙弓200的第一锚点位置22a及第一牙弓200的第二锚点位置22b的横向剖面。第一锚点位置22a可位于第一牙弓200的中心线24的一侧，第二锚点位置22b可位于中心线24的另一侧。第一锚点位置22a及第二锚点位置22b可为接近第一牙弓200的二臼齿，臼齿可为小臼齿或大臼齿。举例而言，第一锚点位置22a及第二锚点位置22b可分别为第一牙弓200的两直接相对臼齿。在其他例子中，第一锚点位置22a及第二锚点位置22b可分别为第一牙弓200的两任意相对臼齿。口扫机10可单次扫描、多次扫描或分段扫描预定扫描路径20以建立第一牙弓模型。相似地，口扫机10可单次扫描或多次扫描预定扫描路径22以建立第一牙弓横向部分模型。在一些实施例中，口扫机10可扫描多条预定扫描路径20以建立多组第一牙弓横向部分模型，每条预定扫描路径20可为第一牙弓200上及中心线24二侧的任意两锚点位置之间的直线路径，以依据多组第一牙弓横向部分模型校正第一牙弓模型。

预定扫描路径22的第一锚点位置22a及第二锚点位置22b与预定扫描路径20的两相应锚点位置20a,20b交迭，因此处理器100可将第一牙弓模型的相应锚点位置20a,20b配准至第一锚点位置22a及第二锚点位置22b以校正第一牙弓模型。当建立第一牙弓模型时，取像装置104可依据预定扫描路径20沿第一牙弓200依序撷取M个影像，M为大于1的正整数，及处理器100可依据M个影像产生M组点云，及拼接M组点云以产生第一牙弓点云集作为第一牙弓模型。处理器100可使用迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法将每次新增的第一牙弓点云迭合增长至已创建的第一牙弓点云集，以逐次拼接M组点云来产生第一牙弓点云集。相似地，当建立第一牙弓横向部分模型时，取像装置104可沿预定扫描路径22依序撷取N个影像，N为大于1的正整数，及处理器100可依据N个影像产生N组点云，及拼接N组点云以产生第一牙弓横向部分点云集作为第一牙弓横向部分模型。取像装置104可沿第一锚点位置22a的第一对齐面至第二锚点位置22b的第二对齐面的直线路径依序撷取N个影像。第一牙弓200的第一对齐面及第二对齐面可相对于第二牙弓的相应对齐面。在一些实施例中，第一牙弓200的第一对齐面及第二对齐面可与第二牙弓的相应对齐面互相咬合。内存106可储存第一牙弓点云集、校正后第一牙弓点云集及第一牙弓横向部分点云集。

每次点云拼接会产生误差，误差可随点云拼接的次数而随之增加。图3显示扫描长度及齿模误差之间的关系，其中横轴为牙齿颗数及纵轴为误差。误差会随牙齿颗数而呈指数增加。拼接30颗牙齿的点云所产生的误差可约为500微米。由于预定扫描路径20的长度可远大于预定扫描路径22的长度，因此第一牙弓点云集的误差可远大于第一牙弓横向部分点云集的误差。和预定扫描路径20相比，预定扫描路径22的长度较短，扫描的表面材质较单纯，扫描过程中的旋转较少，因此第一牙弓横向部分点云集较准确。

第一牙弓横向部分点云集包含第一锚点位置22a的第一坐标及第二锚点位置22b额第二坐标。处理器100可使用三维点云配准算法，例如随机抽样一致(random sampleconsensus,RANSAC)算法，从第一牙弓横向部分点云集找出第一锚点位置22a的第一坐标及第二锚点位置22b的第二坐标，及从第一牙弓点云集找出锚点位置20a,20b的坐标，接着使用迭合算法，例如ICP算法，将第一牙弓点云集找出的锚点位置20a,20b分别精确配准至第一锚点位置22a的第一坐标及第二锚点位置22b的第二坐标。处理器100可藉由ICP算法找到第一牙弓点云集及第一牙弓横向部分点云集的相对旋转关系矩阵R及相对平移关系矩阵T，及依据相对旋转关系矩阵R及相对平移关系矩阵T将第一牙弓点云集的锚点位置20a,20b分别迭合于第一锚点位置22a的第一坐标及第二锚点位置22b的第二坐标。接着处理器100可使用点云全局优化处理算法，或逐次由锚点位置20a,20b向外迭合第一牙弓点云集的剩余数据点，藉以校正第一牙弓模型。

图4显示口扫机10所产生的校正前第一牙弓模型40、校正后第一牙弓模型42及第一牙弓横向部分模型46的示意图。第一牙弓横向部分模型46具有第一锚点位置22a及第二锚点位置22b。校正前第一牙弓模型40具有相应锚点位置20a,20b。首先处理器100可将锚点位置20a,20b分别配准至第一锚点位置22a及第二锚点位置22b以产生校正后第一牙弓模型42的两个校正后锚点位置，两个校正后锚点位置可分别位于第一锚点位置22a的第一坐标及第二锚点位置22b的第二坐标。处理器100可依据第一坐标及第二坐标之间的中心点产生校正后第一牙弓模型42的中心线44，而中心线44为垂直于通过第一锚点位置22a及第二锚点位置22b的直线。处理器100亦可依据中心线44及第一坐标或第二坐标调整校正前第一牙弓模型40中牙齿的位置。举例而言，处理器100可计算第二坐标到中心线44的横向距离w1，计算第二坐标到校正前第一牙弓模型40的数据点之间的纵向距离d，依据横向距离w1及纵向距离d以等比例方式计算横向距离w2，及依据横向距离w2校正校正前第一牙弓模型40的数据点。处理器100可依据上述方式等比例校正第一牙弓模型40的剩余数据点以产生校正后第一牙弓模型42。由于误差经过锚点配准平均分散至第一牙弓点云集的个别数据点上，因此校正后第一牙弓模型42具有高精确度。

接着，口扫机10可扫描第二牙弓以建立第二牙弓模型，扫描对齐牙侧以建立对齐模型，及依据校正后的第一牙弓模型及对齐模型校正第二牙弓模型。对齐模型可为第一牙弓及第二牙弓对齐时或咬合时的模型。当建立第二牙弓模型时，取像装置104可依据预定扫描路径20沿第二牙弓依序撷取P个影像，P为大于1的正整数，及处理器100可依据P个影像产生P组点云，及拼接P组点云以产生第二牙弓点云集作为第二牙弓模型。当建立对齐模型时，取像装置104可沿侧面对齐路径依序撷取包含第一牙弓200的第一部份及第二牙弓的第二部份的Q个影像，Q为正整数，及处理器100可依据Q个影像产生Q组点云，及拼接Q组点云以产生对齐点云集作为对齐模型。内存106可储存第二牙弓点云集、校正后第二牙弓点云集及对齐点云集。侧面对齐路径可为第一牙弓200的第一部份及第二牙弓的第二部份的侧面咬合路径。图5显示取像装置104沿侧面对齐路径的扫描方法的示意图。取像装置104可从位置50至位置52沿侧面对齐路径54扫描以产生Q个影像。对齐模型可包含左侧对齐模型、右侧对齐模型及/或前侧对齐模型。左侧对齐模型可为第一牙弓200或第二牙弓的中心线的左侧的第一牙弓200及第二牙弓对齐时或咬合时的模型。右侧对齐模型可为第一牙弓200或第二牙弓的中心线的右侧的第一牙弓200及第二牙弓对齐时或咬合时的模型。前侧对齐模型可为第一牙弓200及第二牙的前牙(anterior teeth)对齐时或咬合时的模型。前牙可为门牙及犬齿。

图6显示使用左侧对齐模型620及右侧对齐模型622对齐校正后第一牙弓模型42及第二牙弓模型60的示意图。左侧对齐模型620可包含互相对齐的第一牙弓200的锚点位置6200及第二牙弓的锚点位置6202，右侧对齐模型622可包含互相对齐的第一牙弓的锚点位置6220及第二牙弓的锚点位置6222。校正后第一牙弓模型42可包含锚点位置420及锚点位置422。第二牙弓模型60可包含锚点位置600及锚点位置602。处理器100可判断校正后第一牙弓模型42的锚点位置420对应左侧对齐模型620的锚点位置6200，第二牙弓模型60的锚点位置600对应左侧对齐模型620的锚点位置6202，及将校正后第一牙弓模型42的锚点位置420对齐第二牙弓模型60的锚点位置600。相似地，处理器100可判断校正后第一牙弓模型42的锚点位置422对应右侧对齐模型622的锚点位置6220，第二牙弓模型60的锚点位置602对应右侧对齐模型622的锚点位置6222，及将校正后第一牙弓模型42的锚点位置422对齐第二牙弓模型60的锚点位置602。接着，处理器100可对第二牙弓模型60作全局优化，进而得到精确的校正后第二牙弓模型。之后，处理器100可从内存106移除第一牙弓横向部分点云集及对齐点云集，及显示器12可显示包含校正后第一牙弓模型42及校正后第二牙弓模型的全口模型。

在一些实施例中，口扫机10可依据用户设定决定是否要在校正后第一牙弓模型42及在校正后第二牙弓模型填充上颚及下颚软组织影像数据。

在一些实施例中，口扫机10可产生两种三维模型。第一种三维模型是实时显示点云集，第二种三维模型是高精度点云集。实时显示点云集的精确度小于高精度点云集。例如，实时显示点云集可为校正前第一牙弓模型及校正前第二牙弓模型，高精度点云集可为校正后第一牙弓模型及校正后第二牙弓模型。在口扫机10的扫描过程中，显示器12可先显示实时显示点云集，使操作者可目视最新状态的三维模型及口扫机10的对应位置。高精度点云集可经由前述配准迭合算法产生，其运算量庞大且运算耗时，需要大量处理器资源。在一些实施例中，在全口扫描完成后才会产生及输出高精度点云集。

口扫机10藉由扫描第一牙弓200的预定扫描路径22产生精确的第一牙弓横向部分模型，依据第一牙弓横向部分模型校正第一牙弓模型，扫描第一牙弓200及第二牙弓的对齐牙侧以产生对齐模型，及依据校正后第一牙弓模型及对齐模型校正第二牙弓模型，不需外部定位辅助装置或复杂的扫描协议即可快速有效地增加全口模型的准确性。

图7为口扫机1的操作方法700的流程图，包含步骤S702至S710，依据第一牙弓横向部分模型校正第一牙弓模型以产生精确的校正后第一牙弓模型。任何合理的技术变更或是步骤调整都属于本发明所揭露的范畴。以下说明步骤S702至S710：

步骤S702:取像装置104沿第一牙弓200依序撷取M个影像；

步骤S704:处理器100依据M个影像建立第一牙弓200的第一牙弓模型40；

步骤S706:取像装置104沿第一牙弓200的第一锚点位置22a至第一牙弓200的第二锚点位置22b的直线路径依序撷取N个影像；

步骤S708:处理器100依据N个影像计算第一锚点位置22a的第一坐标及第二锚点位置22b的第二坐标；

步骤S710:处理器100依据第一坐标及第二坐标校正第一牙弓模型40。

操作方法700藉由扫描第一牙弓200的预定扫描路径22产生精确的第一牙弓横向部分模型，及依据精确的第一牙弓横向部分模型校正第一牙弓模型，不需外部定位辅助装置或复杂的扫描协议即可快速有效地增加第一牙弓模型的准确性。

图8为口扫机1的另一操作方法800的流程图，包含步骤S802至S810，依据校正后第一牙弓模型及对齐模型校正第二牙弓模型以产生精确的校正后第二牙弓模型。任何合理的技术变更或是步骤调整都属于本发明所揭露的范畴。以下详细说明步骤S802至S810：

步骤S802:取像装置104沿第二牙弓依序撷取P个影像；

步骤S804:处理器100依据P个影像建立第二牙弓的第二牙弓模型60；

步骤S806:取像装置104依序撷取包含第一牙弓200的第一部份及第二牙弓的第二部份的Q个影像；

步骤S808:处理器100依据Q个影像建立第一牙弓200及第二牙弓的对齐模型；

步骤S810:处理器100依据校正后的第一牙弓模型及对齐模型校正第二牙弓模型60。

操作方法800可接续操作方法700使用，依据校正后第一牙弓模型及对齐模型校正第二牙弓模型，不需外部定位辅助装置或复杂的扫描协议即可快速有效地增加第二牙弓模型及全口模型的准确性。

综上所述，本发明提供的口扫机系统及口扫机的操作方法，口扫机的操作方法包含藉由取像装置沿第一牙弓(dental arch)依序撷取M个影像；藉由处理器依据M个影像建立第一牙弓的第一牙弓模型；藉由取像装置沿第一牙弓的第一锚点位置至第一牙弓的第二锚点位置的直线路径依序撷取N个影像，第一锚点位置位于第一牙弓的中心线的一侧，第二锚点位置位于中心线的另一侧；藉由处理器依据N个影像产生第一锚点位置的第一坐标及第二锚点位置的第二坐标；及藉由处理器依据第一坐标及第二坐标校正第一牙弓模型，如此，能够不需外部辅助装置定位而获得精准的牙齿模型及操作简单。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施方式旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚描述所需的部件，示意性附图中的比例并不表示实际部件的比例关系。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。