[发明专利]利用混合现实引导牙科治疗的系统和方法

说明书

牙科治疗可以由一种系统提供，该系统在混合现实中将治疗模板覆盖在患者牙弓上，使得实践者能够在实施治疗本身的同时查看牙科治疗的示意图。该系统采用了物理引导，该物理引导被扫描物理引导时，会产生虚拟引导，可以根据该虚拟引导来限定治疗模板。在物理引导牢固就位的情况下，这些引导为可靠的对准提供了充足的特征点，即使实践者和患者在整个治疗中重新调整其位置，或者在口腔解剖结构对于混合现实设备而言不可见的情况下，也可以维持这些特征点。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年7月1日提交的美国临时申请第62/869,281号和2019年7月2日提交的美国临时申请第62/869,614号的权益，这些申请通过引用如同所公开的整体并入本文。

背景技术

正畸治疗中的大多数涉及在患者口腔内将错位的牙齿移动到期望的位置。一种常见的正畸治疗是将小型开槽矫正器(称为托槽(bracket))固定在患者牙齿表面，然后在托槽开槽中放置并固定弓丝。为确保牙齿以期望的方式移动，托槽必须被准确定位。例如，如果托槽被定位得相对于相邻托槽太靠近牙齿的切牙面或咬合面，则该牙齿的最终位置可能会过度侵入，而如果托槽被定位得相对于相邻托槽太靠近牙龈面，则该牙齿的最终位置可能会过度挤压。

使托槽或任何物理牙科装置的定位复杂化的是牙齿的可见性和可接近性。当牙齿严重地拥挤时，接近牙齿表面可能是困难的。进一步，可接近性的损失随着每一个后续的后牙而增加。另一个问题是时间，因为患者坐在牙科手术椅中的时间越长，患者就会变得越不安，这会负面地影响物理牙科装置放置的准确性。

传统地，为了在患者牙弓上安装物理牙科装置(例如托槽)，对每个牙齿进行测量，以确定每个装置的正确位置。通常，这些测量是实践者经由测量工具或者外部软件程序进行的肉眼近似测量。然后，实践者手动放置物理牙科装置。针对托槽而言，这可能意味着为患者牙弓上的每个牙齿应用单独的托槽。虽然正畸医生能熟练地准确放置托槽，但肉眼放置往往受限于约+/-0.5毫米的准确度。理想地，托槽位置在治疗期间不会改变。

一种具体地针对长放置时间和不精确手动托槽放置的解决方案涉及间接接合(bonding)。间接接合利用患者的牙印模或牙弓扫描来复制患者的牙列。多个托槽如所期望的被定位在复制的牙列上。牙模板是患者牙弓的复制，可以覆盖在患者的物理牙弓上，牙模板与托槽位置一起制造，使得当带有托槽的牙模板与患者牙弓结合时，托槽在期望牙齿上的期望位置处正确对准。

在混合/增强现实中，利用计算机图形、声音等来识别和增强现实世界中的对象，以对诸如眼睛或耳朵的感官产生幻象。为了在(多个)3D对象上真实地呈现视觉幻象，在(多个)物理对象上标识独特的特征。这些特征使计算机能够识别和跟踪物理对象在空间中移动时的位置、尺寸和取向。物理对象相对于混合现实设备的位置、尺寸和取向实现了利用针对观看者而言看起来真实的计算机图像的混合现实对象的呈现。

例如，为了在物理牙齿上呈现虚拟托槽，计算牙齿距混合现实设备的距离。该距离确定了虚拟托槽的大小。接下来，确定牙齿的取向。对于特定的牙齿，例如，它是在上牙弓还是在下牙弓，这将决定虚拟托槽的取向。然后，取决于混合现实设备被定位在牙齿的直接前面还是侧面，可能需要旋转虚拟托槽以在物理空间中的期望位置处产生虚拟托槽的幻象。

可以被用于检测3D空间中的位置、尺寸和取向的物理对象上的特征可以使用计算机视觉算法来收集，计算机视觉算法包括但不限于：定向梯度直方图、坎尼(canny)边缘检测、快速定向和简短旋转(oriented FAST and rotated BRIEF)、比例不变特征变换(SIFT)、加速稳健特征(SURF)和/或用于检测诸如形状和边缘的特征的深度学习AI模型。这些特征可以用于帮助患者的物理牙弓在混合现实环境中与例如混合现实设备(例如头戴式设备，headset)中显示的信息的对准。