Brevet FR2690837A1 — publié le 19931112

i Procédé optique de relèvement topométrique tridimensionnel de la surface des dents sans les amatir et procédé de détermination de valeurs de correction pour les coordonnées de la surface des dents mesurées optiquement La présente invention concerne un procédé optique de relèvement topométrique de la surface des dents qui permet de renoncer à un traitement su- perficiel préalable de la dent en vue d'améliorer ses propriétés de réflexion, grâce à l'utilisation de valeurs de correction pour corriger les coordonnées relevées de la dent. On connaît d'une manière générale, par exemple par le document EP-A- 0 299 490, des procédés permettant le relèvement topométrique de la surface des dents par voie optique et, directement après, la préparation automatique de dents artificielles La surface de la dent fait l'objet d'un relèvement topométrique au moyen d'un procédé optique de relèvement utilisant la technique du moirage, du déphasage ou de la triangulation Dans tous ces procédés de relèvement topomé- urique, il est supposé que la surface de la dent réfléchit d'une manière optimale, c'est-à-dire d'une manière parfaitement diffuse (réflexion de Lambert) Etant donné que cela n'est en général pas le cas, ces procédés fournissent des données qui sont régulièrement entachées d'erreurs, et qui ont pour résultat que la dent artifi- cielle préparée automatiquement offre une mauvaise adaptation. Les figures la à lc illustrent les différentes propriétés de réflexion d'une dent et leurs conséquences en ce qui concerne la détermination des coordonnées de sa surface A la figure la, la surface de l'émail de la dent offre une transparence par- tielle (translucidité) qui permet une pénétration des rayons optiques Ainsi, lors du relèvement topométrique, il est systématiquement fourni une dimension de la dent qui est trop petite- Cet effet dépend de la direction que le rayon incident sur la sur- face de la dent présente par rapport à cette surface. La figure lb illustre une autre difficulté optique, se présentant lors du relè- vement topométrique de la surface de la dent, qui réside dans le fait que la surface brillante de la dent réfléchit d'une manière partiellement directionnelle Il en résulte un décalage du modèle projeté et donc aussi un relèvement des coordonnées de la dent qui est entaché d'erreurs. En revanche, la figure ic illustre une réflexion parfaitement diffuse, telle qu'elle est supposée dans l'état de la technique pour le procédé indiqué plus haut. Les propriétés non optimales de réflexion de la dent mentionnées cidessus ont été constatées au cours du temps et on y a remédié en revêtant la dent devant faire l'objet du relèvement topométrique, au moyen d'agents de matité, comme par exemple des solutions de craie, de la poudre de dioxyde de titane ou des agents analogues C'est ainsi par exemple que, dans le procédé CEREC connu, on puivé- rise sur la dent une poudre pour relèvement afin de rendre sa surface opaque et exempte de réflexion Il est par ailleurs divulgué, dans l'état de la technique (EP-A- 0 234 422), un procédé permettant d'améliorer la capacité de réflexion Dans ce procédé, on enduit la dent d'une suspension qui contient des pigments blancs dans une solution alcoolique aqueuse, en vue d'améliorer de cette manière les propriétés de réflexion de la dent. Un inconvénient de ce traitement préalable est de prolonger de manière sensible le temps de traitement et d'être extrêmement désagréable pour le patient. Ce procédé exige en outre une épaisseur de couche la plus mince et la plus uni- forme possible Des irrégularités de l'épaisseur de la couche sont difficiles à maîtri- ser et entraînent donc des imprécisions des données du relèvement topométrique. L'invention a pour but de fournir un procédé de relèvement topométrique qui évite les inconvénients exposés ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé optique de relèvement topo- métrique tridimensionnel de la surface des dents sans les amatir, selon lequel, dans une première opération, la surface de la dent fait l'objet d'un relèvement topo- métrique par voie optique, caractérisé en ce que, dans une seconde opération, les données de plusieurs points relevés sont soumises à une correction d'erreurs. L'invention a aussi pour objet un procédé de détermination de valeurs de correction permettant de corriger les erreurs présentées par des valeurs de coor- données de la surface d'une dent qui font l'objet d'un relèvement topométrique par voie optique, caractérisé en ce que les valeurs exactes des coordonnées d'un point choisi de la surface de la dent sont établies d'une manière précise et sont mises en mémoire en tant que valeurs de coordonnées de référence, en ce que le point choisi fait en outre l'objet d'un relèvement topométrique par voie optique à partir de diverses positions de projection/prise de vue et avec prise en compte des erreurs de mesure dues à la réflexion et en ce que la différence entre les valeurs des coor- données de référence et les valeurs de coordonnées ayant fait l'objet du relève- ment topométrique est calculée pour chaque vue et est mise en mémoire avec la valeur associée de position de projection/prise de vue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la des- cription qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins an- nexés sur lesquels: les figures la à lc représentent à titre d'exemple le parcours des rayons pour une dent a) à surface translucide, b) à surface réfléchissant d'une manière ir- régulière et c) à surface amatie réfléchissant d'une manière diffuse, la figure 2 représente à titre d'exemple la construction d'un vecteur de sur- face et la détermination de l'angle a et la figure 3 représente la détermination des valeurs de correction d'erreur. Ainsi que cela n'est représenté que de manière schématique aux figures 1 à 3, le dispositif optique de relèvement topométrique est constitué d'un projecteur de modèle lumineux et d'un capteur d'image qui sont disposés en faisant un angle de parallaxe (p qui est en général constant Par la demande de brevet DE-A- 3 829 925 de la présente demanderesse, il est connu d'utiliser pour le projecteur du modèle lumineux un modulateur de lumière à matrice comportant des valeurs de transmission qui sont librement programmables pour chaque point image et d'utiliser comme modèle lumineux des bandes qui sont modulées d'une manière sinusoïdale en amplitude Comme capteur d'image, on utilise habituellement un capteur d'image à matrice d'éléments photosensibles à transfert de charges, com- portant éventuellement, monté sur lui, un guide de lumière cohérente En vue d'un exposé plus précis, on considère un point élémentaire de la surface de la dent, de coordonnées spatiales (XYZ), qui est éclairé par le projecteur et est détecté par le capteur Pour des raisons de simplicité, lorsqu'on considère ce point, on part d'une image en coupe et on ne considère que la coordonnée Z Le spécialiste de la re- présentation graphique par ordinateur connaît la manière de généraliser ces expli- cations à deux dimensions au problème tridimensionnel de la réalité. La figure la représente d'une manière abstraite les effets d'une propriété optique de la dent qui est à attribuer à la translucidité de l'émail de cette dent Dans le cas d'une surface 3 de la dent qui est translucide, la lumière incidente n'est pas réfléchie dans sa totalité sur cette surface 3, mais une proportion déterminée pé- nètre dans l'émail de la dent et est dispersée dans ce dernier, principalement sur une surface 4 située plus loin à l'intérieur Cette dispersion s'effectue à l'intérieur de la matière dans un angle solide égal à 47 r L'importance de la lumière dispersée dans la direction d'observation entraîne une distorsion dissymétrique de l'image du point sur la surface, ce qui se traduit par un décalage du barycentre lors d'une dé- termination de ce dernier. A la figure la, ce décalage du barycentre est indiqué par un point intérieur 6, ce dernier faisant l'objet d'un calcul au moyen du rayon de barycentre 9 à la place du rayon 8 qui serait détecté dans le cas d'une réflexion régulière (réflexion de Fresnell) Une réflexion régulière n'a lieu qu'à la surface limite entre deux milieux ayant différents indices de réfraction Tel est le cas à la surface de la dent, sur de fines structures (particules) situées à l'intérieur de la dent (bâtonnets d'émail) ou éventuellement sur la surface limite avec la dentine, lorsque les deux indices de réfraction sont différents, ce qui est toutefois improbable. La figure ib représente le cas d'une réflexion non idéale qui est diffuse et partiellement directionnelle Dans ce cas, le barycentre de l'intensité réfléchie des rayons 9 se déplace en direction de l'angle de réflexion qui existerait dans le cas d'une réflexion totalement spéculaire De ce fait, le modèle lumineux relevé par le capteur d'image 2 se déplace aussi, de sorte que, dans ce cas aussi, il est calculé une valeur erronée des coordonnées du point considéré 5 de la surface 3 de la dent. Pour être complet, il n'est indiqué à la figure 1 b que l'angle de parallaxe 10 formé par les axes optiques 11 et 12 du projecteur de modèle lumineux 1 et du capteur d'image 2 Un tel agencement du système de projection/prise de vue d'image ne peut pas être abandonné pour la mise en oeuvre d'un procédé optique de relèvement topométrique au moyen d'une technique de moirage, de déphasage ou de triangulation. Dans les deux cas qui viennent d'être considérés, l'erreur résultante de me- sure dépend d'une manière systématique de l'orientation du rayon incident de re- lèvement topométrique 7 vis-à-vis de la surface 3 de la dent Si on déplace par exemple vers le bas le projecteur de modèle lumineux 1 représenté à la figure la, de façon telle que l'incidence du rayon de relèvement topométrique 7 au point 5 ait lieu plus à plat, le point 6 se déplace vers le haut sur la surface 4 située à l'intérieur On pourrait par conséquent relever une modification importante de la valeur de la coordonnée Y. Ce n'est que dans le cas d'une surface idéale réfléchissant d'une manière diffuse, telle qu'elle est représentée à la figure lc, qu'il ne se produit aucune modi- fication des valeurs mesurées des coordonnées spatiales en fonction de l'orientation du rayon incident de relèvement topométrique. Conformément à l'invention, dans le procédé de relèvement topométrique, on ne prend pas en compte ces propriétés de réflexion de la surface de la dent qui ne sont pas optimales et conduisent à des erreurs. Dans une première opération du procédé, les valeurs de coordonnées dé- crivant le profil 3 de la dent sont calculées, ces valeurs de coordonnées étant enta- chées d'erreurs pour les raisons exposées ci-dessus Ces valeurs sont ensuite rangées dans une mémoire. Dans une opération suivante, on détermine, pour une partie ou pour la tota- lité de ces valeurs de coordonnées, leur vecteur de surface et on le met en mé- moire en l'associant à la valeur de coordonnée correspondante Ce vecteur de surface est utilisé pour la détermination de l'angle d'incidence des rayons de relè- vement topométrique sur la surface de la dent, étant donné qu'ainsi que cela a déjà été exposé dans le préambule, l'erreur de relèvement dépend de l'orientation du rayon de relèvement topométrique. La détermination des vecteurs de surface va être décrite ci-après à titre d'exemple, en deux points 5 a, 5 b, en regard de la figure 2 Un profil grossier de la surface 3 de la dent qui est entaché d'erreurs est connu par la première opération du relèvement topométrique A l'aide d'une méthode géométrique connue, on fait passer par chacun des points 5 a et 5 b un plan auxiliaire respectivement 13 a ou 13 b qui contient au moins deux autres points faisant l'objet d'un relèvement et si- tués au voisinage immédiat de ce point Il est bien connu qu'un plan est suffisam- ment défini par trois points. On trace ensuite une perpendiculaire respectivement 14 a ou 14 b à un tel plan auxiliaire 13 a ou 13 b, cette perpendiculaire passant par le point 5 a ou 5 b. La perpendiculaire 14 a, 14 b, qui est menée au plan auxiliaire 13 a, 13 b au point 5 a, 5 b et qui est appelée vecteur de surface, est rangée dans une mémoire en étant associée au point correspondant. Etant donné que, ainsi que cela a précédemment été exposé, l'erreur de mesure dépend de l'orientation du rayon de relèvement topométrique 7, l'angle 15 formé par le vecteur de surface 14 et le rayon de relèvement 7 pour un point 5 peut être déterminé de façon à constituer une mesure de la valeur de l'erreur. C'est ainsi par exemple qu'à partir d'une table rangée en mémoire, il est possible, en présence de l'angle a, de lire une valeur de correction qui est combi- née par un calcul d'addition ou de multiplication à la valeur de coordonnée enta- chée d'erreur et fournit une valeur de coordonnée qui est corrigée de son erreur. Cette correction d'erreur peut être effectuée aussi bien pour tous les points ayant fait l'objet d'un relèvement topométrique grossier qu'uniquement pour des points sélectionnés du profil de la dent ayant fait l'objet de ce relèvement grossier, les points situés entre ces points sélectionnés étant alors soumis à une interpola- tion. La manière dont on obtient une telle dépendance entre l'orientation du rayon de relèvement topométrique, soit l'angle a, et une valeur correspondante de cor- rection est exposée en regard de la figure 3 a. Dans une première opération, on soumet un point choisi 5 situé à la surface 3 de la dent à un relèvement topométrique exact Pour ce faire, on peut influer sur la propriété de réflexion de la dent, par exemple en déposant en cet endroit un petit point qui l'amatit, de façon telle que cette propriété de réflexion soit essentiellement optimale Le vecteur de surface 14 est en même temps calculé pour ce point 5 et est mis en mémoire avec la valeur de coordonnées sur la dent. Dans une opération suivante du procédé, le projecteur de modèle lumineux 1 est disposé successivement en diverses positions vis-à-vis du point 5 Suivant la position du projecteur 1 et de l'angle 15 a à 15 e correspondant, on obtient comme résultat du relèvement topométrique non pas les valeurs de coordonnées du point , mais celles des points 6 a à 6 e En possession des valeurs de coordonnées du point 5 ayant fait l'objet d'un relèvement exact et de celles des points 6 a à 6 e enta- chés d'erreur, il est alors possible que soient calculées les valeurs de correction qui s'obtiennent par différence entre la fausse valeur de coordonnées, entachée d'erreur, et la valeur de coordonnée exacte Cette valeur de correction est rangée dans une mémoire avec l'angle correspondant Les valeurs de correction corres- pondant aux autres angles peuvent faire l'objet d'une interpolation au moyen des angles et des valeurs de correction qui sont connus. Au cours de plusieurs séries d'essais, les inventeurs ont constaté que les propriétés optiques de la dent qui ont fait l'objet d'une analyse en un emplacement choisi 5 peuvent être transposées à toutes les autres zones de la dent. Il est par conséquent possible aussi de déterminer les valeurs de correction à l'aide d'une dent facilement accessible ou même de les déterminer empirique- ment hors de la cavité buccale à l'aide de matériaux dentaires typiques. Il serait bien entendu envisageable aussi que les valeurs de correction soient déterminées par le calcul moyennant par exemple l'indication de l'épaisseur de la couche translucide, sans avoir à procéder à des mesures sur la dent. Conformément à l'invention, des points de l'image correspondant à une lu- minosité et/ou un contraste insuffisants du modèle lumineux projeté font l'objet d'une fermeture automatique de diaphragme et sont marqués dans la mémoire d'image Les valeurs de coordonnées de ces points d'image qui manquent sont remplacées par une valeur obtenue par interpolation des valeurs de coordonnées des points valables qui les entourent. REVENDICATIONS 1 Procédé optique de relèvement topométrique tridimensionnel de la sur- face des dents sans les amatir, selon lequel, dans une première opération, la sur- face ( 3) de la dent fait l'objet d'un relèvement topométrique par voie optique, carac- térisé en ce que, dans une seconde opération, les données de plusieurs points re- levés ( 6) sont soumises à une correction d'erreurs. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les points non corrigés ( 6) font l'objet d'une interpolation à l'aide des points corrigés ( 5). 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les données de chaque point ( 6) faisant l'objet d'un relèvement topométrique sont soumises à une correction d'erreur. 4 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une valeur de correction nécessaire pour réaliser la correction d'erreur est déterminée en fonction d'une grandeur ( 15) dépendant de la position du point ( 6) à corriger et de la position d'un système de projection ( 1). 5 Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la grandeur ( 15) dépendant de la position du point à corriger et de la position du système de projec- tion est fournie sous la forme d'un angle (a). 6 Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle (a, 15) est formé par une perpendiculaire ( 14) à la surface ( 3) de la dent, passant par le point faisant l'objet du relèvement topométrique, et par le rayon lumineux de relè- vement topométrique ( 7) incident en ce point. 7 Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'après la première opération, la normale ( 14) à la surface est déterminée par le calcul et est mise en mémoire pour chaque point faisant l'objet du relèvement topométrique. 8 Procédé de détermination de valeurs de correction permettant de corriger les erreurs présentées par des valeurs de coordonnées de la surface d'une dent qui font l'objet d'un relèvement topométrique par voie optique, caractérisé en ce que les valeurs exactes des coordonnées d'un point choisi ( 5) de la surface ( 3) de la dent sont établies d'une manière précise et sont mises en mémoire en tant que valeurs de coordonnées de référence, en ce que le point choisi ( 5) fait en outre l'objet d'un relèvement topométrique par voie optique à partir de diverses positions de projection/prise de vue (a, e) et avec prise en compte des erreurs de mesure dues à la réflexion et en ce que la différence entre les valeurs des coordonnées de référence et les valeurs de coordonnées ( 6 a, 6 e) ayant fait l'objet du relèvement topométrique est calculée pour chaque vue et est mise en mémoire avec la valeur associée de position de projection/prise de vue ( 15 a, 15 e). 9 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la valeur de position de projection/prise de vue ( 15 a, 15 e) est constituée par l'angle (a) formé par le rayon de relèvement topométrique ( 7) incident au point choisi et par la nor- male ( 14) à la surface passant par ce point choisi ( 5). Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la valeur de coordonnée de référence est déterminée en amatissant d'une manière appropriée la surface correspondante ( 3) de -la dent, puis en procédant ensuite à un relève- ment topométrique par voie optique. 11 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que des valeurs de correction non obtenues par le calcul font l'objet d'une interpolation à l'aide des valeurs de correction obtenues par le calcul. 12 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les valeurs de correction sont déterminée empiriquement hors de la cavité buccale à l'aide de matériaux dentaires typiques. 13 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les valeurs de correction sont déterminées dans la cavité buccale à l'aide d'une dent facilement accessible.