CA1233350A - Dispositif de prise d'empreinte par des moyens optiques, notamment en vue de la realisation automatique de protheses - Google Patents

Abstract

Le dispositif comprend des moyens émetteurs d'ondes lumineuses, des moyens optiques dirigeant ces ondes sur l'objet à analyser, et des moyens optiques récepteurs dirigeant les ondes réfléchies sur un capteur associé à un convertisseur analogique-numérique. On obtient ainsi, sous forme de signaux numériques, une représentation de la forme de l'objet dans les trois dimensions de l'espace. Ces signaux sont analysés et traités pour commander automatiquement une machine-outil à commande numérique qui réalisera une prothèse exactement adaptée. Ce dispositif s'applique, en art dentaire, à la confection automatique d'une prothèse du type couronne s'adaptant sur un moignon de dent constituant ici l'objet analysé.

Description

~ ~Z33350 La présente i.nvention se rappnrte à un dispositif de prise d'empreinte par des rno.yens optiques, notamment en vue de la réalisation automatique d'une prothèse, e-t - encore plus particulièrement la réalisation de prothèses telles que les r~ouronnes utilisées en art dentaire, cette application n'étant toutefois pas limitative, en ce sens que le dispositif est aussi utilisable pour l'établis-sement d'un~diagnostic odontologi~ue qui n'est pas suivi de la confection d'une prothèse.
Très peu d'études ont, jusqu'à présent, eu pour objet la prise d'une empreinte par des moyens optiques, dans le domaine de l'art dentaire, et les réalisations concrètes sont actuellement inexistantes. On peut citer le brevet US N~ 3 ~61 044 (SWINSON), document décrivant un procédé qui consiste, pour faire l'empreinte d'une cavité creusée dans une dent et réaliser un insert (ou "inlay") destiné à se loger dans la cavité, en la~séquen-ce d!opérations suivante :
- préparation de la dent défectueuse ;
ZO - réalisation d'une représentation photographique de la dent avec sa cavité ;
- transfert d'un signal représentatif de l'image photographiée à une machine-outil commandée automatique-: ment ;
- remplissage rie la dent preparée avec de la cire ;
- réalisation d'une nouvelle représentation photo-graphique de la dent, cette fois remplie de cire ;
- transfert d'un signal représentatif de la nouvelle image photographique à la machine-outil commandée automa-~ 30 tiquement ;
: - Fonctionnement autamatique de la machine-outil à
partir des signaux précédents, afin d'usiner un insert dentaire de forme adaptée ;
- mise en place de l'insert dans la cavité de la dent.
Cette technique arbitraire, telle qu'elle est décrite dans le document auquel il est ici fait réfërence, pré-, ~ ~ lZ3335~
.. .
2sente de nambreux inconvénients ainsi que des insuFfl-~ sances diverses :
1. Une image photographique ordinaire ne peut reoré-~ senter qu'en deux dimensions l'ob~et dont la forme est à analyser. Si l'on veut reconstituer par ce procédé lestrois dimensions de l'espace, il faut réaliser un grand nombre de photographies, par exemple de l'ordre du millier au minimum, avec une précision de 100 microns, pour chaque élément à analyser.
Z. Il n'est pas précisé quelle est la nature des signaux transmis, supposés représentati~s des images photographiques réalisées, et en particulier si ces signaux sont analogiques ou numériques. Or un usinage automatique ne peut se faire qu'au moyen d'une machine-outil à commande numérique, et dans le cas consirléré
l'on ne voit donc pas concrètement comment la machine pourra effectuer un travail déterminé9 ni surtout un positionnement strict de la pièce à usiner, à partir d'images photographiques traduites en des signaux de ZO nature indéfinie.
3. Dans le procédé évoqué, le praticien doit remplir la cavité de cire. Lette technique est possible pour les inserts, mais inapplicable à d'autres t~pes courants de prothèses pour dents, nntamment les couronnes, ce qui Z5 exclut bien évidemment ce genre d'applications.
4. De plus, le remplissage de cire et snn utilisa-tion constituent une sorte de prise d'empreinte par mou-lage ; le procérlé exige ainsi des opérations matérielles sur la dent à traiter et ne peut s'assimiler à une prise d'empreinte compléte par des moyens purement optiques ;
le temps de mise en oeuvre reste donc également important.
Enfin, le secQnd signal photogrophique, obtenu à partir de ce remplissage de cire, est toujours aussi imprécis (reconstitution des trois dimensions ?), et cette ~mprécigion se répercute évidemment sur le résultat final obtenu.
La présente invention remédie à ces inconvénients, ~2333t'~C~

en fournissant des moyens d'analyse en trois dlmensions, adaptes à toutes applications odontologiques et medi.cales, en precisant les moyens perme-ttant d'analyser l'image et de fournir un signal directement utilisable par une machine-outil à commande numérique, ceci d'une manière très rapidetout en offrant une possibilité de vérification de la qualité d'analyse, et en permet-tant l'usinage automatique d'une prothèse complète uniquement à partir de l'empreinte optique réalisée et d'algorithmes de travail, sans aucune intervention intermediaire en bouche ou sur une autre partie du corps devant recevoir la prothèse, les moyens fournis étant économiquement intéressants dans la mesure où ils comportent un large champ d'application et apportent un gain effectif de temps et de main-d'oeuvre.
15A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de prise d'empreinte par des moyens optiques, notamment en vue de la réalisation automatique de prothèse, ce dispositif comprenant essentiellement des moyens ; émetteurs d'ondes non traumatisantes, des moyens pour diriger lesdites ondes vers la partie du corps, telle qu'emplacement de dent, à analysex, des moyens récepteurs des ondes réfléchies par cette partie du corps, dirigeant lesdites ondes sur un capteur associé à un convertisseur analogique-numérique, permettant d'obtenir sous forme de si~naux numéri~ues une représentation de la forme, dans les trois dimensions de l'espace, de la partie du corps à
analyser, et des moyens d'analyse et de traitement des signaux numériques obtenus.
Selon un aspect de la présente invention, il est prévu un dispositif de prise d'empreinte par des moyens optiques, notamment en vue de la réalisation automatique de prothèses, et encore plus particulièrement la réalisation de prothèse telles que les couronnes utilisées en art dentaire, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement des moyens B
'' .,.,, ,.. , - ~ - . '. .... .
~3335~
a, --émetteurs d'ondes lumineuses non traumatisantes, des moyens pour diriger lesdites ondes vers la partie du corps, telle qu'emplacement de dent, à analyser, des moyens récepteurs des ondes lumineuses refléchies par cette partie du corps, dirigeant lesdites ondes sur un capteur associé à un convertisseur analogique-numérique, permettant d'obtenir : sous forme de signaux numériques une représentation de la forme, dans les trois dimensions de l'espace, de la partie du corps à analyser, et des moyens d'analyse et de traitement des signaux numériques obtenus, notamment en vue de la commande automatique d'une machine-outil à commande numérique pour l'usinage d'une prothèse, telle qu'une prothèse dentaire, adaptée exactement à la partie du corps analysée.
15Selon un autre aspect de la présente invention, il est prevu un dispositif de prise d'empreinte par des moyens optiques, notamment en vue de la réalisation automatique de ~ prothèses, et encore plus particulièrement la réalisation de ; prothèse telles que les couronnes utilisées en art dentaire, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement des moyens émetteurs d'ondes acoustiques non traumatisantes, des moyens pour diriger lesdites ondes vers la partie du corps, telle qu'emplacement de dent, à analyser, des moyens récepteurs des ondes acoustiques ré~lechies par cette partie du corps, dirigeant lesdites ondes sur un capteur associé à
un convertisseur analogique-numerique, permettant d'obtenir sous forme de signaux numériques une représentation de la forme, dans les trois dimensions de l'espace, de la partie du corps à analyser, et des moyens d'analy--se et de traitement des signaux numériques obtenus, notamment en vue de la commande automatique d'une machine-outil à commande numérique pour l'usinage d'une prothèse, telle qu'une prothèse dentaire, adaptée exactement à la partie du corps analysée.
~Z333S~
- ~a -Le dispositif selon l'invention permet de saisir toutes les caractéristiques de forme de la zone à analyser par des moyens de nature puremen-t "optique", en excluant l'analyse photographique, le terme "optique" incluant ici S aussi bien l'utilisation d'ondes typiquement optiques que l'utilisation d'ondes acous-tiques, du moment que ces ondes permettent de réaliser directement une analyse en trois dimensions, et ne sont bien entendu pas traumatisantes pour les tissus de la partie analysée du corps du patient. Le capteur et le convertisseur utilisés doivent correspondre au type d'ondes mis en oeuvre, et l'ensemble doit permettre de relever des détails de forme avec une précision suffisante, par exemple inférieure ou égale au millimètre.
Dans le cas d'utilisation d'ondes de lumière cohérente, le dispositif comprend avantageusement une source laser, au moins une fibre optique et une lentille pour diriger le faisceau incident vers la partie du corps à
analyser, au moins une autre lentille et une autre fibre optique pour recueillir le faisceau réfléchi et le diriger sur le capteur associé au convertisseur analogique-numérique, et un système optique tel qu'un système à miroir semi-transparent et lentille, dirigeant en outre sur ledit capteur un faisceau de référence, pour une analyse par interférence ondulatoire. La source laser, le capteur et le convertisseur se placent ainsi dans un boîtier extérieur à
la bouche, où se produit l'interférence, ce boîtier étant relie par les fibres optiques à une tête d'analyse mobile, de faibles dimensions, amenée dans la bouche du patient. En variante, le montage peut comprendre une seule fibre optique guidant à la fois le faisceau incident et le faisceau réfléchi, et il est possible aussi de supprimer toute fibre optique, si la tete d'analyse inclut la source d'éclairage et le capteur, avec les lentilles toujours nécessaires et est raccordée par des liaisons purement électriques avec un - 4b -bo~tier extéri.eur incluant l'alimentation électrique et le convertisseur analogi~ue-numérique.
Une méthode particulière évitant le depouillement ; de l'hologramme ou sa lecture consiste à utiliser un laser _ ___ _ 7 B
~Z3335(~
éme-ttant deux rayons de longueurs d'onde légéremen-t diffé-rente presque slmultanément ou simultanément par le passa-ge optique non linéaire (au travers de cristaux minéraux ou organiques), dans des pulsions orèves QLI des intensités faibles en continu. Ceci permet la création de ~courbes de niveau" analysables par un~logiciel classique de sque-lettisation.
Dans le cas d'utilisation de lumière non cohérente, on peut toujours recourir à des fibres optiques mais le montage devra comprendre en outre, pour permettre l'ana-lyse par interFérométrie holographique, des trames de repérage, assDciées respectivement à la source émettrice et au capteur, et des mQyens permettant de déterminer ou oe fixer la distance entre les moyens optiques de la tête d'analyse et un plan de référence lié à la partie du corps à analyser. Une première solution, dite "dynamique", con-siste à placer sur la tête d'analyse un émetteur-récepteur d'ultra-sons ou d'inFra-rouge déterminant la distance au plan de référence au moment précis où est réalisé l'éclai-rage pour l'analyse. Une seconde solution, dite "statique",consiste à prévoir sur la tête d'analyse un repère de longueur connue, destiné à reposer sur un point de la par-tie du corps à analyser.
On peut envisager par ailleurs l'utilisation de z5 fibres optiques à gradient d'indice, pour simpli~ier voire supprimer toutes les lentilles se trouvant vers l'objet QU la caméra. Ce système est applicable tant en lurnière cohérente qu'en lumière non cohérente.
Des systèmes de miroirs, et des optiques plus ou moins "larges", permettent l'analyse de zones plus ou moins étendues, pouvant posséder des ~aces orientées dif-féremment les unes des autres, ou des faces qui ne peuvent être directement éclairées et/ou observées.
Le capteur, a-tteint par le faisceau réfléchi et aus-si éventuellement par un Faisceau de référence, est avanta-geusement du type photosenseur à transfert de charge, notamment un photosenseur du type CCD matriciel, ou encore 1~33350 un tube vidicon modifié. L'intérê-t du photosenseur CCD sur le système vidicon est qu'il fournit une analyse plan par plan; par contre le nombre de niveaux de gris y est inférieur, actuellement. Afin de ne pas surcharger les moyens de traitement des données, l'analyse se fait en fixant les coordonnées suivant deux dimensions, par exemple en des points correspondant à des intervalles de ZOju, et en ne faisant varier que les coordonnées suivant la troisième dimension de l'espace.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, des moyens de stockage de l'information sont insérés entre le capteur et le convertisseur analogique-numérique proprement dit, lequel délivre vers les moyens de traitement des signaux de sortie "point par point", transformés par une interface pour leur adaptation aux moyens de traitement numérique, des moyens de visualisation des données saisies étant en outre prévus, en liaison avec les moyens de stockage précités.
La visualisation doit etre de préférence prévue, pour information et vérification, afin de pouvoir apprécier si l'empreinte optique réalisée est totale, précise, exploitable et prise sur un travail préparatoire (taille d'un moignon de dent) effectué correctement. Plus particulièrement la visualisation est avantageuse avant conversion analogique-numérique, afin de limiter le champ d'action ~suppression des informations jugées inutiles) et vérification de la qualité de la saisie des données. La visualisation de l'image sous sa forme obtenue après conversion analogique-numérique est aussi u-tile, pour apprécier ligne par ligne la précision des données. Le choix de la meilleure image, à retenir pour le traitement numerique ultérieur, pourra etre manuel et facilité par une visualisation interactive, ou même être entièrement automatique.
~;2 33350 Le traitement numéri.que, préalable à la réalisation d'une prot~lèse, doit dans le cas pr.is ici pour exemple d'une couronne dentaire -tenir compte encore d'autres données que les seules caractéristiques géométriques du moignon de dent, déterminées comme résultat de l'analyse optique, e-t à cet effet les moyens d'analyse et de traitement comprennent encore, de préférence:
- des rnoyens de détermination et de prise en compte de l'enveloppe, ou volume à l'intérieur duquel doit s'inscrire la dent reconstituée;
- des moyens de détermination et de prise en compte de l'occlusion, statique et dynamique;
- éventuellement, des moyens de détermination et de prise en compte des couleurs ou teintes de dents.
Plus particulièrement, pour la détermination de l'enveloppe de la prothèse, sont prévus:
a) des moyens de détermination des zones de contact des dents voisines, b) des moyens de détermination des plans tangents à l'arcade ou déterminés sur le côté symétrique, pour les faces vestibulaires ou linguales, c) des moyens de détermination des limites inférieures du moignon analysé en bouche, pour le plan inférieur, et ~' ~5 d) des moyens de détermination du plan supérieur en ~onction d'une analyse mathématique issue soit de l'étude des zones d'usure de l'ensemble du maxillaire, soit du déplacement reel de la mandibule.
Dans le cas d'application de l'invention à la confection automatique de prothèses mobiles, l'occlusion réelle pourra etre déte.rminée non seulement par la prise d'empreinte optique mais encore par une analyse faciale et buccale du pa-tient sur lequel on aura préalablement placé un certain nombre de repères buccaux, évitant une étude de B
:~L;23335(~

l'articulation temporaux-maxillaire par le rnoyen classique, très coûteux, de l'articulateur.
L'occlusion pourra être déterminée par repérage des maxillaires supérieur et inférieur, prises d'empreinte optique séparées des deux maxillaires, réalisation d'une claie optique antérieure des repères des deux maxillaires, et réunion des deux maxillaires grâce à leurs repérages au niveau de la claie.
Pour ce faire, les moyens de détermination de l'occlusion comprennent de préférence:
- des moyens de repérage des maxillaires supérieures et inférieures, - des moyens de prises d'empreinte optique des deux maxillaires, - des moyens de réalisation d'une claie optique anterieure des repères des deux maxillaires, et - des moyens de réunion des deux maxillaires grâce à leurs repèrages au niveau de la claie.
La réalisation automatique de la prothese, telle que notamment couronne, passe par les étapes suivantes, exploitant les opcrations d'analyse et de détermination diverses exposées précédemment:
1. Réalisation de la partie interne de la prothèse, en fonction essentiellement de l'empreinte optique réalisée, avec modification éventuelle des données brutes selon le type de fixation (espace souhaité pour le ciment, ou fixation sans joint par élasticité du métal), selon la position de l'axe d'insertion, ou selon les imperfections non corrigees de la taille du moignon.
B

2. Adaptation d'une Forme extérieure théorique, stockée en mémoire, à l'enveloppe précédemment dé-termi-née, et ajustage de cette forme selon la détermination faite de l'occlusion.

3. Choix du mode d'usinage et du matériau, -tenant compte entre autres de la dé-termination préalable de Gouleur ou teinte.
Les ou-tils doivent évidemment être adaptés aux dimensions e-t aux courbures des pièces prothétiques à
confectionner, dont l'ébauche devra être fixée rigide-ment de manière à éviter les vibrations et à fournir un point de référence lors de l'usinage. Les principes connus de programmation, de repérage, et d'asservissement puur l'utilisation des machines-outils à commande numé-rique s'appliqueront sans difficultés, l'usinage s'effec-tuant de préférence sous contrôle visuel de ses diffé-rentes phases par les moyens de visualisation mentionnés plus haut.
~our une précision recherchée de 50 microns, l'on /
/
~ /
/
~L~3'335(~
_ 10 -peut estimer à 5 minutes le temps nécessaire à llusinage ~ d'une couronne; la réalisation~complète dlune couronne, incluant la prise d~empreinte optique, le traitement des ~ dannées et l'usinage lui-même, ne devrait pas dépasser une durée totale de 15 minutes, alors que le temps nécessaire est actuellement de llordre d'une semaine, avec plus de 3 heures de travail effectif de dentiste et de prothésiste, en se ré~érant au procédé classique de la "cire perdue". Le temps réel de travail est donc 1~ divisé par 1Z, et le temps séparant la prise dlempreinte de la pose de la prothèse est divisé par 600, tout en améliorant les conditions oiologiques et physiologiques de l'opération puisque le patient pourra repartir avec sa dent recons-tituée 15 mm après la fin de la taille.
De toute fason, l'invention sera mieux comprise à
l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre o'exemples non limitatifs, quelques ~ormes d'exécution de ce dispasi-tif de prise d'empreinte, notamment en vue de la réalisa-Z0 tion de prothèse;, et illustrant diverses applications de ce dis~ositif :
Figure 1 est une vue très schématique d'une première forme de réalisation de la partie optique du dispositi~
selon l'invention, utilisant une source de lumière cohérente ;
Figure 2 montre un détail rle la t~te d'analyse opti-que, dans un mode de réalisation particulier ;
~ Figure 3 est une vue d'ensemble des moyens permettan-t la prise d'empreinte optique, selon le principe oe la figure 1, dans un agencement particulier ;
Figure 4 est un schéma de princip.e de la partie optique du dispasitiF selon l'invention, utilisant une source de lumière non cohérente ;
~ Figures 5,6 et 7 sont des vues d'ensemble des moyens perrnettant la prise d'empreinte optique, dans divers agencements adapté5 à une source de lumière non cohérente;
Figures ~ et 9 sont des schémas de systèmes optiques . .
~lZ3335~

de prise d'empreinte, utilisant en outre des rniroirs ;
~ Figure 10 montre le systè~e optique du dispositif selon l'invention, appliqué à l'analyse des arcades ;
Figures 1~, 1Z et 13 sont des vues de détail du système optique de figure 10, muni de divers moyens d'appui ;
Figure 14 est un schéma-bloc de la partie du dispo-sitif réalisan-t la prise d'empreinte, dans le cas d'uti-lisation d'andes échographiques ;
Figure 15 est un schérna-bloc des rnoyens de réception des ondes réfléchies, de cnnversion analogique-numérique et de visualisation interactive du dispositiF, pour l'obtention de l'empreinte optique traduite numériquement, dans le cas d'utilisation o'un capteur du type "photo-senseur CCD" ;
Figure 16 est une vue en plan illustrant la déter-mination de plusieurs des plans définissant l'enveloppe d'une couronne à réaliser ;
Figure 17 montre le principe d'adaptation oe la .~ . Z~ farme extérieu~e d'une couronne, déterminée théoriquement, à la farme et à la position du moignon analysées par . la prise d'empreinte optique ;
Figure 18 illustre, dans le oas d'application à
une prothèse mobile, la déFinition des plans et surfaces d'enveloppe ;
Figure 19 est une schéma expliquant le positionne-ment relatif des empreintes supérieureet inférieure intervenant dans la détermination de l'occlusion réelle ;
Figure 20 est un organigramme relatif à la déter-mination de l'occlusion ;
Figure Z1 est un organigram~e relatif à l'exploita-tion de repères et autres capteurs, pour la prise en compte de la pathologie de l'articulation temporaux-, maxillaire ;
Figure 22 est un organigramme relatiF à la défini-tion des caraotéristiques d'une prothèse dentaire fixe, à sa réalisation et à son adaptation, à partir de prises 335(~

d'empreintes optiques ;
Figure 23 est un organigr~amme relatif à la déFini-tion des caractéristiques d~une prothèse dentaire rno-bile, et à sa réalisation, dans le cas d'une prothèse avec antagoniste ;
Figure 24 est un organigramme des fonctions complé-mentaires, à réaliser dans le cas diune prothèse dentaire mobile sans antagoniste.
Figure 25 est un schéma-bloc du principe d'usinage automatique d!une prnthèse et de contrôle d'usinage, par le dispositif objet de l'invention ;
Figure Z6 montre les formes à usiner pour la réalisation d'une couronne ;
Figure 27 montre les formes à usiner pour la réali-sation d'une prothèse avec pivot de fixation ;
Figures 2~,29 et 30 sont des schémas définissantles données géométriques fondamentales, pour l'usinage d'une couronne ;
Figures 31, 3Z et 33 illustrent l'usinage du flanc d'une couronne, au moyens d'outils de fraisage de diver-ses formes ;
Figure 34 est un schéma illustrant l'opération d'usinage du fond d~une couronne ;
Figure 35 est une vue très schématique de la machine Z5 d'usinage à commande numérique ;
Figure 36 représente, enfin, une ébauGhe de couronne, la figure 37 indiquant la section de son tenon oe fixation.
Les figures 1 à 13 sont relatives à diverses fQrmes de réalisation de la partie optique, permettant une 3~ analyse en trois dimensions, par interféromé-trie, des détails de forme et dimension d'un objet qui, dans les premiers exemples, est un moignon de dent taillé 1, destiné à recevoir une couronne.
La figure 1 montre que dans ce but l'on peut utili-~5 ser un laser 2, comme source de lumière cohérente,quiaprès avoir traversé un filtre 3 est dirigée, par une première fibre optique 4, vers la zone du moionon 1 à
~23335(3 _ 13 -analyser. Le ~aisceau d'ondes incident es-t dispersé sur la znne à analyser par une lentille 5, Fixée à l'extré-mité de la fibre optique 4. Une autre lentille 6 con-centre le faisceau réfléchi, pour le recueillir dans une seconde fibre optique 7 qui le dirige SUl' un capteur B, associé à un convertisseur analogique-numérique 9. Un miroir semi-transparent 10, interposé sur le trajet du faisceau incident, dévie une fraction de ce dernier pour obtenir un faisceau de référence 11, qu'une autre lentil-le 12 concentre sur le capteur B.
Pour capter le faisceau d'ondes réfléchi, la têted'analyse 13 c'est-à-dire la partie de l'appareil amenée à l'intérieur de la bouche à proximité de la zone à
- analyser peut posséder deux lentilles réceptrices 6' et 6'', fixées respectivement aux extrémités de deux fibres optiques 7' et 7'' qui guident le faisceau réfléchi, divisé ici en deuxfractions (voir Figure Z). Deux faces opposées du moignon 1 peuvent être ainsi analysées simultanément. La tête d'analyse 13 est munie d'une poignée de tenue 14 et raccordée par les fihres optiques

4 et 7, à un baîtier 15 situé à l'extérieur de la bouche et renfermant la source émettrice 2 ainsi que le capteur ~ et le convertisseur 9, ce qui permet d'utiliser un laser performant (voir figure 3).
Qhacune des fibres optiques 4 et 7, ou 7' et 7'', - doit être gainée pour eviter tous risques oculaires.
La figure 4 illustre le principe d'un appareil n'utilisant pas une source de lumière cohérente. Les moyens émetteurs d'ondes, désignés dans leur ensemble 3Q par le repère 16, comprennent ici une source lumineuse 17 par exemple à halogène, un condensateur de lumière 1a, une trame de repérage 19 et un objectif 20. Les moyens récepteurs d'ondes, désignés dans leur ensemble par le repère 21, camprennent un objectif 2n~,une trame de repérage19a et le capteur a, toujours associé au convertisseur analogique-numérique. Les deux trames de repérage 19 et 23, par exemple du type "micro moiré", ~ 3335~
_ 1L~ _ doivent avoir un pas connu a 10 3 mrn près au m~mimurn.
Le nombre de franges ou quadril~age ~oit être déterminé
avec précision (de 1mm à 10 mm, la valeur id~ale étant Zmm). La distance séparant les deu~ centres optiques doit être connue à 0,5 mm près, et la focale doit être connue au mm près. Ces différents facteurs sont fixés et définis constructivement. Le "moiré" peut présenter, pour l'analyse des dents, un problème de réflexian, dû à
ce que la lumière incidente est de type blanche. ~our éviter ceci, on travaillera dans une gamme d'ondes ne correspondant à aucune couleur présente dans la bouche, en placant par exemple un filtre permettant de travailler dans le bleu ou le vert, ou entre le vert et le bleu. Il reste à déterminer ou fixer la distance séparant le plan d'analyse du capteur a du plan de référence, à situer toujours en dessous du rebord inférieur de la future couron-ne, cette dernière distance devant être connue au mm près.
- Une solution consiste à fixer, sur la t@te d'analyse 13, un pointeau Z2 de longueur cnnvenablement choisie, destiné
Z0 à prendre appui sur le moignon de dent 1 à analyser, comme le montre la figure 5 représentant un montage pratique correspondant au principe de la figure 4, et utilisant des fibres optiques 4, 7', 7'' ainsi que des lentilles 5, 6', 6'' comme dans le oas pré~édent d'une source de Iumière cohérente.
Un autre montage possible est illustré par la Figure 6, où une seule fibre optique Z3, portant une len-tille Z4 à son extrémité munie du pointeau 22, guide simultanément le faisceau incident et le faisceau réFlé-chi, ce dernier étan-t renvoyé par un miroir semi-transpa-rent 25 sur le capteur a associé ay convertisseur 9.
Les ~ibres optiques peuvent être aussi supprimées, comme montré sur la ~igure 7, en réalisant une tête d'ana-lyse 13 incluant la source lumineuse 17 et le capteur ~, sur lesquels sont directement montés les lentilles respec-t~ves 5 et 6. Cette tête 13 est raccordée par des liaisons ~ é'ectriques 26 etZ7 à une alimentation électrique 2~ etau crnvertis--12333~
_ l5 -seuranalogique-rumérique9,appartenant àun bo~tierextériewr Z9.
~ Comme le montre la Figure~ B, un système de deux miroirs 30 et 31, a~outé au s\Jstème optique réalisé
~ selon les principes rlecrits précédemment, permet de dévier le faisceau incident, et le faisceau réfléchi, de manière à permettre l'analyse de la face de l~objet 1 opposée au c~té directement accessible par la source-17 et le capteur ~. En variante, comme illustré par la _ _ _ figure 9, La combinaison d'une source lumineuse 17, d'un unique miroir 3Z et de deux capteurs 3' et B'', ; associés respectivement à des convertisseurs analogique-~ numérique 9' et 9", permet l'analyse simultanée de deux Faces opposées de l'objet 1.
- Alors que l'objet 1 à analyser éteit jusqu'ici supposé de faibles dimensions, les figures 10 et suivan-tes montrent comment le système optique peut @tre adapté
à l'analyse d'une zone plus é-tendue, comprenant en l'occurence l'arcade supérieure 33 et/ou l'arcade infé-rieure 34, pour procéder à une analyse de ces arcades Z0 en vue de situer l'ensemble de la prothèse dans le milieu buccal. Lesprincipes de réalisation de l'appareil restent inchangés : un boitier 15 est relié, par une fibre optique 4, à une lentille 5 diffusant le faisceau inci-dent, tandis que d'autres lentilles 6' et 6'' sont fixées au point de départ des fibres optiques 7' et 7" qui guident les faisceaux réfléchis. L'optique doit être plus "largè", ek le pointeau Z2, lorsqu'il est recouru à cette solution en cas d'utilisation d'ondes non cohé-rentes, doit être adapte à l'optique et au point d'appui . 30 choisi. Ainsi peut être réalisé un appui palat~in (voir ~igure 11) ou un appui dentaire (figure 1Z), ou encore éventuellement un appui vestibulaire (non représenté).
Dans le même but de sltuer la prothèse dans san environ-nement, est encore réalisable une analyse de l~occlusion, frontale ou latérale, avec un élément d'appui vestiou-laire 22 Ol~ 22a (voir figure 13), ainsi qu'une analyse ~~ ~e la face, réalisée après avoir placé sur le patient ~;~333S(:~ -un certain nombre de repères faciaux. Des repères peuvent être notammen-t placés sur les dents (incisives et prémo~
laires), à la base d~ maxillaire inférieur, et au niveau du condyle ou du trou auditif, pour réaliser une analyse dynamique, avec mouvements progressifs de la mâchoire (mouvemen-ts en occlusion et extrêmes).
Dans les applications médicales de haute chirurgie, les informations nurnériques peuvent être obtenues à
partir d'une analyse radiologique reconstituée en trois dimensions, ou par couplage sur scanner, ou par corréla-tion vectorielle sur image radiographique, ou encore par échographie. 5'il est certain que l'on peut admettre l'échographie pour l'obtention de l'empreinte optique d'une forme dentaire, en variante des solutions décrites-précédemment, l'utilisation d'ondes échographiques estintéressante surtout dans la détermination du contour d'un organe. Comme le montre la figure 14, le générateur d'ondes échographiques 35, dirigées vers l'objet 1 à
analyser, doit être piloté par une horloge 3~ fournissant ZO une base de temps, et la réception des signaux réfléchis par le capteur S, associé au convertisseur 9, s'effectue par l'intermédiaire d'un traducteur 37 et/ou d'un ampli-ficateur 33-.. . .
Dans la mesure où l'inf~rmation est prise séparé-Z5 ment par plusieurs capteurs, il est nécessaire d'associer les images entre elles. Pour cela on peut réaliser un posi-tionnement par rapport à un élément de référence, tel que le pointeau Z2, ou encore par rapport à la circonférence la mieux captée. C'est seulement à la suite d'une telle opération de superposition que l'on peut être certain d'avoir déterminé la totalité de la forme. Pour cela il sufFit d'étudier l"'espace-point", c'est-à-dire de vérifier si l'espace entre deux points est constant. Si ce n''est pas le cas, il y a insuFflsance d'inForma-tion.
Le correction sera effectuée en rejoignant les points les plus extrêmes en respectant la caurbure des points les plus voisins, le nombre de points déterminant ~ ce-tte courbore étant fnnctlnn de la précision de la méthode.
lJne autre mod.iFicatinn consiste à augmenter les valeurs en fonction des exigences de l'insertion de la ~5 prothèse (petites contre-dépouilles) et des propriétés physiques des ciments de scellement utilisés. Si l'on emploie des métaux "à mémoire", cette dernière opération devient inutile.
La figure 15 représente plus en détail les moyens de réception des ondes réfléchies et de conversion ana-logique-numérique, permettant une analyse op-tique rapide et répétitive, avec visualisation simultanée pour per-mettre le choix de la meilleure image. Le capteur B, recevant le faisceau réfléGhi par l'objet à analyser, est ici un photosenseur du type CCD matriciel, délivrant une information qui est stockée en 39 avant de parvenir au convertisseur analogique-numérique proprement dit 9, ces différentes parties ayant toutes leurs alimentations spé-cifiques indiquées en 40. Le convertisseur 9 est raccordé
Z0 à un circuit de sortie 41, relié par une interface 4Z
au.calculateur 43. De plus, des moyens de visualisation 44, réalisés sous la forme d'un écran moniteur "vidéo", -/
3~3Sl~
de préférence avec image en couleur, son-t rellés de façon interactive aux circuits~de stockage 43, pour cont~ôler le transfert d'informatinnsversle convertisseur 9.
Le système d'analyse avec photosenseur CCD, dont le principe est donné par la figure 15, nécessite d'avoir au rninimu~ 100 niveaux de gris avec un système "anti-blo~ing", pour obtenir suffisamment d'inFormation. Les coordonnées "x" et "y" sont données automatiquement dans le plan. Elles sont corrigées ultérieurement en fonction~ 10 de la focale d'analyse utilisée, et de l'éloignement du point considéré par rapport à l'axe optiqueO La ~ coordonnée !lZll est le résultat d'une transformée du type Fourier, en ondès cohérentes comme en ondes non ~ cohérentes (avec utilisation d'une trame de repérage dans ce dernier cas). Les algorithmes mathématiques à
utiliser ici sont actuellement connus.
Tous les moyens décrits jusqu'à présent permettent l'obtention d'une empreinte optique en trois dimensions notamment d'un moignon de dent 1, et sa traduction sous une forme numérique exploitable par des moyens de trai-tement automatique de l'information. Ce traitement numérique doit, en considérant l'application à la réali-sation automatique d'une couronne, prendre encore en considération d'autres facteurs, théoriques et réels.
En particulier, comme le montre la figure 16, doit ~tre déterminée l'enveloppe de la future couronne ~5, c'est-à-dire le volume à l'intérieur duquel celle-ci doit s'inscrire. Ce volume est déFini par des plans, entre autres un plan antérieur 46 et un plan postérieur 47, théoriquement tangents aux dents adjacentes 4~ et 49, aux points de contact avec la dent à reconstituer, et dont la détermination pratique peut prendre en compte des ~acteurs correctifs, dûs aux mouvements physiologi-~ ques et au diastème. Le volume en question est aussi délimité par un plan latéral palatin ou lingual 50, et par un plan latéral vestibulaire 51, tangents, l'un et l'autre aux dents antérieure 4~ et postérieure 49 ;

.~9 .
ici égaleMent peuvent intervenir des facteurs correc-tifs, liés au type de dent r'-l reconstituer, ces facteurs pouvant être dégressifs par exemple dans le cas d'une incisive latérale supérieure. Pour définir cornpléternent l'enveloppe, sensiblement parallélèpipédique, dans la-quelle s'inscrit la couronne théorique, il reste encore à définir un plan inférieur, donné par la limite singu-laire de la courQnne, tracé autQmatiquement ou manuelle-ment sur moniteur, et un plan supérieur ou occlusal, déterminé en occlusion et défini comme le plan passant par le point le plus élevé de la surface occlusale de la dent antagoniste ou, en cas d'absence de cette dernière, par la limite supérieure des dents antérieure e-t posté-rieure.
Pour affiner la détermination du plan supérieur, on propose ici une méthode de détermination de la cinématique mandibulaire :
En faisant une empreinte de la mandibule avec pré-cision, il est possible de déterminer les facettes d'usure zo de chaque oent. Ces facettes correspondent aux plans de glissement de la mandibule sur le maxillaire supérieur. -Ces facettes sont donc l'empreinte des mouvements mandi-bulaires. En les étudiant dans leur ensemble il est connu depuis longtemps que l'on peu reconstituer les mouvements z5 avec une totale exactitude.
i~our repérer ces zones il suffit de faire serrer les deux maxillaires. Les points de contacts se trouvent forcément sur ces facettes. Si ces plans se retrouvent sur chaque dent et correspondent entre eux, ce sont forcé-ment les plans d'usure de la mandibule .~onnaissantmathématiquement les interrelations entre surface d'usure et mouvements mandibulaires de ces facettes, on connaitra les mouvements sans être obligé de faire une étude dyna-mique des mouvements des repères les uns par rapport aux autres.
De la même manière il découleraautoma-tiquemen-t le plan supérieur de l'enveloppe. En appliquant à ce plan -~ i2333sal - 20 _ les règles connues de l'occlusion, ne seront retenus comme zone de contact dent antagoniste -couronne que les points du type tripQdisme, "long centric" ou autre sta-bilisant l'arcade, permettan-t la mastication et permettant des déplacements normaux de la mandibule.
L'on obtient ainsi six plans, auxquels doivent etre tangentes les diverses faces ex-térieures d'une couronne théorioue, pouvant être désormais entiè-rement déterminée en partant d'une forme de dent théori-1~ que mise en mémoire, OLI en partant de l'analyse de la !dent symétrique existante après correction "gauche-droite". Au cas éventuel où la dent était intacte avant l'opération de taille, il sufFirait de réaliser une empreinte optique avant la taille et une empreinte opti-que après la taille. Pour un ensemble correspondant àplusieurs dents, il suffit de diviser l'espace considéré
en une pluralité d'enveloppes unitaires.
Une fois déterminée la forme extérieure de la couron-ne théorique, il convient de l'adapter, comme l'illustre la figure 17, à la farme et à la position du moignon de dent 1. L'opération consiste à Faire coïncider le bord inférieur A de la couronne 45, situé dans le plan inférieur de l'enveloppe, avec le contour ~ du moignan 1, en respectant une épaisseur minimale de matière e Z5 au point le plus bas. Pour cela, le proFil extérieur théorique de la couronne 45' suoit une correction progres-. sive, lui conservant une allure de courbe régulière tout en lui permettant de joindre la zone de contact ~ a~ec les dents adjacentes 4~ et 49, d' une part, et la .
-~ z33350 - 2l -limite inférieure désirée, d'autre part.
En ce qui concerne la limite supérieure, une première correction à efFectuer consiste à centrer la gouttière de la dent théorique sur la ligne genérale des gouttières des dents de l'arcade. Une deuxie~e correction est celle d'occlusion statique ; elle repré-sente une adaptation aux surfaces occlusales ~es dents antagonistes telle que 52 (figure 17), saisie par des moyens décrits plus loin. Une troisième corre~tiDn consiste à faire un lissage mathématique en incluant la surface obtenue à l'ensemble des arcades en occlusion et en induisant des mouvements latéraux et antero posté-rieurs effectuant un lissage des données. Il est à noter que l'enveloppe peut être déterminée aussi par l'adjonc-tion d'une coiffe déformable sur le moignon 1, le plansupérieur ou occlusal étant dans ce cas analyse en trois dimensions après avoir demandé au patient d'effec~uer tous les mouvements nécessaires.
Dans le cas d'une prothèse mobile, camme le montre la figure 18, la définition de l'enveloppe est partiel-lement différente : on distingue toujours un plan inférieur 53, un plan supérieur 54 et un plan postérieur 55, mais les plans latéraux et antérieur sont réunis en une seule surface enveloppe incurvée 56, qui sera Z5 déterminée comme étant sensiblement tangente à la crête ginoivale, et toutefois espacée de celle-ci de quelques millimètres, cet espacement étant fonction de la partie la plus vestibulée de la prothèse (bord libre des inci-sives ou rebord de la résine...). La limite inférieure 3~ de la surfaLe 56 devra @tre fixée à une profondeur non traumatisante, fonction de l'empreinte optique définis-sant le plan inférieur 53. Au moment oe la prise de cette empreinte, il sera souhaitable de faire jouer les mus-cles buccaux pour que son intersection avec la surface 56 ne soit pas traumatisante. Le plan postérieur 55 sera déterminé par Les éléments anatomiques situant la limite théorique d'une prothèse (tubérosité rétro-molaire, ,.
'' ~Z33350 _ Z2 -trigône,...)- EnFin, le plan supérieur 54, cI est-à-dire le plan d'occlusion de la prothèse resultera directement de la détermination de l'occlusion réelle, décrite ci-~ après en référence aux Figures 19 et suivantes.
Dans ce but, s'il existe encore des contacts den-taires, l'on réalise des empreintes optiques des arcades supérieure 33 et in~érieure 3L~, comme déjà décrit plus haut, ainsi que des empreintes optiques antérieure et latérales définissant des "claies" antérieure 57 et latérales 5~. Ensuite l'on procède à l'ajustement des empreintes supérieure et inférieure l'une par rapport à l'autre, les claies permettant le positionnement ma-thématique exact dlun maxillaire par rapport à l'autre, d'où obtention de l'occlusion 'Istatique''.
S'il n'existe pas d'antagoniste, dans le cas d'une prothèse fixe, on se reportera au cas traité précédem-ment, alors que pour une prothèse mobile (complète) on procédera comme décrit plus haut, en déclenchant la prise d'empreinte de la claie de préférence au pied Z0 pour bien fixer les rapports inter-maxillaires au bon moment.
Pnur la détermination de l'occlusion "dynamique", les mouvements des mâchoires peuvent être enregistrés selon un mode opératoire sensiblement identique, par analyse Faciale du patient sur lequel on aura placé un certain nombre de repères buccaux. Si cette analyse faciale se fait en rayons X, il sufFit d'avair trois repères radio-opaques, liés aux maxillaires et visibles à la prise dlempreinte optique. Slil s'agit de repères émetteurs, il faut que la table d'analyse soit sensible à la longueur d'onde d'émission, et que ces repères saient visibles à la prise d'empreinte optique. S'il slagit de repères classiques, il faut qu'ils soient visibles à tout moment durant llanalyse des mouvements.
Dans chaque cas, les repères doivent @tre fixes à quel-que 100 ~ près, entre le début et la fin de l'analyse.
Si ces repères ne sont que intra-buccaux, il faut qu'ils lZ3335C~
_ 23 _ ~~~ soien-t \/isib]es à tout instant durant l'analyse des mou-vements.
L'organigramme de la figure Z0 i:Llustre l'exécution - de cette dernière opération, eFfectuée en réalisant un contrQle par les moyens de visualisation 4~.
Dans tous les cas sains, cette analyse évite une étude directe de l'articulation temporaux-maxillaire.
Dans les cas pathologiques, il sera cependant judicieux d'adjoindre des moyens d'étude musculaire (tension,...) et d'étude de cette articulation, le processus à suivre étant illustré par l'organigramme de la figure Z1. Dans ce dernier cas, on utilisera pour les repères internes et externes un système de fixation endo-buccal sur dent ou sur gencive, collant ou à ventouse, et après enregis-trement des mouvements Faciaux des points externes, onpren~ra deux empreintes optiques, l'une avec les points de repère, l'autre pour la prothèse elle-même. Il suffit alors de positionner mathématiquement les empreintes l'une par rapport à l'autre, en ne retenant que les repères. Les mouvemen~s faciaux permettront de donner les mouvements des rnandibules dans l'espace. L'étude de l'articulation temporaux-maxillaire permettra de suivre le cas pathologique par rapport à l'occlusion, et de chercher une meilleure occlusion. La même remarque peut @tre faite pour l'étude musculaire.
En variante, on peut aussi appliquer ici la méthode des facettes d'usure expliquée précédemment, et retrouver ainsi mathématiquement tous les mouvements de la mandi-bule sans avoir à les étudier de fa~on dynamique.
En ce qui concerne la détermination des couleurs, la teinte ~'une dent sera évalùée par un procedé connu de thermographie, en utilisant en particulier un récep-teur à inFrarouge à grande ouverture ou en suscitant un éclairement infrarauge. Les couleurs déterminées auto-matiquement seront adressées, après visualisation (en couleur réelle), à la mémoire pUi5 au stock de dents.
Cette même détermination peut induire la fabrication automatique cle surfaces esthétiques tinclusions automa-tiques de cauches successives de résine ou céramique, suivie de cuissons automatiques de dents).
L'organigramme de la figure 22 résume l'ensemble ' ~~' l~~33~s~
- 2L~
des opératlons relatives à la définition oes caractéris-tiques d'une prothèse Fixe, à sa réalisation et à son adaptation, à partir de prisss d'empreintes optiques et - autres données obtenues par les moyens précédents. Des exemples concrets de fabrication de prothèses fixes, notamment couronnes, seront décrits plus loin.
On s'intéressera, auparavant~aux principes de fabrication de prothèses mobiles, en considérant tout d'abord une prothèse mobile avec antagonis-te.
Dans ce cas, les inFormations devant être reçues sont : l'empreinte optique des deux maxillaires, les claies Frontale et latérales, les mouvements généraux des maxillaires. On effectue les opérations comme suit :
- On prend l'empreinte optique des deux maxillaires et des claies. Après les avoir visualisées et choisi la meilleure image, on effectue la conversion analogique-numérique, et l'on stacke les résultats. Il est nécessai-re de bien faire jouer les muscles pour que la limite inférieure de la surface enveloppe incurvée 5~ soit Z~ exacte.
- an fait une détermination d'occlusion statique et dynamique pour limiter encore plus le volume envelop-pe.
- Un appel à la mémoire théorique ou le tracé manuel sur moniteur permettra de proposer un tracé de prothèse sur ce type de maxillaire et dans l'enveloppe ~onsidérée.
- Un appel à la mémoire théorique permettra le choix des dents selon le m~me principe que pour une pro-thèse fixe (adaptation à l'occlusion, aux mouvements mandibulaires, à la teinte).
- Pour des raisons esthétique~ l'usinage sera sépa-ré pour les dents d'une part et la plaque d'autre part.
- On adoptera un système de Fixation usiné sur la ~ plaque et dont les contreparties seront usinées sur les dents. Le type de fixation choisi doit être stable et ~ démontable. La Fixation sera automatique ou manuelle.
~ - Une étude échographique peut permettre de connai-~' '' 1233351~

tre les ~ones de décharge (épaisseur gingivale).
Ohacune de ces étapes sera contr~lée à tout moment et corrigée éventuellement sur l'écran moniteur de visua-lisation, comme le montre l'organigramme de la fi'gure Z3 qui résume l'ensemble des opérations. Le système de reoé-- rage d'usinage sera précisé plus loin.
Pour la fabrication d'une prothèse mobile sans anta-goniste, les opérations sont sensiblement identiques mais nécessitent une évaluation plus exacte de la posi-tion de repos musculaire de la bouche, puis de celle del'occlusion. Pour cette raison, il est ici proposé un système identique au précédent, à l'exception de fonc-tions complémentaires illustrées par l'organigramme de la figure 24, pour opérer une analyse plus stricte au niveau de l'occlusion :
- Analyse de la position de repos avec l'aide de capteurs musculaires et d'une analyse de l'articulation temporaux-maxillaire.
- Réduction de 2mm oar exemple de la position obte-nue, donnant la position d'occlusion.
- ~éunion théorique des deux maxillaires sur cette dernière position

5~il reste des dents servant de support pour la prothèse à fabriquer, le calculateur déterminera l'axe d'insertion ioéal, oF~rant le maximum de stabilité, comme résuitante de l'ensemble des axes dentaires pris séparément. Dans la mesure où l'insertion est impassible, il y aura positionnement d'attachement sur les dents les plus responsableS. Enfin le calculateur ~hoisira, pour le tracé des crochets ou le point d'ancrage des attachements, la meilleure situation.
- En orthopéoie dento-faciale, l'empreinte optique permet de traiter réellement l'étude des moulages de Façon automatique. Elle permet d'aboutir à un diagnostic, et à la proposition d~un traitement dent pàr dent en associant le5 données radiugraphiques, échographiques et thermographiques. En faisant l'empreinte optique de 2333S(~
.
_ 26 _ l~arcade et des maxillaires, on pourra Faire un calcul automatique des constantes ser~ant au diagnostic. En faisant une empreinte de la face, de façon automatlque on en déterminera les constantes faciales Fondamentales.
En associant l'empreinte optique buccale et faciale à
l'analyse musculaire et radiographique, il en découlera une autamatisation du diagnostic puis du traitement, chose qui était impossible jusqu'à présent. Compte tenu de l'empreinte optique des maxillaires, et des empreintes radiologiques des dents prises séparément, il y aura usinage au-tomatique des crochets de traction des dents à déplacer et de leurs points de fixation sur les dents ou sur une prothèse mobile. En faisant une empreinte - optique chaque année à un même enfant, le diagnostic se ~ 15 fera automatiquement l'année où l'interventiDn deviendra nécessaire. Enfin, en prévoyant les résulta-ts de façon empirique, il sera possible de contraler chaque étap.e du traitement.
Dans le domaine de la dentisterie opératoire, plu-tôt que d'utiliser la photographie (selon le procédé du brevet US N~ 3 ~61 044 signalé dans l'introduction), le dispositif selon la présente invention permet de réaliser ~ une empreinte optique, donnant directement une image en ~ trois dimensions, sans utiliser le support intermédiaire Z5 qu'est la photographie.et en stockant au contraire direc-tement l'information, moyennant seulement une conversion analogique-numérique. Pour déterminer le volume utile de l'obturation à réaliser, on procédera comme pour une ~ prothèse, mais dlune façon plus rapide :
- 1er temps : détermination du volume - 2ème temps : détermination des plans enveloppes ~ (cavités composées) - 3ème temps : détermination de l'occlusion statique ~ et dynamique 4ème temps : usinage de l'insert (ou"inlay") d' obturation .
~, Le mode opératoire est donc identique à celui de la - .. , ,.. .,:
. ~LZ33350 ; - 27 -réalisation d'une prothèse fixe. Le volume de la charnbre pulpalre sera évalué de la mêrne façon afin de calibrer les instruments.
En paradontologie, les moyens d'investigation propo-sés par la présente invention permettent de résoudre lediagnostic "articulation temporaux-maxillaire/muscle/
articulé dentaire", mais aussi celui de la dent par rapport à son support osseux. Dans le premier ces, après avoir Fait un repérage de ]'articulé occlusal, on y associe la position du condyle dans la cavité glénoïde et l'état de tension musculaire. On saura ainsi s'il existe une dissymétrie articulaire ou musculaire, ou tnute autre pathologie liée à cet ensemble. Dans le cas du diagnostic dentaire, on déterminera par échogra-phie ou par xérographie le contour osseux;par rapportau contour dentaire et muqueux, et l'on mesurera la mobilité dentaire par empreintes optiques successives.
En chirurgie, les moyens techniques selon la présen-te invention seront utilisables pour situer très exacte-ZO ment la position d'une den-t incluse (échographie).
En implantologie, si la cavité est dégagée, il sera ~logique d'e~fectuer une prise d'empreinte optique loca-lisée, comme décrit précédemment. 5i la cavité est d'une accessibilité difficile, on aura recours à l'échographie ou à la radiographie, sous différents angles. Le tout permettra d'usiner des implants adaptés très exactement à la cavité taillée, en supprimant les implants préfa-briqués.
Pour les implants juxta-osseux comme en haute chirur-gie, on procédera à une visualisation en échographie, auxrayons X ou en onde pénétrante, afin de repérer les con-tours osseux exactsl puis on dessinera la pièce sur moni-teur. Cekte pièce permettra donc de Fixer parfaitement les éléments éventuellement Fracturés, de guider le geste du chirurgien et de réaliser la pièce avant l'ouverture de la plaie.
Le système de programmation et de communication avec ''' ' ' ~ ~233350 l'opérateur doit évidemment ~tre adapté à la nature des inFormatiorls traitées (Formes définies numériquement), en perrnettant la visualisationv le contrôle et la sauve-garde du travail, essentiellement en utilisant un pupi-tre avec clavier alphanumérique et de commande de fonc-tions, ainsi qu'un écran de visualisation et des moyens graphiques interactifs, permettant de "manipuler" l'image:
translation, changement d'échelle, rotation, !~ Les données seront traitées rapidement, en "temps réel", tout en permettant de stocker le travail e~Fectué, pour la constitution du Fichier "clients" et l'exécution d'autres tâches de gestion du cabinet dentaire ou médical. Les images à traiter et les formes à usiner se ramènent es-sentiellement à des surfaces et volumes. Les sur~aces complexes seront déFinies comme une fraction d'interpola-tion d'un réseau de points et de courbes, sur lesquels - oes contraintes transversales de tangence et de courbure seront imposées. Les volumes complexes devront dériver de volumes polyédriques imposés par les limites de Z0 l'enveloppe optique et par les possibilités d'insertion de la pièce prothétique. Une dernière fonction moins abstraite sera la préparation de l'usinage par commande numérique, à partir des éléments stockés dans la mémoire, avec contrôle permanent, l'opérateur n'ayant pas à
choisir le travail car il sera présélectionné (fonctions réduites).
Le schéma-bloc oe la figure 25 résume le principe d'usinage automatique d'une prothèse et oe contr~le d'usinage.
Plus particulièrement, deux types d'usinage sont à
envisager, dans le domaine de la prothèse et de la dentis-terie opératoire~ à savoir l'usinage du support et l'usi-nage de la ou des pièces esthétiques. L'usinage du support doit s'adapter aux sur~aces existantes, telles que celles du moignon, déterminées par les moyens exposés précédem-ment. La partie en contact avec la bouche suivra les règles connues. Pour la partie supérieure, plusieurs ~333S~
.
~ - 29 -possibilités sont offertes :
Comme montré en haut de la Figure 26, si le maté-riau utilisé est esthétiquement et biologiquement accep-table, le support est usiné en fonction de toutes les oonnées à prendre en cansidération, pour constituer lui-~ même la totalité de la couronne 45 à réaliser, s'adaptant sur le moignon 1.
~ Le support 59 peut aussi, comme montré au bas de la figure Z6, comporter des points de fixation 60, usinés pour la mise en place d'une pièce esthétique 61 qui ~ viendra recouvrir exactement le support 59, l'ensemble ~ constituant la couronne h5.
~ Dans le cas d'un moignon 1 trop réduit, le support 59 peut encore comporter un pivot de fixation 62, éven-tuellement Fileté, comme le montre la figure 27.
Les points de Fixation, tels que 607 peuvent être :
des axes très rigides de dimensions déterminées avec précision, sur lesquels viendront se fixer des éléments avec formes d'ancrage complémen~aires (en ciment, métal..
~ 20 -des boutons-pressions, amortis,... attachements pouvant se fixer sur l'axe rigide et supportant l'élément esthé-tique - des systèmes de vissage - des moyens de collage.
En chirurgie et en orthopédie dento-faciale, l'usi-nage peut concerner en outre des points de ~ixation de ressarts, ou un moule réalisé à la suite d'une étude en chirurgie esthétique.
Le travail d'usinage consiste à modéliser par réfé-rence à des géométires de forme. On peut, en premier - lieu, modéliser par référence à des géométries simples les ~ormes de dents, à partir de la reconnaissance des formes de leurs projections dans deux plans distincts ;
cette méthode éviterait la reconstruction point par point du volume dans l'espace, éliminant ainsi une teohnique lourde et inutile pour l'usinage par commande numérique.
Aux données purement géométriques de l'objet à
usiner (coordonnees en trois dimensions), s'ajouteront ~ les paramètres suivants : nature du matériau tdésigné
.

par un numéro si la choix est possible) - numéro de l'outil - séquence de fraisage.oLI autre usinage - vitesse de l'outil - cote d'avance/retour rapide - co-te d'arrn-sage - Fin de programme~ Les coordonnées serant déter-minées de manière relative plutât que de manière absolue.
La machine explr.~rera les informations en rafales pour les distribuer. Les procédés d'usinage utilisables seront :
- le ~raisage, - l'électro-éro,ion par générateur à impulsions et électrode fine, - llélectrochimie pour rectification et perçage, - l'électro-formage pour dépat sur Forme maitresse (parties esthétiques), - l'usinage chimique, notamment pour la réalisation de prothèses amovibles par la -technique du masque, - les ultra-sons.et la haute énergie (laser) :
opérations de finition, nettoyage, soudure, voire d'usi-nage proprement dit.
L'usinage consiste essentiellement à enlever de la matière d'une pièce afin de lui donner les formes idéales recherc.hées. Dans le cas présent, il s'agit de générer des programmes de comrnande numérique permettant de réa-liser l'intérieur et l'extérieur de la prothèse, et Z5 aussi d'utiliser des outils et des orientations et tra-jectaires ri'outils géometriquement adaptés à cette appli-- cation ainsi qu'au matériau de la pièce. Plus partic~liè-rement,dans lecas prisici pour exemple d'unecouronne à réaliser, par utilisation d'une micro-Fraiseuse, les données géo-- 30 métriques nécessaires à la génération des programmes d'usinage se divisent en trois secteurs principaux :
- La base de la couronne est un contour fermé 63, constitué de segments de droite D et de demi-cercles C
tangents (voir Figure 28~. Le rayon du plus petit cercle C sera toujours supérieur à celui de l'outil au niveau du plan de joint.
- Le Flanc de la couronne s'appuie sur le contour -" ~;2333S(~
L
_ 31 _ ~~ précédent 63, et présente une dépouille angulaire varia-ble ~ ou ~ (vnir Figure 29).
- Le fond de la couronne sera constitué exclusive-ment d'un assemblage de plans adjacents 64, et ne présen-tera pas de partie en contre-dépouille (voir figure 30).
Ce fond est délimité, sur son périmètre, par le flanc 65 de la couronne. Le raccordement flanc-fond sera d'un rayon égal à celui du bout sphérique de l'outil, et il en sera de même pour tout dièdre rentrant.
Le choix des outils doit ~tre fait en fonction de la forme et des dimenslons de la couronne à usiner. Pour - l'usinage du flanc 65, on utilise un outil conique 66, de demi-angle au som~et égal à l'angle de dépouille à
obtenir, avec un bout sphérique 67 de rayon égal au rayon de raccordement au fond. Si le demi-angle au sommet de l'outil n'est pas égal à l'angle de dépouille, on est obligé de réalise~ un usinage en bout d'outil 68, en multipliant le nombre de passes d'usinage du flanc- Les plans de fond 64 définissent les limites de plongée de Z0 l'outil 66 ou 68. (voir Figures 3173Z et 33)o Pour l'usinage du fond d~ la couronne, un outil 69 à bout sphérique, de rayon égal au rayon de raccordement du fond, sera nécessaire. L'usinage du fond se fera plan par plan, avec passes linéaires et parallèles délimitées Z5 par les plans adjacen~s et/ou par le flanc de la c~uron-ne. Pour réaliser un programme général, il Faut convenir d'une forme type du contcur du plan de base et du nombre de plans de fond 6L~, ainsi que de leur disposition rela-tive (voir figure 34).
~ 30 Un schéma de principe de la machine d'usinage à
commande numérique 70 est donné par la figure 35? sur Iaquelle 71 désigne la zone où s'effectue le travail suivant les trois coordonnées x, ~ et z. De part et ~ d'autre de la machine proprement dite 70, sont disposés 35 des magasins 7Z et 73 permettant respectivement le choix __ du matériau à usiner et le choix de l'outil. La machine 70 comparte, en association avec ces magasins, un bras '... '' ~Z333~ ' 74 de prise des matériaux, et un bras 75 de changement d'outil, permettant les trans~erts entre les deux maga-sins 72 et 73 et la zone de travail 71.
On disposera d'un ensemble d'ébauches de couronnes 76 (voir figure 36), que le calculateur sélectionnera en fonction du volume et autres caractéristiques de la couronne 45 à réaliser. Chaque ébauche 76 est munie d'un - tenon de fixation 77, pour son immobilisation totale sur la machine. Dans ce but, la section du tenon 77 sera par exemple rectangulaire (voir figure 37).
Enfin, les copeaux résultant du Fraisage pourront être rec\lclés par fonderie, pour un nouvel usinase.
Comme il va de goi, l'invention se ne limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif de prise d'empreinte qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application fondées sur les mêmes principes. En particulier :
- La fonction du capteur ~ peut être effectu~e en temps différé par la corrélation vectorielle entre deux images radiographiques ou photographiques, prises ~ sous des angles di~érents.
- Le convertisseur analogique-numérique 9, réalisé
sous la forme d'un microprocesseur, peut être incorporé
à l'ensemole enoo-buccal, dans un dispositif similaire à celui de la figure 7.
- Il est possible d'utiliser une première fibre optique de section circulaire pour guider le faisceau incident, et une seconde fibre optique de section annu-30 laire, entourant la première, pour guider le faisceau réfléchi, au lieu de fibres optiques juxtaposées.
- Dans le système optique, il est possible d'utili-ser non seulement des mirnirs, mais aussi des prismes ~ en association avec les fibres optiques, pour permettre 35 une observation iatérale dans des parties de la bouche r d'accessibilité diFficile.
.

Claims (25)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif de prise d'empreinte par des moyens optiques, notamment en vue de la réalisation automatique de prothèses, et encore plus particulièrement la réalisation de prothèse telles que les couronnes utilisées en art dentaire, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement des moyens émetteurs d'ondes non traumatisantes, des moyens pour diriger lesdites ondes vers la partie du corps, telle qu'emplacement de dent, à analyser, des moyens récepteurs des ondes réfléchies par cette partie du corps, dirigeant lesdites ondes sur un capteur associé à un convertisseur analogique-numérique, permettant d'obtenir sous forme de signaux numériques une représentation de la forme, dans les trois dimensions de l'espace, de la partie du corps à
analyser, et des moyens d'analyse et de traitement des signaux numériques obtenus.

2. Dispositif de prise d'empreinte par des moyens optiques, notamment en vue de la réalisation automatique de prothèses, et encore plus particulièrement la réalisation de prothèse telles que les couronnes utilisées en art dentaire, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement des moyens émetteurs d'ondes lumineuses non traumatisantes, des moyens pour diriger lesdites ondes vers la partie du corps, telle qu'emplacement de dent, à analyser, des moyens récepteurs des ondes lumineuses réfléchies par cette partie du corps, dirigeant lesdites ondes sur un capteur associé à un convertisseur analogique-numérique, permettant d'obtenir sous forme de signaux numériques une représentation de la forme, dans les trois dimensions de l'espace, de la partie du corps à analyser, et des moyens d'analyse et de traitement des signaux numériques obtenus, notamment en vue de la commande automatique d'une machine-outil à commande numérique pour l'usinage d'une prothèse, telle qu'une prothèse dentaire, adaptée exactement à la partie du corps analysée.

3. Dispositif de prise d'empreinte par des moyens optiques, notamment en vue de la réalisation automatique de prothèses, et encore plus particulièrement la réalisation de prothèse telles que les couronnes utilisées en art dentaire, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement des moyens émetteurs d'ondes acoustiques non traumatisantes, des moyens pour diriger lesdites ondes vers la partie du corps, telle qu'emplacement de dent, à analyser, des moyens récepteurs des ondes acoustiques réfléchies par cette partie du corps, dirigeant lesdites ondes sur un capteur associé à un convertisseur analogique-numérique, permettant d'obtenir sous forme de signaux numériques une représentation de la forme, dans les trois dimensions de l'espace, de la partie du corps à analyser, et des moyens d'analyse et de traitement des signaux numériques obtenus, notamment en vue de la commande automatique d'une machine-outil à commande numérique pour l'usinage d'une prothèse, telle qu'une prothèse dentaire, adaptée exactement à la partie du corps analysée.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce qu'il comprend une source de lumière cohérente, au moins une fibre optique et une lentille pour diriger le faisceau incident vers la partie du corps à
analyser, au moins une autre lentille et une autre fibre optique pour recueillir le faisceau réfléchi et le diriger sur le capteur associé au convertisseur analogique-numérique, et un système optique tel qu'à miroir semi-transparent et lentille, dirigeant en outre sur ledit capteur un faisceau de référence, pour une analyse par interférence ondulatoire.

5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, dans le cas d'utilisation d'une source de lumière non cohérente, et pour permettre l'analyse par interféromètrie holographique, des trames de repérage associées respectivement à la source émettrice et au capteur, et des moyens permettant de déterminer ou de fixer la distance entre les moyens optiques d'une tête d'analyse et un plan de référence lié à la partie du corps à analyser.

6. Dispositif selon la revendicaiton 5, caractérisé en ce que l'analyse est effectuée dans une gamme d'ondes ne correspondant à aucune couleur présente dans la bouche, notamment en associant la source de lumière à un filtre permettant par exemple de travailler dans le bleu ou le vert, ou entre le bleu et le vert.

7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'est placé, sur la tête d'analyse, un émetteur-récepteur d'ultra-sons déterminant la distance au plan de référence, au moment précis où est réalisé
l'éclairage par la source.

8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'est placé, sur la tête d'analyse, un émetteur-récepteur d'infra-rouge déterminant la distance au plan de référence, au moment précis où est réalisé
l'éclairage par la source.

9. Dispositif selon la revendicaition 5, caractérisé en ce qu'est prévu, sur la tête d'analyse, un repère de longueur connue destiné à reposer sur un point de la partie du corps à analyser.

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source, le capteur et le convertisseur analogique-numérique sont placés dans un boîtier extérieur, relié par des fibres optiques à une tête d'analyse, telle qu'une tête apte à être amenée dans la bouche d'un patient.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la tête d'analyse possède deux lentilles réceptrices fixées respectivement aux extrémités de deux fibres optiques qui guident le faisceau réfléchi, divisé en deux fraction, pour analyser simultanément deux faces opposées de la partie du corps.

12. Dispositif selon la revendication 1, 3 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte une fibre optique unique, portant à son extrémité une lentille, qui guide à la fois le faisceau incident et le faisceau réfléchi, ce dernier étant renvoyé par un miroir semi-transparent sur le capteur associé au convertisseur analogique-numérique.

13. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la tête d'analyse inclut la source d'éclairage et le capteur, avec les lentilles respectives montées directement, cette tête étant raccordée par des liaisons électriques avec un boîtier extérieur incluant l'alimentation électrique et le convertisseur analogique-numérique.

14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique est complété par un ou des miroirs pour l'analyse simultanée de deux faces opposées de la partie du corps.

15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur atteint par le faisceau réfléchi est du type photosenseur à transfert de charge.

16. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur atteint par le faisceau réfléchi et aussi par un faisceau de référence est du type photosenseur à transfert de charge.

17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que ledit photosenseur est du type CCD
matriciel.

18. Dispositif selon la revendicaton 15, caractérisé en ce que des moyens de stockage de l'information sont insérés entre le capteur et le convertisseur analogique-numérique proprement dit, lequel délivre vers les moyens de traitement des signaux de sortie "point par point", transformés par une interface pour leur adaptation aux moyens de traitement numérique, des moyens de visualisation des données saisies étant en outre prévus, en liaison avec les moyens de stockage précités.

19. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'analyse et de traitement comprennent des moyens de détermination et de prise en compte de l'enveloppe ou volume à l'intérieur duquel doit s'inscrire la prothèse à usiner.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que sont prévus, pour la détermination de l'enveloppe de la prothèse:
a) des moyens de détermination des zones de contact des dents voisines, b) des moyens de détermination des plans tangents à l'arcade ou déterminés sur le côté symétrique, pour les faces vestibulaires ou linguales, c) des moyens de détermination des limites inférieures du moignon analysé en bouche, pour le plan inférieur, et d) des moyens de détermination du plan supérieur en fonction d'une analyse mathématique issue soit de l'étude des zones d'usure de l'ensemble du maxillaire, soit du déplacement réel de la mandibule.

21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que sont prévus des moyens de correction automatique de la forme extérieure théorique de la prothèse inscrite dans l'enveloppe précitée, en fonction de données résultant de l'analyse optique, telle que la forme du moignon de dent dans le cas de réalisation d'une couronne.

22. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'analyse et de traitement comprennent des moyens de détermination de l'occlusion, statique et dynamique.

23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdits moyens de détermination de l'occlusion comprennent:
- des moyens de repérage des maxillaires supérieure et inférieure, - des moyens de prises d'empreinte optique des deux maxillaires, - des moyens de réalisation d'une claie optique antérieure des repères des deux maxillaires, et - des moyens de réunion des deux maxillaires grâce à leurs repèrages au niveau de la claie.

24. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'analyse et de traitement comprennent des moyens de détermination et de prise en compte des couleurs ou teintes de dents.

25. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites ondes acoustiques sont des ondes ultra-sonores.