CN106109030A - 正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法，包括以下步骤：获取、复制牙齿模型，生成具有正畸效果的牙齿三维数字化模型；对上述牙齿三维数字化模型进行优化处理，生成具有合理结构、可快速生产的牙齿三维数字化优化结构模型，具体优化处理过程包括：模型体积缩减；模型数据点去冗余；模型倒凹处理等，以得到具有优化结构模型。本发明方法能生成与实际正畸矫治需求保持一致，无缝配合的牙齿三维数字化模型，在保证结构合理和制造精度的同时提高制造正畸用隐形高分子牙套的效率，并减少制造成本，具有广泛的推广意义。

Description

正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法

技术领域

本发明涉及牙齿正畸技术领域,具体涉及正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法。

背景技术

近年来，口腔正畸隐形矫治技术在我国逐步发展并走向成熟。随着美国、中国等一些国家的正畸医师与计算机软件工程师跨学科协作，采用CAD/CAM 技术，生成牙颌模型，然后通过正压压膜机在牙颌模型上压制加工隐形高分子牙套。

在基于当前三维数字化模型重建和快速成型技术的前沿发展，随着扫描测量设备的发展，获取包含被测量对象更多细节的海量数据已非常方便，但大量的测量点却给模型重建带来了困难,当前计算机硬件设备针对大数据量的三维模型计算和绘制尚不能完全满足用户要求，模型重建比较困难，而且模型为整个牙颌的模型，成型缓慢、成本高,难以保证制造精度及合理的结构；且在通过该模型制造隐形高分子牙套时，会浪费大量原材料，提高制造成本，难以保证佩戴舒适度及矫治效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中牙齿三维数字化模型重建困难、成型缓慢、成本高等技术问题，提出一种正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法，所述模型可以快速生产、精度高，而且通过该模型生成的高分子牙套可以有效保证佩戴舒适度及合适的矫治力，具有广泛的应用前景。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法，包括以下步骤：A、获取、复制牙齿模型，生成具有正畸效果的牙齿三维数字化模型； B、对上述牙齿三维数字化模型进行优化处理，生成具有合理结构、可快速生产的牙齿三维数字化优化结构模型，具体优化处理过程包括以下步骤：B1、模型体积缩减；B2、模型数据点去冗余；B3、判断是否需要倒凹处理，若需要则进行以下操作：设置倒凹区；设置补全阈值；根据补全阈值计算倒凹区域内每个点的新坐标并替换到模型中；若不需要，优化处理完成，得到具有优化结构模型。

进一步的，所述步骤A包括以下步骤：A1、采用二步法获取患者硅橡胶印模； A2、根据硅橡胶印模，获得牙齿的三维数字化模型；A3、通过三维数字化模型的移动、变形和重建，生成具有正畸矫治效果的牙齿三维数字化模型。

进一步的，所述步骤A2中获得牙齿三维数字化模型采用灌注石膏模、并扫描所述石膏模的方法，有效保证所获得模型的精度，对后期牙模的精度、佩戴舒适度及矫治效果起到很好的作用。

进一步的，所述步骤B1 对模型体积缩减具体包括以下步骤：确定每个牙齿对应的牙龈线的极值点；确定每个极值点连线作为分割平面的轮廓线；对每个牙齿模型计算其对应的两个分割三角面的相交情况；根据相交情况重建模型表面,在缩减体积的同时，有效保证正畸所需的既有特征，同时降低处理复杂度及成本。

进一步的，所述步骤B2中模型数据点去冗余具体包括以下步骤：检查每个点是否重复或接近，并去除多余点；检查每个点的连线情况去除没有连接线的点；检查每个点是否处于模型内部，以去除无效点；检查每个面及其邻接面是否法向一致，法向一致的面合并，以去除多余的点,综合考虑各个方面，以便简洁，快速，高效的去除多余点，有效简化模型。

进一步的，所述步骤B中优化处理过程还包括判断是否需要开窗的步骤，若需要则执行以下步骤：设置开窗区域及突度，并分析开窗区域每个点的新坐标并替换；这样的方法增加开窗方便直观，计算效率高、速度快，不增加模型数据。

进一步的，所述步骤B中优化处理过程还包括判断是否需要设置空胞的步骤，若需要则执行以下步骤：选择空胞位置；设置空胞形状；确定空胞大小完成空胞设置，方便直观、计算效率高、速度快，有效保持牙齿的预设运动或者青少年牙齿的萌出。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明方案通过获取、复制牙齿模型，生成具有正畸效果的牙齿三维数字化模型；并对对上述牙齿三维数字化模型进行优化处理，生成具有合理结构、可快速生产的牙齿三维数字化优化结构模型，具体优化处理过程包括：模型体积缩减；模型数据点去冗余；模型倒凹处理；开窗及设置空胞等步骤，从新的出发点设计本方案，解决现有技术通过改变生产环节指标控制制作精度，效率低下、难度大等难题，综合考虑用户实际需求，得到具有优化结构模型。

本发明方法能生成与实际正畸矫治需求保持一致，无缝配合的牙齿三维数字化模型，在保证结构合理和制造精度的同时提高制造正畸用隐形高分子牙套的效率，并减少制造成本，整个优化过程方便，直观，计算效率高，速度快，不损害正畸所需的既有特征，具有广泛的推广意义。

附图说明

图1是本发明实施例中对牙齿三维数字化模型进行优化处理的流程图；

图2为实施例中未处理的牙龈牙冠示意图；

图3为实施例中找出每个牙齿对应牙龈线的极值点示意图；

图4为实施例中分割平面位置示意图；

图5为根据图4中的分割平面切割原有模型得到的初步简化模型示意图；

图6为实施例中倒凹处理前后对比示意图；

图7为本实施例中开窗前后对比示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

本发明提供一种正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法，包括以下步骤：A、获取、复制牙齿模型，生成具有正畸效果的牙齿三维数字化模型； B、对上述牙齿三维数字化模型进行优化处理，生成牙齿三维数字化优化结构模型，具体优化处理过程包括以下步骤：B1、模型体积缩减；B2、模型数据点去冗余；B3、判断是否需要倒凹处理；B4、判断是否需要开窗；B5、判断是否需要设置空胞。

本实施例中，所述步骤A具体实施过程如下：

A1、采用二步法获取患者硅橡胶印模；即常规备牙后，选择合适的托盘；取适量的硅胶印模材重体，充分混合后放入托盘，上面覆盖塑料薄膜；将带有塑料膜和硅胶印模材的托盘，放入口内取模，并前后左右摇晃2-3次，留出0.5mm左右的缝隙，待印模材完全固化后，从口内取出印模；检查印模是否有缺陷，移除塑料膜；将硅胶印模材轻体注入印模，布满全牙列，深度超过1/2牙冠高度，轻轻震动托盘；将托盘放入口内，以轻微压力和颤动方式使印模托盘就位，在印模材未完全固化前，手不要开托盘，对托盘略使力量，以免印模变形；待轻体固化后完成印模制作，及保证精度及保存时间。

A2、根据硅橡胶印模，获得牙齿的三维数字化模型，可以采用以下两种方法：1）直接扫描硅橡胶印模；2）灌注石膏模后，扫描所得石膏模。本实施例优选采取第二种方法，有效保证所获得模型的精度，保证后期牙模的佩戴舒适度及矫治效果。

A3、通过三维数字化模型的移动、变形和重建，生成具有正畸矫治效果的牙齿三维数字化模型，具体的，根据正畸医师的矫治方案要求，通过三维模型的补全、移动、旋转、变形等一系列操作之后，模型重建并数据保存，生成具有理想矫治效果的牙齿排列三维数字化模型；正畸医师在接诊后根据诊断结果提出初步的正畸矫治要求，生产技师根据其要求，利用正畸牙齿切分软件将三维数字化模型的牙齿切分成独立的牙齿，补全被遮挡部分，并根据医学定义预置后续步骤所需的各种辅助点线面的位置，并保存切分三维数字化模型到网络服务器。后续排牙技师利用辅助排牙软件下载生产技师所上传的三维数字化模型，根据正畸医师提出的正畸矫治要求，结合正畸学基本原则，设计矫治方案，即对需要矫治的牙齿进行移动、旋转、变形等一系列操作后，到达理想的牙齿位置，最后将所制方案上传网络服务器，得到一系列具有正畸效果的牙齿三维数字化模型。

参考图1，本实施例对牙齿三维数字化模型的优化处理过程具体包括以下步骤：

步骤B1对模型体积缩减：取各牙齿牙龈线沿牙齿长轴方向最低（下颌）或最高（上颌）的三个点连线作为牙龈底面分割平面，裁剪多余的牙龈和牙根，参考图2-图5，其中1为牙龈、2为虚拟牙根、3为牙龈线、4为牙冠、5为极值点、6为分割平面的轮廓线，具体包括以下步骤：确定每个牙齿对应的牙龈线3的极值点5；确定每个极值点5连线作为分割平面的轮廓线6；对每个牙齿模型计算去对应的两个分割三角面的相交情况；处于分割面附近的线，确定其与分割面的交点，将其交点作为分割面的新增点加入模型，并况重建模型表面将其封闭。模型以分割平面为界，靠近牙齿的部分保留，另一侧多余的去除，在减小牙龈的体积的同时保持既有牙龈线的形状，有效简化模型，在缩减体积的同时，有效保证正畸所需的既有特征，同时降低处理复杂度及成本，有效提高生产效率。

步骤B2去除冗余数据点：缩减体积后，针对制造精度优化模型，去除多余、重复、无效的数据点，减少数据量。即：1）载入初步简化模型；2）检查模型中每个点是否重复或接近，以去除重复；3）检查模型中各点的连接情况以去除没有连接线的点；4）检查模型中点是否在模型内部以去除无效；5）检查每个面及其邻接面是否法向接近（由阈值确定），法向一致的面合并，去除法向接近的面中多余的点，综合考虑各个方面，进一步的简化模型,以便简洁、快速、高效的去除多余点，降低后期牙套生产成本、增加生产效率。

为了防止后续热压后高分子牙套摘戴困难，参考图6，倒凹区7与补全后的倒凹区9的对比图，其中8为牙齿，本实施例中，通过步骤B3判断是否需要倒凹处理，若需要则进行以下操作：设置倒凹区7；设置补全阈值；根据补全阈值计算倒凹区7内每个点的新坐标并替换到模型中，保证通过该牙模生产的高分子牙套成本低、佩戴舒适、具有合适的矫治力，且便于高分子牙套的摘戴。

另外附加正畸手段在对模型的优化处理过程中，也需要对牙套某些部位增加开窗；如步骤B4判断是否需要开窗，若需要则设置开窗区域及突度，并分析开窗区域每个点的新坐标并替换，参考图7，开窗前后对比及开窗种类示意图，例如，开窗种类包括：圆形开窗（中部）10、圆形开窗（边缘）11、矩形开窗（中部）12、矩形开窗（边缘）13。在某些情况下需要空胞以保持牙齿的预设运动或者青少年牙齿的萌出，如步骤B5判断是否需要设置空胞的步骤，若需要则执行以下步骤：选择空胞位置；设置空胞形状；确定空胞大小完成空胞设置。

通过三维数字化模型快速成型技术生成经过步骤B后续处理的牙齿排列三维数字化优化结构模型，制造牙齿排列模型实体，整个优化过程方便，直观，计算效率高，速度快，不损害正畸所需的既有特征；基于牙齿排列模型实体制造正畸用隐形高分子牙套；选用世界领先的热压成型设备和膜片，严格按照生产工艺，制造符合正畸医师所制矫治方案的正畸用隐形高分子牙套。该高分子牙套将产生足够的矫治力，在规定的时间内达到正畸医师期望的矫治效果，并且安全可靠。本方法能生成与实际正畸矫治需求保持一致，无缝配合的牙齿三维数字化模型，在保证结构合理和制造精度的同时提高制造正畸用隐形高分子牙套的效率，并减少制造成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.正畸用牙齿三维数字化优化结构模型的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、获取、复制牙齿模型，生成具有正畸效果的牙齿三维数字化模型；

B、对上述牙齿三维数字化模型进行优化处理，生成牙齿三维数字化优化结构模型，具体优化处理过程包括以下步骤：

B1、模型体积缩减；

B2、模型数据点去冗余；

B3、判断是否需要倒凹处理，若需要则进行以下操作：设置倒凹区；设置补全阈值；根据补全阈值计算倒凹区域内每个点的新坐标并替换到模型中；若不需要，优化处理完成，得到具有优化结构模型。

2.根据权利要求1所述的模型的生成方法，其特征在于：所述步骤A包括以下步骤：

A1、采用二步法获取患者硅橡胶印模；

A2、根据硅橡胶印模，获得牙齿的三维数字化模型；

A3、通过三维数字化模型的移动、变形和重建，生成具有正畸矫治效果的牙齿三维数字化模型。

3.根据权利要求2所述的模型的生成方法，其特征在于：所述步骤A2中获得牙齿三维数字化模型采用灌注石膏模，并扫描所述石膏模的方法。

4.根据权利要求1所述的模型的生成方法，其特征在于：所述步骤B1 对模型体积缩减具体包括以下步骤：确定每个牙齿对应的牙龈线的极值点；确定每个极值点连线作为分割平面的轮廓线；对每个牙齿模型计算其对应的两个分割三角面的相交情况；根据相交情况重建模型表面。

5.根据权利要求1所述的模型的生成方法，其特征在于：所述步骤B2中模型数据点去冗余具体包括以下步骤：检查每个点是否重复或接近，并去除多余点；检查每个点的连线情况去除没有连接线的点；检查每个点是否处于模型内部，以去除无效点；检查每个面及其邻接面是否法向一致，法向一致的面合并，以去除多余的点。

6.根据权利要求1所述的模型的生成方法，其特征在于：所述步骤B中优化处理过程还包括判断是否需要开窗的步骤，若需要则执行以下步骤：设置开窗区域及突度，并分析开窗区域每个点的新坐标并替换。

7.根据权利要求1所述的模型的生成方法，其特征在于：所述步骤B中优化处理过程还包括判断是否需要设置空胞的步骤，若需要则执行以下步骤：选择空胞位置；设置空胞形状；确定空胞大小完成空胞设置。