CN110226978A - 一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，基于模型表面平均曲率的单齿分割技术对单颗牙齿进行分割，对牙齿和牙龈进行分离，有效提高了分割精度；针对每颗牙齿，能够识别牙齿上的特征点（近中点、远中点、牙槽嵴顶点），并根据解剖学测量结果（牙冠高度，牙根长度）生成牙长轴和牙齿旋转中心，建立牙齿移动坐标系，准确反映牙齿实际的解剖学特征，有效提高模拟精度；在牙齿模型的建立过程中，使用的牙根自动生成方法基于泊松方程的求解,该方法生成的牙根曲面,可以同时满足:吻合复杂牙龈线,光滑的牙根面以及合理的牙根形态。
Description
技术领域
本发明涉及计算机与医疗技术领域，具体涉及一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法。
背景技术
错颌畸形影响牙颌面的发育，影响口腔的健康，影响口腔的功能，更可能严重影响患者的容貌外观。此外错颌畸形造成咀嚼功能降低，可能引发消化不良及肠胃疾病，而颜面畸形也可能带来心理和精神障碍。而随着社会发展和生活水平提高，伴随现代人对（容貌）美和健康的追求的不断提高，口腔正畸越来越受到重视。
目前市场上主要有三种牙齿矫治技术：分别是传统矫治（使用有托槽矫治器），舌侧矫治（使用舌侧矫治器）和隐形矫治（使用无托槽隐形矫治器）。无托槽隐形矫治器最是正畸技术发展的最新成果，该类矫治器是以新的计算机图像处理和辅助设计技术、快速成型技术制作的透明弹性活动矫治装置，具体而言，将患者的牙齿模型通过一系列处理，转换成计算机可识别的数字化数据。用软件辅助设计矫治步骤和最终矫治目标。再采用专有技术为每位患者定制一系列矫治器牙套，患者每2周自行更换一次，直到矫治完成。在每次戴用时，牙齿都会有受力的感觉，并向该矫治器设计的位置移动，与传统矫治和舌侧矫治相比，隐形矫治有较独到的优势和特点，具体体现在美观性好，舒适度高，容易清洁，矫治结果可预测，矫治时间缩短等方面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，能够通过基于模型表面平均曲率的单齿分割技术对单颗牙齿进行分割，对牙齿和牙龈进行分离，有效提高了分割精度；针对每颗牙齿，能够识别牙齿上的特征点（近中点、远中点、牙槽嵴顶点），并根据解剖学测量结果（牙冠高度，牙根长度）生成牙长轴和牙齿旋转中心，建立牙齿移动坐标系，准确反映牙齿实际的解剖学特征，有效提高模拟精度；在牙齿模型的建立过程中，使用的牙根自动生成方法基于泊松方程的求解, 该方法生成的牙根曲面, 可以同时满足: 吻合复杂牙龈线，光滑的牙根面以及合理的牙根形态，用以解决现有技术导致的缺陷。
为解决上述技术问题本发明提供以下的技术方案：一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其中，包括以下步骤：
S1：扫描获取上牙列模型与下牙列模型，并进行导入；
S2：分别对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行处理；
S3：根据单颗牙齿进行设置、计算生成近中点平面、远中点平面以及牙长轴方向；
S4：根据临床需求调整牙长轴方向；
S5：根据单颗牙齿与牙长轴建立坐标系；
S6：计算上、下牙列模型表面曲率，获取表面曲率分布模型，根据表面曲率分布生成牙齿-牙齿和牙齿-牙龈的边界曲线，并根据边界曲线进行单齿分割；
S7：填补单齿分割后生成的牙龈模型上的缺面，控制所补面与牙龈面在边界条件上曲率连续；
S8：根据单齿分割后生成的牙齿（牙冠）面和测量所得牙根长度信息生成人工牙根；
S9：将分割后的牙龈模型与牙齿模型装配，生成最终的隐形矫治模型。
上述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其中，对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行处理分别包括以下步骤：
分别对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行简化处理；
分别对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行光顺处理；
调整所述上牙列模型与所述下牙列模型的位置。
上述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其中，所述上牙列模型与所述下牙列模型之间根据咬合关系建立合理的位置关系。
上述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其中，生成近中点平面、远中点平面、牙长轴方向的方法包括以下步骤：
设置单颗牙齿的近中点和远中点，近中点、远中点限定了每颗牙齿在近远中方向上的大致宽度；
设置单颗牙齿的牙槽嵴顶点，该牙槽嵴顶点限定了每颗牙齿在轴向的牙冠大致高度；
根据单颗牙齿近中点、远中点和牙槽嵴顶点位置计算生成近、远中平面和牙长轴方向。
上述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其中，建立坐标系的具体步骤如下：
根据牙槽嵴顶点到牙长轴的投影和测量所得牙根长度信息综合计算牙齿阻抗中心的位置，即牙齿移动坐标系原点；
根据牙齿阻抗中心，牙齿近、远中平面垂直方向，牙长轴方向，生成单颗牙齿移动坐标系。
上述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其中，通过在隐形矫治模型上移动（平移和旋转）单颗牙齿实现隐形矫治过程的模拟，模拟过程中牙龈以计算生成的系数进行合理的变形。
依据上述本发明一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法提供的技术方案效果是：通过基于模型表面平均曲率的单齿分割技术对单颗牙齿进行分割，对牙齿和牙龈进行分离，有效提高了分割精度；针对每颗牙齿，能够识别牙齿上的特征点（近中点、远中点、牙槽嵴顶点），并根据解剖学测量结果（牙冠高度，牙根长度）生成牙长轴和牙齿旋转中心，建立牙齿移动坐标系，准确反映牙齿实际的解剖学特征，有效提高模拟精度；在牙齿模型的建立过程中，使用的牙根自动生成方法基于泊松方程的求解, 该方法生成的牙根曲面, 可以同时满足: 吻合复杂牙龈线, 光滑的牙根面以及合理的牙根形态。
附图说明
图1为本发明一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法的流程图。
图2为导入后建立咬合关系的上下牙列模型示意图；
图3为单颗牙齿近、远中点位置示意图；
图4为单颗牙齿牙槽嵴顶点位置示意图；
图5为单颗牙齿近、远中平面示意图；
图6为单颗牙齿牙长轴方向示意图；
图7为分割后的牙龈模型示意图；
图8为分割后的牙齿模型示意图；
图9为牙龈补面结果示意图；
图10为牙根生成结果示意图。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明的第一实施例是提供一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，目的是通过基于模型表面平均曲率的单齿分割技术对单颗牙齿进行分割，对牙齿和牙龈进行分离，有效提高了分割精度；针对每颗牙齿，能够识别牙齿上的特征点（近中点、远中点、牙槽嵴顶点），并根据解剖学测量结果（牙冠高度，牙根长度）生成牙长轴和牙齿旋转中心，建立牙齿移动坐标系，准确反映牙齿实际的解剖学特征，有效提高模拟精度；在牙齿模型的建立过程中，使用的牙根自动生成方法基于泊松方程的求解, 该方法生成的牙根曲面, 可以同时满足: 吻合复杂牙龈线, 光滑的牙根面以及合理的牙根形态。
如图1-10所示，一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其中，包括以下步骤：
S1：扫描获取上牙列模型与下牙列模型，并进行导入；
S2：分别对上牙列模型与下牙列模型进行处理；
S3：根据单颗牙齿进行设置、计算生成近中点平面、远中点平面以及牙长轴方向；
S4：根据临床需求调整牙长轴方向；
S5：根据单颗牙齿与牙长轴建立坐标系；
S6：计算上、下牙列模型表面曲率，获取表面曲率分布模型，根据表面曲率分布生成牙齿-牙齿和牙齿-牙龈的边界曲线，并根据边界曲线进行单齿分割；
S7：填补单齿分割后生成的牙龈模型上的缺面，控制所补面与牙龈面在边界条件上曲率连续；
S8：根据单齿分割后生成的牙齿（牙冠）面和测量所得牙根长度信息生成人工牙根；
S9：将分割后的牙龈模型与牙齿模型装配，生成最终的隐形矫治模型。
本实施例提供的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，对上牙列模型与下牙列模型进行处理分别包括以下步骤：
分别对上牙列模型与下牙列模型进行简化处理；
分别对上牙列模型与下牙列模型进行光顺处理；
调整上牙列模型与下牙列模型的位置。
本实施例提供的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，上牙列模型与下牙列模型之间根据咬合关系建立合理的位置关系。
本实施例提供的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，生成近中点平面、远中点平面、牙长轴方向的方法包括以下步骤：
设置单颗牙齿的近中点和远中点，近中点、远中点限定了每颗牙齿在近远中方向上的大致宽度；
设置单颗牙齿的牙槽嵴顶点，该牙槽嵴顶点限定了每颗牙齿在轴向的牙冠大致高度；
根据单颗牙齿近中点、远中点和牙槽嵴顶点位置计算生成近、远中平面和牙长轴方向。
本实施例提供的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，建立坐标系的具体步骤如下：
根据牙槽嵴顶点到牙长轴的投影和测量所得牙根长度信息综合计算牙齿阻抗中心的位置，即牙齿移动坐标系原点；
根据牙齿阻抗中心，牙齿近、远中平面垂直方向，牙长轴方向，生成单颗牙齿移动坐标系。
本实施例提供的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，通过在隐形矫治模型上移动（平移和旋转）单颗牙齿实现隐形矫治过程的模拟，模拟过程中牙龈以计算生成的系数进行合理的变形。
综上，本发明的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，能够通过基于模型表面平均曲率的单齿分割技术对单颗牙齿进行分割，对牙齿和牙龈进行分离，有效提高了分割精度；针对每颗牙齿，能够识别牙齿上的特征点（近中点、远中点、牙槽嵴顶点），并根据解剖学测量结果（牙冠高度，牙根长度）生成牙长轴和牙齿旋转中心，建立牙齿移动坐标系，准确反映牙齿实际的解剖学特征，有效提高模拟精度；在牙齿模型的建立过程中，使用的牙根自动生成方法基于泊松方程的求解, 该方法生成的牙根曲面, 可以同时满足: 吻合复杂牙龈线, 光滑的牙根面以及合理的牙根形态，针对虚拟矫治过程，牙龈的变形过程采用了更加符合高效的带权重变形算法，权重的获取符合物理变形的特点，该算法具有变形计算代价极小, 同时对于平移和旋转均有很好的模拟效果和计算速度等特点。
以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：扫描获取上牙列模型与下牙列模型，并进行导入；
S2：分别对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行处理；
S3：根据单颗牙齿进行设置、计算生成近中点平面、远中点平面以及牙长轴方向；
S4：根据临床需求调整牙长轴方向；
S5：根据单颗牙齿与牙长轴建立坐标系；
S6：计算上、下牙列模型表面曲率，获取表面曲率分布模型，根据表面曲率分布生成牙齿-牙齿和牙齿-牙龈的边界曲线，并根据边界曲线进行单齿分割；
S7：填补单齿分割后生成的牙龈模型上的缺面，控制所补面与牙龈面在边界条件上曲率连续；
S8：根据单齿分割后生成的牙齿（牙冠）面和测量所得牙根长度信息生成人工牙根；
S9：将分割后的牙龈模型与牙齿模型装配，生成最终的隐形矫治模型。
2.如权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其特征在于，对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行处理分别包括以下步骤：
分别对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行简化处理；
分别对所述上牙列模型与所述下牙列模型进行光顺处理；
调整所述上牙列模型与所述下牙列模型的位置。
3.如权利要求2所述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其特征在于，所述上牙列模型与所述下牙列模型之间根据咬合关系建立合理的位置关系。
4.如权利要求3所述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其特征在于，生成近中点平面、远中点平面、牙长轴方向的方法包括以下步骤：
设置单颗牙齿的近中点和远中点，近中点、远中点限定了每颗牙齿在近远中方向上的大致宽度；
设置单颗牙齿的牙槽嵴顶点，该牙槽嵴顶点限定了每颗牙齿在轴向的牙冠大致高度；
根据单颗牙齿近中点、远中点和牙槽嵴顶点位置计算生成近、远中平面和牙长轴方向。
5.如权利要求4所述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其特征在于，建立坐标系的具体步骤如下：
根据牙槽嵴顶点到牙长轴的投影和测量所得牙根长度信息综合计算牙齿阻抗中心的位置，即牙齿移动坐标系原点；
根据牙齿阻抗中心，牙齿近、远中平面垂直方向，牙长轴方向，生成单颗牙齿移动坐标系。
6.如权利要求5所述的一种计算机辅助牙齿隐形矫治模型的生成方法，其特征在于，通过在隐形矫治模型上移动（平移和旋转）单颗牙齿实现隐形矫治过程的模拟，模拟过程中牙龈以计算生成的系数进行合理的变形。
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| PB01 | Publication | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20210720 Address after: 314109 floors 1-2 and 3 of plant 1, No. 666, Tianning Avenue, Tianning Town, Jiashan County, Jiaxing City, Zhejiang Province Applicant after: Zhejiang youyiji oral medical instrument Co.,Ltd. Address before: 201318 3rd floor, building 12, no.1-28, Lane 588, Tianxiong Road, Pudong New Area, Shanghai Applicant before: SHANGHAI UEG MEDICAL INSTRUMENT Co.,Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190913 |