CN110916821A

CN110916821A - 基于3d打印的隐形矫正器的制备方法

Info

Publication number: CN110916821A
Application number: CN201911268672.XA
Authority: CN
Inventors: 叶海霞; 陈茂胜
Original assignee: Taizhou Yasimei Medical Technology Co Ltd; Zhejiang Yasimei Medical Equipment Technology Co Ltd
Current assignee: Taizhou Yasimei Medical Technology Co Ltd; Zhejiang Yasimei Medical Equipment Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-03-27

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的隐形矫正器的制备方法，包括如下步骤：S1)根据口腔CT图像，获取牙齿的牙冠模型和牙根模型；S2)采集患者口腔牙齿数据并转化为三维模型参数数据；S3)将CT图像数据和三维扫描数据进行配准融合处理，得到完整的牙齿三维模型；S4)采用正畸治疗排牙软件，根据牙齿三维模型生成一系列数字化排牙三维模型；S5)使用3D打印技术打印一系列光固化排牙模型；S6)在光固化排牙模型上使用高分子塑料膜片压制隐形矫正器；S7)取出隐形矫治器并进行修剪和打磨处理。本发明通过融合CT数据和三维扫描数据，使得设计的矫正方案更加准确，大大提高矫正精度和效率，减少对人工的依赖，且矫正效果更加稳定。

Description

基于3D打印的隐形矫正器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种隐形矫正器的制备方法，尤其涉及一种基于3D打印的隐形矫正器的制备方法。

背景技术

随着生活质量的提高，人们对牙齿美观越来越重视，牙齿正畸治疗技术逐渐被人们所接受。传统的口腔正畸采用镍钛合金弓丝与金属托槽相配合组成的固定矫治器，这种矫治器虽然能够很好地达到治疗效果，但不够美观、舒适。

目前，在牙齿正畸领域中，隐形矫治器因其美观、舒适而方便，逐步取代了传统的金属丝托槽矫治器，已越来越受到患者和医生的亲睐。隐形矫治器大多采用正压压膜成型技术而制得。对于一个病例，往往需要通过计算机软件根据原始牙齿布局设计出矫正后的最终牙齿布局。目前矫正的方案依赖设计人员的技术水平，造成矫正的最终效果差异较大，从而造成治疗效果的不稳定。在口腔矫正领域，传统的治疗过程中，牙颌物理模型是医师进行错愕畸形诊断、治疗方案规划和矫治器设计的主要依据，但是牙颌物理模型仅包括牙冠部分，而缺乏牙根和颌骨的三维信息，因而无法确定仅有部分牙冠萌出或无牙冠萌生的阻生牙和埋伏牙的牙轴。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于3D打印的隐形矫正器的制备方法，能够大大提高矫正精度和效率，减少对人工的依赖，且矫正效果更加稳定。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于3D打印的隐形矫正器的制备方法，包括如下步骤：S1)根据口腔CT图像，获取牙齿的牙冠模型和牙根模型；S2)采集患者口腔牙齿数据并转化为三维模型参数数据；S3)将CT图像数据和三维扫描数据进行配准融合处理，得到完整的牙齿三维模型；S4)采用正畸治疗排牙软件，根据所得的牙齿三维模型生成一系列数字化排牙三维模型；S5)使用3D打印技术打印一系列光固化排牙模型；S6)在光固化排牙模型上使用高分子塑料膜片压制隐形矫正器；S7)取出隐形矫治器并进行修剪和打磨处理。

进一步地，所述步骤S1)包括：S11)获取口腔CT图像，对目标区域进行截取，所述目标区域为牙齿及完整牙槽骨的矩形区域；S12)利用多种水平集算法对截取处理后的CT图像进行牙齿轮廓提取，通过等值面重建技术将CT图像重建为牙冠部分和牙根部分；S13)利用计算机算法实现矫正自动排牙。

进一步地，所述步骤S12在水平集算法中引入二阶因子，使得水平集函数更加光滑，从而减小梯度。

进一步地，所述步骤S2利用3D扫描仪扫描口腔石膏模型或者口扫获取患者口腔牙齿数据并转化为三维模型参数数据。

进一步地，所述步骤S3将CT图像产生的牙冠及牙根模型数据作为基准数据，将扫描产生的三维模型参数数据作为浮动数据，进行配准融合并重建为矫正用的基准三维模型。

进一步地，所述步骤S5将得到数字化排牙三维模型数据用STL格式输入到三维立体打印机中，采用光固化方式打印一系列矫正用的排牙模型。

进一步地，所述步骤S13中矫正自动排牙过程如下：采用β函数来拟合牙弓曲线，并建立牙齿移动路径规划的数学模型；自动排牙时，首先将各颗牙齿彼此分离形成一个个的独立体，并将每颗牙齿的连续移动离散成一系列点的跳跃；然后根据这些点把路径划分为m个移动阶段，矫正时比对拟合牙弓曲线进行平移和/或旋转，使n颗牙齿在矫正过程中，牙齿平移路径之和与转动角度之和均取得最小值；同时在平移和/或旋转的过程中进行碰撞检测

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于3D打印的隐形矫正器的制备方法，通过融合CT数据和三维扫描数据，增加了牙根和颌骨的三维信息，使得设计的矫正方案更加准确，从而能够大大提高矫正精度和效率，减少对人工的依赖，且矫正效果更加稳定。

附图说明

图1为本发明基于3D打印的隐形矫正器的制备流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明基于3D打印的隐形矫正器的制备流程示意图。

请参见图1，本发明提供的基于3D打印的隐形矫正器的制备方法，包括如下步骤：

S1)根据口腔CT图像，获取牙齿的牙冠模型和牙根模型；

S2)采集患者口腔牙齿数据并转化为三维模型参数数据；

S3)将CT图像数据(包括牙冠部分和牙根部分)和三维扫描数据进行配准融合处理，得到完整的牙齿三维模型；

S4)采用正畸治疗排牙软件，根据所得的牙齿三维模型生成一系列数字化排牙三维模型；

S5)使用3D打印技术打印一系列光固化排牙模型；

S6)在光固化排牙模型上使用高分子塑料膜片压制隐形矫正器；

S7)取出隐形矫治器并进行修剪和打磨处理。

本发明提供的基于3D打印的隐形矫正器的制备方法，具有如下优点：

1、融合三维模型数据和CT数据进行三维重建后，比较口腔三维模型数据，增加了牙根和颌骨的三维信息，设计的矫正方案更加准确，保证了矫正的效果。

2、设计软件采用了AI自学习能力，前期大量输入完美的案例，软件能够根据这些案例自我学习，能自动生成矫正方案，随着案例库的不断增加，软件更加智能，提高了矫正的效率，减少了对人工的依赖，矫正效果更加稳定。

下面给出一个完整的实施例：

步骤1：获取口腔CT图像，对目标区域进行截取，目标感兴趣的区域为牙齿及完整牙槽骨的矩形区域。

步骤2：利用多种水平集算法对步骤1中处理后的CT图像进行牙齿轮廓提取。通过等值面重建技术将CT图像重建为牙冠部分和牙根部分。在水平集算法中引入二阶因子，使得水平集函数更加光滑，从而减小梯度。水平集函数

不光滑的地方，▽

就会大于1，从而使得二阶因子P很大，对减小能量造成不利的影响。二阶因子P是一个惩罚项，要想能量最小，作为它的求和项中一项的P也应该小，对应的也就是曲线光滑。

步骤3：利用3D扫描仪扫描口腔石膏模型或者口扫获取口腔内牙齿的三维图形。

步骤4：将步骤3中CT图像牙冠模型数据与步骤4得到的三维图形进行配准融合，将CT图像产生的牙冠模型数据作为基准数据，将扫描产生的三维图像数据作为浮动数据，通过计算机算法，实现数据融合并重建为矫正用的基准三维模型。

步骤5、将步骤4获取的患者矫正用的基准三维模型数据输入正畸治疗排牙软件中，软件有人工智能学习能力，根据前期输入的大量案例数据，在理想的牙弓曲线上，根据排牙原则及专家经验，利用自动排牙算法对牙齿进行排列，可以自动输出设计方案，生成一系列数字化排牙模型。虚拟牙齿矫正中如何进行牙齿排列与移动是一个很复杂的问题，本发明采用β函数来拟合牙弓曲线，建立了牙齿移动路径规划的数学模型。

虚拟牙齿矫正多颗牙齿都亟待矫正，为使矫正过程具有一般性，不妨假定有几颗牙齿将要进行矫正.第一步为便于移动，首先将各颗牙齿彼此分离，形成一个个的独立体，牙齿的移动是一个连续的过程，模拟牙齿矫正过程不仅要保证真实性还要保证实时性，因此需要对问题做些简化，将每颗牙齿的连续移动离散成一系列点的跳跃。第二步根据这些点把路径划分为m个移动阶段，移动中牙齿既有平移，还会有旋转。要保证路径最优就要使n颗牙齿在矫正过程中，牙齿平移路径之和Fa与转动角度之和Fb均取得最小值；m,n为正整数。矫正的过程是牙齿移动和旋转的过程，相互之间难免会发生碰撞，因此碰撞检测必不可少。矫正过程是个逐步且缓慢的过程，每次平移的距离和旋转的角度都不可过大，因此需要限制。在理想的牙弓曲线上，根据排牙原则及专家经验，利用自动排牙算法对牙齿进行排列

步骤6、根据隐形矫治器的三维模型制作隐形矫治器：

将步骤5得到的隐形矫治器的排牙三维模型数据用STL格式输入到三维立体打印机中，采用光固化方式打印一系列矫正用的排牙模型，此次打印不需要全部打印系列，只需要打印前面一半的矫正分步的模型。

步骤7、采用压制的方式，使用高分子塑料膜片材料，在打印好的排牙模型上压制出隐形矫正牙套。

步骤8、对隐形矫正牙套进行修剪打磨处理。

步骤9、给患者使用隐形矫正器：

所述制造方法所制得的隐形矫治器的使用方法，按设计的分步矫正方案逐步逐个使用，所述使用方法为每副矫正器使用1-2周，直至使用完所有隐形矫治器。

步骤10、矫正分步进行一半后，重新开始步骤1-9，在实际矫正中，由于理想设计和实际矫正效果的差别，本发明方法将正常的矫正周期分成两部分，矫正到一半周期时，重新获取CT数据和口腔模型数据，这样的方法会使得整个矫正方案更加精准和高效。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种基于3D打印的隐形矫正器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)根据口腔CT图像，获取牙齿的牙冠模型和牙根模型；

S2)采集患者口腔牙齿数据并转化为三维模型参数数据；

S3)将CT图像数据和三维扫描数据进行配准融合处理，得到完整的牙齿三维模型；

S5)使用3D打印技术打印一系列光固化排牙模型；

S7)取出隐形矫治器并进行修剪和打磨处理。

2.如权利要求1所述的基于3D打印的隐形矫正器的制作方法，其特征在于，所述步骤S1)包括：

S11)获取口腔CT图像，对目标区域进行截取，所述目标区域为牙齿及完整牙槽骨的矩形区域；

S12)利用多种水平集算法对截取处理后的CT图像进行牙齿轮廓提取，通过等值面重建技术将CT图像重建为牙冠部分和牙根部分；

S13)利用计算机算法实现矫正自动排牙。

3.如权利要求2所述的基于3D打印的隐形矫正器的制作方法，其特征在于，所述步骤S12在水平集算法中引入二阶因子，使得水平集函数更加光滑，从而减小梯度。

4.如权利要求1所述的基于3D打印的隐形矫正器的制作方法，其特征在于，所述步骤S2利用3D扫描仪扫描口腔石膏模型或者口扫获取患者口腔牙齿数据并转化为三维模型参数数据。

5.如权利要求1所述的基于3D打印的隐形矫正器的制作方法，其特征在于，所述步骤S3将CT图像产生的牙冠及牙根模型数据作为基准数据，将扫描产生的三维模型参数数据作为浮动数据，进行配准融合并重建为矫正用的基准三维模型。

6.如权利要求1所述的基于3D打印的隐形矫正器的制作方法，其特征在于，所述步骤S5将得到数字化排牙三维模型数据用STL格式输入到三维立体打印机中，采用光固化方式打印一系列矫正用的排牙模型。

7.如权利要求2所述的基于3D打印的隐形矫正器的制作方法，其特征在于，所述步骤S13中矫正自动排牙过程如下：采用β函数来拟合牙弓曲线，并建立牙齿移动路径规划的数学模型；自动排牙时，首先将各颗牙齿彼此分离形成一个个的独立体，并将每颗牙齿的连续移动离散成一系列点的跳跃；然后根据这些点把路径划分为m个移动阶段，矫正时比对拟合牙弓曲线进行平移和/或旋转，使n颗牙齿在矫正过程中，牙齿平移路径之和与转动角度之和均取得最小值；同时在平移和/或旋转的过程中进行碰撞检测。