一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法专利查询|发明专利查询-凯发体育开户在线

1.一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于该方法包含下列步骤：
步骤一、构建包含有牙龈的牙齿模型：
先依次进行牙颌三维网格模型获取、牙齿分割和牙齿修复，然后进行虚拟牙龈网格构建和虚拟牙齿咬合构建；
步骤二、进行虚拟矫治对牙齿模型进行运动处理，获得牙齿模型运动信息：
包含依次进行的牙齿运动构建和牙齿路径规划的步骤，并根据牙齿模型的运动信息对牙齿模型中的虚拟牙龈网格进行形变计算；
步骤三、将处理后的牙齿模型进行优化处理和生产，优化处理和生产包含生物力学分析、矫治辅助附件安装、3d打印预处理、牙龈线提取和矫治器实物生产的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：
所述步骤一中的牙颌三维网格模型获取具体是指：三维扫描已获得的全颌牙齿的实物石膏模型，得到包含有上下颌的牙颌三维网格模型。
3.根据权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：所述步骤一中的牙齿分割是利用区域增长法将单颗牙齿从整个牙颌三维网格模型中分离出来。
4.根据权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：所述步骤一中的虚拟牙龈构建具体是利用牙齿修复后的牙颌三维网格模型构建获得虚拟牙龈三角网格；所述步骤一中的虚拟咬合构建具体是对牙齿修复后的牙颌三维网格模型进行处理获得最佳的咬合关系，在不发生碰撞的前提下使上下牙之间的接触面积最大。
5.根据权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：所述步骤二中的牙齿运动构建具体是包括建立单颗牙齿的运动方式。
6.根据权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：所述步骤二中的牙齿路径规划是指根据牙齿运动构建的结果，输入每颗牙齿的初始位置和最终位置，计算出每颗牙齿模型移动的中间路径，进行运动干涉检测并消除碰撞，以修改牙齿移动的中间路径，得到最适合的牙齿模型运动信息。
7.根据权利要求6所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：所述的运动干涉检测是指每处中间路径中相邻颗牙齿模型进行碰撞检测，对没有发生碰撞的两颗牙齿模型计算其中间间隔，对发生碰撞的两颗牙齿模型计算其贯穿深度，通过贯穿深度改变牙齿最终位置消除碰撞。
8.根据权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：所述步骤三中的3d打印预处理是包括网格模型融合，网格模型融合是指将分离的牙齿和牙龈模型进行融合形成stl模型用于3d打印。
9.根据权利要求1所述的一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，其特征在于：所述步骤三中的牙龈线提取是指从牙齿模型的虚拟牙龈三角网格中提取牙龈线，并在牙龈乳头处进行平滑连接。

一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及了数字口腔领域，具体地说是涉及了一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法。\n背景技术\n[0002] 近年来，数字口腔技术发展迅速，牙齿隐形正畸也逐渐普及。而数字治疗辅助系统在牙齿正畸中起到了越来越重要的作用。数字治疗辅助系统要完成的工作就是对牙齿三维数字模型进行处理，完成虚拟矫治的模拟，并进行生产。\n[0003] 但由于计算机技术在牙齿隐形正畸领域应用时，需要大量的人工交互和人工数据处理，生产周期过长，成本过高。\n发明内容\n[0004] 本发明所提供了一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，利用计算机技术处理牙齿模型，设计矫治器，利用3d打印技术生产矫治器。\n[0005] 本发明采用的技术方案包含以下三个模块：\n[0006] 本发明包含下列步骤：\n[0007] 步骤一、构建包含有牙龈的牙齿模型：\n[0008] 先依次进行牙颌三维网格模型获取、牙齿分割和牙齿修复，然后进行虚拟牙龈网格构建和虚拟牙齿咬合构建；\n[0009] 步骤二、进行虚拟矫治对牙齿模型进行运动处理，获得牙齿模型运动信息：\n[0010] 包含依次进行的牙齿运动构建和牙齿路径规划的步骤，并根据牙齿模型的运动信息采用基于laplacian算子的自由形变算法对牙齿模型中的虚拟牙龈网格进行形变计算；\n[0011] 步骤三、再将处理后的牙齿模型进行优化处理和生产，优化处理和生产包含生物力学分析、矫治辅助附件安装、3d打印预处理、牙龈线提取和矫治器实物生产的步骤。\n[0012] 所述步骤一中的牙颌三维网格模型获取具体是指：三维扫描已获得的全颌牙齿的实物石膏模型，得到包含有上下颌的牙颌三维网格模型，石膏模型根据全颌牙齿硅橡胶印模以及口内数码照片和x光片通过硅橡胶印模翻印，再对照病人口内数码照片，对石膏模型进行修补获得。\n[0013] 所述步骤一中的牙齿分割是利用区域增长法将单颗牙齿从整个牙颌三维网格模型中分离出来。\n[0014] 所述步骤一中的牙齿修复具体是包括依次进行的单颗牙齿模型边缘外翻面片删除、毛刺去除和边缘平滑的三个步骤。\n[0015] 牙齿修复包括对牙齿的边缘修复、侧边修复和底座修复，边缘修复是对分割好的牙齿边缘去除毛刺，并进行平滑处理，得到边缘平滑的牙齿模型。侧边修复是对边缘修复完毕的牙齿缺失的侧边进行填补，对牙齿侧面缺失部分数据应具有自然形态且无穿透干涉，以保证虚拟矫治精度、利于交流展示，并且牙齿与牙龈之间的连接光滑。底座修复是对侧边修复完毕的牙齿添加虚拟牙根部分，牙齿底部比较接近真实，方向与牙齿主轴一致。\n[0016] 所述步骤一中的虚拟牙龈构建具体是利用牙齿修复后的牙颌三维网格模型构建获得虚拟牙龈三角网格。由牙齿的边界以及牙齿边界在世界坐标中的投影，得到虚拟牙龈的边界，然后根据边界上选取的控制点，构造二次函数曲线，并在曲线上均匀地选取顶点，按照一定的拓扑关系连接曲线上的点，即可构建虚拟牙龈网格。\n[0017] 所述步骤一中的虚拟咬合构建具体是对牙齿修复后的牙颌三维网格模型进行处理获得最佳的咬合关系，在不发生碰撞的前提下使上下牙之间的接触面积最大。\n[0018] 所述步骤二中的牙齿运动构建具体是包括建立单颗牙齿局部坐标和建立单颗牙齿的运动方式，运动方式包括以下六种方式：伸长/压低变换、颊面/舌面平移变换、近中/远中平移变换、近中/远中方向牙冠旋转、主轴方向旋转变换、颊面/舌面牙齿根部旋转。\n[0019] 所述步骤二中的牙齿路径规划是指根据牙齿运动构建的结果，输入每颗牙齿的初始位置和最终位置，计算出每颗牙齿模型移动的中间路径，进行运动干涉检测并消除碰撞，以修改牙齿移动的中间路径，得到最适合的牙齿模型运动信息。\n[0020] 所述的运动干涉检测是指每处中间路径中相邻颗牙齿模型进行碰撞检测，检测是否发生碰撞，对没有发生碰撞的两颗牙齿模型计算其中间间隔，对发生碰撞的两颗牙齿模型计算其贯穿深度，通过贯穿深度改变牙齿最终位置消除碰撞。\n[0021] 所述步骤三中的生物力学分析和矫治辅助附件安装是指对牙齿的运动力学进行分析，根据分析的结果设计附件的形态，并将附件与牙齿相融合。\n[0022] 所述的生物力学分析是对牙齿的运动力学进行分析，并根据分析结果设计矫治辅助附件，所述矫治辅助附件是矫治辅助工具，用于前牙的升高、压低，牙的旋转。矫治辅助附件安装是指先确定附件位置，构造局部坐标，再调整附件大小，对网格进行布尔合并，最后将附件与牙齿模型融合。\n[0023] 所述步骤三中的3d打印预处理是包括网格模型融合和牙齿间隙填补，网格模型融合是指将分离的牙齿和牙龈模型进行融合形成stl模型用于3d打印；牙齿间隙填补是指将牙齿模型中牙齿缺失区域和相邻牙齿间的黑三角区域填补虚拟网格面片并进行平滑过渡处理。\n[0024] 所述步骤三中的牙龈线提取是指从牙齿模型的虚拟牙龈三角网格中提取牙龈线，并在牙龈乳头处进行平滑连接，提取出来的牙龈线用于矫治器压膜后的剪裁处理。\n[0025] 所述步骤三中的矫治器生产是将牙齿模型进行3d打印，然后进行压膜处理，再对压膜后的矫治器进行修整和打磨。\n[0026] 本发明的有益效果是：\n[0027] 本发明将计算机数据处理很好地应用到了牙齿无托槽隐形矫治过程中，构建了牙齿模型，并进行矫治的运动构建，直观地实现整个虚拟矫治过程，有助于医生精准地完成每一步矫治，大大提高了工作效率和矫治器精度。\n附图说明\n[0028] 图1为本发明方法的流程图；\n[0029] 图2为本发明运动处理过程的流程图。\n[0030] 图3为本发明虚拟矫治过程的流程图。\n[0031] 图4为本发明模型优化和生产前预处理的流程图。\n具体实施方式\n[0032] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。\n[0033] 本发明的实施例如下：\n[0034] 首先获取病人牙颌三角网格模型：获取病人全颌牙齿硅橡胶印模以及口内数码照片、x光片等资料，然后硅橡胶印模翻印为石膏模型，并对照病人口内数码照片，对石膏模型进行修补；最后扫描石膏模型，得到病人牙颌三维网格模型。\n[0035] 获取到所述牙颌三维网格模型后，需要对该三维网格模型进行处理，使之能用于牙齿虚拟矫治。处理步骤如图2所示，具体过程为：\n[0036] 首先利用区域增长法进行牙齿分割，自动将单颗牙齿从整个牙颌模型上分离出来，并将分离后的牙齿保存为单独的文件，方便下一步的处理。然后对单颗牙齿进行修复，先进行边缘修复，并保存为单独的文件；再在边缘修复的基础上依次进行侧边修复和底座修复，侧边修复填补侧面缺失部分，底座修复为牙齿添加一个虚拟牙根部分，最后将修复好的牙齿保存为单独的文件。在边缘修复完毕的模型基础上，继续虚拟牙龈构建，由牙齿的边界以及牙齿边界在世界坐标中的投影，得到虚拟牙龈的边界，根据虚拟牙龈的上下边界可构建虚拟牙龈网格。最后进行虚拟咬合构建，目的是还原上下颌咬合关系，咬合原则是在不发生碰撞的前提下，使上下牙之间的接触面积最大。\n[0037] 模型处理完毕即可进行虚拟矫治和生产前预处理，其步骤如图3所示，具体过程为：\n[0038] 首先通过六种运动方式变换，将牙齿排列整齐。六种变换方式分别是：伸长/压低变换、颊面/舌面平移变换、近中/远中平移变换、近中/远中方向牙冠旋转、主轴方向旋转变换、颊面/舌面牙齿根部旋转。在牙齿进行运动的时候，牙龈也会随之形变。\n[0039] 然后进行牙齿运动干涉进行检测，对没有发生碰撞的两个相邻牙齿计算二者的间隔，对发生碰撞的两颗牙齿计算贯穿深度。最后进行牙齿路径规划，输入初始和最终的牙齿位置，计算出牙齿移动的中间步骤，通过简单的交互设计，修改牙齿移动的中间路径，得到最适合的牙齿移动方法。\n[0040] 如图4所示，完成矫治方案之后，需要对牙齿进行生物力学分析和附件设计，并将附件与牙齿进行融合，完成附件安装。然后进行3d打印预处理，填补牙齿缺失部分和黑三角区域，并将牙齿和牙龈模型进行融合，形成一个stl模型，用于3d打印。另外，还需要提取牙龈线，并在牙龈乳头处进行平滑连接，提取出来的牙龈线用于矫治器压膜后的剪裁处理。\n[0041] 最后进行矫治器生产，首先进行3d打印，将每一步的全颌牙齿模型都打印出来，按照顺序排好；然后为每副牙齿模型进行压膜；最后进行打磨，将牙齿与矫治器分离开来，然后根据提取出来的牙龈线对矫治器边缘进行打磨。打磨完毕进行消毒，即完成矫治器的生产。