自動構(gòu)造牙軸的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于三個正交單位矢量自動構(gòu)造牙齒的牙軸的系統(tǒng)和方法。利用牙齒的三維數(shù)據(jù)，自動構(gòu)造該牙齒的牙軸。本發(fā)明公開了對諸如切牙、犬牙、前磨牙和磨牙的不同類型的牙齒自動構(gòu)造牙軸的系統(tǒng)和方法。
【專利說明】自動構(gòu)造牙軸的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是基于2009年5月8日提交的、申請?zhí)枮?007800415953、發(fā)明創(chuàng)造名稱為“自動構(gòu)造牙軸的系統(tǒng)和方法”的中國專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般地涉及正牙學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，并且本發(fā)明尤其涉及根據(jù)三個正交單位矢量自動構(gòu)造牙軸的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]正畸的一個目的，是將患者的牙齒移動到牙齒功能最佳并且也美觀的位置。正畸醫(yī)師對患者的牙齒安裝諸如牙箍和金屬絲(wire)的傳統(tǒng)器具。牙箍一旦安裝到牙齒上就對牙齒施加持續(xù)力，并且逐漸將牙齒推動到各自的理想位置。正畸醫(yī)師通過在此期間調(diào)節(jié)金屬絲使牙齒移動到其最終目的地實現(xiàn)此目的。
[0005]正畸托槽通常直接粘接到患者的牙齒上。通常在每個托槽的基底上涂布少量粘合劑，然后，將托槽放置到選擇的牙齒上。在粘合之前，將托槽調(diào)整到牙齒上的要求位置。在治療進展過程中，一旦粘合劑硬化，托槽就以足夠的強度粘接到牙齒上，以經(jīng)受住后續(xù)正畸力。這種技術(shù)的一個缺點是，在上下頜合上期間，難以將托槽的最佳面置于嚴(yán)重?fù)頂D的牙齒上或者被對側(cè)牙弓上的牙齒阻擋其粘接面的牙齒上。對于后牙，治療醫(yī)師可能難以看到托槽相對于牙面的精確位置。執(zhí)行粘接過程所需的時間可能不僅對治療醫(yī)師而且對患者均是麻煩事。此外，將患者唾液引起的潮濕污染降至最小的必要性可能延長該過程，并且還過度地降低了將托槽放置在牙齒上的精度。所有這些因素都增加了一個或者多個托槽被不正確定位在牙齒上的機會。
[0006]已經(jīng)開發(fā)了利用清潔、可拆卸牙齒矯正器作為牙箍替代品使牙齒便于移動的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。與本專利申請為同一個受讓人的美國第5，975，893號美國專利描述了一種采用多個可拆卸牙齒矯正器的系統(tǒng)。首先，取得患者的咬合模型，然后，根據(jù)正畸醫(yī)師或者牙醫(yī)開出的處方，確定患者牙齒要求的最終位置(即，在功能和/或者審美方面最佳的位置)。然后，設(shè)計牙齒的最初位置與其要求的最終位置之間的矯正路徑。這些矯正路徑通常包括多個位于牙齒的初始位置與最終位置之間的中間位置。于是，制造多個為了使牙齒沿矯正路徑移動到各種位置而形成的清潔、可拆卸牙齒矯正器。提供這種矯正器的一種系統(tǒng)是位于加利福尼亞州(California)圣塔克拉拉市(SantaClara)的矯正技術(shù)公司(Align
Technologies, Inc.)開發(fā)的 Inv i SB I I ^,n: System。
[0007]設(shè)計牙齒的矯正路徑通常涉及各種正畸測量和診斷。這些測量中的許多測量使用包括肉眼看不到的諸如牙根的牙齒部分的牙齒的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)前，采用手工構(gòu)造牙軸，可以構(gòu)造包括其牙根的牙齒模型。然而，這是個單調(diào)乏味的耗時過程，容易受到人為誤差的影響。自動構(gòu)造牙軸是值得的，因為這樣可以節(jié)省時間并消除人為誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明實施例提供了用于自動構(gòu)造牙齒的牙軸的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。根據(jù)典型實施例，對于具有牙脊的諸如切牙的牙齒，接收該牙齒的三維數(shù)據(jù)。計算與該牙齒的唇側(cè)區(qū)域匹配的第一平面，并且計算與該牙齒的舌側(cè)區(qū)域匹配的第二平面。然后，通過平分該第一面和第二面，可以對該組軸計算YZ平面?？梢杂嬎阍摻M軸的OZ軸，以使該OZ軸近似表示該牙齒的旋轉(zhuǎn)對稱性軸。然后，計算該組軸的OY軸，以使該OY軸基本上平行于該牙齒的牙脊?？梢杂嬎阍摻M軸的原點的Y坐標(biāo)，以使該Y坐標(biāo)近似表示該牙齒的牙脊的中點。最后，可以計算該原點的X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)，以使該X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)位于接近該牙齒的正面邊緣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種使用計算機系統(tǒng)操作的方法，用于產(chǎn)生將患者的切牙從初始位置移動到最終位置的用于正畸治療的患者切牙的數(shù)字模型，所述切牙的軸根據(jù)如下步驟來產(chǎn)生:在輸入終端中接收該切牙的三維數(shù)據(jù)以存儲到內(nèi)存裝置；在借助于該計算機而沒有操作員干預(yù)的情況下，在配置來對所接收的三維數(shù)據(jù)執(zhí)行算法的微處理器上，通過計算用于平分該切牙的三維定界框的軸來計算該切牙的OZ軸，以使該OZ軸近似表示該切牙的旋轉(zhuǎn)對稱性軸；其中在確定該OZ軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行如下步驟:將圍繞該OZ軸旋轉(zhuǎn)180度之后的切牙中的一定數(shù)量的頂點與未旋轉(zhuǎn)的切牙中相應(yīng)數(shù)量的最近頂點進行配對；根據(jù)該一定數(shù)量的配對頂點來計算剛體變換；和根據(jù)該變換計算新OZ軸； 以及在借助于該計算機而沒有操作員干預(yù)的情況下，計算該切牙的OY軸以使該OY軸基本上平行于該切牙的牙脊。
[0010]在該方法中，在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行如下步驟:計算近似表示該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面；計算近似表示該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面；對于該組軸，計算YZ平面，其中該YZ平面近似使該切牙的唇側(cè)區(qū)域和舌側(cè)區(qū)域?qū)ΨQ；計算該組軸的原點的Y坐標(biāo)，以使該Y坐標(biāo)近似表示該牙齒的牙脊的中點；以及計算該原點的X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)，以使該X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)位于接近該牙齒的正面邊緣。
[0011]在該方法中，在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行計算YZ平面的步驟，包括計算使該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面和該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面近似對稱的平面。
[0012]在該方法中，在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行如下步驟:計算第一平面，以利用最佳擬合將該切牙的唇側(cè)區(qū)域的一組三維點進行匹配；以及計算第二平面，進一步包括利用最佳擬合將該切牙的舌側(cè)區(qū)域的一組三維點進行匹配。
[0013]在該方法中，在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行計算OZ軸的步驟，包括:重復(fù)所述旋轉(zhuǎn)、配對和計算步驟以減小OZ軸的誤差。
[0014]在該方法中，在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行計算OZ軸的步驟，包括:計算使該切牙的三維網(wǎng)格的左邊界和右邊界對稱的第二 OZ軸；確定該OZ軸與該第二 OZ軸的差別是否大于可配置量；以及通知操作員確定該OZ軸是否是處于可接受的位置。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種計算機化系統(tǒng)，用于產(chǎn)生將患者的切牙從初始位置移動到最終位置的用于正畸治療的患者切牙的數(shù)字模型，該計算機化系統(tǒng)包括微處理器，用于執(zhí)行多種算法中的至少一個，以便產(chǎn)生切牙的一組軸，該計算機化系統(tǒng)進一步包括:內(nèi)存裝置；用于從輸入終端接收該切牙的三維數(shù)據(jù)的裝置；用于計算用于近似表示該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面的裝置；用于計算用于近似表示該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面的裝置；用于針對該組軸計算YZ平面和OZ軸的裝置，該YZ平面使該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面和該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面近似對稱，并且該OZ軸是這樣計算的:通過計算平分該切牙的三維定界框的軸來計算該OZ軸，以使該OZ軸近似表示該切牙的旋轉(zhuǎn)對稱性軸，其中在確定所述系統(tǒng)的OZ軸時，還包括以下裝置:用于將圍繞該OZ軸旋轉(zhuǎn)之后的切牙中的一定數(shù)量的頂點與未旋轉(zhuǎn)的切牙中相應(yīng)數(shù)量的最近頂點進行配對的裝置；用于根據(jù)該一定數(shù)量的配對頂點來計算剛體變換的裝置；和用于根據(jù)該變換計算新OZ軸的裝置；用于計算該組軸的OY軸以使該OY軸基本上平行于該切牙的牙脊的裝置；用于計算該組軸的原點的Y坐標(biāo)，以使該Y坐標(biāo)近似表示該切牙的牙尖的裝置；以及計算該原點的X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)，以使該X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)位于接近該切牙的正面邊緣，其中所述微處理器配置來將表示所述一組軸的數(shù)據(jù)提供到可視顯示裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]當(dāng)在結(jié)合附圖進行研究時，參考詳細(xì)描述和權(quán)利要求書，可以更全面理解本發(fā)明，在所有附圖中，相似的參考編號表示類似的單元，并且:
[0017]圖1A、1B和IC是示出患者牙齒分別處于正畸治療的初始階段、中間階段以及最后階段的排列的示意圖；
[0018]圖1D是示出根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)牙齒編號系統(tǒng)的牙齒編號的示意圖；
[0019]圖2是示出包括牙齦組織模型的患者牙列部分模型的示意圖；
[0020]圖3是用于確定特定類型牙齒的牙軸的典型方法的流程圖；
[0021]圖4是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷(calculated diagnostics)的典型切牙的不意圖；
[0022]圖5是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型切牙的示意圖；
[0023]圖6是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型切牙的示意圖；
[0024]圖7是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型尖牙的示意圖；
[0025]圖8是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型尖牙的示意圖；
[0026]圖9是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型前磨牙的示意圖；
[0027]圖10是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型前磨牙的示意圖；
[0028]圖11是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型前磨牙的示意圖；
[0029]圖12是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型前磨牙的示意圖；
[0030]圖13是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型磨牙的示意圖；
[0031]圖14是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型磨牙的示意圖；
[0032]圖15是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型磨牙的示意圖；
[0033]圖16是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型磨牙的示意圖；以及
[0034]圖17A-C是具有根據(jù)本發(fā)明典型實施例的計算診斷的典型切牙的示意圖。
【具體實施方式】
[0035]在此，將根據(jù)各種部件和處理步驟描述本發(fā)明。應(yīng)該明白，可以利用任意數(shù)量的、被配置用于執(zhí)行特定功能的硬件和軟件部件實現(xiàn)這些部件和步驟。例如，本發(fā)明可以采用各種電子控制裝置、可視顯示裝置、輸入終端等，它們可以在一個或者多個控制系統(tǒng)、微處理器或者其它控制裝置的控制下執(zhí)行各種功能。此外，可以在任意數(shù)量的正畸情況中實施本發(fā)明，并且涉及用于自動檢測牙型(dental feature)的系統(tǒng)和方法的典型實施例僅是本發(fā)明的少量典型應(yīng)用。例如，所討論的原理、特征和方法可以應(yīng)用于任意正畸治療應(yīng)用。
[0036]與本專利申請指定同一個受讓人的第7，063，532號和第6，514，074號美國專利描述了用于產(chǎn)生包括患者牙列各組成部分的模型的三維數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的技術(shù)。這些數(shù)據(jù)集包括各牙齒以及圍繞該牙齒的牙齦組織的數(shù)字模型。此外，這些應(yīng)用還描述了，在設(shè)計和模擬患者的正畸治療方案時，計算機實現(xiàn)的采用數(shù)字模型的技術(shù)。例如，這樣一種技術(shù)包括:接收代表治療前患者牙齒的初始數(shù)據(jù)集、指定治療后患者牙齒的所要求的排列、以及計算使牙齒通過要求的治療路徑從初始位置移動到最終位置的變換(transformation)。一種生產(chǎn)正畸矯治器的技術(shù)包括:在治療階段中的一個治療階段產(chǎn)生患者牙列的全壓式模具(positive mold)以及利用傳統(tǒng)的壓力成型(pressure molding)技術(shù)形成圍繞該全壓式模具的矯治器。例如，已經(jīng)被授予第6，471，511號美國專利并且與本專利申請指定同一個受讓人的序列號為09/169,034的美國專利申請，描述了一種基于數(shù)字牙列模型的正畸矯治器的設(shè)計。
[0037]圖1A、1B和IC示出在治療過程中的三個治療階段的患者牙列。圖1A示出治療開始之前患者牙齒的初始位置。以初始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集(IDDS)的方式，獲取位于這些初始位置的牙齒的數(shù)字模型。
[0038]可以以各種方式獲得這種IDDS。例如，可以利用眾所周知的技術(shù)，諸如，X射線、三維X射線、計算機輔助層析X射線圖像或者數(shù)據(jù)集、核磁共振圖像等，掃描患者的牙齒，或者對患者的牙齒成像。
[0039]為了產(chǎn)生數(shù)據(jù)集而數(shù)字化這種傳統(tǒng)圖像的方法眾所周知，并且在該專利和醫(yī)藥文獻中對其進行了描述。例如，一種方法是首先利用諸如在Graber, Orthodontics:Principleand Practice, Second E dition, Saunder, Philadelphia, 1969, pp.401-415 中描述的那些眾所周知的技術(shù)獲得患者牙齒的石膏模型。獲得了牙齒模型后，可以使用傳統(tǒng)的激光掃描儀或者其它測距采集系統(tǒng)(rang acquisition system)、利用數(shù)字計算方法掃描它,產(chǎn)生IDDS0當(dāng)然，可以將該測距采集系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為與用于處理該數(shù)據(jù)集中的圖像的軟件兼容的其它格式。例如，第5，605，459號美國專利描述了用于制造牙齒的石膏模型以及用于采用激光掃描技術(shù)產(chǎn)生數(shù)字模型的通用技術(shù)。根據(jù)另一個典型實施例，獲取患者牙齒的數(shù)字模型還可以包括與本專利申請指定同一個受讓人的、名稱為“System and Methodfor Positioning Teeth”的第6，767，208號美國專利披露的這種技術(shù)。因此，可以采用用于將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示的、或者另外用于獲取患者牙齒的數(shù)字模型的任意操作法或者方法。
[0040]圖1B示出在治療過程的中間階段可以如何定向患者牙齒的例子，而圖1C示出可以如何將患者牙齒定向在其最終位置的例子。操作人員和/或者計算機程序利用患者牙齒的數(shù)字模型指示最終牙齒位置。然后，考慮到由操作人員或者牙齒本身的自然特性對牙齒移動施予的任意約束，該程序計算一個或者多個中間位置。該程序還考慮到，在牙齒從一個治療階段轉(zhuǎn)移到下一個治療階段時，牙齒之間可能出現(xiàn)的沖突。上面討論的一個或者多個專利申請中更詳細(xì)描述了選擇最終牙齒位置和中間牙齒位置以及牙齒沿其移動的治療路徑，在此，引用該一個或者多個專利申請各自的全部內(nèi)容供參考。
[0041]圖1D是示出標(biāo)準(zhǔn)牙齒編號系統(tǒng)的一組牙齒的示意圖。在下面的討論中，均采用這種標(biāo)準(zhǔn)編號系統(tǒng)。
[0042]圖2是示出由IDDS獲得的典型數(shù)字牙列模型110的一部分的示意圖。牙列模型Iio包括單獨牙齒120的模型和患者齒齦140的模型。例如，在第6，409，504號和第7，063，532號美國專利中描述了由IDDS建立齒齦組織和單獨牙齒的模型的各種技術(shù)，這兩個美國專利與本專利申請指定同一個受讓人。
[0043]此外，圖2示出另一種牙齦模型200 (“二次”牙齦模型)，它是為了覆蓋由IDDS獲得的牙齦模型140 (“一次”牙齦模型)而構(gòu)造的。在牙齒從其初始位置移動到其最終位置時，該程序利用二次牙齦模型200對患者牙齒周圍的牙齦組織的變形建模。這確保，在所有治療階段，由患者牙列的全壓式模具制成的正畸矯治器舒適地裝到患者的齒齦上。二次牙齦模型200還增加了齒齦模型的厚度，這確保正畸矯治器不太緊壓患者的齒齦。
[0044]現(xiàn)在說明本發(fā)明的各種典型實施例，它們在附圖中示出。盡管詳細(xì)描述這些典型實施例，足以使本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員實施本發(fā)明，但是應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)范圍的情況下，也可以實現(xiàn)其它實施例，并且可以在邏輯方面和/或者機械方面進行修改。因此，在此提供各種實施例是為了說明問題，而沒有限制性意義。例如，在任何一種方法描述或者處理描述中列舉的步驟，可以以任意順序執(zhí)行，而不局限于所描述的順序。此外，任何功能或者步驟都可以外包給或者交由一個或者多個第三方執(zhí)行。
[0045]為了簡潔起見，在此沒有詳細(xì)描述傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)用開發(fā)以及該系統(tǒng)(該系統(tǒng)內(nèi)的單獨操作部件中的各部件)的其它功能方面。此外，所附各圖中所示的連接線意在表示典型功能關(guān)系和/或者各單元之間的物理連接。應(yīng)該注意，在實際系統(tǒng)中可以存在許多變換和/或者附加功能關(guān)系或者物理連接。
[0046]本發(fā)明的各種實施例包括`一個或者多個計算裝置，其內(nèi)存儲了用于使患者牙齒移動的程序。在此描述的(各)計算裝置或者任意計算裝置的各種部件可以包括下列的一個或者多個:主服務(wù)器或者其它計算系統(tǒng)，包括用于處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理器；內(nèi)存，連接到該處理器，用于存儲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；輸入數(shù)字化器，連接到該處理器，用于輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；應(yīng)用程序，存儲在該內(nèi)存中，并且該處理器可以訪問它，以便該處理器對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進行處理；顯示裝置，連接到該處理器和內(nèi)存，用于顯示從該處理器處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中獲得的信息；以及多個數(shù)據(jù)庫。在此使用的各種文件索引和/或者數(shù)據(jù)庫可以包括:客戶數(shù)據(jù)；商品數(shù)據(jù)；和/或者其它類似有用數(shù)據(jù)。
[0047]本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員明白，用戶使用的任何計算裝置不但可以包括通常與計算機相關(guān)的各種傳統(tǒng)支持軟件和驅(qū)動器，而且可以包括操作系統(tǒng)(例如，Windows NT、95/98/2000、0S2、UNIX、Linux、Solaris、MacOS等)。本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的普通技術(shù)人員明白，每種計算裝置都可以具體化為定制的現(xiàn)有系統(tǒng)、附加產(chǎn)品(add-on product)、升級軟件、獨立系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、方法、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、用于數(shù)據(jù)處理的裝置和/或者計算機程序產(chǎn)品。因此，在此存儲的任何程序都可以采用完全軟件實施例的形式、完全硬件實施例的形式、或者軟件和硬件兩方面組合的實施例的形式。此外，任何程序都可以采用具有嵌入該存儲介質(zhì)中的計算機可讀程序代碼裝置(computer-readable program code means)的、計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品的形式。可以采用任何適當(dāng)計算機可讀存儲介質(zhì)，包括:硬盤、CD-ROM、光學(xué)存儲裝置、磁存儲裝置，等等。
[0048]根據(jù)一個典型實施例，配置計算裝置，以接收例如利用口內(nèi)掃描儀或者基于患者牙齒印?；蛘卟糠钟∧５腃T掃描儀采集的初始位置處的患者牙齒的電子圖像。接收的數(shù)據(jù)包括患者牙齒的三維數(shù)據(jù)，可以用作本發(fā)明的自動檢測牙齒特征的各種實施例的輸入。此外，配置該計算裝置，以接收或者產(chǎn)生患者每個牙齒在要求的最終位置的電子圖像。配置存儲在該計算裝置內(nèi)的程序，以分析初始位置和最終位置，并且自動產(chǎn)生每個牙齒從其初始位置移動到其最終位置的路線。為患者制造一組用于使牙齒沿各治療階段的路徑移動的矯正器。當(dāng)患者戴上該矯正器時，患者的牙齒沿著每個治療階段的路徑移動。
[0049]為了分析牙齒的初始位置、中間位置和最終位置，要利用包括肉眼看不到的諸如牙根的牙齒部分的牙齒模型，進行各種正畸測量和診斷?？梢岳霉跔?即，臨床牙冠)可見部分和牙齒臨床牙冠面軸(FACC)曲線，自動構(gòu)造牙軸。
[0050]參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，自動構(gòu)造牙軸要利用牙冠形狀。即，自動構(gòu)造牙軸會因諸如切牙、犬牙、前磨牙和磨牙的牙齒類型不同而不同。
[0051]切牙
[0052]參考圖4,示出了具有唇側(cè)區(qū)域(Labial Area) 410和舌側(cè)區(qū)域(LingualArea) 420的切牙400?？梢岳闷矫?12近似表示唇側(cè)區(qū)域410。如上所述，接收表示牙齒初始位置的三維數(shù)據(jù)形式的輸入 數(shù)據(jù)。根據(jù)典型實施例，通過測量該唇側(cè)區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，計算平面412。利用最佳擬合方法(best fit method)或者類似方法計算平面412，以使與唇側(cè)區(qū)域410上的一組點最匹配。也可以用平面422近似表示舌側(cè)區(qū)域420。與平面412相似，通過測量唇側(cè)區(qū)域420的三維數(shù)據(jù)，可以計算平面422。利用最佳擬合方法或者類似方法計算平面422，以使與唇側(cè)區(qū)域420上的一組點最匹配。
[0053]根據(jù)本發(fā)明典型實施例，利用正交(即，X、y、z)參考系表示牙軸。牙軸的YZ平面是使唇側(cè)區(qū)域410和舌側(cè)區(qū)域420對稱的平面。通過平分唇側(cè)平面412和舌側(cè)平面422可以計算YZ平面。
[0054]參考圖5、6和17A至C，將切牙400的OZ軸500重構(gòu)為該切牙的旋轉(zhuǎn)對稱性軸(axis of rotation symmetry)。該切牙的方定轉(zhuǎn)對稱性(rotation symmetry)指該切牙可以繞該軸旋轉(zhuǎn)180度，而仍基本上與其原始形狀相同的性質(zhì)。利用下面描述的形狀匹配算法，估計旋轉(zhuǎn)對稱性軸。根據(jù)本發(fā)明的典型實施例，利用切牙的有界框630，計算OZ軸500，以致OZ軸500處于該有界框的中間。接著，參考圖17A至17C，可以使切牙400繞OZ軸500旋轉(zhuǎn)180度。該牙冠上的每個頂點與原始模型中最接近的頂點(即，處于原始位置的切牙)成對，并且可以由該成對點，計算剛體變換(即，旋轉(zhuǎn)矩陣(rotation matrix)和平移矩陣(translation matrix))。由變換矩陣計算新OZ軸，并且可以重復(fù)這些步驟,將OZ軸的誤差降到最小。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通過將它與使該牙齒的三維網(wǎng)格(three dimensionalmesh)的左邊界與右邊界對稱的軸(B卩，質(zhì)心)進行比較，可以減少重構(gòu)OZ軸的誤差。如果計算的OZ軸大于質(zhì)心的可配置量(configurable amount),諸如10%,則可以通知操作員，確定所計算的OZ軸是否是處于可接受的位置。繼續(xù)參考圖5，邊界頂點510表示該切牙400的三維牙齒網(wǎng)格的邊界。[0056]參考圖6，構(gòu)造該組牙軸的OY軸600，以使軸600平行于切牙400的牙脊610。對于切牙，牙脊610是用于吃東西的牙齒的表面區(qū)域。由(X，y，z)坐標(biāo)限定該牙軸的原點620。通過檢測牙脊的中點(即，該牙齒在y方向上的中部)，計算原點620的Y坐標(biāo)。根據(jù)典型實施例，將原點620的X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)移位到切牙400的正面/頂部邊緣，以使該軸位于定界框630的當(dāng)中。
[0057]犬牙
[0058]參考圖7，所示的犬牙700具有唇側(cè)區(qū)域710和舌側(cè)區(qū)域720。可以利用平面712近似表示唇側(cè)區(qū)域710。如上所述，接收表示牙齒初始位置的三維數(shù)據(jù)形式的輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)典型實施例，通過測量該唇側(cè)區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，計算平面712。利用最佳擬合方法或者類似方法計算平面712，以使與唇側(cè)區(qū)域710上的一組點最匹配。也可以用平面722近似表示舌側(cè)區(qū)域720。與平面712相似，通過測量舌側(cè)區(qū)域720的三維數(shù)據(jù)，可以計算平面722。利用最佳擬合方法或者類似方法計算平面722，以使與舌側(cè)區(qū)域720上的一組點最匹配。
[0059]犬牙700還包括是該牙齒上的尖點凸起的牙尖740。牙尖是主要的牙齒解剖特征，并且它位于犬牙700的磨面上。諸如前磨牙和磨牙的其它牙齒可以具有一個以上的牙尖。
[0060]根據(jù)本發(fā)明典型實施例，利用正交(即，x、y、z)參考系表示犬牙700的牙軸。犬牙700的牙軸的YZ平面是使唇側(cè)區(qū)域710和舌側(cè)區(qū)域720對稱的平面。通過平分唇側(cè)平面712和舌側(cè)平面722，可以計算YZ平面。
[0061]參考圖7和8，將犬牙700的OZ軸800重構(gòu)為該牙齒的旋轉(zhuǎn)對稱性軸。根據(jù)本發(fā)明典型實施例，利用該犬牙的有界框830，可以計算OZ軸800，以致OZ軸800處于該有界框的當(dāng)中。構(gòu)造該組牙軸的OY軸810，以使軸810平行于犬牙700的牙脊730。根據(jù)本發(fā)明典型實施例，可以將牙脊730定義為唇側(cè)區(qū)域710與舌側(cè)區(qū)域720之間的邊界。由(x，y, z)坐標(biāo)限定該牙軸的原點820。通過檢測牙脊730的中點(B卩，該牙齒在y方向上的中部)，計算原點820的Y坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明`的變換實施例，可以將原點820設(shè)置到犬牙700的牙尖740的尖端。
[0062]前磨牙
[0063]參考圖9，所示的前磨牙900具有唇側(cè)區(qū)域910、舌側(cè)區(qū)域920、牙尖930、以及牙冠940。通常將牙冠定義為被釉質(zhì)覆蓋的牙齒部分?？梢岳闷矫?12近似表示唇側(cè)區(qū)域910。如上所述，接收表示牙齒初始位置的三維數(shù)據(jù)形式的輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)典型實施例，通過測量該唇側(cè)區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，可以計算平面912。利用最佳擬合方法或者類似方法計算平面912，以使與唇側(cè)區(qū)域910的一組點最匹配。也可以用平面922近似表示舌側(cè)區(qū)域920。與平面912相似，通過測量舌側(cè)區(qū)域920的三維數(shù)據(jù)，可以計算平面922。利用最佳擬合方法或者類似方法計算平面922，以使與舌側(cè)區(qū)域920的一組點最匹配。
[0064]根據(jù)本發(fā)明典型實施例，利用正交(即，x、y、z)參考系表示前磨牙900的牙軸。前磨牙900的牙軸的YZ平面是使唇側(cè)區(qū)域910和舌側(cè)區(qū)域920對稱的平面。通過平分唇側(cè)平面912和舌側(cè)平面922，可以計算YZ面。
[0065]參考圖10，重構(gòu)前磨牙900的OZ軸1000，以使它平行于由唇側(cè)區(qū)域910上的點1010近似表示的線。根據(jù)本發(fā)明典型實施例，可以從唇側(cè)面920上選擇點1010，以使點1010是所計算的前磨牙900的牙軸的YZ平面的遠(yuǎn)端。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所選擇點可以是該唇側(cè)面的最凸出點。[0066]參考圖11，該前磨牙的牙軸的原點1100位于牙冠940上該牙齒的中心。參考圖12，構(gòu)造該組牙軸的OX軸1210，以使軸1210平行于通過前磨牙900的牙尖930的線。
[0067]磨牙
[0068]參考圖13，所示的磨牙1300具有四個牙尖1330和牙冠1340。根據(jù)本發(fā)明典型實施例，可以利用最佳擬合牙尖的平面近似表示咬合面1310。可以利用均方方法(即，“最小二乘方法”)或者類似方法，計算該平面。計算磨牙1300的牙軸的OZ軸，以使該軸與咬合面1310正交。
[0069]參考圖14，所示的磨牙1300具有唇側(cè)區(qū)域1410和舌側(cè)區(qū)域1420?？梢岳闷矫?412近似表示唇側(cè)區(qū)域1410。如上所述，接收表示牙齒初始位置的三維數(shù)據(jù)形式的輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)典型實施例，通過測量該唇側(cè)區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，可以計算平面1412。利用最佳擬合方法(best fit method)或者類似方法計算平面1412,以使與唇側(cè)區(qū)域1410上的一組點最匹配。也可以用平面1422近似表示舌側(cè)區(qū)域1420。與平面1412相似，通過測量舌側(cè)區(qū)域1420的三維數(shù)據(jù)，可以計算平面1422。利用最佳擬合方法或者類似方法計算平面1422，以使與舌側(cè)區(qū)域1420上的一組點最匹配。
[0070]磨牙1300的牙軸的YZ平面是使唇側(cè)區(qū)域1410和舌側(cè)區(qū)域1420對稱的平面。通過平分唇側(cè)平面1412和舌側(cè)平面1422，可以計算YZ平面。
[0071]參考圖15和16，該磨牙的牙軸的原點1500位于牙冠1340上該牙齒的中心。構(gòu)造該組牙軸的OX軸1610，以使軸1610平行于在X方向平分牙尖1330的線。
[0072]在此，關(guān)于特定實施例，描述了益處、其它優(yōu)點以及問題的解決方案。然而，不能將該益處、優(yōu)點和問題的解決方案以及可以實現(xiàn)任意益處、優(yōu)點或者解決方案或者使任意益處、優(yōu)點或者解決方案更顯著的(各)單元看作是權(quán)利要求書或者本發(fā)明中任何一項權(quán)利要求或者全部權(quán)利要求的至關(guān)重要的、所要求的或者實質(zhì)性的特征或者單元。因此，只有所附權(quán)利要求書限定本發(fā)明范圍 ，所附權(quán)利要求書中，除非另有說明，以單數(shù)形式提到的單元并不意味著“一個并且僅一個”，而是指“一個或者多個”。在此引入本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的普通技術(shù)人員公知的、上述典型實施例的各單元的所有結(jié)構(gòu)等效物、化學(xué)等效物和功能等效物供參考，并且它們?yōu)楸緳?quán)利要求書所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種使用計算機系統(tǒng)操作的方法，用于產(chǎn)生將患者的切牙從初始位置移動到最終位置的用于正畸治療的患者切牙的數(shù)字模型，所述切牙的軸根據(jù)如下步驟來產(chǎn)生: 在輸入終端中接收該切牙的三維數(shù)據(jù)以存儲到內(nèi)存裝置； 在借助于該計算機而沒有操作員干預(yù)的情況下，在配置來對所接收的三維數(shù)據(jù)執(zhí)行算法的微處理器上，通過計算用于平分該切牙的三維定界框的軸來計算該切牙的OZ軸，以使該OZ軸近似表示該切牙的旋轉(zhuǎn)對稱性軸； 其中在確定該OZ軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行如下步驟: 將圍繞該OZ軸旋轉(zhuǎn)180度之后的切牙中的一定數(shù)量的頂點與未旋轉(zhuǎn)的切牙中相應(yīng)數(shù)量的最近頂點進行配對； 根據(jù)該一定數(shù)量的配對頂點來計算剛體變換；和 根據(jù)該變換計算新OZ軸；以及 在借助于該計算機而沒有操作員干預(yù)的情況下，計算該切牙的OY軸以使該OY軸基本上平行于該切牙的牙脊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行如下步驟: 計算近似表示該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面； 計算近似表示該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面； 對于該組軸，計算YZ平面，其中該YZ平面近似使該切牙的唇側(cè)區(qū)域和舌側(cè)區(qū)域?qū)ΨQ； 計算該組軸的原點的Y坐標(biāo)，以使該Y坐標(biāo)近似表示該牙齒的牙脊的中點；以及 計算該原點的X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)，以使該X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)位于接近該牙齒的正面邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行計算YZ平面的步驟，包括計算使該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面和該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面近似對稱的平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行如下步驟: 計算第一平面，以利用最佳擬合將該切牙的唇側(cè)區(qū)域的一組三維點進行匹配；以及 計算第二平面，進一步包括利用最佳擬合將該切牙的舌側(cè)區(qū)域的一組三維點進行匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行計算OZ軸的步驟，包括:重復(fù)所述旋轉(zhuǎn)、配對和計算步驟以減小OZ軸的誤差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在確定所述三維數(shù)據(jù)中切牙的軸時，所述微處理器進一步配置來用于執(zhí)行計算OZ軸的步驟，包括: 計算使該切牙的三維網(wǎng)格的左邊界和右邊界對稱的第二 OZ軸； 確定該OZ軸與該第二 OZ軸的差別是否大于可配置量；以及 通知操作員確定該OZ軸是否是處于可接受的位置。
7.一種計算機化系統(tǒng)，用于產(chǎn)生將患者的切牙從初始位置移動到最終位置的用于正畸治療的患者切牙的數(shù)字模型，該計算機化系統(tǒng)包括微處理器，用于執(zhí)行多種算法中的至少一個，以便產(chǎn)生切牙的一組軸，該計算機化系統(tǒng)進一步包括:內(nèi)存裝直； 用于從輸入終端接收該切牙的三維數(shù)據(jù)的裝置； 用于計算用于近似表示該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面的裝置； 用于計算用于近似表示該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面的裝置； 用于針對該組軸計算YZ平面和OZ軸的裝置，該YZ平面使該切牙的唇側(cè)區(qū)域的第一平面和該切牙的舌側(cè)區(qū)域的第二平面近似對稱，并且該OZ軸是這樣計算的:通過計算平分該切牙的三維定界框的軸來計算該OZ軸，以使該OZ軸近似表示該切牙的旋轉(zhuǎn)對稱性軸， 其中在確定所述系統(tǒng)的OZ軸時，還包括以下裝置: 用于將圍繞該OZ軸旋轉(zhuǎn)之后的切牙中的一定數(shù)量的頂點與未旋轉(zhuǎn)的切牙中相應(yīng)數(shù)量的最近頂點進行配對的裝置； 用于根據(jù)該一定數(shù)量的配對頂點來計算剛體變換的裝置；和 用于根據(jù)該變換計算新OZ軸的裝置； 用于計算該組軸的OY軸以使該OY軸基本上平行于該切牙的牙脊的裝置； 用于計算該組軸的原點的Y坐標(biāo)，以使該Y坐標(biāo)近似表示該切牙的牙尖的裝置；以及 計算該原點的X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)，以使該X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)位于接近該切牙的正面邊緣， 其中所述微處理器配置來`將表示所述一組軸的數(shù)據(jù)提供到可視顯示裝置。
【文檔編號】A61C7/00GK103767796SQ201410058350
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2006年9月22日
【發(fā)明者】伊恩·杰程, 羅文·盧斯志, 吳富明, 瓦迪姆·馬濤, 阿列克謝·偉士拿斯奇 申請人:矯正技術(shù)公司