本發(fā)明涉及牙齒正畸技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及正畸用牙齒三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型的生成方法。

背景技術(shù)：

近年來，口腔正畸隱形矯治技術(shù)在我國逐步發(fā)展并走向成熟。隨著美國、中國等一些國家的正畸醫(yī)師與計算機軟件工程師跨學(xué)科協(xié)作，采用CAD/CAM 技術(shù)，生成牙頜模型，然后通過正壓壓膜機在牙頜模型上壓制加工隱形高分子牙套。

在基于當(dāng)前三維數(shù)字化模型重建和快速成型技術(shù)的前沿發(fā)展，隨著掃描測量設(shè)備的發(fā)展，獲取包含被測量對象更多細(xì)節(jié)的海量數(shù)據(jù)已非常方便，但大量的測量點卻給模型重建帶來了困難,當(dāng)前計算機硬件設(shè)備針對大數(shù)據(jù)量的三維模型計算和繪制尚不能完全滿足用戶要求，模型重建比較困難，而且模型為整個牙頜的模型，成型緩慢、成本高,難以保證制造精度及合理的結(jié)構(gòu)；且在通過該模型制造隱形高分子牙套時，會浪費大量原材料，提高制造成本，難以保證佩戴舒適度及矯治效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中牙齒三維數(shù)字化模型重建困難、成型緩慢、成本高等技術(shù)問題，提出一種正畸用牙齒三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型的生成方法，所述模型可以快速生產(chǎn)、精度高，而且通過該模型生成的高分子牙套可以有效保證佩戴舒適度及合適的矯治力，具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種正畸用牙齒三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型的生成方法，包括以下步驟：A、獲取、復(fù)制牙齒模型，生成具有正畸效果的牙齒三維數(shù)字化模型； B、對上述牙齒三維數(shù)字化模型進行優(yōu)化處理，生成具有合理結(jié)構(gòu)、可快速生產(chǎn)的牙齒三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型，具體優(yōu)化處理過程包括以下步驟：B1、模型體積縮減；B2、模型數(shù)據(jù)點去冗余；B3、判斷是否需要倒凹處理，若需要則進行以下操作：設(shè)置倒凹區(qū)；設(shè)置補全閾值；根據(jù)補全閾值計算倒凹區(qū)域內(nèi)每個點的新坐標(biāo)并替換到模型中；若不需要，優(yōu)化處理完成，得到具有優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型。

進一步的，所述步驟A包括以下步驟：A1、采用二步法獲取患者硅橡膠印模； A2、根據(jù)硅橡膠印模，獲得牙齒的三維數(shù)字化模型；A3、通過三維數(shù)字化模型的移動、變形和重建，生成具有正畸矯治效果的牙齒三維數(shù)字化模型。

進一步的，所述步驟A2中獲得牙齒三維數(shù)字化模型采用灌注石膏模、并掃描所述石膏模的方法，有效保證所獲得模型的精度，對后期牙模的精度、佩戴舒適度及矯治效果起到很好的作用。

進一步的，所述步驟B1 對模型體積縮減具體包括以下步驟：確定每個牙齒對應(yīng)的牙齦線的極值點；確定每個極值點連線作為分割平面的輪廓線；對每個牙齒模型計算其對應(yīng)的兩個分割三角面的相交情況；根據(jù)相交情況重建模型表面,在縮減體積的同時，有效保證正畸所需的既有特征，同時降低處理復(fù)雜度及成本。

進一步的，所述步驟B2中模型數(shù)據(jù)點去冗余具體包括以下步驟：檢查每個點是否重復(fù)或接近，并去除多余點；檢查每個點的連線情況去除沒有連接線的點；檢查每個點是否處于模型內(nèi)部，以去除無效點；檢查每個面及其鄰接面是否法向一致，法向一致的面合并，以去除多余的點,綜合考慮各個方面，以便簡潔，快速，高效的去除多余點，有效簡化模型。

進一步的，所述步驟B中優(yōu)化處理過程還包括判斷是否需要開窗的步驟，若需要則執(zhí)行以下步驟：設(shè)置開窗區(qū)域及突度，并分析開窗區(qū)域每個點的新坐標(biāo)并替換；這樣的方法增加開窗方便直觀，計算效率高、速度快，不增加模型數(shù)據(jù)。

進一步的，所述步驟B中優(yōu)化處理過程還包括判斷是否需要設(shè)置空胞的步驟，若需要則執(zhí)行以下步驟：選擇空胞位置；設(shè)置空胞形狀；確定空胞大小完成空胞設(shè)置，方便直觀、計算效率高、速度快，有效保持牙齒的預(yù)設(shè)運動或者青少年牙齒的萌出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于：

本發(fā)明方案通過獲取、復(fù)制牙齒模型，生成具有正畸效果的牙齒三維數(shù)字化模型；并對對上述牙齒三維數(shù)字化模型進行優(yōu)化處理，生成具有合理結(jié)構(gòu)、可快速生產(chǎn)的牙齒三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型，具體優(yōu)化處理過程包括：模型體積縮減；模型數(shù)據(jù)點去冗余；模型倒凹處理；開窗及設(shè)置空胞等步驟，從新的出發(fā)點設(shè)計本方案，解決現(xiàn)有技術(shù)通過改變生產(chǎn)環(huán)節(jié)指標(biāo)控制制作精度，效率低下、難度大等難題，綜合考慮用戶實際需求，得到具有優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型。

本發(fā)明方法能生成與實際正畸矯治需求保持一致，無縫配合的牙齒三維數(shù)字化模型，在保證結(jié)構(gòu)合理和制造精度的同時提高制造正畸用隱形高分子牙套的效率，并減少制造成本，整個優(yōu)化過程方便，直觀，計算效率高，速度快，不損害正畸所需的既有特征，具有廣泛的推廣意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中對牙齒三維數(shù)字化模型進行優(yōu)化處理的流程圖；

圖2為實施例中未處理的牙齦牙冠示意圖；

圖3為實施例中找出每個牙齒對應(yīng)牙齦線的極值點示意圖；

圖4為實施例中分割平面位置示意圖；

圖5為根據(jù)圖4中的分割平面切割原有模型得到的初步簡化模型示意圖；

圖6為實施例中倒凹處理前后對比示意圖；

圖7為本實施例中開窗前后對比示意圖。

具體實施方式

為了能夠更加清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開的具體實施例。

本發(fā)明提供一種正畸用牙齒三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型的生成方法，包括以下步驟：A、獲取、復(fù)制牙齒模型，生成具有正畸效果的牙齒三維數(shù)字化模型； B、對上述牙齒三維數(shù)字化模型進行優(yōu)化處理，生成牙齒三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型，具體優(yōu)化處理過程包括以下步驟：B1、模型體積縮減；B2、模型數(shù)據(jù)點去冗余；B3、判斷是否需要倒凹處理；B4、判斷是否需要開窗；B5、判斷是否需要設(shè)置空胞。

本實施例中，所述步驟A具體實施過程如下：

A1、采用二步法獲取患者硅橡膠印模；即常規(guī)備牙后，選擇合適的托盤；取適量的硅膠印模材重體，充分混合后放入托盤，上面覆蓋塑料薄膜；將帶有塑料膜和硅膠印模材的托盤，放入口內(nèi)取模，并前后左右搖晃2-3次，留出0.5mm左右的縫隙，待印模材完全固化后，從口內(nèi)取出印模；檢查印模是否有缺陷，移除塑料膜；將硅膠印模材輕體注入印模，布滿全牙列，深度超過1/2牙冠高度，輕輕震動托盤；將托盤放入口內(nèi)，以輕微壓力和顫動方式使印模托盤就位，在印模材未完全固化前，手不要開托盤，對托盤略使力量，以免印模變形；待輕體固化后完成印模制作，及保證精度及保存時間。

A2、根據(jù)硅橡膠印模，獲得牙齒的三維數(shù)字化模型，可以采用以下兩種方法：1）直接掃描硅橡膠印模；2）灌注石膏模后，掃描所得石膏模。本實施例優(yōu)選采取第二種方法，有效保證所獲得模型的精度，保證后期牙模的佩戴舒適度及矯治效果。

A3、通過三維數(shù)字化模型的移動、變形和重建，生成具有正畸矯治效果的牙齒三維數(shù)字化模型，具體的，根據(jù)正畸醫(yī)師的矯治方案要求，通過三維模型的補全、移動、旋轉(zhuǎn)、變形等一系列操作之后，模型重建并數(shù)據(jù)保存，生成具有理想矯治效果的牙齒排列三維數(shù)字化模型；正畸醫(yī)師在接診后根據(jù)診斷結(jié)果提出初步的正畸矯治要求，生產(chǎn)技師根據(jù)其要求，利用正畸牙齒切分軟件將三維數(shù)字化模型的牙齒切分成獨立的牙齒，補全被遮擋部分，并根據(jù)醫(yī)學(xué)定義預(yù)置后續(xù)步驟所需的各種輔助點線面的位置，并保存切分三維數(shù)字化模型到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。后續(xù)排牙技師利用輔助排牙軟件下載生產(chǎn)技師所上傳的三維數(shù)字化模型，根據(jù)正畸醫(yī)師提出的正畸矯治要求，結(jié)合正畸學(xué)基本原則，設(shè)計矯治方案，即對需要矯治的牙齒進行移動、旋轉(zhuǎn)、變形等一系列操作后，到達(dá)理想的牙齒位置，最后將所制方案上傳網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，得到一系列具有正畸效果的牙齒三維數(shù)字化模型。

參考圖1，本實施例對牙齒三維數(shù)字化模型的優(yōu)化處理過程具體包括以下步驟：

步驟B1對模型體積縮減：取各牙齒牙齦線沿牙齒長軸方向最低（下頜）或最高（上頜）的三個點連線作為牙齦底面分割平面，裁剪多余的牙齦和牙根，參考圖2-圖5，其中1為牙齦、2為虛擬牙根、3為牙齦線、4為牙冠、5為極值點、6為分割平面的輪廓線，具體包括以下步驟：確定每個牙齒對應(yīng)的牙齦線3的極值點5；確定每個極值點5連線作為分割平面的輪廓線6；對每個牙齒模型計算去對應(yīng)的兩個分割三角面的相交情況；處于分割面附近的線，確定其與分割面的交點，將其交點作為分割面的新增點加入模型，并況重建模型表面將其封閉。模型以分割平面為界，靠近牙齒的部分保留，另一側(cè)多余的去除，在減小牙齦的體積的同時保持既有牙齦線的形狀，有效簡化模型，在縮減體積的同時，有效保證正畸所需的既有特征，同時降低處理復(fù)雜度及成本，有效提高生產(chǎn)效率。

步驟B2去除冗余數(shù)據(jù)點：縮減體積后，針對制造精度優(yōu)化模型，去除多余、重復(fù)、無效的數(shù)據(jù)點，減少數(shù)據(jù)量。即：1）載入初步簡化模型；2）檢查模型中每個點是否重復(fù)或接近，以去除重復(fù)；3）檢查模型中各點的連接情況以去除沒有連接線的點；4）檢查模型中點是否在模型內(nèi)部以去除無效；5）檢查每個面及其鄰接面是否法向接近（由閾值確定），法向一致的面合并，去除法向接近的面中多余的點，綜合考慮各個方面，進一步的簡化模型,以便簡潔、快速、高效的去除多余點，降低后期牙套生產(chǎn)成本、增加生產(chǎn)效率。

為了防止后續(xù)熱壓后高分子牙套摘戴困難，參考圖6，倒凹區(qū)7與補全后的倒凹區(qū)9的對比圖，其中8為牙齒，本實施例中，通過步驟B3判斷是否需要倒凹處理，若需要則進行以下操作：設(shè)置倒凹區(qū)7；設(shè)置補全閾值；根據(jù)補全閾值計算倒凹區(qū)7內(nèi)每個點的新坐標(biāo)并替換到模型中，保證通過該牙模生產(chǎn)的高分子牙套成本低、佩戴舒適、具有合適的矯治力，且便于高分子牙套的摘戴。

另外附加正畸手段在對模型的優(yōu)化處理過程中，也需要對牙套某些部位增加開窗；如步驟B4判斷是否需要開窗，若需要則設(shè)置開窗區(qū)域及突度，并分析開窗區(qū)域每個點的新坐標(biāo)并替換，參考圖7，開窗前后對比及開窗種類示意圖，例如，開窗種類包括：圓形開窗（中部）10、圓形開窗（邊緣）11、矩形開窗（中部）12、矩形開窗（邊緣）13。在某些情況下需要空胞以保持牙齒的預(yù)設(shè)運動或者青少年牙齒的萌出，如步驟B5判斷是否需要設(shè)置空胞的步驟，若需要則執(zhí)行以下步驟：選擇空胞位置；設(shè)置空胞形狀；確定空胞大小完成空胞設(shè)置。

通過三維數(shù)字化模型快速成型技術(shù)生成經(jīng)過步驟B后續(xù)處理的牙齒排列三維數(shù)字化優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型，制造牙齒排列模型實體，整個優(yōu)化過程方便，直觀，計算效率高，速度快，不損害正畸所需的既有特征；基于牙齒排列模型實體制造正畸用隱形高分子牙套；選用世界領(lǐng)先的熱壓成型設(shè)備和膜片，嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝，制造符合正畸醫(yī)師所制矯治方案的正畸用隱形高分子牙套。該高分子牙套將產(chǎn)生足夠的矯治力，在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)到正畸醫(yī)師期望的矯治效果，并且安全可靠。本方法能生成與實際正畸矯治需求保持一致，無縫配合的牙齒三維數(shù)字化模型，在保證結(jié)構(gòu)合理和制造精度的同時提高制造正畸用隱形高分子牙套的效率，并減少制造成本。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。