本發(fā)明涉及牙齒正畸領(lǐng)域，尤其涉及一種正畸矯治器的設計制作方法。

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科協(xié)作，采用CAD/CAM技術(shù)，運用先進的制作方法，制作一種個性化的高分子塑料矯治器。該矯治器能產(chǎn)生一定大小的矯正力而使牙齒逐步緩慢移動，從而克服了傳統(tǒng)正畸方法的缺點。該方法是通過3D打印成型機打印出矯治過程中的牙頜模型，再使用正壓壓膜機在所述牙頜模型上壓制加工出隱形矯治器。

專利CN102512251A公開了一種隱形矯治器的制造方法，在患者牙頜物理模型的制造步驟中，采用石膏在牙齒陰模模型上制得牙齒陽模，對該牙齒陽模進行修整以剪除牙齦部分所對應的石膏部分并將其再次放置于硅橡膠陰模中，然后填充熱塑性材料以得到由熱塑性材料和石膏共同組成的患者牙頜物理模型。專利CN105748163A公開了一種計算機輔助牙齒無托槽隱形矯治器設計方法，依次進行牙頜三維網(wǎng)格模型獲取、牙齒分割和牙齒修復，然后進行虛擬牙齦網(wǎng)格構(gòu)建和虛擬牙齒咬合構(gòu)建。專利CN101940503A公開了一種用于獲得牙印模精確三維模型的方法，包括如下步驟：1)掃描上顎印模和/或下顎印模的至少一部分，獲得印模掃描圖；2)評估印模掃描圖的品質(zhì)，以及3)如果品質(zhì)不能用于精確的三維模型，則用填料填充牙印模的一個或多個腔，以獲得所述腔的模型，并且掃描所述模型獲得模型掃描圖，以及把所述模型掃描圖和印模掃描圖對齊和組合，由此獲得三維模型，和/或再次掃描牙印模的一個或多個相關(guān)區(qū)域，以及把所述相關(guān)區(qū)域掃描圖和印模掃描圖對齊和組合，由此獲得三維模型，或者4)如果品質(zhì)不能用于牙印模的精確三維模型，則使用印模掃描圖，以獲得三維模型，由此獲得牙印模的精確三維模型。

可見，現(xiàn)有技術(shù)中需要對三維牙頜數(shù)字模型進行切割處理，或者通過多次掃描才能得到精確的牙頜模型，不能一次性得到分割好的牙冠模型與牙齦模型，導致模型的生成方法繁瑣，且不能避免切割誤差等問題。因此，有必要提供一種更為便捷的正畸矯治器設計與制作方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種正畸矯治器的設計制作方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種正畸矯治器的設計制作方法，包括如下步驟：

S1.對牙齒印模獲取牙頜的石膏模型，對石膏模型的每顆牙齒進行染色處理；

S2.對染色的石膏模型進行掃描，基于不同顏色獲取牙冠的三維數(shù)字化模型以及牙齦的三維數(shù)字化模型，將牙冠的三維數(shù)字化模型與獲取的牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息進行對比驗證，根據(jù)牙齒方向和牙根位置信息，重建完整的牙齒的三維數(shù)字化模型；

S3.對牙齒的三維數(shù)字化模型進行調(diào)牙操作并獲取正畸后的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型，之后打印得到牙頜模型或正畸矯治器。

優(yōu)選地，所述步驟S1中采用不同顏色對石膏模型上的牙齒進行染色，并覆蓋整個牙冠部分。

優(yōu)選地，染色后相鄰牙齒顏色不同，且牙齦部分的顏色和牙齒顏色不同。

進一步地，所述步驟S2中通過彩色3D掃描儀對染色的石膏模型進行掃描，并基于不同顏色獲取不同牙齒的數(shù)字化模型。

進一步地，所述步驟S3具體包括：

S301.通過調(diào)牙模塊對牙齒的三維數(shù)字化模型進行調(diào)牙操作，調(diào)整牙齒的相對位置或者絕對位置并排齊牙列，獲得達到正畸治療目的所需要經(jīng)過的一系列矯正狀態(tài)；

S302.預測并重建每一個矯正狀態(tài)的牙頜形狀，生成三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；所述三維數(shù)字化牙頜模型為實體結(jié)構(gòu)或中空結(jié)構(gòu)；

S303.將獲得的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型導入3D打印設備，打印得到牙頜模型或矯治器；打印得到牙頜模型后，采用壓膜的方法制作正畸矯治器。

進一步地，所述步驟S301具體包括：根據(jù)牙冠的三維數(shù)字化模型和牙齦的三維數(shù)字化模型的位置獲得垂直方向軸；根據(jù)牙齒位置分布獲取平面舌側(cè)到唇側(cè)方向軸，以及水平方向軸，建立牙頜坐標系；將牙齒數(shù)字化模型放入牙頜坐標系進行位置或角度調(diào)節(jié)操作。

進一步地，所述步驟S301中通過可視化設備顯示牙齒、牙齦、牙齒坐標系、牙齒在牙頜中的位置以及牙頜坐標系；通過拖動牙齒方向標識，對牙齒進行移動或者旋轉(zhuǎn)操作，從而達到調(diào)牙的效果；調(diào)牙過程中，同時顯示相鄰牙齒的位置關(guān)系，并對碰撞程度給出提示；調(diào)牙過程中，同時顯示牙齒本次移動的距離和角度，以及牙齒累計移動的距離和角度，并對超出預設距離或角度的操作給出警告。

進一步地，所述步驟S301的調(diào)牙過程中，采用交互方式確認一次調(diào)牙工作結(jié)束；調(diào)牙過程中或調(diào)牙結(jié)束后可以基于預設閾值對用戶輸入的移動過程進行分解，把一次移動分解為連續(xù)的多次移動，并且保證每次的移動量不超過預設閾值；調(diào)牙過程中，上述分解過程可以是針對單顆或多顆牙齒同時進行操作；調(diào)牙過程中，通過設定閾值防止上述分解過程中因牙齒位置變化而發(fā)生碰撞程度加深的情況，當發(fā)生的碰撞超出閾值時，調(diào)牙模塊自動嘗試調(diào)整兩側(cè)牙齒的移動順序和速率，以避免碰撞；調(diào)牙過程中，自動分解的多個調(diào)牙階段可通過可視化設備演示，并由用戶進一步調(diào)整其中任意一個階段的位置變化，以達到用戶滿意效果。

進一步地，對待矯正牙齒部位進行多次調(diào)牙，從而獲得整個矯正過程中順序發(fā)生的一系列矯治狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的一種正畸矯治器的設計制作方法，通過對牙齒的石膏模型染色后進行彩色3D掃描，可以快速獲取牙冠和牙齦的三維數(shù)字化模型；

(2)本發(fā)明的一種正畸矯治器的設計制作方法，掃描直接獲取牙冠和牙齦的三維數(shù)字化模型，之后不需要進行切割處理，簡化了模型的生成方法，避免了數(shù)字化模型分割過程中可能產(chǎn)生的誤差；

(3)本發(fā)明通過自動化計算獲取三維數(shù)字化模型的牙齒方向數(shù)據(jù)；

(4)本發(fā)明的一種正畸矯治器的設計制作方法，操作簡單、調(diào)牙精確，提高了牙齒的正畸效率和效果。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

本發(fā)明公開了一種正畸矯治器的設計制作方法，包括如下步驟：

S1.對牙齒印模獲取牙頜的石膏模型，對石膏模型的每顆牙齒進行染色處理，基于不同顏色獲取不同牙齒的三維數(shù)字化模型以及牙頜的三維數(shù)字化模型；采用不同顏色分別對石膏模型上的每顆牙齒進行染色，每間隔一顆牙齒的顏色不同，并覆蓋整個牙冠部分，并且染上的顏色與牙齒和牙齦的本色均不相同，通過不同的顏色將牙齒與牙齦區(qū)分開，并將單顆牙齒區(qū)分開；

通過圖像分析法分析口腔全景片和口腔側(cè)位片，獲取牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息；

S2.通過彩色3D掃描儀對染色的石膏模型進行掃描，基于不同顏色獲取牙冠的三維數(shù)字化模型以及牙齦的三維數(shù)字化模型，將牙冠的三維數(shù)字化模型與獲取的牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息進行對比驗證，根據(jù)牙齒方向和牙根位置信息，重建完整的牙齒的三維數(shù)字化模型，大大提高了牙齒模型的生成效率，并且后續(xù)不需要對模型進行切割處理就可以進行下一步牙齒的正畸操作；

S3.對牙齒的三維數(shù)字化模型進行調(diào)牙操作并獲取正畸后的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型，之后打印得到牙頜模型或矯治器。具體包括：

S301.通過調(diào)牙模塊對牙齒的三維數(shù)字化模型進行調(diào)牙操作，調(diào)整牙齒的相對位置或者絕對位置并排齊牙列，獲得達到正畸治療目的所需要經(jīng)過的一系列矯正狀態(tài)；

最小包圍盒算法是指尋找可以包圍空間的六面體，通過迭代方法找到體積最小的六面體。

點云數(shù)據(jù)分布是指以六面體某一個頂點為原點，相鄰邊為坐標軸，形成一個坐標系。牙齒方向是指牙根到牙冠的方向，牙齒方向采用坐標系的三個軸向之一，假設將牙齒方向設置為Z軸，另外兩個軸分別為X軸和Y軸。由于3D點云數(shù)據(jù)為面數(shù)據(jù)，牙齒底部缺失。采用牙齒點云數(shù)據(jù)平行于XY平面作出截面，大多可以獲得環(huán)狀點云，而由于牙齒底部缺失，多數(shù)情況下平行于其他平面作截面不能獲得環(huán)狀點云。根據(jù)這個特性，可以從三個坐標軸方向中確定牙齒方向。

根據(jù)牙冠的三維數(shù)字化模型和牙齦的三維數(shù)字化模型的位置獲得垂直方向軸；根據(jù)牙齒位置分布獲取平面舌側(cè)到唇側(cè)方向軸以及水平方向軸，建立牙頜坐標系；其中三個軸分別是舌側(cè)到唇側(cè)方向、牙齦到牙冠方向以及與嘴唇平行的方向；將牙齒數(shù)字化模型放入牙頜坐標系進行位置或角度調(diào)節(jié)操作。

通過可視化設備顯示牙齒、牙齦、牙齒坐標系、牙齒在牙頜中的位置以及牙頜坐標系；通過拖動牙齒方向標識，對牙齒進行移動或者旋轉(zhuǎn)操作，從而達到調(diào)牙的效果；調(diào)牙過程中，同時顯示相鄰牙齒的位置關(guān)系，并對碰撞程度給出提示；調(diào)牙過程中，同時顯示牙齒本次移動的距離和角度，以及牙齒累計移動的距離和角度，并對超出預設距離或角度的操作給出警告。

采用交互方式確認一次調(diào)牙工作結(jié)束；調(diào)牙過程中或調(diào)牙結(jié)束后可以基于預設閾值對用戶輸入的移動過程進行分解，把一次移動分解為連續(xù)的多次移動，并且保證每次的移動量不超過預設閾值；調(diào)牙過程中，上述分解過程可以是針對單顆或多顆牙齒同時進行操作；調(diào)牙過程中，通過設定閾值防止上述分解過程中因牙齒位置變化而發(fā)生碰撞程度加深的情況，當發(fā)生的碰撞超出閾值時，調(diào)牙模塊自動嘗試調(diào)整兩側(cè)牙齒的移動順序和速率，以避免碰撞；調(diào)牙過程中，自動分解的多個調(diào)牙階段可通過可視化設備演示，并由用戶進一步調(diào)整其中任意一個階段的位置變化，以達到用戶滿意的效果。

通過CT掃描獲取調(diào)牙后重建的三維模型，并與三維數(shù)字化牙頜模型進行匹配，CT掃描生成的三維模型更加全面，包括了牙齒、牙頜骨、牙槽骨等，可以觀察牙齒移動過程中是否超出了牙槽骨的范圍，避免對牙齒位置的過度調(diào)節(jié)；若牙根移動超出牙槽骨的范圍，則重復使用調(diào)節(jié)器調(diào)牙；若牙根移動沒有超出牙槽骨的范圍，則繼續(xù)步驟S302。

S302.預測并重建每一個矯正狀態(tài)的牙頜形狀，生成三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；所述三維數(shù)字化牙頜模型為實體結(jié)構(gòu)或中空結(jié)構(gòu)；

還可以獲取正畸后的牙齦曲面和牙齒曲面圖，生成空腔結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；在牙頜模型的空腔中直接生成打印模型所必須的支撐結(jié)構(gòu)，以調(diào)牙后的相鄰三顆或四顆牙齒的牙根、牙冠信息為基礎(chǔ)，生成牙齦曲面。

在生成牙齦曲面的過程中，設定閾值，直接生成內(nèi)外兩個曲面，閾值為內(nèi)曲面到外曲面的厚度?？梢圆捎靡韵聝煞N方法生成三維數(shù)字化模型：

方法一：將牙齦曲面和牙齒外表面設置為內(nèi)曲面，然后向外擴展生成外曲面，內(nèi)外曲面組合生成可以直接打印的矯治器模型。

方法二：將牙齦曲面和牙齒外表面設置為外曲面，然后向內(nèi)擴展生成內(nèi)曲面，內(nèi)外曲面組合生成牙頜的空腔結(jié)構(gòu)，即可打印的牙頜模型。

S303.將獲得的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型導入3D打印設備，打印得到牙頜模型或矯治器；打印得到牙頜模型后，采用壓膜的方法制作正畸矯治器。

對待矯正牙齒部位進行多次調(diào)牙，從而獲得整個矯正過程中順序發(fā)生的一系列矯治狀態(tài)。

實施例2

本發(fā)明公開了一種正畸矯治器的設計制作方法，包括如下步驟：

S1.對牙齒印模獲取牙頜的石膏模型，對石膏模型的每顆牙齒進行染色處理，基于不同顏色獲取不同牙齒的三維數(shù)字化模型以及牙頜的三維數(shù)字化模型；采用不同顏色對石膏模型上的牙齒進行染色，并覆蓋整個牙冠部分，相鄰牙齒染上不同的顏色，并且染上的顏色與牙齒和牙齦的本色均不相同，通過不同的顏色將牙齒與牙齦區(qū)分開，并將單顆牙齒區(qū)分開；

通過CT設備對牙齒掃描得到牙齒影像，并通過三維重建獲取牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息；

S2.通過彩色3D掃描儀對染色的石膏模型進行掃描，基于不同顏色獲取牙冠的三維數(shù)字化模型以及牙齦的三維數(shù)字化模型，將牙冠的三維數(shù)字化模型與獲取的牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息進行對比驗證，根據(jù)牙齒方向和牙根位置信息，重建完整的牙齒的三維數(shù)字化模型，大大提高了牙齒模型的生成效率，并且后續(xù)不需要對模型進行切割處理就可以進行下一步牙齒的正畸操作；

S3.對牙齒的三維數(shù)字化模型進行調(diào)牙操作并獲取正畸后的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型，之后打印得到牙頜模型或矯治器。具體包括：

S301.通過調(diào)牙模塊對牙齒的三維數(shù)字化模型進行調(diào)牙操作，調(diào)整牙齒的相對位置或者絕對位置并排齊牙列，獲得達到正畸治療目的所需要經(jīng)過的一系列矯正狀態(tài)；

最小包圍盒算法是指尋找可以包圍空間的六面體，通過迭代方法找到體積最小的六面體。

點云數(shù)據(jù)分布是指以六面體某一個頂點為原點，相鄰邊為坐標軸，形成一個坐標系。牙齒方向是指牙根到牙冠的方向，牙齒方向采用坐標系的三個軸向之一，假設將牙齒方向設置為Z軸，另外兩個軸分別為X軸和Y軸。由于3D點云數(shù)據(jù)為面數(shù)據(jù)，牙齒底部缺失。采用牙齒點云數(shù)據(jù)平行于XY平面作出截面，大多可以獲得環(huán)狀點云，而由于牙齒底部缺失，多數(shù)情況下平行于其他平面作截面不能獲得環(huán)狀點云。根據(jù)這個特性，可以從三個坐標軸方向中確定牙齒方向。

根據(jù)牙冠的三維數(shù)字化模型和牙齦的三維數(shù)字化模型的位置獲得垂直方向軸；根據(jù)牙齒位置分布獲取平面舌側(cè)到唇側(cè)方向軸，以及水平方向軸，建立牙頜坐標系，其中三個軸分別是舌側(cè)到唇側(cè)方向、牙齦到牙冠方向以及與嘴唇平行的方向；將牙齒數(shù)字化模型放入牙頜坐標系進行位置或角度調(diào)節(jié)操作。

通過可視化設備顯示牙齒、牙齦、牙齒坐標系、牙齒在牙頜中的位置以及牙頜坐標系；通過拖動牙齒方向標識，對牙齒進行移動或者旋轉(zhuǎn)操作，從而達到調(diào)牙的效果；調(diào)牙過程中，同時顯示相鄰牙齒的位置關(guān)系，并對碰撞程度給出提示；調(diào)牙過程中，同時顯示牙齒本次移動的距離和角度，以及牙齒累計移動的距離和角度，并對超出預設距離或角度的操作給出警告。

采用交互方式確認一次調(diào)牙工作結(jié)束；調(diào)牙過程中或調(diào)牙結(jié)束后可以基于預設閾值對用戶輸入的移動過程進行分解，把一次移動分解為連續(xù)的多次移動，并且保證每次的移動量不超過預設閾值；調(diào)牙過程中，上述分解過程可以是針對單顆或多顆牙齒同時進行操作；調(diào)牙過程中，通過設定閾值防止上述分解過程中因牙齒位置變化而發(fā)生碰撞程度加深的情況，當發(fā)生的碰撞超出閾值時，調(diào)牙模塊自動嘗試調(diào)整兩側(cè)牙齒的移動順序和速率，以避免碰撞；調(diào)牙過程中，自動分解的多個調(diào)牙階段可通過可視化設備演示，并由用戶進一步調(diào)整其中任意一個階段的位置變化，以達到用戶滿意的效果。

通過CT掃描獲取調(diào)牙后重建的三維模型，并與三維數(shù)字化牙頜模型進行匹配，CT掃描生成的三維模型更加全面，包括了牙齒、牙頜骨、牙槽骨等，可以觀察牙齒移動過程中是否超出了牙槽骨的范圍，避免對牙齒位置的過度調(diào)節(jié)；若牙根移動超出牙槽骨的范圍，則重復使用調(diào)節(jié)器調(diào)牙；若牙根移動沒有超出牙槽骨的范圍，則繼續(xù)步驟S302。

S302.預測并重建每一個矯正狀態(tài)的牙頜形狀，生成三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；所述三維數(shù)字化牙頜模型為實體結(jié)構(gòu)或中空結(jié)構(gòu)；

還可以獲取正畸后的牙齦曲面和牙齒曲面圖，生成空腔結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；在牙頜模型的空腔中直接生成打印模型所必須的支撐結(jié)構(gòu)，以調(diào)牙后的相鄰三顆或四顆牙齒的牙根、牙冠信息為基礎(chǔ)，生成牙齦曲面。

在生成牙齦曲面的過程中，設定閾值，直接生成內(nèi)外兩個曲面，閾值為內(nèi)曲面到外曲面的厚度?？梢圆捎靡韵聝煞N方法生成三維數(shù)字化模型：

方法一：將牙齦曲面和牙齒外表面設置為內(nèi)曲面，然后向外擴展生成外曲面，內(nèi)外曲面組合生成可以直接打印的矯治器模型。

方法二：將牙齦曲面和牙齒外表面設置為外曲面，然后向內(nèi)擴展生成內(nèi)曲面，內(nèi)外曲面組合生成牙頜的空腔結(jié)構(gòu)，即可打印的牙頜模型。

S303.將獲得的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型導入3D打印設備，打印得到牙頜模型或矯治器；打印得到牙頜模型后，采用壓膜的方法制作正畸矯治器。

對待矯正牙齒部位進行多次調(diào)牙，從而獲得整個矯正過程中順序發(fā)生的一系列矯治狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的一種正畸矯治器的設計制作方法，通過對牙齒的石膏模型染色后進行彩色3D掃描，可以快速獲取牙冠和牙齦的三維數(shù)字化模型；

(2)本發(fā)明的一種正畸矯治器的設計制作方法，掃描直接獲取牙冠和牙齦的三維數(shù)字化模型，之后不需要進行切割處理，簡化了模型的生成方法，避免了數(shù)字化模型分割過程中可能產(chǎn)生的誤差；

(3)本發(fā)明通過自動化計算獲取三維數(shù)字化模型的牙齒方向數(shù)據(jù)；

(4)本發(fā)明的一種正畸矯治器的設計制作方法，操作簡單、調(diào)牙精確，提高了牙齒的正畸效率和效果。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應該指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。