本發(fā)明涉及一種數(shù)字化口腔美學(xué)修復(fù)方法，尤其涉及利用數(shù)字化美學(xué)分析及設(shè)計方法進行口腔全瓷修復(fù)體制造的方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的口腔全瓷修復(fù)過程經(jīng)常是這樣的：修復(fù)醫(yī)師接診患者后，簡單討論后即進行牙體預(yù)備、取模，然后將模型送至制作室，讓技師根據(jù)模型的條件制作修復(fù)體，最后醫(yī)師將修復(fù)體戴入患者口內(nèi)。該修復(fù)過程在美學(xué)修復(fù)的病例中有諸多缺點：1)技師在制作修復(fù)體時不能直接參考患者的詳細面部和口腔的各種美學(xué)信息；2)醫(yī)師在臨床修復(fù)過程中沒有一對一的轉(zhuǎn)移設(shè)計參數(shù)來指導(dǎo)修復(fù)空間的預(yù)備和牙齦形態(tài)的處理；3)患者的審美千差萬別，醫(yī)師和技師滿意的修復(fù)體外形和顏色未必使患者滿意；4)難以保證最后修復(fù)體的美學(xué)效果，易引起美學(xué)修復(fù)的失敗與醫(yī)患糾紛。在美學(xué)修復(fù)的臨床過程中，在不可逆操作前，醫(yī)、技、患的交流大多還停留在口頭描述的階段。美學(xué)修復(fù)的關(guān)鍵因素是形態(tài)與顏色，口頭的交流顯然無法準確科學(xué)地傳達美學(xué)修復(fù)中的各種關(guān)鍵參數(shù)。

美學(xué)設(shè)計是美學(xué)修復(fù)的核心步驟，由于涉及到患者面部的五官、口內(nèi)牙列的形態(tài)和相對位置關(guān)系，美學(xué)設(shè)計很難通過語言描述或邏輯計算的方式進行，其需要一個可視化、圖像化的處理過程。以往，這一過程常常是通過在患者的照片，或者在石膏模型上制作蠟型來進行的。圖像或三維模型處理軟件的出現(xiàn)為美學(xué)設(shè)計找到了新的載體。數(shù)字美齒設(shè)計是指在軟件的輔助下，進行美學(xué)修復(fù)醫(yī)患溝通、美學(xué)分析與設(shè)計以及醫(yī)技交流等過程。相比普通的美學(xué)修復(fù)前期過程，數(shù)字美齒設(shè)計過程的優(yōu)勢為：①使用軟件的可視化界面進行分析和結(jié)果輸出，直觀可視；②不需要耗費物質(zhì)材料，成本低；③美學(xué)設(shè)計溝通實現(xiàn)智能化、人性化，節(jié)省時間及溝通成本。

數(shù)字微笑設(shè)計(dsd)技術(shù)由巴西牙醫(yī)兼技師科奇曼(coachman)及其團隊提出，近年來風(fēng)靡世界，究其原理，是通過將一些精確拍攝的照片導(dǎo)入圖像處理軟件(例如蘋果電腦(mac)的keynote軟件)，然后在照片上進行美學(xué)分析，生成dsd虛擬設(shè)計，再通過一些相應(yīng)的方式將dsd虛擬設(shè)計轉(zhuǎn)移到石膏模型上，實現(xiàn)診斷蠟型(wax-up)，再通過診斷飾面(mock-up)轉(zhuǎn)移到口內(nèi)，幫助實現(xiàn)精確的美學(xué)評估的技術(shù)。然而，目前的dsd存在著諸多不足。由于評估在二維的方向(x軸和y軸)比較成熟，在z軸的空間評估的標準較難精確。此外，目前dsd無法設(shè)計出精準的牙齒形態(tài)，特別是三維形態(tài)。dsd之根本就是為wax-up服務(wù)，而牙齒三維形態(tài)是wax-up中非常重要的。dsd能夠幫助wax-up更加精確，讓mock-up和患者面型、唇形匹配度大大提高，但真正能夠給提供技師極為精確的三維牙齒形態(tài)指導(dǎo)或要等到3d-dsd出現(xiàn)。

綜上，仍然需要全面的可視預(yù)告技術(shù)來讓患者提前知道美學(xué)療效、讓醫(yī)技更科學(xué)直觀地交流，并由此實現(xiàn)美學(xué)修復(fù)的數(shù)字化，讓患者提前知道初步療效，讓醫(yī)師準確實施，以確保美學(xué)治療成功。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種數(shù)字化口腔美學(xué)修復(fù)方法。具體而言，本發(fā)明申請?zhí)峁┮韵录夹g(shù)方案：

1.一種為患者設(shè)計牙冠貼面的方法，包括以下步驟：

s100，獲取患者的面部微笑數(shù)字影像及口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型，所述面部微笑數(shù)字影像和口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型均包括上前牙左1至4及右1至4；

s200，利用面部微笑數(shù)字影像對口內(nèi)露齒前牙進行二維數(shù)字化美學(xué)分析及設(shè)計，獲得二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單；

s300，確定所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單與所述口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型的至少三個相同的非共線特征標志點，并利用所述非共線特征標志點通過三維點云數(shù)字拼接技術(shù)將所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單與所述口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型相互重疊，得到第一組合模型；

s400，在所述第一組合模型中，將標準三維牙冠貼面數(shù)字模型加入所述口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型中的對應(yīng)放置，得到第二組合模型；

s500，在所述第二組合模型中，按照所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單將所述標準三維牙冠貼面數(shù)字模型進行變形調(diào)整，得到第三組合模型，并且由此獲得為所述患者設(shè)計的牙冠貼面的三維數(shù)字模型。

2.根據(jù)技術(shù)方案1的所述為患者設(shè)計牙冠貼面的方法，還包括：

s600，將所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單從所述第三組合模型中撤掉，得到第四組合模型。

3.根據(jù)技術(shù)方案2的所述為患者設(shè)計牙冠貼面的方法，還包括：

s700，將所述面部微笑數(shù)字影像中的口內(nèi)部分圖像摳除，然后與第四組合模型重疊，得到第五組合模型，以及任選地對所述第五組合模型進行調(diào)整，得到設(shè)計后的真實度較高的數(shù)字微笑設(shè)計模型及牙冠形態(tài)。

4.根據(jù)技術(shù)方案2或3的所述為患者設(shè)計牙冠貼面的方法，還包括：

s800，將所述第四組合模型或第五組合模型通過切削或3d打印加工，得到制作臨時牙冠貼面的備牙模型。

5.根據(jù)技術(shù)方案1至4中任一項的所述為患者設(shè)計牙冠貼面的方法，其中步驟s200還包括：將所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單與所述面部微笑數(shù)字影像進行圖像擬合，得到患者的模擬修復(fù)效果圖像。

6.根據(jù)技術(shù)方案1至5中任一項的所述為患者設(shè)計牙冠貼面的方法，其中步驟s300還包括：首先根據(jù)拍攝所述面部微笑數(shù)字影像的相機參數(shù)和拍攝參數(shù)，將所述口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型調(diào)整至能夠與所述面部微笑數(shù)字影像重疊，然后通過三維點云數(shù)字拼接技術(shù)將所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單與所述口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型相互重疊，得到第一組合模型。

7.根據(jù)技術(shù)方案1至6中任一項的所述為患者設(shè)計牙冠貼面的方法，其中步驟s300中的所述三維點云數(shù)字拼接技術(shù)包括先后實施的粗拼接和精確拼接。粗拼接大致將不同坐標系下點云對準到同一坐標系下，常用的方法有轉(zhuǎn)臺法、標簽法和曲面特征法等。一般粗拼接很難滿足精度要求，需在粗拼接的基礎(chǔ)上使用迭代算法進行精確拼接，使點云之間的拼接誤差達到最小。目前常用的精確拼接方法為迭代最近點(iterativeclosestpoint,icp)算法及其改進算法，包括4個主要階段：(1)對原始點云數(shù)據(jù)進行采樣；(2)確定初始對應(yīng)點集；(3)去除錯誤對應(yīng)點對；(4)坐標變換的求解。

在本發(fā)明中，確定所述非共線特征標志點(iss關(guān)鍵點或興趣點)的方法可見于zhong,y.(2009).intrinsicshapesignatures:ashapedescriptorfor3dobjectrecognition.inproc.int.conf.oncomputervisionworkshops(pp.1–8)。

本發(fā)明借助計算機圖形圖像處理技術(shù)，綜合運用美學(xué)原則，進行可視化口腔美學(xué)分析設(shè)計的新方法，主要應(yīng)用于口腔種植、正畸和美學(xué)修復(fù)過程中。其通過對患者面部和口腔部軟硬組織數(shù)字量化的準確分析與設(shè)計，可在術(shù)前模擬患者修復(fù)效果，術(shù)中指導(dǎo)醫(yī)生技師工作，是非常有效的醫(yī)患、醫(yī)醫(yī)和醫(yī)技溝通工具。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(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

根據(jù)本發(fā)明的口腔全瓷修復(fù)體的制備方法，包括下列步驟：

(1)面部微笑影像及口內(nèi)影像數(shù)據(jù)采集：

1)通過數(shù)碼相機拍攝二維照片，首先拍攝正面露齒微笑照片；然后拍攝口內(nèi)露齒前牙黑背景照片，該照片應(yīng)包括上前牙左1至4及右1至4；

2)通過口內(nèi)掃描儀采集口內(nèi)牙冠三維模型數(shù)據(jù)；

(2)二維數(shù)字化美學(xué)分析及設(shè)計：

根據(jù)照片中患者的微笑照片導(dǎo)入ezdsdpro4.0軟件(由西安知北信息技術(shù)有限公司提供)，分析出相關(guān)美學(xué)參數(shù)，提出合理化修復(fù)建議，同時生產(chǎn)牙齒美容設(shè)計單，這期間醫(yī)患之間可以實現(xiàn)有效的溝通。在正面露齒微笑照中可以用軟件中的功能描劃面部的面中線、牙中線、上下笑線及牙齒比例等參數(shù)；然后用前牙黑背景照去重疊正面露齒微笑照中的前牙，當二者完全重疊時，撤掉正面露齒微笑照，這樣所有參考線都會轉(zhuǎn)移到前牙特寫的背景里。

前牙黑背景照是在拉鉤下拍攝的，充分暴露了牙齦組織，可以為牙周手術(shù)的設(shè)計提供參考。參考事先劃好的參考線，可依據(jù)美學(xué)標準，在前牙特寫照片中設(shè)計最適合患者的牙齒形態(tài)、牙齒長寬比例等要素，最終完成數(shù)字化美學(xué)設(shè)計。

ezdsdpro4.0軟件提供的主要技術(shù)功能包括：

1)圖像設(shè)計及處理框架構(gòu)建。采用開源的.netgdi圖像處理方法，自研了針對口腔美學(xué)設(shè)計所需的圖形(包括：線段、方框、圓形、貝塞爾曲線等)繪制及圖像(口外照、口內(nèi)照、面向照)處理框架；

2)按照數(shù)字化美學(xué)設(shè)計流程，構(gòu)建了向?qū)娇焖僭O(shè)計工作流，采用諸多一鍵式操作來方便牙醫(yī)，對工作流中容易引起誤操作的動作通過算法加以限制，使設(shè)計過程快速可靠；

3)根據(jù)牙醫(yī)臨床所需的醫(yī)患溝通需求，軟件中加入設(shè)計過程快照顯示及導(dǎo)出，可結(jié)合文字說明直觀的為患者展示設(shè)計過程和最終模擬結(jié)果；

4)圖像處理算法實現(xiàn)。在軟件框架中，自行設(shè)計實現(xiàn)了圖片、圖形的處理算法，主要包括：a.圖像的高效率旋轉(zhuǎn)、變形、縮放、翻轉(zhuǎn)、透明度、亮度、飽和度、對比度、色溫等處理算法；b.圖形的繪制，包括貝塞爾曲線繪制，在繪圖區(qū)點擊繪制封閉或不封閉的不規(guī)則形狀，可以自動平滑成弧，再次點擊可以拖動點對曲線進行編輯并可按比例對其進行縮放，其線條的形狀、粗細和顏色可以改變；繪制完畢的曲線可以保存到模板庫里，下次使用可以直接插入繪圖區(qū)，模板庫類似一個圖片管理工具，顯示所有曲線模板的縮略圖，點擊可以插入繪圖區(qū)；線段及矩形方框的繪制，可在繪圖區(qū)內(nèi)以任意角度繪制線段或者矩形框，并可改變線形、顏色及粗細；c.可對圖片進行所選區(qū)域摳圖、液化及魔術(shù)棒效果處理；d.可對繪圖區(qū)內(nèi)圖片及圖形進行拷貝、粘貼、移動、刪除、鎖定、剪裁、鏡像及改變分層順序等操作；e.可在繪圖區(qū)內(nèi)插入文本，并對其進行編輯、放大縮小字號等；f.利用圖像合成算法可將多張經(jīng)過處理的圖片合成為患者面向模擬照。

5)設(shè)計實現(xiàn)了基本的患者病例管理系統(tǒng)；

6)通過云系統(tǒng)，解決了服務(wù)端和客戶端網(wǎng)絡(luò)通信問題，實現(xiàn)了軟件終端間設(shè)計數(shù)據(jù)的同步。

(3)二維展示術(shù)前模擬患者修復(fù)效果

通過軟件內(nèi)置的模擬修復(fù)體，按照之前設(shè)計的形態(tài)及數(shù)字比例，放至相應(yīng)位置，同時與正面露齒微笑照做圖像擬合，可得到患者的模擬修復(fù)效果，用來準確預(yù)估牙齒美容術(shù)后效果，讓患者直觀感知到牙齒美容前后的巨大變化，也對醫(yī)生手術(shù)的施行有了直觀的參考依據(jù)。

(4)三維模型數(shù)據(jù)與二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計重疊進行三維牙冠設(shè)計

利用口內(nèi)掃描儀采集口內(nèi)牙冠三維模型數(shù)據(jù)，通過三維點云數(shù)字拼接技術(shù)(簡稱為“三點定位法”)，將牙冠三維模型數(shù)據(jù)和二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計的圖像數(shù)據(jù)重疊，任選地手動調(diào)整二者的對應(yīng)位置。加入三維牙冠貼面模型數(shù)據(jù)，按形狀對應(yīng)放置至口內(nèi)三維模型相應(yīng)位置，按照二維美學(xué)設(shè)計的模擬修復(fù)后方案，將三維牙冠貼面進行拉伸變形調(diào)整為新的牙形。撤掉二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單，導(dǎo)入正面露齒微笑照，并摳除口內(nèi)部分圖像，與設(shè)計后的三維牙冠貼面重疊，此時，可得到設(shè)計后的真實度較高的數(shù)字微笑設(shè)計模型及牙冠形態(tài)，經(jīng)過評估及調(diào)整后，該模型可通過切削或3d打印設(shè)備加工出來，作為口腔醫(yī)生制作臨時牙冠貼面的備牙模型使用。

所述三維點云數(shù)字拼接技術(shù)包括確定所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單與所述口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型的至少三個相同的非共線特征標志點，并利用所述非共線特征標志點通過三維點云數(shù)字拼接技術(shù)將所述二維數(shù)字化美學(xué)設(shè)計單與所述口內(nèi)牙冠三維數(shù)字模型相互重疊。所述三維點云數(shù)字拼接技術(shù)包括先后實施的粗拼接和精確拼接。粗拼接大致將不同坐標系下點云對準到同一坐標系下，精確拼接方法為迭代最近點(iterativeclosestpoint,icp)算法。

本發(fā)明借助計算機圖形圖像處理技術(shù)，綜合運用美學(xué)原則，進行可視化口腔美學(xué)分析設(shè)計的新方法，主要應(yīng)用于口腔種植、正畸和美學(xué)修復(fù)過程中。其通過對患者面部和口腔部軟硬組織數(shù)字量化的準確分析與設(shè)計，可在術(shù)前模擬患者修復(fù)效果，術(shù)中指導(dǎo)醫(yī)生技師工作，是非常有效的醫(yī)患、醫(yī)醫(yī)和醫(yī)技溝通工具。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。