本發(fā)明涉及一種個性化正畸弓絲曲線交互調(diào)整方法，屬于正畸弓絲彎制成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

正畸弓絲的形狀是正畸力加載的決定因素，對矯治效果起重要影響。隨著數(shù)字化成形技術(shù)在現(xiàn)代口腔正畸領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，臨床上逐漸采用正畸弓絲輔助成形設(shè)備和正畸弓絲彎制機器人對正畸弓絲進行彎制成形。在正畸弓絲彎制成形過程中，正畸弓絲彎制技師通常將托槽槽溝位置直線段正畸弓絲向兩側(cè)延伸若干長度(經(jīng)驗值)位置標(biāo)記為彎制點或特殊弓形曲線插入點，進行正畸弓絲的彎制成形。由于每個病患個體的牙齒排列狀態(tài)均不相同，為實現(xiàn)最優(yōu)的矯治效果，需針對實際病例對正畸弓絲進行個性化的彎制。彎制方法是影響彎制設(shè)備使用性能的重要因素，也是目前制約自動化彎制設(shè)備發(fā)展的難點，目前市場上的同類設(shè)備較少，缺乏滿足彎制精度、控制簡單、適自動化設(shè)備開發(fā)的正畸弓絲彎制算法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種個性化正畸弓絲曲線交互調(diào)整方法，以解決目前缺少適于自動化設(shè)備開發(fā)的能夠滿足彎制精度的正畸弓絲彎制算法的問題。

本發(fā)明為解決上述問題所采取的方案為：

一種個性化正畸弓絲曲線交互調(diào)整方法，其特征在于：所述方法的具體實現(xiàn)過程為：

步驟一、選擇患者數(shù)據(jù)：

首先導(dǎo)入患者數(shù)據(jù)，即正畸弓絲成形基準(zhǔn)點數(shù)據(jù)，設(shè)i表示為患者按照牙位順序的第i個牙齒(i＝0,1,…,13)，按照牙位順序第i個牙齒上的兩個點坐標(biāo)為(x_2i,y_2i,z_2i)和(x_2i+1,y_2i+1,z_2i+1)；

步驟二、補償值的設(shè)定：

設(shè)置托槽直線段的近中補償值a＝(a₀,…,a_i,…,a₁₃)和遠中補償值b＝(b₀,…,b_i,…,b₁₃)，這種托槽直線段的補償值采用醫(yī)師熟悉的表達方式，以左右兩個中切牙的間隙中心為中線位置，牙齒靠近中線的一側(cè)為近中，牙齒遠離中線的一側(cè)為遠中，計算出i＝0,1,…,13時，空間點坐標(biāo)[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]的值，即得到上頜所有牙位對應(yīng)的托槽直線段添加補償值后的空間點坐標(biāo)矩陣T0，且T＝T0；

步驟三、過渡曲線段的設(shè)定：

設(shè)置過渡曲線段的比例參數(shù)E＝(e₀,…,e_i,…,e₁₂)，F(xiàn)＝(f₀,…,f_i,…,f₁₂)，其中i＝0,…,12，即按照患者數(shù)據(jù)牙位順序，依次設(shè)置第i個過渡曲線段；通過設(shè)置過渡曲線段的比例參數(shù)E、F來計算正畸弓絲曲線過渡線段的兩個控制點P₁、P₂坐標(biāo)，按照患者導(dǎo)入的牙位順序，第i個過渡曲線段的相鄰的兩個托槽直線段坐標(biāo)為[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]、[(X_2i+2,Y_2i+2,Z_2i+2)，(X_2i+3,Y_2i+3,Z_2i+3)](i＝0,1,…,12)，通過其所在XY平面投影下的直線方程求得在XY平面投影下交點為(X_i,Y_i)；將(X_i,Y_i)帶入空間直線一般方程求得兩個中間點坐標(biāo)為(X_i,Y_i,Z_i)和(X_i,Y_i,Z_i+1)；再將第i個過渡曲線段四個控制點坐標(biāo)帶入Bezeir曲線的表達式，求得第i個過渡曲線段表達式；計算出i＝0,…,12時，所有過渡曲線段的表達式P_i(t)，則正畸弓絲曲線的坐標(biāo)矩陣為：

步驟四、插入特殊功能曲：

判斷是否插入特殊功能曲，若是，則選擇插入特殊功能曲位置i(i＝0,1,…,12)，選擇插入特殊功能曲類型j(j＝1,2,…)，得到新的正畸弓絲曲線坐標(biāo)矩陣：

式中D_j為總體坐標(biāo)系O-XYZ下特殊功能曲的坐標(biāo)矩陣，根據(jù)正畸弓絲曲線的坐標(biāo)矩陣W，將坐標(biāo)按順序逐個連接生成正畸弓絲曲線，在顯示窗口顯示曲線；若否，則直接進入步驟五；

步驟五、托槽直線段的位置調(diào)整：

判斷是否進行位置調(diào)整，若是，第i個牙齒上的添加補償值后的托槽直線段的坐標(biāo)為[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)](i＝0,1,…,13)，計算其模長為l；選擇旋轉(zhuǎn)的方式m(m＝0,1)，m＝0表示為繞托槽直線段近中點旋轉(zhuǎn)，m＝1表示為繞托槽直線段遠中點旋轉(zhuǎn)；輸入在第i個牙齒上的托槽直線段平移的距離h_i和旋轉(zhuǎn)的角度ω_i；基于[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]建立局部坐標(biāo)系O1-UVW，在局部坐標(biāo)系下，經(jīng)過位置調(diào)整后的托槽直線段坐標(biāo)為A(當(dāng)m＝0,i＝(0,…,6)或m＝1,i＝(7,…,13)時)或A_i(當(dāng)m＝1,i＝(0,…,6)或m＝0,i＝(7,…,13)時)，其變換到總體坐標(biāo)O-XYZ下的托槽直線段的坐標(biāo)矩陣為B_i＝R₂×(A_i×R₁)，計算出第i個牙齒上托槽直線段經(jīng)位置調(diào)整后的的坐標(biāo)為B_i，接著將經(jīng)位置調(diào)整后托槽直線段坐標(biāo)B_i替換位置調(diào)整前的托槽直線段坐標(biāo)[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]，生成新的托槽直線段添加補償值后的空間點坐標(biāo)矩陣T′,令T″＝T,T＝T′；判斷是否保存位置調(diào)整，若是，則T＝T，若否，則T＝T″；跳轉(zhuǎn)至步驟三；

若否，直接判斷判斷是否取消所有的位置調(diào)整并恢復(fù)默認，若否，則保存生成正畸弓絲曲線的坐標(biāo)矩陣W，完成個性化正畸弓絲曲線交互調(diào)整的全部過程；若是，則T＝T0，跳轉(zhuǎn)至步驟三。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明通過離散和組合的方式，將復(fù)雜的牙弓曲線簡化為托槽直線段和過度曲線段兩個部分，并根據(jù)托槽上的基準(zhǔn)點坐標(biāo)對每段進行了定義。明確了交互調(diào)整方法的作用對象，降低了彎制算法的復(fù)雜程度。

2、本發(fā)明采用3階Bezier曲線表達過渡曲線，通過提取前后兩段托槽直線段的4個控制點作為構(gòu)成過渡曲線的參數(shù)，為過渡曲線段準(zhǔn)確、便捷的彎制提供了理論依據(jù)。

3、本發(fā)明基于LABVIEW平臺開發(fā)，易與下位機建立通信，進而控制弓絲彎制設(shè)備完成所需彎制動作?？刂平缑婢哂胸S富的參數(shù)輸入端口，且便于擴展更多的控制模塊。可視化的控制界面能夠直觀的反應(yīng)出弓絲彎制后的形狀和參數(shù)調(diào)整后的變化。

4、本發(fā)明包含選擇患者數(shù)據(jù)、補償值的設(shè)定、過渡曲線段的設(shè)定、選擇弓絲材料類型、插入特殊功能曲和托槽直線段的位置調(diào)整等功能，全面覆蓋弓絲彎制過程中涉及的重要技術(shù)參數(shù)，能夠保證正畸弓絲彎制的質(zhì)量。

5、本發(fā)明適于醫(yī)師的操作習(xí)慣和使用要求，通過改變彎制參數(shù)即可迅速的對弓絲成形進行調(diào)整，操作便捷，調(diào)整效率高。

附圖說明

為了易于說明，本發(fā)明由下述的具體實施及附圖作以詳細描述。

圖1為本發(fā)明的流程框圖；

圖2為本發(fā)明的基本原則示意圖；

圖3為本發(fā)明操作軟件界面示意圖；

圖4為本發(fā)明初始正畸弓絲曲線形狀示意圖；

圖5為本發(fā)明設(shè)置補償值后的正畸弓絲曲線示意圖；

圖6為本發(fā)明設(shè)置過渡曲線的比例參數(shù)后的正畸弓絲曲線示意圖；

圖7為本發(fā)明在牙位26、11、15、16處進行托槽直線段位置調(diào)整后的正畸弓絲曲線示意圖；

圖8為本發(fā)明插入了開大垂直曲、帶圈淚滴曲和淚滴曲的正畸弓絲曲線示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，本具體實施方式采用以下技術(shù)方案：一種個性化正畸弓絲曲線交互調(diào)整方法，其特征在于：所述方法的具體實現(xiàn)過程為：

步驟一、選擇患者數(shù)據(jù)：

首先導(dǎo)入患者數(shù)據(jù)，即正畸弓絲成形基準(zhǔn)點數(shù)據(jù)，設(shè)i表示為患者按照牙位順序的第i個牙齒(i＝0,1,…,13)，按照牙位順序第i個牙齒上的兩個點坐標(biāo)為(x_2i,y_2i,z_2i)和(x_2i+1,y_2i+1,z_2i+1)；

步驟二、補償值的設(shè)定：

設(shè)置托槽直線段的近中補償值a＝(a₀,…,a_i,…,a₁₃)和遠中補償值b＝(b₀,…,b_i,…,b₁₃)，這種托槽直線段的補償值采用醫(yī)師熟悉的表達方式，以左右兩個中切牙的間隙中心為中線位置，牙齒靠近中線的一側(cè)為近中，牙齒遠離中線的一側(cè)為遠中，計算出i＝0,1,…,13時，空間點坐標(biāo)[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]的值，即得到上頜所有牙位對應(yīng)的托槽直線段添加補償值后的空間點坐標(biāo)矩陣T0，且T＝T0；

步驟三、過渡曲線段的設(shè)定：

設(shè)置過渡曲線段的比例參數(shù)E＝(e₀,…,e_i,…,e₁₂)，F(xiàn)＝(f₀,…,f_i,…,f₁₂)，其中i＝0,…,12，即按照患者數(shù)據(jù)牙位順序，依次設(shè)置第i個過渡曲線段；通過設(shè)置過渡曲線段的比例參數(shù)E、F來計算正畸弓絲曲線過渡線段的兩個控制點P₁、P₂坐標(biāo)，按照患者導(dǎo)入的牙位順序，第i個過渡曲線段的相鄰的兩個托槽直線段坐標(biāo)為[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]、[(X_2i+2,Y_2i+2,Z_2i+2)，(X_2i+3,Y_2i+3,Z_2i+3)](i＝0,1,…,12)，通過其所在XY平面投影下的直線方程求得在XY平面投影下交點為(X_i,Y_i)；將(X_i,Y_i)帶入空間直線一般方程求得兩個中間點坐標(biāo)為(X_i,Y_i,Z_i)和(X_i,Y_i,Z_i+1)；再將第i個過渡曲線段四個控制點坐標(biāo)帶入Bezeir曲線的表達式，求得第i個過渡曲線段表達式；計算出i＝0,…,12時，所有過渡曲線段的表達式P_i(t)，則正畸弓絲曲線的坐標(biāo)矩陣為：

步驟四、插入特殊功能曲：

判斷是否插入特殊功能曲，若是，則選擇插入特殊功能曲位置i(i＝0,1,…,12)，選擇插入特殊功能曲類型j(j＝1,2,…)，得到新的正畸弓絲曲線坐標(biāo)矩陣：

式中D_j為總體坐標(biāo)系O-XYZ下特殊功能曲的坐標(biāo)矩陣，根據(jù)正畸弓絲曲線的坐標(biāo)矩陣W，將坐標(biāo)按順序逐個連接生成正畸弓絲曲線，在顯示窗口顯示曲線；若否，則直接進入步驟五；

步驟五、托槽直線段的位置調(diào)整：

判斷是否進行位置調(diào)整，若是，第i個牙齒上的添加補償值后的托槽直線段的坐標(biāo)為[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)](i＝0,1,…,13)，計算其模長為l；選擇旋轉(zhuǎn)的方式m(m＝0,1)，m＝0表示為繞托槽直線段近中點旋轉(zhuǎn)，m＝1表示為繞托槽直線段遠中點旋轉(zhuǎn)；輸入在第i個牙齒上的托槽直線段平移的距離h_i和旋轉(zhuǎn)的角度ω_i；基于[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]建立局部坐標(biāo)系O1-UVW，在局部坐標(biāo)系下，經(jīng)過位置調(diào)整后的托槽直線段坐標(biāo)為A(當(dāng)m＝0,i＝(0,…,6)或m＝1,i＝(7,…,13)時)或A_i(當(dāng)m＝1,i＝(0,…,6)或m＝0,i＝(7,…,13)時)，其變換到總體坐標(biāo)O-XYZ下的托槽直線段的坐標(biāo)矩陣為B_i＝R₂×(A_i×R₁)，計算出第i個牙齒上托槽直線段經(jīng)位置調(diào)整后的的坐標(biāo)為B_i，接著將經(jīng)位置調(diào)整后托槽直線段坐標(biāo)B_i替換位置調(diào)整前的托槽直線段坐標(biāo)[(X_2i,Y_2i,Z_2i)，(X_2i+1,Y_2i+1,Z_2i+1)]，生成新的托槽直線段添加補償值后的空間點坐標(biāo)矩陣T′,令T″＝T,T＝T′；判斷是否保存位置調(diào)整，若是，則T＝T，若否，則T＝T″；跳轉(zhuǎn)至步驟三；

若否，直接判斷判斷是否取消所有的位置調(diào)整并恢復(fù)默認，若否，則保存生成正畸弓絲曲線的坐標(biāo)矩陣W，完成個性化正畸弓絲曲線交互調(diào)整的全部過程；若是，則T＝T0，跳轉(zhuǎn)至步驟三。

過渡曲線段的兩個端點是其相鄰的兩個托槽直線段添加補償值后的端點，在交互調(diào)整的過程中，調(diào)整原則是補償值的設(shè)定、托槽直線段的位置調(diào)整都會改變過渡曲線段的兩個端點，但是特殊功能曲所在的局部坐標(biāo)系是以改變后的過渡曲線段端點為參考點建立的，即插入特殊功能曲具體位置是根據(jù)托槽直線段的位置變化和添加補償值的變化而變化的。而選擇插入特殊功能曲的位置是指選擇在哪兩個相鄰的牙位之間插入特殊功能曲?？梢栽俣鄠€位置上同時選擇插入特殊功能曲，并在特殊功能曲線的數(shù)據(jù)庫內(nèi)選擇插入特殊功能曲線的類型。

基于本發(fā)明的彎制方法，應(yīng)用LabVIEW軟件平臺，實可以現(xiàn)對個性化正畸弓絲的交互調(diào)整，附圖中節(jié)點控制參數(shù)利用國際標(biāo)準(zhǔn)的FDI牙位表示法，用每顆牙的牙位表示法表示其對應(yīng)的托槽直線段，用相鄰的兩顆牙的牙位表示法表示其中間的過渡曲線段。

由交互調(diào)整的方法可知，各部分調(diào)整都是改變托槽直線段的兩個端點的空間坐標(biāo)，再根據(jù)改變后的坐標(biāo)重新生成個性化正畸弓絲曲線，得到個性化正畸弓絲曲線的坐標(biāo)矩陣，為實現(xiàn)自動化彎制個性化正畸弓絲提供準(zhǔn)備。通過對軟件的操作，可以在幾分鐘之內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)師預(yù)期的個性化正畸弓絲曲線的方案，還可以在后期調(diào)整個性化正畸弓絲曲線的方案時，通過交互調(diào)整，對原有方案上的個性化正畸弓絲曲線進行修改。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。