本發(fā)明涉及牙齒正畸領(lǐng)域，尤其涉及一種設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法。
背景技術(shù)：
目前，用于矯正牙齒錯(cuò)位不齊的正畸矯治器主要是唇側(cè)固定矯治器，通常是由粘接在牙齒唇面的金屬托槽/頰管(磨牙上一般用頰管)，串聯(lián)各個(gè)托槽/頰管的弓絲以及結(jié)扎絲組成，利用彈性弓絲的回彈作用排齊錯(cuò)位的牙齒，利用粗尺寸硬度高的不銹鋼絲作為穩(wěn)定絲來(lái)關(guān)閉拔牙間隙。這是一種通用型矯治器(不同病人之間通用)，由正畸醫(yī)生在臨床上利用粘接劑直接安放到對(duì)應(yīng)的牙齒上，具有臨床操作簡(jiǎn)單，牙齒移動(dòng)控制精確，治療效果理想同時(shí)價(jià)格經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)；最大的不足之處在于矯治器位于牙齒的唇頰面，容易暴露于外面，從而影響美觀。
1998年，美國(guó)AlignTechnology，Inc.推出了透明矯正裝置(invisalignappliance)，也就是隱形矯治器。國(guó)內(nèi)首都醫(yī)科大學(xué)和北京時(shí)代天使公司于2003年開(kāi)始進(jìn)行隱形矯治器技術(shù)的研究，并于2006年開(kāi)始推廣使用。無(wú)托槽隱形矯治器是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制作的透明彈性材料活動(dòng)矯正裝置，它是一系列連續(xù)的矯治裝置，通過(guò)不斷的小范圍移動(dòng)牙齒達(dá)到牙齒矯治的目的。與傳統(tǒng)的牙齒畸形矯治技術(shù)相比，隱形矯治器具有安全、舒適、美觀、容易清潔牙齒、椅旁操作時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，因而受到越來(lái)越多正畸醫(yī)生和牙頜畸形患者的關(guān)注。但是在現(xiàn)有隱形矯治器的制作過(guò)程中，對(duì)牙齒的正畸調(diào)節(jié)比較繁瑣，并且精確度不高。
專(zhuān)利CN105748163A公開(kāi)了一種計(jì)算機(jī)輔助牙齒無(wú)托槽隱形矯治器設(shè)計(jì)方法，包含下列步驟：步驟一、構(gòu)建包含有牙齦的牙齒模型：步驟二、進(jìn)行虛擬矯治對(duì)牙齒模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)處理，獲得牙齒模型運(yùn)動(dòng)信息：包含依次進(jìn)行的牙齒運(yùn)動(dòng)構(gòu)建和牙齒路徑規(guī)劃的步驟，并根據(jù)牙齒模型的運(yùn)動(dòng)信息采用基于Laplacian算子的自由形變算法對(duì)牙齒模型中的虛擬牙齦網(wǎng)格進(jìn)行形變計(jì)算；牙齒運(yùn)動(dòng)構(gòu)建具體是包括建立單顆牙齒局部坐標(biāo)和建立單顆牙齒的運(yùn)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)方式包括以下六種方式：伸長(zhǎng)/壓低變換、頰面/舌面平移變換、近中/遠(yuǎn)中平移變換、近中/遠(yuǎn)中方向牙冠旋轉(zhuǎn)、主軸方向旋轉(zhuǎn)變換、頰面/舌面牙齒根部旋轉(zhuǎn)。步驟三、再將處理后的牙齒模型進(jìn)行優(yōu)化處理和生產(chǎn)，優(yōu)化處理和生產(chǎn)包含生物力學(xué)分析、矯治輔助附件安裝、3D打印預(yù)處理、牙齦線提取和矯治器實(shí)物生產(chǎn)的步驟。專(zhuān)利CN102512251A公開(kāi)了一種隱形矯治器的制造方法，將牙頜物理模型中待矯正牙齒部位處的熱塑性材料加熱到70℃并保溫3分鐘，使其軟化；待熱塑性材料軟化后移動(dòng)待矯正的牙齒一定距離至目標(biāo)矯正位置；移動(dòng)牙齒之后，冷卻熱塑性材料使其硬化；待熱塑性材料冷卻至室溫后以其為母模使用牙科用正畸片制出所需的隱形矯治器。
可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的調(diào)牙步驟繁瑣，不便于實(shí)際生產(chǎn)的操作，因此，有必要提供一種設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，包括如下步驟：
S1.通過(guò)3D掃描設(shè)備獲取牙頜的三維數(shù)字化模型；
S2.通過(guò)分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取牙頜三維數(shù)字化模型的坐標(biāo)系，通過(guò)牙頜數(shù)字化模型獲取牙冠的三維數(shù)字化模型，并與獲取的牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，根據(jù)牙齒方向和牙根位置信息，重建完整的牙齒數(shù)字化模型；
S3.獲取表示牙根方向和位置的調(diào)節(jié)器模塊，通過(guò)所述調(diào)節(jié)器模塊帶動(dòng)牙齒移動(dòng)進(jìn)行調(diào)牙；
S4.基于步驟S2得到的牙齒數(shù)字化模型，從每顆牙齒獲取種子點(diǎn)，通過(guò)曲線擬合獲取當(dāng)前牙齒的排列曲線；所述種子點(diǎn)為牙齒基于幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算的位置；
S5.提供正畸建議，獲得矯治器。
優(yōu)選地，通過(guò)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。
優(yōu)選地，通過(guò)CT設(shè)備對(duì)牙齒掃描得到牙齒影像，并通過(guò)三維重建獲取牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息。
優(yōu)選地，所述步驟S1中通過(guò)口內(nèi)掃描儀獲取牙頜的三維數(shù)字化模型。
優(yōu)選地，所述步驟S1中對(duì)牙齒印模獲取牙頜的石膏模型，通過(guò)牙科3D掃描設(shè)備掃描牙齒的石膏模型，獲取牙頜的三維數(shù)字化模型。
優(yōu)選地，所述步驟S2包括：將牙頜的三維數(shù)字化模型進(jìn)行切割獲取牙冠的三維數(shù)字化模型。
優(yōu)選地，對(duì)牙齒印模獲取牙頜的石膏模型，然后對(duì)石膏模型的每顆牙齒進(jìn)行染色處理，最后對(duì)染色的石膏模型進(jìn)行掃描，一次性獲取牙冠的三維數(shù)字化模型以及牙頜的三維數(shù)字化模型。
進(jìn)一步地，所述步驟S2中采用最小包圍盒算法獲取牙齒的長(zhǎng)方體形狀包圍盒，根據(jù)牙齒模型自身的拓?fù)涮匦?，將最短邊設(shè)置為牙根牙冠方向；再根據(jù)門(mén)牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在中間、后磨牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在兩側(cè)、中間為空的特性，判斷牙頜的三維數(shù)字化模型從舌側(cè)到唇側(cè)的方向信息并建立牙頜坐標(biāo)系；將獲取的單顆牙齒的方向信息匹配到S2獲取的牙頜坐標(biāo)系中，從而得到指示牙齒方向的標(biāo)識(shí)。
進(jìn)一步地，所述步驟S3中通過(guò)可視化設(shè)備顯示牙齒、牙齦、牙齒坐標(biāo)系、牙齒在牙頜中的位置以及牙頜坐標(biāo)系；通過(guò)拖動(dòng)牙齒方向標(biāo)識(shí)，對(duì)牙齒進(jìn)行移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)操作，從而達(dá)到調(diào)牙的效果；調(diào)牙過(guò)程中，同時(shí)顯示相鄰牙齒的方向差異和牙齒在牙頜中的位置，用于判斷牙齒畸形程度和畸形矯正程度。
進(jìn)一步地，所述步驟S5具體包括：
S501.預(yù)測(cè)并重建正畸后牙頜形狀；
S502.生成矯正的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；所述矯正的三維數(shù)字化牙頜模型為實(shí)體結(jié)構(gòu)或中空結(jié)構(gòu)；
S503.將獲得的三維數(shù)字化牙頜模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到牙頜模型，并對(duì)打印的牙頜模型進(jìn)行壓膜處理得到矯治器；將獲得的三維數(shù)字化矯治器模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到矯治器。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明的設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，通過(guò)自動(dòng)化計(jì)算獲取牙齒數(shù)字化模型；
(2)本發(fā)明的設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，通過(guò)查看牙根移動(dòng)是否超出牙槽骨的限制，從而避免對(duì)牙齒位置的過(guò)度調(diào)節(jié)；
(3)本發(fā)明采用自動(dòng)化正畸方法，操作簡(jiǎn)單、調(diào)牙精確度高，提高了牙齒的正畸效率和效果。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
本發(fā)明公開(kāi)了一種設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，包括如下步驟：
S1.通過(guò)交互式手工標(biāo)注的方式，或者通過(guò)自動(dòng)化數(shù)據(jù)識(shí)別的方式分析口腔全景片和口腔側(cè)位片，獲取每顆牙齒在片子中的位置，并計(jì)算牙齒方向信息，獲取牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息；如果是標(biāo)準(zhǔn)DICOM數(shù)字圖像，可以獲取具體的每一顆牙齒的坐標(biāo)信息；通過(guò)口內(nèi)掃描儀獲取牙頜的三維數(shù)字化模型；
S2.通過(guò)最小包圍盒算法和點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布獲取牙頜三維數(shù)字化模型的坐標(biāo)系，采用手工切割或者其他自動(dòng)化切割方式對(duì)牙頜模型進(jìn)行切割，獲取牙冠的三維數(shù)字化模型，并與獲取的牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，根據(jù)牙齒方向和牙根位置信息，重建完整的分割后的牙齒數(shù)字化模型；
最小包圍盒算法是指尋找可以包圍空間的六面體，通過(guò)迭代方法找到體積最小的六面體。
點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布是指以六面體某一個(gè)頂點(diǎn)為原點(diǎn)，相鄰邊為坐標(biāo)軸，形成一個(gè)坐標(biāo)系。牙齒方向是指牙根到牙冠的方向，牙齒方向采用坐標(biāo)系的三個(gè)軸向之一，假設(shè)將牙齒方向設(shè)置為Z軸，另外兩個(gè)軸分別為X軸和Y軸。由于3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)為面數(shù)據(jù)，牙齒底部缺失。采用牙齒點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)云。根據(jù)這個(gè)特性，可以從三個(gè)坐標(biāo)軸方向中確定牙齒方向。
采用最小包圍盒算法獲取牙齒的長(zhǎng)方體形狀包圍盒，根據(jù)牙齒模型自身的拓?fù)涮匦?，將最短邊設(shè)置為牙根牙冠方向；再根據(jù)門(mén)牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在中間，后磨牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在兩側(cè)，中間為空的特性，判斷牙頜模型從舌側(cè)到唇側(cè)的方向信息并建立牙頜坐標(biāo)系，其中三個(gè)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S1中獲取的單顆牙齒的方向信息匹配到獲取的牙頜坐標(biāo)系中，從而得到指示牙齒方向的標(biāo)識(shí)。通過(guò)標(biāo)定某一顆或者幾顆牙齒在兩個(gè)坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后通過(guò)相對(duì)位置獲取其他牙齒的方向信息；或者通過(guò)ICP算法等成熟圖像或三維圖形匹配算法，先對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，把模型放進(jìn)同一個(gè)坐標(biāo)系，從而獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型下牙齒的牙冠方向信息和牙根位置信息。
S3.獲取表示牙根方向和位置的調(diào)節(jié)器模塊，通過(guò)所述調(diào)節(jié)器模塊帶動(dòng)牙齒移動(dòng)進(jìn)行調(diào)牙；通過(guò)可視化設(shè)備顯示牙齒、牙齦、牙齒坐標(biāo)系、牙齒在牙頜中的位置以及牙頜坐標(biāo)系；通過(guò)拖動(dòng)牙齒方向標(biāo)識(shí)，對(duì)牙齒進(jìn)行移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)操作，從而達(dá)到調(diào)牙的效果；調(diào)牙過(guò)程中，同時(shí)顯示相鄰牙齒的位置關(guān)系，用于直觀判斷牙齒畸形程度和畸形矯正程度，并對(duì)碰撞程度給出提示；調(diào)牙過(guò)程中，同時(shí)顯示牙齒本次移動(dòng)的距離和角度，以及牙齒累計(jì)移動(dòng)的距離和角度，并對(duì)超出預(yù)設(shè)距離或角度的操作給出警告。
采用交互方式確認(rèn)一次調(diào)牙工作結(jié)束；調(diào)牙過(guò)程中或調(diào)牙結(jié)束后可以基于預(yù)設(shè)閾值對(duì)用戶輸入的移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分解，把一次移動(dòng)分解為連續(xù)的多次移動(dòng)，并且保證每次的移動(dòng)量不超過(guò)預(yù)設(shè)閾值；調(diào)牙過(guò)程中，上述分解過(guò)程可以是針對(duì)單顆或多顆牙齒同時(shí)進(jìn)行操作；調(diào)牙過(guò)程中，通過(guò)設(shè)定閾值防止上述分解過(guò)程中因牙齒位置變化而發(fā)生碰撞程度加深的情況，當(dāng)發(fā)生的碰撞超出閾值時(shí)，調(diào)節(jié)器模塊自動(dòng)嘗試調(diào)整兩側(cè)牙齒的移動(dòng)順序和速率，以避免碰撞；調(diào)牙過(guò)程中，自動(dòng)分解的多個(gè)調(diào)牙階段可通過(guò)可視化設(shè)備演示，并由用戶進(jìn)一步調(diào)整其中任意一個(gè)階段的位置變化，以達(dá)到用戶滿意的效果。
通過(guò)CT掃描獲取調(diào)牙后重建的三維模型，并與步驟S1中的牙頜三維數(shù)字化模型進(jìn)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(dòng)過(guò)程中是否超出了牙槽骨的范圍，避免對(duì)牙齒位置的過(guò)度調(diào)節(jié)；若牙根移動(dòng)超出牙槽骨的范圍，則重復(fù)使用調(diào)節(jié)器調(diào)牙；若牙根移動(dòng)沒(méi)有超出牙槽骨的范圍，則繼續(xù)步驟S4。
S4.基于步驟S2得到的分割后的牙齒數(shù)字化模型，從每顆牙齒獲取種子點(diǎn)，通過(guò)曲線擬合獲取當(dāng)前牙齒的排列曲線；所述種子點(diǎn)為牙齒基于幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算的位置，比如牙齒中心、重心或者手工標(biāo)定的位置；
S5.對(duì)排列曲線進(jìn)行評(píng)估，獲取畸形程度并提供正畸建議；然后獲得矯治器；具體包括：
S501.預(yù)測(cè)并重建正畸后牙頜形狀；
通常情況下排列曲線在牙頜平面上的投影基于牙齒中線位置對(duì)稱(chēng)排列，從中線位置向兩側(cè)同一個(gè)方向變化，牙齒間距相等，牙根方向具有一定的規(guī)律性?；诖丝梢杂?jì)算牙齒不對(duì)稱(chēng)的情況、過(guò)于擁擠的情況以及牙齒排列不整齊的情況，根據(jù)這些情況提供正畸建議。此外，還可以考慮牙齒的咬合度。
正畸過(guò)程可以分解為多個(gè)階段，預(yù)測(cè)每一個(gè)階段的牙頜形狀，并對(duì)每個(gè)階段的牙頜進(jìn)行重建和打印。
現(xiàn)有技術(shù)中醫(yī)生會(huì)對(duì)每一個(gè)階段進(jìn)行處理，比如矯正需要兩年，54個(gè)階段，則需要對(duì)上下頜進(jìn)行108次處理，工作量大且無(wú)法保證精確。
而本發(fā)明采用交互方法，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出總的階段數(shù)量以及各個(gè)階段的牙齒偏移量，并顯示；然后由醫(yī)生進(jìn)行評(píng)估后微調(diào)。計(jì)算機(jī)通過(guò)線性插值或者基于一定規(guī)則的非線性插值的方法生成各個(gè)階段的預(yù)期效果，然后由醫(yī)生微調(diào)確認(rèn)。
S502.生成矯正的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；
所述矯正的三維數(shù)字化牙頜模型可以是實(shí)體結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行抽殼處理，生成中空結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行打印，以節(jié)省打印材料。
還可以通過(guò)獲取正畸后的牙齦曲面和牙齒曲面圖，生成空腔結(jié)構(gòu)的矯正后的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化隱形矯治器模型；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(guò)程中，設(shè)定閾值，直接生成內(nèi)外兩個(gè)曲面，閾值為內(nèi)曲面到外曲面的厚度。可以采用以下兩種方法生成三維數(shù)字化模型：
方法一：將牙齦曲面和牙齒外表面設(shè)置為內(nèi)曲面，然后向外擴(kuò)展生成外曲面，內(nèi)外曲面組合生成可以直接打印的隱形矯治器模型。
方法二：將牙齦曲面和牙齒外表面設(shè)置為外曲面，然后向內(nèi)擴(kuò)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。
S503.將獲得的三維數(shù)字化牙頜模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到牙頜模型，并對(duì)打印的牙頜模型進(jìn)行壓膜處理得到矯治器；將獲得的三維數(shù)字化矯治器模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到矯治器。
實(shí)施例2
本發(fā)明公開(kāi)了一種設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，包括如下步驟：
S1.通過(guò)CT設(shè)備對(duì)牙齒掃描得到牙齒影像，并通過(guò)三維重建獲取牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息；重建之后并不能分割牙冠和牙根信息，但是可以通過(guò)交互式方法在軟件中標(biāo)定牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息；對(duì)牙齒印模獲取牙頜的石膏模型，通過(guò)專(zhuān)用牙科3D掃描設(shè)備掃描牙齒的石膏模型，獲取牙頜的三維數(shù)字化模型。
S2.通過(guò)最小包圍盒算法和點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布獲取牙頜三維數(shù)字化模型的坐標(biāo)系，采用手工切割或者其他自動(dòng)化切割方式對(duì)牙頜模型進(jìn)行切割，獲取牙冠的三維數(shù)字化模型，并與獲取的牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，根據(jù)牙齒方向和牙根位置信息，重建完整的分割后的牙齒數(shù)字化模型；
最小包圍盒算法是指尋找可以包圍空間的六面體，通過(guò)迭代方法找到體積最小的六面體。
點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布是指以六面體某一個(gè)頂點(diǎn)為原點(diǎn)，相鄰邊為坐標(biāo)軸，形成一個(gè)坐標(biāo)系。牙齒方向是指牙根到牙冠的方向，牙齒方向采用坐標(biāo)系的三個(gè)軸向之一，假設(shè)將牙齒方向設(shè)置為Z軸，另外兩個(gè)軸分別為X軸和Y軸。由于3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)為面數(shù)據(jù)，牙齒底部缺失。采用牙齒點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)云。根據(jù)這個(gè)特性，可以從三個(gè)坐標(biāo)軸方向中確定牙齒方向。
采用最小包圍盒算法獲取牙齒的長(zhǎng)方體形狀包圍盒，根據(jù)牙齒模型自身的拓?fù)涮匦裕瑢⒆疃踢呍O(shè)置為牙根牙冠方向；再根據(jù)門(mén)牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在中間，后磨牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在兩側(cè)，中間為空的特性，判斷牙頜模型從舌側(cè)到唇側(cè)的方向信息并建立牙頜坐標(biāo)系，其中三個(gè)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S1中獲取的單顆牙齒的方向信息匹配到獲取的牙頜坐標(biāo)系中，從而得到指示牙齒方向的標(biāo)識(shí)。通過(guò)標(biāo)定某一顆或者幾顆牙齒在兩個(gè)坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后通過(guò)相對(duì)位置獲取其他牙齒的方向信息；或者通過(guò)ICP算法等成熟圖像或三維圖形匹配算法，先對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，把模型放進(jìn)同一個(gè)坐標(biāo)系，從而獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型下牙齒的牙冠方向信息和牙根位置信息。
S3.獲取表示牙根方向和位置的調(diào)節(jié)器模塊，通過(guò)所述調(diào)節(jié)器模塊帶動(dòng)牙齒移動(dòng)進(jìn)行調(diào)牙；通過(guò)可視化設(shè)備顯示牙齒、牙齦、牙齒坐標(biāo)系、牙齒在牙頜中的位置以及牙頜坐標(biāo)系；通過(guò)拖動(dòng)牙齒方向標(biāo)識(shí)，對(duì)牙齒進(jìn)行移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)操作，從而達(dá)到調(diào)牙的效果；調(diào)牙過(guò)程中，同時(shí)顯示相鄰牙齒的位置關(guān)系，用于直觀判斷牙齒畸形程度和畸形矯正程度，并對(duì)碰撞程度給出提示；調(diào)牙過(guò)程中，同時(shí)顯示牙齒本次移動(dòng)的距離和角度，以及牙齒累計(jì)移動(dòng)的距離和角度，并對(duì)超出預(yù)設(shè)距離或角度的操作給出警告。
采用交互方式確認(rèn)一次調(diào)牙工作結(jié)束；調(diào)牙過(guò)程中或調(diào)牙結(jié)束后可以基于預(yù)設(shè)閾值對(duì)用戶輸入的移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分解，把一次移動(dòng)分解為連續(xù)的多次移動(dòng)，并且保證每次的移動(dòng)量不超過(guò)預(yù)設(shè)閾值；調(diào)牙過(guò)程中，上述分解過(guò)程可以是針對(duì)單顆或多顆牙齒同時(shí)進(jìn)行操作；調(diào)牙過(guò)程中，通過(guò)設(shè)定閾值防止上述分解過(guò)程中因牙齒位置變化而發(fā)生碰撞程度加深的情況，當(dāng)發(fā)生的碰撞超出閾值時(shí)，調(diào)節(jié)器模塊自動(dòng)嘗試調(diào)整兩側(cè)牙齒的移動(dòng)順序和速率，以避免碰撞；調(diào)牙過(guò)程中，自動(dòng)分解的多個(gè)調(diào)牙階段可通過(guò)可視化設(shè)備演示，并由用戶進(jìn)一步調(diào)整其中任意一個(gè)階段的位置變化，以達(dá)到用戶滿意的效果。
通過(guò)CT掃描獲取調(diào)牙后重建的三維模型，并與步驟S1中的牙頜三維數(shù)字化模型進(jìn)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(dòng)過(guò)程中是否超出了牙槽骨的范圍，避免對(duì)牙齒位置的過(guò)度調(diào)節(jié)；若牙根移動(dòng)超出牙槽骨的范圍，則重復(fù)使用調(diào)節(jié)器調(diào)牙；若牙根移動(dòng)沒(méi)有超出牙槽骨的范圍，則繼續(xù)步驟S4。
S4.基于步驟S2得到的分割后的牙齒數(shù)字化模型，從每顆牙齒獲取種子點(diǎn)，通過(guò)曲線擬合獲取當(dāng)前牙齒的排列曲線；所述種子點(diǎn)為牙齒基于幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算的位置，比如牙齒中心、重心或者手工標(biāo)定的位置；
S5.對(duì)排列曲線進(jìn)行評(píng)估，獲取畸形程度并提供正畸建議；然后獲得矯治器；具體包括：
S501.預(yù)測(cè)并重建正畸后牙頜形狀；
通常情況下排列曲線在牙頜平面上的投影基于牙齒中線位置對(duì)稱(chēng)排列，從中線位置向兩側(cè)同一個(gè)方向變化，牙齒間距相等，牙根方向具有一定的規(guī)律性?；诖丝梢杂?jì)算牙齒不對(duì)稱(chēng)的情況、過(guò)于擁擠的情況以及牙齒排列不整齊的情況，根據(jù)這些情況提供正畸建議。此外，還可以考慮牙齒的咬合度。
正畸過(guò)程可以分解為多個(gè)階段，預(yù)測(cè)每一個(gè)階段的牙頜形狀，并對(duì)每個(gè)階段的牙頜進(jìn)行重建和打印。
采用交互方法，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出總的階段數(shù)量以及各個(gè)階段的牙齒偏移量，并顯示；然后由醫(yī)生進(jìn)行評(píng)估后微調(diào)。計(jì)算機(jī)通過(guò)線性插值或者基于一定規(guī)則的非線性插值的方法生成各個(gè)階段的預(yù)期效果，然后由醫(yī)生微調(diào)確認(rèn)。
S502.生成矯正的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；
所述矯正的三維數(shù)字化牙頜模型可以是實(shí)體結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行抽殼處理，生成中空結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行打印，以節(jié)省打印材料。
還可以通過(guò)獲取正畸后的牙齦曲面和牙齒曲面圖，生成空腔結(jié)構(gòu)的矯正后的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化隱形矯治器模型；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(guò)程中，設(shè)定閾值，直接生成內(nèi)外兩個(gè)曲面，閾值為內(nèi)曲面到外曲面的厚度。可以采用以下兩種方法生成三維數(shù)字化模型：
方法一：將牙齦曲面和牙齒外表面設(shè)置為內(nèi)曲面，然后向外擴(kuò)展生成外曲面，內(nèi)外曲面組合生成可以直接打印的隱形矯治器模型。
方法二：將牙齦曲面和牙齒外表面設(shè)置為外曲面，然后向內(nèi)擴(kuò)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。
S503.將獲得的三維數(shù)字化牙頜模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到牙頜模型，并對(duì)打印的牙頜模型進(jìn)行壓膜處理得到矯治器；將獲得的三維數(shù)字化矯治器模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到矯治器。
實(shí)施例3
本發(fā)明公開(kāi)了一種設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，包括如下步驟：
S1.通過(guò)CBCT設(shè)備對(duì)牙齒掃描得到牙齒影像，并通過(guò)三維重建獲取牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息；重建之后并不能分割牙冠和牙根信息，但是可以通過(guò)交互式方法在軟件中標(biāo)定牙齒牙冠方向信息和牙根位置信息；對(duì)牙齒印模獲取牙頜的石膏模型，然后對(duì)石膏模型的每顆牙齒進(jìn)行染色處理，將每顆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(guò)不同的顏色將牙齒與牙齦區(qū)分開(kāi)，并將單顆牙齒區(qū)分開(kāi)；一次性獲取牙冠的三維數(shù)字化模型以及牙頜整體的三維數(shù)字化模型；
S2.通過(guò)最小包圍盒算法和點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布獲取牙頜三維數(shù)字化模型的坐標(biāo)系，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(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，根據(jù)牙齒方向和牙根位置信息，重建完整的分割后的牙齒數(shù)字化模型；
最小包圍盒算法是指尋找可以包圍空間的六面體，通過(guò)迭代方法找到體積最小的六面體。
點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布是指以六面體某一個(gè)頂點(diǎn)為原點(diǎn)，相鄰邊為坐標(biāo)軸，形成一個(gè)坐標(biāo)系。牙齒方向是指牙根到牙冠的方向，牙齒方向采用坐標(biāo)系的三個(gè)軸向之一，假設(shè)將牙齒方向設(shè)置為Z軸，另外兩個(gè)軸分別為X軸和Y軸。由于3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)為面數(shù)據(jù)，牙齒底部缺失。采用牙齒點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)云。根據(jù)這個(gè)特性，可以從三個(gè)坐標(biāo)軸方向中確定牙齒方向。
采用最小包圍盒算法獲取牙齒的長(zhǎng)方體形狀包圍盒，根據(jù)牙齒模型自身的拓?fù)涮匦?，將最短邊設(shè)置為牙根牙冠方向；再根據(jù)門(mén)牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在中間，后磨牙附近模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中在兩側(cè)，中間為空的特性，判斷牙頜模型從舌側(cè)到唇側(cè)的方向信息并建立牙頜坐標(biāo)系，其中三個(gè)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S1中獲取的單顆牙齒的方向信息匹配到獲取的牙頜坐標(biāo)系中，從而得到指示牙齒方向的標(biāo)識(shí)。通過(guò)標(biāo)定某一顆或者幾顆牙齒在兩個(gè)坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后通過(guò)相對(duì)位置獲取其他牙齒的方向信息；或者通過(guò)ICP算法等成熟圖像或三維圖形匹配算法，先對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，把模型放進(jìn)同一個(gè)坐標(biāo)系，從而獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型下牙齒的牙冠方向信息和牙根位置信息。
S3.獲取表示牙根方向和位置的調(diào)節(jié)器模塊，通過(guò)所述調(diào)節(jié)器模塊帶動(dòng)牙齒移動(dòng)進(jìn)行調(diào)牙；通過(guò)可視化設(shè)備顯示牙齒、牙齦、牙齒坐標(biāo)系、牙齒在牙頜中的位置以及牙頜坐標(biāo)系；通過(guò)拖動(dòng)牙齒方向標(biāo)識(shí)，對(duì)牙齒進(jìn)行移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)操作，從而達(dá)到調(diào)牙的效果；調(diào)牙過(guò)程中，同時(shí)顯示相鄰牙齒的位置關(guān)系，用于直觀判斷牙齒畸形程度和畸形矯正程度，并對(duì)碰撞程度給出提示；調(diào)牙過(guò)程中，同時(shí)顯示牙齒本次移動(dòng)的距離和角度，以及牙齒累計(jì)移動(dòng)的距離和角度，并對(duì)超出預(yù)設(shè)距離或角度的操作給出警告。
采用交互方式確認(rèn)一次調(diào)牙工作結(jié)束；調(diào)牙過(guò)程中或調(diào)牙結(jié)束后可以基于預(yù)設(shè)閾值對(duì)用戶輸入的移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分解，把一次移動(dòng)分解為連續(xù)的多次移動(dòng)，并且保證每次的移動(dòng)量不超過(guò)預(yù)設(shè)閾值；調(diào)牙過(guò)程中，上述分解過(guò)程可以是針對(duì)單顆或多顆牙齒同時(shí)進(jìn)行操作；調(diào)牙過(guò)程中，通過(guò)設(shè)定閾值防止上述分解過(guò)程中因牙齒位置變化而發(fā)生碰撞程度加深的情況，當(dāng)發(fā)生的碰撞超出閾值時(shí)，調(diào)節(jié)器模塊自動(dòng)嘗試調(diào)整兩側(cè)牙齒的移動(dòng)順序和速率，以避免碰撞；調(diào)牙過(guò)程中，自動(dòng)分解的多個(gè)調(diào)牙階段可通過(guò)可視化設(shè)備演示，并由用戶進(jìn)一步調(diào)整其中任意一個(gè)階段的位置變化，以達(dá)到用戶滿意的效果。
通過(guò)CT掃描獲取調(diào)牙后重建的三維模型，并與步驟S1中的牙頜三維數(shù)字化模型進(jìn)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(dòng)過(guò)程中是否超出了牙槽骨的范圍，避免對(duì)牙齒位置的過(guò)度調(diào)節(jié)；若牙根移動(dòng)超出牙槽骨的范圍，則重復(fù)使用調(diào)節(jié)器調(diào)牙；若牙根移動(dòng)沒(méi)有超出牙槽骨的范圍，則繼續(xù)步驟S4。
S4.基于步驟S2得到的分割后的牙齒數(shù)字化模型，從每顆牙齒獲取種子點(diǎn)，通過(guò)曲線擬合獲取當(dāng)前牙齒的排列曲線；所述種子點(diǎn)為牙齒基于幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算的位置，比如牙齒中心、重心或者手工標(biāo)定的位置；
S5.對(duì)排列曲線進(jìn)行評(píng)估，獲取畸形程度并提供正畸建議；然后獲得矯治器；具體包括：
S501.預(yù)測(cè)并重建正畸后牙頜形狀；
通常情況下排列曲線在牙頜平面上的投影基于牙齒中線位置對(duì)稱(chēng)排列，從中線位置向兩側(cè)同一個(gè)方向變化，牙齒間距相等，牙根方向具有一定的規(guī)律性。基于此可以計(jì)算牙齒不對(duì)稱(chēng)的情況、過(guò)于擁擠的情況以及牙齒排列不整齊的情況，根據(jù)這些情況提供正畸建議。此外，還可以考慮牙齒的咬合度。
正畸過(guò)程可以分解為多個(gè)階段，預(yù)測(cè)每一個(gè)階段的牙頜形狀，并對(duì)每個(gè)階段的牙頜進(jìn)行重建和打印。
采用交互方法，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出總的階段數(shù)量以及各個(gè)階段的牙齒偏移量，并顯示；然后由醫(yī)生進(jìn)行評(píng)估后微調(diào)。計(jì)算機(jī)通過(guò)線性插值或者基于一定規(guī)則的非線性插值的方法生成各個(gè)階段的預(yù)期效果，然后由醫(yī)生微調(diào)確認(rèn)。
S502.生成矯正的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化矯治器模型；
所述矯正的三維數(shù)字化牙頜模型可以是實(shí)體結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行抽殼處理，生成中空結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行打印，以節(jié)省打印材料。
還可以通過(guò)獲取正畸后的牙齦曲面和牙齒曲面圖，生成空腔結(jié)構(gòu)的矯正后的三維數(shù)字化牙頜模型或三維數(shù)字化隱形矯治器模型；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(guò)程中，設(shè)定閾值，直接生成內(nèi)外兩個(gè)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(shè)置為內(nèi)曲面，然后向外擴(kuò)展生成外曲面，內(nèi)外曲面組合生成可以直接打印的隱形矯治器模型。
方法二：將牙齦曲面和牙齒外表面設(shè)置為外曲面，然后向內(nèi)擴(kuò)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。
S503.將獲得的三維數(shù)字化牙頜模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到牙頜模型，并對(duì)打印的牙頜模型進(jìn)行壓膜處理得到矯治器；將獲得的三維數(shù)字化矯治器模型導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印得到矯治器。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明的設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，通過(guò)自動(dòng)化計(jì)算獲取牙齒數(shù)字化模型；
(2)本發(fā)明的設(shè)計(jì)正畸矯治方案的方法，通過(guò)查看牙根移動(dòng)是否超出牙槽骨的限制，從而避免對(duì)牙齒位置的過(guò)度調(diào)節(jié)；
(3)本發(fā)明采用自動(dòng)化正畸方法，操作簡(jiǎn)單、調(diào)牙精確度高，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(shí)施方式，應(yīng)該指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。