[發(fā)明專利]基于牙根信息的數(shù)字化正畸排牙方法及基于該方法的托槽轉(zhuǎn)移裝置設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510439603.6
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN105030347A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴寧;劉怡;成誠;侯瑜琳;溫馥嘉;邢銳;崔海華;程筱勝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué);北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院
• 主分類號: A61C7/00
• 分類號: A61C7/00;A61C7/14;G06F19/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于牙根信息的數(shù)字化正畸排牙方法及基于該方法的托槽轉(zhuǎn)移裝置設(shè)計(jì)方法，其屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及逆向工程和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

口腔疾病是一種常見的多發(fā)性疾病。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，錯(cuò)頜畸形已經(jīng)成為三大口腔疾病(齲齒、牙周病和錯(cuò)頜畸形)之一。牙頜畸形對口腔健康、口腔功能、頜面骨骼的發(fā)育及外貌都有很大的影響?？谇徽麑W(xué)已被認(rèn)為是口腔保健治療中的一個(gè)必不可少的重要部分。傳統(tǒng)的正畸治療主要依靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)制定矯治方案。在治療方案確定前，手動排牙實(shí)驗(yàn)可以幫助正畸醫(yī)生預(yù)計(jì)正畸治療所涉及的治療過程，并且告知患者可能涉及到的牙齒移動和最終治療效果。手動排牙過程的主要缺點(diǎn)在于效率低，并且消耗大量材料。手動排牙步驟主要包括：(1)制作牙頜石膏模型；(2)在石膏模型基底上截?cái)嗨婕暗难例X；(3)重新定位所需移動的牙齒；(4)黏蠟固定。

隨著計(jì)算機(jī)圖像的高速發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括齒科應(yīng)用。越來越多的齒科技術(shù)人員使用數(shù)字化工具進(jìn)行臨床治療中醫(yī)療設(shè)備和進(jìn)程的設(shè)計(jì)和仿真，而借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行牙齒正畸治療逐漸成了口腔正畸學(xué)界的熱點(diǎn)。牙齒排列在虛擬牙齒矯正系統(tǒng)中占有十分重要的地位。在虛擬牙齒矯正系統(tǒng)中的三維空間環(huán)境下實(shí)現(xiàn)牙齒的排列，是一個(gè)復(fù)雜的問題。現(xiàn)有方法存在以下問題：(1)在測量與分析過程中沒有考慮牙根，僅適用牙冠的信息，可能導(dǎo)致治療中與治療后牙根移動至骨皮質(zhì)外；(2)較為粗略的排牙過程及較少的約束條件導(dǎo)致較低的排牙精確性和可操作性。

相對于手動排牙，虛擬排牙無需對石膏模型進(jìn)行切分處理，同時(shí)排牙過程為基于特征約束驅(qū)動，無需對每顆牙齒進(jìn)行單獨(dú)操作，自動化程度高，排牙效率也會得到提高。將牙根與齒槽骨的位置關(guān)系融入算法的設(shè)計(jì)中，綜合考慮牙冠與牙根信息，不僅能設(shè)計(jì)更加合理準(zhǔn)確的治療方案，制止牙根突出齒槽骨的情況發(fā)生，而且也能預(yù)防這一情況在牙齒生長過程中出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提供一種基于牙根信息的數(shù)字化正畸排牙方法及基于該方法的托槽轉(zhuǎn)移裝置設(shè)計(jì)方法，其針對傳統(tǒng)排牙中效率低，消耗大量材料，現(xiàn)有虛擬排牙過程中缺失牙根和頜骨關(guān)系信息的問題，提出了基于完整牙齒模型與顱骨信息的虛擬個(gè)性化精確排牙方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于牙根信息的數(shù)字化正畸排牙方法，其包括如下方法：

步驟一：數(shù)據(jù)讀入，導(dǎo)入完整牙齒模型，數(shù)字化正畸排牙設(shè)計(jì)的接受數(shù)據(jù)包括：患者的顱骨STL模型、完整牙齒STL模型；

步驟二：提取每顆牙特征，包括牙冠及牙根的完整數(shù)據(jù)；

步驟三：建立牙齒特征約束數(shù)據(jù)庫：牙齒特征約束數(shù)據(jù)庫包括每顆牙齒的序號和點(diǎn)云模型中特征點(diǎn)坐標(biāo)及特征點(diǎn)序號；

步驟四：下頜數(shù)字化排牙；

步驟五：上頜數(shù)字化排牙。

進(jìn)一步地，下頜數(shù)字化排牙過程分解為(1)交互式定位下頜中切牙；(2)構(gòu)建下頜托槽平面及坐標(biāo)系；(3)生成下頜牙弓曲線；(4)編輯下頜牙弓曲線；(5)利用牙冠信息自動排列下頜牙齒，若排牙結(jié)果不符合操作者要求，則返回(4)，否則，繼續(xù)下一步；(6)利用牙根信息構(gòu)建下頜牙根平面；(7)構(gòu)建下頜根面曲線；(8)調(diào)整下頜牙根位置。

進(jìn)一步地，上頜數(shù)字化排牙過程分解為(1)根據(jù)覆合覆蓋關(guān)系定位上頜中切牙；(2)構(gòu)建上頜托槽平面及坐標(biāo)系；(3)利用下頜牙弓曲線生成上頜牙弓曲線；(4)編輯上頜牙弓曲線；(5)利用牙冠信息自動排列上頜牙齒，若排牙結(jié)果不符合操作者要求，則返回(4)，否則，繼續(xù)下一步；(6)利用牙根信息構(gòu)建上頜牙根平面；(7)構(gòu)建上頜根面曲線；(8)調(diào)整上頜牙根位置。

進(jìn)一步地，根據(jù)牙齒的類型，特征點(diǎn)可確定為切牙：近中點(diǎn)、遠(yuǎn)中點(diǎn)、切緣近中點(diǎn)、切緣遠(yuǎn)中點(diǎn)、托槽點(diǎn)、牙窩點(diǎn)，牙根點(diǎn)；尖牙：牙尖點(diǎn)，近中點(diǎn)，遠(yuǎn)中點(diǎn)，托槽點(diǎn)、牙根點(diǎn)；前磨牙：頰側(cè)尖點(diǎn)、舌側(cè)尖點(diǎn)、托槽點(diǎn)、近中點(diǎn)、遠(yuǎn)中點(diǎn)、牙根點(diǎn)；磨牙：近中點(diǎn)、遠(yuǎn)中點(diǎn)、頰側(cè)近中尖點(diǎn)、頰側(cè)遠(yuǎn)中尖點(diǎn)、舌側(cè)尖點(diǎn)、托槽點(diǎn)、牙根點(diǎn)。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種基于數(shù)字化正畸排牙方法的托槽轉(zhuǎn)移裝置設(shè)計(jì)方法，其包括如下步驟：

(1)導(dǎo)入托槽模型；

(2)提取托槽特征，在托槽三維模型表面提取代表模型形狀特征的特征點(diǎn)，并確定托槽中心；

(3)構(gòu)件托槽坐標(biāo)系，利用步驟(2)中的特征點(diǎn)及中心點(diǎn)構(gòu)建托槽自身的相對坐標(biāo)系；