[發明專利]一種基于彎制點密度的正畸弓絲變半徑圓域劃分方法

有效

• 申請號: 202010485874.6
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111588503B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 姜金剛;吳殿昊;曾陽;閔兆偉;郭亞峰;張永德
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: A61C7/20
• 分類號: A61C7/20;A61C7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于彎制點密度的正畸弓絲變半徑圓域劃分方法，其特征在于：所述方法的具體實現過程為：

步驟一、變半徑圓域劃分數據導入及正畸弓絲曲線轉換：

根據患者有i個彎制點的正畸弓絲曲線，計算并輸入正畸弓絲曲線彎制點信息集T＝{t₁，t₂，t₃，...，t_i}，t_i＝(x_i，y_i，z_i)′為每個正畸弓絲曲線彎制點的坐標，在每個彎制點t_i上機器人執行不同的彎制運動，每一個正畸弓絲曲線彎制點t_i均對應一個彎制點機器人彎制信息單元r_i，輸入彎制點的機器人彎制信息集為R＝{r₁，r₂，r₃，...，r_i}，r_i＝(x_i，y_i，z_i，α_i)′表示機器人在彎制該點時的彎制點坐標及彎制角度，α_i為機器人作用在彎制點t_i上的彎制角度；

將個性化正畸弓絲曲線成形控制點信息集中各彎制點的坐標t_i＝(x_i，y_i，z_i)′中的z_i賦值為0，即令z_i＝0，獲得正畸弓絲曲線轉換平面正畸弓絲曲線T′；

步驟二、圓域限制參數的設定：

定義圓域彎制點個數，用符號表示，圓域彎制點個數為半徑為的圓域a_n內的彎制點個數；定義圓域彎制點密度，用符號表示，圓域彎制點密度是圓域a_n內個彎制點在半徑為的圓域內緊密程度的量化描述，規定圓域彎制點密度的單位為個/mm²，為正畸弓絲曲線上第n個變半徑劃分圓域a_n的半徑值；定義彎制點角距比，用符號E表示，彎制點角距比是對單個彎制點的彎制復雜程度的量化描述，第j個彎制點的彎制點角距比規定由于第一個彎制點t₁無需彎制，規定彎制點t₁的彎制點角距比為E₁＝0，α_j為作用在彎制點t_j處的彎制角度，表示作用在彎制點t_i處彎制距離，即彎制點t_j-1與t_j之間曲線段的長度，j的取值范圍為1＜j＜i，將圓域彎制點密度彎制點角距比E_j和圓域彎制點個數統稱為圓域限制參數，分別對圓域限制參數的上限值進行限定，設定的上限值Q_max，設定的上限值為ρ_max，設定E_j的上限值E_max，在整個圓域劃分過程中Q_max、ρ_max和E_max恒為常數，其中Q_max＝5，針對所取的有i個彎制點的正畸弓絲曲線上，按照計算正畸弓絲曲線段上i個彎制點的彎制點角距比E_j，通過比較可取出E_j中的最大值對條件進行驗證，具體為：

成立，則正畸弓絲曲線上每個彎制點都符合彎制點角距比E_j小于等于彎制點角距比上限值E_max，可知在所取的包含i個彎制點的正畸弓絲曲線上，在彎制點個數的限制條件下，無論劃分后的圓域上有任意數量的彎制點，劃分后的圓域依然能保證總體彎制復雜程度在可接受的范圍內，能夠滿足彎制系統對劃分圓域彎制點角距比的要求，因此在滿足上述要求的一類正畸弓絲曲線的圓域劃分的過程中無需考慮彎制點密角距比因素的影響，則本方法僅以圓域彎制點個數和圓域彎制點密度為依據對劃分圓域進行限制，跳轉至步驟三；

步驟三、確定劃分圓域的半徑和圓心：

劃分圓域以彎制點t_q+1為起始點進行，分別取彎制點t_q+1與之間的直線段，依次記為線段將線段中長度最大的線段記為即分別表示線段的長度，則在正畸弓絲曲線上即將生成的第n個劃分圓域a_n的圓心為線段的中點，半徑為線段長度的一半此時恰好有兩個彎制點落到圓域邊界線上，且新生成的圓域a_n剛好能劃分步驟三中預先規定的彎制點規定圓域邊界線所截的正畸弓絲曲線段上的所有彎制點被該圓域所劃分，當生成的圓域邊界線通過彎制點時，則該彎制點也被圓域所劃分，已被劃分的彎制點所在的正畸弓絲曲線段將不會再被其他圓域劃分；的初始值為n的初始值為n＝1，即首次劃分第1個圓域a₁時預先規定圓域劃分到的彎制點剛好達到上限值，此時所能劃分到的彎制點分別為t₁、t₂、t₃、t₄、t₅，且t₁為劃分圓域a₁的起始點；

步驟四、定義合理密度彎制圓域：

按照計算以直線段的中點為圓心，以為半徑的劃分圓域a_n的圓域彎制點密度判斷是否存在

具體為：

如果成立，說明以直線段的中點為圓心，以為半徑的劃分圓域的圓域彎制點密度沒有超過所設定的圓域彎制點密度上限值ρ_max，則將以直線段的中點為圓心，以為半徑的包含正畸弓絲曲線段的劃分圓域定義為合理密度彎制圓域a_n，計算正畸弓絲曲線上所有已被合理密度彎制圓域劃分的彎制點個數q，跳轉至步驟五；

如果不成立，且存在說明此時劃分圓域的圓域彎制點個數不少于1個，則繼續減少圓域彎制點的個數進行圓域劃分，令計算正畸弓絲曲線上所有已被合理密度彎制圓域劃分的彎制點個數q，跳轉至步驟三；

如果不成立，且存在說明此時劃分圓域的圓域彎制點個數僅為1個，將以t_q+1為圓心，以彎制點t_q+1與相鄰彎制點t_q+2之間直線距離的一半為半徑生成的包含正畸弓絲曲線段的劃分圓域定義為合理密度彎制圓域a_n，則該合理密度彎制圓域a_n上僅包含一個彎制點t_q+1，計算正畸弓絲曲線上所有已被合理密度彎制圓域劃分的彎制點個數q，跳轉至步驟五；

步驟五、判斷是否繼續進行圓域劃分：

判斷正畸弓絲曲線上所有已被合理密度彎制圓域劃分的彎制點個數q是否與彎制點個數i相等；

具體為：

如果正畸弓絲曲線上所有已被合理密度彎制圓域劃分的彎制點個數q與彎制點個數i不相等，則繼續進行圓域劃分，令n＝n+1,即表示對下一個圓域進行劃分，此時，

若i-q≥5，說明剩余未被劃分的彎制點個數不少于5個，則令即進行下一個圓域的首次劃分時預先規定圓域能劃分到的彎制點剛好達到上限值，跳轉至步驟三；

若i-q＜5且i-q≠1，說明此時正畸弓絲曲線上剩余未被劃分的彎制點少于5個但超過1個，則令即進行下一個圓域的首次劃分時令圓域能劃分到的彎制點個數為正畸弓絲曲線上剩余未被劃分的彎制點個數，跳轉至步驟三；

若i-q＜5且i-q＝1，說明此時正畸弓絲曲線上剩余未被劃分的彎制點只有最后1個彎制點t_i，將以t_i為圓心，以t_i-1與t_i之間直線距離的一半為半徑生成的包含正畸弓絲曲線段的劃分圓域定義為合理密度彎制圓域a_n，則該合理密度彎制圓域a_n上僅包含一個彎制點t_i，跳轉至步驟六；

如果正畸弓絲曲線上所有已被合理密度彎制圓域劃分的彎制點個數q與彎制點個數i相等，說明所有的彎制點均已被合理密度彎制圓域劃分，輸出合理密度彎制圓域信息集合A₁＝{a₁，a₂，...，a_n}，跳轉至步驟六；

步驟六、輸出最終彎制順序：

計算每個合理密度彎制圓域(a₁，a₂，...，a_n)的圓域彎制點密度獲得圓域彎制點密度信息集比較各合理密度彎制圓域的圓域彎制點密度，假設得到則以圓域彎制點密度為指標將n個圓域降序排列，從而得到降序合理密度彎制圓域信息集為A₁＝{a₃，a₁，...，a_s}，在任何一個彎制圓域，以彎制點角距比E_j為指標對圓域所劃分的彎制點進行降序排列，將降序彎制點角距比所對應彎制點的順序定義為該圓域彎制點的彎制順序，進而得到正畸弓絲曲線成形控制點坐標矩陣T₁＝{t₇，t₆，t₈，...，t_m}和機器人彎制信息集R₁＝{r₇，r₆，r₈，...，r_m}，其中t_m表示第s個合理密度彎制圓域中彎制點角距比最小的彎制點，輸出最終彎制點彎制順序T₁＝{t₇，t₆，t₈，...，t_m}、R₁＝{r₇，r₆，r₈，...，r_m}，程序結束。