CN103054658B - 一种用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法，包括以下步骤：1）CT数据采集；2）口腔组织三维模型重建；3）对于多牙根的磨牙，将其弯曲的牙根进行修正；4）设计牙周膜；5）将不带齿根窝的牙槽骨模型减去放大牙齿模型；6）设计一个用于定位牙齿在齿窝里正确位置的导板：7）设计一个口腔模型的底座；8）通过快速成型技术将牙齿、牙槽骨和导板用硬材料加工出来；9）将密封用硅胶材料和弹性材料混合后作为牙周膜的模拟材料；10）将牙周膜的模拟材料填入牙槽骨上的牙根窝中，然后插入牙齿，得到最终的口腔正畸力测量模拟模型。本发明能够精确得到矫治力和力矩、可靠性较好、能有效指导个性化正畸方案设计的个性化正畸力检测模型。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维正畸力检测的口腔模型的建模方法。
背景技术
口腔固定正畸是针对牙齿排列畸形或错牙合(牙合为一个字，下同)，利用弓丝、托槽等组成的矫治器械，对牙齿施加机械矫治力和力矩，调整颜面骨骼、牙齿和颌面肌肉三者间的平衡和协调，经过一段时间的矫治后改善面型、排齐牙列并提高咀嚼效能。
在正畸中，无论方丝弓矫治器还是直丝弓矫治器，都是通过弓丝的变形将持续载荷实施在牙齿上，实现牙齿的移动。因此矫治器提供给牙齿的三维正畸力和力矩将决定牙齿的移动过程和移动量，正畸治疗过程中要实现牙齿精确的按需要移动必须先得到清楚地知道正畸系统所提供的力和力矩。许多不希望的牙齿移动正是因为对正畸力的认识和控制不清晰造成的。不正确的力和力矩会导致牙齿移动过量或不足，此时需要根据实际情况调整弓丝以加力或减力，这样将大为延长矫治的时间，同时可能造成牙周组织的吸收，增加矫治失败的风险，出现较大的不确定性。
要在正畸治疗临床实施前精确制订治疗方案，必须先弄清正畸矫治器械提供给牙齿的正畸力和力矩，通过设计和制作患者的正畸模拟牙模，并在该模型上测定正畸力是实现正畸力(矩)精确测量的主要手段。
目前正畸力测量模型中存在的问题：用微型力学传感器搭建测量系统已经可以用于正畸力和力矩的测量，但用于测量的口腔模型还无法精确模拟人体口腔组织。人体口腔中与正畸力相关的组织主要包括牙齿(牙根)、牙周膜和牙槽骨三部分。这其中牙周膜由于只有0.25毫米左右，且具有良好的黏弹性及其它力学性能，是设计与制造中的难点。目前，国内外广泛采用的口腔取模灌注的石膏模型将牙周膜忽略了，这样所测得的正畸矫治力与真实情况必然存在差距，不能有效指导正畸治疗方案的设计。虽然现在立体三维打印技术可同时打印软硬复合组织，但其适用的材料有限，要在其中找到与牙周膜力学性能相近的软材料并不容易。
发明内容
为了克服已有三维正畸力检测的口腔模型的无法精确得到矫治力和力矩、可靠性较差、不能有效指导正畸方案设计的不足，本发明提供一种能够精确得到矫治力和力矩、可靠性较好、能有效指导正畸方案设计的用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法，包括以下步骤：
1)CT数据采集：拍摄患者口腔部位的CT图像；
2)口腔组织三维模型重建：利用三维重建软件重建患者口腔模型，重建模型包括牙齿和不带齿根窝的牙槽骨；
3)对于多牙根的磨牙，将其弯曲的牙根进行修正，即考虑拔模方向，将弯曲的牙根修直，并使其越往根部尺寸越小或相同；
4)设计牙周膜：将牙根表面向外扩充牙周膜的厚度得到放大牙齿模型，将其与不带齿根窝的牙槽骨进行布尔求交运算，然后将该求交结果减去牙齿，得到牙周膜模型；
5)将不带齿根窝的牙槽骨模型减去放大牙齿模型，得到牙槽骨上的牙周膜窝；
6)设计一个用于定位牙齿在齿窝里正确位置的导板：首先根据牙弓线设计设定厚度的导板基体，然后将该基体调整到合适的位置以保证导板能从牙模上拔出；在牙模上合适的位置设计三根定位轴，相应的在导板表面设计有三个定位孔，用于控制导板的位置；将导板基体减去牙齿模型，得到导板上的牙齿定位面；
7)设计一个口腔模型的底座，并将需要测量牙位的牙槽骨分离开，分离面间再用小圆柱将分离后的牙槽骨与其余牙槽骨连接成整体；
8)通过快速成型技术将牙齿、牙槽骨整体和导板用硬材料加工出来；
9)将密封用硅胶材料和弹性材料混合后作为牙周膜的模拟材料；
10)将牙周膜的模拟材料填入牙槽骨上的牙周膜窝中，然后插入牙齿，插入过程中通过导板来确定牙齿插入的深度、角度及位置，得到最终的口腔正畸力测量模拟模型。
进一步，所述建模方法还包括以下步骤：11)将所述口腔正畸力测量模拟模型放置设定的时间，等牙周膜模拟材料性能稳定后，用于在正畸力测量系统中进行矫治器械的正畸力测量。
更进一步，所述建模方法还包括以下步骤：12)该模型在用于测量时，在将测量牙位的牙槽骨与力传感器测量杆固定后，将牙槽骨分离面间的连接圆柱切断，使牙齿矫治器的力施加到力传感器上。
本发明的有益效果主要表现在：能够精确得到矫治力和力矩、可靠性较好、能有效指导个性化正畸方案的设计。
附图说明
图1是口腔组织三维模型重建的示意图。
图2是多牙根的示意图。
图3是牙周膜模型的示意图，其中，1为牙原始模型，2为扩展后模型。
图4是牙周膜窝的示意图。
图5是导板和牙模的示意图，其中，3为导板，4为牙模。
图6是安装定位轴的牙模的示意图，其中，5为定位轴。
图7是未安装定位轴的牙模的示意图，其中，6为定位孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图7，一种用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法，包括以下步骤：
1)CT数据采集：拍摄患者口腔部位的CT图像。
2)口腔组织三维模型重建：利用三维重建软件重建患者口腔模型，重建模型包括牙齿和不带齿根窝的牙槽骨，如图1所示。
3)对于多牙根的磨牙，将其弯曲的牙根进行修正，即考虑拔模方向，将弯曲的牙根修直，并使其越往根部尺寸越小或相同，如图2所示。
4)设计牙周膜：将牙根表面向外扩充牙周膜的厚度如0.25毫米得到放大牙齿模型，将其与不带齿根窝的牙槽骨进行布尔求交运算，然后将该求交结果减去牙齿，得到牙周膜模型，如图3所示。
5)将不带齿根窝的牙槽骨模型减去放大牙齿模型，得到牙槽骨上的牙周膜窝，如图4所示。
6)设计一个用于定位牙齿在齿窝里正确位置的导板：首先根据牙弓线设计一定厚度的导板基体，然后将该基体调整到合适的位置以保证导板能从牙模上拔出；在牙模上合适的位置设计三根定位轴，相应的在导板表面设计有三个定位孔，用于控制导板的位置；将导板基体减去牙齿模型，得到导板上的牙齿定位面，如图5、图6和图7所示。
7)设计一个模拟模型的底座，并将需要测量牙位的牙槽骨分离开，分离面间用小圆柱连接。
8)通过快速成型技术如选择性激光烧结SLS方法或者3维立体打印将牙齿、牙槽骨整体和导板用硬材料加工出来。
9)将密封用硅胶材料如美国Loctite公司的代号为30514的塑性材料和代号为58730的弹性材料按一定比例如1：9混合后作为牙周膜的模拟材料。
10)将牙周膜的模拟材料填入牙槽骨上的牙根窝中，然后插入牙齿，插入过程中通过导板来确定牙齿插入的深度、角度及位置，得到最终的口腔正畸力测量模拟模型。
11)将该模型放置一定的时间如24小时等牙周膜模拟材料性能稳定后，用于在正畸力测量系统中进行矫治器械的正畸力测量。
12)该模型在用于测量时，在将测量牙位的牙槽骨与力传感器测量杆固定后，需将牙槽骨分离面间的连接圆柱切断，使牙齿矫治器的力施加到力传感器上。
Claims (3)
1.一种用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法，包括以下步骤：
1)CT数据采集：拍摄患者口腔部位的CT图像；
2)口腔组织三维模型重建：利用三维重建软件重建患者口腔模型，重建模型包括牙齿和不带齿根窝的牙槽骨；
3)对于多牙根的磨牙，将其弯曲的牙根进行修正，即考虑拔模方向，将弯曲的牙根修直，并使其越往根部尺寸越小或相同；
4)设计牙周膜：将牙根表面向外扩充牙周膜的厚度得到放大牙齿模型，将其与不带齿根窝的牙槽骨进行布尔求交运算，然后将该求交结果减去牙齿，得到牙周膜模型；
5)将不带齿根窝的牙槽骨模型减去放大牙齿模型，得到牙槽骨上的牙周膜窝；
6)设计一个用于定位牙齿在齿窝里正确位置的导板：首先根据牙弓线设计预定厚度的导板基体，然后将该基体调整到合适的位置以保证导板能从牙模上拔出；在牙模上合适的位置设计三根定位轴，相应的在导板表面设计有三个定位孔，用于控制导板的位置；将导板基体减去牙齿模型，得到导板上的牙齿定位面；
7)设计一个口腔模型的底座，并将需要测量的牙位的牙槽骨分离开，分离面间再用小圆柱将分离后的牙槽骨与其余牙槽骨连接成整体；
8)通过快速成型技术将牙齿、牙槽骨整体和导板用硬材料加工出来；
9)将密封用硅胶材料和弹性材料混合后作为牙周膜的模拟材料；
10)将牙周膜的模拟材料填入牙槽骨上的牙周膜窝中，然后插入牙齿，插入过程中通过导板来确定牙齿插入的深度、角度及位置，得到最终的口腔正畸力测量模拟模型。
2.如权利要求1所述的一种用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法，其特征在于：所述建模方法还包括以下步骤：
11)将所述口腔正畸力测量模拟模型放置设定的时间，等牙周膜模拟材料性能稳定后，用于在正畸力测量系统中进行矫治器械的正畸力测量。
3.如权利要求2所述的一种用于个性化三维正畸力检测的口腔模型的建模方法，其特征在于：所述建模方法还包括以下步骤：
12)该模型在用于测量时，在将测量牙位的牙槽骨与力传感器测量杆固定后，将牙槽骨分离面间的连接圆柱切断，使牙齿矫治器的力施加到力传感器上。
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