CN105455906B - 一种重建患者牙根的方法 - Google Patents

Abstract

一种重建患者牙根的方法，包括扫描标准牙齿模型，重建标准牙齿数字模型，标准牙齿数字模型包括牙冠数据和牙根数据，获取标准牙齿数字模型的牙根数据；重建患者的牙颌数字模型，从患者的牙颌数字模型中获得牙冠数据；使标准牙齿数字模型的牙根数据与患者的牙冠数据融合，融合完成后的牙齿模型中，每个牙冠与相应位置的配对牙根对中、合并成整个牙齿的自然状态。本发明具有能够获得患者牙根位置信息，提高矫治方案成功率的优点。

Description

一种重建患者牙根的方法

技术领域

本发明涉及口腔临床正畸领域，特别是一种在正畸前用于重建患者牙根的方法。

技术背景

牙颌畸形是患病率很高的一种口腔疾病。传统的牙颌畸形矫治方法多采用粘接在牙齿上的固定托槽矫治器，其缺点是钢丝外露，影响美观，且钢丝容易损伤口腔内粘膜，钢丝与牙齿的缝隙处清洁不便，容易滋生菌斑导致牙齿脱矿、变色。为了克服固定托槽矫治器的这些缺点，出现了无托槽隐形矫治器。隐形矫治器由安全的弹性透明高分子材料制成，可以由患者自行摘戴，口腔卫生可以正常维护。且使用隐形矫治器无需在患者的牙冠上粘结托槽、调节弓丝，使临床操作大大简化。

在现有的隐形矫治器设计中，首先通过光学或CT扫描患者牙颌石膏模型或印模，或者直接口内扫描采集患者的当前牙颌状态图像，重建患者的牙颌数字化模型；接着由医生根据患者的原始牙齿状态人工地确定最终的牙齿矫治状态，然后借助计算机辅助设计手段，得到多个中间牙齿状态，从而制造一系列的隐形矫治器，每个隐形矫治器对应患者的不同矫正阶段。由此可见，获取患者的原始牙齿状态是设计矫治方案的必要条件。医生根据患者的原始牙齿状态，根据经验移动某些牙齿，从而达到矫治的目标牙列。

但是，目前获取患者的原始牙齿状态仅能获得患者的牙冠数据，而每个牙齿由外露的牙冠和埋入牙槽骨中的牙根组成，CT图像虽然能获得牙根的图像，但CT图像为二维图像数据，无法直接重建患者的牙根三维模型。而口内扫描方式，只能获得患者牙冠的三维图像数据，而无法扫描到牙根。然而，在临床，常会出现牙冠之间没有重叠或具有移动间隙，其牙根却可能出现贴靠甚至抵紧的情况，若移动牙冠、相邻牙根将会出现干涉的情况。因此，现有技术中，无法获得患者牙根的位置信息，仅以患者的牙冠数据作为基础得出的矫治方案是存在很大风险的。

发明内容

为了克服目前在设计患者牙列矫治方案时，仅以患者的牙冠数据作为参考，而无法获取患者的牙根位置信息，可能出现牙冠能够移动而牙根出现干涉、导致矫治方案失败的情况，本发明提供了一种能够获得患者牙根位置信息，提高矫治方案成功率的重建患者牙根的方法。

一种重建患者牙根的方法，包括以下步骤：

1）、扫描标准牙齿模型，重建标准牙齿数字模型，标准牙齿数字模型包括牙冠数据和牙根数据，获取标准牙齿数字模型的牙根数据；

2）、重建患者的牙颌数字模型，从患者的牙颌数字模型中获得牙冠数据；

3）、使标准牙齿数字模型的牙根数据与患者的牙冠数据融合，融合完成后的牙齿模型中，每个牙冠与相应位置的配对牙根对中、合并成整个牙齿的自然状态。所谓与牙冠相应位置的配对牙根指的牙冠与牙根在牙列中的位置对应。如患者牙列中左侧的第一磨牙下牙的牙冠与标准牙齿模型中的左侧的第一磨牙下牙的牙根呈相应位置关系。

进一步，步骤1）中，获取标准牙齿数字模型的牙根数据的方法是：删除标准牙齿数字模型中的牙冠数据，以每个牙齿的牙颈线上方的数据作为牙冠数据。

进一步，步骤2）中，从患者的牙颌数字模型中获得牙冠数据的方法是：删除牙颌数字模型中的除牙冠数据以外的数据，以每个牙齿的牙颈线上方的数据作为牙冠数据。

牙冠与牙根之间以牙颈为分界，这一分界成弧形曲线，该弧形曲线称为牙颈线。数字模型中的牙颈线是由离散有序的点列组成。

进一步，步骤3）中，使标准牙齿数字模型的牙根数据与患者的牙冠数据融合的方法是：

（3.1）在牙根数据中，为每个牙根建立参考坐标系，坐标原点取牙根的几何中心，以当前牙冠指向牙颌的近中方向为X轴正方向，以当前牙冠指向根尖方向为Z轴正方向；

（3.2）在牙冠数据中，为每个牙冠建立参考坐标系，坐标原点取牙冠的几何中心，以从当前牙冠指向牙颌的近中方向为X轴正方向，以当前牙冠指向牙根根尖方向为Z轴正方向；

（3.3）依次对每个牙冠进行操作，以被选取的牙冠作为当前牙冠，寻找到与当前牙冠位置匹配的配对牙根；

（3.4）在当前牙冠上创建牙冠投影平面，牙冠投影平面的法向为当前牙冠的Z轴；将牙冠牙颈线的点投影到牙冠投影平面，用牙冠牙颈线的投影点创建牙冠最小二乘圆，将当前牙冠的坐标原点移动到该牙冠最小二乘圆的圆心；

在配对牙根上创建牙根投影平面，牙根投影平面的法向为配对牙根的Z轴，牙根投影平面过牙根上任意一点；将牙根牙颈线的点投影到牙根投影平面，用牙根牙颈线的投影点创建牙根最小二乘圆，将配对牙根的坐标原点移动到该牙根最小二乘圆的圆心；

移动配对牙根，使配对牙根的坐标系与当前牙冠的坐标系重合；并且使当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线处于同一高度位置；

（3.5）放大或缩小配对牙根，使配对牙根的牙根最小二乘圆与当前牙冠的牙冠最小二乘圆重合；

（3.6）配准当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线；

（3.7）保持牙冠数据不变，从当前牙冠的牙颈线开始，沿着牙根方向，从上而下的平滑配对牙根数据，使当前牙冠与配对牙根合并生成整个牙齿，牙齿的形态自然。

进一步，步骤（3.4）中，使当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线处于同一高度位置的方法是：牙冠过沿当前牙冠的Z轴方向计算当前牙冠的牙颈线的最低点，牙冠投影平面过当前牙冠的牙颈线最低点；沿配对牙根的Z轴方向计算配对牙根的最高点，牙根投影平面过配对牙根的牙颈线的最高点。

本方法可以在创建投影平面前，就先分别寻找到当前牙冠牙颈线的最低点和配对牙根牙颈线的最高点，然后创建牙冠投影平面，使牙冠投影平面以Z轴为法向，且过该最高点；创建牙根投影平面，使牙根投影平面以Z轴为法向，且过该最低点。也可以是先创建牙冠投影平面和牙根投影平面，牙冠投影平面可以过牙冠上任意一点，牙根投影平面可以过牙根上任意一点；然后再分别寻找当前牙冠牙颈线的最低点和配对牙根牙颈线的最高点，移动牙冠投影平面使其过牙冠牙颈线的最低点，移动牙根投影平面使其过牙根牙颈线的最高点。

当前牙冠的坐标系与配对牙根的坐标系重合时（即两个坐标系的三轴向和原点均重合），当前牙冠的牙颈线最低点与配对牙根的牙颈线最高点处于同一平面，从而实现当前牙冠的牙颈线与配对牙根的牙颈线处于同一高度位置。

使牙冠投影平面过当前牙冠的牙颈线最低点，从而将牙冠的坐标系原点调整到牙冠牙颈线最低点所在的平面上；牙根投影平面过配对牙根的牙颈线的最高点，从而将牙根的坐标系原点调整到牙根牙颈线最高点所在的平面上。当将牙冠坐标系和牙根坐标系重合时，也实现了牙根牙颈线上的最高点所在平面与牙冠牙颈线上的最低点所在平面的重合，符合自然牙齿的牙颈线的几何特征，具有几何学意义。

或者，步骤（3.4）中，使当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线处于同一高度位置的方法是：沿当前牙冠的Z轴方向计算当前牙冠的牙颈线的最低点，过该最低点和当前牙冠的Z轴做牙冠对位平面；沿配对牙根的Z轴方向计算配对牙根的最高点，过该最高点和配对牙根的Z轴做牙根对位平面，沿Z轴移动配对牙根使牙冠对位平面和牙根对位平面重合。

本发明的优点在于：通过将患者的牙冠数据与标准牙齿模型的牙根数据融合，用标准牙根模拟出患者的牙根位置，能够在矫治方案设计阶段，为矫治医生提供具有牙冠和牙根数据的完整牙齿模型，使得在矫治方案设计过程中，能够精确模拟牙冠和牙根的运动过程，提高矫治方案的可靠性和成功率。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是上颌所有牙冠与牙根融合后的示意图。

图3是牙根中的参考坐标系及牙颈线的示意图。

图4是牙冠的参考坐标系及牙颈线的示意图。

图5是牙冠的牙冠最小二乘圆和牙根的牙根最小二乘圆。

图6是单个牙齿的牙冠与牙根融合的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种重建患者牙根的方法，包括以下步骤：

1）、扫描标准牙齿模型，重建标准牙齿数字模型，标准牙齿数字模型包括牙冠数据和牙根数据，获取标准牙齿数字模型的牙根数据；获取标准牙齿数字模型的牙根数据的方法是：删除标准牙齿数字模型中的牙冠数据，以每个牙齿的牙颈线上方的数据作为牙冠数据。

2）、重建患者的牙颌数字模型，从患者的牙颌数字模型中获得牙冠数据；从患者的牙颌数字模型中获得牙冠数据的方法是：删除牙颌数字模型中的除牙冠数据以外的数据，以每个牙齿的牙颈线上方的数据作为牙冠数据。患者的牙颌模型可以通过扫描患者的口腔印模获得，也可以是直接扫描患者的口内获得。重建患者的牙颌数字模型可以是通过光学或CT扫描患者牙颌石膏模型或印模，或者直接口内扫描采集患者的当前牙颌状态图像。

牙冠与牙根之间以牙颈为分界，这一分界成弧形曲线，该弧形曲线称为牙颈线。数字模型中的牙颈线是由离散有序的点列组成。

3）、使标准牙齿数字模型的牙根数据与患者的牙冠数据融合，融合完成后的牙齿模型中，每个牙冠与相应位置的配对牙根对中、合并成牙齿的状态自然。如图2所示的上颌所有牙冠与牙根融合后，每个牙齿模型呈自然牙状态。

使标准牙齿数字模型的牙根数据与患者的牙冠数据融合的方法是：

（3.1）在牙根数据中，为每个牙根建立参考坐标系，坐标原点取牙根的几何中心，以当前牙冠指向牙颌的近中方向为X轴正方向，以当前牙冠指向根尖方向为Z轴正方向；当X轴和Z轴的方向确定时，同时与X轴和Z轴垂直的直线即为Y轴，Y轴的正方向既可以指向口内，也可以指向口外；如图3所示，Y轴的正方向为指向口外。

（3.2）在牙冠数据中，为每个牙冠建立参考坐标系，坐标原点取牙冠的几何中心，以从当前牙冠指向牙颌的近中方向为X轴正方向，以当前牙冠指向牙根根尖方向为Z轴正方向；当X轴和Z轴的方向确定时，同时与X轴和Z轴垂直的直线即为Y轴，Y轴的正方向既可以指向口内，也可以指向口外，只要牙冠的Y轴正方向与牙根的Y轴正方向一致即可；如图4所示，Y轴的正方向指向口外，与牙根的Y轴方向一致。

（3.3）依次对每个牙冠进行操作，以被选取的牙冠作为当前牙冠，寻找到与当前牙冠位置匹配的配对牙根；

（3.4）使当前牙冠位于配对牙根之上且当前牙冠的轴向与配对牙根的轴向一致：

A、沿当前牙冠的Z轴方向计算当前牙冠的牙颈线的最低点，在当前牙冠上创建牙冠投影平面，牙冠投影平面的法向为当前牙冠的Z轴，牙冠投影平面过当前牙冠的牙颈线最低点；

B、寻找到与当前牙冠位置匹配的配对牙根，在配对牙根上创建牙根投影平面，牙根投影平面的法向为配对牙根的Z轴，创建牙根投影平面时，沿当前牙冠的Z轴方向计算配对牙根的最高点，牙根投影平面过配对牙根的牙颈线的最高点；

C、将牙冠牙颈线的点投影到牙冠投影平面，用牙冠牙颈线的投影点创建牙冠最小二乘圆，将当前牙冠的坐标原点移动到该牙冠最小二乘圆的圆心；将牙根牙颈线的点投影到投影平面，用牙根牙颈线的投影点创建牙根最小二乘圆，将配对牙根的坐标原点移动到该牙根最小二乘圆的圆心；如图5所示，外圆R为牙冠的牙冠最小二乘圆，内圆r为牙根的牙根最小二乘圆；

D、移动配对牙根，使配对牙根的参考坐标系与当前牙冠的参考坐标系重合；如图5所示，配对牙根的坐标原点移动到牙根最小二乘圆的圆心，当前牙冠的坐标原点移动到牙冠最小二乘圆的圆心，牙冠最小二乘圆的圆心和牙根最小二乘圆的圆心重合，当前牙冠的参考坐标系与配对牙根的参考坐标系重合，牙冠最小二乘圆和牙根最小二乘圆位于同一平面；由于配对牙根的参考坐标系与当前牙冠的参考坐标系重合，则配对牙根与当前牙冠的轴向一直，配对牙根的方向和位置符合当前牙冠的牙根生长方向。

D、放大或缩小配对牙根，使配对牙根的牙根最小二乘圆与当前牙冠的牙冠最小二乘圆重合；如图5所示，牙冠最小二乘圆和牙根最小二乘圆位于同一平面，且圆心重合时，两个最小二乘圆的半径比可以直接获得，放大或缩小牙根最小二乘圆的半径即可放大或缩小配对牙根模型，当两个最小二乘圆的半径相等时，视为当前牙冠的大小与配对牙根的大小匹配；

E、配准当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线，合并当前牙冠与配对牙根；

F、保持牙冠数据不变，从当前牙冠的牙颈线开始，沿着牙根方向，从上而下的平滑配对牙根数据，使当前牙冠与配对牙根合并生成整个牙齿，牙齿的形态自然，如图6所示。

每一个牙冠必然匹配一个牙根，根据牙冠的位置即可寻找到与之匹配的标准牙根。标准牙齿模型是医学上根据人体的实际牙齿数据根据统计规律得出的、得到本领域技术人员认可的模型，标准牙齿模型的牙根形状符合自然牙根的形态。虽然标准牙齿模型中的牙根不能跟患者个性化的牙根形状完全一致，但是通过将标准牙齿模型的牙根跟患者的牙冠配准融合，可以用标准模型的牙根模拟出患者的牙根位置。而只要能模拟出患者牙根的位置，就可以在设计矫正方案时，同时模拟患者牙冠和牙根的移动过程，从而避免出现牙冠能自由移动，而牙根会发生干涉的情况。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种重建患者牙根的方法，包括以下步骤：

1)、扫描标准牙齿模型，重建标准牙齿数字模型，标准牙齿数字模型包括牙冠数据和牙根数据，获取标准牙齿数字模型的牙根数据；

2)、重建患者的牙颌数字模型，从患者的牙颌数字模型中获得牙冠数据；

3)、使标准牙齿数字模型的牙根数据与患者的牙冠数据融合，融合完成后的牙齿模型中，每个牙冠与相应位置的配对牙根对中、合并成整个牙齿的自然状态；

(3.1)在牙根数据中，为每个牙根建立参考坐标系，坐标原点取牙根的几何中心，以当前牙根指向牙颌的近中方向为X轴正方向，以当前牙根指向根尖方向为Z轴正方向；

(3.2)在牙冠数据中，为每个牙冠建立参考坐标系，坐标原点取牙冠的几何中心，以当前牙冠指向牙颌的近中方向为X轴正方向，以当前牙冠指向牙根根尖方向为Z轴正方向；

(3.3)依次对每个牙冠进行操作，以被选取的牙冠作为当前牙冠，寻找到与当前牙冠位置匹配的配对牙根；

(3.4)在当前牙冠上创建牙冠投影平面，牙冠投影平面的法向为当前牙冠的Z轴；将牙冠牙颈线的点投影到牙冠投影平面，用牙冠牙颈线的投影点创建牙冠最小二乘圆，将当前牙冠的坐标原点移动到该牙冠最小二乘圆的圆心；

在配对牙根上创建牙根投影平面，牙根投影平面的法向为配对牙根的Z轴，牙根投影平面过牙根上任意一点；将牙根牙颈线的点投影到牙根投影平面，用牙根牙颈线的投影点创建牙根最小二乘圆，将配对牙根的坐标原点移动到该牙根最小二乘圆的圆心；

移动配对牙根，使配对牙根的坐标系与当前牙冠的坐标系重合；并且使当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线处于同一高度位置；

(3.5)放大或缩小配对牙根，使配对牙根的牙根最小二乘圆与当前牙冠的牙冠最小二乘圆重合；

(3.6)配准当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线；

(3.7)保持牙冠数据不变，从当前牙冠的牙颈线开始，沿着牙根方向，从上而下的平滑配对牙根数据，使当前牙冠与配对牙根合并生成整个牙齿，牙齿的形态自然。

2.如权利要求1所述的重建患者牙根的方法，其特征在于：步骤1)中，获取标准牙齿数字模型的牙根数据的方法是：删除标准牙齿数字模型中的牙冠数据，以每个牙齿的牙颈线上方的数据作为牙冠数据。

3.如权利要求1所述的重建患者牙根的方法，其特征在于：步骤2)中，从患者的牙颌数字模型中获得牙冠数据的方法是：删除牙颌数字模型中的除牙冠数据以外的数据，以每个牙齿的牙颈线上方的数据作为牙冠数据。

4.如权利要求1所述的重建患者牙根的方法，其特征在于：步骤(3.4)中，使当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线处于同一高度位置的方法是：牙冠过沿当前牙冠的Z轴方向计算当前牙冠的牙颈线的最低点，牙冠投影平面过当前牙冠的牙颈线最低点；沿配对牙根的Z轴方向计算配对牙根的最高点，牙根投影平面过配对牙根的牙颈线的最高点。

5.如权利要求1所述的重建患者牙根的方法，其特征在于：步骤(3.4)中，使当前牙冠的牙颈线和配对牙根的牙颈线处于同一高度位置的方法是：沿当前牙冠的Z轴方向计算当前牙冠的牙颈线的最低点，过该最低点和当前牙冠的Z轴做牙冠对位平面；沿配对牙根的Z轴方向计算配对牙根的最高点，过该最高点和配对牙根的Z轴做牙根对位平面，沿Z轴移动配对牙根使牙冠对位平面和牙根对位平面重合。