CN106037979A - 一种数字化牙龈线提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化牙龈线提取方法。获取牙齿模型和牙龈模型之间连接处的顶点，并进行插值，依次连接各个顶点和插值点得到牙龈边界线；构建相邻两个牙齿模型之间的连接线条，将相邻两个牙齿模型的牙龈边界线通过连接线条连接形成牙龈线；对牙颌模型两侧的最后一个牙齿模型(后磨牙)的牙龈边界线进行处理；采用Snake拟合方法对牙龈线进行光滑处理。本发明方法快速高效精确地自动生成牙龈线，提高了准确度和工作效率，避免了复杂交互过程，牙龈线边界光滑，用于自动化更高效的牙套打磨。

Description

一种数字化牙龈线提取方法

技术领域

本发明涉及了数字口腔领域，具体地说是涉及了一种数字化牙龈线提取方法。

背景技术

近年来，数字口腔技术发展迅速，牙齿隐形正畸也逐渐普及。在目前的工艺中，矫治器压膜完毕后，需要手动打磨，使矫治器边缘与牙齿边缘相贴合，避免矫治器对牙龈的磨损。而人工打磨效率低下，打磨一副一牙套需要消耗很长时间；而且在精度上也存在一定的不足，容易出现失误导致牙套不合适或者牙套损坏。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，提高工作效率和打磨精度，本发明提供了一种数字化牙龈线提取方法，为牙套自动打磨提供数据基础。

本发明利用数字集合处理中的多项技术来实现快速自动牙龈线生成和手动微调两种模式的结合，使牙龈线快速生成，牙龈线的获取包括以下步骤：

A、获取牙齿模型和牙龈模型之间连接处的顶点，并进行插值，依次连接各个顶点和插值点得到牙龈边界线；

B、构建相邻两个牙齿模型之间的连接线条，将相邻两个牙齿模型的牙龈边界线通过连接线条连接形成牙龈线；

C、对牙颌模型两侧的最后一个牙齿模型(后磨牙)的牙龈边界线进行处理；

D、采用Snake拟合方法对牙龈线进行光滑处理。

所述步骤A中的插值方法采用Hermite-Spline插值，通过插值建立相邻顶点之间的中间点，并与顶点连接成线得到牙龈边界线。

所述步骤B具体为：

B1、对每相邻两个牙齿模型，从步骤A获得的牙齿模型和牙龈模型之间连接处的顶点中选取最靠近牙缝的六个点作为牙缝点，获得相邻两个牙齿模型的牙缝点，共计十二个牙缝点，除去最靠近牙缝的两个点后构建剩余十个点的平均平面Q，将剩余十个点映射到平均平面Q；

B2、构建圆柱面P，以平均平面Q的法向作为圆柱面的母线，以剩余十个点中最靠近牙缝的两个点之间的距离作为圆柱的直径，以剩余十个点中第二靠近牙缝的两个点之间连接直线的中点作为圆柱面P的中心；

B3、圆柱面P与平面Q相交的交线分别与相邻两个牙齿模型的牙龈边界线相切，以切点分割圆柱面P与平面Q相交的交线，并取其圆弧与两个牙齿模型的牙龈边界线连接形成平滑连接的牙龈线。

为了使之符合生物学特征，所述步骤C是对牙颌模型两侧的最后一个牙齿模型处于牙颌边缘的牙龈边界线进行偏移调整，避免紧贴牙龈。

所述步骤C具体是：对于一颗后磨牙，选择其两侧各自的最低点L1和L2，以及靠近牙颌外侧边缘的最高点H，将点H顺着牙齿模型的表面向中间偏移距离h到点H1，然后将点L1、L2与点H之间牙龈线上的网格顶点，按照比例顺着牙齿模型的表面向中间偏移对应的距离，若每个偏移后牙龈线上的点不在牙齿模型三角网格的顶点上，则取与其最相邻的牙齿模型三角网格上的顶点进行替换。

对于L1与H之间的一个网格顶点C，其偏移的距离Ch为：

$Ch=\frac{CH}{L_{1}H}\×h$

其中，CH为点C到点H的距离，L1H为点L1到点H的距离。

所述步骤D中对线条进行光滑处理采用Snake拟合方法，以保证组成牙龈线线条的点在拟合过程中不会脱离牙齿模型，Snake拟合主要是依次通过snake分裂、snake滑动和snake删除将当前Snake能量最大化来得到光滑的边界。

本发明的有益效果是：

本发明方法可快速高效精确地自动生成牙龈线，为机器打磨牙套提供了最基本的数据，提高了准确度和工作效率，避免了复杂的人机交互过程，并且牙龈线边界光滑，用于自动化牙套打磨。

本发明方便地应用于机器切割，根据本发明获得的牙龈线数据可用于牙套打磨机器中进行分析和处理，实现更高效的打磨切割。

附图说明

图1为实施例的牙颌三角网格模型；

图2为实施例的牙缝间牙龈线绘制取点分布图；

图3为实施例的牙缝间牙龈线绘制两面相交模型；

图4为实施例的牙缝间牙龈线模型；

图5为实施例的未经过处理的后磨牙牙龈线模型；

图6为实施例的经过处理的后磨牙牙龈线模型；

图7为实施里的光滑后的后磨牙牙龈线模型；

图8为snake拟合的三种移动方式；

图9为最终的牙龈线模型。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的实施例及其具体实施过程如下：

图1为切割并修复完毕的待处理的牙齿模型，获取牙齿牙龈连接处的点，并进行插值，得到图2所示的一系列点。此时，将点连接，便可得到每颗牙齿对应的牙龈边界线。

B、绘制牙齿间的线条：

B1、对每相邻两个牙齿模型，从步骤A获得的牙齿模型和牙龈模型之间连接处的顶点中选取最靠近牙缝的六个点作为牙缝点，其中一个牙齿模型从牙缝向牙齿中部依次记为点a1至点a6，另一个牙齿模型从牙缝向牙齿中部依次记为点b1至点b6，除去最靠近牙缝的点a1和点b1点，剩余十个点为点a2至点a6和点b2至点b6，将点a2至点a6和点b2至点b6构建其平均平面Q，并映射到平均平面Q分别记作点a2’至点a6’和点b2’至点b6’；

B2、构建圆柱面P，以平均平面Q的法向作为圆柱面的母线，以点a2’和点b2’的距离作为圆柱的直径，以点a3’和点b3’的中点作为圆柱面的中心；

B3、如图3所示，得到圆柱面p与平面Q的交线，圆柱面P与平面Q相交的交线分别与相邻两个牙齿模型的牙龈边界线相切，以切点分割圆柱面P与平面Q相交的交线，并取其圆弧与两个牙齿模型的牙龈边界线连接形成平滑连接的牙龈线，如图4所示。

图5为未经过处理的后磨牙牙龈线模型，为了使之符合生物学特征，对后磨牙处线条进行上调，在本实施例中，最高点H上调的高度h为3mm。上调之后如图6所示，利用Snake拟合，可对线条进行平滑处理，得到图7最终的后磨牙线条。Snake的三种拟合方式如图8所示，对于第一种情况，将中间的顶点m分裂为两个点，分别下移至能量最大化的位置；对于第二种情况，将顶点m的位置下移至能量最大化的位置，得到平滑的曲线；对于第三种情况，将顶点m删除，并将其他点移动至能量最大化的位置，得到平滑的曲线。完成平滑后，可得到如图9所示的完整的牙龈线。

由此，本实施例快速高效精确地自动生成牙龈线，为机器打磨牙套提供了最基本的数据，本发明避免了复杂的人机交互过程，实现更高效的打磨切割。

Claims (7)

1.一种数字化牙龈线提取方法，其特征在于该方法包含下列步骤：

A、获取牙齿模型和牙龈模型之间连接处的顶点，并进行插值，依次连接各个顶点和插值点得到牙龈边界线；

B、构建相邻两个牙齿模型之间的连接线条，将相邻两个牙齿模型的牙龈边界线通过连接线条连接形成牙龈线；

C、对牙颌模型两侧的最后一个牙齿模型(后磨牙)的牙龈边界线进行处理；

D、采用Snake拟合方法对牙龈线进行光滑处理。

2.根据权利要求1所述的一种数字化牙龈线提取方法，其特征在于：所述步骤A中的插值方法采用Hermite-Spline插值，通过插值建立相邻顶点之间的中间点，并与顶点连接成线得到牙龈边界线。

3.根据权利要求1所述的一种数字化牙龈线提取方法，其特征在于：所述步骤B具体为：

B1、对每相邻两个牙齿模型，从步骤A获得的牙齿模型和牙龈模型之间连接处的顶点中选取最靠近牙缝的六个点作为牙缝点，获得相邻两个牙齿模型的牙缝点，共计十二个牙缝点，除去最靠近牙缝的两个点后构建剩余十个点的平均平面Q，将剩余十个点映射到平均平面Q；

B2、构建圆柱面P，以平均平面Q的法向作为圆柱面的母线，以剩余十个点中最靠近牙缝的两个点之间的距离作为圆柱的直径，以剩余十个点中第二靠近牙缝的两个点之间连接直线的中点作为圆柱面P的中心；

B3、圆柱面P与平面Q相交的交线分别与相邻两个牙齿模型的牙龈边界线相切，以切点分割圆柱面P与平面Q相交的交线，并取其圆弧与两个牙齿模型的牙龈边界线连接形成平滑连接的牙龈线。

4.根据权利要求1所述的一种数字化牙龈线提取方法，其特征在于：所述步骤C是对牙颌模型两侧的最后一个牙齿模型处于牙颌边缘的牙龈边界线进行偏移调整，避免紧贴牙龈。

5.根据权利要求4所述的一种数字化牙龈线提取方法，其特征在于：所述步骤C具体是：对于一颗后磨牙，选择其两侧各自的最低点L1和L2，以及靠近牙颌外侧边缘的最高点H，将点H顺着牙齿模型的表面向中间偏移距离h到点H1，然后将点L1、L2与点H之间牙龈线上的网格顶点，按照比例顺着牙齿模型的表面向中间偏移对应的距离，若每个偏移后牙龈线上的点不在牙齿模型三角网格的顶点上，则取与其最相邻的牙齿模型三角网格上的顶点进行替换。

6.根据权利要求5所述的一种数字化牙龈线提取方法，其特征在于：所述点L1、L2与点H之间牙龈线上的网格顶点偏移的距离Ch采用以下公式计算：

$Ch=\frac{CH}{L_{1}H}\×h$

其中，CH为点C到点H的距离，L1H为点L1到点H的距离。

7.根据权利要求1所述的一种数字化牙龈线提取方法，其特征在于：所述步骤D中对线条进行光滑处理采用Snake拟合方法，Snake拟合主要是依次通过snake分裂、snake滑动和snake删除得到光滑的边界。