CN106618760B - 一种设计正畸矫治方案的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设计正畸矫治方案的方法，基于牙颌三维数字化模型分析数字模型并判断畸形程度，然后获取正畸建议并进行自动化正畸方案设计。本发明通过智能化设计，提高了矫治方案的设计效率和有效性。

Description

一种设计正畸矫治方案的方法

技术领域

本发明涉及牙齿正畸领域，尤其涉及一种设计正畸矫治方案的方法。

背景技术

目前，用于矫正牙齿错位不齐的正畸矫治器主要是唇侧固定矫治器，通常是由粘接在牙齿唇面的金属托槽/颊管(磨牙上一般用颊管)，串联各个托槽/颊管的弓丝以及结扎丝组成，利用弹性弓丝的回弹作用排齐错位的牙齿，利用粗尺寸硬度高的不锈钢丝作为稳定丝来关闭拔牙间隙。这是一种通用型矫治器(不同病人之间通用)，由正畸医生在临床上利用粘接剂直接安放到对应的牙齿上，具有临床操作简单，牙齿移动控制精确，治疗效果理想同时价格经济等优点；最大的不足之处在于矫治器位于牙齿的唇颊面，容易暴露于外面，从而影响美观。

1998年，美国AlignTechnology，Inc.推出了透明矫正装置(invisalignappliance)，也就是隐形矫治器。国内首都医科大学和北京时代天使公司于2003年开始进行隐形矫治器技术的研究，并于2006年开始推广使用。无托槽隐形矫治器是一种通过计算机辅助设计和制作的透明弹性材料活动矫正装置，它是一系列连续的矫治装置，通过不断的小范围移动牙齿达到牙齿矫治的目的。与传统的牙齿畸形矫治技术相比，隐形矫治器具有安全、舒适、美观、容易清洁牙齿、椅旁操作时间短等优点，因而受到越来越多正畸医生和牙颌畸形患者的关注。但是在现有隐形矫治器的制作过程中，对牙齿的正畸调节比较繁琐，并且精确度不高。

专利CN105748163A公开了一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，包含下列步骤：步骤一、构建包含有牙龈的牙齿模型：步骤二、进行虚拟矫治对牙齿模型进行运动处理，获得牙齿模型运动信息：包含依次进行的牙齿运动构建和牙齿路径规划的步骤，并根据牙齿模型的运动信息采用基于Laplacian算子的自由形变算法对牙齿模型中的虚拟牙龈网格进行形变计算；牙齿运动构建具体是包括建立单颗牙齿局部坐标和建立单颗牙齿的运动方式，运动方式包括以下六种方式：伸长/压低变换、颊面/舌面平移变换、近中/远中平移变换、近中/远中方向牙冠旋转、主轴方向旋转变换、颊面/舌面牙齿根部旋转。步骤三、再将处理后的牙齿模型进行优化处理和生产，优化处理和生产包含生物力学分析、矫治辅助附件安装、3D打印预处理、牙龈线提取和矫治器实物生产的步骤。专利CN102512251A公开了一种隐形矫治器的制造方法，将牙颌物理模型中待矫正牙齿部位处的热塑性材料加热到70℃并保温3分钟，使其软化；待热塑性材料软化后移动待矫正的牙齿一定距离至目标矫正位置；移动牙齿之后，冷却热塑性材料使其硬化；待热塑性材料冷却至室温后以其为母模使用牙科用正畸片制出所需的隐形矫治器。

可见，现有技术中的调牙步骤繁琐，不便于实际生产的操作，因此，有必要提供一种设计正畸矫治方案的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种设计正畸矫治方案的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种设计正畸矫治方案的方法，包括如下步骤：

S1.通过3D扫描设备获取牙颌的三维数字化模型；

S2.通过分析点云数据获取牙颌三维数字化模型的坐标系，通过牙颌数字化模型获取牙冠的三维数字化模型，并与获取的牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息进行对比验证，根据牙齿方向和牙根位置信息，重建完整的牙齿数字化模型；

S3.获取表示牙根方向和位置的调节器模块，通过所述调节器模块带动牙齿移动进行调牙；

S4.基于步骤S2得到的牙齿数字化模型，从每颗牙齿获取种子点，通过曲线拟合获取当前牙齿的排列曲线；所述种子点为牙齿基于几何拓扑结构计算的位置；

S5.提供正畸建议，获得矫治器。

优选地，通过图像分析法分析口腔全景片和口腔侧位片，获取牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息。

优选地，通过CT设备对牙齿扫描得到牙齿影像，并通过三维重建获取牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息。

优选地，所述步骤S1中通过口内扫描仪获取牙颌的三维数字化模型。

优选地，所述步骤S1中对牙齿印模获取牙颌的石膏模型，通过牙科3D扫描设备扫描牙齿的石膏模型，获取牙颌的三维数字化模型。

优选地，所述步骤S2包括：将牙颌的三维数字化模型进行切割获取牙冠的三维数字化模型。

优选地，对牙齿印模获取牙颌的石膏模型，然后对石膏模型的每颗牙齿进行染色处理，最后对染色的石膏模型进行扫描，一次性获取牙冠的三维数字化模型以及牙颌的三维数字化模型。

进一步地，所述步骤S2中采用最小包围盒算法获取牙齿的长方体形状包围盒，根据牙齿模型自身的拓扑特性，将最短边设置为牙根牙冠方向；再根据门牙附近模型的点云数据集中在中间、后磨牙附近模型的点云数据集中在两侧、中间为空的特性，判断牙颌的三维数字化模型从舌侧到唇侧的方向信息并建立牙颌坐标系；将获取的单颗牙齿的方向信息匹配到S2获取的牙颌坐标系中，从而得到指示牙齿方向的标识。

进一步地，所述步骤S3中通过可视化设备显示牙齿、牙龈、牙齿坐标系、牙齿在牙颌中的位置以及牙颌坐标系；通过拖动牙齿方向标识，对牙齿进行移动或者旋转操作，从而达到调牙的效果；调牙过程中，同时显示相邻牙齿的方向差异和牙齿在牙颌中的位置，用于判断牙齿畸形程度和畸形矫正程度。

进一步地，所述步骤S5具体包括：

S501.预测并重建正畸后牙颌形状；

S502.生成矫正的三维数字化牙颌模型或三维数字化矫治器模型；所述矫正的三维数字化牙颌模型为实体结构或中空结构；

S503.将获得的三维数字化牙颌模型导入3D打印设备，打印得到牙颌模型，并对打印的牙颌模型进行压膜处理得到矫治器；将获得的三维数字化矫治器模型导入3D打印设备，打印得到矫治器。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的设计正畸矫治方案的方法，通过自动化计算获取牙齿数字化模型；

(2)本发明的设计正畸矫治方案的方法，通过查看牙根移动是否超出牙槽骨的限制，从而避免对牙齿位置的过度调节；

(3)本发明采用自动化正畸方法，操作简单、调牙精确度高，提高了牙齿的正畸效率和效果。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明公开了一种设计正畸矫治方案的方法，包括如下步骤：

S1.通过交互式手工标注的方式，或者通过自动化数据识别的方式分析口腔全景片和口腔侧位片，获取每颗牙齿在片子中的位置，并计算牙齿方向信息，获取牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息；如果是标准DICOM数字图像，可以获取具体的每一颗牙齿的坐标信息；通过口内扫描仪获取牙颌的三维数字化模型；

S2.通过最小包围盒算法和点云数据分布获取牙颌三维数字化模型的坐标系，采用手工切割或者其他自动化切割方式对牙颌模型进行切割，获取牙冠的三维数字化模型，并与获取的牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息进行对比验证，根据牙齿方向和牙根位置信息，重建完整的分割后的牙齿数字化模型；

最小包围盒算法是指寻找可以包围空间的六面体，通过迭代方法找到体积最小的六面体。

点云数据分布是指以六面体某一个顶点为原点，相邻边为坐标轴，形成一个坐标系。牙齿方向是指牙根到牙冠的方向，牙齿方向采用坐标系的三个轴向之一，假设将牙齿方向设置为Z轴，另外两个轴分别为X轴和Y轴。由于3D点云数据为面数据，牙齿底部缺失。采用牙齿点云数据平行于XY平面作出截面，大多可以获得环状点云，而由于牙齿底部缺失，多数情况下平行于其他平面作截面不能获得环状点云。根据这个特性，可以从三个坐标轴方向中确定牙齿方向。

采用最小包围盒算法获取牙齿的长方体形状包围盒，根据牙齿模型自身的拓扑特性，将最短边设置为牙根牙冠方向；再根据门牙附近模型的点云数据集中在中间，后磨牙附近模型的点云数据集中在两侧，中间为空的特性，判断牙颌模型从舌侧到唇侧的方向信息并建立牙颌坐标系，其中三个轴分别是舌侧到唇侧方向、牙龈到牙冠方向以及与嘴唇平行的方向。

将S1中获取的单颗牙齿的方向信息匹配到获取的牙颌坐标系中，从而得到指示牙齿方向的标识。通过标定某一颗或者几颗牙齿在两个坐标系的对应关系，然后通过相对位置获取其他牙齿的方向信息；或者通过ICP算法等成熟图像或三维图形匹配算法，先对模型数据进行匹配，把模型放进同一个坐标系，从而获取三维点云数据模型下牙齿的牙冠方向信息和牙根位置信息。

S3.获取表示牙根方向和位置的调节器模块，通过所述调节器模块带动牙齿移动进行调牙；通过可视化设备显示牙齿、牙龈、牙齿坐标系、牙齿在牙颌中的位置以及牙颌坐标系；通过拖动牙齿方向标识，对牙齿进行移动或者旋转操作，从而达到调牙的效果；调牙过程中，同时显示相邻牙齿的位置关系，用于直观判断牙齿畸形程度和畸形矫正程度，并对碰撞程度给出提示；调牙过程中，同时显示牙齿本次移动的距离和角度，以及牙齿累计移动的距离和角度，并对超出预设距离或角度的操作给出警告。

采用交互方式确认一次调牙工作结束；调牙过程中或调牙结束后可以基于预设阈值对用户输入的移动过程进行分解，把一次移动分解为连续的多次移动，并且保证每次的移动量不超过预设阈值；调牙过程中，上述分解过程可以是针对单颗或多颗牙齿同时进行操作；调牙过程中，通过设定阈值防止上述分解过程中因牙齿位置变化而发生碰撞程度加深的情况，当发生的碰撞超出阈值时，调节器模块自动尝试调整两侧牙齿的移动顺序和速率，以避免碰撞；调牙过程中，自动分解的多个调牙阶段可通过可视化设备演示，并由用户进一步调整其中任意一个阶段的位置变化，以达到用户满意的效果。

通过CT扫描获取调牙后重建的三维模型，并与步骤S1中的牙颌三维数字化模型进行匹配，CT扫描生成的三维模型更加全面，包括了牙齿、牙颌骨、牙槽骨等，可以观察牙齿移动过程中是否超出了牙槽骨的范围，避免对牙齿位置的过度调节；若牙根移动超出牙槽骨的范围，则重复使用调节器调牙；若牙根移动没有超出牙槽骨的范围，则继续步骤S4。

S4.基于步骤S2得到的分割后的牙齿数字化模型，从每颗牙齿获取种子点，通过曲线拟合获取当前牙齿的排列曲线；所述种子点为牙齿基于几何拓扑结构计算的位置，比如牙齿中心、重心或者手工标定的位置；

S5.对排列曲线进行评估，获取畸形程度并提供正畸建议；然后获得矫治器；具体包括：

S501.预测并重建正畸后牙颌形状；

通常情况下排列曲线在牙颌平面上的投影基于牙齿中线位置对称排列，从中线位置向两侧同一个方向变化，牙齿间距相等，牙根方向具有一定的规律性。基于此可以计算牙齿不对称的情况、过于拥挤的情况以及牙齿排列不整齐的情况，根据这些情况提供正畸建议。此外，还可以考虑牙齿的咬合度。

正畸过程可以分解为多个阶段，预测每一个阶段的牙颌形状，并对每个阶段的牙颌进行重建和打印。

现有技术中医生会对每一个阶段进行处理，比如矫正需要两年，54个阶段，则需要对上下颌进行108次处理，工作量大且无法保证精确。

而本发明采用交互方法，由计算机计算出总的阶段数量以及各个阶段的牙齿偏移量，并显示；然后由医生进行评估后微调。计算机通过线性插值或者基于一定规则的非线性插值的方法生成各个阶段的预期效果，然后由医生微调确认。

S502.生成矫正的三维数字化牙颌模型或三维数字化矫治器模型；

所述矫正的三维数字化牙颌模型可以是实体结构，或者通过对实体模型进行抽壳处理，生成中空结构模型，进行打印，以节省打印材料。

还可以通过获取正畸后的牙龈曲面和牙齿曲面图，生成空腔结构的矫正后的三维数字化牙颌模型或三维数字化隐形矫治器模型；在牙颌模型的空腔中直接生成打印模型所必须的支撑结构，以调牙后的相邻三颗或四颗牙齿的牙根、牙冠信息为基础，生成牙龈曲面。

在生成牙龈曲面的过程中，设定阈值，直接生成内外两个曲面，阈值为内曲面到外曲面的厚度。可以采用以下两种方法生成三维数字化模型：

方法一：将牙龈曲面和牙齿外表面设置为内曲面，然后向外扩展生成外曲面，内外曲面组合生成可以直接打印的隐形矫治器模型。

方法二：将牙龈曲面和牙齿外表面设置为外曲面，然后向内扩展生成内曲面，内外曲面组合生成牙颌的空腔结构，即可打印的牙颌模型。

S503.将获得的三维数字化牙颌模型导入3D打印设备，打印得到牙颌模型，并对打印的牙颌模型进行压膜处理得到矫治器；将获得的三维数字化矫治器模型导入3D打印设备，打印得到矫治器。

实施例2

本发明公开了一种设计正畸矫治方案的方法，包括如下步骤：

S1.通过CT设备对牙齿扫描得到牙齿影像，并通过三维重建获取牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息；重建之后并不能分割牙冠和牙根信息，但是可以通过交互式方法在软件中标定牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息；对牙齿印模获取牙颌的石膏模型，通过专用牙科3D扫描设备扫描牙齿的石膏模型，获取牙颌的三维数字化模型。

S2.通过最小包围盒算法和点云数据分布获取牙颌三维数字化模型的坐标系，采用手工切割或者其他自动化切割方式对牙颌模型进行切割，获取牙冠的三维数字化模型，并与获取的牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息进行对比验证，根据牙齿方向和牙根位置信息，重建完整的分割后的牙齿数字化模型；

最小包围盒算法是指寻找可以包围空间的六面体，通过迭代方法找到体积最小的六面体。

点云数据分布是指以六面体某一个顶点为原点，相邻边为坐标轴，形成一个坐标系。牙齿方向是指牙根到牙冠的方向，牙齿方向采用坐标系的三个轴向之一，假设将牙齿方向设置为Z轴，另外两个轴分别为X轴和Y轴。由于3D点云数据为面数据，牙齿底部缺失。采用牙齿点云数据平行于XY平面作出截面，大多可以获得环状点云，而由于牙齿底部缺失，多数情况下平行于其他平面作截面不能获得环状点云。根据这个特性，可以从三个坐标轴方向中确定牙齿方向。

采用最小包围盒算法获取牙齿的长方体形状包围盒，根据牙齿模型自身的拓扑特性，将最短边设置为牙根牙冠方向；再根据门牙附近模型的点云数据集中在中间，后磨牙附近模型的点云数据集中在两侧，中间为空的特性，判断牙颌模型从舌侧到唇侧的方向信息并建立牙颌坐标系，其中三个轴分别是舌侧到唇侧方向、牙龈到牙冠方向以及与嘴唇平行的方向。

将S1中获取的单颗牙齿的方向信息匹配到获取的牙颌坐标系中，从而得到指示牙齿方向的标识。通过标定某一颗或者几颗牙齿在两个坐标系的对应关系，然后通过相对位置获取其他牙齿的方向信息；或者通过ICP算法等成熟图像或三维图形匹配算法，先对模型数据进行匹配，把模型放进同一个坐标系，从而获取三维点云数据模型下牙齿的牙冠方向信息和牙根位置信息。

S3.获取表示牙根方向和位置的调节器模块，通过所述调节器模块带动牙齿移动进行调牙；通过可视化设备显示牙齿、牙龈、牙齿坐标系、牙齿在牙颌中的位置以及牙颌坐标系；通过拖动牙齿方向标识，对牙齿进行移动或者旋转操作，从而达到调牙的效果；调牙过程中，同时显示相邻牙齿的位置关系，用于直观判断牙齿畸形程度和畸形矫正程度，并对碰撞程度给出提示；调牙过程中，同时显示牙齿本次移动的距离和角度，以及牙齿累计移动的距离和角度，并对超出预设距离或角度的操作给出警告。

采用交互方式确认一次调牙工作结束；调牙过程中或调牙结束后可以基于预设阈值对用户输入的移动过程进行分解，把一次移动分解为连续的多次移动，并且保证每次的移动量不超过预设阈值；调牙过程中，上述分解过程可以是针对单颗或多颗牙齿同时进行操作；调牙过程中，通过设定阈值防止上述分解过程中因牙齿位置变化而发生碰撞程度加深的情况，当发生的碰撞超出阈值时，调节器模块自动尝试调整两侧牙齿的移动顺序和速率，以避免碰撞；调牙过程中，自动分解的多个调牙阶段可通过可视化设备演示，并由用户进一步调整其中任意一个阶段的位置变化，以达到用户满意的效果。

通过CT扫描获取调牙后重建的三维模型，并与步骤S1中的牙颌三维数字化模型进行匹配，CT扫描生成的三维模型更加全面，包括了牙齿、牙颌骨、牙槽骨等，可以观察牙齿移动过程中是否超出了牙槽骨的范围，避免对牙齿位置的过度调节；若牙根移动超出牙槽骨的范围，则重复使用调节器调牙；若牙根移动没有超出牙槽骨的范围，则继续步骤S4。

S4.基于步骤S2得到的分割后的牙齿数字化模型，从每颗牙齿获取种子点，通过曲线拟合获取当前牙齿的排列曲线；所述种子点为牙齿基于几何拓扑结构计算的位置，比如牙齿中心、重心或者手工标定的位置；

S5.对排列曲线进行评估，获取畸形程度并提供正畸建议；然后获得矫治器；具体包括：

S501.预测并重建正畸后牙颌形状；

通常情况下排列曲线在牙颌平面上的投影基于牙齿中线位置对称排列，从中线位置向两侧同一个方向变化，牙齿间距相等，牙根方向具有一定的规律性。基于此可以计算牙齿不对称的情况、过于拥挤的情况以及牙齿排列不整齐的情况，根据这些情况提供正畸建议。此外，还可以考虑牙齿的咬合度。

正畸过程可以分解为多个阶段，预测每一个阶段的牙颌形状，并对每个阶段的牙颌进行重建和打印。

采用交互方法，由计算机计算出总的阶段数量以及各个阶段的牙齿偏移量，并显示；然后由医生进行评估后微调。计算机通过线性插值或者基于一定规则的非线性插值的方法生成各个阶段的预期效果，然后由医生微调确认。

S502.生成矫正的三维数字化牙颌模型或三维数字化矫治器模型；

所述矫正的三维数字化牙颌模型可以是实体结构，或者通过对实体模型进行抽壳处理，生成中空结构模型，进行打印，以节省打印材料。

还可以通过获取正畸后的牙龈曲面和牙齿曲面图，生成空腔结构的矫正后的三维数字化牙颌模型或三维数字化隐形矫治器模型；在牙颌模型的空腔中直接生成打印模型所必须的支撑结构，以调牙后的相邻三颗或四颗牙齿的牙根、牙冠信息为基础，生成牙龈曲面。

在生成牙龈曲面的过程中，设定阈值，直接生成内外两个曲面，阈值为内曲面到外曲面的厚度。可以采用以下两种方法生成三维数字化模型：

方法一：将牙龈曲面和牙齿外表面设置为内曲面，然后向外扩展生成外曲面，内外曲面组合生成可以直接打印的隐形矫治器模型。

方法二：将牙龈曲面和牙齿外表面设置为外曲面，然后向内扩展生成内曲面，内外曲面组合生成牙颌的空腔结构，即可打印的牙颌模型。

S503.将获得的三维数字化牙颌模型导入3D打印设备，打印得到牙颌模型，并对打印的牙颌模型进行压膜处理得到矫治器；将获得的三维数字化矫治器模型导入3D打印设备，打印得到矫治器。

实施例3

本发明公开了一种设计正畸矫治方案的方法，包括如下步骤：

S1.通过CBCT设备对牙齿扫描得到牙齿影像，并通过三维重建获取牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息；重建之后并不能分割牙冠和牙根信息，但是可以通过交互式方法在软件中标定牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息；对牙齿印模获取牙颌的石膏模型，然后对石膏模型的每颗牙齿进行染色处理，将每颗牙齿染上不同的颜色，并且染上的颜色与牙齿和牙龈的本色均不相同，通过不同的颜色将牙齿与牙龈区分开，并将单颗牙齿区分开；一次性获取牙冠的三维数字化模型以及牙颌整体的三维数字化模型；

S2.通过最小包围盒算法和点云数据分布获取牙颌三维数字化模型的坐标系，将牙冠的三维数字化模型与获取的牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息进行对比验证，根据牙齿方向和牙根位置信息，重建完整的分割后的牙齿数字化模型；

最小包围盒算法是指寻找可以包围空间的六面体，通过迭代方法找到体积最小的六面体。

点云数据分布是指以六面体某一个顶点为原点，相邻边为坐标轴，形成一个坐标系。牙齿方向是指牙根到牙冠的方向，牙齿方向采用坐标系的三个轴向之一，假设将牙齿方向设置为Z轴，另外两个轴分别为X轴和Y轴。由于3D点云数据为面数据，牙齿底部缺失。采用牙齿点云数据平行于XY平面作出截面，大多可以获得环状点云，而由于牙齿底部缺失，多数情况下平行于其他平面作截面不能获得环状点云。根据这个特性，可以从三个坐标轴方向中确定牙齿方向。

采用最小包围盒算法获取牙齿的长方体形状包围盒，根据牙齿模型自身的拓扑特性，将最短边设置为牙根牙冠方向；再根据门牙附近模型的点云数据集中在中间，后磨牙附近模型的点云数据集中在两侧，中间为空的特性，判断牙颌模型从舌侧到唇侧的方向信息并建立牙颌坐标系，其中三个轴分别是舌侧到唇侧方向、牙龈到牙冠方向以及与嘴唇平行的方向。

将S1中获取的单颗牙齿的方向信息匹配到获取的牙颌坐标系中，从而得到指示牙齿方向的标识。通过标定某一颗或者几颗牙齿在两个坐标系的对应关系，然后通过相对位置获取其他牙齿的方向信息；或者通过ICP算法等成熟图像或三维图形匹配算法，先对模型数据进行匹配，把模型放进同一个坐标系，从而获取三维点云数据模型下牙齿的牙冠方向信息和牙根位置信息。

S3.获取表示牙根方向和位置的调节器模块，通过所述调节器模块带动牙齿移动进行调牙；通过可视化设备显示牙齿、牙龈、牙齿坐标系、牙齿在牙颌中的位置以及牙颌坐标系；通过拖动牙齿方向标识，对牙齿进行移动或者旋转操作，从而达到调牙的效果；调牙过程中，同时显示相邻牙齿的位置关系，用于直观判断牙齿畸形程度和畸形矫正程度，并对碰撞程度给出提示；调牙过程中，同时显示牙齿本次移动的距离和角度，以及牙齿累计移动的距离和角度，并对超出预设距离或角度的操作给出警告。

采用交互方式确认一次调牙工作结束；调牙过程中或调牙结束后可以基于预设阈值对用户输入的移动过程进行分解，把一次移动分解为连续的多次移动，并且保证每次的移动量不超过预设阈值；调牙过程中，上述分解过程可以是针对单颗或多颗牙齿同时进行操作；调牙过程中，通过设定阈值防止上述分解过程中因牙齿位置变化而发生碰撞程度加深的情况，当发生的碰撞超出阈值时，调节器模块自动尝试调整两侧牙齿的移动顺序和速率，以避免碰撞；调牙过程中，自动分解的多个调牙阶段可通过可视化设备演示，并由用户进一步调整其中任意一个阶段的位置变化，以达到用户满意的效果。

通过CT扫描获取调牙后重建的三维模型，并与步骤S1中的牙颌三维数字化模型进行匹配，CT扫描生成的三维模型更加全面，包括了牙齿、牙颌骨、牙槽骨等，可以观察牙齿移动过程中是否超出了牙槽骨的范围，避免对牙齿位置的过度调节；若牙根移动超出牙槽骨的范围，则重复使用调节器调牙；若牙根移动没有超出牙槽骨的范围，则继续步骤S4。

S4.基于步骤S2得到的分割后的牙齿数字化模型，从每颗牙齿获取种子点，通过曲线拟合获取当前牙齿的排列曲线；所述种子点为牙齿基于几何拓扑结构计算的位置，比如牙齿中心、重心或者手工标定的位置；

S5.对排列曲线进行评估，获取畸形程度并提供正畸建议；然后获得矫治器；具体包括：

S501.预测并重建正畸后牙颌形状；

通常情况下排列曲线在牙颌平面上的投影基于牙齿中线位置对称排列，从中线位置向两侧同一个方向变化，牙齿间距相等，牙根方向具有一定的规律性。基于此可以计算牙齿不对称的情况、过于拥挤的情况以及牙齿排列不整齐的情况，根据这些情况提供正畸建议。此外，还可以考虑牙齿的咬合度。

正畸过程可以分解为多个阶段，预测每一个阶段的牙颌形状，并对每个阶段的牙颌进行重建和打印。

采用交互方法，由计算机计算出总的阶段数量以及各个阶段的牙齿偏移量，并显示；然后由医生进行评估后微调。计算机通过线性插值或者基于一定规则的非线性插值的方法生成各个阶段的预期效果，然后由医生微调确认。

S502.生成矫正的三维数字化牙颌模型或三维数字化矫治器模型；

所述矫正的三维数字化牙颌模型可以是实体结构，或者通过对实体模型进行抽壳处理，生成中空结构模型，进行打印，以节省打印材料。

还可以通过获取正畸后的牙龈曲面和牙齿曲面图，生成空腔结构的矫正后的三维数字化牙颌模型或三维数字化隐形矫治器模型；在牙颌模型的空腔中直接生成打印模型所必须的支撑结构，以调牙后的相邻三颗或四颗牙齿的牙根、牙冠信息为基础，生成牙龈曲面。

在生成牙龈曲面的过程中，设定阈值，直接生成内外两个曲面，阈值为内曲面到外曲面的厚度。可以采用以下两种方法生成三维数字化模型：

方法一：将牙龈曲面和牙齿外表面设置为内曲面，然后向外扩展生成外曲面，内外曲面组合生成可以直接打印的隐形矫治器模型。

方法二：将牙龈曲面和牙齿外表面设置为外曲面，然后向内扩展生成内曲面，内外曲面组合生成牙颌的空腔结构，即可打印的牙颌模型。

S503.将获得的三维数字化牙颌模型导入3D打印设备，打印得到牙颌模型，并对打印的牙颌模型进行压膜处理得到矫治器；将获得的三维数字化矫治器模型导入3D打印设备，打印得到矫治器。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的设计正畸矫治方案的方法，通过自动化计算获取牙齿数字化模型；

(2)本发明的设计正畸矫治方案的方法，通过查看牙根移动是否超出牙槽骨的限制，从而避免对牙齿位置的过度调节；

(3)本发明采用自动化正畸方法，操作简单、调牙精确度高，提高了牙齿的正畸效率和效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.通过3D扫描设备获取牙颌的三维数字化模型；

S2.通过分析点云数据获取牙颌三维数字化模型的坐标系，通过牙颌数字化模型获取牙冠的三维数字化模型，并与获取的牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息进行对比验证，根据牙齿方向和牙根位置信息，重建完整的牙齿数字化模型；

采用最小包围盒算法获取牙齿的长方体形状包围盒，根据牙齿模型自身的拓扑特性，将最短边设置为牙根牙冠方向；再根据门牙附近模型的点云数据集中在中间、后磨牙附近模型的点云数据集中在两侧、中间为空的特性，判断牙颌的三维数字化模型从舌侧到唇侧的方向信息并建立牙颌坐标系；将获取的单颗牙齿的方向信息匹配到获取的牙颌坐标系中，从而得到指示牙齿方向的标识；

S3.获取表示牙根方向和位置的调节器模块，通过所述调节器模块带动牙齿移动进行调牙；判断牙齿在移动过程中是否超出了牙槽骨的范围，若否，继续步骤S4；

S4.基于步骤S2得到的牙齿数字化模型，从每颗牙齿获取种子点，通过曲线拟合获取当前牙齿的排列曲线；所述种子点为牙齿基于几何拓扑结构计算的位置；

S5.提供正畸建议，获得矫治器；

所述步骤S5具体包括：

S501.预测并重建正畸后牙颌形状；

S502.生成矫正的三维数字化牙颌模型或三维数字化矫治器模型；所述矫正的三维数字化牙颌模型为实体结构或中空结构；具体的，通过获取正畸后的牙龈曲面和牙齿曲面图，生成空腔结构的矫正后的三维数字化牙颌模型或三维数字化隐形矫治器模型；所述牙颌模型的空腔中包括生成打印模型所必须的支撑结构；

S503.将获得的三维数字化牙颌模型导入3D打印设备，打印得到牙颌模型，并对打印的牙颌模型进行压膜处理得到矫治器；将获得的三维数字化矫治器模型导入3D打印设备，打印得到矫治器。

2.根据权利要求1所述的一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，通过图像分析法分析口腔全景片和口腔侧位片，获取牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，通过CT设备对牙齿扫描得到牙齿影像，并通过三维重建获取牙齿牙冠方向信息和牙根位置信息。

4.根据权利要求1所述的一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，所述步骤S1中通过口内扫描仪获取牙颌的三维数字化模型。

5.根据权利要求1所述的一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，所述步骤S1中对牙齿印模获取牙颌的石膏模型，通过牙科3D扫描设备扫描牙齿的石膏模型，获取牙颌的三维数字化模型。

6.根据权利要求4或5所述的一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将牙颌的三维数字化模型进行切割获取牙冠的三维数字化模型。

7.根据权利要求1所述的一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，对牙齿印模获取牙颌的石膏模型，然后对石膏模型的每颗牙齿进行染色处理，最后对染色的石膏模型进行扫描，一次性获取牙冠的三维数字化模型以及牙颌的三维数字化模型。

8.根据权利要求1所述的一种设计正畸矫治方案的方法，其特征在于，所述步骤S3中通过可视化设备显示牙齿、牙龈、牙齿坐标系、牙齿在牙颌中的位置以及牙颌坐标系；通过拖动牙齿方向标识，对牙齿进行移动或者旋转操作，从而达到调牙的效果。