CN106859787A - 一种基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法。首先，将牙颌模型切成若干片等厚的三维分层数据，其次，将三维分层数据二维化，在此基础上提取牙冠的内轮廓等截面数据，并进行分析数据处理，最终获得具有拓扑机构的灰度图像便于进一步生成可3D打印数据。配合正畸医生的矫治方案，对牙齿的倾斜移动、控根移动、平移移动、旋转移动、垂直移动等移动方式在数字化牙颌模型中实现出来；而且此方法紧密结合DLP(面曝光)3D打印成型的动态掩膜成像技术，实现快速成型的目标。

Description

一种基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据 制备齿科正畸隐形牙套的方法

技术领域

本发明涉及一种制备齿科正畸隐形牙套的方法，特别涉及一种基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法。

技术背景

随着计算机图形技术以及扫描技术的快速发展，无托槽隐形矫治技术已广泛应用到临床口腔正畸中。无托槽隐形矫治器是一种计算机辅助设计和制作的透明弹性材料活动矫正装置，它是一序列连续的矫治装置，通过不断的小范围的移动达量到牙齿的矫治目的。

制作无托槽隐形矫治器时，要先将患者的牙颌模型进行数字化处理。模型数字化主要是根据患者的牙颌模型印模，利用扫描设备，实现患者牙颌的三维模型重建。根据重建的数字化牙颌模型对每一个牙齿的移动方式，移动距离，移动方向进行规划，完成矫治计划的制定。

对于矫治计划中牙齿移动的模拟，一般是牙颌制造厂商在患者的石膏阳模上通过加热，手动移位，来模拟出不同矫治阶段预期目标牙颌模型。但这种操作凭个人经验比重太多，往往会因为手工操作的偏差，造成后续制作隐形矫治器乃至患者的矫治上的失败。

一般的反求方法无法获得到模型内部的一些数据，而CT，MRI这种断层成像，层厚一般难以调控，一般在0.08mm，对于牙冠这种较小的模型数据，一些信息很难清楚的被提取，更无法被处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法，在回归数字化牙颌模型基础上，对数字化牙颌模型的层切，再对层切后的各个二维截面视图进行牙冠内轮廓等数据的提取，并分析修复处理，再利用3D打印技术制备出齿科正畸隐形牙套，本发明能够根据矫治方案对牙齿的移动进行模拟，作出不同阶段预期目标数字化牙颌模型。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)将患者的口内牙颌情况进行测量获得初始点云数据，并进一步进行去噪，去非连接部分；

2)根据步骤1)中获得点云数据，设定基准剖切面，再根据模型的高度，以及最终打印精度设定切层厚度，进行数字化层切；

3)根据步骤2)中获得的三维切层，进行归一化处理获得二维截面；

4)根据步骤3)中获得的二维截面，提取边沿信息，并且体素化；

5)将各分层数据进行三维重建，形成各种格式的打印数据；

6)3D打印成型：将步骤5)获得的打印数据导入3D打印成型设备终端，启动打印，获得牙颌模型；

7)根据实际矫治计划，规划医疗周期，重复步骤1)-6)分别打印每个周期的牙颌模型；

8)根据步骤7)打印的每个周期的牙颌模型利用热塑成型技术及精密磨削处理，制成齿科正畸系列隐形牙套。

步骤2)设置每层的厚度为50μm。

所述的步骤6)的打印材料采用光敏树脂即环氧一丙烯酸树脂。

所述步骤6)获得的牙颌模型用酒精进行清洗表面未固化的树脂，清洗完毕后，将牙颌模型放在高压汞灯下曝光，使其内部未固化的树脂固化，增加机械强度。

与现有的牙冠数据提取和处理方法相比，本发明的特点和有利效果体现在：

1.在制作义齿或隐形矫治器时，需要在患者的牙颌模型阳模进行一系列操作，此过程人工操作患者牙颌模型阳模往往会造成其不准确性，而本发明的核心是在数字化模型的基础上进行数据提取并处理的，大大提高了操作的精准性；

2.更有利于医生为待矫治患者制定的矫治计划，因为数字化层切技术可以很细致，精准的体现了各个牙冠的几何特征和轮廓信息，还有牙弓排列，上下牙列咬合面的几何形态及其咬合关系等信息；

3.基于数字化牙颌模型的基础，在数字化层切技术的运用下，为模拟不同阶段牙齿矫治的情况提供数据基础，在二维平面视图中模拟其轮廓的改变更方便，更利于建立不同阶段预期目标数字化牙颌模型，提高了处理效率；

4.所述的数字化层切的方法可以紧密的配合DLP(面曝光)3D打印成型工艺，相比较一般光固化(SLA)打印工艺，DLP的成型时间更短，成本更低。

具体实施方式：

本发明包括以下步骤：

1)将患者的口内牙颌情况进行测量获得初始点云数据，并进一步进行去噪，去非连接部分；

2)根据步骤1)中获得点云数据，设定基准剖切面，再根据模型的高度，以及最终打印精度设定切层厚度，进行数字化层切；

3)根据步骤2)中获得的三维切层，进行归一化处理获得二维截面，；

4)根据步骤3)中获得的二维截面，提取边沿信息，并且体素化，即将获得的各个二维截面视图文件上对所需要的牙冠的边缘数据进行提取，牙冠轮廓线是一系列点集组合而成，去除轮廓曲线上冗余的点，一般原则是去除曲率小的点，保留曲率大的点，保持曲线不失真为第一要义。针对特殊情况，譬如曲线曲率变化较大的曲线上，不能只采用去除曲率小的点，保留曲率大的点的原则，应控制相邻点的距离，防止曲线失真。同时，一定要保留解剖学意义上的关键特征点，供医生来制定矫治方案；

5)将各分层数据进行三维重建，形成各种格式的打印数据；

6)导入3D打印机：将打印数据导入(DLP，面曝光成型)3D打印机程序处理终端，进行层面信息处理和设置打印参数，选择光敏树脂即环氧一丙烯酸树脂为打印材料，选择执行打印功能。3D打印成型设备将按照预定程序，基于三维CAD模型的切层图像，生成动态掩膜。紫外光照到掩膜上以后，经过透射和反射，形成和掩膜图像一样的图案，然后透过缩小透镜，最终在盛着液态光敏树脂的树脂池中，光敏树脂生成缩小的掩膜图像。被掩膜图像亮处照到的图像就固化形成一个薄层，没照到的地方则还是液态，这样使用每个掩膜照射一次就能制作一层，这样一层一层重复，从下到上堆叠最终打印完成牙颌模型；

将获得牙颌模型将用酒精进行清洗表面未固化的树脂，清洗完毕后，将牙颌模型放在高压汞灯下曝光一段时间，使其内部未固化的树脂固化，增加其机械强度；

7)根据实际矫治计划，规划医疗周期，重复步骤1)-6)分别打印每个周期的牙颌模型；

8)根据步骤7)打印的每个周期的牙颌模型利用热塑成型技术及精密磨削处理，制成齿科正畸系列隐形牙套。

本发明的特点和有利效果体现在：

1.在制作义齿或隐形矫治器时，需要在患者的牙颌模型阳模进行一系列操作，此过程人工操作患者牙颌模型阳模往往会造成其不准确性，而本发明的核心是在数字化模型的基础上进行数据提取并处理的，大大提高了操作的精准性；

2.更有利于医生为待矫治患者制定的矫治计划，因为数字化层切技术可以很细致，精准的体现了各个牙冠的几何特征和轮廓信息，还有牙弓排列，上下牙列咬合面的几何形态及其咬合关系等信息；

3.基于数字化牙颌模型的基础，在数字化层切技术的运用下，为模拟不同阶段牙齿矫治的情况提供数据基础，在二维平面视图中模拟其轮廓的改变更方便，更利于建立不同阶段预期目标数字化牙颌模型，提高了处理效率；

4.所述的数字化层切的方法可以紧密的配合DLP(面曝光)3D打印成型工艺，相比较一般光固化(SLA)打印工艺，DLP的成型时间更短，成本更低。

Claims (4)

1.一种基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将患者的口内牙颌情况进行测量获得初始点云数据，并进一步进行去噪，去非连接部分；

2)根据步骤1)中获得点云数据，设定基准剖切面，再根据模型的高度，以及最终打印精度设定切层厚度，进行数字化层切；

3)根据步骤2)中获得的三维切层，进行归一化处理获得二维截面；

4)根据步骤3)中获得的二维截面，提取边沿信息，并且体素化；

5)将各分层数据进行三维重建，形成各种格式的打印数据；

6)3D打印成型：将步骤5)获得的打印数据导入3D打印成型设备终端，启动打印，获得牙颌模型；

7)根据实际矫治计划，规划医疗周期，重复步骤1)-6)分别打印每个周期的牙颌模型；

8)根据步骤7)打印的每个周期的牙颌模型利用热塑成型技术及精密磨削处理，制成齿科正畸系列隐形牙套。

2.根据权利要求1所述的基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法，其特征在于：步骤2)设置每层的厚度为50μm。

3.根据权利要求1所述的基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法，其特征在于：所述的步骤6)的打印材料采用光敏树脂即环氧一丙烯酸树脂。

4.根据权利要求3所述的基于数字化层切对牙冠点云数据提取、处理和重建数据制备齿科正畸隐形牙套的方法，其特征在于：所述步骤6)获得的牙颌模型用酒精进行清洗表面未固化的树脂，清洗完毕后，将牙颌模型放在高压汞灯下曝光，使其内部未固化的树脂固化，增加机械强度。