CN107647925A - 一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法 - Google Patents

Abstract

一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法，它涉及正畸弓丝弯制技术领域，本发明基于患者的正畸弓丝曲线弯制点信息集、弯制点的机器人运动信息集，结合机器人弯制正畸弓丝时与正畸弓丝的运动关系，建立一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法。技术要点为：圆域划分数据导入；定义圆域区间；判断是否继续圆域划分正畸弓丝曲线；将各圆域区间降序排列。

Description

一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法

技术领域

本发明专利涉及一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法，属于正畸弓丝弯制技术领域。

背景技术

错颌畸形危害人类健康，在青少年人群中发病率较高，错颌畸形不仅影响患者颌骨及面部软组织的发育、口腔的健康和功能、容貌外观和发音功能，甚至可能导致呼吸困难和胃肠功能的紊乱等严重后果，现代口腔医学中，固定矫治是一种常用且有效的正畸治疗手段，正畸弓丝的弯制是固定矫治技术的关键，随着数字化技术的不断发展，传统的、制作周期长的口腔制造加工工艺正发生变化，受到数字化变革的影响，正畸矫治器中弓丝的弯制也在向数字化、自动化发展。

在目前口腔正畸弓丝弯制机器人(CN103892929A)弯制个性化正畸弓丝的过程中，由于正畸弓丝的形状复杂、弯制点数目多，正畸弓丝与机器人弯制手爪间可能发生干涉，干涉发生后会大大影响个性化正畸弓丝的弯制精度，进而影响矫治效果，研究发现，在机器人弯制个性化正畸弓丝的过程中干涉往往是由于不合理的弯制点弯制顺序引起的，获得正确的弯制点弯制顺序是实现正畸弓丝数字化弯制的必要前提，由于正畸弓丝具有形状复杂、弯制点数目多的特点，弯制顺序规划流程复杂、规划周期长，因此，如何获得正畸弓丝弯制点的弯制顺序，提高正畸弓丝弯制规划的效率是目前急需解决的难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法，解决目前正畸弓丝弯制技术领域缺少获得正畸弓丝弯制点弯制顺序的方法，以提高正畸弓丝弯制规划的效率，进而实现正畸弓丝高效的数字化弯制。

本发明为解决上述问题所采取的方案为：

一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一、圆域划分数据导入：

根据患者有i个弯制点的正畸弓丝曲线，计算并输入正畸弓丝曲线弯制点信息集T＝{t₁,t₂,t₃,…,t_i}，t_i＝(x_i,y_i,z_i)′为每个正畸弓丝曲线弯制点的坐标，在每个弯制点t_i上机器人执行不同的弯制运动，每一个正畸弓丝曲线弯制点t_i均对应一个弯制点机器人弯制信息单元r_i，输入弯制点的机器人弯制信息集为R＝{r₁,r₂,r₃,…,r_i}，r_i＝(x_i,y_i,z_i,α_i)′表示机器人在弯制该点时的弯制点坐标及弯制角度，α_i为机器人作用在弯制点t_i上的弯制角度，根据已输入的正畸弓丝曲线弯制点信息集T＝{t₁,t₂,t₃,…,t_i}，将弯制点t_k定义为划分圆域的圆心，k的初始值为k＝1，即在进行圆域划分时，以t₁为划分圆域的起始点，并输入圆域划分半径l，跳转至步骤二；

步骤二、正畸弓丝曲线转换：

将个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集中各成形控制点的坐标t_i＝(x_i,y_i,z_i)′中的z_i赋值为0，即令z_i＝0，获得正畸弓丝转换曲线T′；

步骤三、定义圆域区间：

生成以t_k为圆心(k的初始值为k＝1)，以l为半径的圆弧，在正畸弓丝曲线上进行区域划分，将生成圆弧内部且未被划分的正畸弓丝曲线定义为一个区域，判断生成的圆弧与圆心间是否有弯制点，当生成的圆弧通过弯制点时，则该弯制点也被该圆弧划分，已被划分的弯制点所在的正畸弓丝曲线段将不会再被划分；

如果有弯制点，则将以t_k为圆心，以l为划分半径所划分的正畸弓丝曲线段定义为圆域区间a_k，计算正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q，跳转至步骤四；

如果没有弯制点，则将t_k与t_k+1之间的正畸弓丝曲线段、t_k与t_k-1间未被划分的正畸弓丝曲线段定义为圆域区间a_k，t_k+1为与t_k相邻且未被划分的弯制点，计算正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q，跳转至步骤四；

步骤四、判断是否继续进行圆域划分：

判断正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q是否与弯制点个数i相等；

如果正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q与弯制点个数i不相等，则继续进行圆域划分，将弯制点t_k定义为划分圆域的圆心，令k＝1+q，即以t_1+q为划分圆域的圆心，并输入圆域划分半径l，跳转至步骤三；

如果已被划分的弯制点个数q与弯制点个数i相等，说明所有的弯制点均已被划分，输出圆域区间信息集合A₁＝{a₁,a₂,…,a_k}，跳转至步骤五；

步骤五、将已划分的各区域降序排列：

计算每个圆域区间(a₁,a₂,a₃,…a_k)内控制点个数f，获得弯制点个数信息集F₁＝{f₁,f₂,...,f_k},比较各圆域区间内弯制点个数f，得到f₃＞f₆＞…＞f_k，则以弯制点个数f为指标将k个区域降序排列，得到降序圆域区间信息集为A₁＝{a₃,a₆,…,a_k}，进而得到正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵T₁＝{t₃,t₆,...,t_k}和机器人弯制降序信息集R₁＝{r₃,r₆,...,r_k}；

步骤六、输出最终弯制顺序：

输出最终弯制点弯制顺序T₁＝{t₃,t₆,...,t_k}、R₁＝{r₃,r₆,...,r_k}，程序结束。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用圆域划分的方法，根据患者正畸弓丝弯制点数目将复杂的正畸弓丝划分为多个区域，不同形状、不同弯制点数目的正畸弓丝会被划分为不同数目的区域，在正畸弓丝划分的过程中，能更好的适应各正畸弓丝的特点，在弯制规划时首先以划分区域为作用目标，而不是弯制点，减少弯制规划作用目标的数目，提高了正畸弓丝弯制规划的效率。

2、本发明采用圆域划分的方法，通过判断圆弧与圆心间是否有弯制点，如果没有弯制点，则将与圆心相邻且未被划分的弯制点划入本区域内，因此可以保证每个区域内均包含有弯制点，而不会存在某些区域无弯制点存在的情况，保证对所划分的区域进行的规划是有意义的。

3、本发明通过提取正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数，将判定条件：正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数与正畸弓丝曲线上弯制点个数是否相等加入到区域划分循环中，通过该条件判定能够实现自动化区域划分，进而提高本方法的划分效率。

4、本发明通过规定圆域划分方法的起始点位置，进而规定了本划分方法在正畸弓丝曲线上划分的方向，减少了方法内判断划分方向的环节，简化了本划分方法的复杂程度，提高了正畸弓丝弯制规划的可操作性和效率。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法流程图；

图2为个性化正畸弓丝成形控制点分布示意图；

图3为圆域划分个性化正畸弓丝曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明专利，但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明专利的范围，此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明专利的概念。

如图1、图2、图3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一、圆域划分数据导入：

根据患者有i个弯制点的正畸弓丝曲线，计算并输入正畸弓丝曲线弯制点信息集T＝{t₁,t₂,t₃,…,t_i}，t_i＝(x_i,y_i,z_i)′为每个正畸弓丝曲线弯制点的坐标，在每个弯制点t_i上机器人执行不同的弯制运动，每一个正畸弓丝曲线弯制点t_i均对应一个弯制点机器人弯制信息单元r_i，输入弯制点的机器人弯制信息集为R＝{r₁,r₂,r₃,…,r_i}，r_i＝(x_i,y_i,z_i,α_i)′表示机器人在弯制该点时的弯制点坐标及弯制角度，α_i为机器人作用在弯制点t_i上的弯制角度，根据已输入的正畸弓丝曲线弯制点信息集T＝{t₁,t₂,t₃,…,t_i}，将弯制点t_k定义为划分圆域的圆心，k的初始值为k＝1，即在进行圆域划分时，以t₁为划分圆域的起始点，并输入圆域划分半径l，跳转至步骤二；

步骤二、正畸弓丝曲线转换：

将个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集中各成形控制点的坐标t_i＝(x_i,y_i,z_i)′中的z_i赋值为0，即令z_i＝0，获得正畸弓丝转换曲线T′；

步骤三、定义圆域区间：

生成以t_k为圆心(k的初始值为k＝1)，以l为半径的圆弧，在正畸弓丝曲线上进行区域划分，将生成圆弧内部且未被划分的正畸弓丝曲线定义为一个区域，判断生成的圆弧与圆心间是否有弯制点，当生成的圆弧通过弯制点时，则该弯制点也被该圆弧划分，已被划分的弯制点所在的正畸弓丝曲线段将不会再被划分；

如果有弯制点，则将以t_k为圆心，以l为划分半径所划分的正畸弓丝曲线段定义为圆域区间a_k，计算正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q，跳转至步骤四；

如果没有弯制点，则将t_k与t_k+1之间的正畸弓丝曲线段、t_k与t_k-1间未被划分的正畸弓丝曲线段定义为圆域区间a_k，t_k+1为与t_k相邻且未被划分的弯制点，计算正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q，跳转至步骤四；

步骤四、判断是否继续进行圆域划分：

判断正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q是否与弯制点个数i相等；

如果正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q与弯制点个数i不相等，则继续进行圆域划分，将弯制点t_k定义为划分圆域的圆心，令k＝1+q，即以t_1+q为划分圆域的圆心，并输入圆域划分半径l，跳转至步骤三；

如果已被划分的弯制点个数q与弯制点个数i相等，说明所有的弯制点均已被划分，输出圆域区间信息集合A₁＝{a₁,a₂,…,a_k}，跳转至步骤五；

步骤五、将已划分的各区域降序排列：

计算每个圆域区间(a₁,a₂,a₃,…a_k)内控制点个数f，获得弯制点个数信息集F₁＝{f₁,f₂,...,f_k},比较各圆域区间内弯制点个数f，得到f₃＞f₆＞…＞f_k，则以弯制点个数f为指标将k个区域降序排列，得到降序圆域区间信息集为A₁＝{a₃,a₆,…,a_k}，进而得到正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵T₁＝{t₃,t₆,...,t_k}和机器人弯制降序信息集R₁＝{r₃,r₆,...,r_k}；

步骤六、输出最终弯制顺序：

输出最终弯制点弯制顺序T₁＝{t₃,t₆,...,t_k}、R₁＝{r₃,r₆,...,r_k}，程序结束。

以上显示和描述了本发明专利的基本原理和主要特征和本发明专利的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明专利的原理，在不脱离本发明专利精神和范围的前提下，本发明专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明专利范围内。本发明专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种用于正畸弓丝弯制规划的圆域划分方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一、圆域划分数据导入：

根据患者有i个弯制点的正畸弓丝曲线，计算并输入正畸弓丝曲线弯制点信息集T＝{t₁,t₂,t₃,…,t_i}，t_i＝(x_i,y_i,z_i)′为每个正畸弓丝曲线弯制点的坐标，在每个弯制点t_i上机器人执行不同的弯制运动，每一个正畸弓丝曲线弯制点t_i均对应一个弯制点机器人弯制信息单元r_i，输入弯制点的机器人弯制信息集为R＝{r₁,r₂,r₃,…,r_i}，r_i＝(x_i,y_i,z_i,α_i)′表示机器人在弯制该点时的弯制点坐标及弯制角度，α_i为机器人作用在弯制点t_i上的弯制角度，根据已输入的正畸弓丝曲线弯制点信息集T＝{t₁,t₂,t₃,…,t_i}，将弯制点t_k定义为划分圆域的圆心，k的初始值为k＝1，即在进行圆域划分时，以t₁为划分圆域的起始点，并输入圆域划分半径l，跳转至步骤二；

<mrow> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <mn>....</mn> </mtd> <mtd> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>z</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>z</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <msub> <mi>z</mi> <mi>i</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

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步骤二、正畸弓丝曲线转换：

将个性化正畸弓丝曲线成形控制点信息集中各成形控制点的坐标t_i＝(x_i,y_i,z_i)′中的z_i赋值为0，即令z_i＝0，获得正畸弓丝转换曲线T′；

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步骤三、定义圆域区间：

生成以t_k为圆心(k的初始值为k＝1)，以l为半径的圆弧，在正畸弓丝曲线上进行区域划分，将生成圆弧内部且未被划分的正畸弓丝曲线定义为一个区域，判断生成的圆弧与圆心间是否有弯制点，当生成的圆弧通过弯制点时，则该弯制点也被该圆弧划分，已被划分的弯制点所在的正畸弓丝曲线段将不会再被划分；

如果有弯制点，则将以t_k为圆心，以l为划分半径所划分的正畸弓丝曲线段定义为圆域区间a_k，计算正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q，跳转至步骤四；

如果没有弯制点，则将t_k与t_k+1之间的正畸弓丝曲线段、t_k与t_k-1间未被划分的正畸弓丝曲线段定义为圆域区间a_k，t_k+1为与t_k相邻且未被划分的弯制点，计算正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q，跳转至步骤四；

步骤四、判断是否继续进行圆域划分：

判断正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q是否与弯制点个数i相等；

如果正畸弓丝曲线上所有已被划分的弯制点个数q与弯制点个数i不相等，则继续进行圆域划分，将弯制点t_k定义为划分圆域的圆心，令k＝1+q，即以t_1+q为划分圆域的圆心，并输入圆域划分半径l，跳转至步骤三；

如果已被划分的弯制点个数q与弯制点个数i相等，说明所有的弯制点均已被划分，输出圆域区间信息集合A₁＝{a₁,a₂,…,a_k}，跳转至步骤五；

步骤五、将已划分的各区域降序排列：

计算每个圆域区间(a₁,a₂,a₃,…a_k)内控制点个数f，获得弯制点个数信息集F₁＝{f₁,f₂,...,f_k},比较各圆域区间内弯制点个数f，得到f₃＞f₆＞…＞f_k，则以弯制点个数f为指标将k个区域降序排列，得到降序圆域区间信息集为A₁＝{a₃,a₆,…,a_k}，进而得到正畸弓丝曲线成形控制点坐标降序矩阵T₁＝{t₃,t₆,...,t_k}和机器人弯制降序信息集R₁＝{r₃,r₆,...,r_k}；

步骤六、输出最终弯制顺序：

输出最终弯制点弯制顺序T₁＝{t₃,t₆,...,t_k}、R₁＝{r₃,r₆,...,r_k}，程序结束。