CN107773318A - 口腔修复体的设计方法、系统、设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种口腔修复体的设计方法、系统、设备及可读存储介质，方法包括：获取患者口腔的原始三维数据；基于义齿设计优化算法对原始三维数据计算，生成修复体三维数据；将修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据。系统包括：接收单元，接收患者口腔的原始三维数据；计算单元，根据义齿设计优化算法对原始三维数据进行计算，生成修复体三维数据；输出单元，将修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据。本申请通过智能学习比较优化计算牙齿修复体的算法，基于由计算机完成牙齿设计，无需人工操作，省时省力；同时能够避免由于不同水平操作人员操作系统设计牙齿修复体的误差，提高了患者佩戴修复体的舒适度等。

Description

口腔修复体的设计方法、系统、设备及可读存储介质

技术领域

本公开一般涉及牙科数字化设计领域，尤其涉及口腔修复体的设计方法、系统、设备及可读存储介质。

背景技术

由于每个人的牙齿形状不同，固而医学上每个牙科病例都需要专门设计修复体。

传统的，使用失蜡法制作牙科修复体的形态，这种方法是医生将患者病变位牙齿磨掉后，在患者口腔中使用印模材料取出病人的口腔模型，再通过石膏阴模阳模转化，制作出和患者口腔一模一样的石膏模型。然后，失蜡法在该石膏模型上制作一个修复体形状的蜡模型或塑料模型(通过融化蜡或塑料，逐滴固化，之后打磨抛光获得)，然后用包埋材料将蜡模包埋，高温处理后，蜡融化形成一个修复体形状的铸模腔，再使用高温离心等方法向修复体形状的模腔中铸入金属。等冷却后，即可获得铸造出的金属修复体，最后在金属修复体表面进行处理，完成最终的修复体形态。传统的失蜡法，费时并且难以获得与牙合面对位良好的牙合接触，慢慢的出现了数字化的制作方法。

CAD/CAM是计算机集成制造系统的主要组成部分，该技术已广泛应用于工业生产、建筑设计、物体质量特性计算等众多领域。1971年，法国牙医Duret和数名计算机专家一起致力于CAD/CAM系统样机，1985年用该设备制作出第一个全瓷牙冠，1988年CAD/CAM系统制造设备商品化，引入到口腔固定修复的设计与制作中，引发了口腔修复学界一场重大的技术革命。生产工艺的革命也必然带动了材料学的飞速发展，生物陶瓷应用于口腔修复学领域并以其良好的生物相容性、优秀的美学性能备受人们关注，CAD/CAM技术推动了可切削陶瓷的发展，出现了几种与之配套的陶瓷系统。

CAD/CAM系统是用各种3维扫描装置，用光电学原理和数字化处理系统，将患者口腔模型通过扫描器和电脑计算，在电脑中形成一个和患者口腔模型一模一样的3维模型(如图1)，替代传统通过印模材料获取“物理印模”和“物理模型”。将用蜡型(或塑料型)制作病变位模型，转变为用三维图形处理系统，在电脑上设计病变位模型(如图2)。光标移动在监视屏上绘制修复体图形，将石蜡铸造术、充填技术制作修复体转变为由图形数字化处理形成的指令控制的数控机床铣出修复体，病人一次就诊就可以完成修复治疗。有法国的Duret系统、美国明尼苏达大学的Rekow系统、荷兰的Cicero系统、瑞士的Cerec系统、瑞典的Procera系统、美国3M公司的Lava系统等，不同系统之间在技术上不尽相同，操作的难度和速度，使用的材料，修复体的精确性和美观性也不同。

但是，目前CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)系统存在一个问题：医生在电脑中建立患者口腔的三维模型后，修复体设计是由人工完成的，即由人工操作三维图形处理软件，调整待设计修复体的各种三维参数，例如：大小、轴向、颌曲线、牙弓弧度、咬合、最小厚度、连接体强度等)，从而使最终设计出的修复体，足够满足患者使用。然而这个过程需要非常丰富的牙科设计经验，操作人员需要经过大量的技术培训才能上岗，目前CAD/CAM系统在修复体的智能设计方面存在欠缺。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种口腔修复体的设计方法、系统、设备及可读存储介质。

第一方面，本发明提供一种口腔修复体的设计方法，包括步骤：

S11：获取患者口腔的原始三维数据；

S12：基于义齿设计优化算法对原始三维数据计算，生成修复体三维数据；

S13：将所述修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据。

第二方面，本发明提供一种口腔修复体的设计系统，包括：

接收单元，配置用于接收患者口腔的原始三维数据；

计算单元，配置用于根据义齿设计优化算法对原始三维数据进行计算，生成修复体三维数据；

输出单元，配置用于将所述修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据，并将所述加工数据传输给牙科数字化加工设备。

第三方面，本发明提供一种设备，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行上述口腔修复体的设计方法。

第四方面，本发明提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现上述口腔修复体的设计方法。

本发明提供的口腔修复体的设计方法、系统、设备及可读存储介质，通过不断计算、不断优化义齿设计算法，生成义齿设计优化算法，使得设计生成的口腔修复体准确度高，具备智能比较优化的功能；无需人工操作，用计算机来替代经验丰富的人员做牙齿设计，通过计算机自动运算，省时省力，能够有效减少操作系统的时间，提高使用者的效率；同时能够有效降低不同水平操作人员操作系统设计牙齿修复体的误差，提高了患者佩戴修复体的舒适度；并且解决了原有采用人工设计修复体人员培训成本高，培训周期长的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的口腔修复体的设计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的生成义齿设计优化算法的流程图；

图3为本发明实施例提供的患者口腔的三维模型示意图；

图4为本发明实施例提供的修复后的口腔的三维模型示意图；

图5为本发明实施例提供的修复体的三维模型示意图；

图6为本发明实施例提供的口腔修复体的设计系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，本实施例提供一种口腔修复体的设计方法，包括步骤：

S11：获取患者口腔的原始三维数据；

S12：基于义齿设计优化算法对原始三维数据计算，生成修复体三维数据；

S13：将所述修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据。

本实施例提供的口腔修复体的设计方法中，根据患者口腔内的原始三维数据计算修复体三维数据，计算过程由计算机实现，无需人工操作，计算机自动运算，省时省力；计算机可直观地将原始三维数据显示为相应的三维模型以及将修复体三维数据显示为相应的三维模型，方便使用者直接观察前后两次的三维模型。

其中，原始三维数据、修复体三维数据格式均为stl格式，stl文件格式是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。

进一步地，所述步骤S11包括：接收三维扫描仪扫描患者口腔或者口腔印膜所生成的原始三维数据。本实施例中通过三维扫描仪扫描患者的口腔环境或者患者口腔的印模得到原始三维数据。

进一步地，所述步骤S12包括：

S121：基于原始三维数据，确定病牙镜面牙齿的三维数据、病牙邻侧牙齿的三维数据；

S122：根据病牙镜面牙齿的三维数据以及病牙邻侧牙齿的三维数据确定修复体三维数据。

步骤S121中，病牙镜面牙齿为病牙所在牙床上，与病牙相对称的牙齿；病牙临侧牙齿为病牙的左右侧、上下侧的牙齿，具体的根据病牙的位置确定其临牙。

进一步地，所述步骤S122包括：

在原始三维数据中，根据病牙镜面牙齿的三维数据、病牙和病牙镜面牙齿的位置关系，具体的即病牙与病牙镜面牙齿对称，映射生成病牙的基础三维数据，根据该基础三维数据可确定病牙的大致体积；

由于健康的牙齿与牙齿之间不互相交融，存在一定间隙，以修复体的宽度、高度和厚度方向分别对应为X轴、Y轴和Z轴，建立修复体的局部三维坐标系，根据病牙邻侧牙齿的三维数据，在局部三维坐标系中对病牙的基础三维数据进行调整，并且调整关于X轴的轴向角度、关于Z轴的轴向角度，确定修复体的X轴边缘坐标点、Y轴边缘坐标点及Z轴边缘坐标点，生成修复体三维数据。

在局部三维坐标系中，病牙的基础三维数据呈现对应的三维模型。例如，病牙为下牙床的牙齿且不是最边缘的牙齿，计算该病牙修复体的过程包括：

在X轴方向上，根据病牙左侧牙齿的右侧边缘坐标点和右侧牙齿的左侧边缘坐标点，且保证修复体与左右两侧牙齿具有一定的间隙(例如0.5mm)，自动调整修复体的左侧边缘坐标点和右侧边缘坐标点，初步确定修复体的宽度；

在Y轴方向上，根据病牙左侧牙齿的顶端坐标点和右侧牙齿的顶端坐标点，以及其上侧牙齿的底端坐标点，自动调整修复体的顶端坐标点，初步确定修复体的高度；

在Z轴方向上，根据病牙左侧牙齿的内侧边缘坐标点、外侧边缘坐标点和右侧牙齿的内侧边缘坐标点、外侧边缘坐标点，自动调整修复体的内侧边缘坐标点、外侧边缘坐标点，初步确定修复体的厚度；

调整关于X轴的轴向角度，以确定牙齿在宽度方向上左倾还是右倾；

调整关于Y轴的轴向角度，以确定牙齿在厚度方向上前倾还是后倾；

最终确定修复体三维数据，计算机显示修复体三维数据对应的三维模型。

原始三维数据对应的三维模型如图3所示，修复后口腔的三维情况如图4所示，修复体三维数据对应的三维模型如图5所示，将将修复体三维数据转化成加工数据发送至牙科数字化加工设备进行修复体加工。

进一步地，在步骤S13之后，还包括：

将所述原始三维数据、与所述原始三维数据对应的修复体三维数据关联设置，并存储于口腔模型数据库中。

进一步地，如图2所示，在步骤S11之前，还包括步骤S10：生成义齿设计优化算法。

计算机内存储有预先制定的义齿设计算法，根据该算法生成的部分修复体安装到患者口腔后，在患者口腔内的匹配度可能存在一定的欠缺，为此，需要将义齿设计算法优化。该实施例中，以修复某个试验患者口腔的病牙为例，通过不断计算、不断比较优化计算机内存储的义齿设计算法，直至得到义齿设计优化算法。

进一步地，生成义齿设计优化算法包括：

S101：获取试验患者口腔的原始三维试验数据；

S102：基于预先制定的义齿设计算法对原始三维试验数据计算，得修复体三维试验数据；

S103：从已建立的口腔模型数据库中选择与试验患者口腔的病牙相对应的修复体标准三维数据，计算修复体标准三维数据与最新生成的修复体三维试验数据之间的误差值；

S104：判断误差值是否在误差阈值内，否，则执行步骤S105；是，执行步骤S106；

S105：最近一次使用的义齿设计算法的参数得到优化，基于改进的义齿设计算法对原始三维试验数据进行计算，生成最新的修复体三维试验数据，执行步骤S103；

S106：将最近一次使用的义齿设计算法存储为义齿设计优化算法。

预先制定的义齿设计算法，本领域的技术人员可确定大致的设计修复体的思路，进而通过相应的编程实现；每次改进的义齿设计算法均是对前一次义齿设计算法中参数的优化，直至最终存储的义齿设计优化算法相比于预先制定的义齿设计算法，区别就在于参数上的调整。预先制定的义齿设计算法、在生成义齿设计优化算法之前改进的义齿设计算法对于原始三维试验数据计算得修复体三维试验数据的过程，均是初步确定修复体的宽度、初步修复体的高度、初步确定修复体的厚度、确定牙齿在宽度方向上左倾还是右倾以及确定牙齿在厚度方向上前倾还是后倾，进而确定修复体的三维数据。

进一步地，所述步骤S101包括：

接收三维扫描仪扫描该试验患者口腔或者口腔印膜所生成的原始三维试验数据，即原始三维数据包括原始三维试验数据。

进一步地，所述修复体三维试验数据包括若干个试验坐标点，所述修复体标准三维数据包括若干个基准坐标点，若干个基准坐标点和若干个试验坐标点一一对应；

所述步骤S103包括：将修复体三维试验数据中的若干个试验坐标点与修复体标准三维数据中的若干个基准坐标点一一比对，计算得到每个试验坐标点对应的误差值；

所述步骤S104包括：若存在任一试验坐标点对应的误差值大于误差阈值，则执行步骤S105；若任一试验坐标点对应的误差值均在误差阈值内，则执行步骤S106。

如图6所示，本发明的实施例中还提供一种口腔修复体的设计系统，包括：

接收单元，配置用于接收患者口腔的原始三维数据；

计算单元，配置用于根据义齿设计优化算法对原始三维数据进行计算，生成修复体三维数据；

输出单元，配置用于将所述修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据，并将所述加工数据传输给牙科数字化加工设备。

该设计系统还包括显示单元，能够用于显示各三维数据对应的三维模型。在实际的应用中，原始三维数据和修复体三维数据在计算机内通过显示单元表征为对应的三维模型，使用者可直接观察两者的三维模型。

本实施例提供的系统中根据患者口腔内的原始三维数据计算患者牙齿的修复体三维数据，通过用计算机替代经验丰富的人员做牙齿设计，无需人工操作，计算机自动运算，省时省力，一方面有效减少操作系统设计牙齿修复体的时间和降低了牙齿修复体的误差，提高使用者的效率和患者佩戴修复体的舒适度；另一方面，解决了原有采用人工设计修复体人员培训成本高，培训周期长的问题。

进一步地，所述原始三维数据包括原始三维试验数据；

所述计算单元，还配置用于根据预先制定的义齿设计算法或者改进的义齿设计算法对原始三维试验数据进行计算，生成最新的修复体三维试验数据；

所述口腔修复体的设计系统还包括：

比较单元，配置用于比较修复体三维试验数据与修复体标准三维数据之间的误差值；

存储单元，配置用于存储与试验患者口腔的病牙相对应的所述修复体标准三维数据，并用于存储义齿设计优化算法。

通过计算单元不断计算、不断地智能比较，在修复体三维试验数据不符合标准的情况，不断优化算法，直至生成义齿设计优化算法。

进一步地，所述存储单元，还配置用于将所述原始三维数据、与所述原始三维数据对应的修复体三维数据关联并存储。

图7为本发明一实施例提供的一种设备的结构示意图。

如图7所示，作为另一方面，本发明还提供了一种设备200，包括一个或多个中央处理单元(CPU)201，其可以根据存储在只读存储器(ROM)202中的程序或者从存储部分208加载到随机访问存储器(RAM)203中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM203中，还存储有设备200操作所需的各种程序和数据。CPU201、ROM202以及RAM203通过总线204彼此相连。输入/输出(I/O)接口205也连接至总线204。

以下部件连接至I/O接口205：包括键盘、鼠标等的输入部分206；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分207；包括硬盘等的存储部分208；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分209。通信部分209经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器210也根据需要连接至I/O接口205。可拆卸介质211，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器210上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分208。

特别地，根据本公开的实施例，上述任一实施例描述的口腔修复体的设计方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行口腔修复体的设计方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分209从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质211被安装。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，各所述单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独配置的硬件装置。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例的装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，该程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的口腔修复体的设计方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种口腔修复体的设计方法，其特征在于，包括步骤：

S11：获取患者口腔的原始三维数据；

S12：基于义齿设计优化算法对原始三维数据计算，生成修复体三维数据；

S13：将所述修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据。

2.根据权利要求1所述的口腔修复体的设计方法，其特征在于，

所述步骤S11包括：接收三维扫描仪扫描患者口腔或者口腔印膜所生成的原始三维数据。

3.根据权利要求1所述的口腔修复体的设计方法，其特征在于，

所述步骤S12包括：

S121：基于原始三维数据，确定病牙镜面牙齿的三维数据、病牙邻侧牙齿的三维数据；

S122：根据病牙镜面牙齿的三维数据以及病牙邻侧牙齿的三维数据确定修复体三维数据。

4.根据权利要求3所述的口腔修复体的设计方法，其特征在于，

所述步骤S122包括：

在原始三维数据中，根据病牙镜面牙齿的三维数据、病牙和病牙镜面牙齿的位置关系，映射生成病牙的基础三维数据；

以修复体的宽度、高度和厚度方向分别对应为X轴、Y轴和Z轴，建立修复体的局部三维坐标系，根据病牙邻侧牙齿的三维数据，在局部三维坐标系中对病牙的基础三维数据进行调整，并且调整关于X轴的轴向角度、关于Z轴的轴向角度，确定修复体的X轴边缘坐标点、Y轴边缘坐标点及Z轴边缘坐标点，生成修复体三维数据。

5.根据权利要求1所述的口腔修复体的设计方法，其特征在于，

在步骤S13之后，还包括：

将所述原始三维数据、与所述原始三维数据对应的修复体三维数据关联设置，并存储于口腔模型数据库中。

6.根据权利要求1-5所述的口腔修复体的设计方法，其特征在于，在步骤S11之前，还包括步骤S10：生成义齿设计优化算法。

7.根据权利要求6所述的口腔修复体的设计方法，其特征在于，

所述步骤S10包括：

S101：获取试验患者口腔的原始三维试验数据；

S102：基于预先制定的义齿设计算法对原始三维试验数据计算，得修复体三维试验数据；

S103：从已建立的口腔模型数据库中选择与试验患者口腔的病牙相对应的修复体标准三维数据，计算修复体标准三维数据与最新生成的修复体三维试验数据之间的误差值；

S104：判断误差值是否在误差阈值内，否，则执行步骤S105；是，执行步骤S106；

S105：最近一次使用的义齿设计算法的参数得到优化，基于改进的义齿设计算法对原始三维试验数据进行计算，生成最新的修复体三维试验数据，执行步骤S103；

S106：将最近一次使用的义齿设计算法存储为义齿设计优化算法。

8.根据权利要求7所述的口腔修复体的三维形态算法的生成方法，其特征在于，所述步骤S101包括：

接收三维扫描仪扫描该试验患者口腔或者口腔印膜所生成的原始三维试验数据。

9.根据权利要求7所述的口腔修复体的三维形态算法的生成方法，其特征在于，

所述修复体三维试验数据包括若干个试验坐标点，所述修复体标准三维数据包括若干个基准坐标点，若干个基准坐标点和若干个试验坐标点一一对应；

所述步骤S103包括：将修复体三维试验数据中的若干个试验坐标点与修复体标准三维数据中的若干个基准坐标点一一比对，计算得到每个试验坐标点对应的误差值；

所述步骤S104包括：若存在任一试验坐标点对应的误差值大于误差阈值，则执行步骤S105；若任一试验坐标点对应的误差值均在误差阈值内，则执行步骤S106。

10.一种口腔修复体的设计系统，其特征在于，包括：

接收单元，配置用于接收患者口腔的原始三维数据；

计算单元，配置用于根据义齿设计优化算法对原始三维数据进行计算，生成修复体三维数据；

输出单元，配置用于将所述修复体三维数据转化成牙科数字化加工设备所需的加工数据，并将所述加工数据传输给牙科数字化加工设备。

11.根据权利要求10所述的口腔修复体的设计系统，其特征在于：

所述原始三维数据包括原始三维试验数据；

所述计算单元，还配置用于根据预先制定的义齿设计算法或者改进的义齿设计算法对原始三维试验数据进行计算，生成最新的修复体三维试验数据；

所述口腔修复体的设计系统还包括：

比较单元，配置用于比较修复体三维试验数据与修复体标准三维数据之间的误差值；

存储单元，配置用于存储与试验患者口腔的病牙相对应的所述修复体标准三维数据，并用于存储义齿设计优化算法。

12.根据权利要求11所述的口腔修复体的设计系统，其特征在于：

所述存储单元，还配置用于将所述原始三维数据、与所述原始三维数据对应的修复体三维数据关联并存储。

13.一种设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-9任一项所述的方法。

14.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的方法。