CN108460827A - 一种基于多源数据数字化设计和制作阻塞器模型的方法 - Google Patents

一种基于多源数据数字化设计和制作阻塞器模型的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多源数据数字化设计和制作阻塞器模型的方法，包括获取口内光学扫描数据文件；获取颌面部螺旋CT扫描数据文件；将螺旋CT扫描数据文件导入三维建模软件，进行三维建模，以获得颌骨缺损患者软硬组织的三维模型数据；将所述三维模型数据与光学扫描数据通过逆向设计软件设计阻塞器复合模型，获得个性化阻塞器模型。本发明基于多源数据融合建模，形成同一坐标系下的完整模型数据，通过逆向设计获得个性化的阻塞器模型，降低了阻塞器印模的临床操作难度，缩短了临床和患者的制作时间，减少患者临床不适感，并提高阻塞器模型的精度；这项技术可以缓解临床颌面修复专科医师数量不足造成的专业瓶颈，将有利于颌骨缺损修复的推广。

Description

一种基于多源数据数字化设计和制作阻塞器模型的方法
技术领域
本发明涉及一种医用器材的制作方法，尤其涉及一种个性化阻塞器模型的数字化设计和制作方法。
背景技术
上颌骨缺损患者，需要通过阻塞器赝复体来阻止口鼻腔交通，从而改善他们的发音、咀嚼和吞咽问题。因此，制作固位良好、封闭性佳、咬合关系合理的阻塞器赝复体至关重要。而在制作过程中，能否精确获得患者口内软硬组织解剖形态，将直接决定最终赝复体能否获得成功的治疗效果。传统模型的制作依赖于颌面修复专科医师的临床经验，通过复杂的步骤和多种印模材料来获得患者口内的结构，其操作困难、耗时长、患者易感恶心不适，甚至由于靠近气道而存在一定的临床风险。
目前有些医师采用扫描数据、计算机建模的方式获取口内牙列数据，但是对于上颌骨缺损患者而言，由于无法获得深层缺损腔的扫描数据，从而为颌骨缺损患者的实际建模工作带来了极大困难。
发明内容
本发明提供了一种数字化设计和制作阻塞器模型的方法，结合口内扫描和螺旋CT等软硬组织的多源扫描数据，获得个性化阻塞器模型。
本发明第一个方面是提供一种基于多源数字化设计阻塞器模型的方法，包括：
获取口内光学扫描数据文件；
获取颌面部螺旋CT扫描数据文件；
将螺旋CT扫描数据文件导入三维建模软件，进行三维建模，以获得颌面部软硬组织的三维模型数据；
将所述三维模型数据与口内光学扫描数据通过逆向设计软件设计，形成阻塞器复合模型。
其中，所述三维建模软件选自Mimics建模软件。
其中，所述逆向设计软件选自Geomagic Studio软件。
本发明第二个方面是提供一种数字化制作阻塞器模型的方法，包括：
采用本发明第一方面所述方法设计阻塞器模型，获得阻塞器模型数据；
将所述阻塞器模型数据通过数控成型装置成型，以获得实体模型。
其中，所述数控成型装置选自数控雕刻设备、3D打印机中的一种或几种。
在本发明的一种优选实施例中，所述三维建模的具体步骤如下：
步骤a1、选取螺旋CT建模所得三维模型数据与光学扫描数据中与最终所需复合模型相对应的部分，并进行初步配准；
根据缺损腔形态及位置，利用倒凹固位，设计阻塞器的形态和高度；
步骤a2、在上述初步配准基础上选取两者牙列及硬腭部分数据，进行提高精度的配准；
步骤a3、在上述提高精度的配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数据中的缺损腔部分数据及光学扫描数据中牙列及腭部数据，进行融合建模。
在本发明的另一种优选实施例中，所述三维建模的具体步骤如下：
步骤a1、选取螺旋CT建模所得三维模型数据与光学扫描数据中与最终所需复合模型相对应的部分，并进行初步配准；
步骤a2、在上述初步配准基础上选取两者牙列及硬腭部分数据，进行更高精度的配准；
步骤a3、在上述更高精度的配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数据中的缺损腔部分数据及光学扫描数据中牙列及腭部数据，进行融合建模；
步骤a4、根据缺损腔形态及位置，利用倒凹固位，设计阻塞器的形态和高度。
本发明上述内容中，所述融合建模是通过删除三维模型数据与光学扫描数据中的重叠部分，填充三维模型数据中的空缺部分，将三维模型数据与光学扫描模型数据合并，形成一个复合模型数据。
本发明上述内容中，所述方法优选为包括：
螺旋CT扫描DICOM数据导入Mimics建模软件中，三维重建软硬组织的三维模型，并以STL格式输出；
将STL格式的三维模型数据与光学扫描的STL数据导入到Geomagic Studio软件中，选取螺旋CT建模所得三维模型STL数据与光学扫描STL数据中与最终所需复合模型相对应的部分，通过Geomagic Studio软件“手动注册”功能模块进行“n点注册”操作，完成初步配准；
在所述初步配准基础上，利用“创建边界”、“创建曲线”、“曲线投影”的方式选取三维模型数据、光学扫描数据中牙列及硬腭部分的数据，通过Geomagic Studio软件“最佳拟合对齐”功能模块进行拟合对齐，完成更高精度配准；
将上述对齐过程中浮动部分数据的非配准部分通过Geomagic Studio软件“手动注册”功能模块进行配准移动至相应位置，完成所需全部数据的定位；
在上述更高精度配准位置基础上选取三维模型数据中的缺损腔部分数据以及光学扫描数据中牙列及腭部数据，通过删除重叠部分，填充空缺部分，并通过GeomagicStudio软件的“转为点”、“封装”功能模块将整体转为点并重新封装，将所述三维模型数据与光学扫描数据的融合建模；
根据缺损腔形态及位置并利用倒凹固位，为上呼吸道留出气道，设计阻塞器的形态和高度，通过Geomagic Studio软件的创建样条边界功能模块创建样条边界并延伸填充边界孔确定缺损腔的形态；
通过Geomagic Studio软件“延伸边界到平面”功能模块将其转变成立体的具有相应厚度的三维模型。
本发明将基于多源数据融合建模，通过逆向设计获得个性化的阻塞器模型，降低了阻塞器印模的临床操作难度，缩短了临床和患者的制作时间，减少患者临床不适感，并提高阻塞器模型的精度。
这项技术可以缓解临床颌面修复专科医师数量不足造成的专业瓶颈，将有利于颌骨缺损修复技术的推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明设计和制作阻塞器模型的方法如下：
对患者进行口内光学扫描获得口内光学扫描数据，并转化为STL格式输出；
对患者颌面部进行螺旋CT扫描获得DICOM数据；
将螺旋CT扫描DICOM数据导入Mimics建模软件(比利时Materialise Software公司提供)中，三维重建患者颅颌面的软硬组织的三维模型模型，并以STL格式输出；将螺旋CT建模所得三维模型数据与口内扫描数据通过逆向设计软件Geomagic Studio设计个性化复合模型；具体步骤如下：
步骤a1、将STL格式的螺旋CT建模数据与口内光学扫描得到的STL数据导入到Geomagic Studio软件中，选取螺旋CT建模所得三维模型STL数据与口内光学扫描STL数据中与最终所需个性化复合模型相对应的部分，通过该软件“手动注册”模块进行“n点注册”操作，实现初步配准；
步骤a2、在上述初步配准基础上利用“创建样条边界”、“从边界创建曲线”、“曲线投影”的方式选取两者相似度高的牙列及硬腭部分数据，并进行“最佳拟合对齐”，获得更高精度配准；
步骤a3、将上述对齐过程中浮动部分数据的非配准部分通过所述“手动注册模块”进行“n点注册”操作，配准移动至相应位置，完成所需全部数据的定位，在上述更高精度配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数据中的缺损腔部分数据及口内光学扫描数据中牙列及腭部数据，通过删除二者重叠的部分，填充三维模型数据中口腔空缺部分的数据，并通过将整体“转为点”并重新“封装”的方法进行两者数据的融合建模，将二者数据合并形成一个复合模型；
步骤a4、根据缺损腔形态及位置并利用倒凹固位，为上呼吸道留出气道，设计合理的个性化阻塞器的形态和高度，通过创建样条边界并适当延伸填充边界孔确定缺损腔形态；(该步骤也可于步骤a1后完成)
将所述个性化复合模型数据通过“创建样条边界”等功能模块的操作将其转变成立体的具有相应厚度的模型，得到STL格式的三维模型；
通过数控快速成型装置成型，以获得实体模型；其中，数控快速成型装置可采用数控雕刻机或者三维打印机。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种基于多源数据数字化设计阻塞器模型的方法，其特征在于，包括：
获取口内软硬组织的光学扫描数据文件；
获取颌面部螺旋CT扫描数据文件；
将螺旋CT扫描数据文件导入三维建模软件，进行三维建模，以获得颌面部软硬组织的三维模型数据；
将所述三维模型数据与口内光学扫描数据通过逆向设计软件设计，形成阻塞器复合模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维建模软件选自Mimics建模软件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维建模的具体步骤如下：
步骤a1、选取螺旋CT建模所得三维模型数据与光学扫描数据中与最终所需复合模型相对应的部分，并进行初步配准；
步骤a2、在上述初步配准基础上选取两者牙列及硬腭部分数据，进行更高精度的配准；
步骤a3、在上述更高精度的配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数据中的缺损腔部分数据及光学扫描数据中牙列及腭部数据，进行融合建模；
步骤a4、根据缺损腔形态及位置，利用倒凹固位，设计阻塞器的形态和高度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维建模的具体步骤如下：
步骤a1、选取螺旋CT建模所得三维模型数据与光学扫描数据中与最终所需复合模型相对应的部分，并进行初步配准；
根据缺损腔形态及位置，利用倒凹固位，设计阻塞器的形态和高度；
步骤a2、在上述初步配准基础上选取两者牙列及硬腭部分数据，进行提高精度的配准；
步骤a3、在上述提高精度的配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数据中的缺损腔部分数据及光学扫描数据中牙列及腭部数据，进行融合建模。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述融合建模是通过删除三维模型数据与光学扫描数据中的重叠部分，填充三维模型数据中的空缺部分，将三维模型数据与光学扫描模型数据融合，形成一个复合模型数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
螺旋CT扫描DICOM数据导入Mimics建模软件中，三维重建软硬组织的三维模型，并以STL格式输出；
将STL格式的三维模型数据与光学扫描的STL数据导入到Geomagic Studio软件中，选取螺旋CT建模所得三维模型STL数据与光学扫描STL数据中与最终所需复合模型相对应的部分，通过Geomagic Studio软件“手动注册”功能模块进行“n点注册”操作，完成初步配准；
在所述初步配准基础上，利用“创建边界”、“创建曲线”、“曲线投影”的方式选取三维模型数据、光学扫描数据中牙列及硬腭部分的数据，通过Geomagic Studio软件“最佳拟合对齐”功能模块进行拟合对齐，完成更高精度配准；
将上述对齐过程中浮动部分数据的非配准部分通过Geomagic Studio软件“手动注册”功能模块进行配准移动至相应位置，完成所需全部数据的定位；
在上述更高精度配准位置基础上选取三维模型数据中的缺损腔部分数据以及光学扫描数据中牙列及腭部数据，通过删除重叠部分，填充空缺部分，并通过Geomagic Studio软件的“转为点”、“封装”功能模块将整体转为点并重新封装，将所述三维模型数据与光学扫描数据的融合建模；
根据缺损腔形态及位置并利用倒凹固位，为上呼吸道留出气道，设计阻塞器的形态和高度，通过Geomagic Studio软件的创建样条边界功能模块创建样条边界并延伸填充边界孔确定缺损腔的形态；
通过Geomagic Studio软件“延伸边界到平面”功能模块将其转变成立体的具有相应厚度的三维模型。
7.一种基于多源数据数字化制作阻塞器模型的方法，其特征在于，包括：
采用权利要求1所述方法设计阻塞器模型，获得阻塞器模型数据；
将所述复合模型数据通过数控成型装置成型，以获得实体模型。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数控成型装置选自数控雕刻设备、3D打印机中的一种或几种。
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