CN110101469A - 一种变厚度的隐形矫治器的设计方法 - Google Patents

一种变厚度的隐形矫治器的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，属于牙齿正畸技术领域，包括以下步骤：获取患者的牙颌数字模型；在所述牙颌数字模型的基础进行牙齿分割；制定初步矫治方案，在软件中进行虚拟排牙；制定最终矫治方案，依据所述最终矫治方案得到一系列的所述牙颌数字模型；生成变厚度的隐形矫治器数字模型；将所述变厚度的隐形矫治器数字模型传输给3D打印机，面向直接3D打印制作变厚度的隐形矫治器。本发明提供的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，通过设计矫治器的厚度达到精确控制施力位置及大小的目的。

Description

一种变厚度的隐形矫治器的设计方法
技术领域
本发明属于牙齿正畸技术领域，更具体地说，是涉及一种变厚度的隐形矫治器的设计方法。
背景技术
隐形矫治器伴随着计算机辅助设计、新材料技术以及3D打印技术的发展而衍生的一种新兴的牙齿矫治技术，该技术具有传统矫治技术无法拥有的美观、便捷、舒适、卫生及患者复诊次数少等优点。此技术深受正畸医师及患者的喜爱，因而用户越来越多。
在牙齿正畸过程中需要施加矫治力来矫治牙齿，通过牙齿的移动，达到排齐牙齿的目的，目前针对该问题所使用的矫治器主要为隐形矫治器。金属托槽矫治器是历史最悠久的牙齿矫正器，虽然具有诸多的优点，但是由于其美观性不足，且正畸期间口腔卫生护理较为困难，近些年逐渐遭到了淘汰；陶瓷托槽矫治器相对隐形且具有美观的效果，但是脆性大，槽沟摩擦力大，不利于弓丝滑动，增加矫治疗程与难度；隐形透明无托槽矫治器由于其高美观度、效果显著成为了最流行的矫治器，但是，隐形透明无托槽矫治器需要计算机辅助设计系统辅助。由于在计算机辅助设计系统中生成的隐形矫治器数字模型的厚度是无法控制的，进而不能控制隐形矫治器的施力位置及大小，最终会影响矫治效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，旨在解决当前矫治器无法控制厚度以至无法确定施力位置及大小，带来的矫治效果不理想的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，包括以下步骤：
获取患者的牙颌数字模型；
在所述牙颌数字模型的基础进行牙齿分割；
制定初步矫治方案，在软件中进行虚拟排牙；
制定最终矫治方案，依据所述最终矫治方案得到一系列的所述牙颌数字模型；
在软件中对所述牙颌数字模型去除牙龈，留下多个不连续曲面，然后将所述不连续曲面合并成牙冠曲面，生成矫治器的内表面；利用顶点法矢公式求解所述内表面上的各个顶点的法向量；将所述内表面上的顶点带入到拉普拉斯算子内；所述内表面上的每个顶点按照各自法矢偏移不同的距离d得到的变厚度的连续曲面，所述连续曲面作为隐形矫治器的外表面；通过合并运算生成变厚度的隐形矫治器数字模型；
将所述变厚度的隐形矫治器数字模型传输给3D打印机，面向直接3D打印制作变厚度的隐形矫治器。
进一步地，每个所述顶点只带入一次所述拉普拉斯算子。
进一步地，所述牙颌数字模型通过三维光学扫描法获得。
进一步地，所述牙齿分割通过基于特征线分割技术的牙齿分割算法实现。
进一步地，所述3D打印机为SLA光固化3D打印机。
进一步地，所述合并运算为布尔运算中的并集运算。
进一步地，所述牙龈通过套索方式进行选取和去除。
进一步地，所述不连续曲面通过搭桥方式合并成所述牙冠曲面。
进一步地，所述距离d是根据矫治力的大小进行设定的。
进一步地，所述变厚度的隐形矫治器的材料为用于3D打印的无色透明高分子材料。
本发明提供的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法与现有技术相比，有以下有益效果：
1、变厚度隐形矫治器的各处厚度可以设计，根据力学分析的结果具体设计厚度，拟移动牙齿的矫治器对应位置增加厚度，拟不动牙齿矫治器对应位置变薄，这样可以更好的控制矫治器的施力位置及大小；
2、变厚度隐形矫治器内表面是根据矫治后牙颌模型的牙冠进行抽取的，因此矫治器内表面仅与牙冠紧密接触，不会造成牙龈损坏；
3、直接生成变厚度隐形矫治器的内表面是从矫治牙颌模型上抽取的，从而保证患者的舒适感；
4、在矫治过程中，正畸医师可以根据患者的现状及时调整变厚度隐形矫治器模型，可以控制矫治过程，达到良好的矫治效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法的轮廓示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，现对本发明提供的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法进行说明。所述一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，包括以下步骤：
获取患者的牙颌数字模型；
在所述牙颌数字模型的基础进行牙齿分割；
制定初步矫治方案，在软件中进行虚拟排牙；
制定最终矫治方案，依据所述最终矫治方案得到一系列的所述牙颌数字模型；
在软件中对所述牙颌数字模型去除牙龈，留下多个不连续曲面，然后将所述不连续曲面合并成牙冠曲面，生成矫治器的内表面；利用顶点法矢公式求解所述内表面上的各个顶点的法向量；将所述内表面上的顶点带入到拉普拉斯算子内；所述内表面上的每个顶点按照各自法矢偏移不同的距离d得到的变厚度的连续曲面，所述连续曲面作为隐形矫治器的外表面；通过合并运算生成变厚度的隐形矫治器数字模型；
将所述变厚度的隐形矫治器数字模型传输给3D打印机，面向直接3D打印制作变厚度的隐形矫治器。
本发明提供的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，与现有技术相比，软件中的牙颌数字模型是由许多小三角面片组成的一个网格模型，该模型的牙齿与牙龈是不连续的，牙齿的姿态是通过虚拟排牙重新定位的，所以现在牙齿的位置及方向是矫治后的。在此基础上需要将牙齿保留下来，将其余牙龈部分通过套索方式选取进行去除，这时得到的数字模型只包含牙齿，但是得到的牙齿数字模型是由许多不连续的曲面组成的。通过合并运算将这些不连续的曲面进行合并形成连续光滑的曲面，将这个连续光滑的曲面作为矫治器的内表面。将拉普拉斯算子直接作用于光滑曲面上的所有顶点，按照公式分别对其计算顶点法矢，顶点偏置的距离。每个顶点按照以上法矢及偏置距离生成新的顶点，由于拟移动的牙齿和拟不动牙齿偏置距离是不一致的，拟不动牙齿的厚度需要保证矫治器变形后与牙冠不接触，拟移动牙齿的厚度是根据矫治量设计的，该厚度需要保证矫治器变形时能提供应有的矫治力，使牙齿按照矫治方案进行矫治。将新顶点按照原始关系进行连接，完成矫治器外表面的生成。将内外表面通过合并运算得到变厚度隐形矫治器数字模型，再输入到3D打印机中通过SLA制造工艺逐层固化最终形成变厚度隐形矫治器实物。由于矫治器的厚度是根据牙齿的矫治量设计的，因此能保证每颗拟移动牙齿都受到合适的矫治力，确保牙齿能准确移动，进而可以精确控制矫治效果。按照本发明方法，可以一次性打印出所有的变厚度隐形矫治器，交给患者自行选择和佩戴，直至矫治完成。也可以打印一部分交给患者配戴，一段时间后复诊，根据患者复诊和反馈情况对后面的矫治器进行细微修改，再打印剩下的变厚度隐形矫治器。
作为本发明提供的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法的一种具体实施方式，每个所述顶点只带入一次所述拉普拉斯算子。将每个顶点只带入一次拉普拉斯算子中，既能加快隐形矫治器数字模型的生成，又能节省生成模型所需的内存空间。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述牙颌数字模型通过三维光学扫描法获得。三维光学扫描技术是利用白光或单色光探测被测对象，获取三维物体表面各点的空间坐标的方法和技术，该技术近年来发展迅速，具有速度快、精度高、安全性好等优点，是当今的前沿技术。三维光学扫描法能根据牙颌的三维形貌提高扫描结果的准确度，有助于提高矫治效果。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述牙齿分割通过基于特征线分割技术的牙齿分割算法实现。该算法不仅能准确分离出具有侧面形状的单颗牙齿，而且避免了牙齿形状建模时的交互操作，而且与手动识别并删除齿间粘连区域、采用曲面能量约束方式重建齿间缺失曲面的方法相比，提高了牙齿分割效率。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述3D打印机为SLA光固化3D打印机。采用精度高、成型率高的3D打印机有助于提高模型的优品率。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述合并运算为布尔运算中的并集运算。通过布尔运算中的并集运算，可以将内表面和外表面重复的部分去掉，从而合成变厚度的隐形矫治器数字模型，节省了内存，提高了变厚度的隐形矫治器数字模型的生成速率。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述牙龈在Geomagic软件中通过套索方式进行选取和去除。在Geomagic软件中使用套索方式对牙龈进行选取和去除，可以快速的将牙龈从牙颌数学模型中除去，提高工作效率。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述不连续曲面通过搭桥方式合并成所述牙冠曲面。通过基于平面搭桥可以使不连续曲面更好的衔接，保证曲面之间过渡的更加平滑。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述距离d是根据矫治力的大小进行设定的。牙齿需要的矫治力大，则矫治器对应位置的厚度需要增大，沿法矢偏移的距离就大，矫治器将矫治力施加到牙齿上，保证了牙齿的移动效果。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述变厚度的隐形矫治器的材料为用于3D打印的无色透明高分子材料。采用常见的高分子材料既能保证隐形矫治器的可靠性，又能降低制作隐形矫治器的成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取患者的牙颌数字模型；
在所述牙颌数字模型的基础进行牙齿分割；
制定初步矫治方案，在软件中进行虚拟排牙；
制定最终矫治方案，依据所述最终矫治方案得到一系列的所述牙颌数字模型；
在软件中对所述牙颌数字模型去除牙龈，留下多个不连续曲面，然后将所述不连续曲面合并成牙冠曲面，生成矫治器的内表面；利用顶点法矢公式求解所述内表面上的各个顶点的法向量；将所述内表面上的顶点带入到拉普拉斯算子内；所述内表面上的每个顶点按照各自法矢偏移不同的距离d得到的变厚度的连续曲面，所述连续曲面作为隐形矫治器的外表面；通过合并运算生成变厚度的隐形矫治器数字模型；
将所述变厚度的隐形矫治器数字模型传输给3D打印机，面向直接3D打印制作变厚度的隐形矫治器。
2.如权利要求1所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，每个所述顶点只带入一次所述拉普拉斯算子。
3.如权利要求1所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述牙颌数字模型通过三维光学扫描法获得。
4.如权利要求2所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述牙齿分割通过基于特征线分割技术的牙齿分割算法实现。
5.如权利要求1所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述3D打印机为SLA光固化3D打印机。
6.如权利要求3所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述合并运算为布尔运算中的并集运算。
7.如权利要求1所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述牙龈通过套索方式进行选取和去除。
8.如权利要求7所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述不连续曲面通过搭桥方式合并成所述牙冠曲面。
9.如权利要求8所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述距离d是根据矫治力的大小进行设定的。
10.如权利要求1-9任意一项所述的一种变厚度的隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述变厚度的隐形矫治器的材料为用于3D打印的无色透明高分子材料。
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