CN110693617A - 确定矫治器颌面切割路径的方法、切割方法及切割装置 - Google Patents

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Abstract

一种确定矫治器颌面切割路径的方法，包括步骤：建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；根据咬合关系确定待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点；根据咬合顶点确定待去除咬合面切割边缘的切割路径。通过建立咬合关系确定待去除咬合面及该待去除咬合面所包含的咬合顶点，根据该咬合顶点自动进行切割路径的拟合，自动识别和确定需要切割的轨迹，切割路径精准可控，为后续激光切割提供切割基础；针对于凹面畸形矫治的矫治器制备时，使得切割后的矫治器在与对颌配合时，能够有效的对上下颌之间的相对位置进行固定。针对于助萌的应用时，对需要萌出的牙齿咬合面进行相应的切割，助于萌芽的导出。

Description

确定矫治器颌面切割路径的方法、切割方法及切割装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种确定乔治器矫治器颌面切割路径的方法、切割方法及切割装置。
背景技术
错颌畸形是指在儿童生长发育过程中，由先天的遗传因素或后天的环境因素，如疾病、口腔不良习惯、替牙障碍等，也可在生长发育后因外伤、牙周病等原因造成的如牙齿排列不齐、上下牙弓牙合关系的异常、颌骨大小形态位置的异常、面部畸形等。错颌畸形的形成因素和机制是错综复杂的，其发生过程可能由单一因素及单一机制在起作用，也可能是多种因素或多种机制共同作用的结果。从错颌畸形形成的时间上来划分，错合畸形的病因可分为先天性因素和后天性因素两大类，但是针对个体错颌畸形发生机制的角度来说，错颌畸形的病因可分为内在的遗传因素和外界的环境因素。
隐形牙齿矫治器由于其佩戴舒适可摘戴，并且美观，被越来越多的人选择，在进行矫治时佩戴隐形牙齿矫治器需要其与牙齿紧密贴合，配合牙齿上粘贴的附件进行矫治，而这种隐形牙齿矫治器对于牙齿的包裹性较强，对于青少年在替牙期时进行佩戴，由于容易有缺失牙齿，在隐形牙齿矫治器的制作过程中此缺失部分包裹住牙龈表面，佩戴隐形牙齿矫治器需要较长的时间，不利于萌出牙的生长。另外对于上下颌同时矫治并且需要上下颌配合完成矫治时，由于隐形牙齿矫治器为高分子材料制成，上下颌配合时容易产生相对滑动，不利于上下颌之间稳定关系的建立，尤其是对于上颌牙齿设置颌垫时，颌垫与下颌配合相对位置的稳定性较差。目前在隐形牙齿矫治器上制作切口的方法是，采用的是人工按照切割要求在牙套上进行开孔切割，但是此种方法的人为因素较大，个人制作的差异性导致切割的结果存在不确定性因素，对于切割轨迹结果无法得到有效的控制。
因此，研究一种根据患者的口腔情况，自动在隐形牙齿矫治进行切割轨迹的确定并在隐形牙齿矫治器上自动切割开孔，具有重要的意义。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种确定矫治器颌面切割路径的方法、切割方法及切割装置，可以根据患者口内情况自动识别和确定需要切割的轨迹，切割路径精准可控，为后续激光切割提供切割基础。
根据第一方面，提供一种确定矫治器颌面切割路径的方法，包括步骤：
建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
根据所述咬合关系确定待去除咬合面，并根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点；
根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径。
进一步的，所述根据所述咬合关系确定待去除咬合面，具体是根据所述咬合关系确定牙颌模型中待去除咬合面；
所述根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体是根据所述咬合顶点确定所述牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
进一步的，还包括根据上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系获取矫治器模型的步骤，所述根据所述咬合关系确定待去除咬合面，具体是根据所述咬合关系确定矫治器模型中待去除咬合面；
所述根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体是根据所述咬合顶点确定所述矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
进一步的，根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点，具体包括步骤：
将对颌牙齿模型上的顶点建立KD树；
基于所述KD树，搜索所述待去除咬合面所在牙颌模型中对应的牙齿上的各个顶点与所述对颌牙齿模型上的最近顶点；
计算最近的顶点对之间的距离；
将距离小于第一阈值的顶点作为所述咬合顶点。
进一步的，所述根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点，具体包括步骤：
计算所述待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上的各个顶点与对颌牙齿模型上的各个顶点之间的距离；
将距离小于第一阈值的顶点作为所述咬合顶点。
进一步的，所述牙颌模型为数字化三角面片牙颌模型，所述第一阈值范围在所述三角面片平均边长的负值与所述三角面片平均边长的正值之间。
进一步的，所述根据所述咬合顶点确定所述牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体包括步骤：
在待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上设置初始曲线；
基于水平集函数演化方程驱动所述初始曲线朝向所述待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
进一步的，所述基于水平集函数演化方程驱动所述初始曲线朝向所述待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体包括步骤：
计算待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上所有顶点距离当前曲线的测地距离值，其中，当前曲线包含咬合顶点一侧的顶点测地距离值为负值，而另一侧顶点测地距离值为正值；
采用测地曲率流获得水平集函数演化方程，并基于当前曲线的测地距离值获得下一曲线位置；
判断演化前后的曲线的曲率变化是否在预设范围内，若否，迭代演化，直至演化后的曲线移至所述待去除咬合面的期望的目标边界；
利用零水平集表示移至所述待去除咬合面的期望的目标边界的曲线位置，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
进一步的，所述采用测地曲率流获得水平集函数演化方程，并基于当前曲线的测地距离值获得下一曲线位置的具体过程为：
Figure RE-GDA0002313444940000031
其中，φ(tn+1)为下一曲线位置，φ(tn)为前一曲线位置，Δt为移动步长，g为待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上所有顶点距离所述咬合顶点的测地距离值。
本发明还提供一种矫治器颌面切割方法，包括步骤：
根据上述的矫治器颌面切割路径的确定方法确定所述矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径；
依据所述切割路径对矫治器的待去除咬合面进行切割。
本发明还提供一种矫治器颌面切割路径的确定装置，包括：
建立模块，用于建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
获取模块，用于根据所述咬合关系确定待去除咬合面，并根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点；
确定模块，用于根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径。
进一步的，所述获取模块用于根据所述咬合关系确定牙颌模型中待去除咬合面；
所述确定模块用于根据所述咬合顶点确定所述牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
进一步的，所述获取模块用于根据上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系获取矫治器模型，及还用于根据所述咬合关系确定矫治器模型中待去除咬合面；
所述确定模块用于根据所述咬合顶点确定所述矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
本发明还提供一种电子设备，包括：包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集由所述处理器加载并执行以实现上述的确定矫治器颌面切割路径的方法。
本发明还提供一种矫治器颌面切割装置，包括：
切割路径确定模块，用于上述的矫治器颌面切割路径的确定方法确定所述矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径；
切割模块，用于依据所述切割路径对矫治器的待去除咬合面进行切割。
本发明还提供一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集由所述处理器加载并执行以实现上述的矫治器颌面切割方法。
通过本发明提供的确定矫治器颌面切割路径的方法、切割方法及切割装置，所带来的有益效果如下：
通过建立咬合关系确定待去除咬合面及该待去除咬合面所包含的咬合顶点，根据该咬合顶点自动进行切割路径的拟合，自动识别和确定需要切割的轨迹，切割路径精准可控，为后续激光切割提供切割基础；针对于凹面畸形矫治的矫治器制备时，使得切割后的矫治器在与对颌配合时，能够有效的对上下颌之间的相对位置进行固定。针对于助萌的应用时，对需要萌出的牙齿咬合面进行相应的切割，助于萌芽的导出。
附图说明
图1为实施例一确定矫治器颌面切割路径方法流程图；
图2为实施例一确定矫治器颌面切割路径方法的一种实施方式的流程图；
图3为实施例一中上牙颌模型和下牙颌模型咬合关系模拟示意图；
图4为实施例一中待去除咬合面所包含的咬合顶点示意图；
图5为实施例一中待去除咬合面初始曲线示意图；
图6为实施例一中驱动曲线移动方向趋势示意图；
图7为实施例一中待去除咬合面切割边缘的切割路径示意图；
图8为实施例一中具有开口的下牙齿矫治器结构示意图；
图9为实施例一中上颌牙齿矫治器和下颌牙齿矫治器配合示意图；
图10为实施例一提供的确定矫治器颌面切割路径方法的一种实施方式的流程图；
图11为实施例一上牙齿矫治器模型和下牙齿矫治器模型示意图；
图12为实施例二提供的矫治器颌面切割方法流程图；
图13为实施例三提供的矫治器颌面切割方法流程图；
图14为实施例六提供的矫治器颌面切割装置原理图；
图15为实施例七提供的电子设备原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
本实施例提供一种确定矫治器颌面切割路径的方法，其流程示意图如图1 所示，具体包括以下步骤。
S100：建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系。
S101：根据咬合关系确定待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点。
S102：根据咬合顶点确定待去除咬合面切割边缘的切割路径。
本发明通过建立咬合关系确定待去除咬合面及该待去除咬合面所包含的咬合顶点，根据该咬合顶点自动进行切割路径的拟合，自动识别和确定需要切割的轨迹，切割路径精准可控，为后续激光切割提供切割基础。
基于上述确定矫治器颌面切割路径方法的基本思想，实际应用中，可通过以下两种方式确定矫治器颌面切割路径：
一种方式是，基于牙颌模型确定切割路径，也即是，先在牙颌模型上确定切割路径，此种方法只需要在虚拟的牙颌模型上标注或有预切割轨迹的确定，将其直接传输给后续的切割装置，进行直接切割，由于实际切割时，矫治器是佩戴在牙颌模型上的，因此，切割时按照牙颌模型上的切割路径进行切割，切割穿过矫治器，到牙颌模型上，完成相应矫治器颌面的切割。或者将切割路径在牙颌模型上进行凸出显示，如，该切割路径在牙颌模型上呈凸状，当通过压膜的方式获得矫治器时，则牙颌模型上凸状的切割路径通过压膜映射至矫治器表面，最后再基于矫治器表面上映射的切割路径进行指示性切割，即可得到所需的具有开口的矫治器。
另外一种方式是，基于牙颌模型获得矫治器模型，在矫治器模型上直接确定切割路径，然后再基于该切割路径进行切割，即可得到所需的具有开口的矫治器。
在本实施例中，基于第一种方式，在牙颌模型确定切割路径的方式对上述各步骤进行详细说明。其流程图如图2所示，具体包括以下步骤。
S200：建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系。
在步骤S200中，首先获取待矫治的上牙颌模型和下牙颌模型，其中，该上牙颌模型和下牙颌模型是数字化牙颌模型，如，可以通过口内扫描的方式获取上牙颌模型和下牙颌模型，也可通过硅橡胶取模后转为石膏阳模再进行扫描的方式获取。
其次，模拟上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系，上牙颌模型和下牙颌模型之间的咬合关系反映了具体的目标矫治效果。
根据实际矫治病例，需要在上颌牙齿矫治器或下颌牙齿矫治器的咬合面中切割开口，或者可能需要在矫治器的侧表面切割开口。本实施例中，以矫治凹面畸形为例，在步骤S200中，建立上牙颌模型和下牙颌模型咬合关系，该咬合关系能够使上下牙颌之间打开，且上颌前牙和下颌前牙基本对齐，如图3所示，为了保持该咬合关系，上牙颌模型的咬合面设置有颌垫附件。
S201：根据咬合关系确定牙颌模型中待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点。
在步骤S201中，具体是根据咬合关系确定下牙颌模型中待去除咬合面。具体的，在步骤S200中确定的咬合关系下，颌垫附件所覆盖的下牙颌模型的咬合面为下牙颌模型中待去除咬合面。
在步骤S201中，根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点，本实施例中，提供以下两种方式获得待去除咬合面所包含的咬合顶点：
获得待去除咬合面所包含的咬合顶点的第一种方式包括如下步骤：
1)将对颌牙齿模型上的顶点建立KD树；
以下牙颌模型具有待去除咬合面为例，则对颌牙齿模型为上牙齿模型。
2)基于KD树，搜索待去除咬合面所在牙颌模型中对应的牙齿上的各个顶点与对颌牙齿模型上的最近顶点；
因待去除咬合面的大小确定，待去除咬合面所在下牙颌模型中对应的牙齿上的各个顶点确定，基于KD树可快速搜索到与待去除咬合面中的各个顶点距离最近的顶点；
3)计算最近的顶点对之间的距离；
4)将距离小于第一阈值的顶点作为咬合顶点。
获得待去除咬合面所包含的咬合顶点的第二种方式包括如下步骤：
1)计算待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上的各个顶点与对颌牙齿模型上的各个顶点之间的距离；
2)将距离小于第一阈值的顶点作为所述咬合顶点。
通过上述第一种方式和第二种方式均能获得待去除咬合面所包含的咬合顶点，待去除咬合面所包含的咬合顶点的示意图如图4所示，其中，第一种方式通过筛选获得最近的顶点对，而后通过计算最近顶点对之间的距离，并与第一阈值比较，确定咬合顶点；而第二种方式是计算所有顶点对之间的距离，并与第一阈值比较，确定咬合顶点，因此，第一种方式相对运算量小，计算的更具针对性；第二种方式相对运算量大，计算的更加全面。
本实施例中，上牙颌模型和下牙颌模型均为数字化三角面片牙颌模型，上述第一种方式和第二种方式均涉及到第一阈值，该第一阈值范围在三角面片平均边长的负值与三角面片平均边长的正值之间；其中，若多个三角面片至少部分重叠或交叉时，则该阈值为负值，若相邻两个三角面片不重叠且两者之间存在距离时，则阈值为正值；所三角面片相邻的两顶点重合，则阈值为零。
S202：根据咬合顶点确定牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
在步骤S202中，根据咬合顶点确定牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体包括如下步骤：
1)在待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上设置初始曲线；
其中，初始曲线的示意图如图5所示，初始曲线在图5中的标号为5。
2)基于水平集函数演化方程驱动初始曲线朝向待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
其中，基于水平集函数演化方程驱动初始曲线朝向待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径；其中，驱动曲线(曲线在图6中的标号为6，移动方向趋势如图6所示，图6中箭头方向即为驱动曲线的移动方向，具体包括步骤：
1)计算待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上所有顶点距离当前曲线的测地距离值，其中，当前曲线包含咬合顶点一侧的顶点测地距离值为负值，而另一侧顶点测地距离值为正值；其中，顶点测地距离值表示顶点到当前曲线的距离。
2)采用测地曲率流获得水平集函数演化方程，并基于当前曲线的测地距离值获得下一曲线位置；
具体根据以下公式获得下一曲线位置：
其中，φ(tn+1)为下一曲线位置，φ(tn)为前一曲线位置，Δt为移动步长，g为待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上所有顶点距离咬合顶点的测地距离值。
3)判断演化前后的曲线的曲率变化是否在预设范围内，若否，迭代演化，直至演化后的曲线移至所述待去除咬合面的期望的目标边界；
4)利用零水平集表示移至待去除咬合面的期望的目标边界的曲线位置，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
通过上述步骤获得下牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径如图7 所示，其中，切割路径在图7中的标号为7。
上述是基于下牙颌模型获得切割路径，在进行切割之前，还需要将下牙颌模型中的切割路径映射至下牙齿矫治器中，具体的映射方式是：
此种方法只需要在虚拟的牙颌模型上标注或有预切割轨迹的确定，将其直接传输给后续的切割装置，进行直接切割，由于实际切割时，矫治器是佩戴在牙颌模型上的，因此，切割时按照牙颌模型上的切割路径进行切割，切割穿过矫治器，到牙颌模型上，完成相应矫治器颌面的切割。或者将切割路径在牙颌模型上进行凸出显示，如，该切割路径在牙颌模型上呈凸状，当通过压膜的方式获得矫治器时，则牙颌模型上凸状的切割路径通过压膜映射至矫治器表面，最后再基于矫治器表面上映射的切割路径进行指示性切割，即可得到所需的具有开口的矫治器。
在切割过程中，根据下牙齿矫治器中映射的切割路径进行相应的激光切割，即可获得咬合面具有开口的下牙齿矫治器，如图8所示，其中，下牙齿矫治器在图8中的标号为8，切割的开口在图8中的标号为81。
下牙齿矫治器与上牙齿矫治器配合的示意图如图9所示，，其中，上牙齿矫治器在图9中的标号为9，上牙齿矫治器的颌垫部在图9中的标号为91下牙齿矫治器的开口与上牙齿矫治器的颌垫配合使用，能够有效的对上下颌之间的咬合重建，并稳定相对位置关系。
在本实施例中，基于第二种方式，基于牙颌模型获得矫治器模型，在矫治器模型上直接确定切割路径，然后再基于该切割路径进行切割，即可得到所需的具有开口的矫治器。
同样也以矫治凹面畸形病例为例，需要在下牙齿矫治器模型的咬合面上而定切割路径，本实施例提供的确定矫治器颌面切割路径的方法具体包括以下步骤，其流程图如图10所示。
S1000：建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系。
在步骤S1000中，首先获取待矫治的上牙颌模型和下牙颌模型，其中，该上牙颌模型和下牙颌模型是数字化牙颌模型，如，可以通过口内扫描的方式获取上牙颌模型和下牙颌模型，也可通过硅橡胶取模后转为石膏阳模再进行扫描的方式获取。
其次，基于牙颌模型获得矫治器模型，在矫治器模型上直接确定切割路径。
根据实际矫治病例，可能需要在上牙齿矫治器的咬合面中切割开口，也可能需要在下牙齿矫治器的咬合面中切割开口，或者可能需要在矫治器的侧表面切割开口。本实施例中，以矫治凹面畸形为例，在步骤S1000中，建立上牙颌模型和下牙颌模型咬合关系，该咬合关系能够使上下牙颌之间打开，且上颌前牙和下颌前牙基本对齐，如图3所示，为了保持该咬合关系，上牙颌模型的咬合面设置有颌垫附件。
S1001：根据上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系获取矫治器模型。
在步骤S1000中确定的咬合关系下，根据上牙颌模型的形状获取上牙齿矫治器模型，上牙齿矫治器模型的咬合面具有颌垫，根据下牙颌模型的形状获取下牙齿矫治器模型，上牙齿矫治器模型和下牙齿矫治器模型的结构示意图如图 11所示，其中，上牙齿矫治器模型在图11中的标号为111，上牙齿矫治器模型中的颌垫模型在图11中的标号为112，下牙齿矫治器模型在图11中的标号为 113。其中根据牙颌模型获取牙齿矫治器模型的方法为，根据牙颌模型获取牙颌模型的外轮廓边界，然后将外轮廓边缘向外延伸0.5-1.0mm，得到牙齿矫治器模型的外轮廓边缘，基于牙齿模型的外边缘和牙齿矫治器外轮廓的边缘，组合形成牙齿矫治器的数字模型。
S1002：根据咬合关系确定矫治器模型中待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点。
在步骤S1002中，具体是根据咬合关系确定下牙齿矫治器模型中待去除咬合面。具体的，在步骤S1000中确定的咬合关系下，颌垫所覆盖的下牙齿矫治器模型的咬合面为下牙齿矫治器模型中待去除咬合面。
在步骤S1002中，根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点，本实施例中，提供以下两种方式获得待去除咬合面所包含的咬合顶点：
获得待去除咬合面所包含的咬合顶点的第一种方式包括如下步骤：
1)将对颌牙齿矫治器模型上的顶点建立KD树；
以下牙齿矫治器模型具有待去除咬合面为例，则对颌牙齿矫治器模型为上牙齿矫治器模型。
2)基于KD树，搜索待去除咬合面所在牙齿矫治器模型中对应的牙齿上的各个顶点与对颌牙齿矫治器模型上的最近顶点；
因待去除咬合面的大小确定，待去除咬合面所在下牙齿矫治器模型中对应的牙齿上的各个顶点确定，基于KD树可快速搜索到与待去除咬合面中的各个顶点距离最近的顶点；
3)计算最近的顶点对之间的距离；
4)将距离小于第一阈值的顶点作为咬合顶点。
获得待去除咬合面所包含的咬合顶点的第二种方式包括如下步骤：
1)计算待去除咬合面所在牙齿矫治器模型中所对应的牙齿矫治器模型上的各个顶点与对颌牙齿矫治器模型上的各个顶点之间的距离；
2)将距离小于第一阈值的顶点作为所述咬合顶点。
通过上述第一种方式和第二种方式均能获得待去除咬合面所包含的咬合顶点，其中，第一种方式通过筛选获得最近的顶点对，而后通过计算最近顶点对之间的距离，并与第一阈值比较，确定咬合顶点；而第二种方式是计算所有顶点对之间的距离，并与第一阈值比较，确定咬合顶点，因此，第一种方式相对运算量小，计算的更具针对性；第二种方式相对运算量大，计算的更加全面。本实施例中，上牙颌模型和下牙颌模型均为数字化三角面片牙颌模型，上述第一种方式和第二种方式均涉及到第一阈值，该第一阈值范围在三角面片平均边长的负值与三角面片平均边长的正值之间；其中，若多个三角面片至少部分重叠或交叉时，则该阈值为负值，若相邻两个三角面片不重叠且两者之间存在距离时，则阈值为正值。
S1003：根据咬合顶点确定矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
在步骤S1003中，具体是根据咬合顶点确定下牙齿矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体包括以下步骤：
1)在待去除咬合面所在牙齿矫治器模型中所对应的牙齿矫治器模型上设置初始曲线；
2)基于水平集函数演化方程驱动初始曲线朝向待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
其中，基于水平集函数演化方程驱动初始曲线朝向待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径；其中，驱动曲线移动具体包括步骤：
1)计算待去除咬合面所在牙齿矫治器模型中所对应的牙齿矫治器模型上所有顶点距离当前曲线的测地距离值，其中，当前曲线包含咬合顶点一侧的顶点测地距离值为负值，而另一侧顶点测地距离值为正值；
2)采用测地曲率流获得水平集函数演化方程，并基于当前曲线的测地距离值获得下一曲线位置；
具体根据以下公式获得下一曲线位置：
Figure RE-GDA0002313444940000111
其中，φ(tn+1)为下一曲线位置，φ(tn)为前一曲线位置，Δt为移动步长，g为待去除咬合面所在牙齿矫治器模型中所对应的牙齿矫治器模型上所有顶点距离咬合顶点的测地距离值。
3)判断演化前后的曲线的曲率变化是否在预设范围内，若否，迭代演化，直至演化后的曲线移至所述待去除咬合面的期望的目标边界；
4)利用零水平集表示移至待去除咬合面的期望的目标边界的曲线位置，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
通过上述步骤获得下牙齿矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
基于具有切割路径的下牙齿矫治器模型制备下牙齿矫治器，在该下牙齿矫治器中沿切割路径进行相应的激光切割，获得在咬合面具有开口的下牙齿矫治器，如图8所示。
下牙齿矫治器与上牙齿矫治器配合的示意图如图9所示，下牙齿矫治器的开口与上牙齿矫治器的颌垫配合使用，能够有效的对上下颌之间的相对位置进行固定。
实施例二：
基于实施例一，本实施例提供一种矫治器颌面切割方法，基于在牙颌模型确定切割路径的方式，以下牙齿矫治器颌面切割为例进行说明，其流程图如图12所示，具体包括以下步骤。
S1201：确定矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
步骤S1201具体是基于下牙颌模型确定切割路径，具体包括以下步骤：
1)建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
2)根据咬合关系确定牙颌模型中待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点；
3)根据咬合顶点确定牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径
上述1)-3)的具体过程请参考实施例一的步骤S200-步骤S202，本实施例不作赘述。
S1202：依据切割路径对矫治器的待去除咬合面进行切割。
由于步骤S1201基于牙颌模型获得切割路径，在对矫治器的待去除咬合面进行切割之前，还需要将牙颌模型中的切割路径映射至矫治器，以下牙颌模型中的切割路径映射至下牙齿矫治器为例，具体的映射方式是：
将该切割路径凸出显示于下牙颌模型中，如，切割路径在下牙颌模型中的形状呈凸状或者呈凹槽；
采用压膜技术根据下牙颌模型制备相应的下牙齿矫治器，以使下牙颌模型中的切割路径通过凸状或凹槽映射至下牙齿矫治器中；
根据下牙齿矫治器中映射的切割路径进行相应的激光切割，获得在咬合面具有开口的下牙齿矫治器，如图8所示。
下牙齿矫治器与上牙齿矫治器配合的示意图如图9所示，下牙齿矫治器的开口与上牙齿矫治器的颌垫配合使用，能够有效的对上下颌之间的相对位置进行固定。
实施例三：
基于实施例一，本实施例提供一种矫治器颌面切割方法，基于在牙齿矫治器模型确定切割路径的方式，以下牙齿矫治器颌面切割为例进行说明，其流程图如图13所示，具体包括以下步骤。
S1301：确定矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
步骤S1301具体是基于下牙齿矫治器模型确定切割路径，具体包括以下步骤：
1)建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
2)根据上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系获取矫治器模型；
3)根据咬合关系确定矫治器模型中待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点；
4)根据咬合顶点确定矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
上述1)-4)的具体过程请参考实施例一的步骤S1000-步骤S1003，本实施例不作赘述。
S1302：依据切割路径对矫治器的待去除咬合面进行切割。
通过步骤S1301获得下牙齿矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。然后，基于具有切割路径的下牙齿矫治器模型制备下牙齿矫治器，在该下牙齿矫治器中沿切割路径进行相应的激光切割，获得在咬合面具有开口的下牙齿矫治器，如图8所示。
下牙齿矫治器与上牙齿矫治器配合的示意图如图9所示，下牙齿矫治器的开口与上牙齿矫治器的颌垫配合使用，能够有效的对上下颌之间的相对位置进行固定。
实施例四：
基于实施例一，本实施例提供一种矫治器颌面切割路径的确定装置，基于在牙颌模型确定切割路径的方式，本实施例的确定装置包括：建立模块，获取模块和确定模块。
建立模块，用于建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
获取模块，用于根据咬合关系确定待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点；
确定模块，用于根据咬合顶点确定待去除咬合面切割边缘的切割路径。
本实施例的确定装置具体是在牙颌模型中确定切割路径，具体的，获取模块用于根据咬合关系确定牙颌模型中待去除咬合面，确定模块用于根据咬合顶点确定牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
本实施例的确定装置具体实施的过程请参考实施例一，本实施例不作赘述，基于本实施例的确定装置获得的切割路径，将该切割路径凸出显示于下牙颌模型中，如，切割路径在下牙颌模型中的形状呈凸状或者呈凹槽，待根据下牙颌模型压膜制备相应的下牙齿矫治器时，该切割路径通过凸状或凹槽映射至下牙齿矫治器中，在该下牙齿矫治器中沿映射的切割路径进行相应的激光切割，获得在咬合面具有开口的下牙齿矫治器，如图8所示。
下牙齿矫治器与上牙齿矫治器配合的示意图如图9所示，下牙齿矫治器的开口与上牙齿矫治器的颌垫配合使用，能够有效的对上下颌之间的相对位置进行固定。
实施例五：
基于实施例一，本实施例提供一种矫治器颌面切割路径的确定装置，基于在牙齿矫治器模型确定切割路径的方式，包括：
建立模块，用于建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
获取模块，用于根据咬合关系确定待去除咬合面，并根据咬合关系获得待去除咬合面所包含的咬合顶点；
确定模块，用于根据咬合顶点确定待去除咬合面切割边缘的切割路径。
本实施例的确定装置具体是在矫治器模型中确定切割路径，具体的，获取模块用于根据上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系获取矫治器模型，及还用于根据所述咬合关系确定矫治器模型中待去除咬合面，确定模块用于根据咬合顶点确定矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
本实施例的确定装置具体实施的过程请参考实施例一，本实施例不作赘述，基于具有切割路径的下牙齿矫治器模型制备下牙齿矫治器，在该下牙齿矫治器中沿切割路径进行相应的激光切割，获得在咬合面具有开口的下牙齿矫治器，如图8所示。
下牙齿矫治器与上牙齿矫治器配合的示意图如图9所示，下牙齿矫治器的开口与上牙齿矫治器的颌垫配合使用，能够有效的对上下颌之间的相对位置进行固定。
实施例六：
基于实施例四或实施例五，本实施例提供一种矫治器颌面切割装置，包括切割路径确定模块和切割模块，其原理框图如图14所示。
切割路径确定模块可以采用实施例四的确定装置，依据牙颌模型确定矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径；切割路径确定装置也可以采用实施例五的确定装置，依据矫治器模型确定矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径。本实施例的切割路径确定模块的具体工作过程请参考实施例三的确定装置或实施例四的确定装置，本实施例不作赘述。
切割路径确定模块自动进行切割路径的拟合，切割路径精准可控，以使切割模块按照精准的切割路径进行激光切割。
切割模块用于依据切割路径对矫治器的待去除咬合面进行切割，本实施例的切割模块为激光机，采用激光切割技术对矫治器的待去除咬合面进行切割。
实施例七：
本实施例提供一种电子设备，其结构框图如图15所示，该电子设备600可以是平板电脑、笔记本电脑或台式电脑。电子设备600还可能被称为便携式终端、膝上型终端、台式终端等其他名称。
通常，电子设备600包括有处理器6001和存储器6002，处理器6001可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器6001 可以采用DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－ Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器6001也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。
在一些实施例中，处理器6001可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器6001还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该 AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器6002可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器6002还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器6002中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集用于被处理器6001所执行以实现本申请中实施例一至实施例二中提供的任一种确定矫治器颌面切割路径的方法，或者，实现本申请中实施例三至实施例四中提供的任一种矫治器颌面切割方法。
因此，本申请的电子设备600通过至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集执行实施例一中提供的任一种确定矫治器颌面切割路径的方法中相关的运算，以获得切割路径，或者，电子设备600通过至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集执行实施例二至实施例三中提供的任一种矫治器颌面切割方法中相关的运算。
在一些实施例中，电子设备600还可选包括有：外围设备接口6003和至少一个外围设备。处理器6001、存储器6002和外围设备接口6003之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口6003相连。具体地，外围设备包括：射频电路6004、触摸显示屏6005、摄像头6006、音频电路6007、定位组件6008和电源6009中的至少一种。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (16)

1.一种确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，包括步骤：
建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
根据所述咬合关系确定待去除咬合面，并根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点；
根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径。
2.如权利要求1所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，所述根据所述咬合关系确定待去除咬合面，具体是根据所述咬合关系确定牙颌模型中待去除咬合面；
所述根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体是根据所述咬合顶点确定所述牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
3.如权利要求1所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，还包括根据上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系获取矫治器模型的步骤，所述根据所述咬合关系确定待去除咬合面，具体是根据所述咬合关系确定矫治器模型中待去除咬合面；
所述根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体是根据所述咬合顶点确定所述矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
4.如权利要求2所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点，具体包括步骤：
将对颌牙齿模型上的顶点建立KD树；
基于所述KD树，搜索所述待去除咬合面所在牙颌模型中对应的牙齿上的各个顶点与所述对颌牙齿模型上的最近顶点；
计算最近的顶点对之间的距离；
将距离小于第一阈值的顶点作为所述咬合顶点。
5.如权利要求2所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，所述根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点，具体包括步骤：
计算所述待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上的各个顶点与对颌牙齿模型上的各个顶点之间的距离；
将距离小于第一阈值的顶点作为所述咬合顶点。
6.如权利要求4或5所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，所述牙颌模型为数字化三角面片牙颌模型，所述第一阈值范围在所述三角面片平均边长的负值与所述三角面片平均边长的正值之间。
7.如权利要求2所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，所述根据所述咬合顶点确定所述牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体包括步骤：
在待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上设置初始曲线；
基于水平集函数演化方程驱动所述初始曲线朝向所述待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
8.如权利要求7所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，所述基于水平集函数演化方程驱动所述初始曲线朝向所述待去除咬合面的期望的目标边界移动，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径，具体包括步骤：
计算待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上所有顶点距离当前曲线的测地距离值，其中，当前曲线包含咬合顶点一侧的顶点测地距离值为负值，而另一侧顶点测地距离值为正值；
采用测地曲率流获得水平集函数演化方程，并基于当前曲线的测地距离值获得下一曲线位置；
判断演化前后的曲线的曲率变化是否在预设范围内，若否，迭代演化，直至演化后的曲线移至所述待去除咬合面的期望的目标边界；
利用零水平集表示移至所述待去除咬合面的期望的目标边界的曲线位置，以获得待去除咬合面切割边缘的切割路径。
9.如权利要求8所述确定矫治器颌面切割路径的方法，其特征在于，所述采用测地曲率流获得水平集函数演化方程，并基于当前曲线的测地距离值获得下一曲线位置的具体过程为：
其中，φ(tn+1)为下一曲线位置，φ(tn)为前一曲线位置，Δt为移动步长，g为待去除咬合面所在牙颌模型中所对应的牙齿模型上所有顶点距离所述咬合顶点的测地距离值。
10.一种矫治器颌面切割方法，其特征在于，包括步骤：
根据权利要求1-9任一项所述的矫治器颌面切割路径的确定方法确定所述矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径；
依据所述切割路径对矫治器的待去除咬合面进行切割。
11.一种矫治器颌面切割路径的确定装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系；
获取模块，用于根据所述咬合关系确定待去除咬合面，并根据所述咬合关系获得所述待去除咬合面所包含的咬合顶点；
确定模块，用于根据所述咬合顶点确定所述待去除咬合面切割边缘的切割路径。
12.如权利要求11所述的确定装置，其特征在于，所述获取模块用于根据所述咬合关系确定牙颌模型中待去除咬合面；
所述确定模块用于根据所述咬合顶点确定所述牙颌模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
13.如权利要求11所述的确定装置，其特征在于，所述获取模块用于根据上牙颌模型和下牙颌模型的咬合关系获取矫治器模型，及还用于根据所述咬合关系确定矫治器模型中待去除咬合面；
所述确定模块用于根据所述咬合顶点确定所述矫治器模型中待去除咬合面切割边缘的切割路径。
14.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至9中任一项所述的确定矫治器颌面切割路径的方法。
15.一种矫治器颌面切割装置，其特征在于，包括：
切割路径确定模块，用于根据权利要求1-9任一项所述的矫治器颌面切割路径的确定方法确定所述矫治器中待去除咬合面切割边缘的切割路径；
切割模块，用于依据所述切割路径对矫治器的待去除咬合面进行切割。
16.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求10所述的矫治器颌面切割方法。
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