CN111281579A - 联动排牙方法及装置、电子设备、计算机存储介质 - Google Patents

联动排牙方法及装置、电子设备、计算机存储介质 Download PDF

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CN111281579A CN202010140715.2A CN202010140715A CN111281579A CN 111281579 A CN111281579 A CN 111281579A CN 202010140715 A CN202010140715 A CN 202010140715A CN 111281579 A CN111281579 A CN 111281579A
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Abstract

本发明提供联动排牙方法及装置、壳状牙齿矫治器的设计方法、制造壳状牙齿矫治器的方法、电子设备、计算机存储介质，联动排牙方法包括：获取所有牙齿的初始位置；获取所有相邻数字化牙齿之间的预设间隙值；选择一颗牙齿并控制调整该牙齿；计算每颗牙齿的移动调整量，并据此移动至少一颗非被控制调整的牙齿；判断移动后的所有相邻牙齿之间的当前间隙值是否全部达到预设间隙值；如果否，则再次计算每颗牙齿的移动调整量并进行联动调整。调整一颗或多颗牙齿，周围牙齿会发生联动移动，由此可以提高医生在设计牙齿矫治方案时的工作效率。

Description

联动排牙方法及装置、电子设备、计算机存储介质
技术领域
本发明涉及医疗器械的技术领域，尤其涉及联动排牙方法及装置、壳状牙齿矫治器的设计方法、制造壳状牙齿矫治器的方法、电子设备、计算机存储介质。
背景技术
使用隐形牙齿矫治器对牙齿进行矫治越来越被患者所接受，因为其美观、舒适且方便患者自行摘戴，隐形牙齿矫治器是根据患者的口内情况进行虚拟矫治方案的设计，再根据虚拟矫治方案制备能够使牙齿从第一布局重新定位至第二布局的隐形牙齿矫治器，所制备的隐形牙齿矫治器为一系列逐渐调整牙齿布局的高分子壳状器械，当患者佩戴隐形牙齿矫治器时能够使患者的牙齿进行重新的布局，逐渐变化至目标矫治位置。
目前牙齿调整时都是将单颗牙齿作为独立单元进行利用，由于单颗牙齿移动可能导致其与周围牙齿的碰撞，导致周围牙齿或者更远的牙齿发生移动，因此现有技术下医生调整牙齿效率低，往往在调整完单颗牙齿后还需要对其他牙齿进行后续调整。
发明内容
本发明的目的在于本发明提供联动排牙方法及装置、壳状牙齿矫治器的设计方法、制造壳状牙齿矫治器的方法、电子设备、计算机存储介质，解决现有技术下医生调整牙齿效率低，往往在调整完单颗牙齿后还需要对其他牙齿进行后续调整的问题，提高医生在设计牙齿矫治方案时的工作效率。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种联动排牙方法，包括：
步骤S1，获取数字化牙颌模型中所有数字化牙齿的初始位置信息；
步骤S2，根据所述所有数字化牙齿的初始位置信息获取所述数字化牙颌模型所处目标相对位置条件下所有相邻数字化牙齿之间的预设间隙值；
步骤S3，在所述数字化牙颌模型上选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿；
步骤S4，根据所有相邻数字化牙齿之间的所述预设间隙值以及当前所有相邻数字化牙齿间的相对位置计算每颗数字化牙齿的移动调整量，并根据每颗数字化牙齿的移动调整量移动至少一颗非被控制调整的数字化牙齿；
步骤S5，判断移动后的所有相邻数字化牙齿之间的当前间隙值是否全部达到所述预设间隙值；如果否，则执行步骤S4；如果是，则结束排牙。
这样，首先选定一颗或多颗牙齿进行调整，然后按照预设的牙齿间隙值计算所有牙齿的调整量，据此调整周围牙齿和其他部位的牙齿，实现多颗牙齿的联动调整；在对多颗牙齿进行初步调整后，计算所有相邻牙齿的当前间隙值是否达到相应的预设间隙值，如果没有则继续调整周围牙齿和其他部位的牙齿，迭代这两个步骤直到所有相邻牙齿在碰撞检测后满足其预设间隙值。调整一颗或多颗牙齿，周围牙齿会发生联动移动，由此可以提高医生在设计牙齿矫治方案时的工作效率。
可选地，所述步骤S5包括：
对所述数字化牙颌模型中任意两个相邻数字化牙齿，将所述两个相邻数字化牙齿记为第一数字化牙齿、第二数字化牙齿，并对所述第一数字化牙齿的重心和所述第二数字化牙齿的重心进行连线；
设置与所述连线相垂直的垂直面以及与所述连线相平行的多条直线，且所述垂直面位于所述连线的中心靠近所述第一数字化牙齿的中心的一侧；
对所述多条直线中每条直线，将所述直线与所述第一数字化牙齿靠近所述第二数字化牙齿一侧表面的交点记为出射点，将所述直线与所述第二数字化牙齿靠近所述第一数字化牙齿一侧表面的交点记为入射点，计算所述入射点和所述出射点到所述垂直面的距离之差，作为与所述直线相应的间隙；
查找与所述直线相应的间隙的最小值，并将所述最小值作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值；
判断所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值是否达到所述预设间隙值；如果否，则执行步骤S4；如果是，则结束排牙。
这样，根据基于图像空间的方法，利用垂直于相邻牙齿重心连线的平面以及垂直于平面的直线，对整个牙颌中的所有相邻牙齿对进行碰撞检测，首先对相邻牙齿分别进行深度图的渲染，计算直线在两颗牙齿之间的间隙，将间隙的最小值作为两科牙齿之间的当前间隙值，将当前间隙值与预设间隙值进行比对，判断是否满足结束排牙的条件。
可选地，所述垂直面是经过所述第一数字化牙齿的中心的所述第一数字化牙齿的截面；所述直线与所述垂直面相交。
这样，将垂直面限定为通过第一数字化牙齿中心的平面，保证直线与两颗牙齿表面相交所形成的入射点、出射点在垂直面的同一侧，计算过程中可以将入射点、出射点到垂直面的距离直接求差，而不需要考虑两个距离的正负符号，由此可以简化计算步骤，提升排牙效率。
可选地，将与所述最小值相应的所述出射点、所述入射点作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿的碰撞点。
在两颗牙齿的中心连线方向进行深度渲染，可以得到射线在第一颗牙出射时的深度以及在第二颗牙入射时的深度，将深度差值最小的出射点和入射点作为相邻牙齿间的碰撞点。
可选地，所述步骤S4中每颗数字化牙齿的移动调整量的计算方法包括：
将所述数字化牙颌模型上的各颗数字化牙齿记为T1、T2、T3、…、Tn；将T1、T2的碰撞点记为
Figure BDA0002398982540000031
将T2、T3的碰撞点记为
Figure BDA0002398982540000032
将、Tn-1、Tn的碰撞点记为
Figure BDA0002398982540000041
将T1、T2的的所述预设间隙值记为g1,2，T2、T3的所述预设间隙值记为g2,3，…，将Tn-1、Tn、的所述预设间隙值记为gn-1,n；将T1、T2、T3、…、Tn的当前所处位置与所述预设间隙值之间的移动调整量记为p1、p2、p3、…、pn-1、pn；设定中间变量Δ1,2、Δ2,3、…、Δn-1,n；
Figure BDA0002398982540000042
Figure BDA0002398982540000043
Figure BDA0002398982540000044
则有：
Figure BDA0002398982540000045
Figure BDA0002398982540000046
Figure BDA0002398982540000047
Figure BDA0002398982540000048
Figure BDA0002398982540000049
这样，利用每一步迭代计算得到的牙齿移动量，使得牙齿在当前迭代步骤下的移动后位置满足相邻牙齿之间的预设间隙值。
可选地，所述步骤S3包括：
计算所述数字化牙颌模型中多个所述数字化牙齿的重心位置，拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成数字化牙颌模型平面；
建立数字化牙颌模型的坐标系，记为O-XYZ坐标系，其中以所有牙齿的重心位置的均值为原点O，以所述数字化牙颌模型平面的法向为Z轴，以沿牙弓方向为Y轴，以垂直于Z轴和Y轴的方向为X轴；
利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz；
利用所述数字化牙齿的坐标系o-xyz选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
这样，计算每个牙齿的重心位置，将所有牙齿的重心拟合形成牙颌平面，在此基础上建立牙颌坐标系。每颗牙齿有其自身坐标系，而牙颌坐标系是一个统一的坐标系，通过这个统一的坐标系可以求出相邻牙齿之间的碰撞点。
可选地，所述利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz，包括：
在所述数字化牙齿的坐标系o-xyz中，以所述数字化牙齿的重心位置为原点o，以所述数字化牙颌模型平面的法向为z轴；
拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成曲线，且所述曲线经过每个所述数字化牙齿的重心位置，将所述曲线投影到所述数字化牙颌模型平面，以所述数字化牙齿的重心位置的投影在所述曲线的投影的切向和法向为所述数字化牙齿的坐标系的x轴和y轴。
这样，对每个牙齿建立坐标系，每个坐标系的原点为每个牙齿的重心位置，坐标系的z轴为牙颌平面的法向，坐标系的x轴和y轴分别为牙齿重心在牙颌平面上投影点的切向和法向。
第二方面，本发明提供了一种联动排牙装置，包括：
初始模块，用于获取数字化牙颌模型中所有数字化牙齿的初始位置信息；
间隙值获取模块，用于根据所述所有数字化牙齿的初始位置信息获取所述数字化牙颌模型所处目标相对位置条件下所有相邻数字化牙齿之间的预设间隙值；
控制调整模块，用于在所述数字化牙颌模型上选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿；
移动调整模块，用于根据所有相邻数字化牙齿之间的所述预设间隙值以及当前所有相邻数字化牙齿间的相对位置计算每颗数字化牙齿的移动调整量，并根据每颗数字化牙齿的移动调整量移动至少一颗非被控制调整的数字化牙齿；
迭代模块，用于判断移动后的所有相邻数字化牙齿之间的当前间隙值是否全部达到预设间隙值；如果否，则调动移动调整模块；如果是，则结束排牙。
可选地，所述迭代模块包括：
连线单元，用于对所述数字化牙颌模型中任意两个相邻数字化牙齿，将所述两个相邻数字化牙齿记为第一数字化牙齿、第二数字化牙齿，并对所述第一数字化牙齿的重心和所述第二数字化牙齿的重心进行连线；
设置单元，用于设置与所述连线相垂直的垂直面以及与所述连线相平行的多条直线，且所述垂直面位于所述连线的中心靠近所述第一数字化牙齿的中心的一侧；
计算单元，用于对所述多条直线中每条直线，将所述直线与第一数字化牙齿靠近所述第二数字化牙齿一侧表面的交点记为出射点，将所述直线与所述第二数字化牙齿靠近所述第一数字化牙齿一侧表面的交点记为入射点，计算所述入射点和所述出射点到所述垂直面的距离之差，作为与所述直线相应的间隙；
查找单元，用于查找与所述直线相应的间隙的最小值，并将所述最小值作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值；
迭代单元，用于判断所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值是否达到所述预设间隙值；如果否，则调用移动调整模块；如果是，则结束排牙。
可选地，所述垂直面是经过所述第一数字化牙齿的中心的所述第一数字化牙齿的截面；所述直线与所述垂直面相交。
可选地，所述计算单元将与所述最小值相应的所述出射点、所述入射点作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿的碰撞点。
可选地，所述控制调整模块包括：
拟合单元，用于计算所述数字化牙颌模型中多个所述数字化牙齿的重心位置，拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成数字化牙颌模型平面；
牙颌坐标系建立单元，用于建立数字化牙颌模型的坐标系，记为O-XYZ坐标系，其中以所有牙齿的重心位置的均为原点O，以所述数字化牙颌模型平面的法向为Z轴，以沿牙弓方向为Y轴，以垂直于Z轴和Y轴的方向为X轴；
牙齿坐标系建立单元，用于利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz；
控制调整单元，用于利用所述数字化牙齿的坐标系o-xyz选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
可选地，所述牙齿坐标系建立单元包括：
初始子单元，用于在所述数字化牙齿的坐标系o-xyz中，以所述数字化牙齿的重心位置为原点o，以所述数字化牙颌模型平面的法向为z轴；
拟合子单元，用于拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成曲线，且所述曲线经过每个所述数字化牙齿的重心位置，将所述曲线投影到所述数字化牙颌模型平面，以所述数字化牙齿的重心位置的投影在所述曲线的投影的切向和法向为所述数字化牙齿的坐标系的x轴和y轴。
第三方面，本发明提供了一种壳状牙齿矫治器的设计方法，包括联动排牙步骤，所述联动排牙步骤为根据上述所述的联动排牙方法。
第四方面，本发明提供了一种制造壳状牙齿矫治器的方法，包括：
根据上述所述的壳状牙齿矫治器的设计方法设计壳状牙齿矫治器；采用3D打印或热压膜方法制造所述壳状牙齿矫治器。
第五方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器存储的计算机指令，使得所述电子设备执行上述任一项联动排牙方法。
第六方面，本发明提供了一种计算机存储介质，包括计算机指令，当所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行上述任一项联动排牙方法。
本发明提供联动排牙方法及装置、一种壳状牙齿矫治器的设计方法、一种制造壳状牙齿矫治器的方法、电子设备、计算机存储介质，能够带来以下至少一种有益效果：
本发明提先选定一颗或多颗牙齿进行调整，然后按照预设的牙齿间隙值计算所有牙齿的调整量，据此调整周围牙齿和其他部位的牙齿，实现多颗牙齿的联动调整；在对多颗牙齿进行初步调整后，计算所有相邻牙齿的当前间隙值是否达到相应的预设间隙值，如果没有则继续调整周围牙齿和其他部位的牙齿，迭代这两个步骤直到所有相邻牙齿在碰撞检测后满足其预设间隙值。调整一颗或多颗牙齿，周围牙齿会发生联动移动，由此可以提高医生在设计牙齿矫治方案时的工作效率。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是第一实施例提供的一种联动排牙方法的流程示意图；
图2是图1中步骤S3的一种流程示意图；
图3是图2中步骤S33的一种流程示意图；
图4是图1中步骤S5的一种流程示意图；
图5是第二实施例提供的一种联动排牙装置200的结构示意图；
图6是图5中控制调整模块230的一种结构示意图；
图7是图6中牙齿坐标系建立单元233的一种结构示意图；
图8是图5中迭代模块250的一种结构示意图；
图9是数字化牙颌模型的坐标系O-XYZ与数字化牙齿的坐标系o-xyz的示意图；
图10是相互平行的多条直线与发生碰撞的两颗相邻数字化牙齿T1、T2相交的示意图；
图11a是口腔内部数字化牙齿的初始位置示意图；
图11b是口腔内部数字化牙齿一次调整后的位置示意图；
图11c是口腔内部数字化牙齿二次调整后的位置示意图；
图11d是口腔内部数字化牙齿的目标位置示意图。
图中：200、联动排牙装置；210、初始模块；220、间隙值获取模块；230、控制调整模块；231、拟合单元；232、牙颌坐标系建立单元；233、牙齿坐标系建立单元；233a、初始子单元；233b、拟合子单元；234、控制调整单元；240、移动调整模块；250、迭代模块；251、连线单元；252、设置单元；253、计算单元；254、查找单元；255、迭代单元。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
参见图1，第一实施例提供了一种联动排牙方法，包括步骤S1～S5。
本实施例中的联动排牙方法可以用来设计牙科器械，首先通过设计数字化牙科器械模型，并进一步的根据数字化牙科器械模型设计牙科器械并制造。
步骤S1，获取数字化牙颌模型中所有数字化牙齿的初始位置信息。
通过口内扫描等方式获取患者口腔内所有牙齿在初始时刻的位置信息，由此进一步计算出初始时刻相邻牙齿之间的当前间隙值。
步骤S2，根据所有所述数字化牙齿的初始位置信息获取所述数字化牙颌模型所处目标相对位置条件下所有相邻数字化牙齿之间的预设间隙值。
根据牙齿间隙的不同，以及结合口腔内牙列的状态信息，患者的意愿，进行针对性的为患者制定个性化矫治方案，并形成目标矫治方案，因此目标相对位置条件是预先设定的，在实际矫治过程中，根据矫治状态的效果不同，可以根据患者需求和医生建议进行适应性的调整方案。当然最主要的还是要结合个人口腔牙列信息，进行生物力学分析等，才能确定各个不同阶段的矫治目标信息，目标矫治信息包括牙列移动的预设间隙值，每个矫治阶段其间隙值也不尽相同，其主要符合个人生物承受能力，以及医学数据信息，也即用于设计符合实际应用需求的牙科器械。
步骤S3，在所述数字化牙颌模型上选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
该步骤用于选定所需调整的牙齿，并控制调整所选定的牙齿。医生根据患者的矫治需求调整牙齿的位置，调整方式包括平移和/或旋转，调整牙齿的数量也可以是单颗调整或者多颗整体调整，在本实施例中单颗调整和多颗调整是一样的技术方案。无论是平移还是旋转都是基于初始的牙列状态，将初始牙齿调整至目标牙齿状态，根据目标牙齿状态与初始牙齿的状态之间的差值设定矫治步骤，设定每一步骤调整的角度和/或位移。
参见图2，在进行牙齿调整过程中，需要建立一个基准环境界面，在本发明中通过建立一坐标系，针对口腔的牙列，以及各个牙列映射在拟定的相对的坐标系中，具体的包括以下：
所述步骤S3可以包括步骤S31～S34。
步骤S31，计算所述数字化牙颌模型中多个所述数字化牙齿的重心位置，拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成数字化牙颌模型平面。
数字化牙齿的重心位置的获取过程可以包括：
将数字化牙齿模型的顶点集合记为{Vi}，则数字化牙齿的重心位置为，其中n是数字化牙齿顶点个数。
步骤S32，建立数字化牙颌模型的坐标系，记为O-XYZ坐标系，其中以所有牙齿的重心位置的均值为原点O，以所述数字化牙颌模型平面的法向为Z轴，以沿牙弓方向为Y轴，以垂直于Z轴和Y轴的方向为X轴，O-XYZ坐标系如图9所示。
该步骤利用数字化牙颌模型平面建立数字化牙颌模型的坐标系。
步骤S33，利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz，如图9所示。
该步骤利用数字化牙颌模型平面建立数字化牙齿的坐标系。
步骤S34，利用所述数字化牙齿的坐标系o-xyz选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
这样，计算每个牙齿的重心位置，将所有牙齿的重心拟合形成牙颌平面，在此基础上建立牙颌坐标系。每颗牙齿建立其自身坐标系，而牙颌坐标系是一个统一的坐标系，通过这个统一的坐标系可以求出相邻牙齿之间的碰撞点。
参见图3，所述步骤S33可以包括步骤S331～S332。
步骤S331，在每个所述数字化牙齿的坐标系o-xyz中，以所述数字化牙齿的重心位置为原点o，以所述数字化牙颌模型平面的法向为z轴。
步骤S332，拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成曲线，且所述曲线经过每个所述数字化牙齿的重心位置，将所述曲线投影到所述数字化牙颌模型平面，以所述数字化牙齿的重心位置的投影在所述曲线的投影的切向和法向为所述数字化牙齿的坐标系的x轴和y轴。
根据人体口内结构，牙齿重心位置连线可以构成一条曲线。这样，对每个牙齿建立坐标系，每个坐标系的原点为每个牙齿的重心位置，坐标系的z轴为牙颌平面的法向，坐标系的x轴和y轴分别为牙齿重心在牙颌平面上投影点的切向和法向。
步骤S4，根据所有相邻数字化牙齿之间的所述预设间隙值以及当前所有相邻数字化牙齿间的相对位置计算每颗数字化牙齿的移动调整量，并根据每颗数字化牙齿的移动调整量移动至少一颗非被控制调整的数字化牙齿。
在步骤S3中选择被控牙齿后进行调整，在调整过程中非被控牙齿会自主的发生联动，因此需要获取相邻数字化牙齿的相对位置信息，也即为前所有相邻数字化牙齿间的相对位置，计算与预设间隙之间的变化，是否达到对应的调整量，根据该调整量进一步可将其设置为下一周期被控牙齿，进行迭代运算；具体每颗数字化牙齿的移动调整量的计算方法可以包括如下步骤：
将所述数字化牙颌模型上的各颗数字化牙齿记为T1、T2、T3、…、Tn；将T1、T2的碰撞点记为
Figure BDA0002398982540000121
将T2、T3的碰撞点记为
Figure BDA0002398982540000122
将、Tn-1、Tn的碰撞点记为
Figure BDA0002398982540000123
将T1、T2的的所述预设间隙值记为g1,2，T2、T3的所述预设间隙值记为g2,3，…，将Tn-1、Tn、的所述预设间隙值记为gn-1,n；将T1、T2、T3、…、Tn的当前所处位置与所述预设间隙值之间的移动调整量记为p1、p2、p3、…、pn-1、pn；设定中间变量Δ1,2、Δ2,3、…、Δn-1,n；
Figure BDA0002398982540000124
Figure BDA0002398982540000131
Figure BDA0002398982540000132
则有：
Figure BDA0002398982540000133
Figure BDA0002398982540000134
Figure BDA0002398982540000135
Figure BDA0002398982540000136
Figure BDA0002398982540000137
这样，利用每一步迭代计算得到的牙齿移动量，使得牙齿在当前迭代步骤下的移动后位置满足相邻牙齿之间的预设间隙值。
步骤S5，判断移动后的所有相邻数字化牙齿之间的当前间隙值是否全部达到所述预设间隙值；如果否，则执行步骤S4；如果是，则结束排牙。
参见图4，所述步骤S5可以包括步骤S51～S55。
步骤S51，对所述数字化牙颌模型中任意两个相邻数字化牙齿，将所述两个相邻数字化牙齿记为第一数字化牙齿、第二数字化牙齿，并对所述第一数字化牙齿的重心和所述第二数字化牙齿的重心进行连线。
步骤S52，设置与所述连线相垂直的垂直面以及与所述连线相平行的多条直线，且所述垂直面位于所述连线的中心靠近所述第一数字化牙齿的中心的一侧。
在一种优选的情况，所述垂直面可以是经过所述第一数字化牙齿的中心的所述第一数字化牙齿的截面；所述直线与所述垂直面相交。这样，将垂直面限定为通过第一数字化牙齿中心的平面，保证直线与两颗牙齿表面相交所形成的入射点、出射点在垂直面的同一侧，计算过程中可以将入射点、出射点到垂直面的距离直接求差，而不需要考虑两个距离的正负符号，由此可以简化计算步骤，提升排牙效率。进一步优选地，所述多条直线可以是自垂直面发出的射线。
步骤S53，对所述多条直线中每条直线，将所述直线与所述第一数字化牙齿靠近所述第二数字化牙齿一侧表面的交点记为出射点，将所述直线与所述第二数字化牙齿靠近所述第一数字化牙齿一侧表面的交点记为入射点，计算所述入射点和所述出射点到所述垂直面的距离之差，作为与所述直线相应的间隙。
参见图10中的T1、T2记为两颗相邻的数字化牙齿，第一条直线与T1靠近T2的一侧、T2靠近T1的一侧的交点分别记为T11、T21，第一条直线的出射点、入射点分别为T11、T12；第二条直线与T1靠近T2的一侧、T2靠近T1的一侧的交点分别记为T12、T22，第二条直线的出射点、入射点分别为T12、T22；以此类推，第N条直线与T1靠近T2的一侧、T2靠近T1的一侧的交点分别记为T1N、T2N，第N条直线的出射点、入射点分别为T1N、T2N，其中N是正整数。根据出射点和入射点求取其相应的当前间隙值。
在一些实施例中，步骤S53还可以包括：将与所述最小值相应的所述出射点、所述入射点作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿的碰撞点。在两颗牙齿的中心连线方向进行深度渲染，可以得到射线在第一颗牙出射时的深度以及在第二颗牙入射时的深度，将深度差值最小的出射点和入射点作为相邻牙齿间的碰撞点，可以用于牙齿之间的碰撞检测。
步骤S54，查找与所述直线相应的间隙的最小值，并将所述最小值作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值。
步骤S55，判断所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值是否达到所述预设间隙值；如果否，则执行步骤S4；如果是，则结束排牙。
这样，根据基于图像空间的方法，利用垂直于相邻牙齿重心连线的平面以及垂直于平面的直线，对整个牙颌中的所有相邻牙齿对进行碰撞检测，首先对相邻牙齿分别进行深度图的渲染，计算直线在两颗牙齿之间的间隙，将间隙的最小值作为两科牙齿之间的当前间隙值，将当前间隙值与预设间隙值进行比对，判断是否满足结束排牙的条件。
参见图11a～图11d，第一实施例所提供的方法中，联动排牙过程的初始阶段数字化牙齿的初始位置如图11a所示，选定一颗或多颗牙齿进行调整，一次调整后如图11b所示，然后按照上述实施例中计算方法计算所有牙齿的调整量，据此调整周围牙齿和其他部位的牙齿，二次调整后如图11c所示，实现多颗牙齿的联动调整；在对多颗牙齿进行初步调整后，计算所有相邻牙齿的当前间隙值是否达到相应的预设间隙值，如果没有则继续调整周围牙齿和其他部位的牙齿，迭代这两个步骤直到所有相邻牙齿在碰撞检测后满足其预设间隙值，口腔内部数字化牙齿的目标位置状态如图11d所示。调整一颗或多颗牙齿，周围牙齿会发生联动移动，由此可以提高医生在设计牙齿矫治方案时的工作效率。
参见图5，第二实施例提供了一种联动排牙装置200，包括初始模块210、间隙值获取模块220、控制调整模块230、移动调整模块240、迭代模块250，初始模块210与间隙值获取模块220进行数据交互，间隙值获取模块220、控制调整模块230分别与移动调整模块240进行数据交互，移动调整模块240还与迭代模块250进行数据交互。
初始模块210用于获取数字化牙颌模型中所有数字化牙齿的初始位置信息。间隙值获取模块220用于根据所述所有数字化牙齿的初始位置信息获取所述数字化牙颌模型所处目标相对位置条件下所有相邻数字化牙齿之间的预设间隙值。控制调整模块230用于在所述数字化牙颌模型上选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
移动调整模块240用于根据所有相邻数字化牙齿之间的所述预设间隙值以及当前所有相邻数字化牙齿间的相对位置计算每颗数字化牙齿的移动调整量，并根据每颗数字化牙齿的移动调整量移动至少一颗非被控制调整的数字化牙齿。迭代模块250用于判断移动后的所有相邻数字化牙齿之间的当前间隙值是否全部达到所述预设间隙值；如果否，则调动移动调整模块240；如果是，则结束排牙。
参见图6，所述控制调整模块230可以包括拟合单元231、牙颌坐标系建立单元232、牙齿坐标系建立单元233、控制调整单元234，拟合单元231分别与牙颌坐标系建立单元232、牙齿坐标系建立单元233进行数据交互，牙齿坐标系建立单元233还与控制调整单元234进行数据交互。
拟合单元231用于计算所述数字化牙颌模型中多个所述数字化牙齿的重心位置，拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成数字化牙颌模型平面。牙颌坐标系建立单元232用于建立数字化牙颌模型的坐标系，记为O-XYZ坐标系，其中以所有牙齿的重心位置的均值为原点O，以所述数字化牙颌模型平面的法向为Z轴，以沿牙弓方向为Y轴，以垂直于Z轴和Y轴的方向为X轴。
牙齿坐标系建立单元233用于利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz。控制调整单元234用于利用所述数字化牙齿的坐标系o-xyz选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
参见图7，所述牙齿坐标系建立单元233可以包括初始子单元233a、拟合子单元233b，初始子单元233a与拟合子单元233b进行数据交互。
初始子单元233a用于在所述数字化牙齿的坐标系o-xyz中，以所述数字化牙齿的重心位置为原点o，以所述数字化牙颌模型平面的法向为z轴。拟合子单元233b用于拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成曲线，且所述曲线经过每个所述数字化牙齿的重心位置，将所述曲线投影到所述数字化牙颌模型平面，以所述数字化牙齿的重心位置的投影在所述曲线的投影的切向和法向为所述数字化牙齿的坐标系的x轴和y轴。
参见图8，所述迭代模块250可以包括连线单元251、设置单元252、计算单元253、查找单元254、迭代单元255，连线单元251与设置单元252进行数据交互，设置单元252还与计算单元253进行数据交互，计算单元253还与查找单元254进行数据交互，查找单元254还与迭代单元255进行数据交互。
连线单元251用于对所述数字化牙颌模型中任意两个相邻数字化牙齿，将所述两个相邻数字化牙齿记为第一数字化牙齿、第二数字化牙齿，并对所述第一数字化牙齿的重心和所述第二数字化牙齿的重心进行连线。设置单元252用于设置与所述连线相垂直的垂直面以及与所述连线相平行的多条直线，且所述垂直面位于所述连线的中心靠近所述第一数字化牙齿的中心的一侧。优选地，所述垂直面可以是经过所述第一数字化牙齿的中心的所述第一数字化牙齿的截面；所述直线与所述垂直面相交。
计算单元253用于对所述多条直线中每条直线，将所述直线与所述第一数字化牙齿靠近所述第二数字化牙齿一侧表面的交点记为出射点，将所述直线与所述第二数字化牙齿靠近所述第一数字化牙齿一侧表面的交点记为入射点，计算所述入射点和所述出射点到所述垂直面的距离之差，作为与所述直线相应的间隙。查找单元254用于查找与所述直线相应的间隙的最小值，并将所述最小值作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值。优选地，所述计算单元253可以将与所述最小值相应的所述出射点、所述入射点作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿的碰撞点。
迭代单元255用于判断所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值是否达到所述预设间隙值；如果否，则调用移动调整模块240；如果是，则结束排牙。
在本发明的第二实施执行实施例一中的实施方式，实现联动排牙的设计，在此不做赘述。
第三实施例提供了一种壳状牙齿矫治器的设计方法，包括联动排牙步骤，所述联动排牙步骤为根据上述联动排牙方法。
在本实施例中在进行设计壳状牙齿矫治器时，需要先设计数字化牙颌模型，科学合理的设计数字化牙颌模型是生产牙齿矫治器的基础，需要通过第一实施例的实施方式实现各个矫治阶段的排牙，排牙后才能制造壳状牙齿矫治器。在以此对第一实施例的实施方式不做赘述。
第四实施例提供了一种制造壳状牙齿矫治器的方法，包括：根据上述第三实施例的壳状牙齿矫治器的设计方法设计壳状牙齿矫治器；采用3D打印或热压膜方法制造所述壳状牙齿矫治器。
在第四实施例中是借以第三实施例的壳状牙齿矫治器的设计方法进行实施例，因此在此不做重复的赘述。
采用3D打印的方式制作数字化壳状牙齿矫治器模型，3D打印个性化程度高，适用于为不同患者量身定做不同的数字化壳状牙齿矫治器模型；或根据牙齿模型直接打印壳状牙齿矫治器，此种方式制造更加智能化，节省了热压膜工艺等，缩短了加工工时，生产效率进一步得到提高。
第五实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，处理器执行存储器存储的计算机指令，使得电子设备执行上述任一项联动排牙方法。
第六实施例提供了一种计算机存储介质，包括计算机指令，当计算机指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述任一项联动排牙方法。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个功能模块或单元单独物理存在，也可以两个或两个以上功能模块或单元集成在一个单元中。上述集成的功能模块或单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或单元的形式实现。
其中，本实施例提供的电子设备、计算机存储介质、计算机程序产品或芯片均用于执行上文所提供的对应的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的方法中的有益效果，此处不再赘述。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而已，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本发明专利保护范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利发明保护的范围之内。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种联动排牙方法，其特征在于，包括：
步骤S1，获取数字化牙颌模型中所有数字化牙齿的初始位置信息；
步骤S2，根据所有所述数字化牙齿的初始位置信息获取所述数字化牙颌模型所处目标相对位置条件下，所有相邻数字化牙齿之间的预设间隙值；
步骤S3，在所述数字化牙颌模型上选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿；
步骤S4，根据当前所有相邻数字化牙齿间的相对位置以及所有相邻数字化牙齿之间的所述预设间隙值计算每颗数字化牙齿的移动调整量，并根据每颗数字化牙齿的移动调整量移动至少一颗非被控制调整的数字化牙齿；
步骤S5，判断移动后的所有相邻数字化牙齿之间的当前间隙值是否全部达到所述预设间隙值；如果否，则执行步骤S4；如果是，则结束排牙。
2.根据权利要求1所述的联动排牙方法，其特征在于，所述步骤S5包括：对所述数字化牙颌模型中任意两个相邻数字化牙齿标记为第一数字化牙齿和第二数字化牙齿，并对所述第一数字化牙齿的重心和所述第二数字化牙齿的重心进行连线；
设置与所述连线相垂直的垂直面以及与所述连线相平行的多条直线，且所述垂直面位于所述连线的中心靠近所述第一数字化牙齿的中心的一侧；
对所述多条直线中每条直线，将所述直线与所述第一数字化牙齿靠近所述第二数字化牙齿一侧表面的交点记为出射点，将所述直线与所述第二数字化牙齿靠近所述第一数字化牙齿一侧表面的交点记为入射点，计算所述入射点和所述出射点到所述垂直面的距离之差，作为与所述直线相应的间隙；
查找与所述直线相应的间隙的最小值，并将所述最小值作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值；
判断所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值是否达到所述预设间隙值；如果否，则执行步骤S4；如果是，则结束排牙。
3.根据权利要求2所述的联动排牙方法，其特征在于，所述垂直面是经过所述第一数字化牙齿的中心的所述第一数字化牙齿的截面；所述直线与所述垂直面相交。
4.根据权利要求2所述的联动排牙方法，其特征在于，将与所述最小值相应的所述出射点、所述入射点作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿的碰撞点。
5.根据权利要求4所述的联动排牙方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤S4中每颗数字化牙齿的移动调整量的计算方法包括：
将所述数字化牙颌模型上的各颗数字化牙齿记为T1、T2、T3、…、Tn；将T1、T2的碰撞点记为
Figure FDA0002398982530000021
将T2、T3的碰撞点记为
Figure FDA0002398982530000022
将、Tn-1、Tn的碰撞点记为
Figure FDA0002398982530000023
将T1、T2的的所述预设间隙值记为g1,2，T2、T3的所述预设间隙值记为g2,3，…，将Tn-1、Tn、的所述预设间隙值记为gn-1,n；将T1、T2、T3、…、Tn的当前所处位置与所述预设间隙值之间的移动调整量记为p1、p2、p3、…、pn-1、pn；设定中间变量Δ1,2、Δ2,3、…、Δn-1,n；
Figure FDA0002398982530000024
Figure FDA0002398982530000025
Figure FDA0002398982530000026
则有：
Figure FDA0002398982530000027
Figure FDA0002398982530000031
Figure FDA0002398982530000032
Figure FDA0002398982530000033
Figure FDA0002398982530000034
6.根据权利要求1所述的联动排牙方法，其特征在于，所述步骤S3包括：计算所述数字化牙颌模型中多个所述数字化牙齿的重心位置，拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成数字化牙颌模型平面；
建立数字化牙颌模型的坐标系，记为O-XYZ坐标系，其中以所有牙齿的重心位置的均值为原点O，以所述数字化牙颌模型平面的法向为Z轴，以沿牙弓方向为Y轴，以垂直于Z轴和Y轴的方向为X轴；
利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz；
利用所述数字化牙齿的坐标系o-xyz选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
7.根据权利要求6所述的联动排牙方法，其特征在于，所述利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz，包括：
在所述数字化牙齿的坐标系o-xyz中，以所述数字化牙齿的重心位置为原点o，以所述数字化牙颌模型平面的法向为z轴；
拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成曲线，且所述曲线经过每个所述数字化牙齿的重心位置，将所述曲线投影到所述数字化牙颌模型平面，以所述数字化牙齿的重心位置的投影在所述曲线的投影的切向和法向为所述数字化牙齿的坐标系的x轴和y轴。
8.一种联动排牙装置，其特征在于，包括：
初始模块，用于获取数字化牙颌模型中所有数字化牙齿的初始位置信息；
间隙值获取模块，用于根据所述所有数字化牙齿的初始位置信息获取所述数字化牙颌模型所处目标相对位置条件下所有相邻数字化牙齿之间的预设间隙值；
控制调整模块，用于在所述数字化牙颌模型上选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿；
移动调整模块，用于根据所有相邻数字化牙齿之间的所述预设间隙值以及当前所有相邻数字化牙齿间的相对位置计算每颗数字化牙齿的移动调整量，并根据每颗数字化牙齿的移动调整量移动至少一颗非被控制调整的数字化牙齿；
迭代模块，用于判断移动后的所有相邻数字化牙齿之间的当前间隙值是否全部达到所述预设间隙值；如果否，则调动移动调整模块；如果是，则结束排牙。
9.根据权利要求8所述的联动排牙装置，其特征在于，所述迭代模块包括：连线单元，用于对所述数字化牙颌模型中任意两个相邻数字化牙齿，将所述两个相邻数字化牙齿记为第一数字化牙齿、第二数字化牙齿，并对所述第一数字化牙齿的重心和所述第二数字化牙齿的重心进行连线；
设置单元，用于设置与所述连线相垂直的垂直面以及与所述连线相平行的多条直线，且所述垂直面位于所述连线的中心靠近所述第一数字化牙齿的中心的一侧；
计算单元，用于对所述多条直线中每条直线，将所述直线与所述第一数字化牙齿靠近所述第二数字化牙齿一侧表面的交点记为出射点，将所述直线与所述第二数字化牙齿靠近所述第一数字化牙齿一侧表面的交点记为入射点，计算所述入射点和所述出射点到所述垂直面的距离之差，作为与所述直线相应的间隙；
查找单元，用于查找与所述直线相应的间隙的最小值，并将所述最小值作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值；
迭代单元，用于判断所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿之间的当前间隙值是否达到所述预设间隙值；如果否，则调用移动调整模块；如果是，则结束排牙。
10.根据权利要求9所述的联动排牙装置，其特征在于，所述垂直面是经过所述第一数字化牙齿的中心的所述第一数字化牙齿的截面；所述直线与所述垂直面相交。
11.根据权利要求9所述的联动排牙装置，其特征在于，所述计算单元将与所述最小值相应的所述出射点、所述入射点作为所述第一数字化牙齿和所述第二数字化牙齿的碰撞点。
12.根据权利要求8所述的联动排牙装置，其特征在于，所述控制调整模块包括：
拟合单元，用于计算所述数字化牙颌模型中多个所述数字化牙齿的重心位置，拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成数字化牙颌模型平面；
牙颌坐标系建立单元，用于建立数字化牙颌模型的坐标系，记为O-XYZ坐标系，其中以所有牙齿的重心位置的均值为原点O，以所述数字化牙颌模型平面的法向为Z轴，以沿牙弓方向为Y轴，以垂直于Z轴和Y轴的方向为X轴；
牙齿坐标系建立单元，用于利用所述数字化牙颌模型平面建立每个所述数字化牙齿的坐标系，记为o-xyz；
控制调整单元，用于利用所述数字化牙齿的坐标系o-xyz选择至少一颗数字化牙齿，并控制调整所选择的数字化牙齿。
13.根据权利要求12所述的联动排牙装置，其特征在于，所述牙齿坐标系建立单元包括：
初始子单元，用于在所述数字化牙齿的坐标系o-xyz中，以所述数字化牙齿的重心位置为原点o，以所述数字化牙颌模型平面的法向为z轴；
拟合子单元，用于拟合所述多个数字化牙齿的重心位置形成曲线，且所述曲线经过每个所述数字化牙齿的重心位置，将所述曲线投影到所述数字化牙颌模型平面，以所述数字化牙齿的重心位置的投影在所述曲线的投影的切向和法向为所述数字化牙齿的坐标系的x轴和y轴。
14.一种壳状牙齿矫治器的设计方法，其特征在于，包括联动排牙步骤，所述联动排牙步骤为根据所述权利要求1-7中任一项所述的联动排牙方法。
15.一种制造壳状牙齿矫治器的方法，其特征在于，包括：根据权利要求14所述的壳状牙齿矫治器的设计方法设计壳状牙齿矫治器；
采用3D打印或热压膜方法制造所述壳状牙齿矫治器。
16.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器存储的计算机指令，使得所述电子设备执行权利要求1至7任一项所述的联动排牙方法。
17.一种计算机存储介质，其特征在于，包括计算机指令，当所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行权利要求1至7任一项所述的联动排牙方法。
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