CN111291507B - 一种包含牙周膜的牙齿模型的建模、受力分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，包括如下步骤。步骤S110：分别获取牙齿、牙槽骨、牙周膜的几何模型，所述牙齿几何模型包括牙冠和牙根。步骤S120：选择牙齿、牙槽骨、牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中包含表征牙周膜力学特性的一个或多个待定参数；结合牙周膜的几何模型和本构模型建立牙周膜的有限元模型。步骤S130：用有限元方法模拟计算牙齿的移动量，采用牙齿移动测量装置采集牙齿的实际移动量，对比模拟计算的牙齿移动量与采集的牙齿实际移动量确定牙周膜本构模型中的所有待定参数，获得一个包含牙周膜在内的牙齿模型。上述方法能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜的几何特性和力学特性。

Description

一种包含牙周膜的牙齿模型的建模、受力分析方法及装置

技术领域

本发明涉及一种计算机图像处理及力学分析技术，特别是涉及利用计算机图像处理及力学分析技术建立牙齿模型，并基于所述牙齿模型进行受力分析的方法。

背景技术

牙周膜位于牙根与牙槽骨间的致密结缔组织，内含较粗的胶原纤维束，其一端埋人牙骨质，另一端伸入牙槽内，具有固定牙根和缓解咀嚼时所产生压力的作用。老年人的牙周膜常萎缩，引起牙松动或脱落。在牙齿矫治领域，需要对于患者的牙齿进行模型的模拟操作，之后再进行数字化虚拟矫治，生成矫治排齐方案。现有技术在此过程中，数字化虚拟矫治过程中使用的矫治模型，为牙齿模型和牙槽骨模型，其中牙齿模型可以包括虚拟牙根模型，也可以不包括虚拟牙根模型，但是，上述模型中均不包括牙周膜模型，由于牙周膜为软组织，其在牙齿移动的过程中变化较难模拟，因此目前的虚拟矫治过程中，只利用牙齿模型和牙槽骨模型进行矫治过程的模拟，上述方法与实际的牙齿移动过程存在偏差，如果模拟设计不当，容易对患者造成损害。

现有技术中涉及牙周膜的建模方法列举如下：2001年10月出版的《医学工程与物理》(Medical Engineering&Physics)第23卷第8期上刊登文章《人体牙周膜的弹性系数体内测量》(Invivo measurement of the elastic modulus of the human periodontalligament)，作者是Noriaki Yoshida等。2013年4月出版的《美国正畸和齿面矫形学杂志》(American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics)第143卷第4期上刊登文章《用于有限元建模的牙周膜等效力学参数预测》(Estimation of periodontalligament's equivalent mechanical parameters for finite element modeling)，作者为Zeyang Xia等。2014年5月出版的《生物力学杂志》第47卷第7期上刊登文章《一种用于正畸牙齿移动的牙周膜驱动重构算法》(A periodontal ligament driven remodelingalgorithm for orthodontic tooth movement)，作者为Junning Chen等。2015年出版的东南大学博士论文《正畸牙周膜生物力学特性数值建模与实验研究》，作者为黄辉祥。

以上文献中记载的牙周膜模型存在几个问题。第一，其数据来源一般是通过体外实验，或者动物实验获得，无法模拟人体内的真实环境。第二，其数据来源是标准牙齿模型的牙周膜，应用于不同患者的牙齿上，由于不同患者存在个体差异性，因此将标准牙齿模型的牙周膜模型应用于不同患者，此种方法预估的患者牙周膜特性存在误差。第三，牙周膜使用的本构模型比较简单，比如常见采用线弹性模型，无法模拟人体牙周膜各向异性、粘弹性、纤维束等复杂的性质。

因此，研究一种包含牙周膜在内的牙齿模型，模拟牙齿矫治受力变化分析，具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种包含牙周膜在内的牙齿模型，能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜特性，并基于所述牙齿模型进行牙齿矫治的模拟受力分析。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，包括如下步骤。步骤S110：分别获取牙齿、牙槽骨、牙周膜的几何模型，所述牙齿几何模型包括牙冠和牙根。步骤S120：选择牙齿、牙槽骨、牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中包含表征牙周膜力学特性的一个或多个待定参数；结合牙周膜的几何模型和本构模型建立牙周膜的有限元模型。步骤S130：用有限元方法模拟计算牙齿的移动量，采用牙齿移动测量装置采集牙齿的实际移动量，对比模拟计算的牙齿移动量与采集的牙齿实际移动量确定牙周膜本构模型中的所有待定参数，获得一个包含牙周膜在内的牙齿模型。

上述方法用来建立一个包含牙周膜在内的牙齿模型，能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜的几何特性和力学特性。

进一步地，所述步骤S110中，通过CBCT数据分别获得牙齿和牙槽骨的三维几何模型。这是获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型的第一种方式。

进一步地，所述步骤S110中，通过齿科全景影像分别获得一个方向上牙齿和牙槽骨的投影，转化为牙齿和牙槽骨的三维几何模型。这是获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型的第二种方式。

进一步地，所述步骤S110中，根据牙冠模型从历史数据库中选择最匹配的牙根和牙槽骨的三维几何模型。这是获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型的第三种方式。

进一步地，所述步骤S110中，先获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型，通过牙根在牙槽骨以下的表面向外延伸的方式建立牙周膜的几何模型。这是建立牙周膜的几何模型的一种方式。

进一步地，所述步骤S110中，从牙根在牙槽骨以下的表面向外延伸模拟形成牙周膜时，牙周膜的厚度采用统计数据方法、或通过牙槽骨向牙根方向延伸求差的方法获取。这是建立牙周膜的几何模型时，向外延伸的两种具体实现方式。

进一步地，所述步骤S110中，牙周膜几何模型为三角形网格的面模型、或四面体网格的体模型。这是采用计算机图形处理技术建立牙周膜几何模型的常见形式。

进一步地，所述步骤S120中，牙齿和牙槽骨的本构模型将牙齿和牙槽骨作为刚体。这是指一颗牙齿上所有的点按照一致的方式移动，单颗牙齿本身不会发生形变。

进一步地，所述步骤S120中，牙周膜本构模型采用V-W超弹性模型、Yeoh超弹性模型、粘弹性模型、线弹性模型中的任一种。这些都是现有的牙周膜本构模型，本发明可选择其中任意一种。

进一步地，所述步骤S120中，采用线弹性模型时，牙周膜本构模型中的表征牙周膜力学特性的待定参数包括杨氏模量和泊松比。这是一种特定的牙周膜本构模型所包含的表征牙周膜力学特性的参数。

进一步地，所述步骤S130中，所述有限元方法包括直接迭代法、Newton-Raphson方法、修正的Newton-Raphson方法、欧拉增量法或Newton-Raphson增量法的任一种。这些都是现有的有限元方法(Finiteelement method，FEM)，本发明可选择其中任意一种。

进一步地，所述牙齿移动测量装置为弹簧测试装置，其中利用弹簧连接相邻两颗牙齿，测量弹簧力并换算成牙齿间的作用力，采集牙齿在所述作用力下的移动情况。这是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例一。

进一步地，所述弹簧的每一端均通过万向锁连接一个刚性结构，所述刚性结构再刚性连接一颗牙齿。这是弹簧连接牙齿的一种具体实现方式。

进一步地，所述万向锁加装有平衡杆。这是一种优选的实现方式。

进一步地，所述牙齿移动测量装置还包括标记测试装置，所述标记测试装置在牙齿的牙冠表面增加标记点。这是牙齿移动测量装置的实施例一的基础上的可选方案。

进一步地，所述牙齿移动测量装置为标记拍摄测试装置，其中在牙齿的牙冠表面设置标记点，相邻牙齿的牙冠上的标记点分组配对。带上矫治器之前拍摄牙齿照片，计算每一对标记点之间的距离。带上矫治器达到平衡态且牙槽骨重建之前拍摄牙齿照片，计算每一对标记点之间的距离，获得牙齿的移动情况。这是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例二。

进一步地，计算照片中每一对标记点之间的距离；或者将牙冠的三维模型投影到照片上，确定标记点在牙冠的三维模型上的坐标，再计算牙冠的三维模型中每一对标记点之间的距离。这是一种优选的实现方式。

进一步地，所述牙齿移动测量装置为拍摄测试装置，其中在带上矫治器之前拍摄牙齿照片，带上矫治器达到每一个暂稳态后拍摄牙齿照片，获得牙齿的移动情况。这是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例三。

进一步地，所述拍摄牙齿照片由相机实现、或者口内扫描仪获取牙齿图像。这是两种可选的具体实现方式。

本发明还提供了一种利用所建立的包含牙周膜的牙齿模型模拟牙齿受力分析的方法，通过所述包含牙周膜的牙齿模型获得每颗牙齿的受力分布，模拟受力后的牙齿移动量。

上述方法利用所建立的包含牙周膜在内的牙齿模型进行模拟受力分析，可用于牙齿矫治的模拟与预测。

本发明还提供了一种包含牙周膜的牙齿模型的建模装置，包括如下单元。几何模型获取单元，用来分别获取牙齿、牙槽骨、牙周膜几何模型，所述牙齿几何模型包括牙冠和牙根。本构模型选择单元，用来选择牙齿、牙槽骨、牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中包含表征牙周膜力学特性的一个或多个待定参数；所述本构模型选择单元还用来结合牙周膜的几何模型和本构模型建立牙周膜的有限元模型。待定参数运算单元，用来采用有限元方法模拟计算牙齿的移动量，采用牙齿移动测量装置采集牙齿的实际移动量，对比模拟计算的牙齿移动量与采集的牙齿实际移动量确定牙周膜本构模型中的所有待定参数，获得一个包含牙周膜在内的牙齿模型。

上述装置用来建立一个包含牙周膜在内的牙齿模型，能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜的几何特性和力学特性。

进一步地，所述建模装置还包括模拟预测单元，用来利用所述包含牙周膜的牙齿模型获得每颗牙齿的受力分布，模拟受力后的牙齿移动量。这是利用所建立的包含牙周膜在内的牙齿模型进行模拟受力分析，可用于牙齿矫治的模拟与预测。

本发明在获得患者牙齿和牙槽骨三维模型的基础上生成患者的牙周膜几何模型，结合牙周膜本构模型建立包含牙周膜的牙齿模型，其中牙周膜本构模型更贴近患者口内的实际情况，并通过待定参数，表征不同患者的个体差异性；之后再用有限元方法模拟计算患者牙齿在正畸力下的移动情况，对比实验装置给患者的一颗或几颗牙齿施加正畸力后采集的患者牙齿的移动情况，确定所述牙周膜本构模型中的最佳待定参数，配合患者牙齿、牙槽骨、牙周膜的几何模型，得到患者在正畸治疗过程中完整的牙齿模型，能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜的几何特性和力学特性，该方法能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜特性，并基于所述牙齿模型进行牙齿矫治的模拟受力分析，以指导牙齿矫治过程。

附图说明

图1是本发明提供的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法的流程图。

图2是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例一的结构示意图。

图3是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例二的结构示意图。

图4是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例三的结构示意图。

图5是本发明提供的包含牙周膜的牙齿模型的建模装置的实施例一的结构示意图。

图6是本发明提供的包含牙周膜的牙齿模型的建模装置的实施例二的结构示意图。

图中附图标记说明：110为几何模型获取单元；120为本构模型选择单元；130为待定参数运算单元；140为模拟预测单元；21为弹簧；22为万向锁；23为刚性结构；24a和24b均为标记点；25为牙齿；26为矫治器。

具体实施方式

请参阅图1，本发明提供的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法包括如下步骤。

步骤S110：分别获取牙齿、牙槽骨、牙周膜的几何模型，所述牙齿几何模型包括牙冠和牙根。

步骤S120：选择牙齿、牙槽骨、牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中包含表征牙周膜力学特性的一个或多个待定参数；结合牙周膜的几何模型和本构模型建立牙周膜的有限元模型。

步骤S130：用有限元方法模拟计算牙齿的移动量，采用牙齿移动测量装置采集牙齿的实际移动量，对比模拟计算的牙齿移动量与采集的牙齿实际移动量确定牙周膜本构模型中的所有待定参数，获得一个包含牙周膜在内的牙齿模型。

上述方法首先获得患者牙齿(包含完整的牙根)和牙槽骨的三维模型，在此基础上生成患者的牙周膜几何模型。在所述牙周膜几何模型的基础上，选用通过大量数据验证的比较复杂的牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中含有几个待定的参数，用来表示个体差异性。再用有限元方法模拟计算患者牙齿在前述正畸力下的移动情况，对比实验装置给患者的一颗或几颗牙齿施加正畸力后采集的患者牙齿(活体、体内、个性化)的移动情况，确定所述牙周膜本构模型中的待定参数至最优解。将这些确定后的待定参数带入前述的牙周膜本构模型，配合患者牙齿、牙槽骨、牙周膜的几何模型，得到患者在正畸治疗过程中完整的牙齿模型，能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜的几何特性和力学特性。

所述步骤S110中，通过CBCT(Cone beam computed tomography，锥束CT)数据分别获得牙齿和牙槽骨的三维几何模型。这是获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型的第一种方式，此种获取方式获得的牙齿三维几何模型和牙槽骨的三维集合模型精度较高，为后续建立牙周膜几何模型提供了良好的基础。

所述步骤S110中，通过齿科全景影像分别获得一个方向上牙齿和牙槽骨的投影，转化为牙齿和牙槽骨的三维几何模型。这是获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型的第二种方式，此种方式适用于获取患者牙齿信息的通用仪器时使用，可以通过齿科全景影像观测到牙齿与牙槽骨的位置关系，为后续建立牙周膜几何模型提供基础。

所述步骤S110中，根据牙冠模型从历史数据库中选择最匹配的牙根和牙槽骨的三维几何模型。这是获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型的第三种方式，采用大数据拟合的方法进行匹配，此种方式同样可以模拟建立牙周膜几何模型，在数据库中筛选出与待测试的牙齿和牙槽骨相似的模型进行匹配，免去建立速度较快。

所述步骤S110中，先获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型。在牙根和牙槽骨模型的基础上，假定牙根在牙槽骨以下的部分被牙周膜包裹，通过牙根在牙槽骨以下的表面向外延伸的方式模拟形成牙周膜，以建立牙周膜的几何模型。这是建立牙周膜的几何模型的一种方式。

所述步骤S110中，从牙根在牙槽骨以下的表面向外延伸时，牙周膜的厚度采用统计数据方法，这可以根据口腔学大数据得到，也可以通过牙槽骨向牙根方向延伸求差的方法获取。这是建立牙周膜的几何模型时，向外延伸的两种具体实现方式。

其中，通过牙槽骨向牙根方向延伸求差的方法为：通过CBCT获取牙齿与牙槽骨的几何模型，通过计算求取得出两者之间各点之间的距离差值，再通过求取各点距离平均值的方式模拟该患者牙周膜的厚度，其厚度信息被录入大数据库中，并且与患者的病例类型及患者个人信息匹配，为后续新患者的牙周膜几何模型建立提供基础。

所述步骤S110中，牙周膜几何模型为三角形网格的面模型、或四面体网格的体模型。这是采用计算机图形处理技术建立牙周膜几何模型的常见形式。

所述步骤S120中，牙齿和牙槽骨的本构模型将牙齿和牙槽骨作为刚体。这是指一颗牙齿上所有的点按照一致的方式移动，单颗牙齿本身不会发生形变，此种处理方式将单颗牙齿视为一个不会发生形变的刚体，在牙齿移动的过程中不会因为牙齿本身的弹性变量影响整体移动的效果。

所述步骤S120中，牙周膜本构模型采用V-W超弹性模型、Yeoh超弹性模型、粘弹性模型、线弹性模型中的任一种。本发明可以选择的模型包括均匀介质模型、各向同性模型、线弹性模型、不均匀介质模型、粘弹性模型、时间效应模型、超弹性模型、时间延迟效应模型、纤维加基质模型模型等；每种牙周膜本构模型中都含有几个待定的参数，用来表示患者个体差异性，在进行患者针对性治疗测试过程中，真实体现患者佩戴矫治器之后牙齿的移动变化情况。

所述步骤S120中，采用线弹性模型时，牙周膜本构模型中的表征牙周膜力学特性的待定参数包括杨氏模量(也称弹性模量)和泊松比。这是一种特定的牙周膜本构模型所包含的表征牙周膜力学特性的参数。

所述步骤S130中，所述有限元方法包括直接迭代法、Newton-Raphson方法、修正的Newton-Raphson方法、欧拉增量法或Newton-Raphson增量法的任一种。这些都是现有的有限元方法(Finite element method，FEM)，本发明可选择其中任意一种来模拟计算患者牙齿在受力(例如正畸力)下的移动情况。

所述步骤S130中，将有限元方法模拟的计算结果与实验采集的牙齿移动情况进行重叠拟合，构造损失函数，例如对比牙齿位姿的差异，从而优化牙周膜本构模型中的待定参数，至最优解，作为待定参数的确定值。这可以采用传统的优化方法，或者机器学习中常用的随机梯度下降等方法。

请参阅图2，这是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例一。所述牙齿移动测量装置为弹簧测试装置，其中利用弹簧21连接相邻两颗牙齿25，测量弹簧形变得知弹簧受力F，可以换算成牙齿间的作用力，采集牙齿在所述作用力下的移动情况。具体而言，弹簧21的每一端均通过万向锁22连接一个刚性结构23，所述刚性结构23再刚性连接一颗牙齿25。万向锁22用来确保力沿着弹簧21方向施力。

优选地，所述万向锁22加装有平衡杆(未图示)，能够确保施力的平衡稳定性。

优选地，所述牙齿移动测量装置的实施例一还包括标记测试装置，所述标记测试装置在牙齿的牙冠表面增加标记点，以帮助确定牙齿位姿(位置和姿态)，具体的，所述标记点可以为颜色标记点、提示标记点等其它标记形式。

请参阅图3，这是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例二。所述牙齿移动测量装置的实施例二为标记拍摄测试装置，其中在牙齿的牙冠表面设置标记点24a和24b，其中标记点可以为染色点，也可以为位置提示点等其它起到标识作用的点，相邻牙齿的牙冠上的标记点分组配对，例如标记点24a和24b配为一对。带上矫治器26之前拍摄牙齿25的照片，计算每一对标记点例如24a和24b之间的距离d1，图中单项箭头的指向为带上矫治器26达到暂稳平衡态且牙槽骨重建之前拍摄牙齿25的照片，计算每一对标记点例如24a和24b之间的距离d2，根据两次侧拉杆的距离差值，获得牙齿的移动情况。

可选地，所述拍摄照片可以改为口内扫描获取图像，再计算照片或图像中每一对标记点之间的距离。除此之外，还可以将牙冠的三维模型投影到照片上，确定标记点在牙冠的三维模型上的坐标，再计算牙冠的三维模型中每一对标记点之间的距离，获得牙齿的移动情况。

采用本实施例获得的牙齿移动情况能够直接反映患者真实的牙齿移动情况，对后续个性化治疗过程提供依据。

请参阅图4，这是本发明提供的牙齿移动测量装置的实施例三。所述牙齿移动测量装置的实施例三为拍摄测试装置，其中在带上矫治器26之前拍摄牙齿25的照片，图中单项箭头的指向为带上矫治器26达到每一个暂稳态后拍摄牙齿25的照片，通过两次获得牙齿的照片差异，得到牙齿的移动情况。所述拍摄牙齿照片由相机实现、或者口内扫描仪获取牙齿图像。

本发明还提供了一种利用所建立的包含牙周膜的牙齿模型模拟牙齿受力分析的方法，通过所述包含牙周膜的牙齿模型获得每颗牙齿的受力分布，模拟受力后的牙齿移动量，可用于牙齿矫治的模拟与预测，包括合适的牙齿移动量、矫治器的制造、矫治的分步设计等。

请参阅图5，这是本发明提供的包含牙周膜的牙齿模型的建模装置的实施例一，包括几何模型获取单元110、本构模型选择单元120和待定参数运算单元130。

所述几何模型获取单元110用来分别获取牙齿、牙槽骨、牙周膜几何模型，所述牙齿几何模型包括牙冠和牙根。

本构模型选择单元120用来选择牙齿、牙槽骨、牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中包含表征牙周膜力学特性的一个或多个待定参数。所述本构模型确定单元120还用来结合牙周膜的几何模型和本构模型建立牙周膜的有限元模型。

所述待定参数运算单元130用来采用有限元方法模拟计算牙齿的移动量，采用牙齿移动测量装置采集牙齿的实际移动量，对比模拟计算的牙齿移动量与采集的牙齿实际移动量确定牙周膜本构模型中的所有待定参数，获得一个包含牙周膜在内的牙齿模型。

上述装置的实施例一用来建立一个包含牙周膜在内的牙齿模型，能够较为准确地反映不同患者个性化的牙周膜的几何特性和力学特性，为后续患者进行个性化矫治治疗提供基础。

请参阅图6，这是本发明提供的包含牙周膜的牙齿模型的建模装置的实施例二，在实施例一的基础上还包括模拟预测单元140。

所述模拟预测单元140用来利用所述包含牙周膜的牙齿模型获得每颗牙齿的受力分布，模拟受力后的牙齿移动量。这是利用所建立的包含牙周膜在内的牙齿模型进行模拟受力分析，可用于牙齿矫治的模拟与预测，帮助正畸力阈值设定、矫治器制造、分步设计等。

本发明提供的包含牙周膜的牙齿模型的建模、受力分析方法及装置可以得到反映患者个性化特征的包含牙齿、牙槽骨、牙周膜在内的完整的牙齿模型。在所述牙齿模型基础上，对患者牙齿加载模拟正畸力，使用有限元或其他方法分析患者牙齿尤其是牙根的受力分布情况，预测牙齿移动，指导优化正畸力的施加，帮助治疗分步设计，以及矫治器的制造，提高牙齿矫治的治疗效率，使患者牙齿在控制下安全、高效的移动。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤S110：分别获取数字化牙齿、牙槽骨、牙周膜的几何模型，所述牙齿几何模型包括牙冠和牙根；

步骤S120：选择牙齿、牙槽骨、牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中包含表征牙周膜力学特性的一个或多个待定参数；结合牙周膜的几何模型和本构模型建立牙周膜的有限元模型；

步骤S130：用有限元方法模拟计算牙齿的移动量，采用牙齿移动测量装置采集牙齿的实际移动量，对比模拟计算的牙齿移动量与采集的牙齿实际移动量确定牙周膜本构模型中的所有待定参数，获得一个包含牙周膜在内的牙齿模型。

2.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S110中，通过CBCT数据分别获得牙齿和牙槽骨的三维几何模型。

3.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S110中，通过齿科全景影像分别获得一个方向上牙齿和牙槽骨的投影，转化为牙齿和牙槽骨的三维几何模型。

4.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S110中，根据牙冠模型从历史数据库中选择最匹配的牙根和牙槽骨的三维几何模型。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S110中，先获取牙齿和牙槽骨的三维几何模型，通过牙根在牙槽骨以下的表面向外延伸的方式建立牙周膜的几何模型。

6.根据权利要求5所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S110中，从牙根在牙槽骨以下的表面向外延伸模拟形成牙周膜时，牙周膜的厚度采用统计数据方法、或通过牙槽骨向牙根方向延伸求差的方法获取。

7.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S110中，牙周膜几何模型为三角形网格的面模型、或四面体网格的体模型。

8.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S120中，牙齿和牙槽骨的本构模型将牙齿和牙槽骨作为刚体。

9.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S120中，牙周膜本构模型采用V-W超弹性模型、Yeoh超弹性模型、粘弹性模型、线弹性模型中的任一种。

10.根据权利要求9所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S120中，采用线弹性模型时，牙周膜本构模型中的表征牙周膜力学特性的待定参数包括杨氏模量和泊松比。

11.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述步骤S130中，所述有限元方法包括直接迭代法、Newton-Raphson方法、修正的Newton-Raphson方法、欧拉增量法或Newton-Raphson增量法的任一种。

12.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述牙齿移动测量装置为弹簧测试装置，其中利用弹簧连接相邻两颗牙齿，测量弹簧力并换算成牙齿间的作用力，采集牙齿在所述作用力下的移动情况。

13.根据权利要求12所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述弹簧的每一端均通过万向锁连接一个刚性结构，所述刚性结构再刚性连接一颗牙齿。

14.根据权利要求13所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述万向锁加装有平衡杆。

15.根据权利要求12所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述牙齿移动测量装置还包括标记测试装置，所述标记测试装置在牙齿的牙冠表面增加标记点。

16.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述牙齿移动测量装置为标记拍摄测试装置，其中在牙齿的牙冠表面设置标记点，相邻牙齿的牙冠上的标记点分组配对；

带上矫治器之前拍摄牙齿照片，计算每一对标记点之间的距离；

带上矫治器达到平衡态且牙槽骨重建之前拍摄牙齿照片，计算每一对标记点之间的距离，获得牙齿的移动情况。

17.根据权利要求16所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，计算照片中每一对标记点之间的距离；或者将牙冠的三维模型投影到照片上，确定标记点在牙冠的三维模型上的坐标，再计算牙冠的三维模型中每一对标记点之间的距离。

18.根据权利要求1所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述牙齿移动测量装置为拍摄测试装置，其中在带上矫治器之前拍摄牙齿照片，带上矫治器达到每一个暂稳态后拍摄牙齿照片，获得牙齿的移动情况。

19.根据权利要求18所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法，其特征是，所述拍摄牙齿照片由相机实现、或者口内扫描仪获取牙齿图像。

20.一种采用权利要求1～19中任一项所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模方法所建立的包含牙周膜的牙齿模型模拟牙齿受力分析的方法，其特征是：通过所述包含牙周膜的牙齿模型获得每颗牙齿的受力分布，模拟受力后的牙齿移动量。

21.一种包含牙周膜的牙齿模型的建模装置，其特征是，包括如下单元：

几何模型获取单元，用来分别获取牙齿、牙槽骨、牙周膜几何模型，所述牙齿几何模型包括牙冠和牙根；

本构模型选择单元，用来选择牙齿、牙槽骨、牙周膜本构模型，所述牙周膜本构模型中包含表征牙周膜力学特性的一个或多个待定参数；所述本构模型选择单元还用来结合牙周膜的几何模型和本构模型建立牙周膜的有限元模型；

待定参数运算单元，用来采用有限元方法模拟计算牙齿的移动量，采用牙齿移动测量装置采集牙齿的实际移动量，对比模拟计算的牙齿移动量与采集的牙齿实际移动量确定牙周膜本构模型中的所有待定参数，获得一个包含牙周膜在内的牙齿模型。

22.一种模拟牙齿受力分析的装置，其特征是，采用权利要求21所述的包含牙周膜的牙齿模型的建模装置所建立的包含牙周膜的牙齿模型，还包括模拟预测单元，用来利用所述包含牙周膜的牙齿模型获得每颗牙齿的受力分布，模拟受力后的牙齿移动量。