CN111683602A

CN111683602A - 正畸应用中的优化方法

Info

Publication number: CN111683602A
Application number: CN201880069998.7A
Authority: CN
Inventors: 陈守朴; J-M·英格尔斯; V·C·黄; J·福雷; J·特雷尔
Original assignee: J Fulei; J MYinggeersi; J Teleier
Current assignee: J Fulei; J MYinggeersi; J Teleier
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2020-09-18
Also published as: EP3672477B1; KR20200109292A; EP3672477A4; WO2019040927A1; EP3672477A1; US20210153976A1

Abstract

一种至少部分地由计算机执行的方法，从患者的上颌面和牙科解剖结构的扫描获取三维数据并且根据所获取三维数据计算头影测量值。所述方法处理所计算头影测量值并且生成指示沿着所述患者的牙弓的牙齿定位的指标。对所生成指标进行分析以计算所述牙弓内的各个牙齿的期望移动向量。显示、存储或传输所计算期望移动向量。

Description

正畸应用中的优化方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月25日以Shoupu Chen等人的名义提交并且标题为“METHODOF OPTIMIZATION IN ORTHODONTIC APPLICATIONS”的美国临时申请序列号62/550,013的权益，所述临时申请以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及x射线计算机断层摄影中的图像处理，并且更特别地，涉及用于在正畸治疗中进行指导的根据3D图像进行的生物测量分析。

背景技术

头影测量分析是对头部的牙科和骨骼关系的研究并且由牙医和正畸医生用作用于改进对患者的治疗的评估和计划手段。常规头影测量分析在2D头影测量射线照片中标识骨和软组织标志，以便在治疗之前诊断面部特征和畸形或者估量治疗进展。

例如，可在头影测量分析中标识的主要畸形是前后牙合不正问题，这与上颌与下颌之间的骨骼关系有关。牙合不正基于上颌第一磨牙的相对位置来分类。对于I类，中性牙合，磨牙关系正常，但其他牙齿可能存在问题，诸如缝隙、拥挤或者萌出过度(over-eruption)或萌出不足(under-eruption)。对于II类，远中牙合，上颌第一磨牙的近中颊尖搁置在第一下颌磨牙与第二前磨牙之间。对于III类，近中牙合，上颌第一磨牙的近中颊尖在下颌第一磨牙的近中颊沟的后侧。

Steiner在标题为“Cephalometries in Clinical Practice”的文章(在CharlesH.Tweed Foundation for Orthodontic Research，1956年10月，第8-29页读到的论文)中所述的示例性常规2D头影测量分析方法使用角测量来关于颅底评估上颌和下颌。在所描述规程中，Steiner选择四个标志：鼻根点、点A、点B和蝶胺。鼻根点是颅骨的额骨与两块鼻骨之间的交点。点A被认为是上颌的齿槽座的前界。点B被认为是下颌的齿槽座的前界。蝶胺在土耳其鞍的中点处。角度SNA(从蝶鞍到鼻根点然后到点A)用于确定上颌定位在颅底的前侧还是后侧；约82度的读数被视为正常。角度SNB(从蝶鞍到鼻根点然后到点B)用于确定下颌定位在颅底的前侧还是后侧；约80度的读数被视为正常。

最近正畸研究指示使用常规2D头影测量分析提供的结果存在反复出现的不准确性和不一致性。一项值得注意的研究在Angle Orthodontics，2008年9月，第873-879页中由Vandana Kumar等人提名为“In vivo comparison of conventional and cone beam CTsynthesized cephalograms”。

由于数据获取中的根本限制，常规2D头影测量分析主要专注于美学，而不关注关于人类面部的均衡和对称。如World Journal of Orthodontics，第1-6页中Treil等人的标题为“The human face as a 3D model for cephalometric analysis”的文章中所陈述，平面几何不适合分析解剖容积及其生长；只有3D诊断才能够合适地分析解剖上颌面复合体。正常关系具有两个更重要的方面：均衡和对称，当模型的均衡和对称稳定时，这些特性限定了对于每个人来说正常的关系。

Tuncay等人的标题为“System and method of digitally modelingcraniofacial features for the purposes of diagnosis and treatmentpredictions”的美国专利号6,879,712公开一种生成颅面特征的计算机模型的方法。使用激光扫描和数码照片获取三维面部特征数据；通过对牙齿进行物理建模获取牙科特征。对模型进行激光扫描。然后，从射线照片获得骨骼特征。将数据组合到可在三个维度上操控和观察的单个计算机模型中。模型还能够在当前建模的颅面特征与理论颅面特征之间形成动画。

Sachdeva等人的标题为“Method and apparatus for simulating toothmovement for an orthodontic patient”的美国专利号6,250,918公开一种根据实际正畸结构的3D数字模型和期望正畸结构的3D模型来确定3D直接移动路径的方法。这种方法使用激光扫描的牙冠和齿面上的标记进行缩放来基于每个牙齿的对应三维直接路径模拟牙齿移动。使用所描述方法不会有真正的全齿3D数据。

尽管已经朝着开发使录入测量结果并基于这类测量结果计算颅面特征的生物测量数据自动化的技术作出显著进步，但仍存在相当大的改进空间。即使受益于现有手段，执业医生也需要足够的训练以便有效地使用生物测量数据。相当大量的测量和计算数据使得开发并维持治疗计划的任务复杂化并且可能增加人为疏忽和失误的风险。

因此，可看出开发生成并报告可帮助引导正畸治疗计划并且跟踪患者在持续治疗的不同阶段时的进展的头影测量结果的分析实用程序将特别有价值。

发明内容

本公开的目的是解决对分析3D解剖数据并将其应用于持续正畸治疗的改进方式的需要。考虑到此目的，本公开提供一种用于基于患者牙列生成牙弓形态作为用于矫正正畸状况的指导手段的方法。

根据本公开的一方面，提供一种至少部分地由计算机执行的方法，其包括：

(a)从患者的上颌面和牙科解剖结构的扫描获取三维数据；

(b)根据所获取三维数据计算多个头影测量值；

(c)处理所计算头影测量值并且生成指示沿着所述患者的牙弓的牙齿定位的指标；

(d)对所生成指标进行分析以计算所述牙弓内的各个牙齿的期望移动向量；

以及

(e)显示、存储或传输所计算期望移动向量。

本公开的特征是自动生成并报告患者特定的固有和优化几何图元参数以及初始量化牙齿移动值以用于正畸治疗。

本公开的实施方案以协同方式将系统的人类操作者的技能与用于特征标识的计算机能力结合起来。这利用人类创造力、启发法使用、灵活性和判断力，并且将这些技能与计算机优点相结合，所述计算机优点诸如计算速度、详尽和准确处理的能力以及报告和数据访问能力。

通过检阅以下对优选实施方案的详细描述和所附权利要求并且参考附图，将更清楚地理解和了解本公开的这些和其他方面、目的、特征和优点。

附图说明

从以下对如附图所示的本公开的实施方案的更具体描述，将明白本发明的前述和其他目的、特征和优点。附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。

图1是示出用于提供头影测量分析的成像系统的示意图。

图2是示出根据本公开的实施方案的用于3D头影测量分析的过程的逻辑流程图。

图3是3D渲染CBCT头部容积图像的视图。

图4是在牙齿分割之后的3D渲染牙齿容积图像的视图。

图5是显示CBCT头部容积图像和操作者录入的参考标记的三个正交视图的用户界面的视图。

图6是3D渲染CBCT头部容积图像的视图，其中显示一组3D参考标记。

图7A、图7B和图7C是示出提供用于头影测量分析的构架的所标识解剖特征的透视图。

图8是示出用于接受生成用于头影测量分析的构架的操作者指令的步骤的逻辑流程图。

图9A、图9B和图9C示出用于使用操作者录入的参考标记来指定解剖特征的位置的操作者界面。

图10A、图10B、图10C、图10D和图10E是示出如何使用容积图像数据和对应的操作者录入的参考标记来计算各种导出参数的图表。

图11是示出根据被分割牙齿数据的多个导出头影测量参数的3D图表。

图12是示出根据被分割牙齿数据的导出头影测量参数的2D图表。

图13是示出根据被分割牙齿数据的导出头影测量参数的另一3D图表。

图14是示出根据被分割牙齿数据和治疗参数的导出头影测量参数的图表。

图15是示出系统如何学习牙齿剔除的3D图表。

图16A是示出数字体模的牙齿的透视图。

图16B是示出上颚和下颚的惯性系的计算轴的3D图表。

图17A是示出特定牙齿结构的平行度的图表。

图17B是示出特定牙齿结构的平行度的图表。

图18A是示出有牙齿缺失的数字体模的牙齿的透视图。

图18B是示出图18A的实例的上颚和下颚的惯性系的计算轴的图表。

图19A是示出特定牙齿结构的平行度缺乏的图表。

图19B是示出特定牙齿结构的平行度缺乏的图表。

图20A是示出有牙齿剔除的数字体模的牙齿的透视图。

图20B是示出图20A的实例的上颚和下颚的惯性系的计算轴的图表。

图21A是示出针对缺失牙齿的牙齿剔除的实例。

图21B是示出图21A的实例的上颚和下颚的惯性系的计算轴的图表。

图22A是示出针对缺失牙齿的牙齿剔除的实例。

图22B是示出图22A的实例的上颚和下颚的惯性系的计算轴的图表。

图23A是示出剔除特定牙齿的结果的图像。

图23B是示出图23A的实例的上颚和下颚的惯性系的计算轴的图表。

图24示出DOL参考系的多个标志和坐标轴或向量。

图25示出重新映射到DOL参考系的另选空间的标志。

图26从侧视图示出具有使用这种重新映射变换的牙齿惯性系的实例。

图27是示出根据本公开的实施方案的用于分析引擎的独立网络的示意图。

图28是示出根据本公开的实施方案的用于分析引擎的依存或耦合网络的示意图。

图29示出使用图27的独立网络布置的算法的伪代码。

图30示出使用图28的依存网络布置的算法的伪代码。

图31A列出示例性参数作为数值及其解释。

图31B、图31C和图31D列出特定患者的相对于上颌面不对称性的示例性参数作为数值及其解释，所述示例性参数是基于根据本申请的示例性实施方案的示例性总上颌面不对称性参数。

图32A示出具有咬合分析和牙弓角度特性的特定实例的示例性制表结果。

图32B示出上切牙和下切牙的扭矩的特定实例的示例性制表结果。

图32C示出具有对双后移或双前凸的评估的另一实例的示例性制表结果。

图32D示出特定患者的头影测量分析的结果的示例性汇总列表。

图32E示出图35中列出的状况之一的详细列表。

图33示出具有基于分析结果的推荐消息的系统显示器。

图34示出具有用以辅助分析结果的图形描绘的系统显示器。

图35示出根据本公开的实施方案的不对称性的示例性报告。

图36是以前视图示出患者的相对左右不对称性的图表。

图37是示出患者面部的左侧和右侧的相对重叠的图表。

图38是示出面部散度的图表。

图39是示出可用于提供评估和指导以支持正畸应用的逻辑处理机构和数据的逻辑流程图。

图40示出典型患者状况(即牙弓左旋转)的图像。

图41示出沿着牙弓的牙齿惯性中心的3D映射。

图42示出沿着分段线性曲线布置的牙齿惯性中心的绘图，所述分段线性曲线连接投影到2D x-y平面的在其原始位置中的惯性中心。

图43示出针对图42中的惯性中心的优化平滑多段线曲线的相对位置。

图44示出牙齿从其原始位置到基于如所显示和报告的计算优化的期望位置的所需运动。

图45示出其中指示基于以上计算的牙齿位移向量的图表。

图46示出其中向量位移分解成切线方向和法线方向的图表。

图47和图48示出根据本公开采取的多阶段牙齿牙弓形态优化策略的调整。

图49示出正畸患者的牙弓的14个牙齿中的每一个的移动向量V的计算机生成的列表

图50A示出示例性正畸患者的初始未矫正牙弓中的牙齿分布。

图50B示出遵循由本公开的系统提供的治疗推荐数字化矫正的图50A的牙弓。

图50C以3D视图示出叠覆的初始牙弓和优化牙弓，其中初始牙弓以轮廓线示出。

图50D以2D轴向视图示出其中呈轮廓线的初始牙弓叠覆在优化牙弓上的另一实例。

图51示出用于控制处理以提供正畸数据并且用于显示处理结果的操作者界面显示器。

图52是示出用于使用本公开的优化方法形成正畸矫治器的示例性制造系统的示意图。

图53是示出用于将正畸优化的结果应用于矫治器设计和制造的任务的序列的逻辑流程图。

具体实施方式

在以下对本公开的实施方案的详细描述中，参考附图，其中在连续附图中相同附图标号被分配给相同元件。应指出，这些附图提供来示出根据本发明的实施方案的总体功能和关系，而不是意图提供来表示实际大小或规模。

在使用时，术语“第一”、“第二”、“第三”等不一定表示任何顺序或优先级关系，而是可用于更清楚地区分一个与另一个元件或时间间隔。

在本公开的上下文中，术语“图像”指代由离散图像元素构成的多维图像数据。对于2D图像，离散图像元素是图片元素或像素。对于3D图像，离散图像元素是容积图像元素或体素。术语“容积图像”被认为与术语“3D图像”同义。

在本公开的上下文中，术语“代码值”指代与每个2D图像像素或相应地重建3D容积图像中的每个容积图像数据元或体素相关联的值。计算机断层摄影(CT)或锥形束计算机断层摄影(CBCT)图像的代码值通常但并不总是以提供关于每个体素的衰减系数的信息的亨氏单位来表达。

在本公开的上下文中，术语“几何图元”与开放或封闭形状(诸如矩形、圆形、线、描记曲线或其他描记图案)有关。术语“标志”和“解剖特征”被认为是等效的并且指代如所显示的特定患者解剖结构特征。

在本公开的上下文中，术语“观察者”、“操作者”和“用户”被认为是等效的并且指代在显示监视器上观察和操控图像(诸如牙科图像)的进行观察的执业医生或其他人。从由观察者诸如使用计算机鼠标或触摸屏或键盘录入所录入的显式命令获得“操作者指令”或“观察者指令”。

用于所显示特征的术语“突显”具有其如信息和图像显示领域的技术人员所理解的常规含义。通常，突显使用某一形式的局部化显示增强来吸引观察者的注意。突显例如图像的一部分(诸如各个器官、骨或结构)或者从一个腔室到另一个腔室的路径可以多种方式中的任一种实现，这些方式包括但不限于：注释、显示附近或叠覆符号、描绘轮廓或描记、用与其他图像或信息内容不同的颜色或明显不同的强度或灰度级值进行显示、使显示的一部分闪烁或形成动画，或以更高的清晰度或对比度进行显示。

在本公开的上下文中，描述性术语“导出参数”与根据对所获取或录入数据值的处理计算的值有关。导出参数可以是标量、点、线、容积、向量、平面、曲线、角值、图像、闭合等值线、面积、长度、矩阵、张量或数学表达式。

如本文所用，术语“集合”指代非空集合，如集合的元素或成员的聚合的概念在初等数学中广泛所理解的。除非另有明确说明，否则术语“子集”在本文中用于指代具有一个或多个成员的非空真子集，即，指代较大集合的子集。对于集合S，子集可包括完整集合S。然而，集合S的“真子集”严格来说包含在集合S中并且不包括集合S的至少一个成员。另选地，更正式地说，当在本公开中使用所述术语时，子集B在以下情况下时可被认为是集合S的真子集：(i)子集B为非空；以及(ii)交集B∩S也为非空并且子集B还仅包含集合S中的元素并且所具有的基数小于集合S的基数。

在本公开的上下文中，“平面视图”或“2D视图”是3维(3D)对象从水平面的位置穿过对象的2维(2D)表示或投影。此术语与常规地用于描述从3D容积图像数据内从特定视角显示2D平面表示的术语“图像切片”同义。3D容积数据的2D视图在以下情况时被认为是基本上正交的：取得视图处的对应平面相对于彼此设置成90(+/-10)度或相对于彼此成90度的整数n倍(n*90度，+/-10度)。

在本公开的上下文中，一般术语“牙列元素”与牙齿、假体装置(诸如假牙和植入物)以及用于牙齿和相关联假体装置的支撑结构(包括颚)有关。

术语多段线-曲线(poly-curve)和多段线曲线(polycurve)是等效的并且指代根据多项式限定的曲线。

本公开的主题涉及数字图像处理和计算机视觉技术，这可理解为意指以下技术：数字化处理来自数字图像的数据以辨识人类可理解的对象、属性或状况并为其分配有用含义，然后在数字图像的进一步处理中利用所获得的结果。

如早先在背景部分中所指出，常规2D头影测量分析具有多个显著缺点。难以使患者头部在头部固定器或其他测量装置中居中，从而使得再现性不太可能。所获得的二维射线照片产生重叠的头部解剖图像而非3D图像。在头颅侧位定位片上定位标志可能是困难的并且结果通常不一致(参见The Future of Orthodontics,Carine Carels,Guy Willems编，Leuven University Press,1998年，第181-192页中的P.Planche和J.Treil的标题为“Cephalometries for the next millennium”的文章)。开发和跟踪治疗计划的工作是复杂的，这部分地是因为收集和计算的头影测量数据量庞大。

本公开的实施方案就选择3D解剖特征点、从这些特征点导出的参数、以及使用这些导出参数进行头影测量分析的方式而言利用Treil的理论。由Treil创作的参考公布包括World Journal of Orthodontics,2005年增补版，第6卷，第5期，第33-38页中的JacquesTreil、B,Waysenson、J.Braga和J.Casteigt的“The Human Face as a 3D Model forCephalometric Analysis”；以及Seminars in Orthodontics，第15卷，第1页，2009年3月中的J.Treil、J.Braga、J.-M.Loubes、E.Maza、J.-M.Inglese、J.Casteigt和B.Waysenson的“3D Tooth Modeling for Orthodontic Assessment”。

图1的示意图示出用于3D CBCT头影测量成像的成像设备100。为了对患者12进行成像，使用成像设备100获得并处理一连串多个2D投影图像。可旋转安装件130设置在柱118上，优选地在高度上可调整以适应患者12的大小。安装件130将x射线源110和辐射传感器121维持在患者12的头部的相反侧上，并且旋转以使源110和传感器121以扫描模式绕头部按轨道运行。安装件130绕对应于患者头部的中心部分的轴线Q旋转，使得附接到安装件130的部件绕头部按轨道运行。传感器121(一种数字传感器)与x射线源110相对地耦接到安装件130，x射线源110发射适用于CBCT容积成像的辐射图案。任选的头部支撑件136(诸如腮托或咬合元件)使患者头部在图像获取过程中稳定。计算机106具有操作者界面104和显示器108以用于接受操作者命令以及显示由成像设备100获得的正畸图像数据的容积图像。计算机106与用于获得图像数据的传感器121进行信号通信，并且提供用于控制源110并且任选地用于控制用于安装件130部件的旋转致动器112的信号。计算机106还与用于存储图像数据的存储器132进行信号通信。任选的对准设备140设置来辅助恰当地对准患者头部以用于成像过程。

参考图2的逻辑流程图，示出根据本公开的实施方案的用于利用牙科CBCT容积获取3D头影测量分析的正畸数据的步骤序列200。在数据获取步骤S102中，访问CBCT容积图像数据。容积包含一个或多个2D图像(或等效地，切片)的图像数据。原始重建CT容积是利用标准重建算法使用从CT扫描仪获得的多个2D投影或正弦图形成的。举例来说，图3示出包含骨解剖结构、软组织和牙齿的示例性牙科CBCT容积202。

继续图2的序列，在分割步骤S104中，通过对牙科CBCT容积202应用3D牙齿分割算法来收集3D牙列元素数据。用于牙齿和相关牙列元素的分割算法是牙科成像领域中众所周知的。示例性牙齿分割算法在例如以下专利中有所描述：共同转让的Chen等人的标题为“PANORAMIC IMAGE GENERATION FROM CBCT DENTAL IMAGES”的美国专利申请公布号2013/0022252；Chen等人的标题为“METHOD AND SYSTEM FOR TOOTH SEGMENTATION IN DENTALIMAGES”的美国专利申请公布号2013/0022255；以及Chen的标题为“METHOD FOR TOOTHDISSECTION IN CBCT VOLUME”的美国专利申请公布号2013/0022254，所述专利各自以全文引用的方式并入本文。

如图4所示，牙齿分割结果以图像302呈现，其中牙齿作为整体呈现但单独地被分割。每个牙齿是叫做牙齿容积(例如，牙齿容积304)的单独实体。

被分割牙齿中的每个牙齿，或者更广泛地，已经分割的每个牙列元素，具有至少包含被分割牙列元素内的每个体素的3D位置坐标的3D位置列表，以及被分割元素内的每个体素的代码值列表。此时，每个体素的3D位置是相对于CBCT容积坐标系限定的。

在图2的序列中的参考标记选择步骤S106中，CBCT容积图像与相对于不同视角获得的两个或更多个不同2D视图一起显示。不同2D视图可处于不同角度并且可以是不同图像切片，或者可以是正射或基本上正射的投影，或者可以是例如透视图。根据本公开的实施方案，三个视图是互相正交的。

图5示出其中显示界面402示出三个正交2D视图的示例性格式。在显示界面402中，图像404是CBCT容积图像202(图3)的轴向2D视图中的一个，图像406是CBCT容积图像202的冠状2D视图中的一个，并且图像408是CBCT容积图像202的失状2D视图中的一个。显示界面允许观察者诸如执业医生或技术人员与执行各种图像处理/计算机算法的计算机系统交互，以便完成多个3D头影测量分析任务。观察者交互可采取用户界面领域的技术人员已知的多种形式中的任一种，诸如使用指针诸如计算机鼠标控制杆或触摸垫，或者使用触摸屏选择动作或指定图像的坐标，来进行随后更详细描述的交互。

3D头影测量分析任务中的一个是在图2的3D参考标记选择步骤S106中执行自动标识。3D参考标记，等效于由观察者在所显示图像上标识的一种类型的3D标志或特征点，在图5中的显示界面402的不同互相正交2D视图中示出。图5所示的示例性3D解剖参考标记是参考标记414处的下鼻腭孔。如图6的视图所示，可由观察者在所显示图像502上指示的其他解剖参考标记包括参考标记508和510处的眶下孔以及参考标记504和506处的锤骨。

在图2的步骤S106中，观察者使用指向装置(例如像鼠标或触摸屏)来将参考标记作为一种类型的几何图元放置在三个视图中的任一者中的适当位置处。根据本文附图所示的本公开的实施方案，参考标记显示为圆形。使用例如图5的显示界面屏幕，观察者将小圆形放置在被示出为图像404的视图中的位置414处作为参考点的参考标记。参考标记414在图像404中显示为小圆形并且在图像406和408中的对应视图中显示在恰当位置处。有益的是应指出，观察者只需要指示参考标记414在所显示视图404、406或408中的任一者中的位置；所述系统通过在患者解剖结构的其他视图中示出相同参考标记414来作出响应。因此，观察者可在最容易看得见参考标记414的视图中标识参考标记414。

在录入参考标记414之后，用户可使用操作者界面工具诸如键盘或所显示图标以便调整参考标记414在所显示视图中的任一者上的位置。观察者还具有移除所录入参考标记并录入新参考标记的选项。

显示界面402(图5)提供放大/缩小实用程序以用于重新设定任一或所有所显示视图的大小。观察者因此可有效地操控不同图像以实现改进的参考标记定位。

参考3D图像内容的视图做出并且显现在3D图像内容的视图上的参考标记的聚合提供可用于更精确地表征患者的头部形状和结构的一组头影测量参数。头影测量参数包括通过针对患者头部的特定特征的参考标记录入直接提供的坐标信息。头影测量参数还包括关于患者头部的解剖结构的各种可测量特性的信息，所述信息不是作为坐标或几何结构直接录入的，而是根据坐标信息导出的，叫做“导出头影测量参数”。导出头影测量参数可提供关于相对大小或容积、对称性、取向、形状、移动路径和可能的移动范围、惯性轴、质心和其他数据的信息。在本公开的上下文中，术语“头影测量参数”适用于诸如通过参考标记直接标识的那些参数或根据参考标记计算的那些导出头影测量参数。例如，在特定参考点由其对应参考标记标识时，构架连接线522被构造来连结参考点以用于适当表征总体特征，如在图6中更清楚示出的。构架连接线522可被认为是3D空间中的向量；其维度和空间特性提供可用于正畸计算和其他目的的另外的容积图像数据。

每个参考标记414、504、506、508、510是一条或多条构架连接线522的终点，所述一条或多条构架连接线522由图像处理设备100的计算机106在容积数据内自动生成并且形成促进随后分析和测量处理的构架。图7A、图7B和图7C针对来自不同透视视角的所显示3D图像502a、502b和502c示出选定参考点的构架520(其中参考点在顶点处)如何有助于限定总体头部结构的维度方面。根据本公开的实施方案，操作者指令允许操作者在类似于图5所示那些的2D视图与图6所示的容积表示之间切换，其中患者头部的体素具有部分透明度。这使得操作者能够从多个角度检查参考标记布局和连接线布局；可在所显示视图中的任一个上进行参考标记位置的调整。另外，根据本公开的实施方案，操作者可键入特定参考标记的更精确坐标。

图8的逻辑流程图示出用于接受并处理用于参考标记录入和标识的操作者指令以及用于提供根据图像数据和参考标记计算的参数的序列中的步骤。显示步骤S200显示从患者头部的计算机断层摄影扫描重建的3D图像数据的来自不同角度(例如像来自互相正交的角度)的一个或多个2D视图。在任选列出步骤S210中，所述系统提供文本列表诸如制表列表、一系列提示或一连串标注字段以用于进行数字录入，这要求录入重建3D图像中的多个标志或解剖学特征的位置数据。此列表可以用户界面提示或菜单选择的形式为操作者明确地提供，如随后所述。另选地，所述列表可含蓄地限定，使得操作者无需遵循用于录入位置信息的特定序列。在记录步骤S220中，录入给出不同解剖特征的x,y,z位置数据的参考标记。解剖特征可位于患者的嘴内或嘴外。本公开的实施方案可使用在显示器上标识的解剖特征(如在步骤S220中所录入)与针对牙齿和其他牙列元素自动生成的分割数据(如先前参考图2所指出)的组合。

在图8的记录步骤S220中，所述系统接受定位与解剖结构的每个标志特征对应的参考标记的操作者指令。参考标记由操作者在第一2D视图或第二2D视图中的任一个上录入，或者在呈现多于两个视图的情况下在其他视图中的任一个上录入，并且在录入之后在所显示视图中的每一个上显示。标识步骤S230标识与所录入参考标记相对应的解剖特征或标志，并且任选地标识操作者录入的准确度。计算比例值以确定给定操作者录入准确地标识特定解剖特征的参考标记的位置的可能性。例如，眶下孔通常与腭孔相距在一定距离范围内；所述系统检查所录入距离并且在对应参考标记似乎未恰当定位的情况下通知操作者。

继续图8的序列，在构建步骤S240中，生成构架连接线来连接参考标记以用于构架生成。然后，执行计算和显示步骤S250，其根据所定位参考标记计算一个或多个头影测量参数。然后，向操作者显示所计算参数。

图9A、图9B和图9C示出显现在显示器108上的操作者界面。操作者界面在显示器108上提供交互实用程序以用于接受操作者指令以及用于显示特定患者的头影测量参数的计算结果。显示器108可以是例如用于录入操作者指定的参考标记和其他指令的触摸屏显示器。显示器108同时显示来自不同角度或视角的容积图像数据的至少一个2D视图或者容积图像数据的两个或更多个2D视图。举例来说，图9A示出额视图或冠状视图150，其与侧视图或矢状视图152配对。可同时示出多于两个视图并且可示出不同2D视图，其中所显示视图中的每一个根据本公开的实施方案独立地定位。视图可互相正交或者可简单地来自不同角度。作为显示器108的界面的一部分，任选控件166使得观察者能够通过在另选的固定视图之间切换或通过沿着3D轴线(x,y,z)中的任一条增量地改变相对透视角度来调整从其获得2D视图中的一个或多个的透视角度。可与每个2D视图一起提供对应控件166，如图9-C所示。使用针对显示器108示出的操作者界面，操作者使用某一类型的指针来录入每个参考标记414，所述某一类型的指针可以是鼠标或其他电子指针，或者可以是触摸屏录入，如图9A所示。作为操作者界面的一部分，任选列表156设置来指导操作者根据提示录入特定参考标记，或者诸如通过从下拉式菜单168选择来标识操作者录入，如图9B的实例所示。因此，操作者可在列表156中录入值或者可在字段158中录入值，然后，从下拉式菜单168选择与所录入值相关联的名称。图9A至图9C示出在参考点之间构造的构架154。如图9A所示，每个所录入参考标记414可在两个视图150和152中示出。选定参考标记414在显示器108上突显，诸如以粗体或以另一种颜色显现。选择特定参考标记以便获得或录入关于参考标记的信息或执行某一动作(例如像移动其位置)。

在图9B所示的实施方案中，通过从列表156进行选择来标识操作者刚刚录入或选择的参考标记414。对于所示的实例，操作者选择所指示参考标记414，然后，进行菜单选择，诸如从菜单168选择“眶下孔”。任选字段158标识所突显参考标记414。例如可使用基于模型或基于标准已知解剖关系的计算来标识参考标记414。

图9C示出其中操作者录入由所述系统检测为不正确或不可能的参考标记414指令的实例。错误提示或错误消息160显示出来，从而指示操作者录入似乎是错误的。所述系统例如基于模型或基于所学习数据来计算特定标志或解剖特征的可能位置。当操作者录入似乎不准确时，消息160连同任选另选位置416一起显示出来。超驰指令162连同用于根据来自所述系统的所计算信息重新定位参考标记的重新定位指令164一起显示出来。重新定位可通过从显示屏或键盘接受另一操作者录入或通过接受系统计算的参考标记位置(在图9C的实例中，在另选位置416处)来进行。

根据本公开的另选实施方案，操作者无需在录入参考标记时标注所述参考标记。替代地，显示器提示操作者指示所显示2D视图中的任一个上的特定标志或解剖特征并且自动地标注所指示特征。在这种指导的序列中，操作者通过指示指定标志的对应参考标记的位置来对每个系统提示作出响应。

根据本公开的另一另选实施方案，所述系统确定在操作者指示参考标记时哪一标志或解剖特征已经被标识；操作者无需在录入参考标记时标注所述参考标记。所述系统使用关于已经被标识的解剖特征的已知信息并且另选地通过使用重建3D图像本身的尺寸进行计算来计算最可能的参考标记。

使用图9A至图9C的实例所示的操作者界面，本公开的实施方案提供实用的3D头影测量分析系统，其在3D头影测量分析的过程中将所述系统的人类操作者的技能与计算机的能力协同地结合起来。这利用人类创造力、启发法使用、灵活性和判断力，并且将这些与计算机优点相结合，所述计算机优点诸如计算速度、准确和可重复处理的能力、报告和数据访问及存储能力以及显示灵活性。

返回参考图2的序列，一旦录入足够的一组标志，就在计算步骤S108中计算导出头影测量参数。图10A至图10E示出用于计算和分析头影测量数据的处理序列，并且示出如何根据操作者录入的指令以及根据牙列元素的分割从组合的容积图像数据和解剖特征信息获得多个头影测量参数。根据本公开的实施方案，图10A至图10E所示的特征的部分在显示器108(图1)上显示。

图10A所示的示例性导出头影测量参数是通过使用具有如先前参考图6所述的参考标记504、506、508和510的第一几何图元的集合的子集计算的3D平面602(在头影测量分析中叫做t参考平面)。另一个导出头影测量参数是3D坐标参考系612，叫做t参考系并且由Treil在先前指出的公布中描述。t参考系612的z轴被选取为垂直于3D t参考平面602。t参考系612的y轴与参考标记508与504之间的构架连接线522对准。t参考系612的x轴在平面602中并且与t参考系的z轴和x轴两者正交。t参考系轴的方向在图10A中并且在随后的图10B、图10C、图10D和图10E中有所指示。t参考系的原点在连接参考标记504和506的构架连接线522的中间。

在建立t参考系612的情况下，来自步骤S106的3D参考标记和来自步骤S104的3D牙齿数据(牙齿的3D位置列表)从CBCT容积坐标系变换到t参考系612。在进行此变换的情况下，现在可相对于t参考系612执行导出头影测量参数的后续计算和分析。

参考图10B，可从来自t参考系612中的牙齿数据的头影测量参数导出3D上颚平面704和3D下颚平面702。根据从上颚(上颌)分割的牙齿数据计算导出上颚平面704。使用头影测量法测量和分析领域的技术人员所熟悉的方法，根据从下颚(下颌)分割的牙齿数据类似地计算导出下颚平面702。

对于根据牙齿数据对3D平面的示例性计算，通过使用颚中的所有牙齿的体素的3D位置向量和代码值来形成惯性张量(如由Treil指出的公布中所述)；然后，根据惯性张量计算本征向量。这些本征向量以数学方式描述颚在t参考系612中的取向。可使用本征向量中的两个或者使用本征向量中的一个作为平面法线来形成3D平面。

参考图10C，示出其他导出参数。针对每个颚，作为导出参数计算颚曲线。针对上颚计算上颚曲线810；针对下颚导出下颚曲线812。颚曲线被构造成与相应颚中的每个牙齿的质心相交并且位于对应颚平面中。继而可使用被分割牙齿的3D位置列表和代码值列表来计算牙齿的质心。

牙齿的质量也是根据牙齿的代码值列表计算的导出头影测量参数。在图10C中，针对上颚牙齿，示例性牙齿质量被显示为圆814或其他类型的形状。根据本公开的实施方案，形状的相对尺寸中的一个或多个(例如像圆半径)指示相对质量值，即特定牙齿相对于颚中的其他牙齿的质量的质量值。例如，上颚的第一磨牙具有大于相邻牙齿质量值的质量值。

根据本公开的实施方案，还针对每个牙齿计算本征向量系。初始地，通过使用牙齿的体素的3D位置向量和代码值来形成惯性张量，如由Treil指出的公布中所述。然后，根据惯性张量作为导出头影测量参数来计算本征向量。这些本征向量以数学方式描述牙齿在t参考系中的取向。

如图10D所示，根据两个颚平面702和704计算另一导出参数，即牙合平面(3D平面908)。牙合平面(3D平面908)位于两个颚平面702与704之间。平面908的法线为平面702的法线和平面704的法线的平均值。

对于各个牙齿，一般地，对应于最大所计算本征值的本征向量是指示牙齿的中轴的另一导出头影测量参数。图10E示出牙齿的两种类型的示例性中轴：上切牙的中轴1006和下切牙的中轴1004。

牙齿的中轴的计算长度连同其他导出参数是头影测量分析和治疗计划中的有用的头影测量参数。应指出，替代如Triel在所引用公布中所提议地使用本征值来设定轴线的长度，本公开的实施方案使用不同方法作为导出参数计算实际中轴长度。初始地，定位中轴与牙齿容积的底部切片的第一交点。然后，标识中轴与牙齿容积的顶部切片的第二交点。本公开的实施方案然后，计算两个交点之间的长度。

图11示出图表1102，其提供将牙合平面908相对于上颚平面704和下颚平面702隔离并且示出颚曲线810和812的相对位置和曲率的特写视图。

图12示出图表1202，其示出上齿中轴1006与下齿中轴1004之间的位置和角关系。

如前述描述中所指出和对应附图所示，存在可从组合的容积图像数据(包括牙列元素分割和操作者录入的参考标记)导出的多个头影测量参数。在计算机辅助的头影测量分析步骤S110(图2)中计算这些参数。

步骤S110中的可特别有价值的一个示例性3D头影测量分析规程与上颌(上颚)平面702和下颌(下颚)平面704的相对平行度有关。。上颚平面702和下颚平面704两者分别是导出参数，如先前所指出。所述评估可使用以下序列进行：

·将上颌惯性系(即，本征向量)的x轴投影到t参考系的x-z平面并且计算t参考系的z轴与投影之间的角度MX1_RF；

·将下颌惯性系(即，本征向量)的x轴投影到t参考系的x-z平面并且计算t参考系的z轴与投影之间的角度MD1_RF；

·MX1_MD1_RF＝MX1_RF-MD1_RF给出上颚和下颚在t参考系的x-z平面中的平行度评估；

·将上颌惯性系(即，本征向量)的y轴投影到t参考系的y-z平面并且计算t参考系的y轴与投影之间的角度MX2_RS；

·将下颌惯性系(即，本征向量)的y轴投影到t参考系的y-z平面并且计算t参考系的y轴与投影之间的角度MD2_RS；

·MX2_MD2_RS＝MX2_RS-MD2_RS给出上颚和下颚在t参考系的y-z平面中的平行度评估。

在步骤S110中执行的另一示例性3D头影测量分析规程是使用中轴1006和1004(图10E、图12)来评估上颌(上颚)切牙与下颌(下颚)切牙之间的角特性。所述评估可使用以下序列进行：

·将上切牙中轴1006投影到t参考系的x-z平面并且计算t参考系的z轴与投影之间的角度MX1_AF；

·将下切牙中轴1004投影到t参考系的x-z平面并且计算t参考系的z轴与投影之间的角度MD1_AF；

·MX1_MD1_AF＝MX1_AF-MD1_AF给出上切牙和下切牙在t参考系的x-z平面中的角特性评估；

·将上切牙中轴1006投影到t参考系的y-z平面并且计算t参考系的y轴与投影之间的角度MX2_AS；

·将下切牙中轴1004投影到t参考系的y-z平面并且计算t参考系的y轴与投影之间的角度MD2_AS；

·MX2_MD2_AS＝MX2_AS-MD2_AS给出上切牙和下切牙在t参考系的y-z平面中的角特性评估。

图13示出图表1300，其示出上切牙的局部x-y-z坐标系1302和下切牙的局部x-y-z坐标系1304。x-y-z坐标系的局部轴与跟那个特定牙齿相关联的本征向量对准。x轴未示出但满足右手系规则。

在图13中，系1302的原点可被选择为处于沿着轴1006的任何地方。系1302的示例性原点是与轴1006相关联的牙齿的质心。类似地，系1304的原点可被选择为处于沿着轴1004的任何地方。系1304的示例性原点是与轴1004相关联的牙齿的质心。

基于在步骤S110(图2)中执行的分析，在计划步骤S112中布置调整或治疗计划。示例性治疗计划是使上切牙在3D点处(诸如在其局部坐标系原点处)并且围绕任意3D轴(诸如围绕局部x-y-z系的x轴)逆时针旋转。图14的图表示出到轴位置1408的旋转。

在图2的治疗步骤S114中，基于计划(例如基于上切牙旋转)来执行治疗。在实际治疗发生之前，可在可视化步骤S116中测试并在视觉上验证治疗计划。

返回参考图2，示出从步骤S114到步骤S102的线120。这指示序列200工作流中存在反馈回路。在患者经历治疗之后，可通过录入相关数据作为到所述系统的输入来执行治疗的即时估量或另选地排定估量。用于这种目的的示例性相关数据可包括来自光学、射线摄影、MRI或超声成像的结果和/或任何有意义的相关测量或结果。

在图2的序列200中还示出任选牙齿剔除步骤S124。例如，如果患者已经移除一个或多个牙齿，则可剔除补充所移除牙齿的牙齿。对于此步骤，操作者基于Treil的颚平面平行度的理论来指定要从处理步骤的剩余步骤剔除的一个或多个牙齿(如果有的话)。图15的图表示出所述系统可如何使用虚拟或数字体模912来学习牙齿剔除。数字体模912是使用一组标志以及上颚的数字模型的一组上齿和下颚的数字模型的一组下齿构造的用于计算和显示的虚拟模型。数字体模912是表示从患者解剖结构获得的图像数据并且使用标志和所提供的其他解剖信息生成的3D或容积图像数据模型，并且可存储以供参考或可根据需要生成以供使用。各种类型的数字体模的使用是数字射线摄影领域的技术人员众所周知的。数字体模912的标志诸如参考标记504、506、508和510对应于从CBCT容积202(图3)标识的实际参考标记。这些标志用于计算t参考系612(图10A至图10E)。

操作者可通过从显示器选择牙齿或通过录入标识显示器上的被剔除牙齿的信息来剔除一个或多个牙齿。

在图15表示中，上牙和下牙诸如数字体模912的数字牙齿2202和2204是数字化生成的。数字牙齿的示例性形状是圆柱，如图所示。在此实例中，数字牙齿的示例性体素值为255。可了解，其他形状和值可用于体模912表示和处理。

图16A示出数字体模912的数字牙齿2202和2204。上数字颚和下数字颚中的对应数字牙齿是以相同方式生成的，具有相同大小和相同代码值。

为了评估上数字颚和下数字颚的平行度，通过使用数字颚中的所有数字牙齿的体素的3D位置向量和代码值来形成每个数字颚的惯性张量(参见先前引用的Treil公布)。然后，根据惯性张量计算本征向量。这5个本征向量作为惯性系以数学方式描述颚在t参考系612(图10A)中的取向。如稍早所指出，根据惯性张量数据计算的本征向量是一种类型的导出头影测量参数。

如图16B所示，由于上颚牙齿和下颚牙齿是以相同方式创建的，因此如所预期的，对于所生成数字体模912来说，上数字颚惯性系2206和下数字颚惯性系2208的计算轴是平行的。图17A示出在矢状视图中沿着用于上颚的线2210和沿着用于下颚的线2212的这种平行度；图17B示出在额(冠状)视图中在用于上颚的线2214处和在用于下颚的线2216处的平行度。

参考图18A和图18B，示出数字牙齿2204缺失的情况。上数字颚惯性系2206和下数字颚惯性系2208的计算轴不再平行。在对应的图19A和图19B中，也可在矢状视图中沿着用于上颚的线2210和下颚的线2212检查这种不对准；在额视图中沿着用于上颚的线2214和下颚的线2216检查这种不对准。根据本公开的实施方案，可通过剔除每个缺失牙齿的伴齿来矫正由于一个或多个缺失牙齿造成的上颚平面和下颚平面(惯性系)的这种类型的不对准，如图20A和图20B所示。牙齿2204的伴齿为牙齿2304、2302和2202。牙齿2304是牙齿2204在上颚中的对应牙齿。牙齿2202和2302是牙齿2304和2204在另一侧的对应牙齿。在剔除缺失牙齿2204的伴齿之后，用于上颚的惯性系2206和用于下颚的惯性系2208的计算轴回归平行。

图21A和图21B示出来自在剔除缺失牙齿的伴齿的情况下的CBCT容积的被分割牙齿。分割结果在图像2402中示出。用于上颚和下颚的惯性系的计算轴是平行的，如图表2404中所展示。

图22A和图22B示出使用牙齿剔除步骤S124(图2)的适用于另一患者的伴齿剔除方法。如图像2500所示，牙齿2502、2504、2506和2508未完全发育。根据惯性系统计算，它们的定位、大小和取向严重扭曲上颚和下颚的物理特性。图22B中的图表2510描绘其中上颚惯性系2512和下颚惯性系2514严重不对准(不平行)的情形。

图23A和图23B示出从图像剔除特定牙齿的结果。图像2600示出从图22A的图像2500剔除牙齿2502、2504、2506和2508的结果。在没有这些牙齿的扰乱的情况下，图像2600所示的牙齿的上颚惯性系2612和下颚惯性系2614的轴是平行的，如图表2610所描绘。

生物测量计算

鉴于解剖参考点的录入标志数据、牙列元素(诸如牙齿、植入物和颚以及相关支撑结构)的分割以及如先前所述获得的计算参数，可执行详细生物测量计算并且将其结果用于协助设定治疗计划和监视持续的治疗过程。返回参考图8，随后描述的生物测量计算给出关于用于分析和显示根据所记录参考标记生成的参数的步骤S250的更多细节。

根据本公开的实施方案，牙齿的录入标志和计算惯性系从原始CBCT图像体素空间变换到叫做直接正交标志(DOL)参考系的另选参考系，其中坐标为(x_d,y_d,z_d)。图24示出DOL参考系的多个标志和坐标轴或向量。标志RIO和LIO指示眶下孔；标志RHM和LHM标记锤骨。(x_d,y_d,z_d)的原点o_d被选择为处于连接标志RIO和LIO的线的中间。向量x_d方向被限定为从标志RIO到LIO。YZ平面在点o_d处与向量x_d正交。平面YZ与连接RHM和LHM的线存在交点o'_d。向量y_d方向是从o'_d到o_d。向量z_d是x_d和y_d的交叉乘积。

使用这种变换，可将所标识标志重新映射到图25所示的坐标空间。图26从侧视图示出具有使用这种重新映射变换的惯性系的实例。

举例来说并且无限制地，以下列表标识可使用变换的标志、牙列分割和惯性系数据计算并用于进一步分析的多个单独数据参数。

可使用变换空间中的标志计算的数据参数的第一分组给出前后值：

1.前后.齿槽.GIM-Gim：上切牙和下切牙的平均惯性中心之间的y位置差。

2.前后.齿槽.GM-Gm：上齿和下齿的平均惯性中心之间的差。

3.前后.齿槽.TqIM：上切牙的平均扭矩。

4.前后.齿槽.Tqim：下切牙的平均扭矩。

5.前后.齿槽.(GIM+Gim)/2：GIM和Gim的平均y位置。

6.前后.基底.MNP-MM：平均鼻腭孔与平均颏孔之间的y位置差。

7.前后.基底.MFM-MM：平均下颌孔与平均颏孔之间的实际距离。

8.前后.架构.MMy：平均颏孔的y位置。

9.前后.架构.MHM-MM：平均锤骨与平均颏孔之间的实际距离。

第二分组给出竖直值：

10.竖直.齿槽.Gdz：所有牙齿的惯性中心的z位置。

11.竖直.齿槽.MxII-MdII：上牙弓和下牙弓的第二轴的角度之间的差。

12.竖直.基底.<MHM-MIO,MFM-MM>：向量MHM-MIO与MFM-MM之间的角度差。

13.竖直.架构.MMz：平均颏孔的z位置。

14.竖直.架构.13：向量MHM-MIO与MHM-MM之间的角度差。

还提供横向值：

15.横向.齿槽.dM-dm：上右/左磨牙距离与下右/左磨牙距离之间的差

16.横向.齿槽.TqM-Tqm：上第一磨牙和第二磨牙的扭矩与下第一磨牙和第二磨牙的扭矩之间的差。

17.横向.基底.(RGP-LGP)/(RFM-LFM)：右/左腭大孔距离与下颌孔距离之比。

18.横向.架构.(RIO-LIO)/(RM-LM)：右/左眶下孔与颏孔距离之比。

如下给出其他计算或“推导”值：

19.推导.隐藏.GIM：平均上切牙y位置。

20.推导.隐藏.Gim：平均下切牙y位置。

21.推导.隐藏.(TqIM+Tqim)/2：上切牙的平均扭矩和下切牙的平均扭矩的平均值。

22.推导.隐藏.TqIM-Tqim：上切牙的平均扭矩与下切牙的平均扭矩的差。

23.推导.隐藏.MNPy：平均鼻腭y位置。

24.推导.隐藏.GIM-MNP(y)：平均上切牙y位置与平均鼻腭y位置的差。

25.推导.隐藏.Gim-MM(y)：平均颏孔y位置。

26.推导.隐藏.Gdz/(MMz-Gdz)：Gdz的值与MMz-Gdz的值之间的比。

应指出，此列表是示例性的并且可在本公开的范围内以某一其他方式进行放大、编辑或改变。

在以上给出的示例性列表中，前后分类中存在9个参数，竖直分类中存在5个参数，并且横向分类中存在4个参数。以上分类中的每个分类继而具有三种类型：齿槽、基底和架构。另外，存在可不表示特定空间位置或关系但在随后计算中使用的8个推导参数。这些参数可进一步被标注为正常或异常。

正常参数与前后失调具有正关系，即，就其值而言：

III类<I类<II类。

其中I类值指示上齿、下齿和颚或均衡咬合部之间的正常关系；II类值指示下第一磨牙相对于上第一磨牙在后部；III类值指示下第一磨牙相对于上第一磨牙在前部。

异常参数与前后失调具有负关系，即，就其咬合相关的值而言：

II类<I类<III类。

本公开的实施方案可使用分析引擎以便计算可用于解释并且作为治疗计划的指导的一组可能的条件。图27至图38示出分析引擎操作和组织以及由分析引擎生成的文本、制表结果和图形结果中的一些的各种方面。应指出，可根据完成必要任务和功能的一组预编程指令将计算机、工作站或主机处理器配置为分析引擎。

根据本公开的实施方案，可将分析引擎建模为三层网络2700，如图27所示。在这种模型中，行和列节点输入可被认为是被引导到基于行和列输入信号提供二进制输出的一组比较器2702。针对每组可能的输入条件激活一个输出单元格2704，如图所示。在所示的实例中，输入层1 2710填充有先前所列出的26个参数中的一个，并且输入层2 2720填充有26个参数中的另一个。输出层2730包含9个单元格，在两个输入满足一定标准的情况下，即当两个输入的值在特定范围内时，所述9个单元格中的每一个表示一种可能的分析。

根据本公开的实施方案，分析引擎具有十三个网络。这些网络包括类似于图27所示网络的独立网络以及如图28所示的耦合网络2800和2810。

图29所示的算法描述独立分析网络(诸如图27的实例所示的独立分析网络)的操作。这里，值x和y是输入参数值；m表示网络指数；D(i,j)是输出单元格。列值的“估量向量c_m”和行值的“估量向量r_m”的步骤检查以确定输入值满足什么估量标准。例如，在以下公式中，如果

则c_m＝[真,假,假]。

图28的耦合网络将来自另外两个网络的结果组合起来并且可如图30中的算法所描述进行操作。同样，值x和y是输入值；m表示网络指数；D(i,j)是输出单元格。列值的“估量向量c_k”和行值的“估量向量r_k”的步骤检查以确定输入值满足什么估量标准。

在更广泛的方面，使用参考图27所述的独立网络模型或参考图28所述的耦合网络模型的总体网络布置允许进行分析以审查、比较和组合各种指标，以便提供可报告给执业医生并且用于治疗计划的有用结果。

图31A列出针对特定患者的主要相对于牙齿的牙合不正的示例性参数作为数值及其解释，所述示例性参数是基于先前给出的26个参数的列表。图31B、图31C和图31D列出针对特定患者的相对于上颌面不对称性的示例性参数作为数值及其解释，所述示例性参数是基于在本申请的示例性实施方案中给出的总共63个参数的列表。图32A示出具有咬合分析和牙弓角度特性的特定实例的示例性制表结果3200。在图32A的实例中，列指示漏盖咬合、正常切牙关系或过盖咬合状况。行表示牙合类别和牙弓角度状况。如图32A所示，突显可用于强调对指示特别感兴趣的异常状况或其他状况的信息的显示。对于图32A实例中的特定患者，分析作为结果指示具有III类咬合特性的漏盖咬合状况。此结果可用于根据严重性和执业医生判断来展开治疗计划。

图32B示出关于对上切牙和下切牙的扭矩的分析的另一实例的示例性制表结果3200，所述分析使用来自先前给出的列表的参数3和4。

图32C示出关于对双后移或双前凸的评估的另一实例的示例性制表结果3200，所述评估使用早先作为参数(5)和(21)给出的计算参。

图32D示出特定患者的头影测量分析的结果的示例性汇总列表。所示的列表指代相对于先前所列出的参数1-26取得的分析指示。在图32D的特定实例中，存在使用如本文所述导出的生物测量参数和牙列信息进行的参数比较的13个结果。在实践中可提供另外的或更少的结果。图32E示出在具有包括单元格3294的表3292的制表列表中报告的状况中的一种的详细列表，如随后(图35)所示。

来自生物测量计算的结果信息可以各种不同格式为执业医生提供。制表信息(诸如图31A至图32E所示的制表信息)可在制表电子表格布置中以文件形式(诸如以对显示和进一步计算兼容的逗点分隔值(CSV)形式)提供，或者可以其他形式(诸如通过提供文本消息)来提供。图形显示(诸如图26所述的图形显示)可另选地提供作为输出，其中诸如通过强调特征的显示的强度或颜色来突显特定结果，其中测量的和计算的参数示出异常生物测量关系，诸如过盖咬合、漏盖咬合和其他状况。

计算生物测量参数可用于分析序列，其中组合地处理相关参数，从而提供可与从患者群体采集的统计信息进行比较的结果。然后，所述比较可用于指示各种特征之间的异常关系。此关系信息可有助于示出在特定患者的情况下不同参数如何彼此影响并且可提供用于指导治疗计划的所得信息。

返回参考图1，存储器132可用于存储从患者群体采集的头影测量信息的统计数据库。可根据患者群体存储并分析提供关于牙齿和相关支撑结构的维度信息的生物测量数据的各种项目，以及基于此数据的关于咬合、牙合以及头部部分和嘴的相互关系的附加信息。可存储分析结果它们本身，从而提供能够得到用于治疗个体患者的显著量的有用信息的预定值的数据库。根据本公开的实施方案，针对每个患者计算并存储、并且可针对数百名患者或针对至少统计学上显著的一组患者存储图31A和图31B中列出的参数数据。所存储信息包括可用于确定被认为正常或异常并且需要矫正的范围的信息。然后，在个体患者的情况下，来自患者的生物测量数据与根据数据库计算的存储值之间的比较可有助于提供用于有效治疗计划的引导。

如正畸和相关领域的技术人员众所周知的，针对各种患者测量和计算的各种生物测量参数之间的关系可能是复杂的，使得必须计算和比较多个变量以便恰当地评估矫正动作的需要。相对于图27和图28以简单形式描述的分析引擎将不同参数对进行比较并且提供一系列二进制输出值。然而，在实践中，可执行更复杂的处理，从而将在患者群体中所见的状况和值的范围考虑在内。

突显特定测量或计算生物测量参数和结果提供可指导针对患者展开治疗计划的有用数据。

图33示出具有基于分析结果的推荐消息170并且突显与推荐有关的患者解剖结构的特征的结果3200的系统显示器。图34示出具有对分析结果3200的图形描绘的系统显示器108。示出以不同角度布置的带注释3D视图(例如，308a-308d)连同推荐消息170和控件166。

根据本公开的某些示例性方法和/或设备实施方案可解决对可用于帮助估量不对称面部/牙科解剖结构的客观指标和所显示数据的需要。有利地，示例性方法和/或设备实施方案呈现以适合由执业医生评估的多种格式显示的测量和分析结果。

图35示出根据本公开的实施方案的上颌面不对称性评估的示例性文本报告。报告列出可从所述系统获得的一组评估表(T1-T19)，其中单元格条目(由具有行和列索引的C(即C(行,列))指示)提供基于与诸如图31B中的参数P1-P15的所获得参数之间的关系有关的计算组织的上颌面/牙科结构性不对称性特性评估意见。图32E中描绘具有四行和四列的示例性评估表3292。

在一个实施方案中，对于每个示例性评估表(例如，19个评估表)，一次可激活仅一个单元格3294；激活的单元格内容诸如通过以红色字体显示来突显。在示例性表3292中，激活的单元格为C(2,2)(3294)，其中内容“0”指示针对切牙和磨牙上/下偏斜的特性未发现不对称性。

为了快速参考示例性评估表，本公开的系统生成提供关于表编号(Tn)、参数编号(Pk,j)、单元格索引(Cs,t)和来自评估表T1-T19的实际评估意见的信息的检查表类型的简洁汇总页面(例如，图35)。从这种类型的文本报告获得的信息可有助于执业医生提供可用于针对特定患者展开治疗计划或估量治疗过程的至少一些客观指标。对执业医生的其他益处可以是涉及患者的总体状况评估的累积的总结性估量。这特别地可以是利用来确定患者的不对称面部/牙科解剖结构或关系的多个条件性参考点和及其间的关系涉及大量面向视图的和3D取向的治疗条件与可变根本原因时的情形。

在一个示例性不对称确定表实施方案中，19个评估表可包括有数百个参考点及其间的好几百种关系。在这种示例性不对称确定表实施方案中，表包括：

T1：不对称匹配的切牙和磨牙上/下偏斜；

T2：牙弓旋转；

T3：上/下牙弓右旋转和上或下牙弓反应性；

T4：不对称匹配的切牙上/下偏斜与上切牙横向偏斜，上或下牙弓在上/下切牙横向偏斜中的反应；

T5：不对称匹配的切牙上/下偏斜与前底横向偏斜，上或下牙弓前偏斜在上/下切牙横向偏斜中的反应；

T6：不对称匹配的切牙上/下磨牙偏斜与上磨牙横向偏斜，上或下磨牙横向偏斜的反应；

T7：不对称匹配的切牙上/下磨牙偏斜与下磨牙横向偏斜；

T8：不对称匹配的基底骨上/下偏斜；

T9：不对称匹配的基底骨上/下前关系与前上颌偏斜；

T10：不对称匹配的基底骨上/下前关系与前下颌偏斜；

T11：不对称匹配的切牙上/下偏斜与前基底横向偏斜；

T12：竖直不对称比较的L/R磨牙高度差与上颌牙弓滚动；

T13：不对称比较的L/R磨牙高度差与下颌牙弓滚动；

T14：竖直不对称比较的基底骨R/L后差(上颌和下颌)；

T15：竖直不对称比较的颏点水平处的L/R差(测量上颌面部区和整体面部)；

T16：前后不对称比较的R/L上/下磨牙前后差与下者；

T17：前后不对称比较的R/L上/下磨牙前后关系差与下者；

T18：前后不对称比较的L/R上基底侧向标志前后差与下者；

T19：前后不对称匹配的下颌水平支与R/L整体半脸；

在根据本申请的这类复杂的不对称面部/牙科解剖结构或关系确定中，优选地使用与患者的总体状况评估有关的任选累积总结性估量。在一些实施方案中，示例性累积总结性或总体诊断意见可包括：不对称性前后方向(AP意见或S1)、不对称性竖直方向(VT意见或S2)和不对称性横向方向(TRANS意见或S3)。再进一步地，可通过使用S1、S2和S3中的一者或多者或者通过组合S1、S2和S3来使用一个或多个最高级估量得分来确定不对称性整体得分(不对称性整体确定)。例如，示例性不对称性整体得分可以是总结(例如，总体I类、II类、III类)，其被分成数个有限的分类(例如，正常、有限估量、建议的详细评估)或由主要不对称性状况(例如，S1、S2、S3)表示/表征。

如图35所示，示例性文本报告还呈现S1前后方向“综合”不对称性意见、S2竖直方向综合不对称性意见以及S3横向方向综合不对称性意见。

“综合”术语在本申请中被推导以在每个方向上形成一对表。在某些示例性实施方案中，“综合”术语可根据来自每个评估类型(例如，涉及或表示颅骨的实质(例如，>50％)部分的AP、V、Trans)的多个表或每个方向上的一对表的组合来确定。

例如，根据表17和表19导出S1综合意见。推导首先将得分分配给表17和表19的单元格中的每一个。示例性得分分配解释如下：

对于表17，C(1,3)＝-2；C(1,2)＝C(2,3)＝-1；C(2,1)＝C(3,2)＝1；C(3,1)＝2；其他单元格分配有值0。

对于表19，C(1,1)＝-2；C(1,2)＝C(2,1)＝-1；C(2,3)＝C(3,2)＝1；C(3,3)＝2；其他单元格分配有值0。

S1综合意见的推导通过将来自表17和表19的得分相加来估量组合得分。

例如，如果表17中的C(1,3)被激活并且表19中的C(1,1)被激活，则组合得分将是表17的C(1,3)和表19的C(1,1)的得分的总和。由于表17中的C(1,3)分配有值-2并且表19中的C(1,1)分配有值-2，因此组合得分为-4。显然，S1的可能组合得分值为-4、-3、-2、-1、0、1、2、3和4。

示例性S1综合意见可基于组合得分值并且概述如下。

如果组合得分＝-4或-3，则S1综合意见＝强左前后发育过度(excess)。

如果组合得分＝-2，则S1综合意见＝左前后发育过度趋势。

如果组合得分＝2，则S1综合意见＝右前后发育过度趋势。

如果组合得分＝4或3，则S1综合意见＝强右前后发育过度。

如果组合得分＝0，则无意见。

类似综合意见推导适用于竖直方向和横向方向。

返回参考图35，示例性文本报告显示S1＝强右前后发育过度，S2＝无，并且S3＝左上偏斜趋势。

在非常罕见的情况下，综合意见在所有三个方向上进行显示，或者意见呈现某一类型的综合意见混合，这可提示进一步扩展的诊断和/或治疗。

此外，根据本申请的选定示例性方法和/或设备实施方案还可提供对患者的上颌面/牙科结构特征的不对称性特性的快速视觉评估。

图36是相对于前视图示出患者的上颌面/牙科结构特征的绘图或图表，所述绘图或图表是使用由操作者选择的标志、参考标记414(参见图5)绘制的。这种类型的所显示绘图以客观方式清楚地示出此示例性患者的不对称性(左对右)。

同样地，图37是矢状视图的绘图或图表，其中参考标记414示出患者面部的左侧和右侧如何紧密重叠，这作为不对称性的另一客观指示符。

图38是提供对患者咬合在上颚平面704和下颚平面702的矢状视图中的显而易见的不恰当对准的快速视觉评估的绘图或图表。颚平面704是基于导出上颚标记814计算的，下颚平面702是基于导出下颚标记814计算的。导出标记814是基于图4所示的被分割牙齿304计算的并且示出牙齿的位置。图38所示的实例描绘具有高角面型的患者的示例性视觉线索。

本公开的实施方案使用来自CBCT、光学扫描或两者的牙齿和相关解剖结构的相对位置的测量结果作为到分析处理器或引擎的输入以用于上颌面/牙科生物测量。生物测量分析处理器使用人工智能(AI)算法和相关机器学习方法来生成可用于患者评估和持续治疗的诊断正畸信息。使用来自生物测量分析处理器的所生成AI输出数据和分析，AI逆操作然后，生成并显示量化数据以支持矫正正畸。

根据本公开的实施方案，所描述方法提供用于在正畸治疗之前基于个体患者的牙齿位置限定最优牙弓形态的自动化解决方案。

还可为使用牙科矫治器(包括具有一个或多个对准器、牙箍、定位器、保持器等的设计、用途、放置布置及组合)提供指导。为了支持部署正畸矫治器，本公开的实施方案为朝向实现最优牙弓形态的多步过程提供指导。对于个体患者，所述方法计算具有可用于引导牙齿重新定位的多个推荐运动向量的集合。根据另选实施方案，如果可行的话，可使用3D打印机整体或部分地制造适当牙科矫治器中的一个或多个；可另选地使用标准托槽和牙箍的布置来组装适当矫治器。

图39的流程图示出可用于提供评估和指导以支持正畸应用的逻辑处理机构和数据的逻辑流程图。将从CBCT、光学扫描或其他源获得的生物测量数据3900以及群体数据输入到生物测量分析处理器3910。作为响应，生物测量分析处理器3910(即人工智能(AI)引擎)如先前所述执行计算，并且生成标识一个或多个牙科/上颌面畸形的描述性语句3920。根据本公开的示例性实施方案，描述一个或多个牙科/上颌面畸形的描述性语句可包括先前在图31A至图32D中给出的那些中的一些。

继续图39的过程，AI逆处理器3930提供生成推荐或期望牙弓曲线数据3904的逻辑引擎，所述推荐或期望牙弓曲线数据3904是基于个体患者的解剖结构并且从个体患者的解剖结构生成。基于描述性语句3920并且基于期望牙弓曲线数据3904，AI逆处理器3930然后，生成对应矫正数据3940，所述对应矫正数据3940可包括牙齿重新定位所需的运动向量以及用于正畸指导的相关数据。

AI逆处理可开始于牙弓形态优化。图40所示的示例性情况示出典型患者状况(即角度α的牙弓左转)的图像。非零角度指示牙齿牙弓形态不对称性。针对牙弓旋转矫正执行的序列提供AI逆处理器3930针对这种典型情况的活动的实例。以下概括序列步骤：

1.AI引擎(即图39的生物测量分析处理器3910)分析来自CBCT重建的生物测量数据，并且生成指示图40所示的牙弓左旋转状况的描述性语句。

2.AI逆引擎(即AI逆处理器3930)基于描述性语句并且基于牙弓特性的推荐或期望结果而生成指示治疗过程的当前阶段的量化牙齿移动值的患者特定的固有的和优化的几何图元及相关参数。

对于图40的实例：

(i)AI引擎检测为表示集合{t₁,…t_N}的牙齿向量t的函数f(t)的牙弓旋转，其中N是牙弓中的牙齿数量。可由AI引擎逆操作通过重新布置牙齿t以便以系统化且自动化的方式最小化牙弓旋转：min f(t)来矫正t的位置(在示例性2D空间中)；

此表达式受制于示例性函数

g(t)＝4阶多段线曲线，所述示例性函数继而导致求解示例性2D空间中的超定系：X^Tβ＝y

其中X^T表示包含示例性2D空间中的所有的牙齿的0阶至n阶x位置的矩阵。示例性值为n＝4。

变量y表示包含示例性2D空间中的所有的牙齿的1阶y位置的向量{y₁,..y_N}；再次地，变量N为牙弓中所包括的牙齿数量。

其中β表示具有以下目标函数的向量{β₀Λβ_n}：

矫正方法的概念适用于3D空间。

(ii)为了实现min(f(t)＝α)的目标，序列可如下：

(1)首先，计算张量矩阵

I＝I_d迹线(C)-C；其中

其中针对2D或3D计算，相应地d＝2或3；

p_k表示元素(例如，牙齿的体素)的(x,y,z)位置向量。

在图40的牙弓旋转的情况下，p_k为牙齿k的惯性中心。k＝{1,2,3,...N}。再次地，变量N为牙弓中所包括的牙齿数量。图41在3D透视图中示出沿着牙弓的惯性中心p_k 4100的示例性表示。本公开的实施方案在2D平面中显示惯性中心，从而示出对惯性中心定位的推荐调整。用于生成推荐调整的规程可另选地扩展到3D空间中的矫正。

(2)第二，计算张量I的本征向量以便计算牙弓旋转角度α；

(3)第三，使用牙齿惯性中心作为p_k输入点来计算牙弓曲线，诸如g(t)＝4阶多段线曲线。

应指出，可利用另外的输入点来增大惯性中心p_k的集合，或者另选地可通过移除异常输入点来在大小上减小所述集合。示例性另外的输入点可以是具有翻转记号(x方向)的原始惯性中心；示例性异常点可以是坐标示出与理想牙弓形状的显著偏斜的那些。

为了简化问题，可在(x,y)空间中(即，在变量d＝2的情况下)计算4阶多段线-曲线(多项式曲线)

图42示出在x,y空间(2D)中沿着具有14个牙齿的初始未矫正分段线性牙弓曲线4202绘制的惯性中心4100。惯性中心4100中的少数几个以示例性坐标指称{(x₁,y₁),(x₂,y₂),...(x₁₄,y₁₄)}标注。

可通过最小化：

来获得多段线-曲线(多项式曲线)

计算；

其中y_i为{y₁,..y_N}的元素，x_ij为矩阵X^T的元素。以上S(β)方程表示可例如通过使用本领域个体技术人员所熟悉的众所周知的伪逆方法进行求解的超定线性系。在此计算之后，然后，可直接映射图42所示的牙齿惯性中心4100。在一种直接映射方法中，每个惯性中心p_k4100的x_n值是固定的，并且y_n值被调整以将惯性中心竖直移位到多项式曲线

上。如图43所示，各个牙齿惯性中心p_k 4100可竖直移动很少量以便拟合多项式曲线，同时保持对应x值恒定。

也可通过适当地选取n阶多项式曲线的根中的一个、从而保持y_n值为固定输入并且使x_n(根)为输出来将原始未矫正中心移动到多项式曲线

上。然后，可使用移动后中心来重新计算张量矩阵I。可重新计算张量的本征向量并且重新计算牙弓旋转角度α(图40)。

可重复上述处理，直到角度α达到预定最小值或零(指示对称牙齿牙弓形态)为止。

图43示出叠覆以用于与如先前所述计算的优化之前的原始牙弓形态进行比较的期望的优化的牙弓曲线

4300。

可向执业医生显示并报告牙齿基于计算优化从其原始位置到期望位置的推荐移动，如图44所示。

在图44的所报告数据中，可示出(诸如以特定颜色或利用其他合适的显示处理进行突显)牙弓的原始牙齿惯性中心4100。运动向量V然后，示出从原始惯性中心4100位置到优化的惯性中心4110的期望移动。原始牙弓旋转由向量4106表示。矫正后牙弓旋转角度α由向量4108表示。

图45示出其中指示基于以上计算的牙齿位移向量V的图表。图46示出其中向量位移被分解成互相正交的切线分量方向和法线分量方向的图表。

对于图40所示的实例，示出牙齿位移向量的矫正数据可有助于充当用于正畸治疗的指南。示例性优化的4阶多项式曲线截距和系数参数可如下：

23.174417248277855

-0.000000000000000

-0.037164341067977

0.000000000000000

-0.000018751015683

根据本公开的实施方案，所述系统将图46中所呈现类型的数据以某一形式提供给执业医生以支持针对患者的正畸治疗计划。针对牙弓中的每个牙齿，基于对牙齿惯性中心位置的推荐或期望调整来计算对应向量V。

多阶段实施方案

本公开的另选实施方案扩展用于牙齿位置调整的逻辑以更紧密地对应于用于正畸治疗的多阶段序列。此实施方案提供重新定位计算和报告过程的多次迭代，从而更紧密地跟踪患者进展以在每个阶段推荐必要调整。

本公开的系统在时间T₀处接收患者的牙列的组成部分(牙齿)的第一位置数据，其中数字数据是通过AI引擎从对牙列应用的至少一个3D数字容积获取模态提取的。3D容积可通过使用CBCT扫描仪或光学扫描仪或激光扫描仪来获取。

本公开的系统自动地通过AI引擎逆操作来基于牙列组成部分的第一位置数字数据产生患者牙列的组成部分(牙齿)的第二位置数字数据，其中第二位置数字数据被高度优化，使得在正畸治疗之后的时间T₁处，牙列组成部分(牙齿)的所得牙弓形态是针对多个美学和功能要求的改进配合。

图47和图48示出通过使用本文所述的迭代牙弓逼近计算分阶段移动牙齿实现的牙弓改进的演替。图47的图形表示示出针对来自通过使用CBCT扫描仪或光学扫描仪或激光扫描仪获取的3D容积的牙弓形状使用AI逆操作执行的第一步骤。局部放大区段中的虚线表示示出牙弓曲线在于时间T₀处提取原始患者数据之后的部分。

在实践中，在时间T₀处，已经获取CBCT扫描和口内光学扫描两者。可根据CBCT扫描生成具有牙根的3D牙齿模型；可根据口内光学扫描生成没有牙根的3D牙冠模型。然后，可在时间T₀处记录没有牙根的牙冠模型和具有牙根的牙齿模型。

在图47和图48所示的过程中，对在时间T₀处获取的数据应用先前所述的牙齿牙弓形态优化规程，从而产生第一组运动向量V₁。这些初始移动向量可被认为是参考图46所述的满尺寸移动向量V的“缩放”或“缩减”版本，例如，V₁＝0.5V。

这些缩放的向量提供用于治疗规程中的单个阶段的数据。关于例如图47的牙弓映射图表，向量V₁提供对应牙齿惯性中心从时间T₀到时间T₁的所指示移动。

使用此多阶段序列，迭代逻辑在第一阶段结束时重复其处理，从而有效地使用时间T₁的第二位置数据作为起始点，使得T₁位置取代T₀位置并且处理继续进行。

在实践中，在时间T_k处，其中k>0，可通过使用口内光学扫描仪而不获取另一CBCT扫描来获取没有牙根的3D牙冠模型；此序列有助于减少患者X射线暴露。可使在时间T₀处获得的具有牙根的牙齿模型与在时间T_k处的没有牙根的牙冠模型对准，使得在时间T_k处形成与没有牙根的牙冠模型对准的一组新的具有牙根的牙齿模型。这组新的具有牙根的牙齿模型可用于评估治疗效能。可设计修订的治疗计划并且可相应地计算一组新的牙齿移动向量。

通过后续AI逆操作，本公开的系统基于在时间T₁处计算的新的第一位置数字数据产生患者牙列的另一第二位置数字数据。如图48所示，所计算患者牙列的优化通过使用沿着向量V₂的运动在时间T₂处产生新的位置来产生进一步改进的牙弓形态。在正畸治疗之后，所得牙弓形态提供牙列组成部分(牙齿)针对美学和功能要求的改进配合。

参考图47和图48所述的示例性两阶段过程(T₀-T₁、T₁-T₂)可概括为由T_i-T_i+1表示的多阶段过程。一般地，可在第一位置数字数据与第二位置数据之间的差减小时的时间Tn终止多阶段过程。或者，可使用例如预限定数量的迭代或通过根据预定阈值估量其他移动距离来确定多阶段调整过程的完成。

如图46、图47和图48的实例所示，本公开的系统可在由正畸策略确定的时间T_i(其中i＝0,1,2,3,...n-1)自动地相对于时间T_i处的所得牙弓形态沿着切线和法线方向分解第二位置数据的位移数据。

本公开的过程可在时间T_i处基于分解的位移数据和向量V自动地确定和/或制造用于牙列组成部分的位置矫正装置。如果分解的位移数据主要为切向的，则牙箍可以是优选的。如果分解的位移数据的主分量为法向的，则对准器可以是优选的。在许多情况下，组合式对准器和牙箍装置是优选的。所述过程中的每个步骤的向量V可被报告(诸如显示、打印或存储)并且提供给矫治器设计系统，所述矫治器设计系统提供合适的牙箍、对准器或用于牙齿重新定位的其他牙科矫治器的制造，如随后更详细描述的。

举例来说，图49示出正畸患者的牙弓的14个牙齿中的每一个的移动向量V的计算机生成的列表。示出每个牙齿向量V的x轴移动和y轴移动的值。可作为列表在诸如文件中提供移动向量V值或者将其显示给执业医生。

图50A(3D渲染视图)示出示例性正畸患者的初始未矫正牙弓5000中的牙齿的布置。图50B示出在由本公开的系统提供的治疗推荐之后的矫正牙弓5010。图50C(部分地也是3D渲染视图)示出叠覆的初始牙弓和优化牙弓，其中原始牙齿位置以轮廓线5002指示。图50D(2D轴向视图的切片)示出其中呈轮廓线5002的初始牙弓叠覆在优化牙弓5010上的另一实例。

举例来说，图51的示意图示出用于控制处理以提供正畸数据并且用于显示处理结果的操作者界面显示器5100。图像部分5110提供实际扫描结果(如在图50A中)、改进的定位(如在图50B中)、以及提议的牙齿移动的向量V(如在图46中)的图形表示。这些不同的所显示数据可例如叠覆，或者在由操作者使用控件5120选择时单独示出。操作者还可根据诸如针对单阶段或多阶段治疗的可变选择来选择不同的计算和结果，如参考图47和图48所述。

本公开的实施方案可生成适合各种类型的矫治器制造系统的向量和定位信息。图52的示意图示出用于使用本公开的优化方法形成正畸矫治器的示例性制造系统260。可通过线或无线网络282(诸如具有互联网连接性的以太网)作为数据文件或流式数据提供来自成像设备270(诸如如参考图1所述的CBCT成像设备100)的图像数据。网络282可用于将此3D图像数据传输到存储器284或联网服务器或工作区280上的存储体。可通过工作区280录入患者的临床适应症和相关参数或以其他方式使其与3D数据相关联。自动化或部分自动化过程然后，可在工作区280处执行，从而通过形成支持矫治器制造的打印文件288或其他数据结构来生成矫治器设计。打印文件288或其他制造指令可去往制造设备290，所述制造设备290也与网络282进行信号通信。

图52的制造过程可以是高度自动化或部分自动化的，或者可以是使用由系统提供的向量10数据的手动制造过程。根据本公开的实施方案，制造设备290是可用于生成对准器或其他矫治器的各种布置的联网3D打印机。工作区280处的操作者或执业医生可提供各种控制功能和命令以用于使用本文所述的生物测量分析工具进行3D打印机操作。其他类型的制造设备290可能需要另外的设置或控制并且可能需要更广泛的操作者交互或执业医生输入以便应用生物测量分析结果。

图53的流程图示出用于将正畸优化的结果应用于矫治器设计和制造任务的序列。生物测量获取步骤S5310获得上文所述的生物测量数据以表征正畸治疗所感兴趣的头影测量几何结构。然后，生物测量处理步骤S5320执行对头影测量数据的处理，从而生成图31A至图32D的实例所示的描述一种或多种牙科/上颌面畸形的类型的数据。然后，向量生成步骤S5330生成指明如参考图51所述的各个牙齿的期望移动向量的矫正数据。矫正数据可使用例如先前所述的AI逆处理器生成。此矫正信息可与治疗计划生成步骤S5340中的治疗计划整合。操作者输入录入步骤S5350可提供用于支持设计处理步骤S5360的另外的数据，所述设计处理步骤S5360可以是完全自动的、部分自动的或主要手动的。设计处理步骤S5360的输出(诸如打印文件288或设计数据流)去往制造步骤S5370，所述制造步骤S5370由制造系统(诸如3D打印机或用于矫治器制造的其他装置)执行。

根据本公开的实施方案，设计处理步骤S5360将针对治疗计划自动生成的移动向量数据转化成支持合适的牙科矫治器的自动化制造的设计数据。作为其输出，设计处理步骤S5360可生成适用于3D打印的文件或数据流，诸如通常与3D打印机一起使用的呈.STL(标准三角测量语言)格式的文件，或者表示3D几何结构的呈.OBJ格式的文件。其他类型的打印文件数据可呈专有格式，诸如X3G或FBX格式。

自动化制造系统可以是增材的，诸如使用通过将少量材料沉积到基础结构上来生成对象或形态的立体光刻(SLA)或其他增材方法的3D打印设备。用于增材制造的一些另选方法包括：熔融沉积建模，其应用呈液态的材料并且允许材料硬化；以及选择性激光烧结，其使用聚焦辐射能来烧结金属、陶瓷或聚合物颗粒以用于形成结构。另选地，自动化制造装置可以是减材的，诸如使用用于从一块合适的材料加工出矫治器的计算机化数控(CNC)装置。

用户交互可用作制造过程的一部分，诸如验证并确认自动生成并显示的结果，或者按执业医生的意思修改所生成结果。因此，例如，操作者可接受来自自动化系统的某一指导，但仍可根据特定患者需要更改所生成移动向量数据。另选地，设计工作区处的操作者可输入并操控设计数据以便生成针对患者定制的矫治器设计。

本文描述一种计算机执行的方法，其扩展并增强患者的上颌面不对称性的3D头影测量分析以提供用于后续治疗(包括使用手动或自动化方法制造适当的牙科矫治器)的正畸评估和指导。

与本文的示例性实施方案一致，计算机程序可使用对从电子存储器访问的图像数据执行3D生物测量分析的所存储指令。如图像处理领域的那些技术人员可了解，本申请的示例性实施方案中的用于操作成像系统和探针并且获取图像数据的计算机程序可由作为如本文所述的控制逻辑处理器(诸如个人计算机或工作区)操作的合适的通用计算机系统利用。然而，可使用许多其他类型的计算机系统来执行本发明的计算机程序，包括例如联网处理器的布置。用于执行示例性方法实施方案的计算机程序可存储在计算机可读存储介质中。这种介质可包括例如；磁存储介质，诸如磁盘(诸如硬盘驱动器)或可移动装置或磁带；光存储介质，诸如光盘、光带或机器可读光编码；固态电子存储装置，诸如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)；或用于存储计算机程序的任何其他物理装置或介质。用于执行示例性方法实施方案的计算机程序还可存储在通过因特网或其他网络或通信介质连接到图像处理器的计算机可读存储介质上。本领域技术人员将进一步容易地认识到，这种计算机程序产品的等效物还可构建在硬件中。

应指出，在本申请的上下文中等同于“计算机可存取存储器”的术语“存储器”，可指代用于对图像数据进行存储和操作并且可由计算机系统访问的任何类型的暂时性或更持久的数据存储工作区，包括例如数据库。存储器可以是非易失性的，其使用例如长期存储介质，诸如磁性存储装置或光学存储装置。另选地，存储器可具有更易失的性质，其使用电子电路，诸如被微处理器或其他控制逻辑处理器装置用作暂时性缓冲器或工作区的随机存取存储器(RAM)。例如显示数据典型地存储在暂时性存储缓冲器中，所述暂时性存储缓冲器与显示装置直接相关联并且根据需要定期刷新以提供所显示数据。当这个术语在本申请中使用时，此暂时性存储缓冲区还被认为是一种类型的存储器。存储器还用作用于执行并存储计算和其他处理的中间结果和最终结果的数据工作区。计算机可存取存储器可以是易失性的、非易失性的、或易失类型和非易失类型的混合组合。

将理解，本申请的计算机程序产品可利用各种图像操控算法和熟知的过程。这类算法和系统以及用于生成和以其他方式处理图像或与本申请的示例性实施方案的计算机程序产品协同操作的硬件和/或软件的另外的方面未在本文中具体示出或描述，并且可选自本领域中已知的这类算法、系统、硬件、部件和元件。

虽然已相对于一个或多个实现方式示出本发明，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可对所示的实例进行变更和/或修改。另外，虽然本发明的特定特征可能已相对于若干实现方式/实施方案中的仅一者进行公开，但是这种特征可与其他实现方式/实施方案的一个或多个其他特征相组合，如对于任何给定或特定功能来说可能是所期望的和有利的。术语“……中的至少一个’用于意指可选择所列出项目中的一个或多个。术语“大约”指示所列出的值可略作变更，只要所述变更不会导致过程或结构与所示的实施方案不一致即可。最后，“示例性”指示描述是用作实例，而不是暗示它是理想的。通过考虑本文所公开的发明的说明书和实践，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。意图仅将本说明书和实例认为是示例性的，且本发明的真实范围和精神至少由所附权利要求指示。

Claims

1.一种至少部分地由计算机执行的用于正畸治疗计划的方法，其包括：

(a)从患者的上颌面和牙科解剖结构的扫描获取三维数据；

(b)根据所获取三维数据计算多个头影测量值；

以及

(e)显示、存储或传输所计算期望移动向量。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：沿着正交切线和法线方向分解所计算期望移动向量并且显示指示所述分解的向量数据。

3.如权利要求1所述的方法，其中获取三维数据包括：从锥形束计算机断层摄影系统和/或口内光学扫描仪获取数据。

4.如权利要求1所述的方法，其还包括：根据所计算期望移动向量制造一个或多个正畸矫治器。

5.如权利要求4所述的方法，其中传输所计算期望移动向量包括：向自动化制造设备传输。

6.如权利要求4所述的方法，其中制造包括：接受与期望牙齿移动相关的操作者命令。

7.如权利要求1所述的方法，其中处理使用患者解剖结构和群体数据生成目标牙弓形态。

8.如权利要求1所述的方法，其中处理根据患者解剖结构和群体数据指定预定目标牙弓形态。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述期望移动向量示出针对具有单个阶段的正畸治疗的牙齿惯性中心的重新定位。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述期望移动向量示出针对具有多个阶段的正畸治疗的单个阶段的牙齿惯性中心的重新定位。

11.如权利要求1所述的方法，其中所计算移动向量作为坐标值的列表提供。

12.如权利要求1所述的方法，其中显示所述移动向量还包括：显示针对实际或期望牙齿移动的叠覆到所述牙弓中的牙齿的2D轮廓线上的所述向量。

13.如权利要求1所述的方法，其中显示所述移动向量还包括：显示叠覆在牙弓的某些部分中的牙齿的3D表示上的所述向量。

14.如权利要求1所述的方法，其还包括：根据所计算移动向量生成3D打印文件。

15.一种用于生成患者牙弓的最优牙弓形态的方法，所述方法至少部分地在计算机处理器上执行并且包括：

接收来自所述患者牙弓的重建3D数字容积的一个或多个牙齿的第一位置数字数据；

根据所述患者的期望牙弓形态生成所述一个或多个牙齿的第二位置数字数据；

根据所述第一位置数字数据和所述第二位置数字数据计算一个或多个牙齿的位移数据；

计算所述一个或多个牙齿的增量移动的中间位移；

以及

报告用于重新定位所述第一个或多个牙齿的中间位移数据。

16.如权利要求15所述的方法，其还包括：根据所报告中间位移数据自动地制造位置矫正装置。

17.一种用于为正畸提供指导的设备，所述设备包括：

(a)扫描设备，所述扫描设备被配置来从患者的上颌面和牙科解剖结构的扫描获取三维数据；

(b)计算机设备，所述计算机设备编程有指令，所述指令用于：

(i)根据所获取三维数据计算多个头影测量值；

(ii)处理所计算头影测量值并且生成指示沿着所述患者的牙弓的牙齿定位的指标；

(iii)对所生成指标进行分析以计算所述牙弓内的各个牙齿的期望移动向量；

以及

(c)显示器，所述显示器与所述计算机进行信号通信以用于显示所计算期望移动向量。

18.如权利要求17所述的设备，其还包括制造设备，所述制造设备用于使用所计算期望移动向量进行牙科矫治器的自动化制造，其中所述制造设备与所述计算机设备进行信号通信。