CN112053443A - 虚拟牙龈的构建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟牙龈的构建方法，包括：获取数字化牙颌模型；根据所述数字化牙颌模型构建对应的牙颌坐标系；在所述牙颌坐标系中建立所述数字化牙颌模型的底面对应的牙颌平面，并将数字化牙颌模型上牙龈线投射在所述牙颌平面上；在所述牙颌平面上根据所述牙龈线构建所述数字化牙颌模型的底面的轮廓，并根据所述牙颌底面轮廓建立拓扑网格；对所述拓扑网格的位置信息进行延展，构建数字化牙颌模型的牙龈拓扑网格，并生成所述数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。同时还公开了一种虚拟牙龈的构建系统，以及一种设计壳状牙齿矫治器的方法、一种制造壳状牙齿矫治器的方法、一种虚拟牙龈的构建设备，及一种虚拟牙龈的构建设备。
Description
技术领域
本发明属于牙齿矫治技术领域，更确切的说涉及壳状牙齿矫治器设计及生产制造技术，尤其涉及一种虚拟牙龈的构建方法及系统，一种设计壳状牙齿矫治器的方法、一种制造壳状牙齿矫治器的方法，一种虚拟牙龈的构建设备、一种计算机存储介质。
背景技术
牙龈线的确定是壳状牙齿矫治器生产制造的重要参数，基于牙龈线可实现矫治器制造的剪切，目前牙龈线的构建提出了很多的算法，通过现有技术的分析中可知通过牙齿模型控制点建立牙龈边界线，从而利用牙龈边界线生成虚拟牙龈。
但是，现有的方法中根据控制点建立时只考虑了相邻牙齿模型，如果是牙列拥挤的病例，生成的虚拟牙龈会在拥挤的牙齿区域产生褶皱情况。
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了解决技术问题的技术方案。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术缺陷，提供“一种虚拟牙龈的构建方法及系统，一种设计壳状牙齿矫治器的方法、一种制造壳状牙齿矫治器的方法，一种虚拟牙龈的构建设备、一种计算机存储介质”，解决了现有虚拟牙龈会在拥挤的牙齿区域产生褶皱的问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种虚拟牙龈的构建方法，包括：获取数字化牙颌模型；根据所述数字化牙颌模型构建对应的牙颌坐标系；在所述牙颌坐标系中建立与所述数字化牙颌模型的底面对应的牙颌平面，并将数字化牙颌模型上牙龈线投射在所述牙颌平面上；在所述牙颌平面上根据所述牙龈线构建所述数字化牙颌模型的牙颌底面轮廓，并根据所述牙颌底面轮廓建立拓扑网格；对所述拓扑网格的位置信息进行延展，构建所述数字化牙颌模型的牙龈拓扑网格，并生成所述数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。
进一步优选地，构建所述牙颌坐标系包括：将所述数字化牙颌模型中每颗数字化牙齿生成对应的牙齿网格模型；在每颗所述牙齿网格模型上标注牙龈线的位置信息；根据所述牙龈线的位置信息构建所述牙颌坐标系。
进一步优选地，构建所述牙颌坐标系包括：提取每个数字化牙齿的牙龈线对应的网格顶点坐标信息；对所述网格顶点坐标信息进行特征值分析；
其中，将满足第一特征值的作为第一主成分，并设置为X轴，将满足第二特征值的作为第二主成分，并设置为Y轴，将满足第三特征值的作为第三主成分，并设置为Z轴；进一步计算每个数字化牙齿的牙龈线对应的网格顶点坐标信息的平均值，将所述平均值对应的坐标点设置为所述牙颌坐标系的原点。
进一步优选地，所述第一特征值大于所述第二特征值，所述第二特征值大于所述第三特征值。
进一步优选地，构建所述数字化牙颌模型的牙颌底面轮廓包括：根据映射到所述牙颌平面上的每颗数字化牙齿的重心信息建立所述数字化牙颌模型的牙弓曲线；分别在所述牙弓曲线的舌侧和唇侧方向延展不同预设宽度距离，形成封闭的所述牙颌底面轮廓。
进一步优选地，包括：在所述牙颌坐标系中获取所述数字化牙颌模型中每颗数字化牙齿的重心信息及所述牙龈线信息；
将获取的每颗数字化牙齿的所述重心信息及所述牙龈线信息映射到所述牙颌坐标系中的所述牙颌平面上；
根据映射到所述牙颌平面上的每颗数字化牙齿的重心信息及所述牙龈线信息，在所述牙颌平面上构建所述数字化牙颌模型的平面拓扑网格；
从所述平面拓扑网格向标注牙龈线的位置信息进行信息增长设置，获取所述数字化牙颌模型对应的所述虚拟牙龈信息。
进一步优选地，包括：在所述牙颌平面上根据所述牙颌底面轮廓、以及投影的所述牙龈线在所述牙颌底面轮廓内建立牙龈拓扑网格；
根据所述牙龈拓扑网格以及标注牙龈线的位置信息，通过约束算法在所述牙颌坐标系内建立三维虚拟牙龈网格。
进一步优选地，构建牙龈拓扑网格包括：获取所述牙颌底面轮廓、以及投影的所述牙龈线上的各边界点；计算各边界点的两条相邻边的夹角值；
在各所述夹角值中检索出最小夹角对应的边界点；进一步根据最小夹角对应的边界点与相邻两个边界点之间距离，根据距离的大小更新三角面片的数量，构建完成所述牙龈拓扑网格。
进一步优选地，所构建拓扑网格包括：计算该边界点的两个相邻边组成的夹角是否大于预设角度，如大于则增加两个三角面片，否则增加一个三角面片。
进一步优选地，构建所述三维虚拟牙龈网格包括：
s.t
x|c＝b0
其中：x为待求解的三维牙龈模型顶点坐标，约束条件由牙龈线和牙颌底部轮廓组成的硬约束条件。
一种根据上述所述的虚拟牙龈的构建方法构建虚拟牙龈的系统，包括：
牙颌模型获取模块，获取数字化牙颌模型；
坐标系构建模块，根据所述数字化牙颌模型构建对应的牙颌坐标系；
牙颌平面选取模块，在所述牙颌坐标系中建立所述数字化牙颌模型的底面对应的牙颌平面，并将数字化牙颌模型上牙龈线投射在所述牙颌平面上；
拓扑网格构建模块，在所述牙颌平面上根据所述牙龈线构建所述数字化牙颌模型的底面的轮廓，并根据所述牙颌底面轮廓建立拓扑网格；
虚拟牙龈生成模块，对所述拓扑网格的位置信息进行延展，构建数字化牙颌模型的牙龈拓扑网格，并生成所述数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。
一种设计壳状牙齿矫治器的方法，包括：
获取牙齿矫治计划；
根据所述牙齿矫治计划构建由第一布局变化至第二布局的所述数字化牙颌模型；
其中，数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局中虚拟牙龈信息根据上述所述的虚拟牙龈的构建方法生成；
根据第二布局对应的数字化牙颌模型，结合生成的所述虚拟牙龈信息设计的壳状牙齿矫治器。
一种制造壳状牙齿矫治器的方法，包括：
获取牙齿矫治计划；
根据所述牙齿矫治计划构建由第一布局变化至第二布局的所述数字化牙颌模型；
其中，数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局中虚拟牙龈信息根据上述所述的虚拟牙龈的构建方法生成；结合在第二布局对应的数字化牙颌模型生成的所述虚拟牙龈信息制造壳状牙齿矫治器。
一种虚拟牙龈的构建设备，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所述的虚拟牙龈的构建方法。
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虚拟牙龈的构建设备上运行时，使得所述虚拟牙龈的构建设备执行上述所述的虚拟牙龈的构建方法。
通过本发明提供的一种虚拟牙龈的构建方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：
本发明中通过在牙颌平面上建立牙龈网格拓扑结构，并且将牙颌平面上的控制点与坐标系中标注的控制点建立对应关系，进一步将牙颌平面上的牙龈网格变化为空间虚拟牙龈形态，解决了现有技术中存在褶皱的问题。
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。
图1为本发明提供的虚拟牙龈的构建方法实施例的流程图；
图2为本发明提供的虚拟牙龈的构建方法实施例的另一流程图；
图3为本发明提供的虚拟牙龈的构建方法实施例的另一流程图；
图4为本发明提供的底面轮廓；
图5为本发明提供的虚拟牙龈图；
图6为本发明提供的虚拟牙龈的构建方法实施例的另一流程图；
图7为本发明提供的虚拟牙龈的构建方法实施例的另一流程图；
图8为本发明提供的虚拟牙龈的构建系统实施例的结构示意图；
图9为本发明提供的虚拟牙龈的构建设备实施例的结构示意图。
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。
牙龈线的确定是壳状牙齿矫治器生产制造的重要参数，基于牙龈线可实现矫治器制造的剪切，目前牙龈线的构建提出了很多的算法，通过现有技术的分析中可知通过牙齿模型控制点建立牙龈边界线，从而利用牙龈边界线生成虚拟牙龈。但是该方法中的根据控制点建立时只考虑了相邻牙齿模型，如果是牙列拥挤的病例，生成的虚拟牙龈会在拥挤的牙齿区域产生褶皱情况；针对现有技术中存在的问题，本发明提供了以下技术实施方式。
参见图1～9所示，本发明提供的一种虚拟牙龈的构建方法的实施例，包括：
步骤S100：获取数字化牙颌模型；通过口内扫描仪获取患者口内实际的数字化牙颌模型，还可以通过印模的方式采集患者口内的硅橡胶阴模模型，之后制备相应的阳模牙颌模型实物，在通过扫描的方式，获取患者口内实际的数字化牙颌模型。
步骤S200：根据数字化牙颌模型构建对应的牙颌坐标系；
针对获取的数字化牙颌模型建立对应的坐标系，坐标系中包括了上颌数字化牙颌模型的坐标系以及下颌数字化牙颌模型；可将其建立在同一个坐标系或不同的坐标系中，使其每个牙齿都相对的位置关系。
步骤S300：在牙颌坐标系中建立数字化牙颌模型的底面对应的牙颌平面，并将数字化牙颌模型上牙龈线投射在牙颌平面上；
以上颌的数字化牙颌模型为例进行阐述，上述已经将上颌数字化牙颌模型建立在坐标系中，在坐标系中选取一个平面，例如与XOY轴组成的平面平行，延Z轴负坐标轴的方向选择一个平面与数字化牙颌模型底面平行，并设置为牙颌平面；当然只要和数字化牙颌模型底面平行即可的平面，数字化牙颌模型底面为与牙冠方向相反的面；在该牙颌平面上映射数字牙颌模型上牙龈线。
步骤S400：在牙颌平面上根据牙龈线构建数字化牙颌模型的牙颌底面轮廓，并根据牙颌底面轮廓建立拓扑网格；
在牙颌坐标系中选取的牙颌平面上映射有牙龈线，根据映射的牙龈线以根据设定的条件构建一数字化牙颌模型的底面轮廓，基于轮廓以及牙龈线建立拓扑网格。
步骤S500：对拓扑网格的位置信息进行延展，构建数字化牙颌模型的牙龈拓扑网格，并生成数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。
基于建立的拓扑网格上向数字牙颌模型的牙龈线的位置信息方向进行延展，形成3D牙龈拓扑网格，并进一步的生成虚拟牙龈。并将生成的虚拟牙龈设置为本发明中求取的虚拟牙龈；本发明中通过在平面上建立牙龈网格拓扑结构，并且将平面上的控制点与坐标系中标注的控制点建立对应关系，然后通过平面牙龈网格变化为空间虚拟牙龈形态，解决了现有技术中存在褶皱的问题。
参见图2和图4所示；本发明中针对牙颌模型的坐标系的构建提供了实施方式，具体为：步骤S210：将数字化牙颌模型中每颗数字化牙齿生成对应的牙齿网格模型；步骤S220：在数字化牙颌模型中对每颗牙齿网格模型上标注牙龈线的位置信息；牙龈线位置信息为控制点，为三维坐标点；对同一颌上每个牙齿上标注的牙龈线的每个控制点进行分析后，步骤S230：根据牙龈线的位置信息构建牙颌坐标系。
参见图3所示；优选的，步骤S231：提取每个数字化牙齿的牙龈线对应的网格顶点坐标信息；步骤S232：对网格顶点坐标信息进行特征值分析；其中，将满足第一特征值的作为第一主成分，并设置为X轴，将满足第二特征值的作为第二主成分，并设置为Y轴，将满足第三特征值的作为第三主成分，并设置为Z轴；步骤S233：进一步计算每个数字化牙齿的牙龈线对应的网格顶点坐标信息的平均值，将平均值对应的坐标点设置为牙颌坐标系的原点。
进一步优选的，第一特征值大于第二特征值，第二特征值大于第三特征值。
参见图4和图5，根据X、Y以及Z轴以及原点的位置建立牙颌坐标系O-XYZ；在确定上的牙颌坐标系O-XYZ里，确定牙龈的底面所处的平面位置，该平面位于牙颌坐标系原点沿z轴向下一定距离d并且平行XY平面，即为上述提及的牙颌平面。例如，坐标系的建立方式：X轴方向由舌侧指向唇颊侧，与牙齿表面垂直，Z轴方向从牙根指向牙冠，与牙齿的生长方向一致，X轴和Z轴确定之后，Y轴也随之确定，即横向穿过牙齿。
在以上的实施例中建立完成牙颌坐标系O-XYZ以及确定牙颌平面XOY后，建立平面拓扑网格，具体为：参见图6所示；
步骤S410根据映射到牙颌平面上的每颗数字化牙齿的重心信息建立数字化牙颌模型的牙弓曲线；
步骤S420分别在牙弓曲线的舌侧和唇侧方向延展不同预设宽度距离，形成封闭的牙颌底面轮廓。
参见图4，将获取到牙齿重心Mn映射到牙颌平面XOY上，同时在牙颌平面XOY上已映射了单颗牙齿的牙龈线；在牙颌平面XOY上将牙齿重心进行连接，形成同一颌的牙弓曲线，然后并向舌侧颌唇侧两边扩展一定距离w，并在两边补半圆，形成牙颌底面轮廓。
在牙颌底面轮廓构建平面网格具体为：参见图7所示；
步骤S510：在牙颌坐标系O-XYZ中获取数字化牙颌模型中每颗数字化牙齿的重心信息及牙龈线信息；获取每颗牙齿上的顶点坐标位置，并进行平均值计算，计算出单颗牙齿的重心Mn；
步骤S520：将获取的每颗数字化牙齿的重心信息及牙龈线信息映射到牙颌坐标系中的牙颌平面上；
步骤S530：根据映射到牙颌平面上的每颗数字化牙齿的重心信息及牙龈线信息，构建数字化牙颌模型的平面拓扑网格；
步骤S540：从平面拓扑网格向标注牙龈线的位置信息进行信息增长设置，获取数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。
基于平面网格拓扑结构构建三维虚拟牙龈网格具体为：
进一步优选的，包括：根据牙颌底面轮廓、以及投影的牙龈线在牙颌底面轮廓内建立牙龈拓扑网格；
根据牙龈拓扑网格以及标注牙龈线的位置信息，通过约束算法在牙颌坐标系内建立三维虚拟牙龈网格。
以牙颌底面轮廓和牙龈线投影轮廓为约束条件，在其内部建立平面牙龈拓扑三角网格，利用平面牙龈拓扑网格建立三维虚拟牙龈网格，平面牙龈拓扑三角网格由平面调整变化到三维空间，其构建过程采用的方式为以下：
构建三维虚拟牙龈网格包括：
s.t
x|c＝b0
其中：x为待求解的三维牙龈模型顶点坐标，约束条件由牙龈线和牙颌底部轮廓组成的硬约束条件，其硬约束条件为常数，不发生变化，即为边界点。
进一步优选的，构建拓扑网格包括：
获取牙颌底面轮廓、以及投影的牙龈线上的各边界点；
计算各边界点的两条相邻边的夹角值；
在各夹角值中检索出最小夹角对应的边界点；进一步根据最小夹角对应的边界点与相邻两个边界点之间距离，根据距离的大小更新三角面片的数量，构建完成牙龈拓扑网格。
进一步优选的，所构建拓扑网格包括：计算该边界点的两个相邻边组成的夹角是否大于预设角度，如大于则增加两个三角面片，否则增加一个三角面片。
(1)在牙颌坐标系中获取牙颌底面轮廓、以及投影的牙龈线上的各边界的边界点，计算各相邻边界边长度的平均值I；
(2)计算每个边界点的两条相邻边的夹角大小；
(3)找出具有最小夹角的边界点，计算它的两个相邻边界点的距离s，判断s<2×I是否成立：若成立，增加一个三角形，若不成立则增加两个三角形。
(4)更新边界点信息；
(5)判断建拓扑网格模型是上各点之间的三角形是否修补或者构建完成，若未完整，转入(2)，否则结束。
参考图8所示，本发明还提供了一种构建虚拟牙龈的系统的实施例，在构建虚拟牙龈的系统实施例中虚拟牙龈线的构建可根据上述虚拟牙龈的构建方法实施例实现，具体的：
牙颌模型获取模块100，获取数字化牙颌模型；
牙颌模型获取模块为口内扫描仪，并通过口内扫描仪获取患者口内实际的数字化牙颌模型；还可以通过印模的方式采集患者口内的硅橡胶阴模模型，之后制备相应的阳模牙颌模型实物，在通过扫描的方式，牙颌模型获取模块可以为扫描仪等，获取患者口内实际的数字化牙颌模型。并获取数字化牙颌模型转发至工控机等数据处理器。
坐标系构建模块200，根据数字化牙颌模型构建对应的牙颌坐标系；
当将获取数字化牙颌模型转发至处理器，该处理器为数据处理服务器，在服务器中建立牙颌模型的牙颌坐标系，其构建坐标系的方式为：一般扫描装置在其内部都是对应的标准世界坐标，在该坐标系内都有被扫描物体的初始坐标，在本发明中为分析同一正畸患者的上下颌之间的位置关系，以及建立统一的牙颌坐标系，因此对扫面后的牙颌模型进行成分分析，其中，将满足第一特征值的作为第一主成分，并设置为X轴，将满足第二特征值的作为第二主成分，并设置为Y轴，将满足第三特征值的作为第三主成分，并设置为Z轴；步骤S233：进一步计算每个数字化牙齿的牙龈线对应的网格顶点坐标信息的平均值，将平均值对应的坐标点设置为牙颌坐标系的原点。第一特征值大于第二特征值，第二特征值大于第三特征值。基于此构建完成牙颌坐标系。
为了获取每个周期牙颌的牙龈线信息，进一步的通过牙颌模型获取模块300，在牙颌坐标系中建立数字化牙颌模型的底面对应的牙颌平面，并将数字化牙颌模型上牙龈线投射在牙颌平面上；该平面是以牙颌坐标系为定位基础进行构建，例如根据X、Y以及Z轴以及原点的位置建立牙颌坐标系O-XYZ；在确定上的牙颌坐标系O-XYZ里，确定牙龈的底面所处的平面位置，该平面位于牙颌坐标系原点沿z轴负方向一定距离d并且平行XY平面，即为上述提及的牙颌平面。
拓扑网格构建模块400，在牙颌平面上根据牙龈线构建数字化牙颌模型的底面的轮廓，并根据轮廓建立拓扑网格；
虚拟牙龈生成模块500，对拓扑网格的位置信息进行延展，构建数字化牙颌模型的牙龈拓扑网格，并生成数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。
以牙颌底面轮廓和牙龈线投影轮廓为约束条件，在其内部建立平面牙龈拓扑三角网格，利用平面牙龈拓扑网格建立三维虚拟牙龈网格，平面牙龈拓扑三角网格由平面调整变化到三维空间，其构建过程采用的方式为以下：
构建三维虚拟牙龈网格包括：
s.t
x|c＝b0
其中：x为待求解的三维牙龈模型顶点坐标，约束条件由牙龈线和牙颌底部轮廓组成的硬约束条件，其硬约束条件为常数，不发生变化，即为边界点。具体的平面网格的构建参见上述的实施例，在此不再赘述。
本发明提供了一种设计壳状牙齿矫治器的方法的实施例，包括：
步骤：S010获取牙齿矫治计划；
步骤：S020根据牙齿矫治计划构建数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局的数字化牙颌模型；
例如，可以通过患者信息获取患者的牙齿矫治计划，牙齿矫治计划至少包括将患者的牙齿由初始状态矫治到目标状态的矫治过程设计。
其中，数字化牙颌模型的第一布局中的虚拟牙龈线根据上述虚拟牙龈的构建方法的实施例进行构建；
其中，其中，数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局的数字化牙颌模型中虚拟牙龈信息根据上述的虚拟牙龈的构建方法实施例生成；
根据第二布局对应的数字化牙颌模型，结合生成的所述虚拟牙龈信息设计的壳状牙齿矫治器。
数字化牙颌模型由第一布局代表初始的牙齿状态，或者前一矫治周期结束时的牙齿数字化状态，根据矫治患者的牙齿平移或扭转等产生位置变化的至下一矫治状态的为对应的第二布局设计，根据第二布局可生产制造壳装牙齿矫治器；由于牙齿在下一周期矫治过程中，待矫正的牙齿会发生状态的改变，对应的其牙齿的重心也会发生相应的变化，由此牙龈线的信息也会相应的发生改变，其具体的获取过程通过上述虚拟牙龈线构建方法的实施例进行构建，在此不再进行赘述，直接根据第二布局对应的数字化牙颌模型设计出数字化的壳状牙齿矫治器，根据数字化的壳状牙齿矫治器可以采用增材制造的方式打印壳状牙齿矫治器。
本发明提供了一种制造壳状牙齿矫治器的方法的实施例，包括：
获取牙齿矫治计划；
根据牙齿矫治计划构建数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局的数字化牙颌模型；
其中，数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局的数字化牙颌模型中虚拟牙龈信息根据上述的虚拟牙龈的构建方法实施例生成；结合在第二布局对应的数字化牙颌模型生成的所述虚拟牙龈信息制造壳状牙齿矫治器。采用增材制造的方式直接打印壳状牙齿矫治器。其第一布局以及第二布局对应的数字化牙颌模型虚拟牙龈线采用上述虚拟牙龈的构建方法实施例生成，在此不再赘述。
本实施例提供一种虚拟牙龈的构建设备，其结构框图如图9所示，该虚拟牙龈的构建设备1000可以是平板电脑、笔记本电脑或台式电脑。虚拟牙龈的构建设备1000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。
虚拟牙龈的构建设备1000内置有处理器1001和存储器1002，其中，存储1002上存储有计算机程序，处理器1001运行存储器1002中的计算机程序时实现虚拟牙龈的构建方法。
处理器1001可以包括一个或多个处理核心，比如4个核心处理器、8个核心处理器等。处理器1001可以采用DSP(Digital Signal 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1001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1001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1001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1002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1002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1002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1001所执行以实现本发明中实施例中提供的虚拟牙龈的构建方法。
在一些实施例中，虚拟牙龈的构建设备1000还包括有：外围设备接口1003和外围设备。处理器1001、存储器1002和外围设备接口1003之间通过总线或信号线相连。外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口1003相连。
具体到本实施例中，外围设备可以包括口内扫描仪1004和3D打印设备1005。处理器1001通过口内扫描仪1004获取患者口内的数字化牙颌模型，处理器1001在执行计算机程序的过程中通过程序命令获取口内扫描仪1004采集的数字化牙颌模型，再通过执行虚拟牙龈的构建实施例方法，以获取虚拟牙龈参数，然后再根据获取的虚拟牙龈的构建设计壳状牙齿矫治器，将设计好的数字化壳状牙齿矫治器模型对应的数据信息传输至3D打印设备1005，通过3D打印设备1005直接打印制备壳状牙齿矫治器。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述提供的虚拟牙龈构建方法。
实施例三中的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明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，该计算机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台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)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。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上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 (15)
1.一种虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，包括：
获取数字化牙颌模型；
根据所述数字化牙颌模型构建对应的牙颌坐标系；
在所述牙颌坐标系中建立与所述数字化牙颌模型的底面对应的牙颌平面，并将数字化牙颌模型上牙龈线投射在所述牙颌平面上；
在所述牙颌平面上根据所述牙龈线构建所述数字化牙颌模型的牙颌底面轮廓，并根据所述牙颌底面轮廓建立拓扑网格；
对所述拓扑网格的位置信息进行延展，构建所述数字化牙颌模型的牙龈拓扑网格，并生成所述数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。
2.根据权利要求1所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，构建所述牙颌坐标系包括：
将所述数字化牙颌模型中每颗数字化牙齿生成对应的牙齿网格模型；
在每颗所述牙齿网格模型上标注牙龈线的位置信息；
根据所述牙龈线的位置信息构建所述牙颌坐标系。
3.根据权利要求2所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，构建所述牙颌坐标系包括：
提取每个数字化牙齿的牙龈线对应的网格顶点坐标信息；
对所述网格顶点坐标信息进行特征值分析；
其中，将满足第一特征值的作为第一主成分，并设置为X轴，将满足第二特征值的作为第二主成分，并设置为Y轴，将满足第三特征值的作为第三主成分，并设置为Z轴；
进一步计算每个数字化牙齿的牙龈线对应的网格顶点坐标信息的平均值，将所述平均值对应的坐标点设置为所述牙颌坐标系的原点。
4.根据权利要求3所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，包括：所述第一特征值大于所述第二特征值，所述第二特征值大于所述第三特征值。
5.根据权利要求3所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，构建所述数字化牙颌模型的牙颌底面轮廓包括：
根据映射到所述牙颌平面上的每颗数字化牙齿的重心信息建立所述数字化牙颌模型的牙弓曲线；
分别在所述牙弓曲线的舌侧和唇侧方向延展不同预设宽度距离，形成封闭的所述牙颌底面轮廓。
6.根据权利要求5所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，包括：
在所述牙颌坐标系中获取所述数字化牙颌模型中每颗数字化牙齿的重心信息及所述牙龈线信息；
将获取的每颗数字化牙齿的所述重心信息及所述牙龈线信息映射到所述牙颌坐标系中的所述牙颌平面上；
根据映射到所述牙颌平面上的每颗数字化牙齿的重心信息及所述牙龈线信息，在所述牙颌平面上构建所述数字化牙颌模型的平面拓扑网格；
从所述平面拓扑网格向标注牙龈线的位置信息进行信息增长设置，获取所述数字化牙颌模型对应的所述虚拟牙龈信息。
7.根据权利要求5所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，包括：
在所述牙颌平面上根据所述牙颌底面轮廓、以及投影的所述牙龈线在所述牙颌底面轮廓内建立牙龈拓扑网格；
根据所述牙龈拓扑网格以及标注牙龈线的位置信息，通过约束算法在所述牙颌坐标系内建立三维虚拟牙龈网格。
8.根据权利要求7所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，构建牙龈拓扑网格包括：
获取所述牙颌底面轮廓、以及投影的所述牙龈线上的各边界点；
计算各边界点的两条相邻边的夹角值；
在各所述夹角值中检索出最小夹角对应的边界点；进一步根据最小夹角对应的边界点与相邻两个边界点之间距离，根据距离的大小更新三角面片的数量，构建完成所述牙龈拓扑网格。
9.根据权利要求8所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，所构建拓扑网格包括：计算该边界点的两个相邻边组成的夹角是否大于预设角度，如大于则增加两个三角面片，否则增加一个三角面片。
10.根据权利要求7所述的虚拟牙龈的构建方法，其特征在于，构建所述三维虚拟牙龈网格包括：
s.t
x|c＝b0
其中：x为待求解的三维牙龈模型顶点坐标，约束条件由牙龈线和牙颌底部轮廓组成的硬约束条件。
11.一种执行权利要求1-10任一项所述虚拟牙龈的构建方法构建虚拟牙龈的系统，其特征在于，
牙颌模型获取模块，获取数字化牙颌模型；
坐标系构建模块，根据所述数字化牙颌模型构建对应的牙颌坐标系；
牙颌平面选取模块，在所述牙颌坐标系中建立所述数字化牙颌模型的底面对应的牙颌平面，并将数字化牙颌模型上牙龈线投射在所述牙颌平面上；
拓扑网格构建模块，在所述牙颌平面上根据所述牙龈线构建所述数字化牙颌模型的底面的轮廓，并根据所述牙颌底面轮廓建立拓扑网格；
虚拟牙龈生成模块，对所述拓扑网格的位置信息进行延展，构建数字化牙颌模型的牙龈拓扑网格，并生成所述数字化牙颌模型对应的虚拟牙龈信息。
12.一种设计壳状牙齿矫治器的方法，其特征在于，包括：
获取牙齿矫治计划；
根据所述牙齿矫治计划构建由第一布局变化至第二布局的所述数字化牙颌模型；
其中，所述数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局的中虚拟牙龈信息根据所述权利要求1-10任一项所述的虚拟牙龈的构建方法生成；
根据第二布局对应的数字化牙颌模型，结合生成的所述虚拟牙龈信息设计的壳状牙齿矫治器。
13.一种制造壳状牙齿矫治器的方法，其特征在于，包括：
获取牙齿矫治计划；
根据所述牙齿矫治计划构建由第一布局变化至第二布局的所述数字化牙颌模型；
其中，所述数字化牙颌模型由第一布局变化至第二布局中虚拟牙龈信息根据所述权利要求1-10任一项所述的虚拟牙龈的构建方法生成；结合在第二布局对应的数字化牙颌模型生成的所述虚拟牙龈信息制造壳状牙齿矫治器。
14.一种虚拟牙龈的构建设备，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10中任一项所述的虚拟牙龈的构建方法。
15.一种计算机存储介质，其特征在于，包括计算机指令，当所述计算机指令在虚拟牙龈的构建设备上运行时，使得所述虚拟牙龈的构建设备执行权利要求1至10任一项所述的虚拟牙龈的构建方法。
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