CN112070897B - 壳状牙齿矫治器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种壳状牙齿矫治器的制备方法，包括：获取数字化牙颌模型；分割数字化牙颌模型本体；单颗数字化牙冠模型的修补；数字化填倒凹；数字化壳状牙齿矫治器的设计和壳状牙齿矫治器的制备，采用上述方法进行壳状牙齿矫治器的制备；对数字化牙颌模型进行数字化处理，可以节省人工操作，并提高设计精准度，如在采用增材制造壳状牙齿矫治器时，其直接影响制备出的壳状牙齿矫治器治疗精准度、佩戴舒适度及佩戴持久度。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，涉及一种壳状牙齿矫治器的制备方法。
背景技术
通过壳状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，壳状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壳状牙齿矫治器，所制备的壳状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，当患者佩戴壳状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。
由于壳状牙齿矫治器的生产属于个性化定制，每个患者的牙列状态不一样，牙齿之间的间隙不同，在压膜的过程中，热压条件下加热变形后的膜片会分布在牙齿至牙齿的间隙中，在进行后期的撬膜过程中，不易将壳状牙齿矫治器从牙颌模型上脱离。目前主要的解决方式是对牙齿打印模型的缝隙处进行手工填倒凹，如填蜡等，然后再进行压膜生产牙套，人工操作效率较低、不卫生、同时也不容易实现标准化作业，生产效率较低。为了解决现有技术的问题，一种能够代替手工操作的针对数字化牙颌模型进行设计并快速制备壳状牙齿矫治器的方法具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种壳状牙齿矫治器的制备方法，对数字化牙颌模型进行数字化处理并进行增材制造的方法制得，可以节省人工操作，并提高设计精准度，解决了上述技术问题。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种壳状牙齿矫治器的制备方法，包括：
获取数字化牙颌模型：获取一数字化牙颌模型，所述数字化牙颌模型包括数字化牙颌模型本体；
分割数字化牙颌模型本体：将所述数字化牙颌模型本体分割为数字化牙龈模型和单颗数字化牙冠模型；
单颗数字化牙冠模型的修补：基于分割后的单颗数字化牙冠模型进行相邻两颗牙齿近远中方向相邻面的修补，得到修补后的单颗数字化牙冠模型且相邻两颗所述修补后的单颗数字化牙冠模型之间有倒凹填充区域；
数字化填倒凹：基于所述修补后的单颗数字化牙冠模型，在所述倒凹填充区域进行数字化填倒凹处理，得到优化数字化牙颌模型；
数字化壳状牙齿矫治器的设计：基于所述优化数字化牙颌模型设计数字化壳状牙齿矫治器模型；
壳状牙齿矫治器的制备：基于所述数字化壳状牙齿矫治器模型采用增材制造的方法进行壳状牙齿矫治器的制备。
进一步地，所述数字化填倒凹步骤中基于所述修补后的单颗数字化牙冠模型，在所述倒凹填充区域进行数字化填倒凹处理，得到优化数字化牙颌模型，具体方法包括：建立包围相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型的数字化包围盒并进行栅格化处理；之后通过栅格上的点建立所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间的分割面；所述分割面上的点到所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型表面的距离之差的绝对值小于预设差值；再利用所述分割面获取倒凹填充区域的包围线；在所述倒凹填充区域的包围线内生成优化数字化牙颌模型。
进一步地，建立所述分割面方法包括：通过所述栅格上的点获取所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间的距离之差的绝对值，根据预设条件选取满足所述绝对值对应的所述栅格点，并将所述栅格点所对应的所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型上的点集构成所述分割面。
进一步地，获取所述倒凹填充区域的包围线方法包括：通过所述分割面上的点分别获取到所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型最小距离集，根据所述最小距离集对应的点构建所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间的倒凹填充区域的包围线。
进一步地，所述数字化填倒凹步骤还包括对所述优化数字化牙颌模型进行光滑处理。
进一步地，所述单颗数字化牙冠模型的修补中还包括对所述单颗数字化牙冠模型临近所述数字化牙龈模型一侧的底面修补，得到一封闭的单颗数字化牙冠模型。
进一步地，所述单颗数字化牙冠模型的修补：包括初始修补步骤和优化调整步骤，其中初始修补使相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间相邻的两个邻接面进行初步拟合，分割边界修补完整，得到单颗数字化牙冠模型的初始化修补网格；所述优化调整步骤采用二次规划法对相邻两颗所述数字化牙冠模型的初始化修补网格顶点之间进行预定距离的优化调整，以使相邻的两颗所述数字化牙冠模型之间保持设定间距且不发生相互碰撞。
进一步地，所述优化调整步骤包括相邻两颗数字化牙冠模型近远中方向的两个侧面之间的分割面的拟合，对所述相邻两颗所述数字化牙冠模型的网格顶点分别向所述分割面的间距维持预定距离的优化调整。
进一步地，所述优化调整步骤包括：先设置优化约束条件后优化目标函数的方法进行所述初始化修补网格的相邻两颗所述数字化牙冠模型的网格顶点间距维持预定距离的优化调整，当所述分割边界的初始修补后，所述数字化牙冠模型包括数字化牙冠本体部、数字化牙冠模糊部和数字化牙冠修补部。
进一步地，所述优化约束条件设置包括：保持所述数字化牙冠本体部数字网格顶点的坐标保持不变，并对所述数字化牙冠模型底面部数字网格顶点的坐标沿牙齿长轴方向向牙根方向延伸，且相邻两颗数字化牙冠模型之间的距离保持d。
进一步地，所述分割数字化牙颌模型本体的方法是将所述数字化牙颌模型本体分割为数字化牙龈模型和单颗数字化牙冠模型，具体方法为：
选取所述数字化牙颌模型本体上的第一类特征点；
对所述第一类特征点进行分类，确定所述第一类特征点属于数字化牙龈模型区域或单颗数字化牙冠模型区域；
根据所述第一类特征点的分类结果对所述数字化牙颌模型本体上第二类特征点分类，确定所述第二类特征点属于数字化牙龈模型区域或单颗数字化牙冠模型区域；
分别合并属于单颗数字化牙冠模型的第二类特征点和属于数字化牙龈模型区域的第二类特征点，获得分割后的数字化牙龈模型区域或单颗数字化牙冠模型区域；
其中，所述第一类特征点通过以下方式获得：
获得所述数字化牙颌模型中三角面片网格的顶点高度函数；
从所述数字化牙颌模型中查找所述顶点高度函数的局部最小点；
根据所述局部最小点确定出所述第一类特征点；
所述第二类特征点根据所述数字化牙颌模型中三角面片网格的顶点确认。
进一步地，所述根据所述局部最小点确定出所述第一类特征点的步骤包括：
根据各所述局部最小点的高度和所述局部最小点所属区域的区域边缘的高度，计算出各所述局部最小点所属区域的区域高度；
筛选出所述区域高度最小的若干个区域，将筛选出的所述若干个区域中的局部最小点作为所述第一类特征点。
进一步地，所述第二类特征点为所述数字化牙颌模型上各三角面片网格的顶点，或，除所述第一类特征点之外的所述数字化牙颌模型上各三角面片网格的顶点。
进一步地，所述获得分割后的数字化牙齿区域和数字化牙龈区域之后，还包括：光滑所述牙齿区域和所述牙龈区域的边界。
进一步地，所述光滑所述牙齿区域和所述牙龈区域的边界，具体包括：
获取光滑能量函数：
E＝E1+E2；
其中，所述E1为∑|φi-φi0|2，代表光滑后牙齿牙龈分割区域与光滑前牙齿牙龈分割区域的偏差，其中，所述Φi0代表光滑前的牙齿牙龈分割结果，对于牙齿顶点所述Φi0＝1，对于牙龈顶点所述Φi0＝-1，所述Φi代表光滑后牙齿牙龈分割结果；
所述E2为代表光滑能量项，其中，所述N1(i)代表顶点i的一环邻域顶点集，所述n代表一环邻域顶点数目；
最小化所述光滑能量函数，得到每个顶点光滑后的φ值；
其中，所有φ>0顶点所组成的区域为光滑后牙齿模型区域，所有φ<0顶点所组成的区域为光滑后牙龈模型区域。
进一步地，所述数字化壳状牙齿矫治器的设计方法包括：分别确定数字化壳状牙齿矫治器内表面和外表面的数字化网格，并将所述内表面网格和所述外表面网格整合为一体式数字化壳状牙齿矫治器的数字化模型。
进一步地，所述外表面网格通过优化数字化牙颌模型内表面网格获得。
进一步地，所述外表面网格的获取方法包括：基于所述内表面网格上的顶点沿其法线方向向远离所述内表面的方向延伸0.3-2.0mm，得到延伸顶点，所述延伸顶点连接形成的网格组成所述外表面网格。
进一步地，所述外表面的获取方法中还包括内表面网格特征点的选取，其中所述内表面网格特征点沿其法线方向向远离所述内表面的方向延伸0.3-2.0mm，得到延伸特征点，所述延伸特征点连接形成的网格组成所述外表面网格。
进一步地，所述内表面网格特征点包括牙尖、牙沟以及牙嵴上的特征点。
进一步地，所述增材制造的方法包括立体光刻技术、数字光处理技术、连续液体界面生产技术、微立体光刻技术、双光子聚合技术、材料喷射技术中的一种或其组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明提供的壳状牙齿矫治器的制备方法，对数字化牙颌模型进行数字化处理，可以节省人工操作，并提高设计精准度，如在采用增材制造壳状牙齿矫治器时，对于数字化壳状牙齿矫治器模型的设计就非常关键，其直接影响制备出的壳状牙齿矫治器治疗精准度、佩戴舒适度及佩戴持久度，这其中由数字化牙颌模型设计数字化壳状牙齿矫治器模型中的数字化填倒凹过程就尤为重要，在相邻两颗数字化牙冠模型与数字化牙龈模型之间进行数字化填倒凹处理，能够有效的解决制备出的壳状牙齿矫治器由于形成的倒凹区域与患者牙齿结合紧密，导致摘戴难问题，更有甚者发生摘戴断裂的问题。在另一情况下数字化填倒凹过程之前，一个与患者牙冠模型精准匹配的数字化牙冠模型为数字化填倒凹的基础，而形成一个与患者牙冠模型精准匹配的数字化牙冠模型的基础就为对数字化牙颌模型本体的精准分割及修补，精准分割和修补后的数字化牙冠模型与患者牙冠真实度更接近，为后续的排牙过程及壳状牙齿矫治器的制备提供了基础，在患者进行矫治时，制备出的一系列壳状牙齿矫治能够与数字化矫治计划更接近，使得治疗精准度有所提高，可便于医生掌控，减少因治疗计划与实际矫治差别较大而需要重新设计和制备的不必要的浪费。
附图说明
图1为本发明实施例中的壳状牙齿矫治器的设计方法的流程图；
图2为本发明实施例中的由若干三角面片组成的数字化牙颌模型的示意图；
图3为本发明另一实施例中数字化填倒凹的流程图；
图4为本发明另一实施例中对数字化牙齿进行栅格化处理后的一种平面示意图；
图5为本发明另一实施例中单颗数字化牙冠模型的修补方法流程图；
图6为本发明另一实施例中初始化修补网格优化调整的流程图；
图7为本发明另一实施例中的数字化牙齿模型与数字化牙龈模型分割方法的流程图；
图8为本发明另一实施例中的选取数字化牙颌模型上的第一类特征点的流程图；
图9为本发明另一实施例中从数字化牙颌模型中查找出的局部最小点Oi的分布示意图；
图10为本发明另一实施例中筛选出的第一类特征点的分布示意图；
图11为本发明另一实施例中对第一类特征点的分类结果示意图；
图12为本发明另一实施例中分割出的牙齿区域和牙龈区域的示意图；
图13为本发明另一实施例中得到的舌侧牙龈线和颊侧牙龈线的示意图；
图14为本发明另一实施例中分割后的单颗牙齿示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
本实施例提供一种壳状牙齿矫治器的制备方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤：
S110：获取数字化牙颌模型：获取一数字化牙颌模型，所述数字化牙颌模型包括数字化牙颌模型本体；
例如，通过基于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，再通过扫描的方式，获取患者口内实际的数字化牙颌模型，该数字化牙颌模型的获取方式在本实施例中不作限定。
S120：分割数字化牙颌模型本体：将所述数字化牙颌模型本体分割为数字化牙龈模型和单颗数字化牙冠模型。
因数字化牙颌模型是由若干个三角面片组成如图2所示，可以看出，数字化牙颌模型包括大量三角面片组成的网格，各三角面片都包括顶点和边。在实现分割过程中，可以采用区域增长法、种子扩散法、三角面片顶点曲率法、牙齿特征点提取法等分割方法将数字化牙颌模型分割成具有分割边界的单颗数字化牙冠模型，对于相邻两颗数字化牙冠模型进行分割时，由于相邻两颗数字化牙冠模型近远中方向的侧面之间相互连接，因此对数字化牙冠模型进行近远中方向的切割，结果为单颗数字化牙冠模型的近远中方向相邻面上有分割缺失部分，后续进行修补过程。
其中，“数字化牙冠模型近远中方向”的进一步理解是：“中”指的是牙齿的中线，中线是将颅面部平分为左右两等份的一条假想垂直线，中线通过左右两眼之间、鼻尖和左右两中切牙的接触区。牙齿靠近中线方向的为近中方向，反之为远中方向。
S130：单颗数字化牙冠模型的修补：基于分割后的单颗数字化牙冠模型进行相邻两颗牙齿近远中方向相邻面的修补，得到修补后的单颗数字化牙冠模型且相邻两颗所述修补后的单颗数字化牙冠模型之间有倒凹填充区域。
在本实施例中，采用最小角度法对分割边界进行数字化网格修补，具体包括：计算数字化牙冠模型上每个边界点的两条相邻边的夹角大小；找出具有最小夹角的边界点，判断增加的数字化三角面片的数量；在具有最小夹角的边界点之间增加相应数量的数字化三角面片；更新边界点信息，找出下一个具有最小夹角的边界点，直至分割边界修补完成。
通过步骤S130对相邻两颗数字化牙冠模型邻接面之间的分割边界进行初始化修补后，数字化牙冠模型被分割为数字化牙冠本体部、数字化牙冠模糊部、数字化牙冠底面部和数字化牙冠修补部。其中，在将数字化牙颌模型的原始分割线向牙冠部分移动一定距离得到真实分割线，原始分割线和真实分割线之间的牙冠模型区域作为数字化牙冠模糊部，数字化牙冠模糊部在牙冠模型修补过程中是可以调整坐标位置的，而真实分割线之内的牙冠模型是数字化牙冠本体部，其在修补过程中是不能变化坐标位置的，修补的部分为数字化牙冠修补部。
S140：数字化填倒凹：基于所述修补后的单颗数字化牙冠模型，在所述倒凹填充区域进行数字化填倒凹处理，得到优化数字化牙颌模型。
倒凹填充区域是两颗牙齿和牙龈边缘所形成的三角区域，或者因为拔牙而导致牙齿缺失状，多呈相对于牙齿的内凹状。由于倒凹区域的存在，会导致通过牙颌模型压膜完成后难以取出。同时会使患者佩戴壳状牙齿矫治器出现不适或者难以佩戴等问题，因此在数字化壳状牙齿矫治器设计之前进行数字化填倒凹处理，经倒凹填充区进行数字化填倒凹处理，能够有效的防止制备出的壳状牙齿矫治器在患者佩戴时出现难摘戴或摘戴断裂的情况。
S150：数字化壳状牙齿矫治器的设计：基于所述优化数字化牙颌模型设计数字化壳状牙齿矫治器模型。
更具体地说，首先分别确定数字化壳状牙齿矫治器内表面和外表面的数字化网格，再将所述内表面网格和所述外表面网格整合为一体式数字化壳状牙齿矫治器的数字化模型。
S160：壳状牙齿矫治器的制备：基于所述数字化壳状牙齿矫治器模型采用增材制造的方法进行壳状牙齿矫治器的制备。
其中，采用增材制造的方法进行壳状牙齿矫治器的制备方法可以采用立体光刻技术、数字光处理技术、连续液体界面生产技术、微立体光刻技术、双光子聚合技术、材料喷射技术中的一种或其组合。
采用上述壳状牙齿矫治器的制备方法制备出的壳状牙齿矫治器，患者佩戴时针对不同的个性化牙齿贴合度更加，并且根据矫治计划制备出的一系列能够使得患者牙齿从初始状态逐渐变化为目标矫治状态的多个壳状牙齿矫治器与矫治计划更吻合，提高治疗精准度。另外，还使患者摘戴更加方便和摘戴的过程中不易发生矫治器断裂的情况。
在另一种实施方式中，为了实现精准数字化壳状牙齿矫治器的设计和制备，如图3所示，在进行步骤S140数字化填倒凹步骤时采用如下方法：
步骤S410：建立包围数字化第一牙齿和数字化第二牙齿的数字化包围盒；所述数字化第一牙齿和所述数字化第二牙齿在口内的位置相邻。
本实施例中，数字化第一牙齿、数字化第二牙齿是通过扫描仪获取的数字化牙颌模型，在数字化牙颌模型相邻的两个数字化牙齿。其位置可以在口腔中上颌或下颌的任意相邻位置。
步骤S420：对所述数字化包围盒进行栅格化处理。
需要注意的是，此处的栅格化处理并非平面图像处理中的栅格化处理，而是将数字化三维模型划分为多个栅格，栅格的形状例如是四面体、五面体、六面体等，六面体例如是长方体。
步骤S430：通过栅格上的点建立所述数字化第一牙齿和所述数字化第二牙齿之间的分割面；所述分割面上的点到所述数字化第一牙齿的表面和所述数字化第二牙齿的表面的距离之差的绝对值小于预设差值。
步骤S440：利用所述分割面获取倒凹填充区域的包围线。
步骤S450：在所述倒凹填充区域的包围线内生成牙齿倒凹模型。
在本实施例中，为了实现填充数字化牙齿模型的每两颗相邻牙齿之间的倒凹区域，需要基于在相邻的两颗牙齿之间获取到倒凹区域，根据倒凹区域生成倒凹模型，因此需要对相邻两颗牙齿建立包围盒，并获取倒凹区域。在本实施例中数字化牙齿模型构建在同一基准坐标系中，因此根据数字化牙齿在坐标系中位置构建对应的包围盒；并对包围盒进行栅格化处理，根据牙齿之间的间隙关系，获取到倒凹区域，并生成牙齿倒凹模型。
在一些实施例中，所述步骤S430可以包括：通过所述栅格上的点获取所述数字化第一牙齿与所述数字化第二牙齿之间的最小绝对值，将所述最小绝对值对应的所述数字化第一牙齿的点集以及所述数字化第二牙齿的点集构成所述分割面。
参见图4，基于构建的包围盒进行栅格化处理，在栅格上的任一栅格点在相邻两颗牙齿中的一个数字化牙齿上可以找到一个最近点，同样该栅格点在另一个数字化牙齿上也可以找到一个最近点，两个最近点分别在两个数字化牙齿上。即为选取到第一数字化牙齿T1和到第二数字化牙齿T2的最近点，这样，引入栅格来获取组成分割面的点集，栅格化处理耗时短、效率高。在包围盒内建立栅格，栅格的最小边长可以根据实际应用中的需求灵活定义。
其中，步骤S430中的步骤可以包括如下更具体的步骤：
步骤S4301：分别将所述栅格上的每个点记为第一点，对每个所述第一点，获取与所述第一点相应的第一最近点和第二最近点，其中，所述第一最近点是所述第一点到所述数字化第一牙齿表面的最近点，所述第二最近点是所述第一点到所述数字化第二牙齿表面的最近点。
结合图4所示，在本申请的各实施例中，栅格点以“S”为代表，牙齿以“T”为代表，“T1N”代表为第一颗数字化牙齿，“T2N”代表为第二颗数字化牙齿。对于栅格上的点S1，将S1记为第一点，S1到T1N的第一最近点是T11，S1到T2N的第二最近点是T12。对于栅格上的点S2，将S2记为第一点，则可以得到S2到T1N的第一最近点是T21，S2到T2N的第二最近点是T22。
步骤S4302：对每个所述第一点，计算所述第一点与所述第一最近点的距离作为第一距离，计算所述第一点与所述第二最近点的距离作为第二距离，计算所述第一距离和所述第二距离之差的绝对值。
对于S1，S1到T11的距离是第一距离d1，S1到T12的距离是第二距离d2，计算第一距离d1与第二距离d2之差的绝对值|d1-d2|。对于S2，S2到T21的距离是第一距离d1，S2到T22的距离是第二距离d2。
步骤S4303：根据所述绝对值小于预设差值的若干个所述第一点建立所述数字化第一牙齿和所述数字化第二牙齿之间的分割面。
即，根据满足|d1-d2|<ε的若干个第一点建立T1N与和T2N之间的分割面，ε是预设差值。其中，预设差值ε是一个范围相对比较小的正数，在一些实施例中，其可以为最小栅格边长。
这样，利用栅格化处理后的数字化包围盒上的点来确定第一点，并根据若干个第一点建立分割面，该分割面上的点到两个数字化牙齿之间的距离近似相等，可以看做是均分了两个数字化牙齿之间的倒凹填充区域。具体的，例如，参考图4，第一最近点为S1到T1N，第二最近点为S1到T2N，并求取每个点之间的距离，并得到两个点之间的绝对值，并将绝对值与预设差值进行比对，将满足条件的栅格点对应与两颗牙齿的表面上的点“T1N”和“T2N”建立分割面。分割面上的点由栅格点以“S”为代表虚拟构成。
在一些实施例中，所述步骤S440可以包括：通过所述分割面上的点分别获取到所述数字化第一牙齿，以及所述数字化第二牙齿的最小距离集，根据所述最小距离集对应的点构建所述数字化第一牙齿和所述数字化第二牙齿之间的倒凹填充区域的包围线。
这样，在进一步通过分割面上以“S”为代表的栅格点虚拟构成，通过“S”为代表栅格点在两个第一牙齿和第二牙齿的表面上找到各最小距离，利用分割面上的点到两个数字化牙齿的最小距离集，构建倒凹填充区域的包围线。例如，可以将牙齿上填倒凹区域的点集标记为1，非填倒凹区域的点集标记为0，寻找数字化牙齿模型上填倒凹区域的边界线，将此边界线作为填倒凹区域的包围线。
其中，所述步骤S440中的步骤可以包括如下更具体的步骤：
步骤S4401：分别将所述分割面上的每个点记为第二点，对每个所述第二点，获取与所述第二点相应的第三最近点和第四最近点，其中，所述第三最近点是所述第二点到所述数字化第一牙齿表面的最近点，所述第四最近点是所述第二点到所述数字化第二牙齿表面的最近点。
步骤S4402：利用多个所述第三最近点组成第一点集，利用多个所述第四最近点组成第二点集，建立包围所述第一点集的第一包围线，建立包围所述第二点集的第二包围线。
以上的步骤S4401和步骤S4402也是通过求取距离的计算方式，建立以分割面上的点为基准求取相应的倒凹填充区域，具体为以下：所述步骤S450可以包括步骤S4501～S4503。
步骤S4501：在所述第一包围线上选取预定数量的点组成第三点集，在所述第二包围线上选取所述预定数量的点组成第四点集。
该步骤中，第三点集、第四点集中的点的数量相同。
步骤S4502：分别将所述第三点集中的每个点记为第三点，对每个所述第三点，查找所述第三点到所述第四点集的最近点记为第四点，并建立所述第三点和所述第四点之间的第一连线。
步骤S4503：利用多个所述第一连线构成所述牙齿倒凹模型的三角网格。
这样，利用两个包围线上的点建立连线，从而构成牙齿倒凹模型的三角网格。相对于四边形网格、五边形网格及其他多边形来说，三角网格结构简单，相对于一般多边形网格，许多操作对三角网格更容易，由此可以提高计算效率，节省计算资源。
其中，所述步骤S4503包括步骤S45031～S45032。
步骤S45031：在所述第一连线上设置插点，得到第一插点集。
第一连线上插点的数量可以是1个、2个或多个，其位置可以在第三点和第四点之间均匀分布。
步骤S45032：利用所述第三点集、所述第四点集和所述第一插点集，建立所述牙齿倒凹模型的三角网格。
此处三角网格是指数字化三角网格，好处是采用三角网格格式的模型可以直接应用有限元分析来进行应力分析等。
这样，以插点的形式构建三角网格，插点的密度、数量可以预先设定，在实际应用中可以根据模型精度的需求选择合适的插点密度，避免密度过大造成计算资源的浪费。
在一种优选的实施方式中，还包括对所述优化数字化牙颌模型进行光滑处理，采用Laplace光滑处理。
这样，引入Laplace平滑法，用加1的方法估计没有出现过的现象的概率。假定训练样本很大时，每个分量的计数加1造成的估计概率变化可以忽略不计，但可以方便有效地避免零概率问题。
具体地，网格Laplace算子可以用矩阵L表示，矩阵中的每个元素可以表示为：
其中，di为顶点vi的一环邻域顶点数，i、j是正整数，N1(vi)代表vi点的一环临域顶点集；
Laplace光滑公式可以表示为：其中λ是松弛因子，n是正整数。
本实施例中提供的方法能够实现自动化操作取代人工操作的填倒凹，一方面提高生产效率，另一方面实现了标准化作业，从而提高壳状牙齿矫治器的生产质量，解决人工填倒凹效率较低、不容易实现标准化作业的问题。不仅如此，在进行壳状牙齿矫治器的生产过程中，精准的数字化壳状牙齿矫治器模型的获取离不开精准的填倒凹之后的优化数字化牙颌模型的获取，在此过程中数字化填倒凹过程就是实现上述方案的关键步骤，而上述填倒凹的方法不仅填充精准，而且为后续的壳状牙齿矫治器的制备提供基础。
在另一种实施方式中，为了更好的实现精准数字化填倒凹过程之前，得到一个精准的修补完成之后的数字化牙齿模型，对后续填倒凹过程的精准奠定了基础，如图5所示，进行步骤S130单颗数字化牙冠模型的修补时，采用如下方法：
S310：分割边界的初始修补；
具体地说，对相邻两颗所述数字化牙冠模型的近远中方向的侧面进行初始修补，以使相邻两颗单颗数字化牙冠模型之间相邻的两个邻接面进行初步拟合，分割边界修补完整，得到单颗数字化牙冠模型的初始化修补网格。
在本实施例中，采用最小角度法对分割边界进行数字化网格修补，具体包括：计算数字化牙冠模型上每个边界点的两条相邻边的夹角大小；找出具有最小夹角的边界点，判断增加的数字化三角面片的数量；在具有最小夹角的边界点之间增加相应数量的数字化三角面片；更新边界点信息，找出下一个具有最小夹角的边界点，直至分割边界修补完成。
通过步骤S310对相邻两颗数字化牙冠模型邻接面之间的分割边界进行初始化修补后，数字化牙冠模型被分割为数字化牙冠本体部、数字化牙冠模糊部、数字化牙冠底面部和数字化牙冠修补部。其中，在将数字化牙颌模型的原始分割线向牙冠部分移动一定距离得到真实分割线，原始分割线和真实分割线之间的牙冠模型区域作为数字化牙冠模糊部，数字化牙冠模糊部在牙冠模型修补过程中是可以调整坐标位置的，而真实分割线之内的牙冠模型是数字化牙冠本体部，其在修补过程中是不能变化坐标位置的，修补的部分为数字化牙冠修补部。
S320：初始化修补网格的优化调整，采用二次规划法对相邻两颗数字化牙冠模型的初始化修补网格顶点之间进行预定距离的优化调整，以使相邻的两颗数字化牙冠模型之间相邻的两个邻接面之间不发生相互碰撞。
为避免修补后的邻接面之间相互碰撞，在步骤S320中，采用二次规划法对相邻两颗数字化牙冠模型的初始化修补网格顶点之间进行预定距离的优化调整，该预定距离是指相邻两颗数字化牙冠模型之间维持的避免发生碰撞的距离，根据该预定距离对初始化修补的网格顶点(也即是数字化牙冠修补部的网格顶点)进行优化调整，以使相邻的两颗数字化牙冠模型之间相邻的两个邻接面之间不发生相互碰撞。其中所述的二次规划是非线性规划中的一类特殊数学规划问题，在很多方面都有应用，如约束最小二乘问题的求解、序列二次规划在非线性优化问题中应用等。
下面对优化调整的过程进行详细描述。
基于上述的优化调整的基本思路，本实施例提供两种优化调整的技术方案，第一种优化调整的技术方案如下，其流程图如图6所示。
S3201：对相邻两颗数字化牙冠模型近远中方向的两个侧面之间进行拟合形成分割面。
优选的，将该分割面拟合为分割平面，例如，通过对相邻两颗数字化牙冠模型近远中方向相交点集进行拟合形成该分割平面，如，通过点法线拟合方法对相邻两颗数字化牙冠模型近远中方向相交点集进行拟合形成该分割平面。
其中，点法线拟合方法采用的具体公式如下公式(1)所示：
n·(x-o)＝0---(1)；
公式(1)中，n为分割平面的法向量，o为分割平面上的一个参考点，x为分割平面上的点集。
S3202：对相邻两颗数字化牙冠模型的网格顶点分别向分割面的间距维持预定距离的优化调整。
若相邻两颗数字化牙冠模型之间保持距离d可以防止相互碰撞，再根据该相邻两颗数字化牙冠模型近远中方向相交点集进行拟合形成分割平面后，可通过对相邻两颗数字化牙冠模型的网格顶点分别向该分割平面的间距维持距离d/2的优化调整，即可达到防止碰撞的目的。
其中的一种实施方式为，假设分割平面的表达式为ax+by+cz+d＝0，并且相邻数字化牙冠模型的网格顶点a的坐标为(x1,y1,z1)，则根据点到平面的距离计算公式，计算网格顶点a到分割平面的距离，将计算的该距离与维持距离d/2进行比较，根据比较结果优化调整网格顶点a的坐标位置，直至网格顶点a到分割平面的距离为该维持距离d/2为止，网格顶点a优化调整结束。
第二种优化调整的技术方案是：先设置优化约束条件后优化目标函数的方法进行初始化修补网格的相邻两颗数字化牙冠模型的网格顶点间距维持预定距离的优化调整，所述数字化牙冠模型包括数字化牙冠本体部、数字化牙冠模糊部、所述数字化牙冠底面部和数字化牙冠修补部。
其中，优化约束条件设置包括：保持数字化牙冠本体部数字网格顶点的坐标保持不变，并对数字化牙冠底面部数字网格顶点的坐标沿牙齿长轴方向向数字化牙根方向延伸，且相邻两颗数字化牙冠模型之间的距离保持d。
优化约束条件还包括：保持所述数字化牙冠本体部数字网格顶点的坐标保持不变，设置下述等式约束条件：vj＝vj0---(2)；
公式(2)中，j∈数字化牙冠本体部区域，其中vj0表示数字化牙冠本体部区域顶点的原始坐标，vj表示数字化牙冠本体部区域顶点优化调整后的坐标；
相邻两颗数字化牙冠模型之间的距离保持d，设置下述不等式约束条件：
n·(vi-o)-0.5·d≥0----(3)；
公式(3)中，d为设置的相邻数字化牙冠模型之间的间隙，且d≥0,n为分割平面的法向量，o为分割平面上的一个参考点，vi表示相邻两颗牙齿的顶点优化坐标。以单颗数字化牙冠模型中距离分割平面最近的网格顶点到该分割平面的距离为d/2，则单颗数字化牙冠模型中远离分割平面的网格顶点到该分割平面的距离大于d/2，从而使相邻两颗数字化牙冠模型之间的距离保持d。
优化目标函数的设置为：
公式(4)中，N表示相邻两颗牙齿的顶点总个数，vi表示相邻两颗牙齿的顶点优化坐标。
根据上述公式(2)和公式(3)所表达的约束条件对目标函数(4)进行计算，求解获得的网格顶点即为优化调整后的网格顶点。
采用本实施例提供的数字化牙冠模型修补方法，能够生成更贴近患者口内实际情况的数字化牙冠模型，从而进行壳状牙齿矫治器的设计和制备，对于整个牙颌模型中的所有单颗数字化牙冠模型进行修补，提升了数字化牙冠模型修补的效率。本实施例中采用二次规划法对初始修补得到的相邻两颗数字牙冠模型的初始化修补网格顶点之间，进行预定距离的优化调整，使相邻的两颗数字化牙冠模型之间相邻的两个邻接面之间不发生相互碰撞，此方法的优化效率较高，相较迭代方法运算量大幅度降低，并且对于整个牙颌模型能够同时进行优化修补调整，对于整个牙颌模型而言的修补时间相对缩小。另外，对于初始修补方法采用最小角度法对分割边界进行数字化网格修补，且是通过增加合理的数字化三角面片的数量进行数字化网格修补，以生成真实自然光滑并且相邻牙冠模型之间互不碰撞的牙冠模型，以此为基础在进行后续数字化填倒凹处理时，更加精准，同时对于后续壳状牙齿矫治器制备过程提供了准确基础。
在另一种实施方式中，为了更好的实现精准数字化修补过程之前，得到一个精准的切割之后的数字化牙齿模型，对后续修补过程的精准奠定了基础，如图7所示，在进行步骤S120分割数字化牙颌模型本体中的具体方法如下：
S210：选取所述数字化牙颌模型本体上的第一类特征点；
具体的说，可以具体通过如图8所示的步骤选取：
步骤2101，获得数字化牙颌模型中三角面片网络的顶点高度函数。
具体的说，本步骤具体计算数字化牙颌模型的顶点曲率H1，并归一化到[-1,1]。再计算数字化牙颌模型的顶点到牙颌底部的距离H2，并归一化到[0,1]，便于后续运算。从而得出数字化牙颌模型的顶点高度函数：H＝(-H1)+(-H2)。
步骤2102，从数字化牙颌模型中查找顶点高度函数的局部最小点Oi。
具体的说，查找顶点高度函数的局部最小点Oi(高度函数值小于一环邻域顶点的高度函数值)，每个局部最小点Oi代表一个区域Si的中心。对于网格上的其他顶点，沿高度函数值变化最大的方向落到相应的区域，查找结果如图9所示。
步骤2103，根据各Oi的高度和Oi所属区域的区域边缘的高度，计算出各Oi所属区域的区域高度。
具体的说，每个区域Si的区域高度，具体等于区域边缘高度函数值与区域内部中心点Oi高度函数值之差。
步骤2104，筛选出区域高度最小的若干个区域，将筛选出的若干个区域中的Oi作为第一类特征点。
具体的说，本步骤将区域Si按区域高度进行排序，选择区域高度最小的n个区域(n＝50-150)，最终n个区域的中心点Oi即为特征点位置。通过区域高度筛选出第一类特征点，有利于减少参与后续计算的特征点的数量，同时又能保证第一类特征点涵盖模型全局的特征。在一个例子中，筛选出的第一类特征点如图10所示。
可见，上述步骤2103和步骤2104具体根据Oi确定出第一类特征点，具体通过高度函数找到局部最小点，即离牙颌底面最远、并越凸的点，牙齿高度较大的点，根据局部最小点获取特征点，局部最小点可以在整个模型上大范围找到，所以特征点的获取范围得以从模型整体选取，更能体现模型整体的特征。
步骤220，对第一类特征点进行分类，确定各第一类特征点属于牙齿区域或属于牙龈区域。
具体的说，本实施方式可以由人工进行标定分类，确定步骤210中选取的第一类特征点属于牙齿区域或属于牙龈区域，分类后的第一类特征点分布如图11所示，图中*点代表属于牙齿区域的特征点，空心点代表属于牙龈区域的特征点。
步骤230，根据第一类特征点的分类结果对数字化牙颌模型上第二类特征点分类。
具体的说，第二类特征点的数量可以大于第一类特征点的数量，更具体的说，第二类特征点可以是数字化牙颌模型上各三角面片网格的顶点，具体分类时，可以将数字化牙颌模型三角网格看成图结构，设置图的边权重wij：wij＝||vi-vj||·exp(-dij)，其中vi和vj分别表示顶点i和j的坐标。
在一个例子中，通过以下公式(5)计算出顶点i和j所在区域的曲面的弯曲程度：
dij＝||N(vi)-N(vj)||2； (5)
其中，N代表顶点法向量，dij为顶点i和j连线所在的边。
在另一个例子中，通过以下公式(6)计算出顶点i和j所在区域的曲面的弯曲程度，其中，增设η参数，强化曲面的弯曲特征：
dij＝η·||N(vi)-N(vj)||2； (6)
其中，N代表顶点法向量，dij为顶点i和j连线所在的边，η的取值根据边eij为凸边或凹边确定，具体如果边dij为凹边，则η＝1，如果边dij为凸边，则η＝0.2。
继续说明，本实施方式利用聚类算法对模型上第二类特征点进行分类，算法具体如下：
计算数字化牙颌模型中所有顶点到牙齿特征点的图最短距离L1，计算数字化牙颌模型中所有顶点到牙龈特征点的图最短距离L2，图最短距离可以使用Dijastra算法(即迪杰斯特拉算法)，计算过程中图上边eij的权重设置为wij。对于数字化牙颌模型中任意一顶点，如果其到牙齿特征点的图最短距离大于到牙龈特征点的图最短距离，那么该顶点属于牙龈区域，反之，其属于牙齿区域。
需要说明的是，本实施方式中第二类特征点可以是所有三角面片网格的顶点，实际应用中，可以只取部分三角面片网格的顶点作为第二类特征点，减少第二类特征点的数量，可以减少整体运算量，加快分类速度。
步骤240，分别合并属于牙齿区域的第二类特征点和属于牙龈区域的第二类特征点，获得分割后的牙齿区域和牙龈区域。
具体的说，将步骤230中聚类至牙齿分类的特征点合并，获得牙齿区域，将步骤230中聚类至牙龈分类的特征点合并，获得牙龈区域，具体如图12所示。
步骤250，光滑牙齿区域和牙龈区域的边界。
具体的说，本实施方式可以采用光滑能量函数光滑边界，光滑能量函数可以为：
E＝E1+E2；
其中，E1为∑|φi-φi0|2，代表光滑后牙齿牙龈分割区域与光滑前牙齿牙龈分割区域的偏差。其中，φi0代表光滑前切牙结果，对于牙齿顶点φi0＝1，对于牙龈顶点φi0＝-1，φi代表光滑后切牙结果。
E2为代表光滑能量项。其中，N1(i)代表顶点i的一环邻域顶点集，n代表一环邻域顶点数目。之后，最小化光滑能量函数，得到每个顶点光滑后的φ值，所有φ>0顶点所组成的区域为光滑后牙齿模型区域，所有φ<0顶点所组成的区域为光滑后牙龈模型区域。注，此处的光滑分割边界即为牙龈线。
可见，本实施方式通过将数字化牙颌模型整体上选取第一类特征点，对第一类特征点分类，继而根据对第一类特征点的分类结果对模型上的第二类特征点进行分类再集合，实现将牙齿区域和牙龈区域分割开，由于两类特征点是基于数字化牙颌模型整体选取的，特征点的分类信息就涵盖了数字化牙颌模型整体的分类特征，所以即使模型存在噪声数据，也会将噪声数据均摊至全局数据中，使得整个分割方法的容错率高。另外，在牙齿牙龈准确分割后，如果需要对牙齿区域进一步分割单颗牙齿时，单颗牙齿得以分割得更为准确。
步骤260，分别计算舌侧牙龈线和颊侧牙龈线在牙缝处的拐点。
具体的说，将计算得到的分成舌侧牙龈线和颊侧牙龈线，然后分别计算舌侧牙龈线和颊侧牙龈线在牙缝处的拐点，基于Dijkstra算法(即迪杰斯特拉算法)分别搜索每颗牙齿的舌侧牙龈线起点到颊侧牙龈线起点的最优路径，以及舌侧牙龈线终点到颊侧牙龈线终点的最优路径，以获得每颗牙齿两侧的牙缝线，搜索出的舌侧牙龈线和颊侧牙龈线如图13所示。
步骤270，利用区域生长法将每颗牙齿从三维模型中分离。
将每颗牙齿的牙龈线和牙缝线组合，以构成每颗牙齿封闭的分割线，然后利用区域生长算法将每个牙齿从三维数字化牙颌模型上分割出来。具体为：计算每颗牙齿分割线的质心，将三维数字化牙颌模型上与该质心的x、y坐标最相近的点作为种子点，不断搜索种子点的邻域，直到达到当前牙齿的分割线为止，分割后的单颗牙齿如图14中所示。
也就是说，上述步骤260和步骤270具体对牙齿区域分割，获得各单颗牙齿区域。
可见，本实施方式基于牙齿牙龈分割之后，进一步对牙齿区域进行单颗牙齿的分割，由于在牙齿牙龈分割时，采用了从模型全局选取特征点并分类的方式分割两个区域，使得分割结果受模型的噪点影响小，容错度高，基于这样的牙齿区域进一步分割出的单颗牙齿也会更加准确，为自动化生产牙套奠定基础。
在另一种实施方式中，在进行步骤S150数字化壳状牙齿矫治器的设计步骤中，采用如下方法制备：
S1501：分别确定数字化壳状牙齿矫治器内表面和外表面的数字化网格；其中，所述外表面网格通过优化数字化牙颌模型内表面网格获得，即采用经过数字化分割、数字化修补和数字化填倒凹后的优化数字化牙颌模型进行内表面网格的获取；对于外表面网格的获取方法包括：基于所述内表面网格上的顶点沿其法线方向向远离所述内表面的方向延伸0.3-2.0mm，得到延伸顶点，所述延伸顶点连接形成的网格组成所述外表面网格。
更具体地说，在上述获取所述外表面的获取方法中还包括内表面网格特征点的选取，其中所述特征点沿其法线方向向远离所述内表面的方向延伸0.3-2.0mm，得到延伸特征点，所述延伸特征点连接形成的网格组成所述外表面网格，其中特征点可以包括牙尖、牙沟以及牙嵴上的特征点。
S1501：将所述内表面网格和所述外表面网格整合为一体式数字化壳状牙齿矫治器的数字化模型中。
本实施例中的方法能够根据患者口内实际的牙齿形状进行壳状牙齿矫治器内表面的确定，制备出的壳状牙齿矫治器的内表面与牙齿表面更加贴合，在进行实际矫治过程中，壳状牙齿矫治器对牙齿的包覆产生的矫治力能够更好的对牙齿进行相应的矫治。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，包括：
获取数字化牙颌模型：获取一数字化牙颌模型，所述数字化牙颌模型包括数字化牙颌模型本体；
分割数字化牙颌模型本体：将所述数字化牙颌模型本体分割为数字化牙龈模型和单颗数字化牙冠模型；
单颗数字化牙冠模型的修补：基于分割后的单颗数字化牙冠模型进行相邻两颗牙齿近远中方向相邻面的修补，得到修补后的单颗数字化牙冠模型且相邻两颗所述修补后的单颗数字化牙冠模型之间有倒凹填充区域；
数字化填倒凹：基于所述修补后的单颗数字化牙冠模型，在所述倒凹填充区域进行数字化填倒凹处理，得到优化数字化牙颌模型；
数字化壳状牙齿矫治器的设计：基于所述优化数字化牙颌模型设计数字化壳状牙齿矫治器模型；
壳状牙齿矫治器的制备：基于所述数字化壳状牙齿矫治器模型采用增材制造的方法进行壳状牙齿矫治器的制备；所述数字化填倒凹步骤中基于所述修补后的单颗数字化牙冠模型，在所述倒凹填充区域进行数字化填倒凹处理，得到优化数字化牙颌模型，具体方法包括：建立包围相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型的数字化包围盒并进行栅格化处理；之后通过栅格上的点建立所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间的分割面；所述分割面上的点到所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型表面的距离之差的绝对值小于预设差值；再利用所述分割面获取倒凹填充区域的包围线；在所述倒凹填充区域的包围线内生成优化数字化牙颌模型。
2.根据权利要求1所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，建立所述分割面方法包括：通过所述栅格上的点获取所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间的距离之差的绝对值，根据预设条件选取满足所述绝对值对应的所述栅格点，并将所述栅格点所对应的所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型上的点集构成所述分割面。
3.根据权利要求2所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，获取所述倒凹填充区域的包围线方法包括：通过所述分割面上的点分别获取到所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型最小距离集，根据所述最小距离集对应的点构建所述相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间的倒凹填充区域的包围线。
4.根据权利要求1所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述数字化填倒凹步骤还包括对所述优化数字化牙颌模型进行光滑处理。
5.根据权利要求1所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述单颗数字化牙冠模型的修补中还包括对所述单颗数字化牙冠模型临近所述数字化牙龈模型一侧的底面修补，得到一封闭的单颗数字化牙冠模型。
6.根据权利要求5所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述单颗数字化牙冠模型的修补：包括初始修补步骤和优化调整步骤，其中初始修补使相邻两颗所述单颗数字化牙冠模型之间相邻的两个邻接面进行初步拟合，分割边界修补完整，得到单颗数字化牙冠模型的初始化修补网格；所述优化调整步骤采用二次规划法对相邻两颗所述数字化牙冠模型的初始化修补网格顶点之间进行预定距离的优化调整，以使相邻的两颗所述数字化牙冠模型之间保持设定间距且不发生相互碰撞。
7.根据权利要求6所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述优化调整步骤包括相邻两颗数字化牙冠模型近远中方向的两个侧面之间的分割面的拟合，对所述相邻两颗所述数字化牙冠模型的网格顶点分别向所述分割面的间距维持预定距离的优化调整。
8.根据权利要求7所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述优化调整步骤包括：先设置优化约束条件后优化目标函数的方法进行所述初始化修补网格的相邻两颗所述数字化牙冠模型的网格顶点间距维持预定距离的优化调整，当所述分割边界的初始修补后，所述数字化牙冠模型包括数字化牙冠本体部、数字化牙冠模糊部和数字化牙冠修补部。
9.根据权利要求8所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述优化约束条件设置包括：保持数字化牙冠本体部数字网格顶点的坐标保持不变，并对所述数字化牙冠模型底面部数字网格顶点的坐标沿牙齿长轴方向向牙根方向延伸，且相邻两颗数字化牙冠模型之间的距离保持d，d为设置的相邻数字化牙冠模型之间的间隙，且d≥0。
10.根据权利要求1所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述分割数字化牙颌模型本体的方法是将所述数字化牙颌模型本体分割为数字化牙龈模型和单颗数字化牙冠模型，具体方法为：
选取所述数字化牙颌模型本体上的第一类特征点；
对所述第一类特征点进行分类，确定所述第一类特征点属于数字化牙龈模型区域或单颗数字化牙冠模型区域；
根据所述第一类特征点的分类结果对所述数字化牙颌模型本体上第二类特征点分类，确定所述第二类特征点属于数字化牙龈模型区域或单颗数字化牙冠模型区域；
分别合并属于单颗数字化牙冠模型的第二类特征点和属于数字化牙龈模型区域的第二类特征点，获得分割后的数字化牙龈模型区域或单颗数字化牙冠模型区域。
11.根据权利要求10所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述第一类特征点通过以下方式获得：获得所述数字化牙颌模型本体中三角面片网格的顶点高度函数；
从所述数字化牙颌模型本体中查找所述顶点高度函数的局部最小点；
根据所述局部最小点确定出所述第一类特征点；
所述第二类特征点根据所述数字化牙颌模型中三角面片网格的顶点确认。
12.根据权利要求11所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述根据所述局部最小点确定出所述第一类特征点的步骤包括：
根据各所述局部最小点的高度和所述局部最小点所属区域的区域边缘的高度，计算出各所述局部最小点所属区域的区域高度；
筛选出所述区域高度最小的若干个区域，将筛选出的所述若干个区域中的局部最小点作为所述第一类特征点。
13.根据权利要求10所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述第二类特征点为所述数字化牙颌模型上各三角面片网格的顶点，或，除所述第一类特征点之外的所述数字化牙颌模型上各三角面片网格的顶点。
14.根据权利要求10所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述获得分割后的数字化牙齿模型区域和数字化牙龈模型区域之后，还包括：光滑牙齿区域和牙龈区域的边界。
15.根据权利要求14所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述光滑所述牙齿区域和所述牙龈区域的边界，具体包括：
获取光滑能量函数：
E＝E1+E2；
其中，所述E1为∑|φi-φi0|2，代表光滑后牙齿牙龈分割区域与光滑前牙齿牙龈分割区域的偏差，其中，所述Φi0代表光滑前的牙齿牙龈分割结果，对于牙齿顶点所述Φi0＝1，对于牙龈顶点所述Φi0＝-1，所述Φi代表光滑后牙齿牙龈分割结果；
所述E2为代表光滑能量项，其中，所述N1(i)代表顶点i的一环邻域顶点集，所述n代表一环邻域顶点数目；
最小化所述光滑能量函数，得到每个顶点光滑后的φ值；
其中，所有φ>0顶点所组成的区域为光滑后牙齿模型区域，所有φ<0顶点所组成的区域为光滑后牙龈模型区域。
16.根据权利要求1所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述数字化壳状牙齿矫治器的设计方法包括：分别确定数字化壳状牙齿矫治器内表面和外表面的数字化网格，并将内表面网格和外表面网格整合为一体式数字化壳状牙齿矫治器的数字化模型。
17.根据权利要求16所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述外表面网格通过优化数字化牙颌模型内表面网格获得。
18.根据权利要求17所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述外表面网格的获取方法包括：基于所述内表面网格上的顶点沿其法线方向向远离所述内表面的方向延伸0.3-2.0mm，得到延伸顶点，所述延伸顶点连接形成的网格组成所述外表面网格。
19.根据权利要求18所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述外表面网格的获取方法中还包括内表面网格特征点的选取，其中所述内表面网格特征点沿其法线方向向远离所述内表面的方向延伸0.3-2.0mm，得到延伸特征点，所述延伸特征点连接形成的网格组成所述外表面网格。
20.根据权利要求19所述的壳状牙齿矫治器的制备方法，其特征在于，所述内表面网格特征点包括牙尖、牙沟以及牙嵴上的特征点。
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