CN112932694A - 计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法 - Google Patents

计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法 Download PDF

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CN112932694A CN201911259657.9A CN201911259657A CN112932694A CN 112932694 A CN112932694 A CN 112932694A CN 201911259657 A CN201911259657 A CN 201911259657A CN 112932694 A CN112932694 A CN 112932694A
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    • A61C7/002—Orthodontic computer assisted systems
    • A61C2007/004—Automatic construction of a set of axes for a tooth or a plurality of teeth

Abstract

本申请的一方面提供了一种计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，包括：计算各牙齿从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向；根据所述方向以及牙齿间的邻接关系，对所述牙齿进行分组，把具有相同所述方向且邻接的牙齿分为一组；对各组牙齿在组内分配优先级，沿各组牙齿所对应的方向，为组内各牙齿分配从低到高的优先级；以及根据以下原则产生合格的正畸治疗的牙齿移动方案：对于同一组牙齿，优先级高的牙齿优先移动。

Description

计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法
技术领域
本申请总体上涉及计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法。
背景技术
当今，由于美观、便捷以及利于清洁等优点，基于高分子材料的壳状矫治器越来越受欢迎。一套壳状矫治器通常包括十几个甚至几十个逐次的壳状矫治器，用于将患者牙齿从初始布局逐次地重新定位到目标布局，其中，在初始布局到目标布局之间包括从第一中间布局到最后中间布局的N个逐次的中间布局。
一种常用的制作壳状矫治器的方法是在一系列逐次的从第一中间布局到目标布局的牙模上，以热压膜成型工艺压膜获得。可以利用表示从第一中间布局到目标布局的一系列逐次的三维数字模型控制设备制作这些牙模。一个常用的获得这些逐次的三维数字模型的方法是，在已知每颗牙齿的移动路径的前提下，人工指定移动牙齿的先后顺序，然后，基于此产生这些三维数字模型，即牙齿矫正方案。
另外，在牙齿矫正过程中，还需要考虑牙齿间碰撞和支抗的问题。因此，在人工指定移动牙齿的先后顺序之后，需要对相应的牙齿移动方案进行验证，以确定是否存在碰撞以及是否符合支抗规则，如果存在这些问题，就需要重新指定移动牙齿的先后顺序。如此反复，直至获得满足所有这些要求的牙齿移动方案。这使得人工指定移动牙齿的顺序变得异常复杂，并且费时费力，鉴于此，有必要提供一种由计算机自动产生牙齿移动方案的方法。
发明内容
本申请的一方面提供了一种计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，包括：计算各牙齿从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向；根据所述方向以及牙齿间的邻接关系，对所述牙齿进行分组，把具有相同所述方向且邻接的牙齿分为一组；对各组牙齿在组内分配优先级，沿各组牙齿所对应的方向，为组内各牙齿分配从低到高的优先级；以及根据以下原则产生合格的正畸治疗的牙齿移动方案：对于同一组牙齿，优先级高的牙齿优先移动。
在一些实施方式中，所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法还可以包括：获取表示牙齿初始布局和目标布局的数字数据集；以及基于所述数字数据集，计算所述方向。
在一些实施方式中，所述牙弓曲线可以是基于所述牙齿的目标布局拟合得到。
在一些实施方式中，所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法还可以包括：获取移动牙齿的离散的移动路径；以及基于所述移动牙齿的离散的移动路径，产生所述合格的正畸治疗的牙齿移动方案。
在一些实施方式中，所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法还可以包括：产生临时牙齿移动方案；以及根据所述原则迭代调整所述临时牙齿移动方案，直至获得所述合格的正畸治疗的牙齿移动方案。
在一些实施方式中，所述调整可以包括碰撞避让。
在一些实施方式中，所述调整还可以包括根据预设的支抗规则的调整。
在一些实施方式中，在所述临时牙齿移动方案中，所有移动牙齿的移动同时启动。
附图说明
以下将结合附图及其详细描述对本申请的上述及其他特征作进一步说明。应当理解的是，这些附图仅示出了根据本申请的若干示例性的实施方式，因此不应被视为是对本申请保护范围的限制。除非特别指出，附图不必是成比例的，并且其中类似的标号表示类似的部件。
图1为本申请一个实施例中的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法的示意性流程图；以及
图2示意性地展示了本申请一个实施例中示意性地展示了两组牙齿的初始位置和目标位置。
具体实施方式
以下的详细描述中引用了构成本说明书一部分的附图。说明书和附图所提及的示意性实施方式仅仅出于是说明性之目的，并非意图限制本申请的保护范围。在本申请的启示下，本领域技术人员能够理解，可以采用许多其他的实施方式，并且可以对所描述实施方式做出各种改变，而不背离本申请的主旨和保护范围。应当理解的是，在此说明并图示的本申请的各个方面可以按照很多不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，这些不同配置都在本申请的保护范围之内。
本申请的一方面提供了一种计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法。
牙科正畸治疗是把牙齿从初始布局重新定位到目标布局的过程，牙齿移动方案包括将牙齿从初始布局重新定位到目标布局的过程中，各牙齿的移动顺序。可以理解，目标布局是正畸治疗期望达到的牙齿布局；初始布局可以是进行正畸治疗之前患者的牙齿布局，也可以是利用本申请的方法产生目标布局时所基于的患者当前牙齿布局。
请参图1，为本申请一个实施例中的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法100的示意性流程图。
在一个实施例中，本申请的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法的对象可以是单个牙颌(如上颌或下颌)的牙齿。
在101中，计算各牙齿从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向。
在一个实施例中，可以先基于表示牙齿初始布局和目标布局的数字数据集来计算各牙齿从初始位置到目标位置的位移。
在一个实施例中，表示牙齿布局的数字数据集可以包括牙齿的位置信息和角度信息，即表示牙齿位姿(位置和姿态)的数字数据集，例如，可以包括牙齿的位置坐标和角度坐标。可以理解，结合这种表示牙齿布局的数字数据集与表示牙齿几何形态的数字数据集就能得到表示对应牙齿布局的三维数字模型。
在一个实施例中，表示牙齿初始布局的数字数据集可以基于表示牙齿初始布局的三维数字模型而获得。
在一个实施例中，可以通过直接扫描患者的牙颌，以获取表示牙齿初始布局的三维数字模型。在又一实施例中，可以通过扫描患者牙颌的实体模型，例如石膏模型，以获取表示牙齿初始布局的三维数字模型。在又一实施例中，可以通过扫描患者牙颌的咬模，以获取表示牙齿初始布局的三维数字模型。
在一个实施例中，在获得表示牙齿初始布局的三维数字模型后，可以将其进行分割，使得该三维数字模型中各牙齿之间相互独立，从而可以单独移动该三维数字模型中的每颗牙齿。
在一个实施例中，可基于经分割的表示牙齿初始布局的三维数字模型，获得表示牙齿目标布局的三维数字模型，进而获得表示牙齿目标布局的数字数据集。在一个实施例中，可人工操作经分割的表示牙齿初始布局的三维数字模型，将牙齿移动到目标位置，获得表示牙齿目标布局的三维数字模型。在又一实施例中，可利用计算机，基于经分割的表示牙齿初始布局的三维数字模型，自动将牙齿移动到目标位置，获得表示牙齿目标布局的三维数字模型。
由于牙齿之间的碰撞主要是沿牙弓曲线，因此，本申请的方法基于牙弓曲线制定牙齿移动方案，以更直接地解决牙齿碰撞问题。
在一个实施例中，可以基于表示牙齿目标布局的三维数字模型拟合得到牙弓曲线。在又一实施例中，可以基于表示牙齿初始布局的三维数字模型拟合得到牙弓曲线。在又一实施例中，可以基于表示牙齿初始布局与目标布局之间的一个中间布局的三维数字模型拟合得到牙弓曲线。基于牙齿三维数字模型拟合得到牙弓曲线的方法已为业界所熟知，此处不再赘述。
如业界一般技术人员所知，有多种拟合牙弓曲线的方法，下面以Beta曲线为例进行说明。
首先，获取表示牙列三维数字模型上的特征点，然后，将这些特征点投影到XOY平面，接着，基于这些特征点在XOY上的投影拟合牙弓曲线。
在一个实施例中，基于Beta曲线的牙弓曲线的方程式可以由以下方程式(1)表达：
f(x)＝D[1-(2x/W)2]e 方程式(1)
其中，D代表牙弓深度，W代表牙弓宽度，e为牙弓曲线参数。
基于表示牙齿初始布局和目标布局的数字数据集以及牙弓曲线，就能够计算出各牙齿从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向。在一个实施例中，可以基于表示牙齿初始布局和目标布局的数字数据集中牙齿的位置信息计算牙齿从初始位置到目标位置的位移。在又一实施例中，计算牙齿从初始位置到目标位置的位移可以牙冠为基准。
在103中，基于各牙齿从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向以及牙齿间的邻接关系对牙齿进行分组。
在一个实施例中，可以将邻接的并且从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向相同的牙齿分为一组，例如，若上颌右侧1、2、3号牙从各自的初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向相同，那么将该三颗牙齿分为一组。
在105中，对分组的牙齿在组内分配优先级。
设一组牙齿从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向是沿牙弓曲线由其第一端指向第二端，将该方向称为第一方向。在一个实施例中，可以沿与第一方向相反的第二方向(即沿牙弓曲线由其第二端指向第一端)，为该组内的牙齿分配优先级，也就是说，为该组牙齿沿第二方向的第一颗牙齿分配最高优先级，依次降低优先级，为最后一颗牙齿分配最低优先级。换言之，可以沿第一方向，为该组牙齿分配从低到高的优先级。
在制定牙齿移动方案时，若一组牙齿中有两颗或者以上牙齿同时移动时发生碰撞，那么可以进行碰撞避让，安排优先级高的牙齿先移动，优先级低的牙齿后移动。
如此分配优先级的原因在于沿移动方向位于前面的牙齿先移动，可以为后面的牙齿的移动让出空间，以避免牙齿间发生碰撞。
请参图2，示意性地展示了两组牙齿的初始位置和目标位置。
图2示意性地展示了牙弓曲线200以及7颗邻接的牙齿201～213，其中，虚线所示的牙齿为处于初始位置的牙齿，实线所示的牙齿为处于目标位置的牙齿。
由图2可知，牙齿201～207从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向是从牙弓曲线的左端到右端，牙齿209～213从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向是从牙弓曲线的右端到左端。因此，将牙齿201～207分为一组，将牙齿209～213分为一组。在牙齿201～207这组中，从牙齿207到牙齿201，优先级递减。在牙齿209～213这组中，从牙齿209到牙齿213，优先级递减。
在107中，产生临时牙齿移动方案。
在一个实施例中，可以将每颗牙齿从初始位置到目标位置的移动分为多个步，即离散的移动路径，以便于计算机进行计算。
在利用壳状矫治器进行牙齿正畸治疗的方案中，对于单颗牙齿，多个逐次的壳状矫治器逐次地将其从初始位置逐次地重新定位到目标位置，其中，在初始位置和目标位置之间有N个逐次的中间位置。对于这种正畸治疗方案，可以直接采用各牙齿从初始位置到目标位置的多个逐次的位置作为计算的基础。
在本申请的启示下，可以理解，为简化计算，也可以对这些逐次的位置进行均匀采样，以采样获得的位置作为计算的基础。在又一实施例中，为提高计算精度，还可以对这些逐次的位置进行插值，获得更多数量的逐次的位置，并以此为计算的基础。
对于利用托槽和弓丝进行牙齿正畸治疗的方案，可以对各牙齿从初始位置到目标位置之间进行插值，获得多个的逐次的位置，并以此为计算的基础。
牙齿移动方案是从牙齿初始布局到第一中间布局，再到最后中间布局，直至目标布局的多个逐次的牙齿布局，它表达了牙齿正畸治疗中各牙齿的移动先后顺序。
临时牙齿移动方案作为种子或者计算的基础，后续可以通过对牙齿移动方案进行合格性检测，再基于牙齿的分组和优先级分配，不断调整牙齿移动方案，直至获得合格的牙齿移动方案。
临时牙齿移动方案可以是任意的移动方案。在一个实施例中，临时牙齿移动方案可以是所有牙齿一起移动。
在109中，基于临时牙齿移动方案，通过迭代调整，获得合格的牙齿移动方案。
基于临时牙齿移动方案的迭代调整是根据牙齿的分组和优先级分配进行。每次调整前对当前牙齿移动方案进行检测，以判断其是否合格，若合格，则将其作为最终牙齿移动方案输出，若不合格，则继续对其进行相应调整。
在一个实施例中，对牙齿移动方案的检测可以包括碰撞检测和是否符合支抗规则的检测。
对一个牙齿移动方案进行碰撞检测是检测在牙齿移动过程中是否存在碰撞。如果发现存在碰撞，那么需要对该牙齿移动方案进行调整。就碰撞避让对牙齿移动方案的调整可以基于牙齿的分组和优先级分配。例如，若同一组牙齿A和B在移动过程中存在碰撞，若牙齿A的优先级高于牙齿B，那么在调整牙齿移动方案时，可以延迟牙齿B的移动，以避免碰撞。
在一个实施例中，支抗规则可以由以下不等式(1)表达：
M≥m+n 不等式(1)
其中，M为预设的支抗单位阈值，即同一时间沿牙弓曲线同向移动的牙齿的支抗单位的总和不得超过该阈值；m表示同一时间沿牙弓曲线同向移动的后牙(前磨牙和后磨牙)的支抗单位的总和；n表示同一时间沿牙弓曲线同向移动的前牙(尖牙和切牙)的支抗单位的总和。
在本申请的启示下，可以理解，不同的矫治方案(例如，利用托槽和弓丝组合的矫治方案与利用壳状矫治器的矫治方案)可以有不同的支抗规则，类似矫治方案，采用不同材料，也可以有不同的支抗规则，以上支抗规则仅为一个示意性的例子。
计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法100的每一个步骤均能够由计算机根据设定好的规则自动执行，从而能够节省大量人力。
尽管在此公开了本申请的多个方面和实施例，但在本申请的启发下，本申请的其他方面和实施例对于本领域技术人员而言也是显而易见的。在此公开的各个方面和实施例仅用于说明目的，而非限制目的。本申请的保护范围和主旨仅通过后附的权利要求书来确定。
同样，各个图表可以示出所公开的方法和系统的示例性架构或其他配置，其有助于理解可包含在所公开的方法和系统中的特征和功能。要求保护的内容并不限于所示的示例性架构或配置，而所希望的特征可以用各种替代架构和配置来实现。除此之外，对于流程图、功能性描述和方法权利要求，这里所给出的方框顺序不应限于以同样的顺序实施以执行所述功能的各种实施例，除非在上下文中明确指出。
除非另外明确指出，本文中所使用的术语和短语及其变体均应解释为开放式的，而不是限制性的。在一些实例中，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”这样的扩展性词汇和短语或者其他类似用语的出现不应理解为在可能没有这种扩展性用语的示例中意图或者需要表示缩窄的情况。

Claims (8)

1.一种计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，包括：
计算各牙齿从初始位置到目标位置的位移沿牙弓曲线的分量的方向；
根据所述方向以及牙齿间的邻接关系，对所述牙齿进行分组，把具有相同所述方向且邻接的牙齿分为一组；
对各组牙齿在组内分配优先级，沿各组牙齿所对应的方向，为组内各牙齿分配从低到高的优先级；以及
根据以下原则产生合格的正畸治疗的牙齿移动方案：对于同一组牙齿，
优先级高的牙齿优先移动。
2.如权利要求1所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，其特征在于，它还包括：
获取表示牙齿初始布局和目标布局的数字数据集；以及
基于所述数字数据集，计算所述方向。
3.如权利要求2所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，其特征在于，所述牙弓曲线是基于所述牙齿的目标布局拟合得到。
4.如权利要求1所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，其特征在于，它还包括：
获取移动牙齿的离散的移动路径；以及
基于所述移动牙齿的离散的移动路径，产生所述合格的正畸治疗的牙齿移动方案。
5.如权利要求4所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，其特征在于，它还包括：
产生临时牙齿移动方案；以及
根据所述原则迭代调整所述临时牙齿移动方案，直至获得所述合格的正畸治疗的牙齿移动方案。
6.如权利要求5所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，其特征在于，所述调整包括碰撞避让。
7.如权利要求6所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，其特征在于，所述调整还包括根据预设的支抗规则的调整。
8.如权利要求5所述的计算机执行的产生正畸治疗的牙齿移动方案的方法，其特征在于，在所述临时牙齿移动方案中，所有移动牙齿的移动同时启动。
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