CN114886597A

CN114886597A - 一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法

Info

Publication number: CN114886597A
Application number: CN202210545498.4A
Authority: CN
Inventors: 蔡林凯
Original assignee: Hangzhou Yazhi Medical Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Yazhi Medical Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-08-12

Abstract

本申请提出了一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法将髁突中点作为坐标原点，髁突轴向方向作为Z轴，质心和髁突中点的连线作为X轴，Z轴和X轴的叉积作为Y轴以构建髁突坐标系，将三维牙齿模型的坐标转换到髁突坐标系，并在髁突坐标系中模拟实际咬合过程来获取精准的咬合点对，并基于咬合点对得到可视化距离，以提供更符合实际咬合距离关系的三维牙齿模型，便于口腔正畸场景的应用。

Description

一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法

技术领域

本申请涉及口腔领域，特别是涉及一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法。

背景技术

随着三维扫描技术的快速发展，数字化三维牙齿模型在口腔正畸产品的制作过程中得到越多越多的应用。为了确保用户配带正畸产品后不会影响正常的咬合关系，专业的牙医在设计三维牙齿模型时需要检查上下颌模型之间的距离以及干涉关系，常见的方法就是通过在上下颌模型上用不同颜色表示不同部位与其对应咬合部位的空间距离元件，通过这种距离可视化的手段来方便牙医进行观察以及调整，三维牙齿模型上距离可视化的示意图如图1所示。

如图2所示，传统的距离计算方法在考虑下颌模型上某点和对应的咬合点的距离时，首先找到和该点距离最近的上颌点Q1作为与P1的对应咬合点，然后计算P1Q1之间的直线距离，以该直线距离作为上下牙颌模型上对应咬合点的咬合距离。但由于牙齿咬合的生理结构，牙齿实际的咬合时下颌是绕着髁突旋转咬合，因此，下颌上的咬合点按照髁突旋转后的咬合点不是直线距离最近的点，导致传统的距离计算方法计算出来的距离是存在误差的，不能准确地表示实际的咬合距离。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，该方案可还原上下牙颌绕置踝骨的实际咬合点对以求取咬合点对的空间距离，进而使得三维牙齿模型上的可视化距离更加符合咬合情况，提高后续口腔正畸产品的设计精度。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，所述方法包括：获取三维牙齿模型的质心，设定所述三维牙齿模型的髁突中点以及髁突轴向方向；

将所述髁突中点作为坐标原点，所述髁突轴向方向作为Z轴，所述质心和所述髁突中点的连线作为X轴，Z轴和X轴的叉积作为Y轴以构建髁突坐标系；

将所述三维牙齿模型在原始坐标系中的原始坐标转换至所述髁突坐标系中得到转换坐标，将所述转换坐标进行柱面坐标转换得到柱面坐标；

遍历三维牙齿模型的单颌模型的每一标记点获取对应的单颌模型上的咬合点得到咬合点对，其中增加每一所述标记点的柱面坐标的旋转角度直到以所述标记点为起点且垂直于所述标记点所在平面的射线和对应的单颌模型的距离小于设定阈值，所述射线和对应的单颌模型的交点为所述标记点的咬合点；

归一化处理所有咬合点对的距离并在所述三维牙齿模型上映射对应的颜色。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化装置，包括：

数据获取单元，用于获取三维牙齿模型的质心，设定所述三维牙齿模型的髁突中点以及髁突轴向方向；

髁突坐标系构建单元，用于将所述髁突中点作为坐标原点，所述髁突轴向方向作为Z轴，所述质心和所述髁突中点的连线作为X轴，Z轴和X轴的叉积作为Y轴以构建髁突坐标系；

转换单元，用于将所述三维牙齿模型在原始坐标系中的原始坐标转换至所述髁突坐标系中得到转换坐标，将所述转换坐标进行柱面坐标转换得到柱面坐标；

咬合点对获取单元，用于遍历三维牙齿模型的单颌模型的每一标记点获取对应的单颌模型上的咬合点得到咬合点对，其中增加每一所述标记点的柱面坐标的旋转角度直到以所述标记点为起点且垂直于所述标记点所在平面的射线和对应的单颌模型的距离小于设定阈值，所述射线和对应的单颌模型的交点为所述标记点的咬合点；

赋色单元，用于归一化处理所有咬合点对的距离并在所述三维牙齿模型上映射对应的颜色。

第三方面，本申请实施例提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行任一所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，包括软件代码部分，当所述计算机程序产品在计算机上被运行时，所述软件代码部分用于执行所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法。

本发明的主要贡献和创新点如下：

将髁突中点作为坐标原点，髁突轴向方向作为Z轴，质心和髁突中点的连线作为X轴，Z轴和X轴的叉积作为Y轴以构建髁突坐标系，将三维牙齿模型的坐标转换到髁突坐标系，并在髁突坐标系中模拟实际咬合过程来获取精准的咬合点对，并基于咬合点对得到可视化距离，以提供更符合实际咬合距离关系的三维牙齿模型，便于口腔正畸场景的应用。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是传统的三维牙齿模型上距离可视化的示意图。

图2是传统的三维牙齿模型在计算咬合点对的距离时选取咬合点对的示意图。

图3是实际的咬合点对的示意图。

图4是髁突轴向的示意图。

图5是本方案构建的髁突坐标系的示意图。

图6是本方案寻找咬合点对的示意图。

图7是基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化装置的示意图。

图8是实现本方案的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法的电子设备的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书一个或多个实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书一个或多个实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是：在其他实施例中并不一定按照本说明书示出和描述的顺序来执行相应方法的步骤。在一些其他实施例中，其方法所包括的步骤可以比本说明书所描述的更多或更少。此外，本说明书中所描述的单个步骤，在其他实施例中可能被分解为多个步骤进行描述；而本说明书中所描述的多个步骤，在其他实施例中也可能被合并为单个步骤进行描述。

实施例一

本方案将上颌或下颌上中的某点和对应下颌或上颌上的咬合点称之为咬合点对，图2中P1和Q1为一组咬合点对，图3中的P1和Q1’是一组咬合点对。图2是传统的三维牙齿模型在选取咬合点对的示意图，其选取咬合点对的逻辑是：选择下颌或上颌上某个标记点P1，找寻对应的上颌或下颌上同该标记点P1直线距离最近的点作为该标记点的咬合点Q1，标记点P1和咬合点Q1组成一组咬合点对；然而牙齿在实际咬合过程中，牙齿咬合的下颌是绕着髁突轴向旋转咬合的，则也就意味着对应P1的实际咬合点应该是Q1’，而不是Q1。

本申请旨在提出一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，该方案旨在纠正传统三维牙齿模型计算咬合点对和实际咬合的咬合点对的误差，进而获取更为准确的咬合可视化距离。

具体的，本方案提供的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法包括以下步骤：

获取三维牙齿模型的质心，设定所述三维牙齿模型的髁突中点以及髁突轴向方向；

在本方案中，将三维牙齿模型的原始坐标映射到构建得到的髁突坐标系，以此方式来便于后续模拟实际咬合过程来找寻真实的咬合点。所述髁突坐标系借助所述髁突中点作为坐标原点，所述髁突轴向方向作为Z轴，所述髁突轴向指的是左右两髁突的连线，所述髁突中点指的是左右两髁突的连线的中点。图4展示了髁突轴向和髁突中点的示意图，图中的AB连线表示髁突轴向，C点表示髁突中点。

在“设定所述三维牙齿模型的髁突中点以及髁突轴向方向”步骤中，所述髁突轴向方向和所述髁突中点为用户指定的。

每一三维牙齿模型包括相对髁突轴向旋转的上颌模型以及对应的下颌模型，本方案将上颌模型和下颌模型均单独地定义为单颌模型，此时另一单颌模型为对应的单颌模型。也就是说，下颌模型为相对上颌模型的单颌模型，上颌模型为相对下颌模型的单颌模型。

在“获取三维牙齿模型的质心”步骤中，计算上颌模型和下颌模型组成的三维牙齿模型的质心。

在本方案的实施例中计算质心的计算公式如下：

px＝sum(x)/N；py＝sum(y)/N；pz＝sum(z)/N；

其中(px,py,pz)为质心坐标，(x,y,z)为三维牙齿模型的计算点在原始坐标系中的坐标，N为三维牙齿模型的所有计算点的数量。

本方案构建的髁突坐标系如图5所示，图中的C点作为髁突坐标系的原点，AB作为髁突坐标系的Z轴，P为三维牙齿模型的质心，CP为髁突坐标系的X轴，CD为髁突坐标系的Y轴。

在“将所述三维牙齿模型在原始坐标系中的原始坐标转换至所述髁突坐标系中得到转换坐标”步骤中，以髁突坐标系在原始坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴构建第一矩阵，以质心坐标构建第二矩阵，以原始矩阵构建第三矩阵，第一矩阵、第二矩阵以及第三矩阵相乘后得到转换坐标的矩阵。此时，所述三维牙齿模型在所述髁突坐标系中显示，以使得所述三维牙齿模型可以髁突轴向为旋转轴进行旋转。

示例性的，坐标转换的公式如下：

假设质心坐标为(px,py,pz)，髁突坐标系的X轴在原始坐标系中表示为单位向量(X₀,X₁,X₂),Y轴表示为单位向量(Y₀,Y₁,Y₂),Z轴表示为单位向量(Z₀,Z₁,Z₂)，则原始坐标系转换为髁突坐标系的公式如下,其中(Xo,Yo,Zo)为原始坐标系的坐标点，(Xn,Yn,Zn)为转换后的髁突坐标系点。

在“将所述转换坐标进行柱面坐标转换得到柱面坐标”步骤中，以所述转换坐标的x坐标和y坐标的平方差作为柱面坐标的第一投影极坐标r，所述转换坐标的y坐标和x坐标的商的反正切函数值作为柱面坐标的第二投影极坐标θ，所述转换坐标的z坐标作为柱面坐标的纵坐标z。

柱面坐标的转换公式如下所示：

z＝z

其中(x，y，z)为转换坐标，(r，θ，z)为柱面坐标。

在得到了柱面坐标后即可对三维牙齿模型的每一标记点寻找对应的咬合点，在本方案中所述三维牙齿模型的所有计算点都可以作为标记点。在寻找标记点对应的咬合点的步骤中，通过模拟实际绕髁突轴向咬合的情况来寻找咬合点的方式可最大程度地还原真实咬合过程，进而使得本方案找寻到的咬合点对是真实的。

具体的，在“依次序增加每一所述标记点的柱面坐标的旋转角度直到以所述标记点为起点且垂直于所述标记点所在平面的射线和对应的单颌模型的距离小于设定阈值”步骤中，固定所述标记点的r,z不变，以所述标记点的θ作为旋转角度，以所述标记点为起点在垂直于r的方向作射线，所述射线和对应的单颌模型取交点，若所述交点和所述标记点的距离小于设定阈值，则取所述交点为标记点；若所述交点和所述标记点的距离大于设定阈值，则增加所述标记点的θ重新以所述标记点为起点在垂直于r的方向作射线，并获取新的交点。

如图6所示，图6展示了本方案在寻找标记点对应的咬合点时的示意图。图中O为标记点，r为标记点的柱面坐标的r，虚线表示的是射线。可以看到若第一条射线和对应的单颌模型的交点的距离大于设定阈值，此时增加所述标记点的旋转角度并重新做第二射线，直到某一条射线和对应的单颌模型的交点的距离小于设定阈值。

在本方案中，所述旋转角度以所述柱面坐标的θ为起点进行增加，每次增加的角度越小的话计算得到的咬合点的精度越高，但对应的计算速度越慢。一般设定为每次增加0.5度的旋转角度。

在本方案中，所述设定阈值可根据用户需求设定，示例性的可设定为1/100。

在“遍历三维牙齿模型的单颌模型的每一标记点获取对应的单颌模型上的咬合点得到咬合点对”步骤中，遍历三维牙齿模型的上颌模型上所有标记点得到对应在下颌模型上的咬合点，遍历所述三维牙齿模型的下颌模型上所有标记点得到对应在上颌模型上的咬合点。

在“归一化处理所有咬合点对的距离并在所述三维牙齿模型上映射对应的颜色”步骤中，依据设定的赋色规则对对应的咬合点映射对应的颜色。在一些实施例中，所述颜色的深浅和所述咬合点对的距离成正比。

以本方案如上方案设计得到的距离可视化三维牙齿模型上的咬合距离更符合实际咬合情况，在诸多口腔正畸场景中都有广泛的应用。比如针对咬合距离近的咬合点位意味着此处的咬合关系比较紧密。再比如，在设计义牙或者牙套时，都要模拟咬合运动，查看上下颌牙齿之间的距离是否会产生干涉或者碰撞，以免给用户带来不好的佩戴体验。

实施例二

基于相同的构思，参考图7，本申请还提出了一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化装置，包括：

数据获取单元301，用于获取三维牙齿模型的质心，设定所述三维牙齿模型的髁突中点以及髁突轴向方向；

髁突坐标系构建单元302，用于将所述髁突中点作为坐标原点，所述髁突轴向方向作为Z轴，所述质心和所述髁突中点的连线作为X轴，Z轴和X轴的叉积作为Y轴以构建髁突坐标系；

转换单元303，用于将所述三维牙齿模型在原始坐标系中的原始坐标转换至所述髁突坐标系中得到转换坐标，将所述转换坐标进行柱面坐标转换得到柱面坐标；

咬合点对获取单元304，用于遍历三维牙齿模型的单颌模型的每一标记点获取对应的单颌模型上的咬合点得到咬合点对，其中增加每一所述标记点的柱面坐标的旋转角度直到以所述标记点为起点且垂直于所述标记点所在平面的射线和对应的单颌模型的距离小于设定阈值，所述射线和对应的单颌模型的交点为所述标记点的咬合点；

赋色单元305，用于归一化处理所有咬合点对的距离并在所述三维牙齿模型上映射对应的颜色。

关于该实施例二中同于实施例一中相同的技术内容，在此不进行累赘说明。

实施例三

本实施例还提供了一种电子装置，参考图8，包括存储器404和处理器402，该存储器404中存储有计算机程序，该处理器402被设置为运行计算机程序以执行上述任一项基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法实施例中的步骤。

具体地，上述处理器402可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器404可以包括用于数据或指令的大容量存储器404。举例来说而非限制，存储器404可包括硬盘驱动器(HardDiskDrive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidStateDrive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(UniversalSerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器404可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器404可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器404是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器404包括只读存储器(Read-OnlyMemory，简称为ROM)和随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称为RAM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(ProgrammableRead-OnlyMemory，简称为PROM)、可擦除PROM(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(ElectricallyAlterableRead-OnlyMemory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(StaticRandom-AccessMemory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器404(FastPageModeDynamicRandomAccessMemory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(ExtendedDateOutDynamicRandomAccessMemory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存(SynchronousDynamicRandom-AccessMemory，简称SDRAM)等。

存储器404可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器402所执行的可能的计算机程序指令。

处理器402通过读取并执行存储器404中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备406以及输入输出设备408，其中，该传输设备406和上述处理器402连接，该输入输出设备408和上述处理器402连接。

传输设备406可以用来经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括电子装置的通信供应商提供的有线或无线网络。在一个实例中，传输设备包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备406可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

输入输出设备408用于输入或输出信息。在本实施例中，输入的信息可以是未经处理的三维牙齿模型等，输出的信息可以是经过处理的距离可视化的三维牙齿模型等。

可选地，在本实施例中，上述处理器402可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

通常，各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实现。本发明的一些方面可以以硬件来实现，而其他方面可以以可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件来实现，但是本发明不限于此。尽管本发明的各个方面可以被示出和描述为框图、流程图或使用一些其他图形表示，但是应当理解，作为非限制性示例，本文中描述的这些框、装置、系统、技术或方法可以以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备或其某种组合来实现。

本发明的实施例可以由计算机软件来实现，该计算机软件由移动设备的数据处理器诸如在处理器实体中可执行，或者由硬件来实现，或者由软件和硬件的组合来实现。包括软件例程、小程序和/或宏的计算机软件或程序(也称为程序产品)可以存储在任何装置可读数据存储介质中，并且它们包括用于执行特定任务的程序指令。计算机程序产品可以包括当程序运行时被配置为执行实施例的一个或多个计算机可执行组件。一个或多个计算机可执行组件可以是至少一个软件代码或其一部分。另外，在这一点上，应当注意，如图中的逻辑流程的任何框可以表示程序步骤、或者互连的逻辑电路、框和功能、或者程序步骤和逻辑电路、框和功能的组合。软件可以存储在诸如存储器芯片或在处理器内实现的存储块等物理介质、诸如硬盘或软盘等磁性介质、以及诸如例如DVD及其数据变体、CD等光学介质上。物理介质是非瞬态介质。

本领域的技术人员应该明白，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，其特征在于，在“将所述转换坐标进行柱面坐标转换得到柱面坐标”步骤中，以所述转换坐标的x坐标和y坐标的平方差作为柱面坐标的第一投影极坐标r，所述转换坐标的y坐标和x坐标的商的反正切函数值作为柱面坐标的第二投影极坐标θ，所述转换坐标的z坐标作为柱面坐标的纵坐标z。

3.根据权利要求2所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，其特征在于，在“依次序增加每一所述标记点的柱面坐标的旋转角度直到以所述标记点为起点且垂直于所述标记点所在平面的射线和对应的单颌模型的距离小于设定阈值”步骤中，固定所述标记点的r,z不变，以所述标记点的θ作为旋转角度，以所述标记点为起点在垂直于r的方向作射线，所述射线和对应的单颌模型取交点，若所述交点和所述标记点的距离小于设定阈值，则取所述交点为标记点；若所述交点和所述标记点的距离大于设定阈值，则增加所述标记点的θ重新以所述标记点为起点在垂直于r的方向作射线，并获取新的交点。

4.根据权利要求2所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，其特征在于，所述旋转角度以所述柱面坐标的θ为起点进行增加。

5.根据权利要求1所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，其特征在于，在“遍历三维牙齿模型的单颌模型的每一标记点获取对应的单颌模型上的咬合点得到咬合点对”步骤中，遍历三维牙齿模型的上颌模型上所有标记点得到对应在下颌模型上的咬合点，遍历所述三维牙齿模型的下颌模型上所有标记点得到对应在上颌模型上的咬合点。

6.根据权利要求1所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，其特征在于，在“将所述三维牙齿模型在原始坐标系中的原始坐标转换至所述髁突坐标系中得到转换坐标”步骤中，以髁突坐标系在原始坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴构建第一矩阵，以质心坐标构建第二矩阵，以原始矩阵构建第三矩阵，第一矩阵、第二矩阵以及第三矩阵相乘后得到转换坐标的矩阵。

7.根据权利要求1所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法，其特征在于，所述髁突轴向指的是左右两髁突的连线，所述髁突中点指的是左右两髁突的连线的中点。

8.一种基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化装置，其特征在于，包括：

9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1到7任一所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括软件代码部分，当所述计算机程序产品在计算机上被运行时，所述软件代码部分用于执行根据权利要求1到7任一所述的基于髁突轴向的三维牙齿模型距离可视化方法。