CN115089325A - 一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法、装置及应用 - Google Patents

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CN115089325A CN202210742468.2A CN202210742468A CN115089325A CN 115089325 A CN115089325 A CN 115089325A CN 202210742468 A CN202210742468 A CN 202210742468A CN 115089325 A CN115089325 A CN 115089325A
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Abstract

本申请提出了一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法、装置及应用，在三维牙颌模型上构建牙模局部坐标系，在数字颌架上构建颌面局部坐标系；将牙模局部坐标系转换至颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；配准牙颌模型的配准上颌模型或配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位，得到的配准牙颌模型是利用数字颌架模拟上颌和下颌真实的牙齿咬合过程，从而达到符合真实情况的下颌姿势位,提高数字正畸的效果。

Description

一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法、装置及应用
技术领域
本申请涉及口腔领域，特别是涉及一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法、装置及应用。
背景技术
随着计算机三维技术发展，数字化正畸技术在口腔领域中的应用越来越广，“3D数字化正畸”作为一种全新数字化矫正技术对：错位牙、龅牙等矫正比传统正畸更为精准，其效果更自然、矫正时间更短、不反弹等优点而广受美齿者青睐。这种矫正技术继承了传统的牙颌畸形矫治理念，是现代口腔医学、计算机辅助三维诊断、个性化设计及数字化成型技术的完美结合。
在数字化正畸过程中颌位关系的数字重建是关键步骤，颌位关系的精准度直接影响到正畸效果。在获取口腔的颌位关系时，下颌姿势位(下颌在两眼平视正前方的自然状态时所处的位置)具有重要的地位，因为当治疗者处于下颌姿势位时，治疗者的上、下牙处于不接触状态，牙周及颞下颌关节组织不承受任何的压力负荷，口颌肌于颌位放松稳定态。
目前在数字化正畸设计过程中，一般是通过简单地将牙齿上下颌模型在某个方向分离，以使得上、下颌不直接接触就得到下颌姿势位。但是这种方式获取的下颌姿势位没有遵循牙齿咬合的真实生理过程，使得获取的下颌位和真实情况存在较大的误差，进而影响数字正畸的效果。
发明内容
本申请实施例提供了一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法、装置及应用，利用数字颌架模拟上颌和下颌真实的牙齿咬合过程，从而达到符合真实情况的下颌姿势位,提高数字正畸的效果。
第一方面，本申请实施例提供了一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，所述方法包括：
获取由三维上颌模型和三维下颌模型组成的三维牙颌模型；
获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心以及所述三维牙颌模型的三个第一配准点，以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系；
获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点，取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系；
将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；
所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位。
第二方面，本申请实施例提供了一种利用数字颌架达到下颌姿势位的装置，包括：
三维牙颌模型获取单元，用于获取由三维上颌模型和三维下颌模型组成的三维牙颌模型；
牙模局部坐标系获取单元，用于获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心以及所述三维牙颌模型的三个第一配准点，以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系；
颌面局部坐标系获取单元，用于获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点，取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系；
配准单元，用于将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；
调整单元，用于所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子装置，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所述的利用数字颌架达到下颌姿态位的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，所述过程包括所述的利用数字颌架达到下颌姿态位的方法。
本发明的主要贡献和创新点如下：
本申请实施例模拟上颌和下颌之间真实的咬合松开过程，在上下颌模型中选取三点构建局部坐标模型，并将局部坐标模型配准到数字颌架上，利用数字颌架带动下颌旋转微小角度达到下颌姿势位，以为数字化正畸过程做准备，本方案通过数字颌架来模拟真实的上下颌咬合关系。
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是根据本申请实施例的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法的流程图；
图2是根据本申请一种实施例的三维牙颌模型的示意图；
图3是根据本申请一种实施例的数字颌架的示意图；
图4是根据本申请一种实施例的配准牙颌模型的示意图；
图5是根据本申请一种实施例的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法的过程示意图；
图6是根据本申请实施例的利用数字颌架达到下颌姿势位的装置的结构框图；
图7是根据本申请实施例的电子装置的硬件结构示意图。
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
本申请旨在提出一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法、装置及应用，该方案通过将对应上下颌模型的局部坐标模型配准到数字颌架上，在数字颌架上通过偏移角度的方式模拟上颌和下颌真实的咬合变换关系，也达到符合真实状态的下颌姿势位，便于后续数字化正畸过程的开展。
本申请实施例提供了一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，具体地，参考图1，所述方法包括：
获取由三维上颌模型和三维下颌模型组成的三维牙颌模型；
获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心以及所述三维牙颌模型的三个第一配准点，以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系；
获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点，取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系；
将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；
所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位。
本方案利用局部坐标系的配准将三维牙颌模型配准到数字颌架上得到配准牙颌模型，由于配准牙颌模型的咬合过程是符合真实生理过程的，故利用配准牙颌模型的旋转可得到符合真实生理情况的下颌姿势位。
在“获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心”步骤中，在三维上颌模型和三维下颌模型相对紧闭的状态下，获取三维上颌模型的上牙中心以及三维下颌模型的下牙中心，计算上牙中心和下牙中心的中点得到第一上下牙中心。
值得一提的是，所述三维牙颌模型的三个第一配准点通过交互选取得到，三个配准点组成的三角形位于三维上颌模型和三维下颌模型的咬合面上。具体的，在“获取三维牙颌模型的三个第一配准点”步骤中，获取三维上颌模型或三维下颌模型的门牙中心点、左侧牙位点以及右侧牙位点，所述门牙中心点、左侧牙位点以及所述右侧牙位点组成的三角形位于三维上颌模型或三维下颌模型的咬合面上。其中左侧牙位点和右侧牙位点分置于所述门牙中心点的两侧。
在本方案中，可选择三维上颌模型或者三维下颌模型的任一颌模型进行第一局部坐标系的构建。当选择特定的颌模型进行第一局部坐标系的构建时，所述第一配准点均选自该颌模型。
如图2所示，图2为根据本申请一种实施例的三维牙颌模型。本方案可通过口腔扫描技术扫描测试者的口腔以获取三维牙颌模型，所述三维牙颌模型包括相对设置的三维上颌模型和三维下颌模型。图中的C1为第一上下牙中心点， P1是门牙中心点，P2是左侧牙位点，P3是右侧牙位点，构建的牙模局部坐标系也被展示。
在“以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系”步骤中，以三个第一配准点组成的三角形的法线为Y轴，门牙中心点和第一上下牙之间的向量为X轴，X轴和Y轴的叉积为Z轴构建牙模局部坐标系。
在“获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点”步骤中，三个第二配准点位于数字颌架的颌平面上。值得一提的是，数字颌架是根据真实颌架构建得到的，故数字颌架已预存有颌平面，本方案只需要在颌平面上选取第二配准点即可。
在一些实施例中，三个第二配准点位于等边三角形的三个顶点上。此时，通过在颌平面上做等边三角形并取等边三角形和数字颌架的交点为第二配准点。
在“以所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系”步骤中，以第二配准点的中心为原点，第二配准点的中心和位于数字颌架前端位置的第二配准点组成的向量为X轴，通过所述第二配准点的中心并垂直于三个所述第二配准点所在的平面的方向为Y轴，X轴和Y轴的叉积为Z轴，构建颌面局部坐标系。
值得一提的是，三维牙颌模型和数字颌架都是处于世界坐标系中，本方案通过构建牙模局部坐标系和颌面局部坐标系，将颌面局部坐标系和牙模局部坐标系进行配准后得到配准牙颌模型，通过配准牙颌模型实现真实下颌姿势位的获取。
具体的，“将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系”步骤包括：
牙模局部坐标系的原点平移至和颌面坐标系的原点重合；
将牙模局部坐标系的X轴绕着X轴旋转向量旋转第一夹角与颌面坐标系的 X轴重合；
将牙模局部坐标系的Y轴绕着Y轴旋转向量旋转第二夹角与颌面坐标系的 Y轴重合。
其中第一夹角为牙模局部坐标系的X轴和颌面坐标系的X轴的夹角，第二夹角为牙模局部坐标系的Y轴和颌面坐标系的Y轴的夹角。X轴旋转向量为牙模局部坐标系的X轴和颌面坐标系的X轴的叉积，Y轴旋转向量为牙模局部坐标系的Y轴和颌面坐标系的Y轴的叉积。
示例性的，牙模局部坐标系转换到颌面坐标系的公式如下：
平移牙模局部坐标系的原点C1至颌面坐标系的原点C1’；
计算牙模局部坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000061
轴与颌面坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000062
轴的第一夹角
Figure RE-GDA0003749073470000063
Figure RE-GDA0003749073470000064
计算新的X轴旋转向量
Figure RE-GDA0003749073470000065
将牙模局部坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000066
轴绕
Figure RE-GDA0003749073470000067
旋转theta1角度与颌面坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000071
轴重合；
计算牙模局部坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000072
轴与颌面坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000073
轴的第二夹角
Figure RE-GDA0003749073470000074
计算新的Y轴旋转向量
Figure RE-GDA0003749073470000075
将牙模局部坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000076
绕
Figure RE-GDA0003749073470000077
旋转第二夹角theta2角度与颌面坐标系的
Figure RE-GDA0003749073470000078
轴重合。
在将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系后得到配准后的配准牙颌模型，值得说明的是，此时的配准牙颌模型是在数字颌架上，故其咬合关系是符合真实情况的。
在将“所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转”步骤中，选取配准下颌模型，以两个第二配准点组成的向量为旋转轴旋转配准下颌模型。
在本方案中只需要旋转设定小角度，达到配准上颌模型和配准下颌模型彼此不接触即可得到稳态的下颌姿态位。值得一提的是，本方案的配准牙颌模型还可用于其他需要模拟真实咬合关系的数据获取。
实施例二
基于相同的构思，参考图6，本申请还提出了一种利用数字颌架达到下颌姿态位的装置，包括：
三维牙颌模型获取单元，用于获取由三维上颌模型和三维下颌模型组成的三维牙颌模型；
牙模局部坐标系获取单元，用于获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心以及所述三维牙颌模型的三个第一配准点，以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系；
颌面局部坐标系获取单元，用于获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点，取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系；
配准单元，用于将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；
调整单元，用于所述配准牙颌模型的配准上颌模型或配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位。
关于实施例二中同于实施例一的技术内容不再重复说明。
实施例三
本实施例还提供了一种电子装置，参考图7，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利用数字颌架达到下颌姿态位的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利用数字颌架达到下颌姿态位的方法。
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，输入的信息可以是扫描得到的三维牙颌模型等，输出的信息可以是配准牙颌模型、下颌姿态位等。
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：
获取由三维上颌模型和三维下颌模型组成的三维牙颌模型；
获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心以及所述三维牙颌模型的三个第一配准点，以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系；
获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点，取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系；
将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；
所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位。
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。

Claims (10)

1.一种利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，其特征在于，包括：
获取由三维上颌模型和三维下颌模型组成的三维牙颌模型；
获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心以及所述三维牙颌模型的三个第一配准点，以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系；
获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点，取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系；
将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；
所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位。
2.根据权利要求1所述的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，其特征在于，在“获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心”步骤中，在三维上颌模型和三维下颌模型相对紧闭的状态下，获取三维上颌模型的上牙中心以及三维下颌模型的下牙中心，计算上牙中心和下牙中心的中点得到第一上下牙中心。
3.根据权利要求1所述的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，其特征在于，在“获取三维牙颌模型的三个第一配准点”步骤中，获取三维上颌模型或三维下颌模型的门牙中心点、左侧牙位点以及右侧牙位点，所述门牙中心点、左侧牙位点以及所述右侧牙位点组成的三角形位于三维上颌模型或三维下颌模型的咬合面上。
4.根据权利要求3所述的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，其特征在于，在“以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系”步骤中，以三个第一配准点组成的三角形的法线为Y轴，门牙中心点和第一上下牙中心之间的向量为X轴，X轴和Y轴的叉积为Z轴构建牙模局部坐标系。
5.根据权利要求1所述的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，其特征在于，在“取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系”步骤中，以所述第二配准点的中心为为原点，第二配准点的中心和位于数字颌架前端位置的第二配准点组成的向量为X轴，通过所述第二配准点的中心并垂直于三个所述第二配准点所在的平面的方向为Y轴，X轴和Y轴的叉积为Z轴，构建颌面局部坐标系。
6.根据权利要求1所述的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，其特征在于，“将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系”步骤包括：牙模局部坐标系的原点平移至和颌面坐标系的原点重合；将牙模局部坐标系的X轴绕着X轴旋转向量旋转第一夹角与颌面坐标系的X轴重合；将牙模局部坐标系的Y轴绕着Y轴旋转向量旋转第二夹角与颌面坐标系的Y轴重合。
7.根据权利要求1所述的利用数字颌架达到下颌姿势位的方法，其特征在于，在“所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转”步骤中，选取配准下颌模型，以两个第二配准点组成的向量为旋转轴旋转配准下颌模型。
8.一种利用数字颌架达到下颌姿态位的装置，其特征在于，包括：
三维牙颌模型获取单元，用于获取由三维上颌模型和三维下颌模型组成的三维牙颌模型；
牙模局部坐标系获取单元，用于获取所述三维牙颌模型的第一上下牙中心以及所述三维牙颌模型的三个第一配准点，以所述第一上下牙中心为原点，依据所述第一配准点构建牙模局部坐标系；
颌面局部坐标系获取单元，用于获取数字颌架上的颌平面上的三个第二配准点，取所述第二配准点的中心为原点，依据所述第二配准点构建颌面局部坐标系；
配准单元，用于将所述牙模局部坐标系转换至所述颌面坐标系，得到配准后的配准牙颌模型；
调整单元，用于所述配准牙颌模型的配准下颌模型绕旋转轴旋转，得到下颌姿势位。
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任一所述的利用数字颌架达到下颌姿态位的方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，所述过程包括根据权利要求1到7任一所述的利用数字颌架达到下颌姿态位的方法。
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