CN115177387A - 一种口腔修复的设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种口腔修复的设计方法及系统，根据获取的原始口腔三维数据模型M生成的二维图像引导三维数据模型M进行数据识别，用元素配对特征对设计过程进行引导设计和限制，并利用该二维图像对设计单的二维数据进行调整，设计过程较为简单，不需要经过冗长的人工操作，克服了现有技术中人工设计过程较复杂，步骤较多，模型生成的周期长，精度不可控的缺陷，利用合理的算法实现了口腔修复数字化模型的三维自动化设计及加工，有效提高了口腔疾病的治疗效率，并提高了口腔修复模型的加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及义齿设计加工相关技术领域，尤其涉及一种口腔修复的设计方法及系统。
背景技术
中国是世界人口的第一大国，中国人口老龄化也逐渐加剧。预计2030年，中国65岁以上人口占比将超过日本，成为全球人口老龄化程度最高国家。在第四次全国口腔健康流行病学调查结果显示，65—74岁老年人中，存留牙数为22.5颗。牙列缺损是指在上下颌牙列内的不同部位有不同数目的牙齿缺失，牙列内同时有不同数目的天然牙存在。牙列缺损的修复方法有可摘局部义齿修复，固定义齿修复，种植义齿修复。口腔修复中可摘局部义齿修复是一种适用范围广泛的修复方式，是利用天然牙和基牙覆盖黏膜及骨组织作支持，依靠义齿的固位体和基托的固位作用，人工牙恢复缺失牙的形态，并用基托材料恢复缺损的牙槽嵴和软组织的形态。牙齿是人类非常重要的器官，口腔健康是居民身心健康的重要标志，牙齿的缺失不仅影响食物的咀嚼，还会影响面容及发音。每个成人的牙齿只有一次，一旦损坏将无法自行修复。自动化口腔修复的设计是近年来的热点，如何将日常医生设计的口腔修复方案转化为三维空间中的可加工的模式是一个研究的难点。现有技术中，口腔修复的数字化设计方法通常是由牙科医生或者技师通过鼠标在电脑中绘制相应的三维框架模型，整个过程较复杂，步骤较多，模型生成的周期长，精度不可控。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种口腔修复的设计方法及系统，通过利用二维图像引导三维模型进行特征识别，并用元素配对特征对设计过程进行限制，从而实现了口腔修复的自动化设计，有效提高了口腔疾病的治疗效率，并提高了口腔修复模型的加工精度。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种口腔修复的设计方法，其特征在于，包括步骤：
获取牙颌的三维数据模型M，并生成与所述三维数据模型M对应的二维图像M1；
利用所述二维图像M1引导三维数据模型M对其中的元素及其属性进行特征识别；
获取口腔修复设计单的二维数据N；
将该二维数据N与所述二维图像M1进行拟合，以基于该二维图像M1对口腔修复设计单的二维数据N进行调整，并生成调整后的二维图像R；
利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现；
根据设计后的三维数据模型M以及设计条件生成口腔修复的三维设计模型W。
进一步的，针对所获取的口腔修复设计单的二维数据N，如果为手绘设计图或数字设计图，则对所述二维数据N中的元素及其属性进行特征识别。
进一步的，所述调整后的二维图像R，包括图像以及口腔修复设计的矢量特征。
进一步的，所述矢量特征包括元素及元素对应的不同属性。
进一步的，所述利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现，包括：
将二维图像R与三维数据模型M中相应属性进行一一对应；
以牙位为基础，将三维数据模型M以咬合面为水平面，将二维图像R按照标注的位置投影到三维数据模型M中牙齿及相应的位置。
进一步的，所述设计条件包括限制不同元素设计过程中对应的属性。
进一步的，所述生成口腔修复的三维设计模型W之后，根据三维设计模型W按照义齿加工材料的属性导出三维数据。
进一步的，所述根据三维设计模型W按照义齿加工材料的属性导出三维数据，包括单独导出每种材料对应的三维数据。
进一步的，对所述三维设计模型W进行加工。
根据本发明的另一个方面，提供了一种口腔修复的设计系统，包括原始数据模型获取模块、原始数据模型特征识别模块、设计单获取及调整模块、以及三维设计模型生成模块；其中，
所述原始数据模型获取模块，获取牙颌的三维数据模型M，并生成与所述三维数据模型M对应的二维图像M1；
所述原始数据模型特征识别模块，利用所述二维图像M1引导三维数据模型M对其中的元素及其属性进行特征识别；
所述设计单获取及调整模块，获取口腔修复设计单的二维数据N；将该二维数据N与所述二维图像M1进行拟合，以基于该二维图像M1对口腔修复设计单的二维数据N进行调整，并生成调整后的二维图像R；
所述三维设计模型生成模块，利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现；根据设计后的三维数据模型M以及设计条件生成口腔修复的三维设计模型W。
综上所述，本发明提供了一种口腔修复的设计方法及系统，根据获取的原始口腔三维数据模型M生成的二维图像引导三维数据模型M进行数据识别，用元素配对特征对设计过程进行限制，并利用该二维图像对设计单的二维数据进行调整，设计过程较为简单，不需要经过冗长的人工操作，克服了现有技术中人工设计过程较复杂，步骤较多，模型生成的周期长，精度不可控的缺陷，利用合理的算法实现了口腔修复数字化模型的三维自动化设计及加工，有效提高了口腔疾病的治疗效率，并提高了口腔修复模型的加工精度。
附图说明
图1是本发明口腔修复的设计方法流程图；
图2是口腔修复设计单的二维数据N的示意图；
图3是口腔修复的三维设计模型W的示意图；
图4是加工成型后的口腔修复示意图；
图5是本发明口腔修复的设计系统的构成框图；
附图标记说明：1-卡环连接体，2-牙合支托，3-卡环，4-人工牙，5-基托，6-连接杆，7-间接固位体，8-近中合支托，9-下颌舌板。
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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种口腔修复的设计方法，该设计方法的流程图如图1所示，包括如下步骤：
获取患者口内牙颌的三维数据模型M，并生成与所述三维数据模型M对应的二维图像M1。其中，可以通过口内扫描仪直接扫描患者口内，或者用模型扫描仪扫描模型数据，以输出牙颌的三维数据模型，并将其存为数据模型M，作为该设计方法中的原始数据模型。可以通过如下方法生成与所述三维数据模型M对应的二维图像M1，将三维数据模型M以咬合平面为水平面放置在平面上，从上面拍摄模型的照片视图，并将其存为数据M1，即二维图像M1。
利用所述二维图像M1引导三维数据模型M对其中的元素及其属性进行特征识别。三维数据中有上颌，下颌，牙位，上颚，牙龈等特征，这些特征可以智能识别的方式识别出出，或者是人工标注出相应的特征。
三维数据模型M的元素识别通常具有以下方法：
第一种方法是由人工智能的方法识别出三维数据模型的元素。具体来说，是通过三维空间的特征识别，识别出对应的元素。如上颌，下颌，上颚，牙龈、牙位上牙齿、牙齿对应的倒凹等。
第二种方法是通过人机交互的方式对特征进行标注。例如，先用机器通过人工智能技术(如监督学习，半监督学习或无监督学习)，或者相应的规则和原理进行定义某个特征(如机器通过识别某个组织x轴方向上的牙表面区域)，机器识别后，操作者可以通过手动修改或者调整相应的组织，在模型上进行修改。
第三种方法是利用二维图像M1引导三维数据模型M对其中的元素及其属性进行特征识别。将三维数据模型以咬合平面为水平面放置在平面上，从上面拍摄模型的照片视图，存为二维图像M1。在二维图像M1中进行牙齿及牙位的精准识别。然后，利用二维图像的框架，实现在三维数据模型M中的元素自动识别。例如可以按照以下步骤实施：
通过叠加阴影图像，将二维图像分割与三维模型分割结合起来。可以基于PCA(Principal Component Analysis)的二维图像至三维模型的映射方法，该方法可以将复杂的三维模型分割转化为图像的二维分割问题：首先建立二维投影图像与三维模型的映射关系，然后对二维投影图像进行轮廓提取、角点检测，再利用角点形成该投影图像的一个或多个分割线，最后将其映射到三维模型，形成分割后的三维网格模型，从而完成三维模型的模型分割。
获取口腔修复设计单的二维数据N。患者的口腔修复设计单，可以是电子版或纸质版，将该口腔修复设计单的二维数据保存为N。该口腔修复设计单可以用多种方法获得：例如，医生手动在空白设计单上绘制，或者采用矢量图设计方法，规则设计方法，神经网络设计方法等方法设计的设计单，设计单的存储数据类型可以为图像数据、矢量数据或图像和矢量数据结合等多种类型。设计单中不仅包含不同的元素，还包含元素对应的属性及设计规则。设计单中元素包含内容不限于口腔修复的组成部分，例如可以为人工牙、卡环/基托、合支托、连接体、固位体等。针对口腔修复设计单的二维数据，如果该二维数据在设计过程中已经有元素、属性及设计规则，则将该二维数据进行规范化存储后可以在三维设计过程中直接使用。如果二维数据在设计中，只有医生的设计图或者数字设计图，则通过特征识别出相应的元素，并对元素属性进行定义。例如：
元素1相应牙位的牙齿，属性：有，无；值为1表示有牙，值为0表示无牙或牙齿缺失。
元素2卡环，属性：位置；RPA卡环、尖牙卡环。
元素3支托，属性：位置；值为牙位42。
元素4间接固位体,属性，有，无；值为1表示有，值为0表示无。
元素5大连接体，属性：位置；值为1表示上颌，值为2表示下颌。
图2中示出了口腔修复设计单的二维数据N的示意图。如图2所示，其中示出了包括基托、卡环、近中合支托、下颌舌板等元素的口腔修复设计单，并可以根据以上列举出的示例对其中的各个元素属性进行定义。
将该二维数据N与所述二维图像M1进行拟合，以基于该二维图像M1对口腔修复设计单的二维数据N进行调整，并生成调整后的二维图像R。实现二维数据N在二维图像M1中的个性化、鲁棒性的调整，并将调整结果存为二维图像R，R中包含图像及口腔修复设计的矢量特征，矢量特征为元素及元素对应的不同属性。
利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现。具体来说，可通过如下步骤实现：
将二维图像R与三维数据模型M中相应属性进行一一对应；
以牙位为基础，将三维数据模型M以咬合面为水平面XOY，将二维图像R按照标注的位置(以牙位为限定条件)，将其投影到三维数据模型M中(三维模型限制上下颌，牙列中的某个牙位)牙齿及相应的位置，从而智能识别出对应的位置。利用图像投影加三维规律限定等方法，将相应的二维图像R中的数据重现在三维模型M上。
根据设计后的三维数据模型M以及设计条件生成口腔修复的三维设计模型W。三维口腔修复设计软中有限制不同元素设计过程中对应的属性。属性包含但不限于材料、颜色、宽度大小、角度、位置、范围、曲率等。该元素及属性定义与N及R中定义一致。
图3示出了所生成的口腔修复中可摘局部义齿的三维设计模型W的示意图，图3中示出了卡环连接体、牙合支托、卡环、人工牙、基托、连接杆、以及间接固位体等元素。在生成口腔修复中可摘局部义齿的三维设计模型W之后，口腔修复设计人员还可以根据设计的三维结果图对三维设计模型W进行修改。之后，即可以根据三维设计模型W按照义齿加工材料的属性导出三维数据。每种材料对应的三维数据可以同时单独导出。例如，金属支架导出数据A，人工牙龈导出数据B，人工牙齿导出数据C。
以上设计的结果可以通过多种不同工艺及材料进行制作加工。例如可以采用3D打印、数字切削、传统手动加工等方法制作。采用3D打印方式，可以按照如下方法进行打印：
打印方式1：支架用金属打印；
打印方式2：支架用蜡、或树脂材料打印，然后灌注金属支架。
最后装人工牙，构成最后的口腔修复。
加工成型后的口腔修复示意图如图4所示。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种口腔修复的设计系统，该系统的构成框图如图5所示，包括原始数据模型获取模块、原始数据模型特征识别模块、设计单获取及调整模块、以及三维设计模型生成模块；其中，
所述原始数据模型获取模块，获取患者口内牙颌的三维数据模型M，并生成与所述三维数据模型M对应的二维图像M1；
所述原始数据模型特征识别模块，利用所述二维图像M1引导三维数据模型M对其中的元素及其属性进行特征识别；
所述设计单获取及调整模块，获取口腔修复设计单的二维数据N；将该二维数据N与所述二维图像M1进行拟合，以基于该二维图像M1对口腔修复设计单的二维数据N进行调整，并生成调整后的二维图像R；
所述三维设计模型生成模块，利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现；根据设计后的三维数据模型M以及设计条件生成口腔修复的三维设计模型W。
该设计系统中各个模块功能的具体实现方式与本发明第一个实施例中所提供的方法相同，在此不再一一赘述。
综上所述，本发明涉及一种口腔修复的设计方法及系统，根据获取的原始口腔三维数据模型M生成的二维图像引导三维数据模型M进行数据识别，用元素配对特征对设计过程进行限制，并利用该二维图像对设计单的二维数据进行调整，设计过程较为简单，不需要经过冗长的人工操作，克服了现有技术中人工设计过程较复杂，步骤较多，模型生成的周期长，精度不可控的缺陷，利用合理的算法实现了口腔修复数字化模型的三维自动化设计及加工，有效提高了口腔疾病的治疗效率，并提高了口腔修复模型的加工精度。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种口腔修复的设计方法，其特征在于，包括步骤：
获取牙颌的三维数据模型M，并生成与所述三维数据模型M对应的二维图像M1；
利用所述二维图像M1引导三维数据模型M对其中的元素及其属性进行特征识别；
获取口腔修复设计单的二维数据N；
将该二维数据N与所述二维图像M1进行拟合，以基于该二维图像M1对口腔修复设计单的二维数据N进行调整，并生成调整后的二维图像R；
利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现；
根据设计后的三维数据模型M以及设计条件生成口腔修复的三维设计模型W。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所获取的口腔修复设计单的二维数据N，如果为手绘设计图或数字设计图，则对所述二维数据N中的元素及其属性进行特征识别。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整后的二维图像R，包括图像以及口腔修复设计的矢量特征。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述矢量特征包括元素及元素对应的不同属性。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现，包括：
将二维图像R与三维数据模型M中相应属性进行一一对应；
以牙位为基础，将三维数据模型M以咬合面为水平面，将二维图像R按照标注的位置投影到三维数据模型M中牙齿及相应的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计条件包括限制不同元素设计过程中对应的属性。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成口腔修复的三维设计模型W之后，根据三维设计模型W按照义齿加工材料的属性导出三维数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据三维设计模型W按照义齿加工材料的属性导出三维数据，包括单独导出每种材料对应的三维数据。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述三维设计模型W进行加工。
10.一种口腔修复的设计系统，其特征在于，包括原始数据模型获取模块、原始数据模型特征识别模块、设计单获取及调整模块、以及三维设计模型生成模块；其中，
所述原始数据模型获取模块，获取牙颌的三维数据模型M，并生成与所述三维数据模型M对应的二维图像M1；
所述原始数据模型特征识别模块，利用所述二维图像M1引导三维数据模型M对其中的元素及其属性进行特征识别；
所述设计单获取及调整模块，获取口腔修复设计单的二维数据N；将该二维数据N与所述二维图像M1进行拟合，以基于该二维图像M1对口腔修复设计单的二维数据N进行调整，并生成调整后的二维图像R；
所述三维设计模型生成模块，利用二维图像R引导三维数据模型M进行设计，将二维图像R中的元素及其属性在三维数据模型M中体现；根据设计后的三维数据模型M以及设计条件生成口腔修复的三维设计模型W。
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