CN115315229A - 牙科器具的数字上蜡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于产生牙科器具的计算机实现的方法，该方法包括：获得患者的一颗或多颗牙齿的第一三维数字表面表示；在该三维数字表面表示周围的三维空间中产生多个点；计算从每个点到所述三维数字表面表示的最短距离；通过使用计算的距离将对象的表面膨胀一个限定的值来产生修改的三维数字表面表示；以及通过向内腐蚀修改的三维数字表面表示来产生牙科器具的最终的三维数字表面表示。

Description

牙科器具的数字上蜡

技术领域

本发明总体上涉及一种用于产生和设计牙科器具的系统和方法。具体而言，本发明涉及一种产生牙科器具的方法，该方法无需在制造牙科器具之前向牙齿模型手工地添加额外材料。

背景技术

在设计诸如夹板、咬合板、护齿托、漂白盘、矫正器和手术导板等良好配合且舒适的牙科器具时，最耗时的部分之一是确保牙齿边缘与器具之间的间距。在用于在其上制造诸如夹板等牙科器具的石膏或石材模型上，裂隙和邻面间隙也需要上蜡，以获得可以定位和移除的夹板。这通常是一个耗时的手工过程，通常花费5-10分钟。

提供一种无需大量的手工劳动就能设计这样的牙科器具的数字/计算机实现的方法是非常令人感兴趣的。在下文中将公开这种方法，尤其是一种允许改进器具设计的过程。

发明内容

在一个方面中，公开了一种用于产生牙科器具或用于产生在其上制造牙科器具的模型的计算机实现的方法，该方法包括：

-获得患者的一颗或多颗牙齿的第一三维数字表面表示；

-在该三维数字表面表示周围的三维空间中产生多个点；

-计算从每个点到所述三维数字表面表示的最短距离；

-通过使用计算的距离将对象的表面膨胀一个限定的值来产生修改的三维数字表面表示；以及

-通过向内腐蚀所述修改的三维数字表面表示来产生牙科器具或用于在其上制造牙科器具的模型的最终的三维数字表面表示。

因此，由此能够产生牙科器具的表示或用于在其上制造牙科器具的模型，其中能够消除或改善不需要的特征，例如锐边、底切等。在一些情况下，在某些区域中(例如在牙齿与牙龈之间的边缘附近或者在臼齿的咬合面上方)具有更多点可能是有利的，因为这会允许最终的三维数字表面表示的不同分辨率。膨胀的限定值可以自动设置或由用户设置。例如，可以根据正在产生的牙科器具指定默认值。还可以设有图形用户界面，用户能够在该图形用户界面中设置膨胀值，例如通过输入以毫米为单位的值或者移动滑块来设置。

在一些实施例中，到所述第一三维数字表面表示之外的点的距离被赋予正值，而到所述第一三维数字表面表示之内的点的距离被赋予负值，或者相反。

通过以这种方式定义距离值，始终能知道在三维空间中哪些点在表面内，哪些点在表面外。这样能够确定哪些点在三维数字表面内，哪些点在三维数字表面外。定义距离的其它方式也是可能的，例如使距离值偏移某个因子等。

在一些实施例中，每个三维数字表面表示是网格模型。

在三维建模中，可以使用各种图形表示，例如体元和网格。在使用表面表示的情况下，优选使用网格。这有许多优点。例如，网格所需的数据存储量低于体元模型所需的数据存储量，因此，一般来说，使用网格模型所需的处理能力和时间低于使用体元模型所需的处理能力和时间。

在一些实施例中，产生修改的三维数字表面表示还包括对从第一三维数字表面表示的表面到点的距离进行插值。

在点之间进行插值是有利的，因为这能给出更精确的修改的三维数字表面表示。

在一些实施例中，所述第一三维数字表面表示周围的三维空间中的多个点被布置在规则格网中。

布置规则格网(即，在三维数字表面表示周围的三维空间中具有均匀间隔的点的格网)使得数据结构比随机地布置点更容易处理。

根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实现的方法，其中所述牙科器具是夹板或咬合板。

所述方法特别适用于牙科用具，例如夹板或咬合板，在这些牙科用具中，为了使患者舒适，需要填补患者特有的问题，例如裂隙、邻面间隙和/或底切等，并实现既能定位又能移除的夹板设计。

在一些实施例中，一颗或多颗牙齿的三维数字表面表示的膨胀和腐蚀最大限度地减小患者的臼齿的凹形特征，从而在夹板或咬合板(nightguard)患者的牙齿之间产生用于容纳液体(例如唾液)的空间。

通过对臼齿采用形态学闭合算法，牙齿咬合侧的裂隙的凹形特征会被平滑掉。通常，不可压缩的唾液会留在这些裂隙中。如果在夹板或咬合板的设计中没有考虑到这一点，那么夹板与患者的牙齿的配合可能会较差。

在一些实施例中，所述牙科器具是矫正器。

作为正畸治疗中的常规牙套的替代品，透明矫正器治疗正在变得越来越普遍。本方法对于设计矫正器特别有用，因为矫正器被设计成与患者的牙齿紧密配合，但也需要舒适地佩戴较长时间。

在一些实施例中，限定距所述一颗或多颗牙齿中的每颗牙齿上的牙龈的平面或距离，在其之上不进行所述一颗或多颗牙齿的第一三维数字表面表示的膨胀和腐蚀。

所述平面例如可以被限定为平行于但偏离患者的牙齿的咬合面。或者，可以为每颗牙齿单独地限定距牙龈的距离，或者为所有牙齿或牙齿的子集共同限定距牙龈的距离。通过设定这个在其上方不进行膨胀或腐蚀的边界，最终的三维数字表示中的咬合面将不会改变，这在矫正器治疗中可能是一个优点，在矫正器治疗中精确地控制作用在牙齿上的力很重要。

在一些实施例中，所述方法还包括：

-自动确定所述第一三维数字表面表示中的一颗或多颗牙齿的咬合侧上的界标；

-使用所确定的界标来确定所述一颗或多颗牙齿的咬合侧上的凹槽的深度；以及

-基于所确定的凹槽的深度限制所述第一三维数字表面表示的膨胀和/或腐蚀。

通过自动确定界标(例如臼齿上的尖点)，能够确定咬合面中的裂隙或凹槽的深度。通过这种方式，能够限制这些区域中的形态学闭合。

在一些实施例中，所述方法还包括通过组合所述第一三维数字表面表示和最终的三维数字表面表示来产生组合的三维数字表面表示。

第一三维数字表面表示和最终的三维数字表面表示的组合例如可以通过对所有表示或一部分表示使用布尔加法运算符来完成。通过组合第一三维数字表面表示和最终的三维数字表面表示，可以保留某些区域中的特征，否则这些特征会在该过程中被平滑掉。在某些情况下，所述过程中使用的点数较少意味着最终的网格的分辨率会低于代表患者的牙齿的第一三维网格。因此，通过组合第一三维数字表面表示和最终的三维数字表面表示，能够在感兴趣的特定区域中(例如牙齿的咬合面)保持网格的高分辨率。

在一些实施例中，所述方法还包括制造所述牙科器具。所述牙科器具可以是夹板、咬合板、护齿托、矫正器、保持器、漂白盘中的一种，但不限于此。

在一些实施例中，所产生的三维数字表面表示的石膏或石材模型被研磨、打印或以其它方式制造。然后，可以在该石膏或石材模型的顶部上制造牙科器具，例如通过热成型技术制造。

在另一个方面中，本文公开了一种用于产生牙科器具或用于产生在其上制造牙科器具的模型的计算机实现的方法，该方法包括：

-获得患者的一个颌骨或两个颌骨的至少一部分的第一三维数字体积表示；

-在该三维数字体积表示周围的三维空间中产生多个点；

-计算从每个点到所述三维数字体积表示的最短距离；

-通过使用计算的距离将对象的表面膨胀一个设定值来产生修改的三维数字体积表示；以及

-通过向内腐蚀所述修改的三维数字体积表示来产生牙科器具或用于在其上制造牙科器具的模型的最终的三维数字体积表示。

这还允许在诸如骨扫描或锥形束计算机断层(CBCT)扫描等体积表示中使用本公开。

在一些实施例中，所述牙科器具是骨头支撑和/或牙齿支撑的外科手术导板，并且还包括减小骨头上的凹形区域，从而实现所述骨头支撑和/或牙齿支撑的外科手术导板的更好的配合。

通过使用上文公开的膨胀和腐蚀三维数字体积表示的方法来设计骨头支撑和/或牙齿支撑的外科手术导板，最终的外科手术导板在外科手术期间对于患者会更舒适。此外，最终的外科手术导板会更好地适合患者和/或为了实现适合目的而需要对患者的颌骨进行的调整较少。

在一些实施例中，所述方法还包括通过组合所述第一三维数字体积表示和最终的三维数字体积表示来产生组合的三维数字体积表示。

第一三维数字体积表示和最终的三维数字体积表示的组合例如可以通过对所有表示或一部分表示使用布尔加法运算符来完成。通过组合第一三维数字体积表示和最终的三维数字体积表示，可以保留某些区域中的特征，否则这些特征会在该过程中被平滑掉。

附图说明

本发明的上述和/或其它目的、特征和优点将通过在下文中参照附图做出的本发明的实施例的示例性而非限制性的详细说明来进一步说明，在附

图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的方法的工作流程；

图2示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图；

图3示出了本发明的一个实施例的结果；

图4示出了本发明的另一个实施例的结果；

图5示出了对下颌骨进行CBCT扫描的实施例的结果；

图6示出了根据本公开的一个实施例的系统的示意图。

具体实施方式

下文的说明是参照附图进行的，这些附图以图示的方式示出了如何实施本发明。

在图1中示出了在本文中公开的方法的一个实施例。在步骤101中，示出了三维数字表面表示1的二维横截面图。该算法在三维中运行，但是附图被简化为仅显示二维。在这种情况下，明确定义的点云2被添加到空间中。该点云也可以是三维格网，其中节点的功能类似于点2。为所有点定义了从点2到三维数字表面表示1的最短距离3。在步骤102中，定义了稀释距离，并且基于距3的已知距离通过插值产生新表面4。在步骤103中，以与膨胀类似的方式将新表面4腐蚀回到三维数字表面表示1的表面上。将凹形特征5减小的区域标记为黑色，并且不对凸形特征进行操纵。

图2示出了本公开的实施例的流程图。所述方法开始于导入或获取患者的牙齿的三维数字表面表示201a。在步骤201b中，可以将具有特定分辨率的格网或一组点添加到具有三维数字表面表示的空间中。添加到空间中的点的分辨率和数量会对结果有直接影响。高分辨率或大量的点会产生更平滑的新表面，但也会增加算法的处理时间。对于步骤201c，计算从格网的节点或从每个点到三维数字表面表示的最短距离。在步骤202a中，定义膨胀的距离。该距离越大，凹形特征的减小就越大。在步骤202b中，基于来自步骤201c和202a的值，通过插值来产生新表面。在步骤203中，新表面被腐蚀回去。腐蚀距离可以与先前定义的膨胀距离相同，也可以是不同的值，这取决于期望的结果。

在一些实施方案中，腐蚀步骤203可以包括与膨胀步骤201b、201c、202a和202b类似的子步骤。由于所述新表面与三维数字表面表示201a是在同一个三维空间中产生的，因此可以使用与膨胀相同的点/格网来进行腐蚀。或者，可以向包含在步骤202b中产生的新表面的空间添加一组新点/格网。计算格网的节点之间或从每个点到新的三维数字表面表示的最短距离。然后定义用于腐蚀的距离。该距离可以与先前使用的膨胀距离相同，或者具有不同的值，这取决于期望的结果。然后，通过将腐蚀距离应用于新的三维数字表面表示来产生最终的三维数字表面表示。

步骤201b和202a都可以对三维数字表面表示的特定区域进行，这意味着对于所述表面表示的不同局部区域可以有不同程度的形态学闭合。

图3和图4给出了能够基于图1和图2中说明的方法产生的不同结果的实例。在图3的步骤301a中，示出了三维数字表面表示1。步骤303a-b和403c-e示出了在不同表面被腐蚀回去并实现了凹形特征的减小之后的结果。

在步骤303a和303b中，所用的格网的分辨率相同，但是膨胀距离不同。对于303a，使用较小的偏移距离，而303b通过使用较大的偏移值更多地减小了凹形特征。在步骤403c中，形态学闭合算法对于三维数字表面表示的不同部分具有不同的膨胀值。缺失牙齿6周围的局部的偏移值较高，而三维数字表面表示1的其余部分受到较低且一致的偏移值的影响。若患者有多颗缺失牙齿或需要更高闭合度的桥体，则可以产生具有更高偏移值的多个局部区域。在403d中，算法受到限制，并且仅对三维数字表面表示1的底切8有影响。这种限制可以通过多种方式实现。例如，这可以通过由用户定义不希望有影响的区域来手动地完成，或者通过在三维数字表面表示上定义界标来自动地完成，以确定具有凹槽的区域并将它们从算法中排除。一种可用于定义从算法中排出的区域的技术是分割三维数字表面表示，即，确定表面的哪一部分属于牙齿，哪一部分属于牙龈等。利用本领域中已知的各种分割技术，能够手动和/或自动完成分割。

在403e中示出了另一种受限方法。该算法检测在牙齿11之间以及在牙齿与牙龈12之间存在接触点的表面模型的区域。通过形态学闭合来操纵表面的这些区域，从而使裂隙不受影响。

补偿缺失牙齿、桥体或深槽的另一种方法是使用全局偏移值运行在图1中描述的流程图。在将表面腐蚀回去之后，产生了新的经过操纵的三维数字文件。叠加经过操纵的文件和原始的三维数字表示，通过确定两个不接触的表面之间的区域，能够识别已经减小的凹形区域。可以选择不希望有影响的区域并进行补偿。

在403f中，将不同的方法进行组合。在缺失牙齿周围，局部地使用高偏移值6。以较低的偏移值填充底切和近侧区域8，而牙齿的咬合面上的凹槽不受影响7。

图5示出了患者的下颌骨的CBCT模型。在这个实例中，下颌骨有三个孔：两个孔来自颏孔9，一个较大的槽孔是由拔牙10产生的。根据偏移值，凹形特征会被减小或完全覆盖。新算法还会减小可能由低分辨率CT图像和/或体元填充导致的向内凸起。由于CBCT模型中的体元具有平均体积硬度，因此，如果实际的骨头表面在进入某一体元的路径的1/3处，那么它可能低于阈值，而2/3可能使它高于阈值。在这种情况下，两个相邻的体元会导致一个体元“高估”该表面，而第二个体元“低估”该表面。使用比503b低的偏移值修改了503a。

图6示出了根据本发明的一个实施例的系统的示意图。系统670包括计算机设备671，该计算机设备671包括计算机可读介质672和微处理器673。所述系统还包括可视显示单元676、以及用于输入数据和激活在可视显示单元676上可视化的虚拟按钮的计算机键盘674和计算机鼠标675。可视显示单元676可以是计算机屏幕。计算机设备671能够获得患者的一颗或多颗牙齿的三维数字表面和/或体积表示。所获得的三维数字表示可以存储在计算机可读介质672中，并提供给处理器673。计算机设备671配置成执行所要求保护的方法的步骤。

所述系统包括单元678，该单元678可以是与计算机设备671分开的，或者是计算机设备671的一部分，用于将最终的三维数字表面和/或体积表示传输至用于制造牙科器具的计算机辅助制造(CAM)设备679等，或者传输至另一个计算机系统，所述另一个计算机系统例如位于制造牙科器具的独立制造中心。用于传输的单元可以是有线或无线连接。

使用三维扫描设备677对患者的一组牙齿进行的三维扫描可以在牙医处进行，而牙科器具的设计可以在牙医处或者在独立的设施(例如牙科实验室)处进行。在这种情况下，可以通过牙医与牙科实验室之间的互联网连接来提供患者的一组牙齿的三维数字表面和/或体积表示。

除了使用口内扫描仪扫描患者的牙齿来获得所述第一三维数字表面表示之外，还可以使用手工方法获取患者的牙齿的传统印模。然后，可以将这些印模送到牙科实验室，在那里可以对它们进行直接扫描，或者用于浇注患者的牙列的石膏或石材模型。在这种情况下，三维扫描设备677可以是位于牙科实验室的台式实验室扫描仪，而后可以通过直接扫描印模或者通过扫描石膏或石材模型来获得所述第一三维数字表面表示。

在系统670接收三维数字表面和/或体积表示时，在计算机设备671上执行所要求保护的方法的步骤，并且在可视显示单元676上呈现数字输出。如果用户不满意，那么可以使用计算机键盘674和鼠标675来编辑输出。当达到令人满意的结果时，该结果会被通过678传输至CAM设备679，在该CAM设备679处产生物理器具。期望的输出会取决于所需的物理器具的类型。

如果夹板是最终产品，那么来自671的输出可以是牙齿的阴模，该阴模是基于最终的三维数字表面表示产生的。然后，牙齿的阴模被传输至679以进行制造。在执行所要求保护的方法之后，夹板的输出也可以是第一三维数字表面表示和最终的三维数字表面表示的组合结果。然后，可以在计算机设备671上在诸如3shape Splitter Studio等软件中使用牙弓的组合模型，以产生在679上制造的夹板。

对于矫正器，由678传输至CAM设备679的输出可以是第一三维表面表示和最终的三维表面表示的组合结果。可以在679上打印或研磨牙弓的组合表面表示，并将其用于对矫正器进行热成型。

来自三维数字体积表示的输出可以由用户使用670在诸如3shape ImplantStudio等软件中产生由骨头支撑的外科手术导板，该外科手术导板然后被通过678传输至CAM设备679。

虽然详细说明和示出了一些实施例，但是本发明不限于这些实施例，在所附权利要求中限定的主题的范围内，也可以按其它方式实施本发明。尤其是，应理解，可以利用其它实施例，并且可以进行结构和功能修改，而不会脱离本发明的范围。

在列举多个装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由同一个硬件来实现。在彼此不同的从属权利要求中所述的或在不同的实施例中说明的特定措施不表明不能有利地使用这些措施的组合。

一项权利要求可以引用任何前述权利要求，并且“任何”应理解为意指“任何一项或更多项”前述权利要求。

在本说明书中使用的术语“获得”可以指使用医学成像设备物理地获取例如医学影像等，但是它也可以指例如将先前获取的图像或数字表示加载到计算机中等。

应强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”及其语法变化形式指存在所声明的特征、整数、步骤或部件，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、部件、或者它们的组。

在上文和下文中说明的方法的特征可以在软件中实现，并且可以在数据处理系统或其它处理装置上通过计算机可执行指令的执行而被执行。所述指令可以是从存储介质或经由计算机网络从另一台计算机加载到存储器(例如RAM)中的程序代码。或者，所述的特征可以由硬接线电路而不是软件来实现，或者由硬接线电路与软件相结合来实现。

Claims (13)

1.一种用于产生牙科器具或用于产生在其上制造牙科器具的模型的计算机实现的方法，包括：

-获得患者的一颗或多颗牙齿的第一三维数字表面表示；

-在该三维数字表面表示周围的三维空间中产生多个点；

-计算从每个点到所述三维数字表面表示的最短距离；

-通过使用计算的距离将对象的表面膨胀一个限定的值来产生修改的三维数字表面表示；以及

-通过向内腐蚀所述修改的三维数字表面表示来产生牙科器具或用于在其上制造牙科器具的模型的最终的三维数字表面表示。

2.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实现的方法，其中，每个三维数字表面表示是网格模型。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实现的方法，其中，产生修改的三维数字表面表示还包括对从第一三维数字表面表示的表面到点的距离进行插值。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述第一三维数字表面表示周围的三维空间中的多个点被布置在规则格网中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述牙科器具是夹板或咬合板。

6.根据前一权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述一颗或多颗牙齿的三维数字表面表示的膨胀和腐蚀最大限度地减小臼齿的凹形特征，从而在夹板或咬合板与患者的牙齿之间产生用于容纳例如唾液的液体的空间。

7.根据权利要求1-4中的任一项所述的计算机实现的方法，其中，所述牙科器具是矫正器。

8.根据前一权利要求所述的计算机实现的方法，还包括对所述一颗或多颗牙齿中的每一颗限定上限，在其之上不进行所述一颗或多颗牙齿的第一三维数字表面表示的膨胀和腐蚀。

9.根据权利要求7-8中的任一项所述的计算机实现的方法，还包括：

-自动确定所述第一三维数字表面表示中的一颗或多颗牙齿的咬合侧上的界标；

-使用所确定的界标来确定所述一颗或多颗牙齿的咬合侧上的凹槽的深度；以及

-基于所确定的凹槽的深度限制所述第一三维数字表面表示的膨胀和/或腐蚀。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实现的方法，还包括通过组合所述第一三维数字表面表示和最终的三维数字表面表示来产生组合的三维数字表面表示。

11.一种用于产生牙科器具的计算机实现的方法，包括：

-获得患者的一个颌骨或两个颌骨的至少一部分的第一三维数字体积表示；

-在该三维数字体积表示周围的三维空间中产生多个点；

-计算从每个点到所述三维数字体积表示的最短距离；

-通过使用计算的距离将对象的表面膨胀一个设定值来产生修改的三维数字体积表示；以及

-通过向内腐蚀修改的三维数字体积表示来产生牙科器具的最终的三维数字体积表示。

12.根据前一权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述牙科器具是骨头支撑和/或牙齿支撑的外科手术导板。

13.根据前一权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述第一三维数字表面表示的腐蚀和膨胀包括减小骨头上的凹形区域，从而实现所述骨头支撑和/或牙齿支撑的外科手术导板的更好的配合。

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