CN115546405A - 一种三维咬合接触及受力分析方法及应用 - Google Patents

一种三维咬合接触及受力分析方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三维咬合接触及受力分析方法及应用，方法具体为：在获得非咬合状态的牙列数字化模型的基础上，获得咬合纸标记的三维牙列模型；将三维牙列模型导入Geomagic Wrap软件中；根据咬合纸标记手动勾画出咬合接触区，待分析牙齿所在模型的三维模型咬合面进行截图，将所得三维模型咬合面截图与二维咬合接触受力分析图叠图，同时将两者各个咬合接触点进行一一对应，利用拟合功能获得各个咬合接触点的拟合平面，获得三维模型咬合面上各个咬合接触点咬合力值大小；基于本发明所述方法可以在三维空间上对咬合接触面积、接触点分布、咬合力进行分析和量化的测量计算，使咬合力分析不再局限于二维空间，使临床诊疗更加准确。

Description

一种三维咬合接触及受力分析方法及应用
技术领域
本发明属于口腔医学咬合接触分析领域，具体涉及一种三维咬合接触及受力分析方法及应用。
背景技术
咬合是口腔医学研究和口腔临床诊疗的重要组成部分。异常的咬合特别是早接触或咬合干扰会导致口颌系统的功能失调从而可能引起牙齿本身、牙周膜、牙槽骨等牙齿支持组织、咀嚼肌和颞下颌关节的异常改变，并且可能进一步对人体健康和心理产生不利影响。因此借助咬合接触测量及时发现咬合异常，在避免这些疾病的发生和发展中起着重要作用。除此以外，在牙科临床工作中，咬合接触已经成为修复、正畸、口腔颌面外科、种植、牙周等的诊断和疗效判断的重要评价指标。检查临床检查过程中，医生可以通过测量患者的咬合关系结合问诊和辅助诊断措施进行疾病诊断。治疗过程中，临床医生以患者不同治疗阶段的咬合接触分析结果作为参考，获得咬合调整的治疗依据。
咬合接触面积、咬合接触点、咬合接触时间、咬合力、咬合接触方向等都属于咬合接触分析的内容。在口腔研究和临床诊疗中这些咬合接触分析内容都有其重要意义。
然而现有咬合接触分析系统多止步于二维咬合接触分析，所得数据与三维空间的实际情况存在一定的差异。因此在各种疾病的分析中与临床实际存在一定的差异。如何构建出一个集三维、咬合受力分析、咬合接触面积分析等于一体的咬合分析系统成为突破的关键。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种三维空间咬合接触分析方法。借助于口内扫描技术获取三维牙列模型，并将其与二维咬合接触和受力分析数据相结合成功的构建出了一种三维咬合接触及受力分析系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三维咬合接触及受力分析方法，包括以下步骤：
采用咬合纸扫描法获取二维咬合接触受力分析图；
在获得非咬合状态的牙列数字化模型的基础上，获得咬合纸标记的三维牙列模型；
将所述三维牙列模型导入Geomagic Wrap软件中；根据咬合纸标记手动勾画出咬合接触区，旋转牙列模型并对牙列模型的咬合面进行截图，将所得牙列咬合面截图与二维咬合接触受力分析图叠图处理，同时将两者各个咬合接触点进行一一对应，利用软件中的“平面拟合”功能获得各个咬合接触点的拟合平面；
以拟合平面的中点为基点，记作P0；过所述基点作拟合平面法线，过基点以所述平面法线为方向，以咬合力值大小为长度建立能够模拟咬合力方向和咬合力大小的咬合力柱，所述咬合力柱的顶点和所述基点坐标的y坐标的差值即为该咬合接触点的咬合力在y轴方向上的分力大小。
将获取的二维咬合接触分析图进行扫描分析，去除杂点后获得各个咬合接触点的面积、咬合力和压强的绝对值，具体如下：
找到牙尖交错位，此后牙列大小选择合适型号的压力敏感薄膜，然后将压力敏感薄膜放置在下颌平面上，以最大咬合力咬合至牙尖交错位并停顿3s，此后取出压力敏感薄膜，观察咬合点无杂点后使用配套的扫描仪和咬合力分析软件对薄膜进行分析，在咬合力分析软件中获得二维咬合受力分析图。
在获得非咬合状态的牙列数字化模型的基础上，获得咬合纸标记的三维牙列模型具体如下：
吹干牙面，寻找到牙尖交错，在下颌咬合面放置咬合纸，以最大咬合力咬合至牙尖交错位，取出咬合纸，确保口内各个牙齿咬合接触点均采集到位后，使用口内扫描仪对标记后的上颌牙列和下颌牙列进行扫描，获得带有咬合纸标记的三维牙列模型。
根据咬合纸标记手动勾画出咬合接触区，旋转牙列模型并对牙列模型的咬合面进行截图具体如下：根据咬合接触点与周围牙体组织的颜色差异勾画出各个咬合接触点的范围，获得清晰的三维空间上的咬合接触点分布模型，将模型位置调整为其咬合面长轴与屏幕垂直，使用截图工具进行截图，获得三维牙列模型咬合面的二维截图。
使用图像处理软件将二维咬合受力分析图和三维牙列咬合面截图进行叠图处理时，将各个咬合接触区域进行一一对应，将二维受力分析获得的各个咬合接触点的咬合力和咬合面积赋予到三维牙列模型上与之相对应的咬合接触点上。
磨牙上y轴方向上的各咬合接触点的咬合分力值相加即获得咬合力在磨牙上所施加的y轴方向上合力值的大小，坐标轴方向根据口腔常用近远中、颊舌或合龈向进行定义。
将y轴方向定义为由远中指向近中方向，分析近远中方向上的咬合分力。
本发明所述三维咬合接触及受力分析方法还用于天然牙、修复体以及种植体在不同咬合状态下的三维咬合受力分析。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、基于本发明所述方法可以在三维空间上对咬合接触面积、接触点分布、咬合力进行分析和量化的测量计算，使咬合力分析不再局限于二维空间，使临床诊疗更加准确，同时也有助于提高临床决策能力；
2、现有的咬合分析方法中缺少三维空间咬合接触分析，更无法获得各咬合点受力在不同方向上的分力，本发明可以获得近远中和颊舌所需任何方向上的咬合分力大小的分析计算，同时也可根据需要获得不同方向上牙齿或牙列规定区域所受咬合力的分力值大小；
3、现有咬合接触分析方法无法直观的观察咬合力的作用方向、作用力大小；本发明所用咬合受力分析方法借助于咬合力柱模拟各个咬合接触点上的咬合受力情况，包括了受力方向和受力的大小，可以使咬合分析和疾病诊断更加直观，也更便于向患者介绍和解释咬合情况。
4、作为口腔疾病分析工具，咬合分析在种植、正畸、关节等各个学科的疾病研究中均起着重要作用，但现有咬合接触分析方法的局限性限制了这些疾病的研究，本发明提出的咬合受力分析方法，通过对“咬合分析”的优化和创新，有利于促进各个学科领域研究的深入结合；
5、现有的量化咬合分析方法，操作相对复杂，对患者的配合要求较高，本发明所用方法采集过程简单，患者舒适度高，患者易于配合，更适用于临床工作。
附图说明
图1为三维牙列模型。
图2为三维牙列咬合接触分布示意图。
图3为二维咬合受力分析图。
图4为二维和三维空间咬合点对应示意图。
图5为三维空间的牙列模型上咬合接触点的拟合平面示意图。
图6为三维空间的牙列模型上咬合接触点的咬合力模拟示意图。
图7为确定三维咬合受力分析系统的坐标系。
图8为三维咬合分析系统构建流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1、图2、图3和图8，获得二维咬合受力分析图：使受试者躺在牙椅上，帮助患者寻找到牙尖交错位，根据受试者牙弓大小选择压敏薄膜(Dental Prescale II GC，日本)。嘱患者张口，将压敏薄膜正面向上放入患者口内，确保压敏薄膜覆盖牙列中所有牙齿。然后嘱患者最大力咬合至牙尖交错位，并保持3s以上。取出压敏薄膜，检查确认采集完整且无明显非咬合接触的杂点后，使用棉球擦拭掉压敏薄膜上的唾液，使其保持干燥。此后，立刻将其放入配套扫描分析仪器，分析获得二维咬合接触分析图并对数据进行保存。
获得咬合纸标记的三维牙列模型：吹干牙面。帮助患者寻找牙尖交错位。在下颌咬合面放置咬合纸，指导患者咬合至牙尖交错位。取出咬合纸，用口内扫描仪对标记后的上、下颌牙列进行扫描，获得带有咬合纸标记的三维牙列模型。将数据导出并以“ply.”格式保存。
验证二维和三维咬合接触分析方法的一致性：
将标准模型中上颌模型和下颌模型安装在半可调的颌架上。在下颌模型咬合面放置咬合纸，使上颌模型、下颌模型咬合至牙尖交错位，并利用5kg的砝码施加一49N的外力。取出咬合纸后，使用口内扫描仪扫描带有咬合标记的上颌模型和下颌模型，将数据导出并保存为ply.格式。将所得的数字化模型导入逆向工程软件中，在软件中勾画出咬合区并利用面积计算工具计算获得咬合接触面积。
将标准模型中上颌模型和下颌模型安装在半可调颌架上，在下颌模型的咬合面放置压敏薄膜，使上颌、下颌咬合值牙尖交错位，并利用5kg的砝码施加一49N的外力，取出压敏薄膜后立刻用彩色扫描仪对压敏薄膜进行扫描，并在配套的咬合力分析软件中分析获得咬合接触分析图。
使用两种咬合分析方法中的每一种分别进行十次分析。测量牙列的咬合接触面积和接触点数量。对其稳定性进行分析，咬合纸扫描法(SAP)和压力测定膜片分析法(DPO)获得的咬合接触面积和接触点数目如下表所示：
Figure BDA0003876155050000051
Figure BDA0003876155050000061
由表中数据可知两种方法的稳定性良好。使用同样的方法对对10副不同患者的完整牙列模型进行测量。对其咬合接触面积和咬合接触点数的线性关系的分析显示：DPO和SAP法咬合接触面积的线性回归方程为y＝-1.989+2.563x(R2 调整后＝0.899，P<0.001；y＝SAP，x＝DPO)，二者线性关系显著；同时，SAP和DPO两种方法所得的咬合接触点数均无显著性差异(P＞0.05)，由以上数据可知二者之间一致性良好。
根据以上结果，二维和三维咬合接触分析系统具备互相匹配构建三维咬合受力分析系统的条件。
根据咬合纸标记手动勾画出咬合接触区，旋转牙列模型并对牙列模型的咬合面进行截图具体如下：根据咬合接触点与周围牙体组织的颜色差异勾画出各个咬合接触点的范围，获得清晰的三维空间上的咬合接触点分布模型，将模型位置调整为其咬合面长轴与屏幕垂直，使用截图工具进行截图，获得三维牙列模型咬合面的二维截图。使用图像处理软件将二维咬合受力分析图和三维牙列咬合面截图进行叠图处理时，将各个咬合接触区域进行一一对应，将二维受力分析获得的各个咬合接触点的咬合力和咬合面积赋予到三维牙列模型上与之相对应的咬合接触点上。
将三维牙列模型导入Geomagic Wrap软件中，在Geomagic Wrap软件中根据咬合纸标记手动勾画出咬合接触区，将待分析牙齿所在模型的合面面向屏幕进行截图。将所述二维咬合受力分析图和三维模型咬合面截图进行叠图，并将各个咬合接触点进行一一对应，获得三维模型咬合面上各个咬合接触点咬合力值大小，参考图4，例如a、b、c、d四个点一一对应。
参考图4、图5、图6和图7，在Geomagic Wrap软件中，利用拟合功能获得各个咬合接触点的拟合平面。以拟合平面的中点为基点，记作P0；过P0作拟合平面法线，记作L0，以P0为基点，L0为方向，以咬合力值为长度建立模拟咬合力方向和咬合力大小的咬合力柱，咬合力方向与拟合平面的法线方向相反，将所述咬合力柱的顶点记作P1；P0和P1的y坐标的差值即为该咬合接触点的咬合力在y轴方向上的分力大小，作为示例，参考图5，通过这种方法建立出第二磨牙的三维咬合受力分析系统。将第二磨牙上y轴方向上的各咬合接触点的咬合分力值相加即可获得咬合力在第二磨牙上所施加的y轴方向上合力值的大小，根据需要可在软件中定义y轴的方向，如将y轴方向定义为由远中指向近中方向，即可分析近远中方向上的咬合分力情况。

Claims (8)

1.一种三维咬合接触及受力分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用咬合纸扫描法获取二维咬合接触受力分析图；
在获得非咬合状态的牙列数字化模型的基础上，获得咬合纸标记的三维牙列模型；
将所述三维牙列模型导入Geomagic Wrap软件中；根据咬合纸标记手动勾画出咬合接触区，旋转牙列模型并对牙列模型的咬合面进行截图，将所得牙列咬合面截图与二维咬合接触受力分析图叠图处理，同时将两者各个咬合接触点进行一一对应，利用软件中的“平面拟合”功能获得各个咬合接触点的拟合平面；
以拟合平面的中点为基点，记作P0；过所述基点作拟合平面法线，过基点以所述平面法线为方向，以咬合力值大小为长度建立能够模拟咬合力方向和咬合力大小的咬合力柱，所述咬合力柱的顶点和所述基点坐标的y坐标的差值即为该咬合接触点的咬合力在y轴方向上的分力大小。
2.根据权利要求1所述的三维咬合接触及受力分析方法，其特征在于，将获取的二维咬合接触分析图进行扫描分析，去除杂点后获得各个咬合接触点的面积、咬合力和压强的绝对值，具体如下：
找到牙尖交错位，此后牙列大小选择合适型号的压力敏感薄膜，然后将压力敏感薄膜放置在下颌平面上，以最大咬合力咬合至牙尖交错位并停顿3s，此后取出压力敏感薄膜，观察咬合点无杂点后使用配套的扫描仪和咬合力分析软件对薄膜进行分析，在咬合力分析软件中获得二维咬合受力分析图。
3.根据权利要求1所述的三维咬合接触及受力分析方法，其特征在于，在获得非咬合状态的牙列数字化模型的基础上，获得咬合纸标记的三维牙列模型具体如下：
吹干牙面，寻找到牙尖交错，在下颌咬合面放置咬合纸，以最大咬合力咬合至牙尖交错位，取出咬合纸，确保口内各个牙齿咬合接触点均采集到位后，使用口内扫描仪对标记后的上颌牙列和下颌牙列进行扫描，获得带有咬合纸标记的三维牙列模型。
4.根据权利要求1所述的三维咬合接触及受力分析方法，其特征在于，根据咬合纸标记手动勾画出咬合接触区，旋转牙列模型并对牙列模型的咬合面进行截图具体如下：根据咬合接触点与周围牙体组织的颜色差异勾画出各个咬合接触点的范围，获得清晰的三维空间上的咬合接触点分布模型，将模型位置调整为其咬合面长轴与屏幕垂直，使用截图工具进行截图，获得三维牙列模型咬合面的二维截图。
5.根据权利要求4所述的三维咬合接触及受力分析方法，其特征在于，使用图像处理软件将二维咬合受力分析图和三维牙列咬合面截图进行叠图处理时，将各个咬合接触区域进行一一对应，将二维受力分析获得的各个咬合接触点的咬合力和咬合面积赋予到三维牙列模型上与之相对应的咬合接触点上。
6.根据权利要求1所述的一种三维咬合接触及受力分析方法，其特征在于，磨牙上y轴方向上的各咬合接触点的咬合分力值相加即获得咬合力在磨牙上所施加的y轴方向上合力值的大小，坐标轴方向根据口腔常用近远中、颊舌或合龈向进行定义。
7.根据权利要求6所述的一种三维咬合接触及受力分析方法，其特征在于，将y轴方向定义为由远中指向近中方向，分析近远中方向上的咬合分力。
8.权利要求1至7任一项所述三维咬合接触及受力分析方法的应用，其特征在于，用于天然牙、修复体以及种植体在不同咬合状态下的三维咬合受力分析。
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