CN115798728B - 一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，属于计算机辅助设计领域，本发明通过对需要更换的牙齿进行CT扫描得到数字化网格模型，并选取任一点作为基础点，进而算出数字化网格模型中所有点对基础点的距离，根据距离对网格模型进行分层然后计算各层中心点拟合得到目标牙齿的牙齿长轴，即采用全自动的方式实现模型的获取，减少了人为因素的干扰，提高了牙齿预备体的制备精度；同时，本发明选用与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型，相较于现有技术中采用标准模型一方面可以准确的反推出目标牙齿的预备体数学模型，并且调整的参数相对于牙齿标准模型需要考虑的参数较少，提高了牙齿预备体的制备效率。

Description

一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法

技术领域

本发明属于计算机辅助设计领域，尤其涉及一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法。

背景技术

现有技术中，在制备牙齿预备体时，传统“目测+手控”的口腔临床牙体预备体操作模式效率低、效果差、质量难于控制，人类口腔的垂直向张开程度在2.5-5cm范围内，在这样一个狭小、半封闭的特殊操作空间内，医生通过“目测+手控”的方式，进行大量重复、费力的微细操作，人眼视觉偏差、人手定位控制误差等很难避免。

近年来，口腔数字化技术伴随着计算机科学的发展有了长足的进步。口腔医疗设备不断更新换代引发了口腔医学的巨大变革。采用了计算机辅助技术的数字化口腔医疗设备逐渐普及，正逐渐取代传统手工方法在牙齿印模、牙冠修复和新型义齿材料加工等方面推广应用，口腔医学正逐渐步入数字化时代，例如，公开号为（CN103886145A）的中国发明专利公开了一种牙齿预备体数字化模型设计方法，其包括数据模型建立与预处理、牙齿特征提取、预备体模型参数化设计与修改、模型质量评价四个步骤，通过向导式模型生成方法牙齿预备体数字化模型进行个性化、参数化修改并对结果进行质量评价；上述方法相对于“目测+手控”的方式，提高了牙齿预备体与牙床的贴合度，但是，上述方法通过手工交互的半自动化提取方式提取牙齿特征，这对预备体制备人员有较高的要求，若制备人员经验不足，容易引入新的制备误差，影响牙齿预备体的制备精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述技术方案的不足，提供一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，在该方法中，选用与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型，可以准确的反推出目标牙齿的预备体数学模型；同时，设计了牙齿长轴的求取方法，减少了人为的干扰，提高了牙齿预备体的制备精度。

根据本发明的一个方面，一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，包括：

步骤1：采用光学扫描仪得到患者的上颌和下颌牙齿图像，并确定用于制备预备体的目标牙齿；

步骤2：将与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型；

步骤3：获得所述目标牙齿预备体的设计参数；

步骤4：根据所述步骤3获取的所述目标牙齿预备体的设计参数对所述制备目标牙齿预备体的基准模型调整，从而得到所述牙齿预备体数字化模型。

具体地，所述光学扫描仪为口腔内光学扫描仪，其对扫描表面形状具有较高精度的扫描效果，因此，本发明采用口腔内光学扫描仪扫描得到患者的牙齿图像，并根据医生诊断或者患者的要求确定用于制备牙齿预备体的目标牙齿；

在目标牙齿预备体设计之前，首先需要提取目标牙齿的设计参数，这些设计参数包括牙齿长轴、牙龈边缘线、颌面特征等；

具体地，所述获得所述目标牙齿预备体的设计参数具体包括：

步骤3.1：通过CT图像获取所述目标牙齿的牙齿长轴；

牙体长轴是指通过牙齿中心的轴线，为经过牙冠和牙根中心的一条假象直线，附图3示出了牙体长轴的示意图，牙齿长轴是牙齿预备体设计最为关键的医学特征，其不仅是预备体模型设计时轴壁倾斜度指标的参考标准，而且在牙冠顺利就位过程中同样具有重要意义；

具体地，所述通过CT图像获取所述目标牙齿的牙齿长轴具体包括：

步骤3.1.1：对需要更换的牙齿进行CT扫描，得到需要更换的牙齿的数字化网格模型；

步骤3.1.2：在所述数字化网格模型外任意选取一点作为基础点；

步骤3.1.3：计算所述数字化网格模型中所有点到所述基础点的距离；

步骤3.1.4：将计算得到的所述所有距离标记做归一化处理；根据距离大小将所述数字化网格模型分层；

具体地，将距离分为若干区间，并将同一区间的所述数字化网格模型中的点归为一层；从而实现所述数字化网格模型的分层；

步骤3.1.5：分别求取所述数字化网格模型各层的中心点，然后采用拟合的方法拟合各层的中心点作为所述目标牙齿的牙齿长轴；

更近一步地，所述拟合的方法为具体为空间直线拟合的方法；

步骤3.2：获取所述目标牙齿的牙冠边缘线：

具体地，获取所述目标牙齿的牙冠边缘线为获取所述目标牙齿的牙冠外边缘线；牙冠边缘线的获取方法为现有技术，在此本实施例不进行重点论述；

步骤3.3：获取所述目标牙齿的颌面特征；

具体地，步骤2中已经获取了与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型，也就是说，获取的所述基准模型为数字化基准模型，该数字化基准模型中包含了颌面的所有点的坐标，根据所述颌面的所有点的坐标以及齿合原理得到所述目标牙齿的颌面特征；

具体地，所述目标牙齿的颌面特征包括目标牙齿颌面的牙沟、牙窝、牙脊的坐标；至此，目标牙齿的设计参数获取完成。

根据本发明的另一方面，包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有数据处理程序，所述数据处理程序被处理器执行上述的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法。

基于上述技术方案，本申请提供的一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，具有如下技术效果：

1、相对于现有技术中采用手工交互的半自动化提取方式提取牙齿特征，本发明通过全自动的方法提取牙齿特征，尤其是在对牙齿预备体数字化模型影响最大的牙齿长轴提取过程中，设计了一种新的牙齿长轴提取方法，此方法采用全自动的方式获得参数，减少了人为因临床经验不足造成的干扰，提高了牙齿预备体的制备精度。

2、本发明选用与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型，相较于现有技术中采用标准模型一方面可以准确的反推出目标牙齿的预备体数学模型，同时，在所述基准模型的基础上，调整的参数相对于牙齿标准模型需要考虑的参数较少，因此可以相对减少目标牙齿的数学模型的确定时间，提高了牙齿预备体的制备效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中提供的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法流程图；

图2为本申请实施例中提供的获得所述目标牙齿预备体的设计参数流程图；

图3为本申请实施例中提供的牙体长轴的示意图；

图4为本申请实施例中提供的通过CT图像获取所述目标牙齿的牙齿长轴的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下面首先结合附图对本申请所涉及的概念进行说明。在此需要指出的是，以下对各个概念的说明，仅为了使本申请的内容更加容易理解，并不表示对本申请保护范围的限定。

实施例一

如图1所示，一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，包括：

步骤1：采用光学扫描仪得到患者的上颌和下颌牙齿图像，并确定用于制备预备体的目标牙齿；

具体地，所述光学扫描仪为口腔内光学扫描仪，其对扫描表面形状具有较高精度的扫描效果，因此，本实施例采用口腔内光学扫描仪扫描得到患者的牙齿图像，并根据医生诊断或者患者的要求确定用于制备牙齿预备体的目标牙齿；

步骤2：将与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型；

现有技术中一般通过计算机软件选择数据库中的牙齿标准模型（A5SAN-500）作为牙齿预备体的基准模型，然后根据目标牙齿的参数对所述牙齿标准模型进行调节，从而得到所述目标牙齿的数学模型，进而指导牙齿预备体的制作；

然而上述牙齿标准模型为通用模型，并不适用于任何人，并且，一般需要在牙齿标准模型基础上对牙体的尺寸、颌面特征、牙冠大小、颌面厚度、肩台宽度等相关参数进行较大的改动才能得到所述目标牙齿的数学模型，这需要计算机提供较大的运力支持，并且，获得的目标牙齿的数学模型制作得到的义齿并不能与其相对的牙齿实现齿合从而更好的实现牙齿功能；

本实施例通过选择将所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型，一方面在该基准模型与需要制备的牙齿预备体相关性较高，通过所述基准模型能准确的获得目标牙齿的预备体模型，从而可以准确的反推出目标牙齿的数学模型；并且在反推目标牙齿的数学模型时，在所述基准模型的基础上，调整的参数相对于牙齿标准模型需要考虑的参数较少，因此可以相对减少目标牙齿的数学模型的确定时间；

步骤3：获得所述目标牙齿预备体的设计参数；

在目标牙齿预备体设计之前，首先需要提取目标牙齿的各项参数化特征，这些参数化特征包括牙齿长轴、牙龈边缘线等；

具体地，如图2所示，所述获得所述目标牙齿预备体的设计参数具体包括：

步骤3.1：通过CT图像获取所述目标牙齿的牙齿长轴；

牙体长轴是指通过牙齿中心的轴线，为经过牙冠和牙根中心的一条假象直线，附图3示出了牙体长轴的示意图，牙齿长轴是牙齿预备体设计最为关键的医学特征，其不仅是预备体模型设计时牙齿倾斜度指标的参考标准，而且在牙冠顺利就位过程中同样具有重要意义；

具体地，如图4所示，所述通过CT图像获取所述目标牙齿的牙齿长轴具体包括：

步骤3.1.1：对需要更换的牙齿进行CT扫描，得到需要更换的牙齿的数字化网格模型；

一般地，患者牙齿蛀虫、牙齿松动、牙齿脱落需要更换牙齿时，均可获得需要更换的牙齿，也就是坏牙，由于牙齿长轴线是一个较为宏观的指标，牙齿的补缺缺失不会对牙齿长轴线造成影响，因此，通过坏牙即可较为准确的获得目标牙齿的牙齿长轴；

步骤3.1.2：在所述数字化网格模型外任意选取一点作为基础点；

步骤3.1.3：计算所述数字化网格模型中所有点到所述基础点的距离；

此时，所述数字化网格模型中的所有点都被附上了与所述基础点的距离标记；

步骤3.1.4：将计算得到的所述所有距离标记做归一化处理；根据距离大小将所述数字化网格模型分层；

具体地，将距离分为若干区间，并将同一区间的所述数字化网格模型中的点归为一层；从而实现所述数字化网格模型的分层；

步骤3.1.5：分别求取所述数字化网格模型各层的中心点，然后采用拟合的方法拟合各层的中心点作为所述目标牙齿的牙齿长轴；

更近一步地，所述拟合的方法为具体为空间直线拟合的方法；

步骤3.2：获取所述目标牙齿的牙冠边缘线：

具体地，获取所述目标牙齿的牙冠边缘线为获取所述目标牙齿的牙冠外边缘线；牙冠边缘线的获取方法为现有技术，在此本实施例不进行重点论述；

步骤3.3：获取所述目标牙齿的颌面特征；

具体地，步骤2中已经获取了与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型，也就是说，获取的所述基准模型为数字化基准模型，该数字化基准模型中包含了颌面的所有点的坐标，根据所述颌面的所有点的坐标以及齿合原理得到所述目标牙齿的颌面特征；

具体地，所述目标牙齿的颌面特征包括目标牙齿颌面的牙沟、牙窝、牙脊的坐标；至此，目标牙齿的设计参数获取完成。

步骤4：根据所述步骤3获取的所述目标牙齿预备体的设计参数对所述制备目标牙齿预备体的基准模型调整，从而得到所述牙齿预备体数字化模型。

实施例二

本实施例包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有数据处理程序，所述数据处理程序被处理器执行实施例一的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修改为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

本领域技术人员应明白，本文的实施例可提供为方法、装置（设备）、或计算机程序产品。因此，本文可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本文可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质,包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质等。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

本文是参照根据本文实施例的方法、装置（设备）和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本文的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本文范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本文进行各种改动和变型而不脱离本文的精神和范围。这样，倘若本文的这些修改和变型属于本文权利要求及其等同技术的范围之内，则本文的意图也包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用光学扫描仪得到患者的上颌和下颌牙齿图像，并确定用于制备预备体的目标牙齿；

步骤2：将与所述目标牙齿相对的牙齿作为用于制备目标牙齿预备体的基准模型；通过所述基准模型调整参数反推出目标牙齿的数学模型;

步骤3：获得所述目标牙齿的预备体的设计参数；

所述获得所述目标牙齿预备体的设计参数具体包括：

步骤3.1：通过CT图像获取所述目标牙齿的牙齿长轴；所述通过CT图像获取所述目标牙齿的牙齿长轴具体包括：

步骤3.1.1：对需要更换的牙齿进行CT扫描，得到需要更换的牙齿的数字化网格模型；

步骤3.1.2：在所述数字化网格模型外任意选取一点作为基础点；

步骤3.1.3：计算所述数字化网格模型中所有点到所述基础点的距离；

步骤3.1.4：将计算得到的所述所有点到所述基础点的距离做归一化处理；根据距离大小将所述数字化网格模型分层；

步骤3.1.5：分别求取所述数字化网格模型各层的中心点，然后采用拟合的方法拟合各层的中心点作为所述目标牙齿的牙齿长轴;

步骤3.2：获取所述目标牙齿的牙冠边缘线：

步骤3.3：获取所述目标牙齿的颌面特征;

步骤4：根据所述步骤3获取的所述目标牙齿的预备体的设计参数对所述目标牙齿预备体的基准模型进行调整，得到所述目标牙齿预备体数字化模型。

2.根据权利要求1所述的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，其特征在于，所述步骤1中的所述光学扫描仪为口腔内光学扫描仪。

3.根据权利要求1所述的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，其特征在于，所述步骤3中的所述设计参数包括牙齿长轴、牙龈边缘线、颌面特征。

4.根据权利要求3所述的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，其特征在于，所述步骤3.1.4中将计算得到的所述所有点到所述基础点的距离做归一化处理；根据距离大小将所述数字化网格模型分层具体为：将所述所有点到所述基础点的距离分为若干区间，并将同一区间的所述数字化网格模型中的点归为一层，从而实现所述数字化网格模型的分层。

5.根据权利要求4所述的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，其特征在于，所述目标牙齿的颌面特征包括目标牙齿颌面的牙沟、牙窝、牙脊的坐标。

6.根据权利要求4所述的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法，其特征在于，所述步骤3.1.5中所述拟合的方法具体为空间直线拟合的方法。

7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有数据处理程序，所述数据处理程序被处理器执行权利要求1-6任一项所述的基于计算机辅助的牙齿预备体数字化模型设计方法。

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