CN116710024A - 优化弓形线的方法和使用该方法的装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的弓形线优化方法包括以下步骤：基于具有预定曲率半径的圆的圆弧生成司匹曲线；以及基于司匹曲线改变三维弓形线。

Description

优化弓形线的方法和使用该方法的装置

技术领域

本公开涉及一种弓形线优化方法和使用该方法的装置，更具体地，涉及一种基于从侧面观察的口腔的司匹曲线(Spee curve)来优化患者口腔的弓形线形状的弓形线优化方法和使用该方法的装置。

背景技术

在畸齿矫正计划中，传统上，对患者口腔进行印模以获得石膏模型，然后制造匹配石膏模型的假体治疗产品并提供给患者。制造石膏模型时发生的误差使得难以向患者提供精确的假体治疗产品。为了解决这个问题，获取口腔的信息作为数据的方法被不断地研究和开发。

随着三维扫描技术的发展，可以通过扫描包括患者的牙齿、牙龈和牙弓的口腔的内部来获取三维表面模型数据。通过所获取的三维表面模型数据，治疗师能够进行各种积极的活动，例如虚拟地应用假体治疗产品、模拟畸齿矫正计划、确定龋齿和确定是否咬合(occlude)。

另一方面，在通过所获取的三维表面模型数据建立治疗计划时，需要修改已经提出的治疗计划。此时，正在研究一种通过改变基于所获取的数据中的牙齿数据而生成的弓形线来建立满足用户和/或患者的需求的个性化治疗计划的方法。

同时，畸齿矫正程序制作弓形线，然后通过将牙齿适配到(fitting)到弓形线来制作待矫正的牙齿排。从这种牙弓状弓形线的侧面观看，即“咬合平面的曲率”被称为司匹曲线。

通常，在畸齿矫正学中，如图1所示，沿着以眉间(Px)为中心的大约有一定半径(d’)的圆的曲率被确定为司匹曲线。此时，沿着半径为4英寸的圆的曲率被视为理想的司匹曲线。司匹曲线的曲率设置越准确，就可以获得越准确的微笑线，这可以为患者的口腔提供最合适的治疗。

此处，微笑线是根据牙齿线、牙齿形状、微笑时露出的牙龈程度和牙龈线、嘴唇的长度和厚度、人中的长度、嘴唇周围的肌肉和相关肌肉的活动程度和方向来制定的，患者可以通过畸齿矫正治疗来拥有所需的微笑线。

根据作为现有技术的美国专利US 9844420 B2，用户必须直接改变默认定义的司匹曲线，并且根据也是现有技术的美国专利US 8118593 B2，改变的程度局限于圆的曲率，具体地说，它没有暗示如何设置圆的半径以及在哪里设置圆心的技术方案。此外，为了向患者提供优化的治疗，司匹曲线必须在三维空间中利用，因此弓形线必须基于生成的司匹曲线来优化。然而，上述现有技术并没有暗示基于生成的司匹曲线来优化弓形线的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的各种实施例提供了一种弓形线优化方法，所述弓形线优化方法通过在扫描口腔而获取的三维模型上生成至少两个点，基于所述点生成具有预定曲率半径的司匹曲线，并基于司匹曲线优化弓形线。

此外，本公开的各种实施例提供了一种弓形线优化装置，所述弓形线优化装置分析所输入的三维模型以生成至少两个点，基于所述点生成具有预定曲率半径的司匹曲线，并基于司匹曲线优化弓形线。

本公开的技术目的不限于上述技术目的，本领域技术人员将通过以下描述清楚地理解未提及的其他技术目的。

根据本公开的一个实施例，一种弓形线优化方法包括：基于具有预定曲率半径的圆弧生成司匹曲线；以及基于司匹曲线来改变三维弓形线。

所述弓形线优化方法还可以包括：生成初始弓形线，其中改变所述弓形线包括基于司匹曲线改变所述初始弓形线。

改变所述弓形线可以包括：将所述初始弓形线投影在预定平面上；将由投影所述初始弓形线而获得的投影的弓形线的位置改变为在所述预定平面上生成的所述司匹曲线的位置；以及通过投影距离将已改变为所述司匹曲线的位置的投影的弓形线恢复到三维空间。

初始弓形线可以在畸齿矫正治疗之前基于通过扫描牙齿而获得的患者的牙齿的三维模型中的预定牙齿生成。

在生成司匹曲线时，在预定平面上生成构成圆弧的至少两个点，并且司匹曲线可以是包括所述点的预定平面上的二维圆弧。

构成圆弧的至少两个点可以基于多个牙齿生成并投影在预定平面上，并且司匹曲线可以是包括所述点的预定平面上的二维圆弧。

构成圆弧的至少两个点可以包括基于牙齿中的门牙生成的至少一个中心点和基于牙齿中的臼齿生成的至少一个侧点。

构成圆弧的至少两个点中的至少一些点可以包括侧点，所述侧点在穿过牙齿中的臼齿的轮廓点并与臼齿的轮廓相切的线与水平于臼齿的最后轮廓点的线之间的相交处生成。

臼齿的轮廓点可以是与至少一些牙齿的轮廓相切的弓形线上的参考点。

构成圆弧的至少两个点中的至少一些点可以包括通过牙齿的边界盒(boundarybox)的外表面生成的中心点。

中心点可以在牙齿中的门牙的边界盒之间生成。

中心点可以是连接门牙的边界盒的前侧相对顶点(front opposite vertices)的线的中心。

司匹曲线可以具有曲率半径，以最小化与牙齿的两端的偏差。

根据本公开的另一实施例，一种弓形线优化方法包括：生成具有预定曲率半径的二维司匹曲线；以及基于所述司匹曲线生成三维弓形线，其中在预定平面上的所述弓形线的投影与所述司匹曲线相同。

基于司匹曲线，可以在畸齿矫正治疗之前，通过改变由扫描牙齿而获得的患者的牙齿的三维模型而生成的初始弓形线来生成弓形线。

司匹曲线可以包括投影点，在所述投影点处，至少两个点被投影到预定平面上，所述至少两个点在畸齿矫正治疗之前基于通过扫描牙齿而获得的患者的牙齿的三维模型而生成。

根据本公开，在一些实施例中，其优点在于用户可以基于患者口腔的三维模型生成精密的(sophisticated)司匹曲线，而无需获取患者整个面部的三维模型，并且弓形线通过司匹曲线进行优化。

此外，由于司匹曲线是基于患者口腔的三维模型获取的并弓形线被优化，因此其优点在于可以节省系统资源，并且弓形线可以被快速优化。

此外，还有一个优点是可以为每个三维模型生成单独的司匹曲线，以提供最适合患者的所谓的患者定制治疗计划。

附图说明

图1示出了根据本公开的弓形线优化方法的比较示例。

图2是根据本公开的弓形线优化方法的流程图。

图3是用于解释根据本公开的在弓形线优化方法中使用的三维模型的视图。

图4和图5是用于解释在根据本公开的弓形线优化方法中使用的三维模型中生成初始弓形线的过程的视图。

图6是用于解释在根据本公开的弓形线优化方法中生成边界盒的过程的视图。

图7是用于解释从边界盒生成中心点的过程的视图。

图8是用于解释从三维模型生成侧点的过程的视图。

图9是用于解释根据另一实施例的从三维模型生成侧点的过程的视图。

图10是用于解释将中心点投影到预定平面上的过程的视图。

图11和图12是用于解释在三维模型的侧方生成司匹曲线的过程的视图。

图13是用于解释将中心点和侧点投影到预定平面上来生成司匹曲线的过程的视图。

图14是根据本公开的弓形线优化方法中的S170的详细流程图。

图15和图16是用于解释基于所生成的司匹曲线改变弓形线的过程的视图。

图17是根据本公开的弓形线优化装置的配置图。

[符号说明]

S110：获取三维模型

S120：分割牙齿

S130：生成初始弓形线

S140：基于牙齿生成点

S150：在预定平面上投影各点

S160：生成司匹曲线

S170：改变弓形线

100：三维模型

200：弓形线

300：牙齿

10：司匹曲线生成装置

11：扫描单元12：三维模型生成单元

13：牙齿识别单元14：弓形线生成单元

15：点生成单元16：司匹曲线生成单元

17：弓形线应用单元18：显示单元。

具体实施方式

在下文中，将通过示例性附图详细描述本公开的一些实施例。在对附图的部件添加附图标记时，应当注意，相同的部件尽可能具有相同的附图标记，即使所述部件在不同的附图上示出。此外，在描述本公开的实施例时，如果确定对相关的已知配置或功能的详细描述阻碍了对本公开实施例的理解，将省略对其的详细描述。

在描述本公开实施例的组件时，可以使用例如第一、第二、A、B、(a)和(b)等术语。这些术语仅用于将一个组件与其他组件区分开来，并且对应组件的性质、次序或序列不受这些术语的限制。此外，除非另有定义，否则本文中使用的所有术语，包括技术或科学术语，具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(例如在常用词典中定义的术语)应被解释为具有与相关技术领域背景中的含义一致的含义，并且除非在本公开中明确定义，否则不应被解释成具有理想或过于正式的含义。

图2是根据本公开的弓形线优化方法的流程图。

参考图2，根据本公开的司匹曲线生成方法包括：步骤S110，通过扫描患者的口腔来获取三维模型；步骤S120，分割所获得的三维模型的牙齿；步骤S130，生成初始弓形线；步骤S140，基于多个牙齿生成至少两个点；步骤S150，将点投影到预定平面上；步骤S160，生成司匹曲线；以及步骤S170，改变弓形线。

在下文中，将详细描述每个步骤的详细执行过程。

图3是用于解释根据本公开的弓形线优化方法中使用的三维模型100的视图。参照图2和图3，为了生成司匹曲线并基于所生成的司匹曲线优化弓形线，首先，获取患者口腔内部的三维模型100的数据(S110)。口腔内部的三维模型100可以通过三维扫描器来获取。另一方面，口腔内部的三维模型100可以是通过扫描患者的实际口腔而获得的数据，但如果需要，通过用藻酸盐等对患者的实际口腔进行印模而获得的石膏模型可以被转换为数据。三维扫描器可以是具有托盘(tray)的台式(table)扫描器，或者是被吸入或拉出患者口腔的口腔内扫描器。使用三维扫描器获取的三维模型可以表示牙齿、牙龈和牙弓的信息。

根据本公开的司匹曲线生成方法可以包括从所获取的三维模型分割牙齿的步骤S120。分割牙齿意味着在三维模型中单独地分类与牙齿对应的数据。使用例如牙齿和牙龈的颜色和曲率等信息可以将牙齿与牙龈区分开来。此外，通过使用人工智能学习可以识别每颗牙齿。例如，可以通过所学习的牙齿的位置、形状和曲率的数据区分三维模型中的每颗牙齿是哪颗牙齿。例如，具有相对较低高度且位于口腔内部的牙齿可以被区分为臼齿，具有相对较高高度且位于口腔外前表面的牙齿可以被区分为门牙(premolar tooth)(前牙(front tooth))。此外，可以单独地区分前臼齿(premolar tooth)、犬齿(canine)等。每个被区分的牙齿可以被分配唯一的牙齿编号。一侧臼齿可以被命名为齿#1，并且牙齿编号可以按照相邻的顺序分配。例如，可以基于国际上广泛使用的通用编号系统来分配牙齿编号。例如，基于在上颌骨(maxilla)中具有14颗牙齿的患者，可以从上颌骨的左侧的第一颗臼齿开始分配牙齿编号，例如牙齿#1 301、牙齿#2 302、牙齿#3 303、牙齿#4 304、牙齿#5 305、牙齿#6 306、牙齿#7 304和牙齿#8 308，并且通过每个分配的牙齿编号可以分析三维模型100。以这种方式，当通过分割牙齿的步骤S120分割牙齿时，基于分割的牙齿可以获取用于生成下面将描述的司匹曲线的点。

然而，分配的牙齿编号可以根据预定的标准顺序地分配，并且与图3所示的标准略有不同，并且当患者上颌骨或下颌骨中具有16颗牙齿时，总共16颗牙齿被区分，并且可以为每个被区分的牙齿分配唯一的牙齿编号。例如，从上颌骨左侧第一颗臼齿到上颌骨右侧最后一颗臼齿可以依次分配牙齿编号(例如牙齿#1至#16)，并且通过每个分配的牙齿编号可以分析三维模型100。

在下文中，将描述生成初始弓形线的步骤S130。

图4和图5是用于解释根据本公开在司匹曲线生成方法中使用的三维模型中生成初始弓形线200的过程的视图。

弓形线可以是指代表患者的牙弓(dental arch)的曲线。此时，根据预定的标准可以形成初始弓形线200。更具体地，初始弓形线200可以基于通过在畸齿矫正治疗之前扫描患者的牙齿而获得的牙齿的三维模型中的预定牙齿来生成。

初始弓形线200可以形成为穿过多个牙齿中的一些牙齿的轮廓。此时，初始弓形线200穿过多个牙齿中的一些牙齿的轮廓这一事实可以被解释为初始弓形线200限制多个牙齿中的一些牙齿的轮廓。此外，初始弓形线200穿过多个牙齿中的一些牙齿的轮廓这一事实可以意味着初始弓形线200穿透多个齿中的一些牙齿的轮廓。作为一个示例，基于具有14颗牙齿的患者的上颌骨，初始弓形线200可以形成为与牙齿#1 301、牙齿#3 303和牙齿#6 306相切。此外，初始弓形线200可以形成为与牙齿#9 309、牙齿#12 312和牙齿#14314相切。初始弓形线200可以形成为与位于预定牙齿的轮廓上的轮廓点Pa、Pb、Pc、Pd、Pe和Pf相切。然而，这仅仅是说明性的，并且初始弓形线200可以是任何形状，只要其形成为穿过预定牙齿的轮廓，并且通过预定牙齿，初始弓形线200穿过的两个或更多个轮廓点可以形成在一颗牙齿上即可。初始弓形线200的形状可以根据用户的输入信号而改变，并且三维模型100的牙齿可以平行移动以对应于初始弓形线的改变的形状。

在下文中，将更详细地描述生成初始弓形线200的过程。同时，在图5中，为了便于说明，仅示出了必要的部分，并且省略了其余部分。

参考图5，将三维模型投影在xy投影平面(Txy)上。此时，投影数据可以表示每颗牙齿的轮廓。例如，基于具有14颗牙齿的患者的上颌骨，包括牙齿#1 301、牙齿#3 303、牙齿#6306、牙齿#9 309、牙齿#12 312和牙齿#14 314的牙齿的所有轮廓可以显示在xy投影平面(Txy)上。也就是说，牙齿可以包括投影牙齿#1 301’、投影牙齿#3 303’、投影牙齿#6 306’、投影牙齿#9 309’、投影牙齿#12 312’和投影牙齿#14 314’。另一方面，投影牙齿在xy投影平面(Txy)上具有轮廓线，并且可以生成穿过一些投影牙齿的轮廓线的投影弓形线200’。此时，例如，投影弓形线200’可以是与投影牙齿301’、303’、306’、309’、312’和314’相切的曲线，同时投影弓形线200，穿过投影牙齿#1 301’的轮廓点Pa廓、投影牙齿#3 303’的轮廓点Pb’、投影牙齿#6 306’的轮廓点Pc廓、投影牙齿#9 309’的轮廓点Pd’、投影牙齿#12 312影的轮廓点Pe’和投影牙齿#14 314的轮廓点Pf廓。然而，这仅仅是说明性的，并且投影弓形线200’可以是任何形状，只要其被形成为穿过一些投影牙齿的轮廓，并且投影弓形线200’穿过的两个或多个轮廓点可以通过预定的投影牙齿形成在一个投影牙齿上即可。

生成的投影弓形线200’可以应用于三维模型100。更具体地，投影弓形线200’可以应用于三维模型100，以形成穿过三维模型100上对应于投影牙齿的各个轮廓点Pa’、Pb’、Pc’、Pd’、Pe’和Pf’的轮廓点Pa、Pb、Pc、Pd、Pe和Pf的三维曲线。也就是说，初始弓形线200是指将投影弓形线200’应用于三维模型100的三维曲线。

同时，基于投影牙齿，可以生成每颗投影牙齿的颊线(buccal line)。投影的预定牙齿的颊线可以基于与该牙齿相邻的牙齿的牙齿中心生成。例如在穿过投影的预定牙齿的牙齿中心和位于预定的投影牙齿的两侧的投影牙齿的牙齿中心的虚拟圆上，投影的预定牙齿的颊线可以被定义为从虚拟圆的中心穿过预定的投影牙齿的牙齿中心的直线的至少一部分。此外，也可以使用如上所述生成的颊线获得各个投影牙齿的轮廓点Pa’、Pb’、Pc’、Pd’、Pe’和Pf’。例如，轮廓点Pa’、Pb’、Pc’、Pd’、Pe’和Pf’可以被定义为颊线和各个投影牙齿的轮廓线相交的部分点或全部点。同时，颊线可以用于获得另一个第一侧点P3’，这将在后面描述。

在下文中，将详细描述基于三维模型生成司匹曲线并生成用于优化弓形线的点的步骤S140。根据本公开的弓形线优化方法可以包括基于多个牙齿生成至少两个点的步骤S140。此时，点可以基于三维模型100的牙齿的轮廓通过预定的数据处理生成。数据处理可以使用围绕牙齿的边界盒或从预定牙齿的特定位置延伸的切线。然而，并不限于这种方法，并且可以使用三维模型的信息生成作为生成司匹曲线和优化弓形线的基础的点。

为了生成点，可以只使用三维模型的一部分。更具体地，即使所有的上颌骨数据、下颌骨数据和咬合数据都是通过扫描患者的口腔获取的，也可以仅使用它们中的一个。例如，可以只使用上颌骨数据生成司匹曲线。

同时，点包括至少一个中心点和至少一个侧点。此时，基于三维模型的牙齿的门牙生成中心点，并基于三维模型的牙齿的臼齿生成侧点。例如，基于上颌骨中具有14颗牙齿的患者，门牙可以指对应于中心门牙的牙齿#7和牙齿#8，并且臼齿可以是指牙齿#1至牙齿#3和牙齿#12至牙齿#14中的至少一颗。更具体地，作为产生侧点的基础的臼齿可以是位于患者的口腔的最内侧的牙齿#1和牙齿#14中的至少一颗。然而，不限于这些牙齿编号，并且可以使用能够产生中心点和侧点的合适的牙齿(一个或多个)。

作为另一个示例，基于上颌骨中具有16颗牙齿的患者，门牙可以是指对应于中心门牙的牙齿#8和牙齿#9，臼齿可以是指牙齿#1至牙齿#3和牙齿#14至牙齿#16中的至少一颗。更具体地，作为产生侧点的基础的臼齿可以是位于患者的口腔的最内侧的牙齿#1和牙齿16#中的至少一颗。

生成司匹曲线并基于司匹曲线优化弓形线需要至少一个中心点和至少一个侧点的原因是，中心点和侧点分别表示从一侧观察的三维模型的牙齿区域的两端，因此很容易表达司匹曲线的两端。通过将中心点和侧点确定为司匹曲线的两端，可以获得简单而精密的司匹曲线，并在此基础上优化弓形线。

在下文中，将详细描述用于生成点(例如，中心点和侧点)的示例。

图6是用于解释根据本公开的弓形线优化方法中生成边界盒的过程的视图，并且图7是用于解释从边界盒生成中心点的过程的视图。

参考图6和图7，至少一些点包括通过牙齿的边界盒的外表面生成的中心点。此时，中心点可以在三维模型中包含的牙齿的中间生成，当从三维模型的侧面看时，中心点可以在牙齿的一端生成。例如，中心点可以在牙齿中的门牙的边界盒之间生成。

每个边界盒可以具有包围特定牙齿的长方体结构，并且包围的牙齿不突出到边界盒之外。边界盒可以形成为在包围牙齿的同时使边界盒和牙齿之间的空的空间最小化的尺寸。如图6所示，在上颌骨中具有14颗牙齿的患者的基础上，形成牙齿#7 307和牙齿#8 308作为门牙，并且分别形成包围门牙的边界盒B1和B2。

另一方面，参考图7，中心点可以是连接门牙的边界盒的前侧相对顶点(frontopposite vertices)的线的中心。更具体地，第一边界盒B1的前侧顶点P11’和第二边界盒B2的前侧顶点P12’连接以生成虚拟的第一线l1，并且第一线l1的中心可以被确定为中心点P1’。通过以这种方式确定中心点P1’，可以减少用于生成左司匹曲线和右司匹曲线的点的数量，从而节省系统资源。

然而，中心点P1’并不是仅通过限于上述内容而产生的，并且包围每个门牙的边界盒的一个点可以被确定为中心点P1’。例如，当牙齿#7 307和牙齿#8308间隔开预定距离或更大距离时，使用上述方法可以防止生成精密的司匹曲线。因此，在这种情况下，在包括牙齿#1 301至牙齿#7 307的一侧上的中心点P1’可以是在牙齿#7 307的边界盒B1中前表面和上表面相交的拐角处的一个点。此外，在包括牙齿#8 308至牙齿#14 314的一侧上的中心点P1’可以是在牙齿#8 308的边界盒B2中前表面和上表面相交的拐角处的一个点。这样，当对于每一侧确定不同的中心点时，具有的优点在于，即使当门牙307和308彼此间隔开预定距离或更大距离时，也可以获得符合三维模型的司匹曲线。

此外，中心点P1’可以被确定为在稍后描述的弓形线中平面上的斜率变为0的点，并且可以使用能够表达牙齿的最前面部分的任何方法。

在下文中，将详细描述生成用于生成司匹曲线的侧点的过程。

图8是用于解释从三维模型100生成侧点P2’的过程。参照图8，侧点可以是在距初始弓形线200的预定距离处形成的点。例如，在根据本公开的司匹曲线生成方法中，至少一些点可以在穿过牙齿中的臼齿的轮廓点并与臼齿的轮廓相切的线和水平于臼齿最后轮廓点的线之间的相交处生成。更具体地，点中的侧点可以在与臼齿的轮廓相切的线和与水平于臼齿最后轮廓点的线处生成。此时，臼齿的轮廓点可以是与至少一些牙齿的轮廓相切的弓形线上的参考点。更具体地，基于上颌骨中具有14颗牙齿的患者，臼齿的轮廓点可以设置牙齿#1 301的轮廓点Pa为参考点。当生成另一侧点时，臼齿的轮廓点可以设置牙齿#14 314的轮廓点Pf为参考点。然而，并不一定限于此，并且可以根据需要使用牙齿#3 303、牙齿#6306等。

同时，穿过臼齿的轮廓点并与臼齿的轮廓相切的第二线l2的斜率可以与在牙齿#1的轮廓点Pa处的初始弓形线200的斜率相同。此时，牙齿#1的轮廓点Pa对应于臼齿的轮廓点P21。初始弓形线200以三维曲线的形式形成，并且第二线l2的斜率也形成为与在牙齿#1的轮廓点Pa处的初始弓形线200的瞬时斜率相同。也就是说，第二线l2可以起到如初始弓形线200的延伸的作用。

此外，最后轮廓点P22可以是指位于牙齿#1 301的最后处的轮廓点。第三线l3可以形成为穿过最后轮廓点P22并与牙齿#1 301的轮廓相切。例如，第三线l3可以形成为平行于包围牙齿#1 301的边界盒的一个拐角并穿过最后轮廓点P22。

在牙齿#1 301处产生的第一侧点P2’可以产生在第二线l2和第三线l3延伸并相交的点处。通常，在三维模型100中，由于牙齿从门牙到臼齿逐渐形成得更高，因此第一侧点P2也可以产生在与臼齿的轮廓点P21相同或更高的位置。另一方面，门牙的中心点可以表示牙齿位于三维模型100的最前面的部分，而第一侧点P2’可以表示牙齿位于三维模型100的最后面的部分。

同时，上述内容已经作为生成作为三维模型100的一侧的第一侧点P2’的方法的示例被描述，但是也可以使用相同的方法生成作为另一侧的第二侧点(未示出)。

在下文中，将描述根据本公开的另一实施例的从三维模型生成侧点的过程。

图9是用于解释根据另一实施例的从三维模型生成侧点的过程的视图。参照图8，在根据本公开的另一实施例的弓形线优化方法中，臼齿的另一轮廓点P23可以是穿过牙齿的中心P24的颊线bl与臼齿的轮廓相交的点。此时，臼齿可以是牙齿#1 301。在生成的穿过与相关的牙齿的中心P24相邻的两侧的牙齿(未示出)的中心的虚拟圆的中心中，颊线bl可以是指从虚拟圆的中心朝向牙齿的中心P24延伸的线。

同时，另一个第一侧点P3’可以被确定为是与牙齿#1 301的另一个轮廓点P23间隔预定距离的特定点。例如，另一个第一侧点P3’可以被确定为是与牙齿#1 301的另一个轮廓点P23间隔开的第三线l3上的特定点。

作为另一个示例，另一个第一侧点P3’可以被确定为从另一个轮廓点P23延伸的线与第三线l3相交的点。更具体地，具有垂直于颊线bl的方向的第四线l4可以形成在牙齿#1301的另一个轮廓点P23处。第四线l4可以在一个或两个方向上延伸，并且可以与穿过最后轮廓点P22的第三线l3相交。此时，第三线l3和第四线l4相交的点可以被确定为另一个第一侧点P3’。

上述内容是基于上颌骨中具有14颗牙齿的患者描述的，但也可以应用于上颌骨中具有16颗牙齿的患者。此外，不言而喻上述过程可以使用患者的下颌骨以及上颌骨的数据来执行。

在下文中，将描述在预定平面上投影中心点和侧点的过程。

图10是用于解释将中心点投影到预定平面上的过程的视图。参考图10，根据本公开的弓形线优化方法还包括在预定平面上投影点的步骤S150。在将点投影到预定平面上的步骤S150中，可以投影中心点P1’和第一侧点P2’。例如，所述各点可以投影在包括基于牙齿中的臼齿生成的侧点的平面上。更具体地说，可以形成包括第一侧点P2’的投影平面T1。投影平面T1可以具有平行于第三线l3的法向矢量。中心点P1’可以以最短的距离投影在投影平面T1上。也就是说，中心点P1’可以垂直于投影平面T1投影。当中心点P1’投影在投影平面T1上时，产生投影的中心点P1，并且第一侧点P2’和投影的第一侧点P2可以相同。因此，投影的中心点P1和投影的第一侧点P2可以设置在同一平面上。当投影平面T1包括第一侧点P2’时，第一侧点P2’和投影的第一侧点P2可以相同，从而可以省略投影第一侧点P2’的过程，并可以节省系统资源。

然而，点可以投影在包括侧点的平面上仅仅是示例性的，也可以将点投影在不包括任何点的平面上。

在下文中，将描述生成司匹曲线的过程。

图11和图12用于解释在三维模型的一侧生成司匹曲线的过程。

参考图11和图12，设置在同一投影平面T1上的投影的中心点P1和投影的第一侧点P2构成具有预定曲率半径d的圆弧，并且司匹曲线400可以基于该圆弧生成(S160)。例如，司匹曲线400可以是作为圆周的一部分的二维圆弧，并且作为投影点的投影的中心点P1和投影的第一侧点P2可以形成司匹曲线400的两端。此外，司匹曲线用曲线来连接投影的中心点P1和投影的第一侧点P2，并且可以具有使与牙齿的两端的偏差最小化的曲率半径d。例如，当使用三维模型的上颌骨数据生成司匹曲线400时，可以确定曲率半径d，以最小化司匹曲线400与构成上颌骨的牙齿的两端之间的距离偏差。作为使距离偏差最小化的方法，可以使用基于司匹曲线400到牙齿的两端的距离之和、面积之和或距离的均方根，但不限于此，并且可以使用用于获取最佳司匹曲线400的任何方法。

然而，与上述描述不同，投影平面T1可能不一定包括第一侧点P2’。图13是用于解释通过将中心点P1’和侧点投影在预定平面上生成司匹曲线的过程的视图。同时，在图13中，仅示出了为便于描述所必需的部分，省略了其余部分。

参考图13，中心点P1’和第一侧点P2’可以在三维模型中生成。中心点P1’和第一侧点P2’可以投影到预定的平面上以生成司匹曲线400，并且该预定平面可以是yz投影平面Tyz。yz投影平面Tyz可以包括投影的中心点P1和投影的第一侧点P2，并且包括投影的中心点P1和投影的第一侧点P2”的司匹曲线400可以在yz投影平面Tyz中获取。此外，牙齿的轮廓点Pa、Pb和Pc可以投影在yz投影平面Tyz上，以形成其他投影的轮廓点Pa”、Pb”和Pc”。可以基于生成的司匹曲线400，使用对应于投影的轮廓点Pa”、Pb”和Pc”的轮廓点Pa、Pb和Pc、对应于投影的中心部分P1的中心点P1’和对应于投影的第一侧点P2的第一侧点P2’，来改变弓形线，并且改变的弓形线可以应用于三维模型。同时，根据上述内容，已经描述了使用中心点P1’和第一侧点P2’生成司匹曲线400的过程，但是也可以使用中心点P1’和另一个第一侧点P3’生成司匹曲线400。

在下文中，将详细描述基于生成的司匹曲线400改变三维弓形线并将其应用于三维模型的步骤S170。

图14是根据本公开的弓形线优化方法的S170的详细流程图，并且图15和图16是用于解释基于生成的司匹曲线来改变弓形线的过程。

总体参考图14至图16，在根据本公开的弓形线优化方法中，在改变弓形线的步骤S170中，初始弓形线200可以基于在预定平面上形成的司匹曲线400来改变，并且为了方便起见，改变后的弓形线被称为最终弓形线500。

更具体地，改变弓形线的步骤S170包括将初始弓形线200投影在预定平面上的步骤S171。为了生成司匹曲线400，中心点P1’和第一侧点P2’可以投影在yz投影平面Tyz上，以生成投影的中心点P1和投影的第一侧点P2，并且也可以将初始弓形线200投影在yz投影平面Tyz上。也就是说，三维初始弓形线200投影在yz投影平面Tyz上，以生成第二投影弓形线200”。在该过程中，可以测量构成三维初始弓形线200的点与当三维初始弓形线200投影在yz投影平面Tyz上时生成的第二投影弓形线200”的对应点之间的投影距离。

当初始弓形线200投影在yz投影平面(Tyz)上以生成第二投影弓形线200”时，可以执行步骤S172，将初始弓形线200投影其上的投影弓形线的位置(更具体地，第二投影弓形线200”)改变为在预定平面上生成的司匹曲线400的位置。例如，第二投影弓形线200”的位置可以改变为在yz投影平面Tyz上生成的司匹曲线400的位置，更具体地，第二投影弓形线200”的z坐标可以改变为对应于司匹曲线的z坐标。

在改变第二投影弓形线200”的位置后，第二投影弓形线200”可以通过投影距离恢复到三维空间(S173)。将第二投影弓形线200”改变到与yz投影平面Tyz中的司匹曲线400相对应的位置，以生成投影的最终弓形线500’。投影的最终弓形线500’可以恢复到三维空间中，并形成为三维模型100的最终弓形线500，其为一个新的弓形线。为了将投影的最终弓形线500’形成为最终弓形线500，构成投影的最终弓形线500’的点通过x轴距离(投影距离)被移动到三维空间，以形成最终弓形线500，其中所述x轴距离是当初始弓形线200被投影在yz投影平面Tyz上时已经移动的距离。例如，最终弓形线500可以具有与初始弓形线200相同的x坐标和y坐标，但是可以具有基于司匹曲线400优化的z坐标。也就是说，通过在yz投影平面Tyz上投影最终弓形线500而获得的形状可以与司匹曲线400相同。以这种方式生成的最终弓形线500可以替代初始弓形线200；与初始弓形线200相比，可以表达针对患者口腔而更加优化的自然微笑线；并且可以为患者提供最佳的治疗计划。

根据上述内容，通过将在三维模型中确定的中心点P1’和第一侧点P2’投影在yz投影平面Tyz上，来确定投影的中心点P1和投影的第一侧点P2。同时，可以在yz投影平面Tyz上直接确定投影的中心点P1和投影的第一侧点P2。

作为一个示例，当生成第二投影弓形线200”时，位于距离第二投影弓形线200”的两端预定半径内的点可以分别被确定为投影的中心点P1和投影的第一侧点P2。此时，通过在yz投影平面Tyz上投影包括在初始弓形线200中的至少两个点可以获取第二投影弓形线200”。例如，该至少两个点可以是牙齿#1 301的轮廓点Pa和牙齿#6 306的轮廓点Pc。投影的轮廓点Pa”和Pc”可以形成第二投影弓形线200”的两端，并且可以将yz投影平面Tyz中以投影的轮廓点Pa”和Pc”中的每一个为中心的预定半径范围内的任意点确定为投影的中心点P1和投影的第一侧点P2。当然，基于投影的中心点P1和投影的第一侧点P2可以生成司匹曲线400。

在下文中，将描述根据本公开的司匹曲线生成装置10。在描述司匹曲线生成装置时，简要地提及或省略了在上述司匹曲线生成方法中已经描述的内容。

图17是根据本公开的弓形线优化装置10的配置图。参考图14，根据本公开的弓形线优化装置10包括扫描单元11。扫描单元11获取患者的口腔内部的图像数据。此时，患者的口腔内部的图像数据可以是患者实际口腔的图像数据或通过对口腔进行印模而获得的石膏模型的图像数据。图像数据可以是二维平面数据，但不限于此。所获取的图像数据可以存储在弓形线优化装置10的数据库单元(未示出)中。数据库单元可以是物理存储设备，或者可以是指虚拟云存储空间。

此外，弓形线优化装置10包括三维模型生成单元12。三维模型生成单元12将从扫描单元11获取的图像数据转换为三维模型。三维模型在用户界面上以三维方式表达关于包括牙齿在内的患者口腔内部的信息，并且用户可以使用三维模型分析患者的口腔并提供最佳的治疗计划。弓形线优化装置10可以使用三维模型的至少一部分生成司匹曲线，并且可以使用上颌骨数据和下颌骨数据中的至少一个作为示例。

在转换后的三维模型中，牙齿由牙齿识别单元13分割，以便可以单独识别每颗牙齿。牙齿识别单元13可以：通过数据库单元将每颗牙齿的特征应用于三维模型；识别与相应特征匹配的牙齿；并为识别的牙齿分配牙齿编号。例如，在上颌骨数据中，从左牙齿开始可以顺序地分配牙齿编号，并且分配牙齿编号的过程与上述相同。

同时，根据本公开的弓形线优化装置10可以包括弓形线生成单元14。弓形线生成单元14可以基于由三维模型生成单元12获得的三维模型和由牙齿识别单元13单独识别的牙齿的数据，来生成初始弓形线。初始弓形线可以基于通过在畸齿矫正治疗之前扫描患者的牙齿而获得的牙齿的三维模型中的预定牙齿而生成。由于生成初始弓形线的过程与上述相同，因此不再重复其详细说明。

同时，根据本公开的弓形线优化装置10包括点生成单元15，该点生成单元15基于三维模型中的多个牙齿生成至少两个点。点生成单元15可以生成用于生成司匹曲线的点。待生成的点包括基于牙齿中的门牙生成的至少一个中心点和基于牙齿中的臼齿生成的至少一个侧点。例如，第一中心点和第一侧点可以被生成以在三维模型的左侧生成第一司匹曲线，并且第二中心点和第二侧点可以被生成以在三维模型的右侧生成第二司匹曲线。

在这种情况下，第一中心点和第二中心点可以是相同的。如上所述，中心点可以通过具体牙齿的边界盒的外表面生成，并且在上颌骨中具有14颗牙齿的患者的口腔的基础上，具体牙齿可以是包括牙齿#7和#8的门牙。更具体地，中心点可以是连接门牙的边界盒的前侧相对顶点的第一线的中心。以这种方式，通过在生成第一和第二司匹曲线时使用相同的中心点，具有可以节省系统资源的优点。

另一方面，当对应于门牙的牙齿#7和牙齿#8彼此间隔开预定距离时，在生成第一司匹曲线时，可以仅使用牙齿#7来生成第一中心点，并在生成第二司匹曲线时，可以仅使用牙齿#8来生成第二中心点。在这种情况下，通过使用不同的中心点，具有可以获得精密的第一司匹曲线和第二司匹曲线的优点。

此外，点生成单元15可以生成侧点，生成的侧点可以在穿过臼齿的轮廓点并与臼齿的轮廓相切的线与水平于臼齿的最后轮廓点的线之间的交点处生成。例如，臼齿可以是牙齿#1。此时，臼齿的轮廓点可以是穿过至少一些牙齿的轮廓的弓形线上的参考点，并且弓形线可以由弓形线生成单元14生成。弓形线可以是表示牙弓形状的三维线，并且弓形线可以形成为穿过牙齿#1、牙齿#3和牙齿#6的轮廓。

此外，侧点可以由垂直于颊线的线和水平于臼齿的最后轮廓点的线之间相交生成。生成侧点的过程与上述过程相同。

同时，司匹曲线生成单元16将生成的点(中心点和侧点)投影到预定投影平面上。例如，司匹曲线生成单元16可以生成包括侧点的投影平面，并且可以将中心点投影到投影平面上作为最短距离。投影平面可以被生成为平行于yz平面，并且由于中心点被投影到投影平面上，当从一侧观看三维模型时，司匹曲线可以平坦地显示。然而，投影平面不一定包括侧点，而是可以将点投影在不包括中心点和侧点的投影平面上，从而可以生成司匹曲线。

司匹曲线生成单元16可以生成司匹曲线，使得投影的点从预定的曲率中心形成具有预定曲率半径的圆弧。此时，曲率中心可以被放置在三维模型之外，并且曲率半径可以被确定为使司匹曲线与牙齿两端的偏差最小化的值。以这种方式，由于司匹曲线被确定为使与牙齿两端的偏差最小化的值，因此可以获得最密切匹配实际口腔的司匹曲线。

同时，根据本公开的弓形线优化装置10还包括弓形线应用单元17。弓形线应用单元17可以基于由司匹曲线生成单元16生成的司匹曲线将初始弓形线改变为最终弓形线。改变后的弓形线(即，最终弓形线)可以具有更适合患者的口腔的形状，并且可以为患者提供自然的微笑线。弓形线应用单元17：将初始弓形线投影到预定平面上；通过将投影的初始弓形线匹配到由司匹曲线生成单元16生成的司匹曲线生成投影的最终弓形线；并将最终弓形线恢复到三维空间。通过最终弓形线，具有的优点是用户可以为患者提供为患者定制的弓形线并为患者提供最佳的治疗计划。

同时，由上述组件执行的至少一些过程可以通过显示单元18直观地显示给用户。显示单元18可以是允许用户视觉地识别弓形线优化装置10执行的过程的组件，并且可以是例如监视器设备、平板设备等。用户可以通过显示单元18直观且容易地检查生成的初始弓形线、司匹曲线和最终弓形线中的至少一个，并且可以基于获得的最终弓形线建立适合患者的治疗计划。

以上描述仅仅是本公开的技术思想的示例，并且本领域技术人员可以在不偏离本公开的基本特征的情况下进行各种修改和变化。

因此，本公开中所公开的实施例意在解释而不是限制本公开的技术思想，并且本公开技术思想的范围不受这些实施例的限制。本公开的保护范围应当根据以下权利要求来解释，并且在等效范围内的所有技术思想应当被解释为包括在本公开的范围内。

【工业应用性】

本公开提供了一种弓形线优化方法和使用该方法的设备，该弓形线优化方法通过在代表患者口腔的三维模型中生成司匹曲线并基于生成的司匹曲线优化弓形线来向患者提供患者特异性的治疗计划。

Claims (16)

1.一种弓形线优化方法，包括：

基于具有预定曲率半径的圆弧生成司匹曲线；和

基于所述司匹曲线改变三维弓形线。

2.根据权利要求1所述的弓形线优化方法，还包括生成初始弓形线，

其中改变所述弓形线包括基于所述司匹曲线改变所述初始弓形线。

3.根据权利要求2所述的弓形线优化方法，其中，改变所述弓形线包括：

将所述初始弓形线投影到预定平面上；

在所述预定平面上改变通过投影所述初始弓形线而获得的投影弓形线的位置为所生成的所述司匹曲线的位置；以及

通过投影距离，将改变为所述司匹曲线的位置的所述投影弓形线恢复到三维空间。

4.根据权利要求2所述的弓形线优化方法，其中，所述初始弓形线是在畸齿矫正治疗之前，基于通过扫描牙齿而获得的患者牙齿的三维模型中的预定牙齿生成的。

5.根据权利要求1所述的弓形线优化方法，其中，在生成所述司匹曲线时，在预定平面上生成构成所述圆弧的至少两个点，并且

其中所述司匹曲线是在所述预定平面上包括所述点的二维圆弧。

6.根据权利要求1所述的弓形线优化方法，其中，构成所述圆弧的至少两个点是基于多颗牙齿生成并投影在预定平面上，并且所述司匹曲线是在所述预定平面上包括所述点的二维圆弧。

7.根据权利要求1所述的弓形线优化方法，其中，构成所述圆弧的至少两个点包括基于牙齿中的门牙生成的至少一个中心点和基于牙齿中的臼齿生成的至少一个侧点。

8.根据权利要求1所述的弓形线优化方法，其中，构成所述圆弧的至少两个点中的至少一部分点包括穿过牙齿中的臼齿的轮廓点并和所述臼齿的轮廓相切的线与水平于所述臼齿的最后轮廓点的线之间的相交处生成的侧点。

9.根据权利要求8所述的弓形线优化方法，其中，所述臼齿的轮廓点是与至少一部分牙齿的轮廓相切的弓形线上的参考点。

10.根据权利要求1所述的弓形线优化方法，其中，构成所述圆弧的至少两个点中的至少一部分点包括通过牙齿的边界盒的外表面生成的中心点。

11.根据权利要求10所述的弓形线优化方法，其中，所述中心点在牙齿中的门牙的边界盒之间生成。

12.根据权利要求11所述的弓形线优化方法，其中，所述中心点是连接所述门牙的边界盒的前侧相对顶点的线的中心。

13.根据权利要求12所述的弓形线优化方法，其中，所述司匹曲线具有使与牙齿的两端的偏差最小化的曲率半径。

14.一种弓形线优化方法，包括：

生成具有预定曲率半径的二维司匹曲线；和

基于所述司匹曲线生成三维弓形线，

其中所述弓形线在预定平面上的投影与所述司匹曲线相同。

15.根据权利要求14所述的弓形线优化方法，其中，所述弓形线是基于所述司匹曲线，在畸齿矫正治疗之前，通过改变由扫描牙齿而获得的患者牙齿的三维模型生成的初始弓形线来生成的。

16.根据权利要求14所述的弓形线优化方法，其中，所述司匹曲线包括投影点，在所述投影点处，在畸齿矫正治疗之前基于通过扫描牙齿而获得的患者牙齿的三维模型而生成的至少两个点被投影到所述预定平面上。