CN116999192A - 附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及牙齿正畸技术领域，公开了一种附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质，方法包括：获取设有附件的牙颌有限元模型；获取矫治器的有限元模型，矫治器包括容纳附件的附件收容腔；根据设有附件的目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得矫治器的矫治力，获取矫治力作用下目标牙齿的第一位移和包覆目标牙齿的目标牙周膜的应变；根据目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据牙槽骨重建量获取目标牙齿的第二位移，根据第一位移和第二位移获取预设时长后目标牙齿的实际位置；根据目标位置与实际位置，获取牙齿矫治偏差进而优化附件设计参数。提高附件及矫治器设计和制造的准确性，提高设计效率及矫治效果。

Description

附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请实施例涉及牙齿正畸技术领域，特别涉及一种附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质。

背景技术

随着社会的不断发展，牙齿矫正被越来越多的人所采用，牙齿矫正是针对牙齿排列畸形或错颌，利用弓丝、托槽等组成的固定矫治器械，或者可摘式的隐形牙齿矫治器(以下简称矫治器)，对牙齿施加三维矫治力和力矩，调整颜面骨骼、牙齿和颌面肌肉三者间的平衡和协调，经过一段时间的矫治后改善面型、排齐牙列以及提高咀嚼效能。而由于矫治器相对于固定矫治器械而言，其具有美观、可自行摘戴等优点，矫治器已成为越来越多的人用来实现正畸的选择。

为了达到更好的牙齿矫正效果通常会由工程师以及临床医生根据牙齿矫治过程和目标效果，设计矫治器对患者进行牙齿矫正。但是，单纯使用矫治器有时候无法获得足够的矫治力或者合适的矫治力系，通常需要在牙齿上粘贴附件，并在此基础上制造矫治器。附件作为牙冠上凸出的几何体与矫治器作用提供额外矫治力，该矫治力与矫治器本身与牙冠作用提供的矫治力组成力系完成预期的移动。

当下常用的矫治器及附件设计方法，是基于有限元方法对牙齿在矫治器和附件作用下的移动进行计算，以此来设计符合预期矫治效果的矫治器及附件。而现有的设计方法中，一些是未考虑到牙槽骨的作用，由此得到的牙齿预期移动趋势与实际矫治过程中的牙齿移动存在较大差异，可能导致制作的相应矫治器的矫治效果不理想；另一些则是通过建立牙槽骨有限元模型来模拟牙槽骨的作用，而对于牙槽骨有限元模型的建立，通常所建立的牙槽骨有限元模型刚度较大，在牙齿移动的过程中，牙槽骨有限元模型的变形量很小，即虽然加入了牙槽骨有限元模型，但其对牙齿移动的影响远小于实际矫治过程中的牙槽骨对牙齿移动的影响，由此得到的牙齿预期移动趋势与实际矫治过程中的牙齿移动同样存在较大差异；而若根据患者的牙槽骨的实际属性来构建牙槽骨有限元模型，虽然能较准确的模拟牙槽骨对牙齿移动的影响，首先由于患者之间的个异性差异，需要对每个患者的牙槽骨进行扫描分析，耗时较长；另外，建立牙槽骨有限元模型来模拟牙槽骨的作用，运算量也较大，导致运算周期较长，矫治器及附件的设计效率低下。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质，解决如何提高牙齿矫正过程中附件及矫治器设计和制造的准确性，如何实现更好的牙齿矫治效果以及如何提高附件和矫治器的设计效率的技术问题。

为至少实现上述目的，本申请实施例提供了一种附件设计方法，包括：获取设有附件的牙颌有限元模型，所述牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型；获取矫治器的有限元模型，所述矫治器包括容纳所述附件的附件收容腔；将所述矫治器的有限元模型装配于所述牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得所述矫治器的矫治力，获取在所述矫治力作用下所述目标牙齿的第一位移和包覆所述目标牙齿的目标牙周膜的应变，所述目标牙齿为设有附件的牙齿；根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据所述牙槽骨重建量获取所述目标牙齿的第二位移，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置；根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差；根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数。

进一步地，根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数，包括：调整所述附件的摆放位置，和/或，调整所述附件的形状大小；其中，根据参数优化后的所述附件重新获取的所述矫治偏差小于当前偏差；在根据参数优化后的所述附件重新获取的所述矫治偏差满足预设条件的情况下，将当前参数作为所述附件优化后的设计参数。通过沿降低矫治偏差的方向调整附件摆放位置和/或形状，提高附件设计的准确性和有效性。

进一步地，预设条件包括所述矫治偏差小于预设阈值，或所述矫治偏差为遍历所有参数优化方案后得到的最小偏差。通过设置附件参数优化过程中对矫治偏差的要求，使得矫治偏差能够尽可能小，提高矫治效果与预期的吻合程度。

进一步地，根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后所述目标牙齿的牙槽骨重建量，包括：获取所述目标牙周膜的各主应变，并根据预先创建的牙槽骨重建速率与牙周膜应变的关系函数，获取各所述主应变方向上的牙槽骨重建速率；根据所述牙槽骨重建速率，获取所述预设时长后各所述主应变方向上的牙槽骨重建量。通过根据预设关系函数和牙周膜在不同主方向上的应变，准确获取预设时长后各主方向上的牙槽骨重建量，便于准确获取预设时长后目标牙齿的实际位置。

进一步地，获取各所述主应变方向上的牙槽骨重建速率，包括：根据以下公式获取所述牙槽骨重建速率

其中，e为所述主应变方向对应的所述主应变，c、l为常数，a为牙槽骨重建的应变下限，b为牙槽骨重建的应变上限。根据公式，准确获取各方向上的牙槽骨重建速率。

进一步地，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置，包括：获取停止施加所述矫治力后，所述目标牙周膜回弹至无应力状态下，所述目标牙齿产生的回弹位移，根据所述第一位移、第二位移和所述回弹位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置。通过考虑牙周膜回弹导致的回弹位移，进一步提高预设时长后目标牙齿实际位置预测的准确性。

进一步地，根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差，包括：根据所述目标位置与所述实际位置的空间关系，获取所述目标牙齿沿预设空间坐标系三个坐标轴的偏差；其中，所述预设空间坐标系的三个坐标轴为牙齿远近中方向轴、牙齿长轴及唇舌侧方向轴；对沿三个坐标轴的偏差进行求和，将求和结果作为所述矫治偏差。通过根据目标位置与实际位置的空间关系，将偏差分解到坐标轴方向上，准确的对矫治偏差进行量化计算。

进一步地，获取所述目标牙齿在牙齿局部坐标系三个坐标轴方向上的偏差，包括：获取所述目标牙齿在所述预设空间坐标系三个坐标轴方向上的平动偏差及绕三个坐标轴的转动偏差；所述对沿三个坐标轴的偏差进行求和，包括：对各所述平动偏差和所述转动偏差进行无量纲求和。通过综合考虑平动和转动偏差，并通过无量纲求和的方式得到总偏差，提高偏差计算的准确性。

进一步地，获取矫治器的有限元模型，包括：获取所述附件的初始设计参数；根据所述初始设计参数，获取装配所述附件后的所述牙颌有限元模型；其中，所述牙颌有限元模型中的所述目标牙齿处于所述单次矫治后的目标位置；根据装配所述附件后的所述牙颌有限元模型，获取所述矫治器的有限元模型。通过根据目标牙齿处于目标位置的牙颌模型及附件初始设计参数，准确得到矫治器模型。

进一步地，获取所述附件的初始设计参数，包括：根据所述目标牙齿当前的初始位置及所述单次矫治后的目标位置，确定所述目标牙齿的移动类型；根据所述移动类型及所述目标牙齿在预设平面的投影，确定所述附件的初始形状大小及初始摆放位置。通过根据目标牙齿的移动类型及在预设平面的投影，准确获取附件的初始设计参数。

进一步地，预设平面为目标牙齿远近中方向轴、牙齿长轴及唇舌侧方向轴中任意两个轴构成的平面。多种投影获取方式，保证附件设计的实用性。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提供了一种矫治器设计方法，根据上述附件设计方法，获取设计参数优化后的所述附件；根据所述附件优化后的设计参数，调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的所述矫治器。

进一步地，所述调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数后，还包括：根据所述目标牙周膜的应变，获取所述目标牙周膜的应力；根据所述目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整所述矫治器的目标牙齿设计移动量，直至重新获取到的所述目标牙周膜的应力处于所述预设应力区间内；根据调整后的所述目标牙齿设计移动量来调整所述矫治器的容纳所述目标牙齿的牙齿收容腔的设计参数。通过根据预设应力区间调整矫治器容纳目标牙齿的牙齿收容腔设计参数，准确实际目标牙齿设计移动量，避免牙根吸收或者无效矫治。

进一步地，根据所述目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整所述矫治器的目标牙齿设计移动量，包括：根据所述预设应力区间的上限，获取牙齿单次矫治的最大设计移动量；调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量。通过根据最大设计移动量调整矫治器的设计参数，保证矫治效果的同时，提高矫治效率，降低患者的矫治成本。

进一步地，在所述调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量前，还包括：根据所述目标牙齿的目标矫治效果，获取所述目标牙齿的目标移动量；在所述目标移动量大于所述最大设计移动量的情况下，调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量；在所述目标移动量不大于所述最大设计移动量的情况下，调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述目标移动量。通过根据牙齿需要移动的距离与最大设计移动量的关系进行矫治器参数调整，避免过度矫正。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提供了一种附件制造方法，包括：根据上述附件设计方法获取设计参数更新后的附件模型；根据所述附件模型制造附件的阴模；在所述附件的阴模上通过填充光固化树脂的形式制作所述附件。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提供了一种附件制造方法，包括：根据上述附件设计方法获取设计参数更新后的附件模型；根据所述附件对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到所述附件。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提供了一种矫治器制造方法，包括：根据上述矫治器设计方法获取设计参数更新后的矫治器模型；根据所述矫治器模型制造矫治器的阳模；在所述矫治器的阳模上以热压成型的方式得到包含牙齿形状的壳状牙科器械；在所述壳状牙科器械上沿牙龈线或邻近牙龈线处切割得到能够容纳牙齿的壳状牙齿矫治器。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提出了一种矫治器制造方法，包括：根据上述矫治器设计方法获取设计参数更新后的矫治器模型；根据所述矫治器对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到壳状牙齿矫治器。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提出了一种附件设计装置，包括：第一获取模块，用于获取设有附件的牙颌有限元模型，所述牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型；第二获取模块，用于获取矫治器的有限元模型，所述矫治器包括容纳所述附件的附件收容腔；第三获取模块，用于将所述矫治器的有限元模型装配于所述牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得所述矫治器的矫治力，获取在所述矫治力器作用下所述目标牙齿的第一位移和包覆所述目标牙齿的目标牙周膜的应变，所述目标牙齿为设有附件的牙齿；第四获取模块，用于根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据所述牙槽骨重建量获取所述目标牙齿的第二位移，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置；第五获取模块，用于根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差；调整模块，用于根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提出了一种矫治器设计装置，包括：获取模块，用于根据上述的附件设计方法，获取设计参数优化后的所述附件；设计模块，用于根据所述附件优化后的设计参数，调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的所述矫治器。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提出了一种电子设备，设备包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如上所述的附件设计方法，或矫治器设计方法。

为至少实现上述目的，本申请实施例还提出了计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的附件设计方法，或矫治器设计方法。

本申请实施例提供的附件设计方法，获取包含附件、牙齿和牙周膜的牙颌模型和矫治器模型，将矫治器装配在牙颌上，根据目标牙齿的当前位置和单次矫治后的目标位置，确定出在矫治器的矫治力，然后获取矫治力作用下设有附件的目标牙齿的第一位移和包覆目标牙齿的目标牙周膜的应变，根据牙周膜应变确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据牙槽骨重建量确定目标牙齿的第二位移，结合第一位移和第二位移确定预设时长后目标牙齿的实际位置，根据目标位置和实际位置的关系，获取目标牙齿的矫治偏差，进而根据矫治偏差优化附件的设计参数。通过根据矫治器装配目标牙齿瞬时的第一位移，根据牙周膜应变计算出的预设时长后的牙槽骨重建量，并根据牙槽骨重建量确定的第二位移，准确得到单次矫治后牙齿的实际位置；利用牙周膜应变计算牙槽骨重建量，保证计算结果准确性的同时，相对于建立牙槽骨有限元模型而言能降低运算难度，减少运算时间从而提高设计效率；根据实际位置和目标位置的关系确定牙齿矫治偏差，并根据矫治偏差优化附件的设计参数，使得设计出的附件的参数尽可能准确，进而保证实际矫治效果和预期矫治效果之间尽可能一致。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。

图1是本申请第一实施例中的附件设计方法的流程图；

图2是本申请第一实施例中的目标牙齿水平面投影示意图；

图3是本申请第一实施例中的目标牙齿的力学分析示意图

图4是本申请第一实施例中的目标牙齿的摆放位置设置示意图；

图5是本申请第二实施例中的附件设计方法的流程图；

图6是本申请第三实施例中的矫治器设计方法的流程图；

图7是本申请第四实施例中的附件制造方法的流程图；

图8是本申请第五实施例中的附件制造方法的流程图；

图9是本申请第六实施例中的矫治器制造方法的流程图；

图10是本申请第七实施例中的矫治器制造方法的流程图；

图11是本申请第八实施例中的附件设计装置的结构示意图；

图12是本申请第九实施例中的矫治器制造装置的结构示意图

图13是本申请第十实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，根据当前方案进行牙齿矫治过程中附件和矫治器的设计，并根据设计出的附件和矫治器进行牙齿矫正时，牙齿矫正的效果与预期效果存在偏差，矫治效果不佳，或者在附件和矫治器的设计过程中运算量大，设计周期较长，设计效率低。因此，如何提高牙齿矫正过程中附件及矫治器设计和制造的准确性，如何实现更好的牙齿矫治效果以及如何提高附件和矫治器的设计效率是迫切需要得到解决的技术问题。

为了解决上述的问题，本申请部分实施例提供了一种附件设计方法，包括：获取设有附件的牙颌有限元模型，牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型；获取矫治器的有限元模型，矫治器包括容纳附件的附件收容腔；将矫治器的有限元模型装配于牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得矫治器的矫治力，获取在矫治力作用下目标牙齿的第一位移和包覆目标牙齿的目标牙周膜的应变，目标牙齿为设有附件的牙齿；根据目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据牙槽骨重建量获取目标牙齿的第二位移，根据第一位移和第二位移获取预设时长后目标牙齿的实际位置；根据目标位置与实际位置，获取目标牙齿的矫治偏差；根据矫治偏差优化附件的设计参数。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

下面将结合具体的实施例的对本申请记载的附件设计方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本申请的第一实施例提供了一种附件设计方法，附件设计方法的流程可以参考图1，在一些实施例中，附件设计方法应用于具有通信、计算和数据存储能力的终端中，如电脑、手机等电子设备，本实施例以应用在电脑为例进行说明，附件设计包括以下步骤：

步骤101，获取设有附件的牙颌有限元模型，牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型。

具体地说，处理器在进行附件设计时，先根据患者的牙齿信息，通过实时生成或者读取外部导入数据的方式，获取患者牙颌有限元模型，其中，牙颌有限元模型中包含有患者多颗牙齿的有限元模型、包覆牙齿的牙周膜的有限元模型。然后根据患者的牙齿矫治计划，为患者设计初始的附件，并构建附件的有限元模型，然后将附件的有限元模型装配到牙颌模型上，获取设有附件的牙颌有限元模型。

例如，生成牙颌有限元模型时，通过对患者进行口腔扫描，得到患者口腔内牙齿的排列、形状和数量等信息，然后根据扫描数据对患者的牙齿进行三维重构，生成患者牙齿的数字模型，然后在牙齿的数字模型的外表面进行牙周膜覆盖，获取牙周膜的数字模型。获取牙周膜的有限元模型时，可以在网格化处理后的牙齿数字模型上，根据预设的堆叠算法，对处理后的牙齿表面网格进行沿外法向堆叠，以此形成包裹在牙齿周围的牙周膜的数字模型，其中，牙周膜的厚度范围0.15mm～0.38mm，通常取0.2mm作为健康成年人的牙周膜参考厚度，然后进行相应的网格化处理，完成牙周膜的有限元模型的构建。通过对牙齿进行CBCT后，根据扫描结果进行三维逆向重建，保证得到的牙齿数字模型的准确性；通过沿外法向堆叠，提高获取到的牙周膜数字模型的准确性，进而提高有限元模型与患者实际情况的吻合程度。

其中，对患者进行口腔扫描的方式包括层析X射线扫描(CAT扫描)、数字化断层X线扫描(CT)、锥形束CT扫描(CBCT)、核磁共振造像(MRI)、口内光学扫描和根据标准牙齿的模型进行三维激光扫描等，本实施例对此不做限制。

需要说明的是，牙颌有限元模型中除了牙齿和牙周膜外，还可以包括患者口腔中其余骨骼或者肌肉的网格化模型，本实施例对牙颌有限元模型中包含的具体模型数量，以及其他模型的获取方式不做限制。

另外，牙颌有限元模型主要包含三个元素，网格模型、材料属性以及约束条件和加载条件。为了保证牙颌有限元模型的变化与实际矫正过程的吻合程度，还需要对有限元模型中的各网格模型设置恰当的材料属性以及约束条件和加载条件。其中，牙齿的材料属性可以包括牙齿的弹性模量和泊松比；牙周膜的材料属性则基于粘弹性本构模型，或超弹性本构模型确定，使得牙周膜网格模型能够尽可能贴合牙周膜实际的生物应力机制；约束条件可以设置为牙根的外表面与牙周膜紧密接触，且不会产生相对滑移；牙周膜的约束条件可以设置为牙周膜外表面在矫治力施加的瞬时阶段为固定约束，在牙槽骨重建阶段时受到相应的重建位移荷载，在牙周膜应力释放阶段为自由状态。

牙齿弹性模量、泊松比，牙周膜的具体材料属性可以通过将构成成分数据输入到相应的模型中进行计算得到，或者查询相关的文献资源获取，这里就不再赘述。

步骤102，获取矫治器的有限元模型，矫治器包括容纳附件的附件收容腔。

具体地说，处理器进行附件设计时，还需要根据设有附件的牙颌有限元模型和患者牙齿的目标矫治效果，先设计出具有可以容纳附件的附件收容腔、矫治距离与目标矫治效果相吻合的矫治器有限元模型。

在一个例子中，获取矫治器的有限元模型，包括：获取附件的初始设计参数；根据初始设计参数，获取装配附件后的牙颌有限元模型；其中，牙颌有限元模型中的目标牙齿处于单次矫治后的目标位置；根据装配附件后的牙颌有限元模型，获取矫治器的有限元模型。

具体而言，在获取矫治器的有限元模型时，先获取附件的初始设计参数，并根据初始设计参数，将附件装配到预先获取的牙颌有限元模型上，然后根据患者的目标矫治效果，将患者需要进行矫治的目标牙齿移动到单次矫治后的目标位置上，得到单次矫治后装配附件的牙颌有限元模型，其中，目标牙齿可以是一个或多个。然后根据单次矫治后装配附件的牙颌有限元模型，通过对牙冠表面进行选取并向外扩张拉伸以及对部分连接区域进行重新设计完成带有厚度的壳状矫治器模型的构建，或者对牙颌有限元模型进行一定的几何处理，得到热压成型的阴模数据，并建立带有厚度信息的膜片模型，通过有限元方法以实际的材料参数，工艺参数(如温度、压力、速度)作为输入，进行热压成型工艺的有限元模拟，再将有限元模型导出进行裁剪等几何处理得到接近真实状态的矫治器模型。通过根据需要矫治的目标牙齿处于目标位置的牙颌模型及附件初始设计参数，准确得到矫治器模型。

其中，在通过有限元模拟的方式获取矫治器模型时，牙颌阴模可以使用真实的材料参数也可以使用刚体单元以提高计算效率，膜片的单元类型可以选择实体单元得到不同厚度分布的矫治器模型，也可以选择壳单元用于提高计算效率，本实施例对具体的模拟过程不做限制。

在另一个例子中，获取附件的初始设计参数，包括：根据目标牙齿当前的初始位置及单次矫治后的目标位置，确定目标牙齿的移动类型；根据移动类型及目标牙齿在预设平面的投影，确定附件的初始形状大小及初始摆放位置。

具体而言，在获取附件的初始设计参数的时候，对于目标牙齿而言，可以根据医生经验或者自动排牙算法，根据目标牙齿单次矫治的目标矫治效果，确定目标牙齿单次矫治后的目标位置，然后根据目标牙齿当前的初始位置和经过单次矫治后的目标位置之间的空间关系，确定单次矫治过程中目标牙齿的移动类型，例如，旋转、平移或者旋转且平移等。然后根据目标牙齿单次矫治的移动类型，确定需要施加给目标牙齿的矫治力和转矩方向，结合目标牙齿在预设平面上的投影，确定附件的初始形状大小以及摆放位置；具体的，在投影平面内进行初步力学分析，确定附件的初始施力面(即与矫治器发生相互作用的面)的方向以及摆放位置，并结合临床操作可行性，矫治器的可摘戴性，对附件的大小以及非施力面形状设计。

进一步地，预设平面为目标牙齿远近中方向轴(Y轴)、牙齿长轴(Z轴)及唇舌侧方向轴(X轴)中任意两个轴构成的平面，对于不同牙齿移动类型选用不同的平面进行投影分析，参见表1。通过给出多种投影获取方式，保证附件设计方法的实用性。

表1.不同牙齿移动类型对应的预设投影平面

注：原点O为牙齿的阻抗中心CR。

例如，以目标牙齿进行尖牙扭转为例进行具体说明，预设平面为牙齿长轴和唇舌测方向轴构成的平面，目标牙齿在水平面的投影可以参考图2，F为附件施力面受到的力，施力面垂直于牙冠平面，可以提供绕阻抗中心的扭转转矩，同时，施力面距离阻抗足心距离越远，提供的扭转转矩越大，因此，按照空间特征把附件放置在近中方向近牙龈位置。为了抵消扭转过程中牙齿的倾覆，施力面斜面设计为斜面，添加附件后牙颌模型在预设平面的投影和力学分析可以参考图3，CR为目标牙齿的阻抗中心，Z为牙齿长轴，X为唇舌测方向轴与牙齿长轴Z相交于阻抗中心CR，M的指向方向表示希望牙齿发生的移动为绕牙齿长轴的逆时针旋转，α为附件施力平面与水平面的夹角，F可以根据α分解为水平面的力F1及矢状面的力F2，F1与阻抗中心的距离为h1，F2与阻抗中心的距离为d1，根据力与距离分别可以形成冠状面内顺时针的转矩M1＝F*sin(α)*h1、逆时针的转矩M2＝F*cos(α)*d1及沿牙齿长轴逆时针方向上的转矩M。M为牙齿发生绕长轴旋转需要的矫治力矩，M1、M2为附件安装后产生的额外力矩，会引起牙齿在近远中方向的旋转，在设计附件施力面时尽量使得M1与M2等大反向以消除这部分额外的旋转力矩，根据上述力学分析的结果得到附件的初始摆放位置参数目标牙齿最高点和附件最低点之间的距离H1，附件最低点距离牙齿与附件距离较近的最外侧顶点之间的距离D1，附件施力面角度参数α，结合现有附件临床设计经验以及矫治器的可摘戴性确定该附件初始的施力面大小，以及非施力面形状如半球状等，从而得到附件的初始设计参数。

步骤103，根据矫治器作用下目标牙齿的位移和目标牙周膜应变，确定单次矫治后目标牙齿的实际位置。

具体而言，在获取到装配附件的牙颌有限元模型和包含附件容纳腔的矫治器有限元模型后，通过模拟的方式，将矫治器的有限元模型装配到设有附件的牙颌有限元模型上，确定在矫治器的作用下设有附件的牙齿，即目标牙齿单次矫治后的目标位置，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置，确定矫治器模型发生的形变，并根据矫治器模型的形变确定矫治器在回弹状态下对目标牙齿施加的矫治力。然后获取目标牙齿在矫治力作用下瞬时发生的第一位移，以及包覆目标牙齿的目标牙周膜的应变，根据目标牙周膜的应变，对预设时长后目标牙齿的牙槽骨重建量进行计算，获取预设时长后的牙槽骨重建量，并根据计算出的牙槽骨重建量，获取目标牙齿在预设时长内的第二位移。根据目标牙齿瞬时发生的第一位移和根据牙槽骨重建量得到的第二位移，确定预设时长后目标牙齿的实际位置。

在一个例子中，根据目标牙周膜的应变，确定预设时长后的目标牙齿的牙槽骨重建量，包括：获取目标牙周膜的各主应变，并根据预先创建的牙槽骨重建速率与牙周膜应变的关系函数，获取各主应变方向上的牙槽骨重建速率；根据牙槽骨重建速率，获取预设时长后各应变主方向上的牙槽骨重建量。

具体而言，在获取到目标牙周膜的应变后，对目标牙周膜的应变进行分析，将主应变方向的方向向量作为牙槽骨重建方向。然后根据获取到的牙周膜在各主应变方向上对应的主应变的具体应变大小，以及预先创建的牙槽骨重建速率和牙周膜应变的关系函数，获取各个主应变方向上的牙槽骨重建速率。再结合预设时长和各主应变方向上的牙槽骨重建速率，获取预设时长后各主应变方向上的牙槽骨重建量，然后在全局坐标系下对各主应变方向上的牙槽骨重建量进行分解和求和，得到全局坐标系下的牙槽骨重建量。通过根据预设的牙槽骨重建速率和牙周膜应变的关系函数，结合目标牙周膜在不同主应变方向上的主应变的具体应变大小，准确获取预设时长后各主应变方向上的牙槽骨重建量，利用有限元模型通过牙周膜外层节点的位移来表征牙槽骨重建，准确的预测出全局坐标系下的牙槽骨重建量，避免了根据刚性的牙槽骨模型进行重建量计算时复杂的计算过程。

步骤104，根据目标位置与实际位置，获取目标牙齿的矫治偏差。

具体地说，在根据目标牙齿在矫治力时间瞬间的第一位移与根据牙槽骨重建量确定的第二位移，确定出预设时长后目标牙齿的实际位置后，根据单次矫治后的目标位置和实际位置之间的空间关系，对目标牙齿的矫治偏差进行计算，获取目标牙齿的矫治偏差。

在一个例子中，根据目标位置与实际位置，获取目标牙齿的矫治偏差，包括：根据目标位置与实际位置的空间关系，获取目标牙齿沿预设空间坐标系三个坐标轴的偏差；其中，预设空间坐标系的三个坐标轴为目标牙齿的远近中方向轴、牙齿长轴及唇舌侧方向轴；对沿三个坐标轴的偏差进行求和，将求和结果作为矫治偏差。

具体而言，在根据目标牙齿的目标位置和单次矫治后的实际位置，计算目标牙齿的矫治偏差的时候，根据目标牙齿的牙齿远近中方向轴、牙齿长轴和唇舌侧方向轴作为空间坐标系的三个坐标轴，构建出一个预设空间坐标系，然后根据目标牙齿在目标位置时的坐标信息和在实际位置时的坐标信息，获取目标牙齿分别沿三个坐标轴方向上的位移偏差。然后对目标牙齿沿三个坐标轴方向上的位移偏差进行求和，将偏差的求和结果作为目标牙齿的矫治偏差。根据目标位置与实际位置的空间关系，将偏差分解到坐标轴方向上，准确的对矫治偏差进行量化计算。

进一步地，获取目标牙齿在预设空间坐标系三个坐标轴方向上的偏差，包括：获取目标牙齿在预设空间坐标系三个坐标轴方向上的平动偏差及绕三个坐标轴的转动偏差；对沿三个坐标轴的偏差进行求和，包括：对各平动偏差和转动偏差进行无量纲求和。

具体而言，在获取目标牙齿沿预设空间坐标系三个坐标轴方向上的偏差时，根据目标牙齿的目标位置和实际位置的空间关系，获取目标位置和实际位置之间沿三个坐标轴方向上的平动偏差和绕坐标轴的转动偏差，平动偏差通过位移表示，转动偏差通过弧度进行表示。以上述尖牙绕Z轴逆时针旋转为例，通过对偏差进行分解和求和，计算出实际位置与目标位置之间沿X轴、Y轴、Z轴的平动偏差Dx，Dy，Dz，以及绕X轴、Y轴、Z轴的转动偏差Rx，Ry，Rz。然后在确定目标牙齿的矫治偏差时，对获取到的平动偏差和转达偏差进行无量纲求和，根据以下公式获取无量纲求和结果S：S＝|Dx|+|Dy|+|Dz|+|Rx|+|Ry|+|Rz|，并将得到的无量纲求和结果S作为目标牙齿的矫治偏差。综合考虑目标牙齿的平动和转动偏差，并通过无量纲求和的方式得到总偏差，提高矫治偏差计算的准确性。

步骤105，根据矫治偏差优化附件的设计参数。

具体地说，在计算出目标牙齿的矫治偏差后，根据施力平面大小与矫治力大小的关系、施力平面和水平面或竖直平面的夹角与矫治力方向的关系对附件的设计参数进行调整，并重新计算以确定获得较小的矫治偏差进而达到设计参数的优化。

在一个例子中，根据矫治偏差优化附件的设计参数，包括：调整附件的摆放位置，和/或，调整附件的形状大小；其中，根据参数优化后的附件重新获取的矫治偏差小于当前偏差；在根据参数优化后的附件重新获取的矫治偏差满足预设条件的情况下，将当前参数作为附件优化后的设计参数。

具体而言，在根据矫治偏差对附件的设计参数进行优化的过程中，可以根据预设步长，对附件的摆放位置和/或附件的形状大小进行调整，其中，附件的形状大小包括施力面与水平面或竖直平面的夹角、施力面大小、非施力面形状等，进而根据设计参数更新后的附件重新进行矫治过程中的力学分析，并结合力学分析的结果按照矫治偏差的计算方法，计算出在进行附件设计参数更新后，单次矫治过程中的矫治偏差。然后对获取到的矫治偏差是否满足预设条件进行检测，在重新获取的矫治偏差能够满足预设条件的情况下，将当前参数作为附件优化后的设计参数，在重新获取的矫治偏差不能满足预设条件的情况下，继续按照预设步长对附件的摆放位置和/或形状大小进行调整，直至重新获取的矫治偏差满足预设条件。通过沿降低矫治偏差的方向调整附件摆放位置和/或形状大小，提高附件设计的准确性和有效性。

进一步地，预设条件包括矫治偏差小于预设阈值，或矫治偏差为遍历所有参数优化方案后得到的最小偏差。

具体而言，在进行设计参数优化时，可以根据预设步长对设计参数进行逐步调整并获取参数更新后的矫治偏差，还可以直接计算出在参数可调整范围内的多种参数更新方案，然后对各参数更新方案分别计算矫治偏差。然后对各种参数更新方案的矫治偏差是否满足预设条件进行检测，预设条件可以是矫治偏差小于预设阈值，也可以是当前矫治偏差为遍历所有参数优化方案后的最小偏差。进行矫治偏差是否满足预设条件的检验可以是每计算出一种参数更新方案后就进行，因此，通过预设阈值作为预设条件时，能够在尽可能保证矫治效果的同时，提高参数更新方案的确定速度，而通过矫治偏差是否为所有方案中的最小偏差作为预设条件时，能够保证最佳的矫治效果。通过设置附件参数优化过程中对矫治偏差的要求，使得矫治偏差能够尽可能小，提高矫治效果与预期的吻合程度。

例如，以上述尖牙扭转为例，确定最佳摆放位置时，为了便于直观的理解，可以参考图4中，目标牙齿在牙齿长轴和牙齿近远中方向轴构成的平面上的投影进行说明，通过上述计算方法可以计算出，完成尖牙扭转时，目标牙齿最高点和附件最低点之间的距离H1的合适范围为3mm～5mm；附件最低点距离牙齿与附件距离较近的最外侧顶点之间的距离D1的合适范围为2mm～3mm；附件施力平面和水平面的夹角的合适范围为30°～45°。这里举例了摆放位置确定的例子，同样可以将附件的形状大小作为设计变量，根据附件形状大小对施力平面与水平面或竖直平面的夹角、矫治过程中的各项力矩和对施加矫治力大小的关联关系，进行矫治偏差的计算，以获取形状大小的合适范围。

值得一提的是，根据预设步长进行附件摆放位置和附件的形状大小调整时，可以先限定其中一项保持不变调整另一项的参数，例如，先限定形状大小不变，找到矫治偏差最小的摆放位置后，再保持摆放位置不变，找到矫治偏差最小的形状大小。也可以直接计算出形状大小和摆放位置的多种组合方案，并确定各方案的矫治偏差，根据矫治偏差最小或者矫治偏差小于预设阈值的方案对附件设计参数进行更新。

需要说明的是，附件设计参数更新的过程可以是分步完成的。例如，可以在确定合适的附件摆放位置信息后，对附件摆放位置进行更新优化；得到附件形状大小的合适范围后，再对附件的形状大小进行更新，得到设计参数优化完成后的附件。附件设计参数更新的过程也可以是计算出所有设计参数的合适范围后，一次性更新所有参数，得到设计参数优化完成后的附件。本实施例对具体的设计优化方式不做限制。

本实施例中，通过构建设有附件的牙颌有限元模型和能够容纳附件的矫治器有限元模型，并根据牙周膜应变作为牙槽骨重建的刺激条件，充分考虑生物力学机制下口腔中各个位置可能产生的生理特点及变化，以更为准确的获取牙槽骨重建量，相较于直接根据牙槽骨有限元模型进行计算，极大的降低了计算复杂程度；通过根据瞬时的第一位移和牙槽骨重建量对应的第二位移，准确获取目标牙齿单次矫治后的实际位置，进而准确的得到矫治偏差，便于根据矫治偏差对附件设计参数进行优化，提高附件设计的准确性和有效性，进而保证牙齿矫治的效果和预期效果的吻合程度。

本申请第二实施例提供了一种附件设计方法，在确定牙槽骨重建量时，通过设置牙周膜应变的应变上下限，提高牙槽骨重建量计算效率的同时，保证获取到的牙槽骨重建量更加符合实际情况；进行实际位置获取时，还考虑到牙周膜回弹过程中对牙齿矫治的影响，进一步提高单次矫治后矫治偏差获取的准确性，进而提高附件设计参数优化的准确性。

本实施例中附件设计方法的流程可以参考图5，包括以下步骤：

步骤501，获取设有附件的牙颌有限元模型。

步骤502，获取矫治器的有限元模型。

本实施例中的步骤501和步骤502分别和第一实施例中的步骤101和步骤102类似，在此就不再一一赘述。

步骤503，根据矫治器作用下目标牙齿的位移及牙周膜应力释放过程中目标牙齿的位移，确定单次矫治后目标牙齿的实际位置。

具体地说，获取目标牙齿在矫治力作用下瞬时发生的第一位移，以及包覆目标牙齿的目标牙周膜的应变，根据目标牙周膜的应变和应变上下限的关系，获取各主应变方向上的牙槽骨重建速率，进而预设时长后目标牙齿的牙槽骨重建量进行计算，获取预设时长后的牙槽骨重建量，并根据计算出的牙槽骨重建量，获取目标牙齿在预设时长内的第二位移；然后获取目标牙周膜应力释放阶段，目标牙齿的回弹位移，根据第一位移、第二位移和回弹位移，确定目标牙齿在预设时长后的实际位置。

在一个例子中，获取各主应变方向上的牙槽骨重建速率时，可以根据如下公式进行牙槽骨重建速率r·的计算：

其中，e为主应变方向对应的主应变，c、l为常数，a为牙槽骨重建的应变下限，b为牙槽骨重建的应变上限。根据预设公式准确的获取各主应变方向上的牙槽骨重建速率，避免在牙周膜应变不足是计算出额外的牙槽骨重建速率以及牙周膜应变过大时，计算出的牙槽骨重建速率超过实际重建速率的最大值，进一步提高牙槽骨重建量计算的准确性。

在另一个例子中，根据第一位移和第二位移获取预设时长后目标牙齿的实际位置，包括：获取停止施加矫治力后，目标牙周膜回弹至无应力状态下，目标牙齿产生的回弹位移，根据第一位移、第二位移和回弹位移获取预设时长后目标牙齿的实际位置。

具体而言，在患者取下矫治器后，由于停止施加矫治力，牙周膜会逐渐回弹至无应力状态，在牙周膜回弹过程中，会对带动牙齿发生移动。因此，获取停止施加矫治力后，目标牙周膜回弹至无应力状态过程中，目标牙齿产生的回弹位移，然后根据施加矫治力瞬间牙齿的第一位移、矫治力作用下发生的第二位移和牙周膜回弹规程中牙齿的回弹位移进行叠加，将叠加的结果作为目标牙齿的实际位移，并根据获取到的实际位移确定单次矫治后目标牙齿的实际位置。通过考虑牙周膜回弹对目标牙齿矫治的影响，进一步提升矫治偏差计算的准确性，进而提高后续附件设计参数优化的准确性。

步骤504，根据目标位置与实际位置，获取目标牙齿的矫治偏差。

步骤505，根据矫治偏差优化附件的设计参数。

本实施例中的步骤504和步骤505分别与第一实施例中的步骤104和步骤105类似，在此就不再一一赘述。

本实施例中，结合应变上下限进行牙槽骨重建速率的计算，进一步提升牙槽骨重建量获取的准确性；通过引入牙周膜回弹至无应力状态过程中目标牙齿的回弹位移，更加贴合实际矫治过程，极大的提升了单次矫治后目标牙齿的实际位置计算的准确性，进而提高矫治偏差获取、附件设计参数优化的准确性。

本申请第三实施例提供了一种矫治器设计方法，矫治器设计方法可以应用于具有通信、计算和数据存储能力的终端，如，电脑、手机等电子设备中，本实施例以应用在电脑中为例进行说明，本实施例的矫治器设计方法的流程图可以参考图6，包括以下步骤：

步骤601，获取设计参数优化后的附件。

具体地说，处理器在进行矫治器设计的过程中，获取通过上述实施例中的附件设计方法进行设计参数优化后的附件，将获取到的附件作为矫治器收容腔需要包容的附件。

步骤602，根据附件优化后的设计参数，调整矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的矫治器。

具体地说，在进行矫治器参数优化的时候，根据获取到的附件的设计参数，对矫治器中附件收容腔的设计参数进行适应性调整，使得调整后的附件收容腔能够容纳获取到的附件，得到设计参数更新后的矫治器。

在一个例子中，在调整矫治器的附件收容腔的设计参数后，还包括：根据目标牙周膜的应变，获取目标牙周膜的应力；根据目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整目标牙齿设计移动量，直至重新获取到的目标牙周膜的应力处于预设应力区间内；根据调整后的目标牙齿设计移动量来调整矫治器的容纳目标牙齿的牙齿收容腔的设计参数。

具体而言，在对矫治器中的附件收容腔的设计参数进行更新后，根据当前附件及矫治器的设计参数，获取目标牙周膜在矫治过程中的应变，并根据目标牙周膜的应变获取目标牙周膜的应力。然后根据预先获取的预设应力区间，检测目标牙周膜的应力和预设应力区间上下限之间的关系，其中，预设应力区间下限对应的是能够引起牙齿移动的最小应力，预设应力区间上限对应的是引起牙齿最大移动速度的最小应力，预设应力区间上下限可以分别是人体毛细血管压和人体收缩压，即4.7kpa～17kpa。因此，在获取到目标牙周膜的应力后，在目标牙周膜的应力小于预设应力区间下限时，增大矫治器单次矫治的目标牙齿设计移动量；在目标牙周膜的应力大于预设应力区间上限时，减小矫治器单次矫治的目标牙齿设计移动量，使得重新获取到的目标牙周膜的应力处理预设应力区间内，然后根据矫治器目标牙齿设计移动量的变更，对容纳目标牙齿的牙齿收容腔的设计参数进行更新。

在另一个例子中，根据目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整目标牙齿设计移动量，包括：根据预设应力区间的上限，获取牙齿单次矫治的最大设计移动量；调整矫治器的设计参数，使目标牙齿设计移动量等于最大设计移动量。

具体而言，在进行矫治器设计参数更新的过程中，可以先根据预设应力区间的上限，计算出牙齿单次矫治过程中的最大设计移动量，然后根据计算出的最大设计移动量，调整矫治器收容目标牙齿的牙齿收容腔和/或收容附件的附件收容腔的设计参数，使得矫治器作用下目标牙齿设计移动量等于最大设计移动量，例如，尖牙扭转过程中，根据上述方法可以计算出单次矫治的最大扭转角度为2度。通过根据应力上限计算出单次矫治的最大设计移动量，并根据最大设计移动量调整矫治器的设计参数，保证矫治效果的同时，提高矫治效率，降低患者的牙齿矫治成本。

进一步地，在调整矫治器的设计参数，使目标牙齿设计移动量等于最大设计移动量前，还包括：根据目标牙齿的目标矫治效果，获取目标牙齿的目标移动量；在目标移动量大于最大设计移动量的情况下，调整矫治器的设计参数，使目标牙齿设计移动量等于最大设计移动量；在目标移动量不大于最大设计移动量的情况下，调整矫治器的设计参数，使目标牙齿设计移动量等于目标移动量。

具体而言，在将矫治器的目标牙齿设计移动量调整后最大设计移动量前，需要根据目标牙齿的目标矫治效果，确定目标牙齿当前需要矫治的目标移动量，然后对目标移动量和最大设计移动量的大小关系进行检测，在目标移动量大于最大设计移动量的情况下，调整矫治器的设计参数，使目标牙齿设计移动量等于最大设计移动量；在目标移动量不大于最大设计移动量的情况下，调整矫治器的设计参数，使目标牙齿设计移动量等于目标移动量。通过根据牙齿需要移动的距离与最大设计移动量的关系进行矫治器参数调整，避免过度矫正，尽可能保证矫治的效果。

此外，应当理解的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本申请第四实施例涉及一种附件制造方法，参考图7，包括：

步骤701，获取设计参数更新后的附件模型。

具体而言，在进行附件制造的过程中，处理器根据管理员输入的指令，获取通过上述附件设计方法实施例中的方案得到的设计参数更新后的数字化附件模型。

步骤702，根据附件模型制造附件的阴模。

具体地说，在获取到设计参数更新后的数字化附件模型后，对数字化附件模型进行数据的提取和转换，将数字化附件模型的数据转换为制造附件阴模的规格数据，然后根据得到的规格数据完成附件的阴模的制造。

值得一提的是，根据附件的阴模规格数据制造出附件阴模时，可以采用快速成型技术进行制造，将附件阴模的规格数据转换成采用的快速成型技术对应的数据格式，然后利用快速成型技术完成制造。其中，采用的快速成型技术包括：立体光刻(StereoLithography，STL)、激光快速成形(Stereo lithography Apparatus，SLA)、分层实体制造(Laminated Object Manufacturing，LOM)、激光选区烧结(Selected Laser Sintering，SLS)、熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)、三维打印制造(ThreeDimensional Printing，3DP)等，本实施例对采用的具体快速成型技术不做限制。

步骤703，在附件的阴模上通过填充光固化树脂的形式制作附件。

具体地说，在获取到附件的阴模后，向附件的阴模中填充光固化树脂，具体的可选用紫外光固化树脂，在填充光固化树脂后，通过光照实现树脂的固化以形成附件。采用上述方式可极大提升制造效率和准确性。

本申请第五实施例涉及一种附件制造方法，参考图8，包括：

步骤801，获取设计参数更新后的附件模型。

具体而言，在进行附件制造的过程中，处理器根据管理员输入的指令，获取通过上述附件设计方法实施例中的方案得到的设计参数更新后的数字化附件模型。

步骤802，根据附件对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到附件。

具体地说，在获取到数字化附件后，对数字化附件进行数据的提取和转换，将数字化附件的数据转换为具体的规格数据，然后根据获取到的数字化附件的规格数据，通过增材制造的工艺制造出附件。

值得一提的是，根据数字化附件的规格数据制造出附件时，可以采用快速成型技术进行制造，将附件的规格数据转换成采用的快速成型技术对应的数据格式，然后利用快速成型技术完成制造。其中，采用的快速成型技术包括：立体光刻、激光快速成形、分层实体制造、激光选区烧结、熔融沉积制造、三维打印制造等，本实施例对采用的具体快速成型技术不做限制。

本实施例通过根据数字化附件，利用快速成型技术，准确高效的完成附件的制造。

本申请第六实施例涉及一种矫治器制造方法，参考图9，包括：

步骤901，获取设计参数更新后的矫治器模型。

具体地说，在进行矫治器制造的过程中，电脑先获取通过上述矫治器设计方法设计出的数字化矫治器，并对数字化矫治器进行解析，得到制造的矫治器的相关参数和数据。

步骤902，根据矫治器模型制造矫治器的阳模。

具体地说，在获取到数字化矫治器的模型后，对数字化矫治器模型进行数据的提取和转换，将数字化矫治器模型的数据转换为制造矫治器阳模的规格数据，然后根据得到的规格数据完成矫治器的阳模的制造。

步骤903，在矫治器的阳模上以热压成型的方式得到包含牙齿形状的壳状牙科器械。

具体地说，在获取到矫治器的阳模后，可以借助热压成形设备，通过正压压膜技术，将由透明聚合物材料(具有弹性的聚合物，例如聚碳酸酯)构成的矫治器膜片在上述矫治器的阳模上进行压制，以形成壳体，从而制得包含牙齿形状的壳状牙科器械。通过热压成型的方式极大提升制造效率和准确性。

步骤904，在壳状牙科器械上沿牙龈线或邻近牙龈线处切割得到能够容纳牙齿的壳状牙齿矫治器。

具体地说，为了使得制造出的牙齿矫治器能够良好的起到矫治作用，需要保证牙齿矫治器能够正常使用，因此，在热压成型的壳状牙科器械上，沿牙龈线或邻近牙龈线处对壳状牙科器械进行切割，使得切割后的壳状牙科器械能够容纳患者的牙齿，进而完成壳状牙齿矫治器的制造。

值得一提的是，根据数字化矫治器的规格数据制造出壳状牙齿矫治器时，可以采用快速成型技术进行制造，将数字化矫治器的规格数据转换成采用的快速成型技术对应的数据格式，然后利用快速成型技术完成制造。其中，采用的快速成型技术包括：立体光刻、激光快速成形、分层实体制造、激光选区烧结、熔融沉积制造、三维打印制造等，本实施例对采用的具体快速成型技术不做限制。

本实施例通过根据数字化矫治器，利用快速成型技术，准确高效的完成矫治器的制造。

本申请第七实施例涉及一种矫治器制造方法，参考图10，包括：

步骤1001，获取设计参数更新后的矫治器模型。

具体而言，在进行矫治器制造的过程中，处理器根据管理员输入的指令，获取通过上述矫治器设计方法实施例中的方案得到的设计参数更新后的数字化矫治器模型。

步骤1002，根据矫治器对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到壳状牙齿矫治器。

具体地说，在获取到数字化矫治器后，对数字化矫治器进行数据的提取和转换，将数字化矫治器的数据转换为具体的规格数据，然后根据获取到的数字化矫治器的规格数据，通过增材制造的工艺制造出壳状牙齿矫治器。

值得一提的是，根据数字化矫治器的规格数据制造出矫治器时，可以采用快速成型技术进行制造，将矫治器的规格数据转换成采用的快速成型技术对应的数据格式，然后利用快速成型技术完成制造。其中，采用的快速成型技术包括：立体光刻、激光快速成形、分层实体制造、激光选区烧结、熔融沉积制造、三维打印制造等，本实施例对采用的具体快速成型技术不做限制。

本申请第八实施例涉及一种附件设计装置，参考图11，包括：

第一获取模块1101，用于获取设有附件的牙颌有限元模型，牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型。

第二获取模块1102，用于获取矫治器的有限元模型，矫治器包括容纳附件的附件收容腔。

第三获取模块1103，用于将矫治器的有限元模型装配于牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得矫治器的矫治力，获取在矫治力作用下目标牙齿的第一位移和包覆目标牙齿的目标牙周膜的应变，目标牙齿为设有附件的牙齿；根据目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据牙槽骨重建量获取目标牙齿的第二位移，根据第一位移和第二位移获取预设时长后目标牙齿的实际位置。

第四获取模块1104，根据目标位置与实际位置，获取目标牙齿的矫治偏差。

调整模块1105，用于根据矫治偏差优化附件的设计参数。

不难发现，本实施例为与方法实施例相对应的装置实施例，本实施例可与方法实施例互相配合实施。方法实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在方法实施例中。

值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

本申请第九实施例提供了一种矫治器设计装置，参考图12，包括：

获取模块1201，用于根据上述的附件设计方法，获取设计参数优化后的附件；

设计模块1202，用于根据附件优化后的设计参数，调整矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的矫治器。

不难发现，本实施例为与方法实施例相对应的装置实施例，本实施例可与方法实施例互相配合实施。方法实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在方法实施例中。

值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

本申请第十实施例提供了一种电子设备，参考图13，包括：至少一个处理器1301；以及，与至少一个处理器1301通信连接的存储器1302；其中，存储器1302存储有可被至少一个处理器1301执行的指令，指令被至少一个处理器1301执行，以使至少一个处理器1301能够执行上述任一方法实施例所描述的附件设计方法或矫治器设计方法。

其中，存储器1302和处理器1301采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器1301和存储器1302的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器1301处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传输给处理器1301。

处理器1301负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器1302可以被用于存储处理器1301在执行操作时所使用的数据。

本申请第十一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (23)

1.一种附件设计方法，其特征在于，包括：

获取设有附件的牙颌有限元模型，所述牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型；

获取矫治器的有限元模型，所述矫治器包括容纳所述附件的附件收容腔；

将所述矫治器的有限元模型装配于所述牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得所述矫治器的矫治力，获取在所述矫治力作用下所述目标牙齿的第一位移和包覆所述目标牙齿的目标牙周膜的应变，所述目标牙齿为设有附件的牙齿；根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据所述牙槽骨重建量获取所述目标牙齿的第二位移，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置；

根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差；

根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数。

2.根据权利要求1所述的附件设计方法，其特征在于，所述根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数，包括：

调整所述附件的摆放位置，和/或，调整所述附件的形状大小；其中，根据参数优化后的所述附件重新获取的所述矫治偏差小于当前偏差；

在根据参数优化后的所述附件重新获取的所述矫治偏差满足预设条件的情况下，将当前参数作为所述附件优化后的设计参数。

3.根据权利要求2所述的附件设计方法，其特征在于，所述预设条件包括所述矫治偏差小于预设阈值，或所述矫治偏差为遍历所有参数优化方案后得到的最小偏差。

4.根据权利要求1所述的附件设计方法，其特征在于，所述根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后所述目标牙齿的牙槽骨重建量，包括：

获取所述目标牙周膜的各主应变，并根据预先创建的牙槽骨重建速率与牙周膜应变的关系函数，获取各所述主应变方向上的牙槽骨重建速率；

根据所述牙槽骨重建速率，获取所述预设时长后各所述主应变方向上的牙槽骨重建量。

5.根据权利要求4所述的附件设计方法，其特征在于，所述获取各所述主应变方向上的牙槽骨重建速率，包括：根据以下公式获取所述牙槽骨重建速率

其中，e为所述主应变方向对应的所述主应变，c、l为常数，a为牙槽骨重建的应变下限，b为牙槽骨重建的应变上限。

6.根据权利要求1所述的附件设计方法，其特征在于，所述根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置，包括：

获取停止施加所述矫治力后，所述目标牙周膜回弹至无应力状态下，所述目标牙齿产生的回弹位移，根据所述第一位移、第二位移和所述回弹位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置。

7.根据权利要求1所述的附件设计方法，其特征在于，所述根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差，包括：

根据所述目标位置与所述实际位置的空间关系，获取所述目标牙齿沿预设空间坐标系三个坐标轴的偏差；其中，所述预设空间坐标系的三个坐标轴为牙齿远近中方向轴、牙齿长轴及唇舌侧方向轴；

对沿三个坐标轴的偏差进行求和，将求和结果作为所述矫治偏差。

8.根据权利要求7所述的附件设计方法，其特征在于，所述获取所述目标牙齿在预设空间坐标系三个坐标轴方向上的偏差，包括：

获取所述目标牙齿在所述预设空间坐标系三个坐标轴方向上的平动偏差及绕三个坐标轴的转动偏差；

所述对沿三个坐标轴的偏差进行求和，包括：

对各所述平动偏差和所述转动偏差进行无量纲求和。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的附件设计方法，其特征在于，所述获取矫治器的有限元模型，包括：

获取所述附件的初始设计参数；

根据所述初始设计参数，获取装配所述附件后的所述牙颌有限元模型；其中，所述牙颌有限元模型中的所述目标牙齿处于所述单次矫治后的目标位置；

根据装配所述附件后的所述牙颌有限元模型，获取所述矫治器的有限元模型。

10.根据权利要求9所述的附件设计方法，其特征在于，所述获取所述附件的初始设计参数，包括：

根据所述目标牙齿当前的初始位置及所述单次矫治后的目标位置，确定所述目标牙齿的移动类型；

根据所述移动类型及所述目标牙齿在预设平面的投影，确定所述附件的初始形状大小及初始摆放位置。

11.根据权利要求10所述的附件设计方法，其特征在于，所述预设平面为所述目标牙齿的远近中方向轴、牙齿长轴及唇舌侧方向轴中任意两个轴构成的平面。

12.一种矫治器设计方法，其特征在于，包括：

根据权利要求1至11中任一项所述的附件设计方法，获取设计参数优化后的所述附件；

根据所述附件优化后的设计参数，调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的所述矫治器。

13.根据权利要求12所述的矫治器设计方法，其特征在于，在所述调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数后，还包括：

根据所述目标牙周膜的应变，获取所述目标牙周膜的应力；

根据所述目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整所述目标牙齿设计移动量，直至重新获取到的所述目标牙周膜的应力处于所述预设应力区间内；

根据调整后的所述目标牙齿设计移动量来调整所述矫治器的容纳所述目标牙齿的牙齿收容腔的设计参数。

14.根据权利要求13所述的矫治器设计方法，其特征在于，所述根据所述目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整所述目标牙齿设计移动量，包括：

根据所述预设应力区间的上限，获取牙齿单次矫治的最大设计移动量；

调整所述矫治器的设计参数，使所述目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量。

15.根据权利要求14所述的矫治器设计方法，其特征在于，在所述调整所述矫治器的设计参数，使所述目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量前，还包括：

根据所述目标牙齿的目标矫治效果，获取所述目标牙齿的目标移动量；

在所述目标移动量大于所述最大设计移动量的情况下，调整所述矫治器的设计参数，使所述目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量；

在所述目标移动量不大于所述最大设计移动量的情况下，调整所述矫治器的设计参数，使所述目标牙齿设计移动量等于所述目标移动量。

16.一种附件制造方法，其特征在于，包括：

根据权利要求1至11中任一项所述的附件设计方法获取设计参数更新后的附件模型；

根据所述附件模型制造附件的阴模；

在所述附件的阴模上通过填充光固化树脂的形式制作所述附件。

17.一种附件制造方法，其特征在于，包括：

根据权利要求1至11中任一项所述的附件设计方法获取设计参数更新后的附件模型；

根据所述附件对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到所述附件。

18.一种矫治器制造方法，其特征在于，包括：

根据权利要求12至15中任一项所述的矫治器设计方法获取设计参数更新后的矫治器模型；

根据所述矫治器模型制造矫治器的阳模；

在所述矫治器的阳模上以热压成型的方式得到包含牙齿形状的壳状牙科器械；

在所述壳状牙科器械上沿牙龈线或邻近牙龈线处切割得到能够容纳牙齿的壳状牙齿矫治器。

19.一种矫治器制造方法，其特征在于，包括：

根据权利要求12至15中任一项所述的矫治器设计方法获取设计参数更新后的矫治器模型；

根据所述矫治器对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到壳状牙齿矫治器。

20.一种附件设计装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取设有附件的牙颌有限元模型，所述牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型；

第二获取模块，用于获取矫治器的有限元模型，所述矫治器包括容纳所述附件的附件收容腔；

第三获取模块，用于将所述矫治器的有限元模型装配于所述牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得所述矫治器的矫治力，获取在所述矫治力作用下所述目标牙齿的第一位移和包覆所述目标牙齿的目标牙周膜的应变，所述目标牙齿为设有附件的牙齿；

第四获取模块，用于根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据所述牙槽骨重建量获取所述目标牙齿的第二位移，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置；

第五获取模块，用于根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差；

调整模块，用于根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数。

21.一种矫治器设计装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于根据权利要求1至11中任一项所述的附件设计方法，获取设计参数优化后的所述附件；

设计模块，用于根据所述附件优化后的设计参数，调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的所述矫治器。

22.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至11中任意一项所述的附件设计方法，或如权利要求12至15中任一项所述的矫治器设计方法。

23.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至11中任一项所述的附件设计方法，或如权利要求12至15中任一项所述的矫治器设计方法。