CN117379207B - 一种活动义齿压力模型的数字化生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，涉及口腔医学领域。包括：S1：获取使用数字化口内扫描技术所得到的患者牙列、剩余牙槽嵴黏膜，以及义齿覆盖区域的表面三维数据，作为工作模型数据；S2：根据获取的三维数据与颌位关系设计导板并进行3D打印得到导板；S3：获取利用导板和探针所得到的患者口内的黏膜变形量；S4：根据患者口内的黏膜变形量对口内扫描获取的工作颌模型三维数据进行变形操作，得到最终的活动义齿压力模型。本发明提高了口内扫描获取牙列缺损、牙列缺失患者软组织功能状态下表面形态的准确性，减少了印模和模型材料的消耗，有助于获得患者更高的义齿戴用舒适度和满意度。

Description

一种活动义齿压力模型的数字化生成方法

技术领域

本发明涉及口腔医学领域，尤其涉及一种活动义齿压力模型的数字化生成方法。

背景技术

活动义齿适用于牙列部分牙齿缺失到全部牙齿缺失，它是利用余留天然牙和/或义齿所覆盖的黏膜、骨组织做支持和固位，患者能够自行摘戴的一种修复体。印模制取是活动义齿修复治疗非常重要的环节，直接影响修复体制作的精度。活动义齿的印模不仅要求基牙和余留牙的准确形态，而且还要取得余留牙周围、缺牙区牙槽嵴及所有义齿覆盖区域完整、精确的组织形态，以及软组织形态。义齿的支持方式有牙支持式、混合支持式和黏膜支持式3种，各自印模所取得的功能状态不同，印模方式可以分为解剖式印模和功能性印模两种。

功能性印模的的传统制取方式主要包括个别托盘的制作和印模的口内制取两部分。制取功能压力印模的传统方式，技术敏感性较高，临床医生操作的经验技巧极大程度地影响印模制取的准确性；一般来说，制取功能压力需要患者两次就诊，初始模型的灌制等环节需要1到2个工作日，无法在一次就诊过程中完成功能压力印模的制取；对于开口受限、咽反射强烈，余留牙松动、倒凹明显的患者来说，反复制取印模容易造成患者恶心不适，余留牙及牙周组织损伤，甚至误拔。

数字化口内扫描技术已经成为临床正在普及的一种先进技术，现有数字化口内扫描系统成像均基于光学扫描技术原理，采用光源进行口内组织照明，然后通过数字传感器捕捉后进行信息后处理及数据输出。口内扫描系统依据其使用光源不同可主要分为两大类：一类是基于激光技术的口内扫描系统，所应用的技术原理主要为平行共焦成像技术和激光三角测量等技术，口内扫描时能从不同的角度和位置捕捉口腔组织图像；第二类是基于可见光技术的口内扫描系统，技术原理是通过静态图像采集、视频捕获及实时图像捕捉等技术方法采集图像。

口内扫描仪可以直接获取口内软硬组织表面形态三维数据，便于数据存储和传输；节省印模材和石膏材料，节省椅旁操作时间；减少患者取印模时咽反射引起的恶心不适；能够记录口内软硬组组的色彩信息。

数字化口内扫描技术虽然在牙体缺损修复、种植修复等方面应用已经大获成功，但其在可摘局部义齿方面的应用尚不普及，现在临床牙列缺损、牙列缺失信息数据的获取还主要依靠传统印模技术获得的石膏模型。对于开口受限的牙列缺损、牙列缺失患者，传统印模方式难以制取完整印模；此外，对于咽反射明显的患者，传统方式制取印模会导致患者异物感强烈、恶心不适、难以配合完成印模制取等临床操作。传统的印模技术在制取印模后还需要经过模型灌制、模型消毒等环节。对于肯式I类、II类的牙列缺损或者牙弓存在长缺隙的牙列缺损患者以及牙列缺失的患者，为了准确制取义齿基托下黏膜在功能状态下受压变形后的形态，需要格外制作个别托盘或者采用红膏重衬托盘等方式辅助制取印模。目前口内扫描无法制取功能压力印模，所以建立一种方法来预测义齿基托下黏膜在功能状态下的受压变形量，以模拟传统印模制取时的黏膜的功能变形，提高口内扫描技术在获取游离端缺失或者长缺隙缺失的牙列缺损、牙列缺失患者口内印模的准确性仍是待解决的问题。

因此，提出一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，可以预测义齿基托下黏膜在功能状态下的受压变形量，以模拟传统印模制取时的黏膜的功能变形，提高口内扫描技术在获取游离端缺失或者长缺隙缺失牙列缺损患者以及牙列缺失患者的口内印模的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，包括以下步骤：

S1：获取使用数字化口内扫描技术所得到的患者牙列、剩余牙槽嵴黏膜，以及义齿覆盖区域的表面三维数据，作为工作模型数据；

S2：根据获取的三维数据与颌位关系设计导板并进行3D打印得到导板；

S3：获取利用导板和探针所得到的患者口内的黏膜变形量；

S4：根据患者口内的黏膜变形量对口内扫描获取的工作颌模型三维数据进行变形操作，得到最终的活动义齿压力模型。

上述的方法，可选的，S1中的数字化口内扫描技术，基于光学扫描技术原理，采用光源进行口内组织照明，然后通过数字传感器捕捉后进行信息后处理及数据输出。

上述的方法，可选的，S2中，设计导板并3D打印步骤具体如下：

S2.1：根据获取牙颌表面三维扫描数据，在三维逆向工程软件中对基牙进行必要的缓冲、填倒凹操作；

S2.2：划分主承托区、副承托区、缓冲区，沿着可摘局部义齿基托所要覆盖的范围绘制边缘线，在有余留牙时，在个别余留牙上设计辅助定位、固位的卡环或者支托，以辅助导板在口内的准确定位和增加固位力，在支托凹、卡环的区域绘制边缘线；

S2.3：剪裁去除边缘线以外的区域；

S2.4：沿法向均匀厚度抽壳形成导板主体；

S2.5：修复导板主体边缘；

S2.6：在3D打印修复软件中，导板覆盖的区域，在软组织表面设计多个均匀分布的关键点，记为集合KP：

KP＝{Pn|n＝1,2,...,N}

其中，N是关键点的数量，记录各个关键点的坐标值，

Coord(Pn)＝(xn,yn,zn)

Coord(Pn)表示第n个关键点的三维坐标；

S2.7：以关键点位置为中心，沿曲面法向生成穿通孔，穿通孔直径大于探针尖端；

S2.8：将设计好的数据导入三维打印机打印。

上述的方法，可选的，步骤S2.1中，三维逆向工程软件为Geomagic；步骤S2.6中，3D打印修复软件为Magics。

上述的方法，可选的，步骤S2.4中，抽壳厚度为2-3mm；步骤S2.6中，关键点间隔为3-8mm；步骤S2.7中，穿通孔直径为1-5mm。

上述的方法，可选的，步骤S2.8中，采用光固化树脂材料，以SLA或DLP工艺打印。

上述的方法，可选的，S3中，黏膜变形量＝探入深度-导板厚度；用D(P)表示关键点P所在位置穿通孔中测量的黏膜变形量。

上述的方法，可选的，S4中，根据患者口内的黏膜变形量对口内扫描获取的工作颌模型三维数据进行变形操作，步骤具体如下：

S4.1：对模型中黏膜区域中任一三角网格顶点S(xs，ys，zs)，首先采用通用算法计算其法向量(nx，ny，nz)；

S4.2：以L(S，Pn)表示S与KP中第n个关键点的欧氏距离：

S4.3：计算顶点S与关键点KP中每个点的距离，形成集合LS_KP：

LS_KP＝{L(S,Pn)|Pn∈KP}；

S4.4：找到LS_KP集合中距离的最小值，设为Lmin；将KP中与S距离小于或等于η*Lmin的点作为集合M，其中η作为一个系数，取值大于或等于1；

M＝{Pk|L(S,Pk)≤η*Lmin,Pk∈KP}；

S4.5：计算点集M对应的黏膜变形量的平均值d_mean：

其中，K为集合M中点的数量，D(Pk)表示关键点Pk所在位置穿通孔中测量的黏膜变形量，则顶点S的变形量可插值计算为：

其中，λ为系数，取值为任意实数值，且与顶点S所在的区域有关，如S位于主、副承托区则λ取正值，S位于缓冲区则λ取负值；

S4.6：顶点S变形偏移后的新坐标计算如下：

通过以上算法对所有区域的三角网格顶点坐标进行遍历更新，即可获得变形后的三维模型数据。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，具有以下有益效果：

1)解决口内扫描技术无法制取牙列缺损、牙列缺失患者的口内压力印模的问题；2)简化传统压力印模制取的临床操作流程，降低压力印模制取的技术敏感性，节省印模和石膏等材料；3)通过该方法牙列缺损、牙列缺失患者可获取工作颌功能压力模型，避免取模等临床操作造成患者的恶心不适、降低倒凹过大的余留牙、松动牙的误拔风险；4)直接获取患者的压力模型数据，便于存储和分析，同时模型数据可以直接发送技工端，技师开始义齿的设计和制作，缩短可摘局部义齿的加工周期，有利于患者早日戴牙。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种活动义齿压力模型的数字化生成方法流程图；

图2为本发明提供的设计完成的导板结构图；

图3为本发明提供的探针及尖端深度指示实物图；

图4为本发明提供的功能压力模型测量导板示意图。

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，所描述的实施例仅仅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。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

参照图1所示，本发明公开了一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，包括以下步骤：

S1：获取使用数字化口内扫描技术所得到的患者牙列、剩余牙槽嵴黏膜，以及义齿覆盖区域的表面三维数据，作为工作模型数据；

S2：根据获取的三维数据与颌位关系设计导板并进行3D打印得到导板；

S3：获取利用导板和探针所得到的患者口内的黏膜变形量；

S4：根据患者口内的黏膜变形量对口内扫描获取的工作颌模型三维数据进行变形操作，得到最终的活动义齿压力模型。

进一步的，S1中的数字化口内扫描技术，基于光学扫描技术原理，采用光源进行口内组织照明，然后通过数字传感器捕捉后进行信息后处理及数据输出。

进一步的，S2中，设计导板并3D打印步骤具体如下：

S2.1：根据获取牙颌表面三维扫描数据，在三维逆向工程软件中对基牙进行必要的缓冲、填倒凹操作；

具体的，步骤S2.1中，三维逆向工程软件为Geomagic；

S2.2：划分主承托区、副承托区、缓冲区，沿着可摘局部义齿基托所要覆盖的范围绘制边缘线，在有余留牙时，在个别余留牙上设计辅助定位、固位的卡环或者支托，以辅助导板在口内的准确定位和增加固位力，在支托凹、卡环的区域绘制边缘线；

S2.3：剪裁去除边缘线以外的区域；

S2.4：沿法向均匀厚度抽壳形成导板主体；

具体的，步骤S2.4中，抽壳厚度为2-3mm；

S2.5：修复导板主体边缘；

S2.6：在3D打印修复软件中，导板覆盖的区域，在软组织表面设计多个均匀分布的关键点，记为集合KP：

KP＝{Pn|n＝1,2,...,N}

其中，N是关键点的数量，记录各个关键点的坐标值，

Coord(Pn)＝(xn,yn,zn)

Coord(Pn)表示第n个关键点的三维坐标；

具体的，步骤S2.6中，3D打印修复软件为Magics；关键点间隔为3-8mm；

S2.7：以关键点位置为中心，沿曲面法向生成穿通孔，穿通孔直径大于探针尖端；

具体的，步骤S2.7中，穿通孔直径为1-5mm；

S2.8：将设计好的数据导入三维打印机打印；

具体的，步骤S2.8中，采用光固化树脂材料，以SLA或DLP工艺打印。

进一步的，参照图2所示，导板主体厚度均匀，直径2-3mm，导板组织面与义齿基托覆盖软组织表面贴合，如还有余留牙，则需要避开牙齿，可选的(辅助定位/固位结构)：可在个别余留牙上设计辅助定位、固位的卡环或者支托，以辅助导板在口内的准确定位和增加固位力。

进一步的，在导板主体覆盖牙列游离端或者长缺隙的软组织区域上，设计若干个垂直于软组织表面的穿通孔，穿通孔直径容许探针尖端恰好无阻力通过。

进一步的，参照图3所示，S3中，所涉及软组织受压变形量辅助测量装置，由3D打印变形量测量导板和有刻度的探针(或者直径小于5mm的深度测量杆)组成。

进一步的，探针可以是电子探针，具有自动读取刻度以及测量探针尖端压力功能，可以在达到设定压力值后自动读取探入深度，以此计算黏膜变形量，所设定的压力值可以根据义齿所需要恢复的咬合力大小、主/副承托区面积、探针尖端直径、探测位置所属区域来决定。

进一步的，S3中，黏膜变形量＝探入深度-导板厚度；用D(P)表示关键点P所在位置穿通孔中测量的黏膜变形量。

进一步的，S4中，根据患者口内的黏膜变形量对口内扫描获取的工作颌模型三维数据进行变形操作，步骤具体如下：

S4.1：对模型中黏膜区域中任一三角网格顶点S(xs，ys，zs)，首先采用通用算法计算其法向量(nx，ny，nz)；

S4.2：以L(S，Pn)表示S与KP中第n个关键点的欧氏距离：

S4.3：计算顶点S与关键点KP中每个点的距离，形成集合LS_KP：

LS_KP＝{L(S,Pn)|Pn∈KP}；

S4.4：找到LS_KP集合中距离的最小值，设为Lmin；将KP中与S距离小于或等于η*Lmin的点作为集合M，其中η作为一个系数，取值大于或等于1；

M＝{Pk|L(S,Pk)≤η*Lmin,Pk∈KP}；

S4.5：计算点集M对应的黏膜变形量的平均值d_mean：

其中，K为集合M中点的数量，D(Pk)表示关键点Pk所在位置穿通孔中测量的黏膜变形量，则顶点S的变形量可插值计算为：

其中，λ为系数，取值为任意实数值，且与顶点S所在的区域有关，如S位于主、副承托区则λ取正值，S位于缓冲区则λ取负值；

S4.6：顶点S变形偏移后的新坐标计算如下：

通过以上算法对所有区域的三角网格顶点坐标进行遍历更新，即可获得变形后的三维模型数据。

进一步的，参照图4所示，图4功能压力模型测量导板：4A为导板面观(测量孔径1.0mm)；4B为导板组织面(测量孔径1.0mm)；4C为探针沿测量孔探入，模拟临床向黏膜表面加压，测量黏膜受压变形量；4D为导板/>面观(测量孔径2.5mm)；4E导板组织面(测量孔径2.5mm)；4F细杆深度测量尺沿测量孔探入，模拟临床上向黏膜表面加压，测量黏膜受压变形量。

进一步的，参照图4所示，将打印完成后的缺牙区功能压力模型预测导板在患者口内完全就位，医生使用带刻度的探针依次探入主、副承托区分布的穿通孔内，探针尖端垂直于黏膜表面缓慢用力加压，待患者自觉略有压痛不适读取导板外表面穿通孔处对应的刻度值，探入深度＝黏膜最大变形量+导板厚度；

按照相同方法，逐孔探入并计算对应位点的黏膜变形量；

按本专利的变形算法对口内扫描获取的工作颌模型三维数据进行变形，得到最终的工作模型；

进一步的，完成对颌牙列的口内扫描，以及颌位关系的口内扫描，将最终的工作模型、对颌模型扫描数据以及口扫获取的颌位关系发送者技工端，开始义齿的设计和制作。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取使用数字化口内扫描技术所得到的患者牙列、剩余牙槽嵴黏膜，以及义齿覆盖区域的表面三维数据，作为工作模型数据；

S2：根据获取的三维数据与颌位关系设计导板并进行3D打印得到导板；

S2步骤具体如下：

S2.1：根据获取牙颌表面三维扫描数据，在三维逆向工程软件中对基牙进行必要的缓冲、填倒凹操作；

S2.2：划分主承托区、副承托区、缓冲区，沿着可摘局部义齿基托所要覆盖的范围绘制边缘线，在有余留牙时，在个别余留牙上设计辅助定位、固位的卡环或者支托，以辅助导板在口内的准确定位和增加固位力，在支托凹、卡环的区域绘制边缘线；

S2.3：剪裁去除边缘线以外的区域；

S2.4：沿法向均匀厚度抽壳形成导板主体；

S2.5：修复导板主体边缘；

S2.6：在3D打印修复软件中，导板覆盖的区域，在软组织表面设计多个均匀分布的关键点，记为集合KP：

KP＝{Pn|n＝1,2,...,N}

其中，N是关键点的数量，记录各个关键点的坐标值，

Coord(Pn)＝(xn,yn,zn)

Coord(Pn)表示第n个关键点的三维坐标；

S2.7：以关键点位置为中心，沿曲面法向生成穿通孔，穿通孔直径大于探针尖端；

S2.8：将设计好的数据导入三维打印机打印；

S3：获取利用导板和探针所得到的患者口内的黏膜变形量；

S4：根据患者口内的黏膜变形量对口内扫描获取的三维数据进行变形操作，得到最终的活动义齿压力模型；

S4的步骤具体如下：

S4.1：对模型中黏膜区域中任一三角网格顶点S(xs，ys，zs)，首先采用通用算法计算其法向量(nx，ny，nz)；

S4.2：以L(S，Pn)表示S与KP中第n个关键点的欧氏距离：

S4.3：计算顶点S与关键点KP中每个点的距离，形成集合LS_KP：

LS_KP＝{L(S,Pn)|Pn∈KP}；

S4.4：找到LS_KP集合中距离的最小值，设为Lmin；将KP中与S距离小于或等于η*Lmin的点作为集合M，其中η作为一个系数，取值大于或等于1；

M＝{Pk|L(S,Pk)≤η*Lmin,Pk∈KP}；

S4.5：计算点集M对应的黏膜变形量的平均值d_mean：

其中，K为集合M中点的数量，D(Pk)表示关键点Pk所在位置穿通孔中测量的黏膜变形量，则顶点S的变形量可插值计算为：

其中，λ为系数，取值为任意实数值，且与顶点S所在的区域有关，如S位于主、副承托区则λ取正值，S位于缓冲区则λ取负值；

S4.6：顶点S变形偏移后的新坐标计算如下：

通过以上算法对所有区域的三角网格顶点坐标进行遍历更新，即可获得变形后的三维模型数据。

2.根据权利要求1所述的一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，其特征在于，

S1中的数字化口内扫描技术，基于光学扫描技术原理，采用光源进行口内组织照明，然后通过数字传感器捕捉后进行信息后处理及数据输出。

3.根据权利要求1所述的一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，其特征在于，

步骤S2.1中，三维逆向工程软件为Geomagic；

步骤S2.6中，3D打印修复软件为Magics。

4.根据权利要求1所述的一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，其特征在于，

步骤S2.4中，抽壳厚度为2-3mm；

步骤S2.6中，关键点间隔为3-8mm；

步骤S2.7中，穿通孔直径为1-5mm。

5.根据权利要求1所述的一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，其特征在于，

步骤S2.8中，采用光固化树脂材料，以SLA或DLP工艺打印。

6.根据权利要求1所述的一种活动义齿压力模型的数字化生成方法，其特征在于，

S3中，黏膜变形量＝探入深度-导板厚度；用D(P)表示关键点P所在位置穿通孔中测量的黏膜变形量。