CN117796936B - 一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明咬合板制作技术领域,公开了一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,包括:S1、获取用户上下颌模型和CBCT颌骨模型;S2、将所述上下颌模型和CBCT颌骨模型进行配准得到带有关节的上下颌模型;S3、将所述第二模型与电子面弓数据进行匹配使得所述第二模型能够模拟用户真实的动态咬合;S4、通过遗传算法确定所述第二模型的上颌牙列和下颌牙列之间的前伸再定位咬合关系以及最适正中关系;S5、根据前伸再定位咬合关系和最适正中关系分别设计前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板的静态及动态咬合;S6、将前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板通过3D打印技术打印出来。本发明解决了盲目前伸定位和完全依赖于医生经验的限制。
Description
技术领域
本发明涉及咬合板制作技术领域,具体涉及一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法。
背景技术
在口腔临床中,颞下颌关节紊乱综合征是常见的疾病,主要的临床表现有关节局部酸胀或疼痛、关节弹响和下颌运动障碍,是包括咬合紊乱、肌肉及关节区功能等多种复杂病变的综合性疾病。颞下颌关节综合征患者中,许多都伴有关节盘前移位,表现为关节弹响(史)、开口受限或卡顿、关节前间隙增大、下颌后退等。在临床中,对于关节盘前移位的治疗有学者提出可以采用前伸再定位咬合板通过前伸下颌改变髁突的位置,从而辅助关节盘与髁突进行匹配,促进关节盘在前伸位置依据髁突形态进行改建。在前伸髁突弹响消失及关节盘改建后,有学者建议再退回到髁突与关节凹相匹配的位置,也有学者提出在此前伸位置重新建𬌗。但因后者会出现非常大的咬合变化,目前临床中还是以症状改善后退回关节凹为主。因为涉及到两次髁突重新定位(先制作前伸再定位咬合板,让下颌前伸,稳定之后后退至最适正中关系,佩戴正中关系稳定咬合板,让下颌髁突带着关节盘一起后退达到正中关系),整个使用流程复杂,传统的前伸再定位咬合板操作流程如下:首先制取用户的上下颌印模灌制模型,医生凭个人经验嘱用户前伸至某一位置,使用咬合记录硅橡胶或蜡片记录用户在该前伸位置的咬合关系,送至加工厂制作前伸再定位咬合板,最后返回临床进行手动调𬌗。如果需要再退回到正中关系咬合位置,此时需要手动磨除掉舌侧的树脂档板,再用自凝树脂进行咬合面的重新塑性及调𬌗。一般用户在进行完再定位咬合板治疗后,绝大多数需进行咬合重建,传统方式只能将现有的咬合板拆分成几段,分段记录并转移咬合关系,或者直接记录咬合板与对颌牙的咬合关系,再将咬合板转移至𬌗架上实现咬合记录转移用于后期修复或正畸重建咬合。传统的制作方式存在以下问题:①咬合板的前伸颌位是凭医生的经验进行定位或者使用牙列光学扫描数据模拟的,但此位置是否真正匹配已经前伸移位的关节盘无从知晓;②下颌运动轨迹以及髁状突的运动轨迹是咬合板动态咬合设计中的关键技术,然而以往的咬合板引导斜面也是凭医生的经验确定,引导斜面是否适合该用户的真实情况也无从知晓,使用存在一定的盲目性;③后期再恢复到最适正中关系咬合位置时,为保证堆塑后自由手能够修整出理想的咬合关系,医生通常会过量堆塑树脂,造成树脂材料的浪费;④初学者由于经验不足,一般无法准确判断适合的前伸静态位置及侧方和前伸引导斜面,也无法在后退时准确判断适合此时关节盘的髁突位置,无法实现临床使用的普及和推广;⑤即使经验丰富的医生也要用一定时间调磨出最终理想咬合板的静态接触及动态引导,椅旁操作时间非常久,效率低下;⑥后期涉及到咬合重建时,无论是采用分段记录还是咬合板戴用到模型上都存在较大的偏差,无法将现在的咬合关系精准转移到技师端,进一步影响后期咬合重建的精确性。
发明内容
本发明提供一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,以解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,包括:
S1、获取用户上下颌模型和CBCT颌骨模型,所述CBCT颌骨模型为带有关节的上下颌牙列;
S2、将所述上下颌模型和CBCT颌骨模型进行配准得到带有关节的上下颌模型,令带有关节的上下颌模型为第一模型,将所述第一模型的上颌关节凹与下颌髁突分离得到第二模型;
S3、获取用户的电子面弓数据,并将所述第二模型与电子面弓数据进行匹配使得所述第二模型能够模拟用户真实的动态咬合;
S4、通过遗传算法得到用于调整下颌髁突向前伸的路径向量、关节盘进行复位的复位向量以及上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度,从而确定所述第二模型的上颌牙列和下颌牙列之间的前伸再定位咬合关系以及最适正中关系;
S5、根据所述上颌牙列和下颌牙列的前伸再定位咬合关系和最适正中关系并基于电子面弓获取的运动参数数据分别设计前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板的静态及动态咬合;
S6、将S5设计出来的前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板通过3D打印技术打印出来。
作为优化,S2的具体步骤为:
S2.1、将所述上下颌模型和CBCT颌骨模型导入数字化软件中,将所述CBCT颌骨模型与所述上下颌模型配准,使得所述CBCT颌骨模型中的上下颌牙列替换成所述上下颌模型得到第一模型;
S2.2、将所述第一模型的双侧髁突及关节凹分离,得到带有上颌关节凹和下颌髁突的上下颌模型(称为第二模型),所述第二模型包括上颌关节凹、上颌牙列、下颌髁突和下颌牙列,所述上颌关节凹包括设置在所述第二模型上颌两侧的上颌左侧关节凹和上颌右侧关节凹,所述下颌髁突包括设置在所述第二模型下颌两侧的下颌左侧髁突和下颌右侧髁突。
作为优化,所述电子面弓数据包括下颌运动轨迹和下颌运动参数。
作为优化,S3的具体步骤为:
S3.1、利用电子面弓获取用户的下颌运动轨迹和下颌运动参数;
S3.2、将所述第二模型分别与所述下颌运动轨迹和下颌运动参数匹配以进行第一动态咬合引导(前伸)和第二动态咬合引导(侧方),从而模拟下颌运动。
作为优化,所述上颌牙列与上颌关节凹为一体,所述下颌牙列和下颌髁突为一体,所述上颌牙列和下颌牙列来源于所述上下颌模型,所述上颌关节凹和下颌髁突来源于所述CBCT颌骨模型。
作为优化,S4中的具体过程为:
S4.1、建立矫正优化模型,通过遗传算法求解所述矫正优化模型获得适用于所述
第二模型的可行解集合,所述可行解集合中的每个可行解个体均包括下颌髁突与关节凹之
间的前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上间隙最小值
、下颌髁突向前伸的路径向量在眶耳平面的第一分量、下颌髁突向前伸的路径向量
在垂直于眶耳平面的第二分量、关节盘进行复位的复位向量在眶耳平面的第三分量、关节盘进行复位的复位向量在垂直于眶耳平面的第四分量、上颌牙列相对所述下
颌牙列垂直抬高的高度以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后
带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角;
S4.2、根据所述第一模型中下颌髁突位于关节凹的位置范围找到对应的路径向量的第一分量、第二分量/>以及垂直抬高的高度、复位向量的第三分量/>和第四分量;
S4.3、将所述第二模型中与下颌牙列为一体的下颌髁突基于第一分量、第二分量/>向前伸,将所述下颌髁突放置在与前移位的关节盘相匹配的位置,使得所述下颌髁突位于前移位的关节盘的下方且关节凹的前方,且能使关节盘包绕下颌髁突,然后垂直抬高的高度将所述上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高Amm,此时所述上颌牙列和下颌牙列之间的相对位置即为前伸再定位咬合关系;
S4.4、将与已和下颌牙列为一体的关节盘基于第三分量和第四分量/>进行引导改建后复位,使得所述下颌髁突位于所述上颌关节凹的正中关系位,此时的上颌牙列和下颌牙列的相对位置即为最适正中关系。
作为优化,S4.1中,建立矫正优化模型,将前伸校正前的关节前间隙最小值、
关节后间隙最小值、关节上间隙最小值、第一分量、第二分量、第三分量、第四分量、上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及校正前过下颌髁突
顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹
角进行编码,并基于遗传算法求解所述矫正优化模型得到属于同一可行解个体的前伸
校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上间隙最小值、第一分
量、第二分量、第三分量、第四分量、上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高
的高度A以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁
突中心点的连线之间的第一夹角,具体过程为:
S4.1.1、设置遗传算法的迭代次数、每代种群中的个体的个数;
S4.1.2、建立矫正优化模型,所述建立矫正优化模型包括目标函数和约束条件;
所述目标函数为:
,l为下颌髁突与关节盘接触的实际线条长度,正常情况下下颌髁突与关
节盘接触的线条长度下限值;
且、、;
、、分别为校正后的下颌髁突与关节凹之间的关节上间隙、关节后间
隙和关节前间隙的大小;
,为校正后过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后
带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的实际夹角,其中,以耳朵向鼻子的方向为正;
适应度函数:;
S4.1.3、对前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上
间隙最小值、第一分量、第二分量、第三分量、第四分量、上颌牙列相对
所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关
节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角进行编码得到个体的编码值,
并基于约束条件随机生成由若干个体形成初始种群,令该初始种群为父代种群,每个个体
的编码值均包括前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上间隙
最小值、第一分量、第二分量、第三分量、第四分量、上颌牙列相对所述
下颌牙列垂直抬高的高度A以及第一夹角;
S4.1.4、将所述父代种群的各个个体的编码值带入数字化软件进行下颌位置的调
整,得到下颌髁突与关节盘接触的实际线条长度l和过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连
线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的实际夹角,令下颌髁突与关节
盘接触的实际线条长度l为第一调整结果,过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之
间的实际夹角为第二调整结果;
S4.1.5、根据每个所述第一调整结果和第二调整结果分别计算所述父代种群中每个个体的目标函数值,然后根据适应度函数计算所述父代种群中每个所述个体的适应度值并排序;
S4.1.6、保存所述父代种群中前M个适应度值最大的个体,在从除前M个适应度值最大的个体以外的所有个体中通过轮盘赌选择个体进行交叉变异操作得到子代个体,再计算交叉变异后的所述子代个体的适应度值并进行排序,按适应度值重插入子代个体到所述父代种群中,选择设定个数的个体形成新的父代种群,然后返回S4.1.4;
S4.1.7、重复S4.1.4-S4.1.6,直到达到迭代次数或者目标函数成立,此时父代种群即为可行解集合,父代种群的个体即为可行解个体;
约束条件:;
;
;
;
;
约束条件的单位均为mm,当第一分量、第三分量的方向朝前时(水平方向上,耳朵朝向鼻子的方向为朝前),第一分量、第三分量的大小为正,反之为负;当第二分量、第四分量的方向朝下时,第二分量、第四分量的大小为正,反之为负。
关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上间隙最小值的约束为mm,第一夹角的约束范围。
作为优化,根据所述上颌牙列和下颌牙列的前伸再定位咬合关系并基于电子面弓数据设计前伸再定位咬合板的具体过程为:
A1、设计前伸再定位咬合板底部结构:根据相互作为前伸再定位咬合关系的所述上颌牙列选择就位道方向,并确定倒凹填除相关参数和组织面底部属性(光滑度和咬合板厚度),手动选择前伸再定位咬合板的覆盖范围,根据选取的覆盖范围自动匹配牙列;
A2、设计前伸再定位咬合板𬌗面静态咬合:使用数字化软件“咬合调整”功能,依据所述上颌牙列和下颌牙列间的前伸再定位咬合关系去除咬合板上的咬合高点,获得每个牙位均匀接触的光滑咬合面;
A3、设计前伸再定位咬合板动态咬合:利用电子面弓数据,模拟相互作为前伸再定位咬合关系的所述上颌牙列和下颌牙列对应的所述上下颌牙列模型的下颌运动,对所述前伸再定位咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改,获得用户个性化且稳定均一的前伸及侧方引导;
A4、设计前伸再定位咬合板舌侧挡:使用“自由造型”功能,增加前牙区(13-23牙)舌侧的咬合板厚度,防止下颌后退,使下颌锁定于前伸位,最后进行形态和咬合的微调。
作为优化,根据所述上颌牙列和下颌牙列的最适正中关系并基于电子面弓数据设计正中关系稳定咬合板的具体过程为:
B1、设计正中关系稳定咬合板底部结构:根据相互作为正中关系稳定咬合关系的所述上颌牙列或下颌牙列选择就位道方向,并确定倒凹填除相关参数和底部数据(光滑度和咬合板厚度),手动选择稳定咬合板的覆盖范围,根据选取的覆盖范围自动匹配牙列;
B2、设计正中关系稳定咬合板𬌗面静态咬合:使用数字化软件“咬合调整”功能,依据所述上颌牙列和下颌牙列间的正中咬合关系去除咬合板上的咬合高点,获得每个牙位均匀接触的光滑咬合面;
B3、设计正中关系稳定咬合板动态咬合:利用电子面弓数据,模拟相互作为正中关系稳定咬合关系的所述上颌牙列和下颌牙列对应的所述上下颌牙列模型的下颌运动,对所述正中关系稳定咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改,获得用户个性化稳定均一的前伸及侧方引导。
作为优化,利用电子面弓数据,模拟下颌运动具体为:
以第一个颌骨运动位置作为轨迹起始点,利用下颌运动轨迹模拟下颌运动,或者利用下颌运动参数虚拟上𬌗架模拟下颌运动。
本发明还公开了一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板,包括通过前述的一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法制作的前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1.颌位获取上的优势:以往定位是靠让患者咬在前伸的位置上拍摄CBCT,具有主观性;而本发明采用全数字化技术通过CBCT分割上颌关节凹和下颌髁突,通过在可视化及数据量化的基础上通过遗传算法得到几个分量以及垂直抬高高度从而进行下颌髁突摆放位置的确定,更加精准。在治疗关节盘前移位时于可视化状态下将髁突精准放置在与前移位的关节盘相匹配的位置,在需要后退时将髁突精准放置在最适正中关系位,并在此位置上借助口扫数据匹配咬合关系,获取再定位咬合板的实际静态咬合,解决了盲目前伸定位和完全依赖于医生经验的限制,初学者也能快速运用;
2.咬合板设计基础上的优势:以往的咬合板是在CT获取的牙列或在光学扫描获取的牙列上直接设计,精度低,准确性差。本发明为解决CT获取的牙列精度低的问题,选择在光学扫描获取的牙列上制作;为解决仅用光学扫描牙列模拟前伸的不确定性及无法可视化的问题,本发明将CBCT与光学扫描进行配准,使关节信息与牙列信息实现动态调整的一致性;
3.动态咬合调整上的优势:以往的数字化咬合板多仅有静态咬合,即使涉及到动态咬合,也是在光学扫描牙列上模拟前伸及侧方运动,本发明利用电子面弓,精准记录用户个性化的动态咬合,获取用户的前伸及侧方边缘运动轨迹及虚拟𬌗架参数,并将其直接运用于系列再定位咬合板的动态咬合设计,从而获取符合用户自身情况的个性化前伸及侧方动态咬合;
4.后期咬合重建上的应用优势:对于后期涉及的咬合重建,也能利用数字化咬合板的记录实现最终重建的咬合关系的精准转移;
5. 静态咬合终止位点完全精准参考髁突与关节盘和窝的相互关系,动态咬合设计恢复用户的原始引导,打印的数字化再定位咬合板在临床戴用时几乎无需调𬌗,极大提高了使用精准度,缩短了椅旁操作时间。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明所述的一种系列再定位咬合板制作模式图(左边为后,右边为前);
图2为用户上下颌模型和CBCT颌骨模型进行配准的示意图;
图3为分离上下颌关节区为上颌关节凹和下颌髁突的示意图;
图4为将电子面弓数据与口扫获取的牙列数据进行配准的示意图;A为电子面弓数据配准;B为导入下颌运动轨迹;C为运用下颌运动参数上𬌗架;
图5为图4中C的中间图片的放大示意图;
图6为图4中C的右边图片的放大示意图;
图7为进行颞下颌关节盘前移位的MRI定量评价时的示意图;
图8中A为进行下颌髁突前伸再定位的过程示意图,B为进行关节盘复位至最适正中关系的过程示意图(左边为前,右边为后);
图9为借助可视化数字化软件,依据关节盘位置三维方向上移动髁突使其匹配移位的关节盘,调整垂直向关系后获取牙列间信息的示意图;
图10为图9箭头左侧的图片的放大示意图;
图11为借助可视化数字化软件,依据关节凹位置三维方向上移动髁突使其匹配关节凹,获取最适正中关系位,调整垂直向关系后获取牙列间信息的示意图;
图12为系列再定位咬合板的关节及牙列关系位置获取的示意图;A为关节盘前伸移位,此时的髁突位于相对后移位位置;B为制作前伸再定位咬合板,髁突适应前伸关节盘;C为制作正中关系稳定咬合板,髁突位于关节凹正下方的最适位(正中关系位);
图13为在新的上下牙列间关系下,运用数字化设计软件设计咬合板;A为筛选咬合板覆盖牙列及描绘咬合板覆盖范围;B为匹配上下牙列间重新定义的关系设计咬合板𬌗面静态咬合;C为运用电子面弓运调整咬合板前伸及侧方动态咬合;D为咬合板设置舌侧挡板稳定再定位位置,光滑咬合板后获取再定位咬合板;
图14为图13中A的放大示意图;
图15为图14中左上图的文字部分示意图;
图16为图14中右上图的文字部分示意图;
图17为图14中下图的文字部分示意图;
图18为图13中B的放大示意图;
图19为图18中上图的文字部分示意图;
图20为图18中下图的文字部分示意图;
图21为图13中C的放大示意图;
图22为图21中上下两图的文字部分示意图;
图23为图13中D的放大示意图;
图24为图23中上下两图的文字部分示意图;
图25为两种方式下的再定位咬合板制作的示意图;A为咬合轨迹调整动态咬合后的再定位咬合板;B为虚拟𬌗架调整动态咬合后的再定位咬合板;C为两者偏差分析比较图;
图26咬合板导出为stl格式后3D打印获取咬合板实物,A为前伸再定位咬合板;B为正中关系位稳定咬合板;
图27为咬合板模型就位检查与试戴的示意图,A为试戴前伸再定位咬合板的示意图;B为试戴正中关系位稳定咬合板的示意图;
图28为使用前后用户颞下颌关节间隙变化对比图;
图29为利用最后的咬合关系数字化转移至设计软件进行咬合重建的数字化蜡型的示意图;
图30为图29中的数字化蜡型的实物图,A为根据图29的技术3D打印出来的美蜡模型,B为用硅橡胶对美蜡模型进行mock-up的过程的示意图,C为进行mock-up后得到的硅橡胶示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
本实施例1提供一种再定位咬合板的制作方法(如图1所示),包括:
S1、获取用户上下颌模型和CBCT颌骨模型,所述CBCT颌骨模型为带有关节的上下颌牙列;
在临床上,上下颌模型是用户的口扫数据,为STL格式;CBCT颌骨模型为包括关节的大视野CBCT颌骨影像,DICOM格式。
S2、将所述上下颌模型和CBCT颌骨模型进行配准得到带有关节的上下颌模型(即为第一模型),将所述第一模型上颌关节凹与下颌髁突分离得到第二模型;
具体的,所述第二模型包括上颌关节凹、上颌牙列、下颌髁突和下颌牙列,所述上颌牙列与上颌关节凹为一体,所述下颌牙列和下颌髁突为一体,所述上颌牙列和下颌牙列来源于所述上下颌模型,所述上颌关节凹和下颌髁突来源于所述CBCT颌骨模型。更为具体的,所述第二模型可以分为六个区域,分别是上颌左侧关节凹、上颌牙列、上颌右侧关节凹、下颌左侧髁突、下颌牙列、下颌右侧髁突。
具体的实现步骤为:
S2.1、将所述上下颌模型和CBCT颌骨模型导入数字化软件中(如3shape或mimics),将所述CBCT颌骨模型与所述上下颌模型配准(如图2所示),使得所述CBCT颌骨模型中的上下颌牙列替换成所述上下颌模型得到第一模型;
S2.2、将所述第一模型的双侧髁突及关节凹分离,得到带有上颌关节凹和下颌髁突的第二模型,所述第二模型包括上颌关节凹、上颌牙列、下颌髁突和下颌牙列,所述上颌牙列与上颌关节凹为一体,所述下颌牙列和下颌髁突为一体,所述上颌牙列和下颌牙列来源于所述上下颌模型,所述上颌关节凹和下颌髁突来源于所述CBCT颌骨模型。
在S2.1的基础上,利用数字化软件(如mimics)将所述第一模型的双侧髁突(下颌左侧髁突和下颌右侧髁突)及关节凹(上颌左侧关节凹和上颌右侧关节凹)分离并三维重建,将双侧髁突和关节凹与配准对齐后的上下颌模型在相同坐标系统中导出获得带有关节的上下颌模型(STL格式)(称为第二模型)(如图3所示)。此步骤目的是将上下颌骨分开,便于后期制作系列再定位咬合板时能将关节凹与髁突的相对位置进行自定义调整。由于CBCT的重建精度较低,在CBCT基础上设计的咬合板适配性较差,因此本发明将CBCT牙列数据和口扫牙列数据进行三维重建,以口扫数据作为咬合板制作基础,便于获得更精准的适配效果。同时,CBCT牙列数据和口扫牙列数据配准后,也可得到用户高精度的牙列数据以及与该牙列数据一体化的关节数据,在自定义上下颌关节位置时,牙列间相互关系随之发生匹配性变化,称为再定位咬合板的咬合关系制作基础。
S3、获取用户的电子面弓数据,并将所述第二模型与电子面弓数据进行匹配使得所述第二模型能够模拟用户真实的动态咬合;
具体的,所述电子面弓包括下颌运动轨迹和下颌运动参数(虚拟𬌗架参数),下颌运动参数具体为虚拟𬌗架参数。
S3的具体步骤为:
S3.1、利用电子面弓获取用户的下颌运动轨迹和下颌运动参数(虚拟𬌗架参数);
S3.2、将所述第二模型分别与所述下颌运动轨迹和下颌运动参数匹配以进行第一动态咬合引导(模拟前伸运动)和第二动态咬合引导(模拟侧方运动)从而分别模拟下颌前伸及侧方运动,即模拟下颌运动。
具体的,上下颌牙列模型可以视作上颌模型(上颌牙列)、上颌关节凹、下颌模型(下颌牙列)和下颌髁突,将上颌模型与上颌关节作为一体,同时将下颌模型和下颌关节作为一体导入设计软件,并将上下颌牙列模型与电子面弓数据进行匹配,模拟下颌运动(如图4中的A所示);采用下颌运动轨迹作为动态咬合引导(如图4中的B所示);也可以下颌运动参数为基础调整虚拟𬌗架设置动态咬合引导(如图4中的C所示,也可以参见图4-6)。
S4、通过遗传算法得到用于调整下颌髁突向前伸的路径向量、关节盘进行复位的复位向量以及上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度,从而确定所述第二模型的上颌牙列和下颌牙列之间的前伸再定位咬合关系以及最适正中关系;
在牙科数字化软件内(如EXOCAD),通过使用“校正对颌牙”调整下颌位置,在可视化状态下设计前伸再定位咬合板及后退至最适正中关系的稳定咬合板。数字化软件可实现下颌髁突在三维方向上的再定位摆放,在重新摆放髁突位置后,上下牙列之间的关系随即被确定。
S4中的具体过程为:
S4.1、建立矫正优化模型,通过遗传算法求解所述矫正优化模型获得适用于所述
第二模型的可行解集合,所述可行解集合中的每个可行解个体均包括下颌髁突与关节凹之
间的前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上间隙最小值
、下颌髁突向前伸的路径向量在眶耳平面的第一分量、下颌髁突向前伸的路径向量
在垂直于眶耳平面的第二分量、关节盘进行复位的复位向量在眶耳平面的第三分量、关节盘进行复位的复位向量在垂直于眶耳平面的第四分量、上颌牙列相对所述下
颌牙列垂直抬高的高度以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后
带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角;
具体过程为:
S4.1.1、设置遗传算法的迭代次数、每代种群中的个体的个数;
S4.1.2、建立矫正优化模型,所述建立矫正优化模型包括目标函数和约束条件;
所述目标函数为:
(这里对应关节盘大部分包绕髁突),l为下颌髁突与关节盘接触的实际线
条长度,正常情况下下颌髁突与关节盘接触的线条长度下限值;
且、、;、、分别为校正后的下颌髁突与关节凹之间的关节上
间隙、关节后间隙和关节前间隙的大小;
,为校正后过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后
带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的实际夹角,其中,以耳朵向鼻子的方向为正;
适应度函数:;
S4.1.3、对前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上
间隙最小值、第一分量、第二分量、第三分量、第四分量、上颌牙列相对
所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关
节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角进行编码得到个体的编码值,
并基于约束条件随机生成由若干个体形成初始种群,令该初始种群为父代种群,每个个体
的编码值均包括前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值、关节上间隙
最小值、第一分量、第二分量、第三分量、第四分量、上颌牙列相对所述
下颌牙列垂直抬高的高度A以及第一夹角;
S4.1.4、将所述父代种群的各个个体的编码值带入数字化软件进行下颌位置的调
整,得到下颌髁突与关节盘接触的实际线条长度l和过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连
线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的实际夹角,令下颌髁突与关节
盘接触的实际线条长度l为第一调整结果,过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之
间的实际夹角为第二调整结果;
S4.1.5、根据每个所述第一调整结果和第二调整结果分别计算所述父代种群中每个个体的目标函数值,然后根据适应度函数计算所述父代种群中每个所述个体的适应度值并排序;
S4.1.6、保存所述父代种群中前M个适应度值最大的个体,在从除前M个适应度值最大的个体以外的所有个体中通过轮盘赌选择个体进行交叉变异操作得到子代个体,再计算交叉变异后的所述子代个体的适应度值并进行排序,按适应度值重插入子代个体到所述父代种群中,选择设定个数的个体形成新的父代种群,然后返回S4.1.4;
S4.1.7、重复S4.1.4-S4.1.6,直到达到迭代次数或者目标函数成立,此时父代种群即为可行解集合,父代种群的个体即为可行解个体;
约束条件:;
A在1.5~2.0 mm的范围内是说在先前伸(此时后牙区已经有了垂直向分量的抬高,但是前牙是接触的,无空隙)的基础上,再抬高1.5~2.0(这个范围是为了让前牙区能够有咬合板的容纳空间)。
;
;
;
;
约束条件的单位均为mm,、/>表示第一分量、第三分量的大小的绝对值,、/>表示第二分量、第四分量的大小的绝对值。当第一分量、第三分量的方向朝前时(水平方向上,耳朵朝向鼻子的方向为朝前),第一分量、第三分量的大小为正,反之为负;当第二分量、第四分量的方向朝下时,第二分量、第四分量的大小为正,反之为负。
上述的高度、长度单位均为mm。
在进行分量移动时,OC1约束条件是不超过关节结节最下点,OC2约束条件是不超过息止颌间隙,但是这样没有具体的数值来进行约束,本发明用he架上的范围进行约束限制,给出了上述的分量约束。
下颌髁突向前移以后,大部分的下颌髁突要被前移的关节盘包绕,而由于下颌髁突只能在一个平面上进行移动,因此,下颌髁突被包绕部分的多少可以看成是下颌髁突与关节盘的接触的线条长度的大小,而线条长度的大小可以通过现有的长度测量软件测到,这里就不再赘述了。
可行解个体中的个体同时包括前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙
最小值、关节上间隙最小值,由于关节前间隙、关节后间隙、关节上间隙是髁突与
关节凹的某一部分的距离,即关节前间隙、关节后间隙、关节上间隙是一个范围,因此,当校
正前关节前间隙、关节后间隙、关节上间隙的最小值确定后,髁突与关节凹的相对位置也就
确定了。
如图7所示,现有文献中,过下颌髁突顶和髁头中心点(或称为下颌髁突中心点)C划连线1(垂直于眶耳平面),过盘后带后缘D与髁头中心点C划连线2,两条线的夹角大于10°定义为关节盘前移位,上述过程即为颞下颌关节盘前移位的MRI定量评价法。
而本发明中,将其中一个目标函数定义为,意思是最大牙尖交错位时,关节盘后带后缘位于髁突顶12点前后10°以内(颞下颌关节盘移位中国专家共识研讨会纪要提出:关节盘后带与双板区之间有一较明显的盘分界线,约95%盘分界线位于髁突12点钟方向前后10°以内,超过10°一般可认为发生了关节盘移位),髁突前斜面正对关节盘中间带,此时的上颌牙列和下颌牙列的相对位置即为最适正中关系。
眶耳平面如图7所示,实际上眶耳平面为水平面,图8中的参考平面均为眶耳平面。
第一分量、第二分量/>、第三分量/>、第四分量/>的求解如图8所示。如图8中的A所示,以下颌髁突中心点为参考点,下颌髁突的移动可以看作下颌髁突中心点的移动,第一分量/>对标𬌗架上的前伸旋杆的移动分量,第二分量/>对标𬌗架上的Z轴方向。
同理,如图8中的B所示,以关节盘的某一点为参考点,关节盘的移动可以看作该点的移动,第三分量对标𬌗架上的前伸旋杆的移动分量,第四分量/>对标𬌗架上的Z轴方向。
先通过第一分量、第二分量/>移动下颌髁突,使前移位的关节盘包饶大部分的下颌髁突,然后再根据抬高高度进行抬高,以确定上颌牙列和下颌牙列之间的前伸再定位咬合关系;
然后再将下颌髁突与关节盘进行复位(关节盘基于第三分量、第四分量/>)进行移动,最终确定上颌牙列和下颌牙列之间的最适正中关系。
S4.2、根据所述第一模型中下颌髁突位于关节凹的位置范围找到对应的路径向量的第一分量、第二分量/>以及垂直抬高的高度、复位向量的第三分量/>和第四分量;
S4.3、将第二模型中与下颌牙列为一体的下颌髁突基于第一分量、第二分量向前伸,将所述下颌髁突放置在与前移位的关节盘相匹配的位置(如图9、图10所示),使得所述下颌髁突位于前移位的关节盘的下方且关节凹的前方,且能使关节盘大部分包绕下颌髁突,然后基于垂直抬高的高度将所述上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高A mm,此时所述上颌牙列和下颌牙列之间的相对位置即为前伸再定位咬合关系;
本实施例中,若A为1.5,即咬合板一般按照后牙区抬高1.5mm设置,也就是咬合板垂直抬高的距离。垂直距离是指天然牙列在息止颌位时,鼻底到颏底的距离减去息止颌间隙所获得的数值,是改变颌位时重点关注的一个指标。在进行咬合重建时,抬高距离一般是一个范围,临床经验中,常使用后牙区(多指第一磨牙)抬高1.5~2.0mm用于咬合板高度设计,此时上下颌后牙间分离约(1.5~2.0 +)mm。
关节盘和髁突是髁凹关系。前伸再定位咬合板制定阶段,由于关节盘是前伸的且变形的,此时关节盘占据了关节前间隙,CBCT上会出现前间隙变窄后间隙变宽的变化,可以参考间隙分布判断出关节盘的位置。若条件允许,也可以使用核磁共振获取关节盘位置与本专利所述第二模型配准,引导髁突再定位。传统方式是将髁突前伸到弹响消失为判断标准,本专利提出的数字化引导下的制作方式是借助影像学资料获取关节盘位置,并依此将髁突放置匹配关节盘的前伸位(使关节盘大部分包绕髁突),目的是引导移位变形的关节盘改建成与髁突形态相适应的形状。
S4.4、将与已和下颌牙列成为前伸再定位咬合关系的上颌牙列为一体的关节盘基于第三分量和第四分量/>进行引导改建后复位,使得所述下颌髁突位于所述上颌关节凹的正中关系位,此时的上颌牙列和下颌牙列的相对位置即为最适正中关系。然后基于垂直抬高的高度将所述上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高A mm用于咬合板高度设计。
在传统临床中,用户在后期弹响消失后,在磨除前伸再定位咬合板舌侧挡后嘱用户自由后退,在其自觉舒适位置设计稳定咬合板。在本发明专利中,创新性地提出在可视化状态下,根据关节凹与髁突的骨性关系通过自定义移动下颌髁突,获取下颌髁突与上颌关节凹的最适正中关系(本实施例为正中关系位,髁突位于关节盘下方,如图11所示),其定义及确定为现有技术,此处不再赘述。在前伸再定位咬合板治疗稳定结束前即可获取正中关系稳定咬合板,极大程度减少了用户的就诊次数及椅旁操作时间。
据此,即实现了从关节盘前移位(髁突后移位,初始病症状态)→前伸再定位咬合板的设计,确定上下颌牙列的前伸再定位咬合关系(髁突适应前伸关节盘)→正中关系稳定咬合板的设计,确定上下颌牙列的正中关系以稳定咬合关系(髁突最适位,引导关节盘改建归位),从而实现了制作前伸再定位咬合板对应的关节及牙列位置的获取以及制作正中关系稳定咬合板对应的关节及牙列位置的获取(如图12所示)。
S5、根据所述上颌牙列和下颌牙列的前伸再定位咬合关系和最适正中关系并基于电子面弓数据分别设计前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板。
在新定义的上下牙列之间的关系下,运用数字化设计软件(如EXOCAD)设计咬合板(如图13-图24所示)。
确定咬合板就位方向和及覆盖牙列范围和设计参数:选择就位道方向,并确定倒凹填除参数和组织面底部属性,手动选择咬合板的覆盖范围(固位体部分),软件会根据选取范围自动匹配牙列(如图14-17所示);
设计咬合板𬌗面静态咬合:使用数字化软件“适应调整”-“切除早接触点”功能,依据上下牙列间重新定义的关系去除咬合板上的咬合高点(即可能与下颌牙列重叠的部分),获得均匀接触的光滑咬合面(无尖窝锁结,如图18-20所示)。
在生成一个咬合板的时候,会有一部分咬合板与下颌牙接触重叠或者贯穿,此部分即为咬合高点,所以要将这一部分咬合高点用“切除早接触点”去除,具体的,软件会通过本身的算法直接改变咬合板模型的网格,在该咬合高点的地方操作使得该处在保留最小厚度(也就是设置的保证咬合板厚度)的前提下,调整咬合接触,使原咬合高点处的咬合板在不和牙列贯穿重叠的前提下和牙列之间的距离为咬合板的厚度。
咬合板的厚度等于垂直抬高的高度+第二分量,由于髁突再前伸时前下移位,移位后的第二分量/>也是垂直方向上的。先前伸之后再垂直抬高,二者加起来的数值是咬合板的厚度。
设计咬合板动态咬合:利用事先记录的运动轨迹(以第一个颌骨运动位置作为轨迹起始点)或虚拟𬌗架参数,模拟下颌运动,选择“切除早接触点”中“动态咬合”选项对咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改,获得用户个性化的稳定均一的前伸及侧方引导(如图21-22所示)。在制作前伸再定位咬合板时,根据咬合板“自由造型”功能,舌侧设计挡板,将下颌(包括下颌牙列和下颌髁突,舌侧挡板主要是将下颌牙列固定住,防止下颌牙列向后退)锁定在前伸位置(如图23-24所示),最后进行形态的微调优化,若为制作后期正中关系咬合板时无需此操作。
下颌运动轨迹及运动参数,理论上不受下颌髁突所在位置影响(运动范围不超过关节结节前斜面)。于运动轨迹而言:初始状态获取运动轨迹时,髁突位于关节凹后位,后期前伸和正中关系时,其运动轨迹均为初始状态获取轨迹的一部分,即在初始状态获取的运动轨迹可以完全覆盖后期前伸及正中关系的边缘运动轨迹;于运动参数而言:前伸及侧方髁导斜度为骨性参数定义,不受髁突位置变化所影响(变化范围在关节凹以内)。因此,初始记录的用户个性化的运动轨迹及运动参数均可以运用于前伸再定位咬合板及正中关系稳定咬合板的动态咬合设计中。
根据所述上颌牙列和下颌牙列的前伸再定位咬合关系并基于电子面弓数据设计前伸再定位咬合板的具体过程为:
A1、设计前伸再定位咬合板底部结构:根据相互作为前伸再定位咬合关系的所述上颌牙列选择就位道方向,并确定倒凹填除相关参数和组织面底部属性,手动选择前伸再定位咬合板的覆盖范围,根据选取的覆盖范围自动匹配牙列(软件自动生成,为现有技术,此处不再赘述);
倒凹填除参数包括底部间隙、角度、允许倒凹的高度,组织面底部属性为咬合夹板底部属性,具体包括光滑度、最小厚度、研磨直径。
对于一般的用于数字化打印的咬合板树脂材料,填除倒凹:
底部间隙:0.03mm;角度0°;允许倒凹的高度0.1mm;
咬合板底部属性:
光滑度:17% ;最小厚度0.3mm;研磨直径0.1mm。
如果有其他的情况,再根据实际情况来分析。
覆盖范围位于倒凹线以下,在牙颈部1/3处,这样可以良好的固位。
A2、设计前伸再定位咬合板𬌗面静态咬合:使用数字化软件“咬合调整”功能,依据所述上颌牙列和下颌牙列间的前伸再定位咬合关系去除咬合板上的咬合高点,获得每个牙位均匀轻接触的光滑咬合面;
A3、设计前伸再定位咬合板动态咬合:利用电子面弓数据,模拟上下颌在前伸咬合位上的动态咬合轨迹,对所述前伸再定位咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改,获得用户个性化且稳定均一的前伸及侧方引导;
A4、设计前伸再定位咬合板舌侧挡:使用“自由造型”功能,增加前牙区(13-23牙)舌侧的咬合板厚度,防止下颌后退,使下颌锁定于前伸位,最后进行形态和咬合的微调。
对所述前伸再定位咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改(如图21-22所示),进行“切除早接触点”-“动态咬合”适应调整,主要保证:
前伸运动时后牙咬合分离,12-22牙(即上颌4个切牙)位置的咬合板均匀引导,在导板的引导轨迹是4条均一连续前伸引导线;
侧方运动时双侧上颌尖牙引导,即有均一接触,在导板的引导轨迹是2条连续的侧方引导线。
进行形态的微调优化具体为用软件的“自由造型”功能进行光滑处理,并保留导板设计的最小厚度。
根据所述上颌牙列和下颌牙列的最适正中关系并基于电子面弓数据设计正中关系稳定咬合板的具体过程为:
B1、设计正中关系稳定咬合板底部结构:根据相互作为正中关系稳定咬合关系的所述上颌牙列和下颌牙列选择就位道方向,并确定倒凹填除相关参数和组织面底部属性,手动选择正中关系稳定咬合板的覆盖范围,根据选取的覆盖范围自动匹配牙列;
稳定咬合板是上下颌牙列都可以做,而就位道方向是参考所做咬合板的牙列,所以在哪个牙列做咬合板,就参考哪个牙列的就位道,本实施例中是选择制作上颌稳定咬合板,因此,本实施例就位道方向是参考的上颌牙列。
B2、设计正中关系稳定咬合板𬌗面静态咬合:使用数字化软件“咬合调整”功能,依据所述上颌牙列和下颌牙列间的正中咬合关系去除咬合板上的咬合高点,获得每个牙位均匀接触的咬合面;
B3、设计正中关系稳定咬合板动态咬合:利用电子面弓数据,模拟上下颌在正中关系咬合位上的动态咬合轨迹,对所述正中关系稳定咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改,获得用户个性化稳定均一的前伸及侧方引导。
在进行动态咬合引导动作之前,先对使用下颌运动轨迹作为动态咬合引导和采用下颌运动报告参数上虚拟𬌗架作为动态咬合引导生成的再定位咬合板进行三维偏差分析,发现二者均方根(root mean square,RMS)无显著差异(如图25所示),提示两种设计咬合方式均可用于此方式中动态咬合设计。
最后将咬合板的模型导出为STL格式文件,采用3D打印机利用光固化树脂材料,打印出设计好的再定位咬合板,进入临床端使用(如图26所示)。
实施例2还包括S6、将S5设计出来的前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板通过3D打印技术打印出来,即通过实施例1的一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法制作的前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板。
咬合板临床使用流程:
将咬合板戴入用户口内,检查咬合板密合性及静态动态咬合情况与设计情况进行对比(如图27所示)。
佩戴前伸再定位咬合板3月后,关节弹响消失且咬合位置稳定;戴用正中关系再定位咬合板(即稳定咬合板)引导髁突后退,3月后获取咬合板戴用前后颞下颌关节CBCT数据对比效果,结果显示其关节前后间隙分布均匀,前移位的关节盘复位,获得了良好的治疗效果(如图28所示);
利用最后的咬合板信息精准转移数字化咬合关系,进行后期咬合重建前的数字化诊断蜡型设计(如图29所示)。
本发明是以数字化技术为基础,可视化状态下快速获取关节盘的位置,并根据关节盘位置精确定义及摆放髁突的位置,获取匹配关节盘或关节凹的髁突位置,从而设计最适合的上下颌关系,制作前伸及正中关系再定位咬合板;初学者也能快速掌握再定位咬合板的使用方式,减少对诊疗经验及临床手感的依赖,减小技术敏感性;并可完全复制用户个性化的动态咬合引导,不再使用经验值或平均值,精准且高效,同时降低用户不适感;显著降低医生临床调磨咬合板的椅旁操作时间,从而改善用户的就诊体验;还可以依据最终咬合板确定的上下颌牙列间关系,设计咬合重建方案(如最后的美蜡步骤,见图30,A为根据图29的技术3D打印出来的美蜡模型,B为用硅橡胶对美蜡模型进行mock-up的过程示意图,C为进行mock-up得到的硅橡胶),将设计好的美蜡通过硅橡胶和自凝树脂翻制口内制作临时牙,最后通过在数字化美蜡的指导下进行最终修复体的设计和制作,减少多次颌位关系转移造成的误差;避免超量堆塑自凝树脂,从而减少树脂材料的浪费。咬合板是在颞下颌关节疾病治疗的阶段,美蜡是在修复治疗的阶段,本发明主要针对咬合板的制作,因此,美蜡过程将不再详述。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,其特征在于,包括:
S1、获取用户上下颌模型和CBCT颌骨模型,所述CBCT颌骨模型为带有关节的上下颌牙列;
S2、通过第一数字化软件将所述上下颌模型和CBCT颌骨模型进行配准得到带有关节的上下颌模型,令带有关节的上下颌模型为第一模型,将所述第一模型的上颌关节凹与下颌髁突分离得到第二模型;
S2中的具体过程为:
S2.1、将所述上下颌模型和CBCT颌骨模型导入数字化软件中,将所述CBCT颌骨模型与所述上下颌模型配准,使得所述CBCT颌骨模型中的上下颌牙列替换成所述上下颌模型得到第一模型;
S2.2、将所述第一模型的双侧髁突及关节凹分离,得到带有上颌关节凹和下颌髁突的第二模型,所述第二模型包括上颌关节凹、上颌牙列、下颌髁突和下颌牙列,所述上颌牙列与上颌关节凹为一体,所述下颌牙列和下颌髁突为一体,所述上颌牙列和下颌牙列来源于所述上下颌模型,所述上颌关节凹和下颌髁突来源于所述CBCT颌骨模型;
S3、获取用户的电子面弓数据,并将所述第二模型与电子面弓数据进行匹配使得所述第二模型能够模拟用户真实的动态咬合;
S3中的具体过程为:
S3.1、利用电子面弓获取用户的下颌运动轨迹和下颌运动参数;
S3.2、将所述第二模型分别与所述下颌运动轨迹或下颌运动参数匹配以进行第一动态咬合引导和第二动态咬合引导从而分别模拟下颌前伸和侧方运动;
S4、通过遗传算法得到用于调整下颌髁突向前伸的路径向量、关节盘进行复位的复位向量以及上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度,从而确定所述第二模型的上颌牙列和下颌牙列之间的前伸再定位咬合关系以及最适正中关系;
S4中的具体过程为:
S4.1、建立矫正优化模型,通过遗传算法求解所述矫正优化模型获得适用于所述第二模型的可行解集合,所述可行解集合中的每个可行解个体均包括下颌髁突与关节凹之间的前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值/>、关节上间隙最小值/>、下颌髁突向前伸的路径向量/>在眶耳平面的第一分量/>、下颌髁突向前伸的路径向量/>在垂直于眶耳平面的第二分量/>、关节盘进行复位的复位向量/>在眶耳平面的第三分量、关节盘进行复位的复位向量/>在垂直于眶耳平面的第四分量/>、上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角/>;
S4.1中,建立矫正优化模型,将前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值/>、关节上间隙最小值/>、第一分量/>、第二分量/>、第三分量/>、第四分量/>、上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角/>进行编码,并基于遗传算法求解所述矫正优化模型得到属于同一可行解个体的前伸校正前的关节前间隙最小值/>、关节后间隙最小值/>、关节上间隙最小值/>、第一分量/>、第二分量/>、第三分量/>、第四分量/>、上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角/>,具体过程为:
S4.1.1、设置遗传算法的迭代次数、每代种群中的个体的个数;
S4.1.2、建立矫正优化模型,所述建立矫正优化模型包括目标函数和约束条件;
所述目标函数为:
,l为下颌髁突与关节盘接触的实际线条长度,/>正常情况下下颌髁突与关节盘接触的线条长度下限值;
且/>、/>、/>;
、/>、/>分别为校正后的下颌髁突与关节凹之间的关节上间隙、关节后间隙和关节前间隙的大小;
,/>为校正后过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的实际夹角,其中,以耳朵向鼻子的方向为正;
适应度函数:;
S4.1.3、对前伸校正前的关节前间隙最小值、关节后间隙最小值/>、关节上间隙最小值/>、第一分量/>、第二分量/>、第三分量/>、第四分量/>、上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及校正前过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的第一夹角/>进行编码得到个体的编码值,并基于约束条件随机生成由若干个体形成初始种群,令该初始种群为父代种群,每个个体的编码值均包括前伸校正前的关节前间隙最小值/>、关节后间隙最小值/>、关节上间隙最小值/>、第一分量/>、第二分量/>、第三分量/>、第四分量/>、上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高的高度A以及第一夹角/>;
S4.1.4、将所述父代种群的各个个体的编码值带入数字化软件进行下颌位置的调整,得到下颌髁突与关节盘接触的实际线条长度l和过下颌髁突顶与下颌髁突中心点的连线与过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的实际夹角,令下颌髁突与关节盘接触的实际线条长度l为第一调整结果,过关节盘后带后缘与下颌髁突中心点的连线之间的实际夹角/>为第二调整结果;
S4.1.5、根据每个所述第一调整结果和第二调整结果分别计算所述父代种群中每个个体的目标函数值,然后根据适应度函数计算所述父代种群中每个所述个体的适应度值并排序;
S4.1.6、保存所述父代种群中前M个适应度值最大的个体,在从除前M个适应度值最大的个体以外的所有个体中通过轮盘赌选择个体进行交叉变异操作得到子代个体,再计算交叉变异后的所述子代个体的适应度值并进行排序,按适应度值重插入子代个体到所述父代种群中,选择设定个数的个体形成新的父代种群,然后返回S4.1.4;
S4.1.7、重复S4.1.4-S4.1.6,直到达到迭代次数或者目标函数成立,此时父代种群即为可行解集合,父代种群的个体即为可行解个体;
约束条件:;
;
;
;
;
约束条件的单位均为mm,当第一分量、第三分量的方向朝前时,第一分量、第三分量的大小为正,反之为负;当第二分量、第四分量的方向朝下时,第二分量、第四分量的大小为正,反之为负,其中以耳朵朝向鼻子的方向为朝前
S4.2、根据所述第一模型中下颌髁突位于关节凹的位置范围找到对应的路径向量的第一分量、第二分量/>以及垂直抬高的高度、复位向量的第三分量/>和第四分量/>;
S4.3、将所述第二模型中与下颌牙列为一体的下颌髁突基于第一分量、第二分量向前伸,将所述下颌髁突放置在与前移位的关节盘相匹配的位置,使得所述下颌髁突位于前移位的关节盘的下方且关节凹的前方,且能使关节盘包绕下颌髁突,然后按照垂直抬高的高度将所述上颌牙列相对所述下颌牙列垂直抬高A mm,此时所述上颌牙列和下颌牙列之间的相对位置即为前伸再定位咬合关系;
S4.4、将与已和下颌牙列为一体的关节盘基于第三分量和第四分量/>进行引导改建后复位,使得所述下颌髁突位于所述上颌关节凹的正中关系位,此时的上颌牙列和下颌牙列的相对位置即为最适正中关系
S5、在第二数字化软件中,根据所述上颌牙列和下颌牙列的前伸再定位咬合关系和最适正中关系并基于电子面弓获取的运动轨迹或参数数据分别设计前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板的静态及动态咬合;
S6、将S5设计出来的前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板通过3D打印技术打印出来。
2.根据权利要求1所述的一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,其特征在于,所述上颌关节凹包括设置在所述第二模型上颌两侧的上颌左侧关节凹和上颌右侧关节凹,所述下颌髁突包括设置在所述第二模型下颌两侧的下颌左侧髁突和下颌右侧髁突。
3.根据权利要求1所述的一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,其特征在于,根据所述第二模型中上颌牙列和下颌牙列的前伸再定位咬合关系并基于电子面弓数据设计前伸再定位咬合板的具体过程为:
A1、设计前伸再定位咬合板底部结构:根据相互作为前伸再定位咬合关系的所述上颌牙列选择就位道方向,并确定倒凹填除相关参数和组织面底部属性,手动选择前伸再定位咬合板的覆盖范围,根据选取的覆盖范围自动匹配牙列;
A2、设计前伸再定位咬合板𬌗面静态咬合:使用所述第二数字化软件的“咬合调整”功能,依据所述上颌牙列和下颌牙列间的前伸再定位咬合关系去除咬合板上的咬合高点,获得每个牙位均匀轻接触的光滑咬合面,所述第二数字化软件为EXOCAD;
A3、设计前伸再定位咬合板动态咬合:利用电子面弓数据,模拟上下颌在前伸咬合位上的动态咬合轨迹,对所述前伸再定位咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改,获得用户个性化且稳定均一的前伸及侧方引导;
A4、设计前伸再定位咬合板舌侧挡:使用所述第二数字化软件的的“自由造型”功能,增加前牙区13-23牙舌侧的咬合板厚度,防止下颌后退,使下颌锁定于前伸位,最后进行形态和咬合的微调。
4.根据权利要求3所述的一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,其特征在于,根据所述上颌牙列和下颌牙列的最适正中关系并基于电子面弓数据设计正中关系稳定咬合板的具体过程为:
B1、设计正中关系稳定咬合板底部结构:根据相互作为正中关系稳定咬合关系的所述上颌牙列或下颌牙列选择就位道方向,并确定倒凹填除相关参数和底部属性,手动选择稳定咬合板的覆盖范围,根据选取的覆盖范围自动匹配牙列;
B2、设计正中关系稳定咬合板𬌗面静态咬合:使用所述第二数字化软件的“咬合调整”功能,依据所述上颌牙列和下颌牙列间的正中咬合关系去除咬合板上的咬合高点,获得每个牙位均匀接触的光滑咬合面;
B3、设计正中关系稳定咬合板动态咬合:利用电子面弓数据,模拟上下颌在正中关系咬合位上的动态咬合轨迹,对所述正中关系稳定咬合板的前伸及侧方运动引导斜面进行调改,获得用户个性化稳定均一的前伸及侧方引导。
5.根据权利要求4所述的一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法,其特征在于,利用电子面弓数据,模拟下颌运动具体为:
以第一个颌骨运动位置作为轨迹起始点,利用下颌运动轨迹模拟下颌运动,或者利用下颌运动参数进行虚拟上𬌗架,模拟下颌运动。
6.一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板,其特征在于,包括通过权利要求1-5任一所述的一种全数字化技术引导下的系列再定位咬合板的制作方法制作的前伸再定位咬合板和正中关系稳定咬合板。
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