CN117881362A - 具有改进的定制邻间接触的牙科矩阵数字设计 - Google Patents

Abstract

公开了用于设计具有改进的邻间接触的数字牙科矩阵的系统和技术，包括：生成患者的未来牙科解剖结构的数字三维模型，该未来牙科解剖结构表示患者的至少一颗牙齿的预期形状；在该3D模型中选择一对或多对相邻牙齿；针对每对所选牙齿，确定相邻牙齿的邻间空间中的位置和取向，以用于插入具有一个或多个初始参数的数字3D几何结构；以及以所确定的位置和取向插入数字3D几何结构。

Description

具有改进的定制邻间接触的牙科矩阵数字设计

技术领域

本公开涉及用于重塑牙齿的牙科修复器具。

背景技术

牙科医师通常利用各种牙科器具来重塑或修复患者的牙科解剖结构。牙科器具可以是由牙医调节适应于个体患者的库存设计，或者其可以是根据患者的牙科解剖结构的模型构造的定制装置，被增强成期望的牙科解剖结构。模型可以是物理模型或数字模型。在过去，要在一个步骤内建立一种形成紧密但可用牙线清洁的接触的模型已被证明是具有挑战性的。相反，牙科医生采用一种既耗时又让患者感到不舒服的方法，用刀片、锯和其他工具来分离形成的接触。

发明内容

本公开涉及用于设计牙科修复器具的技术，该牙科修复器具具有改进的定制邻间接触以减少或消除分离邻间接触的需要。在第一方面，第一方法包括：生成患者的未来牙科解剖结构的数字三维(3D)模型，该未来牙科解剖结构表示患者的至少一颗牙齿的预期形状；在该3D模型中选择一对或多对相邻牙齿；针对每对所选牙齿，确定相邻牙齿的邻间空间中的位置和取向，以用于插入具有一个或多个初始参数的数字3D几何结构；以及以所确定的位置和取向插入数字3D几何结构。数字3D几何结构的一个或多个初始参数可包括大于100微米且小于500微米的至少一个厚度。此外，确定邻间空间中的位置和取向可包括：使相邻牙齿偏移，从而使得相邻牙齿的相应几何结构相交；确定相邻牙齿的布尔相交结果；以及基于布尔相交结果来确定最佳拟合平面。另外，确定邻间空间中的位置和取向可包括：确定相邻牙齿之间的接触点；确定相邻牙齿中的每颗牙齿的界标坐标系；基于相邻牙齿中的每颗牙齿的界标坐标来确定界标坐标系的平均值；基于所确定的界标坐标系的平均值来确定取向；以及基于相邻牙齿之间的接触点来确定位置。该方法还可包括完善数字3D几何结构。完善数字3D几何结构可包括：将3D几何结构细分成介于3D几何结构的舌端和面端之间的一个或多个部分；以及使3D几何结构的一个或多个部分相对于数字3D模型平移，以调节数字3D模型内的所得3D几何结构。完善3D数字几何结构还可包括：将预定义3D几何结构放置在相对于3D模型的位置和取向处；以及基于3D模型的一个或多个参数来缩放该预定义3D几何结构。完善数字3D几何结构还可包括：将3D几何结构竖直地细分成至少第一部分和第二部分；以及调节每个相应部分的一个或多个参数，以调节数字3D模型内的所得3D几何结构。参数可包括以下至少一者：沿着近中-远中轴线的第一厚度、沿着齿龈-咬合轴线的距离，以及每个相应部分的偏移。每个相应部分的参数对于相应部分中的每个可以是不同的。该方法还可包括：生成表示包括3D模型和经完善的3D几何结构的3D维度物理矩阵的文件；以及根据该表示生成物理矩阵。根据该表示生成物理矩阵可包括：使用3D打印机来根据该表示构造物理矩阵。另外，3D几何结构的完善可包括：向数字3D几何结构的每个实例添加卵形圆筒，并且该卵形圆筒被相应的数字3D几何结构对分；对于每个添加的卵形体，将相应卵形中腔与相应的数字3D几何结构对准；对于每个数字3D几何结构，确定相应分模面与相应的3D数字几何结构之间的角度；以及对于每个数字3D几何结构，基于所确定的相应角度使相应的数字3D几何结构旋转，从而使得相应卵形体与相应牙齿的牙齿倾斜匹配。

在第二方面，第二方法可包括：生成患者的未来牙科解剖结构的数字三维(3D)模型，该未来牙科解剖结构表示患者的至少一颗牙齿的预期形状；在该3D模型中选择一对或多对牙齿，其中该对中的牙齿是相邻的；针对每对所选牙齿，确定相邻牙齿的邻间空间中的位置和取向，以用于插入具有一个或多个初始参数的数字3D几何结构；以所确定的位置和取向插入数字3D几何结构；完善该数字3D几何结构；生成表示包括3D模型和经完善的3D几何结构的3D维度物理矩阵的文件；以及根据该表示生成物理矩阵。

在附图和下文的描述中将示出一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，其他特征、目标和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是示出了根据本公开的各个方面的用于设计并制造牙科器具的示例性系统的框图，该牙科器具具有改进的定制邻间接触，用于修复患者的牙科解剖结构。

图2是示出了根据本公开的各个方面的用于生成牙科器具的数字模型的示例性技术的流程图，该牙科器具具有改进的定制邻间接触。

图3A和图3B是示出了根据本公开的各个方面的用于使用布尔相交结果来确定所插入的邻间几何结构的位置和取向的示例性技术的概念图。

图4是示出了根据本公开的各个方面的用于优化接触几何结构的示例性技术的概念图。

图5是示出了根据本公开的各个方面的如何能够使用界标坐标系来计算邻间几何结构的取向和位置的概念图。

图6A和图6B是示出了根据本公开的各个方面的邻间几何结构的放置的概念图，其中具有使特征部沿着近中-远中轴线偏移的选项。

图7是示出了根据本公开的各个方面的用于将卵形圆筒放置在3D模型内的示例性技术的概念图。

图8A、图8B、图9A和图9B是示出了根据本公开的各个方面的用于为卵形圆筒取向的示例性技术的概念图。

图10A至图10B是示出了根据本公开的各个方面的用于确定邻间几何结构的位置和取向的示例性技术的流程图。

图11A至图11D是示出了根据本公开的各个方面的用于完善数字3D几何结构以定制邻间几何结构的示例性技术的流程图。

具体实施方式

图1是示出了根据本公开的各个方面的用于设计并制造用于修复患者的牙科解剖结构的牙科器具的示例性系统100的框图。在图1的示例中，系统100包括诊所104、器具设计设施108和制造设施110。

医师106可在诊所104处对患者102进行治疗。例如，医师106可创建患者102的当前牙科解剖结构的数字模型。牙科解剖结构可包括牙弓的一颗或多颗牙齿的牙冠或牙根的任何部分、齿龈、牙周韧带、齿槽骨、皮质骨、种植体、人造牙冠、牙桥、镶面、义齿、正畸器具、或在治疗之前、期间或之后可被视为牙列的一部分的任何结构。在一个示例中，当前牙科解剖结构的数字模型包括患者的当前牙科解剖结构的三维(3D)模型。3D模型可使用口内扫描仪、锥束计算机断层(CBCT)扫描(即，3D X射线)、光学相干断层摄影术(OCT)、磁共振成像(MRI)或任何其他3D图像捕获系统来生成。在一些示例中，计算装置190存储患者102的当前牙科解剖结构的数字模型。

诊所104的计算装置190可存储患者的未来牙科解剖结构的数字模型。未来牙科解剖结构表示待通过应用牙科器具(诸如牙科器具101)来实现的牙科解剖结构的预期形状。在一个示例中，医师106可创建未来牙科解剖结构的物理模型，并且可利用图像捕获系统(例如，如上所述)来生成未来牙科解剖结构的数字模型。在另一个示例中，医师106可(例如，通过将材料添加到牙科解剖结构的一颗或多颗牙齿的表面)修改患者102的当前解剖结构的数字模型以生成未来牙科解剖结构的数字模型。在又一个示例中，计算装置190可修改当前牙科解剖结构的数字模型以生成未来牙科解剖结构的模型。在另一个示例中，患者的牙科解剖结构的修改可由第三方提供者在场外进行。此类修改可由医师106规定、检查和修改，或者在医师的指导下进行。可在数字环境中设计牙科解剖结构，另选地可使用常规牙科实验室技术(例如，蜡的施加)来物理地修改初始牙列的物理再现。牙齿的这种物理模型可经由3D扫描仪数字化。

在一个场景中，计算装置190将表示患者102的牙科解剖结构(例如，当前和/或未来)的数字模型输出到另一计算装置，诸如计算装置150和/或计算装置192。如图1所示，在一些示例中，设计设施108的计算装置150、诊所104的计算装置190和制造设施110的计算装置192可经由网络114彼此通信地耦接。网络114可包括诸如经由 3G、4G LTE、5G等的有线或无线网络。

在图1的示例中，设计设施108包括计算装置150，该计算装置被配置为自动设计用于重塑患者102的牙科解剖结构的牙科器具。在一个示例中，计算装置150包括一个或多个处理器172、一个或多个用户界面(UI)装置174、一个或多个通信单元176和一个或多个存储装置178。

UI装置174可被配置为接收用户输入和/或向计算装置150的用户输出信息(也称为数据)。UI装置174的一个或多个输入部件可接收输入。仅举几个示例，输入的示例为触觉、音频、动力学和光学输入。例如，UI装置174可包括鼠标、键盘、语音响应系统、摄像机、按钮、控制盘、麦克风、或用于检测来自人类或机器的输入的任何其他类型的装置。在一些示例中，UI装置174可以是存在敏感型输入部件，该存在敏感型输入部件可包括存在敏感型屏幕、触敏屏幕等。

UI装置174的一个或多个输出部件可生成输出。输出的示例为数据、触觉、音频以及视频输出。在一些示例中，UI装置174的输出部件包括显示装置(例如，存在敏感屏幕、触摸屏、液晶显示器(LCD)显示器、发光二极管(LED)显示器、光学头戴式显示器(HMD)等等)、发光二极管、扬声器或用于向人类或机器生成输出的任何其他类型的装置。

处理器172表示一个或多个处理器，诸如通用微处理器、专门设计的处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑器集合、或者能够执行本文所述的技术的任何类型的处理装置。在一个示例中，存储装置178可存储程序指令(例如，软件指令或模块)，处理器172执行这些指令以实施本文所述的技术。在其他示例中，可由处理器172的专门编程的电路系统来执行这些技术。通过这些或其他方式，处理器172可被配置为执行本文所述的技术。

在一些示例中，存储装置178还可包括一种或多种计算机可读存储介质。存储装置178可被配置为与易失性存储器相比存储更大量的信息。存储装置178还可被配置用于作为非易失性存储空间进行数据的长期存储，并且在激活/关闭循环之后保留数据。非易失性存储器的示例包括固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、闪存存储器或电可编程存储器(EPROM)或电可擦可编程(EEPROM)存储器的形式。存储装置178可存储与软件部件182-189和/或操作系统180相关联的程序指令和/或数据。

在图1的示例中，存储装置178包括器具特征部库164、模型库166和医师偏好库168。库164、166和168可包括关系数据库、多维数据库、地图和散列表或存储数据的任何数据结构。在一个示例中，模型库166包括患者的当前和/或未来牙科解剖结构的3D模型。如下面更详细描述的，库164、166和168可包括邻间3D几何结构的表示。在一些实例中，库164、166和168可本地存储在计算装置150处，或者可经由联网文件共享、云存储或其他远程数据存储访问。

计算装置150可用一个或多个处理器172来执行软件部件182-189。计算装置150可作为在底层硬件上执行的虚拟机或在底层硬件上执行的虚拟机内执行部件182-189中的任一者。在一个示例中，部件182-189中的任一者可被实现为操作系统180的一部分。

根据本公开的技术，计算装置150基于患者的未来牙科解剖结构的数字模型自动或半自动地生成牙科器具101的数字模型以用于修复患者102的牙科解剖结构。预处理器181可预处理患者102的未来牙科解剖结构的数字模型。在一个示例中，预处理器181执行预处理以标识患者102的未来牙科解剖结构中的一颗或多颗牙齿。在一些实例中，预处理器181标识每颗单独牙齿的局部坐标系，并且可标识包括未来牙科解剖结构的每颗牙齿的全局坐标系。作为另一个示例，预处理器181可预处理未来牙科解剖结构的数字模型以标识牙科解剖结构的牙根结构。在另一个示例中，预处理器181可标识齿龈。这样，预处理器181可确定未来牙科解剖结构的包括齿龈的部分和未来牙科解剖结构的包括牙齿的部分。作为又另一个示例，预处理器181可通过延伸牙根以标识每颗相应牙齿的牙根的顶表面来预处理未来牙科解剖结构的数字模型。

界标标识器182可确定未来牙科解剖结构的一个或多个界标。示例性界标包括切片、中点、齿龈边界、两个相邻牙齿之间的最近点(例如，相邻牙齿之间的接触点或最近临近(或最近接近)点)、凸包、质心或其他界标。切片是指牙科解剖结构的横截面。牙齿的中点是指给定切片内的牙齿的几何中心(也称为几何中点)。齿龈边界是指牙科解剖结构的齿龈和一颗或多颗牙齿之间的边界。凸包是指顶点包括给定一组顶点中的一子组顶点的多边形，其中该一子组顶点的边界外接整组顶点。牙齿的质心是指牙齿的中点、中心点、形心或几何中心。在一些实例中，界标标识器182确定每颗牙齿的局部坐标系中的界标。

在一些示例中，界标标识器182确定患者的未来牙科解剖结构的多个切片。在一个示例中，每个切片的厚度相同。在一些实例中，一个或多个切片的厚度与另一个切片的厚度不同。给定切片的厚度可以是预定义的。在一个实例中，界标标识器182自动确定每个切片的厚度。在另一个实例中，每个切片的厚度可以是用户定义的。

在一些示例中，界标标识器182确定每颗牙齿的中点。在一个示例中，界标标识器182通过基于整个特定牙齿计算特定牙齿的几何结构的极值(例如，无需将牙科解剖结构分成切片)来确定特定牙齿的中点，并且基于牙齿几何结构的极值确定特定牙齿的中点。

在一些示例中，界标标识器182确定每个切片的每颗牙齿的中点。界标标识器182可通过计算围绕特定切片的特定牙齿的边缘的顶点群集的质心来确定该特定切片的该特定牙齿的中点。在一些实例中，特定切片的特定牙齿的中点可朝向牙齿的一个边缘偏置(例如，在一个边缘与另一个边缘相比具有更多点的情况下)。

在另一个示例中，界标标识器182可基于特定切片的特定牙齿的凸包确定特定切片中的特定牙齿的中点。例如，界标标识器182可确定给定切片的牙齿的一组边缘点的凸包。在一些实例中，界标标识器182通过对由凸包外接的区域执行泛洪填充操作并计算泛洪填充凸包的质心来根据凸包确定几何中心。

在一些示例中，界标标识模块182确定两颗相邻牙齿之间的最近点。两颗相邻牙齿之间的最近点可以是接触点或最近临近点。在一个示例中，界标标识模块182确定每个切片的两颗相邻牙齿之间的最近点。在另一个示例中，界标标识模块182基于整个相邻牙齿确定两颗相邻牙齿之间的最近点(例如，无需将牙科解剖结构分成切片)。

样条是指穿过多个点或顶点的曲线，诸如分段多项式参数曲线。模具分模面是指对分一颗或多颗牙齿的两个侧面(例如，将一颗或多颗牙齿的面侧与一颗或多颗牙齿的舌侧分开)的3D网格。齿龈修整表面是指沿着齿龈缘修整包围外壳的3D网格。外壳是指具有标称厚度的主体。在一些示例中，外壳的内表面与牙弓的表面匹配，并且外壳的外表面是内表面的标称偏移。面侧带是指从外壳沿面偏移的具有标称厚度的刚性肋。牙窗是指提供通向牙齿表面的入口的孔，使得牙科用复合材料可放置在牙齿上。牙门是指覆盖牙窗的结构。切嵴在牙科器具101的切缘处提供增强并且可来源于弓形体。壳体框架撑条是指将牙科器具101的零件(例如，牙科器具101的舌侧部分、牙科器具101的面侧部分及其子部件)耦接到制造壳体框架的连接材料。这样，壳体框架撑条可在制造期间将牙科器具101的零件系到壳体框架，保护各个零件免受损坏或损耗，并且/或者降低混合零件的风险。

在一些示例中，定制特征部生成器184基于界标生成一个或多个样条。定制特征部生成器184可基于多个牙齿中点和/或相邻牙齿之间的最近点(例如，相邻牙齿之间的接触点或相邻牙齿之间的最近接近点)生成样条。在一些实例中，定制特征部生成器184针对每个切片生成一个样条。在一个实例中，定制特征部生成器184针对给定切片生成多个样条。例如，定制特征部生成器184可针对第一子组牙齿(例如，右后牙齿)生成第一样条，针对第二子组牙齿(例如，左后牙齿)生成第二样条，并且针对第三子组牙齿(例如，前牙)生成第三样条。

器具特征部库164包括可被包括在牙科器具101中的一组预定义器具特征部。器具特征部库164可包括定义牙科器具101的一个或多个功能特性的一组预定义器具特征部。预定义器具特征部的示例包括通气孔、后卡扣夹钳、牙门铰链、牙门卡扣、切端配准特征部、中心夹具、定制标签、制造壳体框架、牙间隙基质柄部等等。每个通气孔被配置为使得过量的牙科用复合材料能够流出牙科器具101。后卡扣夹钳被配置为将牙科器具101的面侧部分与牙科器具101的舌侧部分耦接。每个牙门铰链被配置为将相应的牙门以可枢转的方式耦接到牙科器具101。每个牙门卡扣被配置为将相应的牙门固定在闭合位置中。在一些示例中，切端配准特征部包括凸形和凹形突片对，该凸形和凹形突片对(例如，沿着正中)落在牙科器具101的切缘上。在一个示例中，切端配准特征部用于维持牙科器具101的面侧部分与牙科器具101的舌侧部分的竖直对准。每个中心夹具被配置为在牙科器具101的舌侧部分与牙科器具101的面侧部分之间提供竖直配准。每个定制标签包括标识牙科器具101的零件的数据。制造壳体框架被配置为支撑牙科器具101的一个或多个零件。例如，制造壳体框架可将牙科器具101的舌侧部分和牙科器具101的面侧部分彼此可拆卸地耦接，以将牙科器具101安全地处置并从制造设施110输送到诊所104。

根据其他具体实施，器具特征部库164可被配置为包括插入在相邻牙齿之间的一个或多个邻间几何结构。该预定义几何结构可包括库部分、经缩放的几何结构和/或参数形状，仅举几个示例。例如，器具特征部库164可包括均匀厚度的3D翅片。作为另一个示例，器具特征部库164可包括3D翅片，该3D翅片被细分，其中每个细分部具有相应厚度，并且该相应厚度可被更改以更好地符合相邻牙齿的间隔和取向。一般而言，根据特定具体实施，翅片可具有介于100微米与500微米之间的初始厚度。例如，在一个具体实施中，均匀厚度为150微米的翅片被存储在器具特征部库164中。并且在又一个示例中，器具特征部库164可包括能够被放置在相邻牙齿之间的邻间空间内的卵形圆筒。下面更详细地描述用于放置和完善邻间几何结构的技术。

特征部管理器186确定被包括在预定义器具特征部库164中的一个或多个预定义器具特征部的参数。在一个示例中，预定义器具特征部被配置为执行牙科器具101的功能。预定义器具特征部的参数可包括预定义器具特征部的大小、形状、比例、位置和/或取向。特征部管理器186可基于一个或多个规则来确定预定义器具特征部的参数。可例如经由机器学习对规则进行预先制定或机器生成。

在一些实例中，特征部管理器186基于规则确定后卡扣夹钳的放置。在一个示例中，特征部管理器186将两个后卡扣夹钳沿着弓形体定位在弓形体的相反的两端上(例如，在一端处定位第一卡扣夹钳并且在另一端处定位第二卡扣夹钳)。在一些示例中，特征部管理器186将后卡扣夹钳定位在要修复的最外面的牙齿之外。在一些示例中，特征部管理器186将后卡扣夹钳的凹形部分定位在分模面的舌侧上，并且将后卡扣夹钳的凸形部分定位在面侧上。

在一些示例中，特征部管理器186基于规则确定通气孔的放置。在一个示例中，特征部管理器186将通气孔定位在牙科器具101的切端侧上的对应牙门的中线处。

在一些场景中，特征部管理器186基于规则确定牙门铰链的放置。在一个场景中，特征部管理器186将每个牙门铰链定位在对应牙门的中线处。在一个场景中，特征部管理器186定位牙门铰链的凹形部分以锚定到牙科器具101的面侧部分(例如，朝向牙齿的切缘)，并且定位牙门铰链的凸形部分以锚定到牙门的外面。

在一个实例中，特征部管理器186通过将牙门卡扣沿着对应牙门的中线定位来基于规则确定牙门卡扣的放置。在一个实例中，特征部管理器186定位牙门卡扣的凹形部分以锚定到牙门的外面并且朝向齿龈向下延伸。在另一个实例中，特征部管理器186定位牙门卡扣的凸形部分以锚定到面侧带的齿龈侧。例如，牙门卡扣可通过将牙门卡扣的凸形部分闩锁到面侧带来将牙门固定在闭合位置中。

在其他示例中，特征部管理器186可根据本公开确定一个或多个邻间几何结构的初始放置、取向和厚度。

特征部管理器186可基于医师102的偏好来确定预定义器具特征部的参数。医师偏好库168可包括指示各个医师102的偏好的数据。在一个示例中，医师偏好直接影响一个或多个器具特征部的参数。例如，医师偏好库168可包括指示各种器具特征部的优选大小(诸如通气孔的大小)的数据。在此类示例中，较大的通气孔可使得牙科用复合材料或树脂的压力能够在牙门就位过程期间更快地达到平衡，但可导致在固化之后较大的结块待完成。在其他示例中，医师偏好库168可包括指示邻间几何结构的优选初始大小或形状的数据。

作为另一个示例，医师偏好间接影响器具特征部的参数。例如，医师偏好库168可包括指示器具的优选刚度或自夹持特征部的优选紧密度的数据。此类偏好选择还可影响对基质的截面厚度和/或夹持几何结构的激活程度的更复杂的设计变化。特征部管理器186可通过将医师偏好应用于一个或多个规则、模拟(例如，蒙特卡罗)或有限元分析来确定器具特征部的参数。特征部参数也可来源于待与基质一起使用的材料的特性，诸如牙医更喜欢与器具一起使用的复合材料的类型。

模型汇编器188生成牙科器具101的数字3D模型，该数字3D模型用于响应于确定定制的和预定义的器具特征部的参数来重塑牙科解剖结构(例如，重塑成未来牙科解剖结构)。牙科器具101的数字模型可包括点云、3D网格、NURBS或牙科器具101的其他数字表示。在一些实例中，模型汇编器188将牙科器具101的数字模型存储在模型库166中。

模型汇编器188可输出牙科器具101的数字模型。例如，模型汇编器188可将牙科器具101的数字模型(例如，经由网络114)输出到制造设施110的计算装置192以制造牙科器具101。在另一个示例中，计算装置150将牙科器具101的数字模型发送到诊所104的计算装置190以在诊所104处制造。在一些具体实施中，模型汇编器188生成计算机可读文件，该计算机可读文件包括描述牙科器具101的数字模型的数据。该文件可被存储在存储装置164中，并且该文件可在将来被系统100引用以完善先前的数字模型或者被制造系统194引用以制造数字模型的物理矩阵。

完善模块189可用于完善牙科器具101的数字模型。例如，完善模块189可用于修改数字模型的一个或多个参数。在一些具体实施中，对数字模型的修改包括修改所插入的邻间几何结构的一个或多个参数。完善模块189可被配置为响应于(例如，从医师106)接收到的用户输入而递增地修改数字模型，或可被配置为使用预定义规则或基于机器学习技术来自动地完善数字几何结构。

在一些具体实施中，完善模块189还可在数字模型的参数被改变时以图形方式实时地呈现增量完善。例如，当根据接收到的用户输入修改邻间翅片的厚度或位置时，完善模块189可更新经修改的邻间翅片的参数并且经由UI装置174实时地展示相对于数字模型对邻间翅片的任何改变。在其他具体实施中，完善模块189可以图形方式呈现使用预定义规则或机器学习自动计算的最终完善。

以图形方式呈现完善(递增地或在完善完成时)的优点在于，系统100的用户(例如，医师106)可在将牙科器具101的数字模型提供给制造系统194之前在视觉上检查该模型。在一些具体实施中，牙科器具101的数字模型的一个或多个方面可在系统100将该数字模型提供给模型汇编器188之前被提供给完善模块189。

计算装置192可将牙科器具101的数字模型发送到制造系统194。制造系统194根据牙科器具101的数字模型来制造牙科器具101。制造系统194可使用任何数量的制造技术(诸如3D打印、化学气相沉积(CVD)、热成形、注塑、失蜡浇铸、铣削、机加工、激光切割等等)来形成牙科器具101。

医师106可接收牙科器具101并且可利用牙科器具101来重塑患者102的一颗或多颗牙齿。例如，医师106可经由牙科器具101的一个或多个牙门将牙科用复合材料施加到患者102的一颗或多颗牙齿的表面。过量的牙科用复合材料可经由一个或多个通气孔去除。在一些情况下，牙科器具101中的邻间几何结构的存在使医师106能够更好地控制在患者102的填充规程期间使用的牙科用复合材料或粘结材料的量。一般而言，使用本文所述技术的优点包括极大地减少医师106去除过量的牙科用复合材料的需要。这可使得减少使用牙科器具101来治疗患者102的时间，并且限制医师106使用锯、刀片和其他工具来在邻间牙科用复合材料固化后分离该邻间牙科用复合材料。

在一些示例中，模型汇编器188基于现有数字模型(例如，存储在模型库166中)生成牙科器具101的数字模型。在一个示例中，模型库166可包括指示与每个完成的牙科器具101相关联的器具成功标准的数据，该器具成功标准指示制造打印产量、医师和/或客户反馈或评级、或它们的组合。例如，响应于确定先前牙科器具101的器具成功标准满足阈值标准(例如，阈值制造产量或阈值医师评级)，模型汇编器188可利用现有数字模型来生成牙科器具101的新的或更新的数字模型。在一个示例中，现有数字模型为模板或参考数字模型。在此类示例中，模型汇编器188可基于模板数字模型生成牙科器具101的数字模型。例如，模板数字模型可与潜在的患者(诸如具有小牙齿或不能大张口的患者)的牙科解剖结构的不同特性相关联。

在一个示例中，模型汇编器188通过利用一个或多个形态算法来基于现有数字模型生成牙科器具101的数字模型。例如，模型汇编器188可利用形态算法来对器具特征部几何结构进行插值。在一个实例中，模型汇编器188可基于现有数字模型的设计生成牙科器具101的新数字模型。在一个实例中，现有数字模型的设计特征部可包括从周边嵌入的牙窗，使得模型汇编器188可基于不同牙齿解剖结构的界标来改变现有数字模型的几何结构。

本公开的技术可使得计算装置能够自动确定牙科器具101的形状和各种器具特征部的放置。这样，计算装置可更准确且更快速地生成牙科器具101的数字模型。更准确地确定牙科器具101的形状和器具特征部的放置可提高牙科器具101和牙齿修复体的功效。更快速地确定牙科器具101的形状和器具特征部的放置可使得医师能够更快速地矫正患者的牙齿，这可改善患者牙齿的外观和/或功能，从而潜在地改善患者体验。另外，减少生成牙科器具101的数字模型所需的时间可降低生产成本，从而使更广泛的患者群体负担得起治疗。

虽然计算装置150被描述为基于患者的未来牙科解剖结构的数字模型自动生成牙科器具101的数字模型，但在一些示例中，计算装置150可利用患者的牙科解剖结构的当前未修复状态的数字模型来生成牙科器具101的数字模型的全部或一部分。例如，计算装置150可利用当前牙科解剖结构的数字模型来确定卡扣夹钳(其可放置在不待修复的牙齿上)的位置或生成面侧带(例如，因为齿龈缘在修复期间可不改变)。

图2是示出了根据本公开的各个方面的用于生成牙科器具的数字模型的示例性技术200的流程图。在图1所示的系统100的上下文中对图2进行描述。

在步骤202处，计算装置150接收患者102的未来(即，期望的)牙科解剖结构的数字3D模型。在一个示例中，计算装置150从另一个计算装置诸如诊所104的计算装置190接收未来牙科解剖结构的数字模型。患者的未来牙科解剖结构的数字模型可包括未来牙科解剖结构的点云或3D网格。点云包括表示或限定三维空间中的对象的点的集合。3D网格包括多个顶点(也称为点)和由这些顶点限定的几何面(例如，三角形)。在一个示例中，医师106创建未来牙科解剖结构的物理模型，并且利用图像捕获系统来生成未来牙科解剖结构的数字模型。在另一个示例中，医师106(例如，通过将材料添加到牙科解剖结构的一颗或多颗牙齿的表面)修改患者102的当前解剖结构的数字模型以生成未来牙科解剖结构的数字模型。在一些情况下，可计划牙齿结构的选择性去除。在其他情况下，所设计的未来解剖结构可考虑牙医对后续治疗步骤的偏好，例如，在后续治疗步骤中，牙齿楔状隙在数字模型中可能轮廓过大，因为牙医更喜欢能够在后续修整期间手动调节牙齿楔状隙。在又一个示例中，计算装置190可修改当前牙科解剖结构的数字模型以生成未来牙科解剖结构的模型。作为医师或计算机或器具制造商创建未来牙科解剖结构的替代方案，第三方实验室和技术人员可参与齿列设计工作的全部或部分。

在步骤204处，计算装置150在3D模型中选择一对或多对牙齿。例如，计算装置150可对数字模型执行搜索并且标识3D网格的表示存在于3D模型中的牙齿的部分以自动地选择3D网格的对应于一对相邻牙齿的部分。在其他具体实施中，可响应于用户输入来选择牙齿。例如，用户可在表示牙齿的网格部分周围绘制边界框，并且计算装置150可响应于用户输入来选择那些牙齿。换句话说，计算装置150可使用手动技术(例如，响应于突出显示3D网格的属于相邻牙齿对的特定元素的用户输入)或自动技术(例如，检测相邻网格元素之间的表示牙齿边界的曲率变化或将牙齿模板应用于3D网格并基于所应用的模板来确定牙齿分割)来选择一颗或多颗牙齿。另外，可使用自动牙齿分割、界标标识和/或牙齿标识算法的各种组合。可使用进一步的深度学习算法来评估自动选择的置信度并且标记所选牙齿对以供进一步检查。

在步骤206处，对于每对所选牙齿，计算装置150确定所选相邻牙齿之间的邻间空间中的位置和取向，以用于插入数字3D几何结构。存在计算机装置150可用来确定位置和取向的若干技术。在一个示例中，计算装置150使用相邻牙齿的偏移的布尔相交来确定最佳拟合平面。例如，关于图3A至图3B更详细地描述了布尔相交的使用。在另一个示例中，计算装置150使用界标坐标系来确定位置和取向。例如，关于图4和图5在别处更详细地描述界标坐标系的使用。

在步骤208处，计算装置150以所确定的位置和取向插入数字3D几何结构。例如，可基于所确定的位置和取向在表示相邻牙齿的3D网格之间插入3D翅片。

在步骤210处，计算装置150使用完善模块189来完善数字3D几何结构。例如，完善模块189可接收用户输入并且响应于所接收的用户输入来修改3D翅片的一个或多个部分的厚度参数。作为另一个示例，响应于用户输入，完善模块189可平移3D翅片的一个或多个部分以将相应部分重新定位在相邻牙齿之间的邻间空间中。此类完善模块还可完善3D翅片的形状和横截面，以例如产生斜坡或曲线，从而提高局部强度、灵活性、与相邻牙齿结构的配准，或者提高翅片在修复时产生期望几何结构的能力，同时在整个模塑、固化和去除过程中维持机械整体性。

在步骤212处，计算装置150生成表示包括3D模型和经完善的3D几何结构的3D维度牙科器具(诸如牙科器具101)的文件。例如，计算装置150可使用任何数量的常规技术来生成指定3D模型的文件。

在步骤214处，计算装置150根据该表示生成牙科器具101。例如，计算装置150可将该文件传输至制造系统194，该制造系统可使用任何数量的技术来生成牙科器具101，这些技术包括3D打印、CVD、热成形、注塑、失蜡铸造、铣削、机加工、激光切割等等。

图3A和图3B是示出了根据本公开的各个方面的用于使用布尔相交结果来确定所插入的邻间几何结构的位置和取向的示例性技术的概念图。在系统100的上下文中对该概念图进行描述。例如，在计算装置150的上下文中对图3A和图3B进行描述。

根据特定具体实施，计算装置150使表示相邻牙齿302a和302b的3D网格偏移或平移，从而致使3D网格相交。相邻牙齿302a和302b的交点304可具有各种宽度。例如，在一个具体实施中，使3D网格偏移，使得它们致使交点304不超过100微米。具体地，在该示例中，表示相邻牙齿302a和302b的每个3D网格分别偏移50微米，这导致100微米的交点。接下来，计算装置150确定重叠网格的布尔相交结果。例如，使用布尔相交技术，计算装置150标识并保持3D网格中重叠的部分，并且丢弃3D网格中未重叠的部分。

在计算装置150执行布尔相交之后，计算装置150还可确定剩余3D网格的对应于相邻牙齿302a和302b的最佳拟合平面306。存在各种技术来确定最佳拟合平面306。例如，可使用迭代过程，由此生成平面并且完善平面的位置，直到使相交网格的每个顶点与所生成的平面之间的平均距离最小化为止。一旦确定了最佳拟合平面306，计算装置150就可加厚该平面。例如，如图3A所示，平面308具有均匀的厚度，诸如150微米。为了完成模型完善，计算装置150可执行布尔减法以生成模式完善，该模式完善包括可在其中插入3D几何结构的邻间空间310。这使得对应于相邻牙齿302a和302b的3D网格在该模型内分开选定厚度。

图3B示出了与图3A所示的技术类似的技术。主要区别在于，如图3B所示，平面被细分成区域(或区)508a、508b和508c，从而允许计算装置150为细分部中的每个指定不同的参数。例如，计算装置150可指定区域508a的相对于近中-远中轴线的第一厚度以及沿着齿龈-咬合轴线的第一距离。这允许计算装置150针对插入到邻间空间310a至310c中的邻间几何结构生成更好的拟合。也就是说，虽然图3B示出了被细分成三个区域的最佳拟合平面，但是应当理解，最佳拟合平面可被细分成任何数量的区域以根据患者102的需要来完善模型。还应当理解，厚度可以是零和/或包括低于制造装置的分辨率极限的值。在其他示例中，几何结构可被控制成大于制造装置的已证明的最小分辨率，以确保该装置的所有特征部可被重复地制造、检查和投入临床使用，而不管制造装置的日常过程变化如何。

图4是示出了根据本公开的各个方面的用于优化接触几何结构的示例性技术的框图。在一些情况下，牙齿之间的相交或接触面积可能不会出现在相对于牙科器具101的数字表示的方便位置。图4示出了如何能够将初始确定的位置映射到更理想位置的一个示例性技术。在所公开的技术中，初始位置被修改为与模具分模面更紧密地对准，尽管其他优化技术也是可能的。如图4所示，在由3D网格402表示的特定牙齿处，计算装置150可计算“接触主体”404的CG点。返回参考图3，304表示示例性接触主体。即，如本文所用，“接触主体”被定义为通过使偏移的牙齿相交而生成的体积。如本文所用，“CG点”是指接触主体(在此是相邻牙齿)的重心。例如，CG点可由接触主体的数学中间表示并且可使用常规技术来确定。

计算装置150还可导入模具分模面406，该模具分模面如上所述是指对分一颗或多颗牙齿的两个侧面(例如，将一颗或多颗牙齿的面侧与一颗或多颗牙齿的舌侧分开)的3D网格。例如，模具分模面406可使用来自患者牙列内的解剖学界标来生成。在一个实施方案中，模具分模面406的几何结构可被形成为穿过牙齿的一系列切片或其他细分部中的每一者的中点。其他实施方案和配置是可能的。

例如，在其他具体实施中，可使用一个或多个神经网络来生成模具分模面406。可使用生成性对抗神经网络(GAN)。也可使用GraphCNN(图形卷积神经网络)。此外，可使用这些网络和其他网络的组合。

然后计算装置150将CG点404映射到模具分模面406与接触平面的相交线，该接触平面是相对于相交牙齿的最佳拟合平面。例如，返回参考图3，计算装置150可确定接触平面与模具分模面相交的位置，该位置指定最佳拟合平面306。在计算装置映射了CG点404之后，计算装置可在新的点408处生成参数椭圆。例如，在一些具体实施中，CG点404可在XY平面内平移以确定新的点408的位置。计算装置150还可基于相邻牙齿的一个或多个参数来确定参数椭圆的大小。例如，可基于相邻牙齿的平均解剖接触大小和哪些特定牙齿相邻的某种组合来确定参数椭圆的大小。因此，例如，根据特定具体实施，门牙、犬牙和磨牙都可具有不同形状和不同大小的接触。

图5是示出了根据本公开的各个方面的如何能够使用界标坐标系来计算邻间几何结构的取向和位置的概念图。在所示的示例中，计算装置150标识或以其他方式确定表示牙齿302a的第一3D网格的界标坐标系502a的第一集合。例如，第一界标坐标系可由相对于表示第一牙齿302a的3D网格定义的X轴、Y轴和Z轴表示。同样，计算装置150标识或以其他方式确定表示牙齿302b的第二3D网格的界标坐标系502b的第二集合。根据特定具体实施，可通过基于存在于数字3D模型中的形态来自动地确定界标坐标系502a和502b。在其他具体实施中，用户可基于用户的专业知识手动地调节界标坐标系502b，直到界标坐标在视觉上反映调节的期望结果。但是应当理解，也能够以其他方式确定界标坐标502a和502b。

计算装置150然后可对第一界标坐标系502a和502b求平均值以计算平均界标系统512。例如，计算装置150可计算第一界标坐标系502a和第二界标坐标系502b各自的X原点、Y原点和Z原点的平均值，使得第一界标坐标系502a与平均界标坐标系512之间的距离508与第二界标坐标系502b与平均界标坐标系512之间的距离510相同或基本上相似。

计算装置150还可计算界标坐标系的取向角度。根据特定具体实施，第一界标坐标系轴502a和第二界标坐标系轴502b是表面法线。即，界标坐标系轴502a和502b分别形成相对于牙齿302a和302b的表面以90度的角度取向的假想线。换句话说，界标坐标系轴502a形成垂直于表示牙齿302a的3D网格的假想线，并且界标坐标系轴502b形成垂直于表示牙齿302b的3D网格的假想线。使用表面法线会允许计算装置150计算平均界标坐标系轴512的取向角度。例如，根据特定具体实施，平均界标坐标系轴512的取向角度可由计算装置150确定，使得第一界标坐标系轴502a之间的角度504与第二界标坐标系轴502b之间的角度506相同。换言之，计算装置150可通过确定由界标坐标系轴502a表示的表面法线与平均界标坐标系轴512之间的角度504来确定平均界标坐标系轴512的取向角度，角度504与由第二界标坐标系轴502b表示的表面法线与平均界标坐标系轴512之间的角度506相同。

在计算装置150计算平均界标坐标系轴512的取向角度之后，计算装置150可将平均界标坐标系平移到点514。在一些具体实施中，点514表示代表牙齿302a和302b的3D网格相交的点。例如，在一个具体实施中，可通过生成在它们之间具有最小距离的一对点(每个牙齿网格302a和302b一个点)并且计算它们之间的中点来确定点514。在其他具体实施中，点514可表示相邻牙齿之间的邻间空间中的点，由此这些牙齿处于不相交的最近点处。

图6A和图6B是示出了根据本公开的各个方面的用于完善邻间几何结构的示例性技术的概念图。一般而言，图6A和图6B中所示的概念表示对3D模型的完善。例如，图6A和图6B展示了在已将一个或多个3D几何结构(例如，3D翅片602a-602g)插入到相应的邻间空间中之后的3D模型。由此，在计算装置150的上下文中对图6A和图6B进行描述，该计算装置可使用完善模块189来执行现在描述的操作。

如图6A和图6B所示，例如通过使用计算出的模具分模面(诸如模具分模面406)对分邻间3D几何结构，将邻间3D几何结构602a-602g细分成面侧部分604a-604g和舌侧部分606a-606g可能是有利的。这允许独立地移动邻间3D几何结构的面侧部分(由细分部604d和604e表示)和舌侧部分(由细分部606d和606e表示)，以完善3D邻间几何结构的定位。例如，如图6B所示，面侧细分部604d和604e以及舌侧细分部606d和606e可响应于由完善模块189接收的输入而被移位，以重新定位相应的细分部，从而改善邻间3D几何结构相对于表示相邻牙齿的3D网格的拟合。换句话说，完善模块189可使细分部604d、604e、606d和606e中的任一者相对于相应的相邻牙齿平移，以调节邻间3D几何结构的轮廓，从而完善相邻牙齿之间的接触量或者当使用牙线时的紧密程度。

图7、图8A、图8B、图9A和图9B是示出了用于使用卵形圆筒来完善邻间几何结构的示例性技术的概念图。根据特定具体实施，首先如图7所示放置卵形圆筒。接下来，如图8A、图8B、图9A和图9B所示修改卵形圆筒的取向。因此，在计算装置150的上下文中对图7、图8A、图8B、图9A和图9B进行描述，该计算装置可使用完善模块189来执行现在描述的操作。

图7是示出了根据本公开的各个方面的用于将卵形圆筒放置在3D模型内的示例性技术的概念图。完善模块189可使用本文所述的技术来将接触平面704a-704k放置在表示牙齿702a-702l的3D网格之间。例如，根据特定具体实施，完善模块189可通过计算如结合图3A和图3B所描述的最佳拟合平面306来确定接触平面704a-704k的位置。

完善模块189然后可生成一个或多个卵形圆筒，诸如描绘为卵形圆筒710的示例性卵形圆筒。例如，根据特定具体实施，卵形圆筒可以是存储在器具特征部库164中的常备卵形圆筒。在其他具体实施中，卵形圆筒可以是存储在器具特征部库164中的常备卵形圆筒的缩放版本。在其他具体实施中，可生成卵形圆筒。例如，可通过沿着Z轴和/或Y轴缩放圆筒以将圆筒修改成卵形形状来生成卵形圆筒。作为另一个示例，可根据相邻牙齿之间的邻间空间的尺寸基于参数方程来生成卵形圆筒。在其他示例中，卵形圆筒可基于在接触解剖研究中测量的形状。在这种情况下，圆筒的横截面可能严格上不同于卵形体，其中例如已经发现解剖接触是肾形的等。在其他示例中，用于生成解剖接触的规则在不同的牙齿对之间可以是不同的。例如，在未经治疗的牙齿之间具有现有接触的牙齿对中的卵形体可与在治疗中仅进行咬合延长的牙间隙或牙齿对不同地进行治疗。使用一个或多个卵形圆筒(诸如卵形圆筒710中的一个或多个卵形圆筒)，可将接触窗口(诸如接触窗口706)插入到3D模型中。例如，根据特定具体实施，完善模块189可限定一个或多个接触平面704a-704k，使得接触平面704a-704k的中心对分相应卵形圆筒(诸如被示出为卵形圆筒710的卵形圆筒之一)。换言之，完善模块189可使用平面到平面对准来将卵形圆筒放置在其相应的邻间接触中。例如，卵形圆筒可被放置在邻间接触中，使得圆筒的中腔配合到接触平面，诸如接触平面704a-704k。相对于接触窗口706的取向位置描绘了使用平面到平面对准的一个示例，但其他位置和取向也是可能的。

通过如所描述那样放置卵形圆筒，卵形几何结构限定穿过相应接触平面的接触窗口，诸如接触窗口706。例如，卵形圆筒中的每个卵形圆筒可(例如，使用布尔减法技术)从相应的邻间翅片中被减去以生成接触窗口。这允许3D模型包括具有可配置的大小和形状的接触窗口。并且可配置的接触窗口可允许生成以下牙科器具，该牙科器具产生在牙齿之间具有最少粘结的精确且紧密的邻间接触，从而提供一种更快速且更少依赖于锯、刀片和其他工具来在修复物已经固化之后分离相邻牙齿的填充规程。

图8A、图8B、图9A和图9B是示出了根据本公开的各个方面的用于为卵形圆筒取向的示例性技术的概念图。如图8A和图8B所示，完善模块189可为卵形圆筒802a-802g取向以考虑牙齿804a-804j的不同的齿尖角度。例如，根据特定具体实施，在接触平面704a-704k中的每个处的模具分模面之间的角度可通过确定模具分模面与接触平面相交的相交曲线来计算。根据特定具体实施，可将线最佳拟合到该相交曲线，并且可确定该最佳拟合线与Z轴(即，竖直轴)之间的角度。

然后可使用接触平面704a-704k中的每个的所得角度来使一个或多个卵形几何结构(诸如被示出为卵形圆筒710的一个或多个卵形圆筒)旋转，使得所得接触窗口与相应牙齿的取向匹配。例如，相对于接触平面704g放置的卵形圆筒可旋转与如在接触平面704g处测量的模具分模面与Z轴(即，竖直轴)之间的计算角度相等的量。然后(例如，使用布尔减法技术)从插入在牙齿702g和702h之间的邻间翅片中减去卵形圆筒以生成接触窗口，该接触窗口的取向角度反映牙齿702g和702h的牙齿倾斜。

一旦圆筒802a-802g的取向已被修改，完善模块189就可将重新取向的圆筒802a-802g放置在它们相对于接触平面704a-704k的相应位置处。如图8B所示，应当理解，在旋转之后，由卵形圆筒802a-802g限定的接触窗口呈现表示牙齿804a-804j的3D网格的自然的、对准的和参数化的接触限定。

图9A和图9B示出了卵形圆筒802c相对于表示牙齿804c的3D网格的不同概念视图。如所示和所述，卵形圆筒802c的取向角度现在与表示牙齿804c的3D网格的倾斜匹配。根据特定具体实施，并且如上所述，卵形圆筒中的每个卵形圆筒可从相应的邻间翅片中被减去以生成接触窗口。在生成相应的接触窗口之前进一步完善一个或多个卵形圆筒也可以是有利的。例如，根据一些具体实施并且如图9B所描绘的，在减去之前，卵形圆筒802c可被细分成舌侧分量902a和面侧分量902b。例如，完善模块189可使用牙齿804c的模具分模面(诸如模具分模面，比如模具分模面406)来细分卵形圆筒802c。在一个具体实施中，完善模块189可将分模面定位成使得其对分卵形圆筒802c，以生成舌侧分量902a和面侧分量902b。这允许对接触窗口进行更大的设计控制。例如，完善模块189可修改舌侧分量902a或面侧分量902b的位置和取向，而不是仅修改整个卵形圆筒802c的位置和取向。

图10A和图10B是示出了用于在技术200的步骤206处确定邻间几何结构的位置和取向的示例性技术的流程图。为清楚起见，独立地描述了图10A和图10B中的示例性技术，但是应当理解，可组合地使用所公开的技术。

转向图10A，在步骤1002处，计算装置150使表示相邻牙齿的3D网格偏移或平移，从而使得3D网格相交。例如，如结合图3A和图3B所示和所述，计算装置150可使表示牙齿302a和302b的3D网格平移。在一个具体实施中，使3D网格偏移，使得它们相交不超过50微米。在步骤1004处，计算装置150确定重叠网格的布尔相交结果。例如，计算装置150可确定结合图3A和图3B所示和所述的交点304。步骤1004通常使用常规技术来执行。例如，使用布尔相交技术，计算装置150标识并保持3D网格中重叠的部分，并且丢弃3D网格中未重叠的部分。

在步骤1006处，计算装置150基于布尔相交结果来确定最佳拟合平面。例如，计算装置150可使用常规技术来基于布尔相交结果计算结合图3A和图3B所示和所述的最佳拟合平面306。

现在转向图10B，描述了使用相邻牙齿的界标坐标系来确定位置和取向的技术。在步骤1012处，计算装置150确定相邻牙齿之间的接触点。例如，如图5所示和所述，计算装置150可通过确定表示牙齿304a和304b的3D网格的交点来确定点514。

在步骤1014处，计算装置150确定相邻牙齿中的每颗牙齿的界标坐标系。例如，如图5所示和所述，计算装置150可基于存在于数字3D模型中的形态、基于接收到的用户输入以及使用用于确定界标坐标系的其他技术来确定界标坐标系。

在步骤1016处，计算装置150确定相邻牙齿中的每颗牙齿的界标坐标系的平均值。例如，如参考图5所示和所述，计算装置150可计算第一界标坐标系502a和第二界标坐标系502b各自的X、Y和Z坐标系轴的平均值，使得第一界标坐标系502a与平均界标坐标系512之间的距离508与第二界标坐标系502b与平均界标坐标系512之间的距离510相同或基本上相似。

在步骤1018处，计算装置150基于所确定的界标坐标系的平均值来确定取向。例如，如图5所示和所述，平均界标坐标系512的取向角度可由计算装置150确定，使得第一界标坐标系轴502a之间的角度504与第二界标坐标系轴502b之间的角度506相同。

在步骤1020处，计算装置150基于相邻牙齿之间的接触点来确定位置。例如，如参考图5所描述的，计算装置150可将平均界标坐标系平移到点514。换句话说，根据特定具体实施，通过点514的值来修改所计算的平均界标坐标系512以确定位置。

图11A至图11D是示出了根据本公开的各个方面的用于在技术200的步骤210处完善数字3D几何结构的示例性技术的流程图。在特定具体实施中，根据本公开的各个方面，这涉及定制邻间几何结构。为清楚起见，独立地描述了图11A至图11D中的示例性技术，但是应当理解，可组合地使用图11A至图11D所示的一个或多个技术来完善数字3D模型，例如，表示牙科器具101的数字3D模型。

转向图11A，在步骤1102处，完善模块189将3D几何结构细分成介于3D几何结构的舌端和面端之间的一个或多个部分。例如，如图6A和图6B所示和所述，完善模块189可使用模具分模面来将3D翅片602a-602g细分成舌端606a-606g和面端604a-604g。

在步骤1104中，完善模块189使3D几何结构的一个或多个部分相对于数字3D模型平移，以调节数字3D模型内的所得3D几何结构。例如，如图6B所示和所述，完善模块189可使面侧部分604d和/或604e以及舌侧部分606d和/或606e平移，以分别调节3D翅片602d和/或602e的配合。

转向图11B，在步骤1112处，完善模块189将3D几何结构竖直地细分成至少第一部分和第二部分。例如，如参考图3B所示和所述，完善模块189可将3D翅片细分成多个区308a-308c。

在步骤1114中，完善模块189调节每个相应部分的一个或多个参数，以调节数字3D模型内的所得3D几何结构。参数可包括相应部分中的每个的相对位置、相应部分的厚度以及其他参数。例如，如参考图3B所示和所述，完善模块189可修改区308a的厚度，以使其具有与区308b和308c不同的厚度。同样，完善模块189可修改区308b和/或308c的厚度。

在图11C中，在步骤1122处，完善模块189将预定义3D几何结构放置在相对于数字3D模型的位置和取向处。例如，如参考图3A所示和所述，完善模块189可将预定义平面306放置在表示相邻牙齿302a和302b的3D网格的交点处。作为另一个示例，如参考图5和图6A所示和所述，完善模块189可在取向与界标轴512相等的点514处插入3D翅片。

在步骤1124中，完善模块189基于3D模型的一个或多个参数来缩放预定义3D几何结构。例如，如参考图3A所示和所述，完善模块189可增加最佳拟合平面306的厚度以生成3D翅片308。作为另一个示例，完善模块189可缩放3D翅片602a-602g中的任一者，以促进表示相邻牙齿的3D网格之间的改善的邻间配合。

转向图11D，在步骤1132处，完善模块189向数字3D几何结构的每个实例添加卵形圆筒。例如，如关于图7所示和所述，完善模块189可将一个或多个卵形圆筒插入到表示牙齿702a-702l的3D网格的邻间空间中的接触平面704a-704k中。此外，根据特定具体实施，插入的3D几何结构被相应的数字3D几何结构对分。例如，如参考图7所示和所述，完善模块189将卵形圆筒(例如，卵形圆筒710)定位成使得其对分生成接触窗口706的接触平面。

在步骤1134中，完善模块189将相应卵形中腔与相应的数字3D几何结构对准。例如，如关于图8A和图8B所示和所述，相应卵形中腔可与存在于3D模型的相应牙齿中的任何倾斜对准。

在步骤1136中，完善模块189确定相应分模面与相应的数字3D几何结构之间的角度。例如，如关于图8A至图9B所示和所述，可计算接触平面704a-704k中的每个处的模具分模面之间的角度。换句话说，确定相应分模面之间的角度可包括：确定牙齿的咬合-齿龈轴线与相应的3D数字几何结构之间的角度。然后可使用所得到的值来使一个或多个卵形几何结构(诸如由卵形圆筒710表示的一个或多个卵形圆筒)旋转，使得所得接触窗口与牙齿的取向匹配。

在步骤1138中，完善模块189基于所确定的相应角度来使相应的数字3D几何结构旋转，从而使得相应卵形体与相应的相邻牙齿的牙齿倾斜匹配。例如，如图9A所示和所述，卵形圆筒802c的取向与表示牙齿804c的3D网格的取向匹配。在一些具体实施中，完善模块189可细分相应的数字3D几何结构以进一步完善几何结构的放置和取向。例如，如图9B所示和所述，模具分模面可应用于卵形圆筒802c，以将圆筒802c对分成舌侧部分1002a和面侧部分1002b。

Claims (14)

1.一种用于以数字方式设计邻间几何结构的计算机实现的方法，所述方法包括：

生成患者的未来牙科解剖结构的数字三维(3D)模型，所述未来牙科解剖结构表示所述患者的至少一颗牙齿的预期形状；

在所述3D模型中选择一对或多对牙齿，其中所述对中的牙齿是相邻的；

针对每对所选牙齿，确定相邻牙齿的邻间空间中的位置和取向，以用于插入具有一个或多个初始参数的数字3D几何结构；以及

以所确定的位置和取向插入所述数字3D几何结构。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述数字3D几何结构的所述一个或多个初始参数包括大于100微米且小于500微米的至少一个厚度。

3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中确定所述邻间空间中的位置和取向包括：

使所述相邻牙齿偏移，从而使得所述相邻牙齿的相应几何结构相交；

确定所述相邻牙齿的布尔相交结果；以及

基于所述布尔相交结果来确定最佳拟合平面。

4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中确定所述邻间空间中的位置和取向包括：

确定所述相邻牙齿之间的接触点；

确定所述相邻牙齿中的每颗牙齿的界标坐标系；

基于所述相邻牙齿中的每颗牙齿的界标坐标来确定所述界标坐标系的平均值；

基于所确定的所述界标坐标系的平均值来确定所述取向；以及

基于所述相邻牙齿之间的所述接触点来确定所述位置。

5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，所述方法还包括：

完善所述数字3D几何结构。

6.根据权利要求5所述的计算机实现的方法，其中所述完善包括：

将所述3D几何结构细分成介于所述3D几何结构的舌端和面端之间的一个或多个部分；以及

使所述3D几何结构的一个或多个部分相对于所述数字3D模型平移，以调节所述数字3D模型内的所得3D几何结构。

7.根据权利要求5所述的计算机实现的方法，其中所述完善包括：

将所述3D几何结构竖直地细分成至少第一部分和第二部分；以及

调节每个相应部分的一个或多个参数，以调节所述数字3D模型内的所得3D几何结构。

8.根据权利要求7所述的计算机实现的方法，其中所述参数包括以下至少一者：沿着近中-远中轴线的第一厚度、沿着齿龈-咬合轴线的距离，以及每个相应部分的偏移。

9.根据权利要求8所述的计算机实现的方法，其中每个相应部分的所述参数对于所述相应部分中的每个是不同的。

10.根据权利要求5所述的计算机实现的方法，其中所述完善包括：

将预定义3D几何结构放置在相对于所述3D模型的位置和取向处；以及

基于所述3D模型的一个或多个参数来缩放所述预定义3D几何结构。

11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：

生成表示包括所述3D模型和经完善的3D几何结构的3D维度物理矩阵的文件；以及

根据所述表示生成所述物理矩阵。

12.根据权利要求11所述的计算机实现的方法，其中根据所述表示生成所述物理矩阵包括：使用3D打印机来根据所述表示构造所述物理矩阵。

13.根据权利要求5所述的计算机实现的方法，其中所述完善包括：

向所述数字3D几何结构的每个实例添加卵形圆筒，其中所述卵形圆筒被相应的数字3D几何结构对分；

对于每个添加的卵形体，将相应卵形中腔与相应的数字3D几何结构对准；

对于每个数字3D几何结构，确定相应分模面与相应的数字3D几何结构之间的角度；以及

对于每个数字3D几何结构，基于所确定的相应角度使相应的数字3D几何结构旋转，从而使得相应卵形体与相应的相邻牙齿的牙齿倾斜匹配。

14.一种用于以数字方式设计邻间几何结构的计算机实现的方法，所述方法包括：

生成患者的未来牙科解剖结构的数字三维(3D)模型，所述未来牙科解剖结构表示所述患者的至少一颗牙齿的预期形状；

在所述3D模型中选择一对或多对牙齿，其中所述对中的牙齿是相邻的；

针对每对所选牙齿，确定相邻牙齿的邻间空间中的位置和取向，以用于插入具有一个或多个初始参数的数字3D几何结构；

以所确定的位置和取向插入所述数字3D几何结构；

完善所述数字3D几何结构；

生成表示包括所述3D模型和经完善的3D几何结构的3D维度物理矩阵的文件；以及

根据所述表示生成所述物理矩阵。