EA043155B1 - METHOD AND SYSTEM FOR ALIGNING TEETH ON THE BASIS OF MODELING THE MOVEMENT OF CROWN AND ROOTS - Google Patents

METHOD AND SYSTEM FOR ALIGNING TEETH ON THE BASIS OF MODELING THE MOVEMENT OF CROWN AND ROOTS Download PDF

Info

Publication number
EA043155B1
EA043155B1 EA201700561 EA043155B1 EA 043155 B1 EA043155 B1 EA 043155B1 EA 201700561 EA201700561 EA 201700561 EA 043155 B1 EA043155 B1 EA 043155B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
teeth
model
jaw
models
movement
Prior art date
Application number
EA201700561
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Евгеньевна Домрачева
Федор Александрович Аптекарев
Ирина Вадимовна Дмитриенко
Original Assignee
3Д Смайл Юэсэй
Инк
Filing date
Publication date
Application filed by 3Д Смайл Юэсэй, Инк filed Critical 3Д Смайл Юэсэй
Priority to US16/017,687 priority Critical patent/US10748651B2/en
Priority to PCT/RU2018/050065 priority patent/WO2019098887A1/en
Priority to US16/929,588 priority patent/US20200350059A1/en
Priority to US17/010,079 priority patent/US20200402647A1/en
Publication of EA043155B1 publication Critical patent/EA043155B1/en

Links

Description

Изобретение относится к стоматологии, в частности ортодонтии. Данное изобретение содержит моделирование движения зубов, создание этапов движения зубов и производство кап с помощью 3D-печати для выравнивания прикуса.The invention relates to dentistry, in particular orthodontics. This invention includes modeling the movement of teeth, the creation of stages of movement of the teeth and the production of 3D-printed caps to align the bite.

Уровень техникиState of the art

Далеко не все люди понимают, как важно иметь правильный прикус. Очень немногие решаются идти к ортодонту, тем более, если нет внешних признаков аномалий прикуса.Not all people understand how important it is to have the right bite. Very few people decide to go to the orthodontist, especially if there are no external signs of malocclusion.

Тем не менее, по статистике около 80% людей имеют неправильный прикус.However, according to statistics, about 80% of people have a malocclusion.

Причин для исправления прикуса немало: понижается риск развития заболеваний десен и возникновения кариеса, не будут стираться зубы, хорошо пережеванная пища не вызовет заболеваний системы пищеварения, черты лица станут симметричными, дикция - четкой.There are many reasons for correcting the bite: the risk of developing gum disease and caries is reduced, teeth will not wear out, well-chewed food will not cause diseases of the digestive system, facial features will become symmetrical, diction will be clear.

Существуют разные способы выравнивания зубов: брекет-системы; элайнеры, или капы; в особо тяжелых случаях требуется операция челюсти.There are different ways to align teeth: braces; aligners, or caps; in especially severe cases, jaw surgery is required.

Известна полезная модель RU 132340 U1, Ортодонтический аппарат, Персин Леонид Семёнович и др. (RU), опубликована 20.09.2013. В данной полезной модели описан ортодонтический аппарат, включающий брекет-систему с проволочной дугой и губной бампер, при этом губной бампер смонтирован на дуге брекет-системы посредством выполненных на обоих его концах крючкообразных элементов, которые размещены между 3-м и 4-м зубами или между 4-м и 5-м зубами, считая от середины зубного ряда.Known utility model RU 132340 U1, Orthodontic apparatus, Persin Leonid Semyonovich and others (RU), published 20.09.2013. This utility model describes an orthodontic appliance that includes a bracket system with a wire arch and a labial bumper, while the labial bumper is mounted on the bracket system arc by means of hook-shaped elements made at both ends of the bracket, which are placed between the 3rd and 4th teeth or between the 4th and 5th teeth, counting from the middle of the dentition.

Известно изобретение RU 2559762 С1, Способ трансверзального расширения верхнего зубного ряда, Липова Юлия Сергеевна и др. (RU), опубликовано 10.08.2015. В данном изобретении описан способ трансверзального расширения верхнего зубного ряда, включающий расширение зубного ряда по трансверзали с использованием несъемного аппарата с винтом на верхнюю челюсть, при этом одновременно с расширением зубного ряда по трансверзали осуществляют фиксацию брекетов на зубы 1.5, 1.3, 1.2, 1.1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.5, по мере выравнивания зубов верхней челюсти, наклеивают брекет-систему на нижнюю челюсть, через 2-3 месяца убирают несъемный аппарат с верхней челюсти, фиксируют брекеты на зубы 1.4, 2.4, кольца со щечными трубками на моляры и далее проводят лечение по известной методике стандартным способом с помощью брекет-системы.Known invention RU 2559762 C1, Method for transversal expansion of the upper dentition, Yulia Sergeevna Lipova et al. (RU), published on 10.08.2015. This invention describes a method for transversal expansion of the upper dentition, including the expansion of the dentition along the transversal using a fixed apparatus with a screw on the upper jaw, while simultaneously with the expansion of the dentition along the transversal, brackets are fixed on teeth 1.5, 1.3, 1.2, 1.1, 2.1 , 2.2, 2.3, 2.5, as the teeth of the upper jaw are aligned, the bracket system is glued to the lower jaw, after 2-3 months the fixed apparatus is removed from the upper jaw, brackets are fixed on teeth 1.4, 2.4, rings with buccal tubes on the molars and further treatment is carried out according to a known method in a standard way using a bracket system.

Известно изобретение RU 2495642 С2, Способ изготовления индивидуального ортодонтического аппарата и аппарат, выполненный этим способом, X 32 (FR), опубликовано 20.10.2013. В данном изобретении описан способ изготовления индивидуального ортодонтического аппарата, содержащего по меньшей мере одну лечебную ортодонтическую дужку и множество элементов, каждый из которых содержит скобку с по меньшей мере одним пазом, выполненным с возможностью приема указанной ортодонтической дужки, причем каждая скобка выполнена с возможностью установки на промежуточной детали, которая, в свою очередь, выполнена с возможностью установки на основании, предназначенном для установки на передней или задней стороне зуба, при этом указанный способ включает индивидуальное компьютерное проектирование указанных скобок, промежуточных деталей и оснований после формирования изображения в скорректированном положении зубной дуги и сторон зубов, на которых необходимо закрепить указанные основания, на указанном изображении позиционируют проектную дужку относительно указанных сторон зубов, при этом геометрия проектной дужки подобна геометрии лечебной ортодонтической дужки, а затем производят компьютерное моделирование указанных элементов так, чтобы их огибающая соответствовала геометрии зазора, который по завершении ортодонтического лечения будет разделять зуб и дужку, когда зуб займет свое скорректированное положение, а лечебная дужка восстановит свою первоначальную форму.Known invention RU 2495642 C2, Method for manufacturing an individual orthodontic appliance and apparatus made by this method, X 32 (FR), published 10/20/2013. This invention describes a method for manufacturing an individual orthodontic appliance, containing at least one therapeutic orthodontic arch and a plurality of elements, each of which contains a bracket with at least one groove configured to receive the specified orthodontic arch, each bracket is made with the possibility of installation on an intermediate part, which, in turn, is made with the possibility of installation on a base intended for installation on the front or back side of the tooth, while this method includes individual computer design of these brackets, intermediate parts and bases after imaging in the corrected position of the dental arch and of the sides of the teeth on which it is necessary to fix the indicated bases, on the indicated image the design arch is positioned relative to the indicated sides of the teeth, while the geometry of the design arch is similar to the geometry of the medical orthodontic arch, and then computer modeling of these elements is performed so that their envelope corresponds to the geometry of the gap, which according to the end of orthodontic treatment will separate the tooth and the arch when the tooth is in its corrected position and the treatment arch is back to its original shape.

Известно изобретение US 7585172 В2, Orthodontic treatment planning with user-specified simulation of tooth movement, ORAMETRIX INC (US), опубликовано 08.09.2009. В данном изобретении описано устройство для регулировки ортодонтического лечения пациента, у которого уже имеются скобки, прикрепленные к зубам, и в котором скобки заключены в скобки, сканирующая система для сканирования зубного ряда пациента, включая и сами скобки; рабочая станция, имеющая процессор, память и дисплей; а также программное обеспечение для обработки захваченных изображений из упомянутой системы сканирования и преобразования упомянутых захваченных изображений в текущую виртуальную трехмерную модель зубов с кронштейнами, расположенными на поверхности зубов пациента; и упомянутое программное обеспечение дополнительно позволяет пользователю количественно точно определять количество движения указанных зубов пациента, тем самым позволяя регулировать ортодонтическое лечение для указанного ортодонтического пациента, уже проходящего ортодонтическое лечение.Known invention US 7585172 B2, Orthodontic treatment planning with user-specified simulation of tooth movement, ORAMETRIX INC (US), published 09/08/2009. The present invention describes a device for adjusting the orthodontic treatment of a patient who already has braces attached to the teeth, and in which the braces are enclosed in braces, a scanning system for scanning the patient's dentition, including the braces themselves; a workstation having a processor, memory and display; as well as software for processing captured images from said scanning system and converting said captured images into a current virtual three-dimensional model of teeth with brackets located on the surface of the patient's teeth; and said software further allows the user to quantify and accurately quantify the amount of movement of said patient's teeth, thereby allowing orthodontic treatment to be adjusted for said orthodontic patient already undergoing orthodontic treatment.

Известно изобретение WO 2011/103876 A1, DYNAMIC VIRTUAL ARTICULATOR, 3SHAPE AS (DK), опубликовано 01.09.2011. В данном изобретении описан способ использования динамического виртуального артикулятора для имитационного моделирования окклюзии при выполнении автоматизированного проектирования одного или более стоматологических протезов для пациента, реализуемый при помощи компьютера, включающий следующие стадии: обеспечение виртуального артикулятора, содержащего виртуальную трехмерную модель верхней челюсти и виртуальную трехмерную модель нижней челюсти, повторяющие верхнюю челюсть и нижнюю челюсть пациента соответственно; обеспечение движения виртуальной верхней челюсти и виртуальной нижней челюсти относительно друг другаKnown invention WO 2011/103876 A1, DYNAMIC VIRTUAL ARTICULATOR, 3SHAPE AS (DK), published 09/01/2011. The present invention describes a method of using a dynamic virtual articulator to simulate occlusion when performing computer-aided design of one or more dental prostheses for a patient, implemented using a computer, including the following steps: providing a virtual articulator containing a virtual 3D model of the upper jaw and a virtual 3D model of the lower jaw , repeating the upper jaw and lower jaw of the patient, respectively; ensuring the movement of the virtual upper jaw and the virtual lower jaw relative to each other

- 1 043155 для имитационного моделирования динамической окклюзии при возникновении контактов между зубами виртуальной верхней и виртуальной нижней челюстей, причем способ включает предотвращение пересечения между собой виртуальной поверхности зубов виртуальной верхней челюсти и виртуальной поверхности зубов виртуальной нижней челюсти при указанных контактах, при этом указанные протезы являются проницаемыми.- 1 043155 for simulating dynamic occlusion in the event of contacts between the teeth of the virtual upper and virtual lower jaws, and the method includes preventing the virtual surface of the teeth of the virtual upper jaw and the virtual surface of the teeth of the virtual lower jaw from intersecting with said contacts, while these prostheses are permeable .

При использовании данных изобретений не обеспечивается полная автоматизация плана лечения и производства кап для выравнивания зубов, поскольку процесс выравнивания чрезвычайно сложен. В то же время осуществление планирование каждой стадии лечения вручную довольно трудное и требует длительных временных затрат, кроме того требует обширного обучения врачей.When using these inventions, full automation of the treatment plan and the production of caps for alignment of teeth is not ensured, since the alignment process is extremely complex. At the same time, manual planning of each stage of treatment is quite difficult and time-consuming, and requires extensive training of physicians.

Кроме того, брекеты вызывают боль, с ними приходится хорошо вычищать остатки пищи, они царапают эмаль, приводят к повторному кариесу и непредсказуемым результатам в коррекции роста зубов.In addition, braces cause pain, they have to clean out food debris well, they scratch the enamel, lead to repeated caries and unpredictable results in the correction of tooth growth.

Сущность технического решенияThe essence of the technical solution

Данное техническое решение направлено на устранение недостатков, присущих существующим изобретениям.This technical solution is aimed at eliminating the disadvantages inherent in existing inventions.

Технический результат - моделирование движения коронок и корней каждого зуба для изготовления индивидуальных кап для лечения зубных патологий пациентов на основе рассчитываемой индивидуальной 3D-модели челюстей пациента, содержащей точные модели каждого зуба.EFFECT: simulation of the movement of crowns and roots of each tooth for the manufacture of individual caps for the treatment of dental pathologies of patients based on the calculated individual 3D model of the patient's jaws, containing accurate models of each tooth.

Данный технический результат достигается благодаря компьютерно-реализованному способу построения модели зубов, содержащему этапы, на которых:This technical result is achieved thanks to a computer-implemented method for constructing a model of teeth, which contains the steps in which:

получают данные пациента, которые включают в себя цифровую 3D-модель коронок зубов и прилежащей десны, и компьютерную томограмму (КТ) ротовой полости;receiving patient data, which includes a digital 3D model of the crowns of the teeth and adjacent gums, and a computed tomography (CT) scan of the oral cavity;

автоматически выделяют на КТ область с челюстью и осуществляют сегментацию зубов с корнями, в результате чего, формируется изображение корневой системы зубов и окружающей ткани для верхней и нижней челюсти;the region with the jaw is automatically allocated on CT and the teeth with roots are segmented, as a result of which, an image of the root system of the teeth and the surrounding tissue is formed for the upper and lower jaws;

осуществляют автоматическую разметку зубов на полученном изображении корневой системы и получают отдельные цифровые 3D-модели корней зубов в отдельности, а также, по меньшей мере, 3Dмодели кости и мягких тканей;carry out automatic marking of the teeth on the obtained image of the root system and receive separate digital 3D models of the roots of the teeth separately, as well as at least 3D models of bone and soft tissues;

получают 3D-модель зубов путем совмещения моделей корней и соответствующих ем коронок, формируют 3D-модель челюсти на основании полученных 3D-моделей зубов и, по меньшей мере, 3Dмоделей кости и мягких тканей.a 3D model of teeth is obtained by combining the models of roots and corresponding crowns, a 3D model of the jaw is formed based on the obtained 3D models of teeth and at least 3D models of bone and soft tissues.

В частном варианте реализации, предлагаемого способа, КТ ротовой полости содержит данные о костной ткани, толщине кости челюсти и расположении корней зубов.In a private embodiment of the proposed method, CT of the oral cavity contains data on bone tissue, jaw bone thickness and the location of the roots of the teeth.

В другом частном варианте реализации, предлагаемого способа, при сегментации корней зубов на КТ используют сверточные нейросети.In another particular embodiment of the proposed method, convolutional neural networks are used when segmenting the roots of teeth on CT.

В другом частном варианте реализации, предлагаемого способа, преобразование изображений в цифровую 3D-модель реализуется с применением алгоритма марширующих кубов (Marching cubes).In another particular embodiment of the proposed method, the transformation of images into a digital 3D model is implemented using the marching cubes algorithm.

В другом частном варианте реализации, предлагаемого способа, находят зубную дугу, которая определяет и описывает форму челюсти.In another particular embodiment of the proposed method, a dental arch is found that defines and describes the shape of the jaw.

В другом частном варианте реализации, предлагаемого способа, производится ортогональная проекция всех выявленных пикселей на зубную дугу;In another particular embodiment of the proposed method, an orthogonal projection of all identified pixels onto the dental arch is performed;

осуществляют подсчет суммарной интенсивности спроецированных пикселей в каждой точке зубной дуги;calculate the total intensity of the projected pixels at each point of the dental arch;

находят точки зубной дуги, на которых суммарная интенсивность спроецированных пикселей минимальна;find the points of the dental arch, at which the total intensity of the projected pixels is minimal;

через эти точки перпендикулярно зубной дуге строятся прямые, которые позволяют разделить сегментацию на отдельные зубы.straight lines are built through these points perpendicular to the dental arch, which allow us to divide the segmentation into individual teeth.

Технический результат достигается также благодаря системе построения модели зубов, содержащей, запоминающее устройство, сконфигурированное для хранения данных;The technical result is also achieved thanks to the system for building a model of teeth, containing, a storage device configured to store data;

по меньшей мере один процессор, сконфигурированный с возможностью выполнения способа построения модели зубов по любому из пп.1-6.at least one processor configured to perform the method of constructing a tooth model according to any one of claims 1-6.

Технический результат достигается также благодаря способу ортодонтического лечения пациента с помощью кап, содержащий этапы, на которых:The technical result is also achieved due to the method of orthodontic treatment of the patient with the help of caps, containing the steps, in which:

получают диагностические данные для составления плана лечения пациента, содержащие параметры перемещения зубов для лечения ортодонтической патологии;receiving diagnostic data for the preparation of a treatment plan for the patient, containing the parameters of the movement of the teeth for the treatment of orthodontic pathology;

вычисляют траекторию перемещения зубов на основании плана лечения с помощью полученной модели по п.1, с учетом физиологических особенностей зубочелюстного аппарата пациента; при этом траектория перемещения зубов до конечной точки может задаваться по-разному, например, сначала горизонтальное перемещение, потом вертикальное перемещение, потом ротация на основании вычисленной траектории определяют количество точек положения зубов для их перемещения, используя модели зубов, полученных по п.1;calculate the trajectory of movement of the teeth on the basis of the treatment plan using the obtained model according to claim 1, taking into account the physiological characteristics of the patient's dentoalveolar apparatus; while the trajectory of the movement of the teeth to the end point can be set in different ways, for example, first the horizontal movement, then the vertical movement, then the rotation, based on the calculated trajectory, determine the number of points of the position of the teeth for their movement, using the teeth models obtained according to claim 1;

формируют на основании упомянутого положения зубов в каждой упомянутой точке соответствующую 3D-модель челюсти;form on the basis of the mentioned position of the teeth at each mentioned point the corresponding 3D model of the jaw;

- 2 043155 изготавливают капу на основании полученных 3D-моделей челюсти в каждой упомянутой точке.- 2 043155 a cap is made on the basis of the obtained 3D models of the jaw at each mentioned point.

В частном варианте реализации, предлагаемого способа, задают скорость перемещения зубов с учетом физиологических особенностей зубочелюстного аппарата пациента.In a private embodiment of the proposed method, the speed of movement of the teeth is set, taking into account the physiological characteristics of the patient's dentoalveolar apparatus.

В другом частном варианте реализации, предлагаемого способа, капа изготавливается методом термоформовки по изготовленным методом 3D-печати моделям челюсти.In another particular embodiment of the proposed method, the cap is made by thermoforming according to 3D-printed models of the jaw.

В другом частном варианте реализации, предлагаемого способа, капа может быть изготовлена из прозрачного пластика.In another private embodiment of the proposed method, the cap can be made of transparent plastic.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 - блок-схема этапов действий пациента во время лечения.Fig. 1 is a block diagram of the patient's steps during treatment.

Фиг. 2 - пример кап.Fig. 2 - an example of cap.

Фиг. 3 - блок-схема подготовки моделей зубочелюстной системы к моделированию движения зубов по компьютерной томографии.Fig. 3 is a block diagram of the preparation of models of the dentoalveolar system for modeling the movement of teeth on computed tomography.

Фиг. 4 - блок-схема моделирования движения зубов.Fig. 4 is a block diagram of modeling tooth movement.

Фиг. 5 - блок-схема изготовления кап.Fig. 5 - block diagram of the manufacture of caps.

Фиг. 6 - общий вид системы построения модели зубов, реализующей заявленный способ построения модели зубов.Fig. 6 is a general view of the system for constructing a model of teeth, which implements the claimed method for constructing a model of teeth.

Подробное описание технического решенияDetailed description of the technical solution

Выравнивание зубов без брекетов у взрослых быстро и эффективно обеспечивают капы, изготовленные по технологии заявленного изобретения. Капы работают по такому же принципу, что и брекеты: за счет давления зубы постепенно смещаются на нужное место, и этот процесс происходит без боли и прочих неудобств. Просто капа плотно обхватывает зуб и толкает его, это технология, которая позволяет двигать зубы во всех направлениях, т.е. и вперед к центру зубной дуги, и назад от центра зубной дуги, и вверх, и вниз, наклоняет в сторону щеки или языка, к центру зубной дуги или от центра, перемещает зуб корпусно в сторону щеки или в сторону языка - все зависит от того, какой клинический случай, а брекет приклеен к зубу и тянет его за собой.Alignment of teeth without braces in adults is quickly and effectively provided by mouthguards made according to the technology of the claimed invention. Caps work on the same principle as braces: due to pressure, the teeth are gradually shifted to the right place, and this process occurs without pain and other inconveniences. It's just that the cap tightly wraps around the tooth and pushes it, this is a technology that allows you to move your teeth in all directions, i.e. and forward to the center of the dental arch, and back from the center of the dental arch, and up and down, tilts towards the cheek or tongue, towards the center of the dental arch or away from the center, moves the tooth corpusally towards the cheek or towards the tongue - it all depends on whether , what a clinical case, and the bracket is glued to the tooth and pulls it along.

Особенностью кап является использование гипоалергенных и безопасных материалов - очень прозрачных и прочных, и цифровая точность расчета при изготовлении кап - до микронов. Кроме того, капы это съемные ортодонтические аппараты. Они не зафиксированы на зубах, как брекет-системы, и их можно снимать. Это обеспечивает максимальный комфорт в лечении и дает определенную свободу пациенту. С капами нет необходимости соблюдать диету и всегда лучше гигиена полости рта.A feature of caps is the use of hypoallergenic and safe materials - very transparent and durable, and digital accuracy of calculation in the manufacture of caps - up to microns. In addition, caps are removable orthodontic appliances. They are not fixed on the teeth like braces and can be removed. This ensures maximum comfort in treatment and gives a certain freedom to the patient. With mouthguards, there is no need to diet and oral hygiene is always better.

Благодаря высокоточному 3D-моделированию лечение протекает быстро, эффективно и комфортно для пациента.Thanks to high-precision 3D modeling, the treatment is fast, efficient and comfortable for the patient.

На первом этапе лечения получают данные пациента, которые включают в себя цифровую 3Dмодель коронок зубов и прилежащей десны, и компьютерную томограмму (КТ) ротовой полости.At the first stage of treatment, patient data are obtained, which include a digital 3D model of the crowns of the teeth and adjacent gums, and a computed tomogram (CT) of the oral cavity.

Для получения цифровой 3D-модели коронок зубов и прилежащей десны могут использовать два варианта: первый - это снимают слепки зубов пациента и присылают в лабораторию. В лаборатории по слепкам отливаются гипсовые модели, модели сканируются и создается цифровая 3D-модель коронок зубов и прилежащей десны. Второй вариант - это создают цифровую 3D-модель зубов, полученную путем внутриротового сканирования, которое проводит врач. Внутриротовое сканирование выполняют путем оптического сканирования при помощи лазерного оборудования. Скан зубов дает информацию только о коронковой части зуба и прилежащей десне.To obtain a digital 3D model of the crowns of the teeth and the adjacent gums, two options can be used: the first is to take casts of the patient's teeth and send them to the laboratory. In the laboratory, plaster models are cast from the casts, the models are scanned and a digital 3D model of the crowns of the teeth and the adjacent gums is created. The second option is to create a digital 3D model of teeth obtained by intraoral scanning, which is performed by a doctor. Intraoral scanning is performed by optical scanning using laser equipment. A dental scan provides information only about the crown part of the tooth and the adjacent gum.

Загружают на компьютер КТ ротовой полости пациента и автоматически, с помощью алгоритма специализированного программного обеспечения, выделяют на КТ именно область с челюстью, после чего происходит сегментация зубов с корнями.A CT scan of the patient's oral cavity is loaded onto the computer and automatically, using the algorithm of specialized software, it is the area with the jaw that is selected for CT, after which the segmentation of the teeth with roots occurs.

Для сегментации (выделения) зубов с корнями используют систему компьютерного зрения на основе сверточных нейросетей и осуществляют следующим образом: на томограмме выявляют группы пикселей, характеризующих корни зубов.For segmentation (isolation) of teeth with roots, a computer vision system based on convolutional neural networks is used and is carried out as follows: groups of pixels characterizing the roots of teeth are identified on the tomogram.

Вокруг каждого пикселя строится окно заданного размера. Нейросеть классифицирует каждый блок пикселей, соответствующих этому окну, на два класса (зуб и не зуб) и присваивает центральному пикселю в блоке соответствующую метку. Операция выполняется в каждом слое 3D-массива и минимум в одной проекции. После этого по полученной сегментации из исходного 3D-массива отсекаются все пиксели, которые были классифицированы как не зуб. Получившийся объём делится на две части, соответствующие верхней и нижней челюстям. Для каждой из челюстей, на срезе, который найден алгоритмом, производится автоматическая разметка зубов следующим методом: находится зубная дуга, которая определяет и описывает челюсть (аппроксимация методом наименьших квадратов, least square fitting), производится ортогональная проекция всех пикселей, характеризующих зуб, на зубную дугу и происходит подсчет их суммарной интенсивности в каждой точке зубной дуги, находятся точки зубной дуги, на которых суммарная интенсивность спроецированных пикселей минимальна, через эти точки перпендикулярно зубной дуге строятся прямые, по прямым происходит разделение сегментации на отдельные зубы, между прямыми выделяются связные компоненты и помечаются меткой отдельного зуба, после чего осуществляют автоматическую разметку зубов полученного изображения корневой системы и получают цифровые 3D-модели корней каждого зуба в отдельности, а также, по меньшей мере, 3D-моделиA window of a given size is built around each pixel. The neural network classifies each block of pixels corresponding to this window into two classes (tooth and non-tooth) and assigns the corresponding label to the central pixel in the block. The operation is performed in each layer of the 3D array and in at least one projection. After that, according to the resulting segmentation, all pixels that were classified as not a tooth are cut off from the original 3D array. The resulting volume is divided into two parts, corresponding to the upper and lower jaws. For each of the jaws, on the slice found by the algorithm, the teeth are automatically marked by the following method: a dental arch is found that defines and describes the jaw (approximation by the least squares method, least square fitting), an orthogonal projection of all pixels characterizing the tooth is made onto the tooth the dental arch and their total intensity is calculated at each point of the dental arch, there are points of the dental arch at which the total intensity of the projected pixels is minimal, straight lines are built through these points perpendicular to the dental arch, segmentation is divided into individual teeth along the straight lines, connected components are distinguished between the straight lines and are marked with a label of an individual tooth, after which the teeth of the obtained image of the root system are automatically marked and digital 3D models of the roots of each tooth are obtained separately, as well as at least 3D models

- 3 043155 кости и мягких тканей.- 3 043155 bones and soft tissues.

Совмещают модель корня, полученную из КТ, и соответствующую ему коронку, полученную путем цифрового сканирования, и получают 3D-модель зуба и так для каждого зуба пациента.The root model obtained from CT is combined with the corresponding crown obtained by digital scanning, and a 3D model of the tooth is obtained and so on for each tooth of the patient.

В итоге формируют 3D-модель челюсти на основании полученных 3D-моделей зубов и, по меньшей мере, 3D-моделей кости и мягких тканей.As a result, a 3D model of the jaw is formed based on the obtained 3D models of teeth and at least 3D models of bone and soft tissues.

Загружают диагностические данные для автоматического создания сценария выравнивания зубов и составления плана лечения пациента, содержащие параметры перемещения зубов для лечения ортодонтической патологии. После чего вычисляют траекторию перемещения зубов на основании плана лечения с помощью, полученной 3D-модели зубов, с учетом физиологических особенностей зубочелюстного аппарата пациента.Diagnostic data is loaded to automatically generate a tooth alignment script and a patient treatment plan containing tooth movement parameters for orthodontic pathology treatment. After that, the trajectory of the movement of the teeth is calculated based on the treatment plan using the obtained 3D model of the teeth, taking into account the physiological characteristics of the patient's dentition.

При этом траектория перемещения зубов до конечной точки, а именно финальной цели ортодонтического лечения, может задаваться по-разному, например, сначала горизонтальное перемещение, потом вертикальное, потом ротация.In this case, the trajectory of teeth movement to the end point, namely the final goal of orthodontic treatment, can be set in different ways, for example, first horizontal movement, then vertical, then rotation.

Точность расчета перемещения каждого зуба измеряют в микронах. Это значит, что каждый зуб будет двигаться так, как его запрограммировали (предусмотрено планом лечения) и пациент получит гарантированный результат лечения при соблюдении режима ношения кап не менее 22 ч в сутки.The accuracy of calculating the movement of each tooth is measured in microns. This means that each tooth will move as it was programmed (provided by the treatment plan) and the patient will receive a guaranteed treatment result if the cap is worn for at least 22 hours a day.

На основании вычисленной траектории определяют количество точек положения зубов для их перемещения, используя 3D-модели зубов, формируют на основании упомянутого положения зубов в каждой упомянутой точке соответствующую 3D-модель челюсти и изготавливают капу на основании полученных 3D-моделей челюсти в каждой упомянутой точке.Based on the calculated trajectory, the number of teeth position points for their movement is determined using 3D models of the teeth, a corresponding 3D model of the jaw is formed based on the said position of the teeth at each mentioned point, and a cap is made based on the obtained 3D models of the jaw at each mentioned point.

Использование реальных корней для моделирования движения зубов позволяет избегать при моделировании плана лечения невозможных анатомически движений, например, коллизия корней, перекрест корней, движение корня в плотные участки костной ткани, пазухи - эти движения невозможно предсказать при моделировании движения зубов исходя только из скана коронок.Using real roots to simulate tooth movement allows avoiding anatomically impossible movements when modeling a treatment plan, for example, root collision, root decussation, root movement into dense areas of bone tissue, sinuses - these movements cannot be predicted when modeling tooth movement based only on a crown scan.

Когда план лечения утвержден, весь курс лечения будет разбит на двухнедельные этапы. Каждому этапу соответствует своя смоделированная пара кап. Капы изготавливают методом термоформовки по моделям, изготовленным при помощи высокоточной 3D-печати.When the treatment plan is approved, the entire course of treatment will be divided into two-week stages. Each stage has its own simulated pair of caps. Mouthguards are made by thermoforming from models made using high-precision 3D printing.

Данное техническое решение в различных своих вариантах осуществления может быть выполнено в виде способа, реализуемого на компьютере, в виде системы или машиночитаемого носителя, содержащего инструкции для выполнения вышеупомянутого способа.This technical solution in its various embodiments can be implemented as a method implemented on a computer, in the form of a system or a machine-readable medium containing instructions for performing the above method.

В некоторых вариантах реализации, техническое решение может быть реализовано в виде распределенной компьютерной системы.In some embodiments, the technical solution may be implemented as a distributed computer system.

На фиг. 6 представлен общий вид системы (100), реализующей заявленный способ построения модели зубов.In FIG. 6 shows a general view of the system (100), which implements the claimed method for constructing a model of teeth.

Система построения модели зубов (100) может выполняться на базе широкого спектра электронновычислительных устройств, например, персонального компьютера, ноутбука, серверного кластера и т.п.The tooth model building system (100) can be implemented on the basis of a wide range of electronic computing devices, for example, a personal computer, a laptop, a server cluster, and the like.

В общем случае система (100) содержит один или более процессоров (101), выполняющих основную вычислительную работу при реализации этапов способа.In general, the system (100) includes one or more processors (101) that perform the main computational work in implementing the steps of the method.

Оперативную память (ОЗУ) (102), предназначенную для оперативного хранения команд, исполняемых одним или более процессорами (101).Random Access Memory (RAM) (102) for online storage of instructions executed by one or more processors (101).

Средство хранения данных (103) может представлять собой жесткий диск (HDD), твердотельный накопитель (SSD), флэш-память (NAND-flash, EEPROM, Secure Digital и т.п.), оптический диск (CD, DVD, Blue Ray), мини диск или их совокупности.The storage medium (103) may be a hard disk drive (HDD), solid state drive (SSD), flash memory (NAND-flash, EEPROM, Secure Digital, etc.), optical disk (CD, DVD, Blue Ray) , mini disk or combinations thereof.

Интерфейсы ввода/вывода (В/В) (104) представляют собой стандартные порты и средства сопряжения устройств и передачи данных, выбираемые исходя из необходимой конфигурации исполнения системы (200), в частности: USB (2.0, 3.0, USB-C, micro, mini), Ethernet, PCI, AGP, COM, LPT, PS/2, SATA, Fire Wire, Lightning и т.п.Input/output (I/O) interfaces (104) are standard ports and means of interfacing devices and data, selected based on the required configuration of the system execution (200), in particular: USB (2.0, 3.0, USB-C, micro, mini), Ethernet, PCI, AGP, COM, LPT, PS/2, SATA, Fire Wire, Lightning, etc.

Средства В/В (105) также выбираются из известного спектра различных устройств, например, клавиатура, тачпад, сенсорный дисплей, монитор, проектор, манипулятор мышь, джойстик, трекбол, световое перо, стилус, устройства вывода звука (колонки, наушники, встроенные динамики, зуммер) и т.п.I/O facilities (105) are also selected from a known range of different devices, e.g. keyboard, touchpad, touch screen, monitor, projector, mouse, joystick, trackball, light pen, stylus, audio output devices (speakers, headphones, built-in speakers). , buzzer), etc.

Средства передачи данных (106) выбираются из устройств, предназначенных для реализации процесса коммуникации между различными устройствами посредством проводной и/или беспроводной связи, в частности, таким устройствами могут быть: GSM модем, Wi-Fi приемопередатчик, Bluetooth или BLE модуль, GPS модуль, Глонасс модуль, NFC, Ethernet модуль и т.п.Data transmission means (106) are selected from devices designed to implement the process of communication between various devices via wired and / or wireless communication, in particular, such devices can be: GSM modem, Wi-Fi transceiver, Bluetooth or BLE module, GPS module, Glonass module, NFC, Ethernet module, etc.

Компоненты системы (100) сопряжены посредством общей шины передачи данных (110).The components of the system (100) are coupled via a common data bus (110).

Программа - последовательность инструкций, предназначенных для исполнения устройством управления вычислительной машины или устройством обработки команд.Program - a sequence of instructions intended for execution by a computer control device or a command processing device.

Модификации и улучшения вышеописанных вариантов осуществления настоящей технологии будут ясны специалистам в данной области техники. Предшествующее описание представлено только в качестве примера и не несет никаких ограничений. Таким образом, объем настоящей технологии ограничен только объемом прилагаемой формулы изобретения.Modifications and improvements to the above described embodiments of the present technology will be apparent to those skilled in the art. The foregoing description is provided by way of example only and is not intended to be limiting in any way. Thus, the scope of the present technology is limited only by the scope of the appended claims.

Claims (11)

1. Компьютерно-реализованный способ построения модели зубов, содержащий этапы, на которых:1. A computer-implemented method for constructing a model of teeth, containing the steps at which: получают данные пациента, которые включают в себя цифровую 3D-модель коронок зубов и прилежащей десны, и компьютерную томограмму (КТ) ротовой полости;receiving patient data, which includes a digital 3D model of the crowns of the teeth and adjacent gums, and a computed tomography (CT) scan of the oral cavity; автоматически выделяют на КТ область с челюстью и осуществляют сегментацию зубов с корнями, в результате чего формируется изображение корневой системы зубов и окружающей ткани для верхней и нижней челюсти;automatically highlight the area with the jaw on CT and segment the teeth with roots, resulting in an image of the root system of the teeth and the surrounding tissue for the upper and lower jaws; осуществляют автоматическую разметку каждого из зубов на полученном изображении корневой системы и получают отдельные цифровые 3D-модели корней зубов в отдельности, а также, по меньшей мере, 3D-модели кости и мягких тканей;carry out automatic marking of each of the teeth on the obtained image of the root system and receive separate digital 3D models of the roots of the teeth separately, as well as at least 3D models of bone and soft tissues; получают 3D-модель зубов путем совмещения моделей корней и соответствующих им коронок;a 3D model of the teeth is obtained by combining the models of the roots and their corresponding crowns; формируют 3D-модель челюсти на основании полученных 3D-моделей зубов и, по меньшей мере, 3D-моделей кости и мягких тканей.forming a 3D model of the jaw based on the obtained 3D models of teeth and at least 3D models of bone and soft tissues. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что КТ ротовой полости содержит данные о костной ткани, толщине кости челюсти и расположении корней зубов.2. The method according to claim 1, characterized in that CT of the oral cavity contains data on bone tissue, jaw bone thickness and the location of the roots of the teeth. 3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что при сегментации корней зубов на КТ используют сверточные нейросети.3. The method according to claim 1, characterized in that when segmenting the roots of teeth on CT, convolutional neural networks are used. 4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что преобразование изображений в цифровую 3D-модель реализуется с применением алгоритма марширующих кубов (Marching cubes).4. The method according to claim 1, characterized in that the conversion of images into a digital 3D model is implemented using the marching cubes algorithm. 5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что находят зубную дугу, которая определяет и описывает форму челюсти.5. The method according to claim 1, characterized in that a dental arch is found that defines and describes the shape of the jaw. 6. Способ по п.5, характеризующийся тем, что пр оизводится ортогональная проекция всех выявленных пикселей на зубную дугу;6. The method according to claim 5, characterized in that an orthogonal projection of all identified pixels onto the dental arch is made; ос уществляют подсчет суммарной интенсивности спроецированных пикселей в каждой точке зубной дуги;calculate the total intensity of the projected pixels at each point of the dental arch; на ходят точки зубной дуги, на которых суммарная интенсивность спроецированных пикселей минимальна;find the points of the dental arch at which the total intensity of the projected pixels is minimal; через эти точки перпендикулярно зубной дуге строятся прямые, которые позволяют разделить сегментацию на отдельные зубы.straight lines are built through these points perpendicular to the dental arch, which allow us to divide the segmentation into individual teeth. 7. Система построения модели зубов, содержащая запоминающее устройство, сконфигурированное для хранения данных;7. A system for building a model of teeth, containing a storage device configured to store data; по меньшей мере один процессор, сконфигурированный с возможностью выполнения способа построения модели зубов по любому из пп.1-6.at least one processor configured to perform the method of constructing a tooth model according to any one of claims 1-6. 8. Способ ортодонтического лечения пациента с помощью кап, содержащий этапы, на которых:8. A method for orthodontic treatment of a patient using caps, comprising the steps of: получают диагностические данные для составления плана лечения пациента, содержащие параметры перемещения зубов для лечения ортодонтической патологии;receiving diagnostic data for the preparation of a treatment plan for the patient, containing the parameters of the movement of the teeth for the treatment of orthodontic pathology; вычисляют траекторию перемещения зубов на основании плана лечения с помощью полученной модели по п.1, с учетом физиологических особенностей зубочелюстного аппарата пациента; при этом траектория перемещения зубов до конечной точки может задаваться по-разному: горизонтальное перемещение, вертикальное перемещение, ротация;calculate the trajectory of movement of the teeth on the basis of the treatment plan using the obtained model according to claim 1, taking into account the physiological characteristics of the patient's dentoalveolar apparatus; while the trajectory of the movement of the teeth to the end point can be set in different ways: horizontal movement, vertical movement, rotation; на основании вычисленной траектории определяют количество точек положения зубов для их перемещения, используя модели зубов, полученных по п.1;on the basis of the calculated trajectory determine the number of points of the position of the teeth to move them, using the model of the teeth obtained according to claim 1; формируют на основании упомянутого положения зубов в каждой упомянутой точке соответствующую 3D-модель челюсти;form on the basis of the mentioned position of the teeth at each mentioned point the corresponding 3D model of the jaw; изготавливают капу на основании полученных 3D-моделей челюсти в каждой упомянутой точке.a cap is made on the basis of the obtained 3D models of the jaw at each mentioned point. 9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что задают скорость перемещения зубов с учетом физиологических особенностей зубочелюстного аппарата пациента.9. The method according to claim 8, characterized in that the speed of movement of the teeth is set, taking into account the physiological characteristics of the patient's dentoalveolar apparatus. 10. Способ по п.8, характеризующийся тем, что капа изготавливается методом термоформовки по изготовленным методом 3D-печати моделям челюсти.10. The method according to claim 8, characterized in that the cap is made by thermoforming according to 3D-printed models of the jaw. 11. Способ по п.10, характеризующийся тем, что капа может быть изготовлена из прозрачного пластика.11. The method according to claim 10, characterized in that the mouth guard can be made of transparent plastic.
EA201700561 2017-11-16 2017-11-16 METHOD AND SYSTEM FOR ALIGNING TEETH ON THE BASIS OF MODELING THE MOVEMENT OF CROWN AND ROOTS EA043155B1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/017,687 US10748651B2 (en) 2017-11-16 2018-06-25 Method and system of teeth alignment based on simulating of crown and root movement
PCT/RU2018/050065 WO2019098887A1 (en) 2017-11-16 2018-06-25 Dental image processing protocol for dental aligners
US16/929,588 US20200350059A1 (en) 2017-11-16 2020-07-15 Method and system of teeth alignment based on simulating of crown and root movement
US17/010,079 US20200402647A1 (en) 2017-11-16 2020-09-02 Dental image processing protocol for dental aligners

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043155B1 true EA043155B1 (en) 2023-04-27

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106137414B (en) Method and system for determining target dentition layout
US8296952B2 (en) Orthodontic treatment aligners based on CT data
ES2736873T3 (en) Procedure to track and predict malocclusions and related problems
KR102035374B1 (en) A method and a system usable in creating a subsequent dental appliance
US7156655B2 (en) Method and system for comprehensive evaluation of orthodontic treatment using unified workstation
US8465280B2 (en) Method and system for integrated orthodontic treatment planning using unified workstation
EP2134290B1 (en) Computer-assisted creation of a custom tooth set-up using facial analysis
JP5886740B2 (en) System and method for aligning virtual dental models
ES2967714T3 (en) Dental appliance design procedure
CN105596094B (en) The generation method and device of correction indirect bonding transfer tray three-dimensional digitalization model
CN105147401B (en) A kind of digitlization row's tooth method based on root information
US11896452B2 (en) Method for virtual setup with mixed dentition
US20140329194A1 (en) Orthodontic treatment planning using biological constraints
CN114126535B (en) Virtual joint motion in orthodontic and dental treatment planning
US20140379356A1 (en) Method and system for integrated orthodontic treatment planning using unified workstation
KR20100016180A (en) Method for deriving shape information
JP2021524789A (en) Tooth virtual editing method, system, computer equipment and storage medium
JP7170933B2 (en) Virtual occlusion model for dental treatment
Kong et al. Applications of cone-beam computed tomography to assess the effects of labial crown morphologies and collum angles on torque for maxillary anterior teeth
US20140120488A1 (en) Orthodontic Treatment Aligners Based on CT Data
Zimmermann et al. The impact of technological innovation on dentistry
EA043155B1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR ALIGNING TEETH ON THE BASIS OF MODELING THE MOVEMENT OF CROWN AND ROOTS
Kim et al. Principles and applications of various 3D scanning methods for image acquisition for 3D printing applications in oral health science
Cha Clinical application of three-dimensional reverse engineering technology in orthodontic diagnosis
RU2269968C1 (en) Method for predicting orthodontic upper permanent canine teeth retention correction results