[发明专利]设计中间全颌牙齿数字模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种设计用于制备中间全颌牙齿数字模型的方法。

背景技术

无托槽隐形矫治器因其美观、舒适、卫生、可摘取、方便等特点，近年来越发流行。其制作方法是：①通过对牙颌或牙颌复制模型进行高精度的三维数字扫描和模型的三维重建获取高精度的全颌牙齿数字模型；②通过计算机辅助设计对全颌牙齿数字模型进行矫治方案设计，生成一系列牙齿位置经过调整的中间全颌牙齿数字模型；③根据②中的一系列牙齿位置经过调整的中间全颌牙齿数字模型，通过快速成型方法生成出一系列中间全颌牙齿实体模型；④将加热的塑料片以正压或者负压压制在中间全颌牙齿实体模型上；⑤冷却后，通过修剪打磨多余边料，得到一系列无托槽隐形矫治器。该制作方法的一个关键在于设计一系列牙齿位置经过调整的中间全颌牙齿模型(数字模型或者实体模型)。目前无论是通过计算机辅助来设计一系列牙齿位置经过调整的中间全颌牙齿数字模型(参见白玉性，周洁珉等：国产无托槽隐形正畸矫治系统的开发与研制.北京口腔医学.p89-92，96.(2004)；祁鹏，高洪涛等：计算机辅助牙颔畸形矫治技术研究.中国机械工程.p1637-1640，1653.(2004)；中国专利号：ZL02117088.6；中国申请专利号：200510025479.5)，还是通过调整牙齿复制品实物来设计一系列牙齿位置经过调整的中间全颌牙齿实体模型(中国专利申请号：200710018398.1)，都缺乏考虑实际牙齿矫治过程中牙齿相互之间的支抗作用，而只是简单的将所有需要矫治的牙齿同时从初始状态调整到目标状态，从而导致了实际矫治中牙齿的结果位置变动与设计位置变动相差甚远，经过一定时间的累积效应，使实际矫治过程偏离了预先设计的矫治过程。最终导致需要重新采集患者牙颌数据，重新进行所有的设计过程，增加了大量的工作。

发明内容

本发明的目的提供了一种设计中间全颌牙齿数字模型的方法，该方法克服已有的无托槽隐形矫治器只是对需要矫治牙齿从初始状态到目标状态的简单分解的不足，通过加强实际矫治过程中的支抗，把需矫治的牙齿在支抗牙与移动牙之间的转换，并根据该转换得到一系列中间初始全颌牙齿数字模型。同时本发明还基于成熟的数字三维网格处理算法，利用图形硬件的加速功能，提高处理精细牙齿数字模型的速度和稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用包括以下5个步骤的技术方案：

1.交互式调整牙齿位置，获取牙齿从初始位置到目标位置的运动量。为了实现此目的，包含3个子步骤：建立牙齿局部运动系、交互式运动操作、添加关键帧。

a)建立牙齿局部坐标系

牙齿的三维数据是和全颌牙齿数字模型整体保持一致的，这使得牙齿只能参照全颌牙齿数字模型整体的坐标系进行移动、旋转，这不符合数字化口腔正畸要求每一颗牙齿可以独立相对自身进行移动、旋转的需求。

建立每一颗牙齿的局部坐标系使得每一颗牙齿可以相对于自身发生移动、旋转运动。

建立牙齿局部坐标系的具体步骤是：

●计算牙齿三维数字网格数据世界坐标(即牙齿原始空间x、y、z坐标值)各维数据各自的平均值此平均值即为牙齿三维数字网格的中心点。

●计算协方差矩阵。

公式：用来计算两个坐标维之间的协方差。

其中：和代表X、Y这两个坐标方向上的平均值，由前面步骤计算。

公式：用于计算整个协方差矩阵。具体展开即为：