[发明专利]基于支持向量机的虚拟牙龈变形处理制作矫治器的方法

摘要

本发明公开了一种基于支持向量机的虚拟牙龈变形处理制作矫治器的方法，目的是提高矫治器配戴舒适度并减少对牙龈组织的挤压。技术方案是将牙颌模型网格分离为牙齿模型网格和牙龈模型网格，将两者连接部分的网格点作为控制点，然后依据医生的治疗方案移动牙齿到目标位置，并根据牙龈网格上部分的控制点和下部分的不动点的坐标及偏移量，在每个坐标方向上训练一个支持向量机回归模型，然后根据模型函数在三个方向上移动牙龈网格内部点得到变形后的网格，基于新的牙齿和牙龈网格3D打印获得矫治器。采用本发明获得的牙龈网格更加光滑，依此牙龈网格制作的矫治器更加贴合患者真实牙龈，能快速达到治疗效果。

主权项

1.一种基于支持向量机的虚拟牙龈变形处理制作矫治器的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，读入牙颌模型网格文件，所述牙颌模型网格文件是由3D扫描仪扫描石膏模型且切割修复后得到的STL三角网格文件。切割修复是指将模型网格中连接成一体的牙齿分离为彼此相互独立的牙齿，方法是将两颗牙齿连接部位的公共网格点或公共网格边复制一份并替换掉其中一颗牙齿相同位置的网格数据。第二步，根据牙颌模型网格文件中牙齿与牙龈之间过渡部分明显的凸起和凹陷，通过网格可视化界面手动选择相应网格边形成一条牙齿与牙龈的分割线，得到分离的牙齿模型网格和牙龈模型网格。分割线上的网格点作为控制点(令有N_c个，其坐标序列为其中每项是一个三维矢量坐标，分别为X_i三个方向的矢量坐标，1≤i≤N_c)，这些控制点连接着牙齿模型网格与牙龈模型网格，也是牙龈模型网格的上边界点，牙龈模型网格的下边界点作为不动点(令有N_s个，其坐标序列为分别为Y_j三个方向的矢量坐标，1≤j≤N_s)，牙龈模型网格的内部点作为随动点(令有N_i个，其坐标序列为分别为Z_k三个方向的矢量坐标，1≤k≤N_i)。第三步，令作为N_c个控制点的坐标序列的旧值，其中分别为X’_i三个方向的矢量坐标。根据医生当前阶段的治疗方案，移动牙齿模型网格中所有牙齿到治疗方案中的目标位置(若当前阶段有的牙齿不用移动，则其当前位置即为目标位置)，得到牙齿模型网格底部N_c个控制点的新坐标序列第四步，采用基于支持向量机的坐标点更新方法变形牙龈模型网格，获得随牙齿移动而变形的三维牙龈模型网格：4.1、令控制点变量i＝1；4.2、将第i个控制点的新坐标X_i减去旧坐标X’_i得到该控制点的偏移量分别表示在三个方向的偏移分量，其中4.3、令i＝i+1，若i＞N_c，转到第4.4步，否则转到第4.2步；4.4、将N_s个不动点的偏移量均设为(0,0,0)；4.5、令坐标维度变量d＝1；4.6、令控制点变量i＝1，样本集为空；4.7、将第i个控制点旧坐标X_i'和该点第d维度偏移量组成的二元组作为第i个样本加入样本集，其中偏移量作为样本标签数据；4.8、令i＝i+1，若i＞N_c，转到第4.9步，否则转到第4.7步；4.9、令不动点变量j＝1；4.10、将第j个不动点坐标Y_j和该点第d维度偏移量0构成的二元组(Y_j,0)作为第N_c+j个样本加入样本集；4.11、令j＝j+1，若j＞N_s，转到第4.12步，否则转到第4.10步；4.12、为采用训练支持向量机的算法训练样本集进行参数配置：4.12.1、采用高斯函数作为支持向量机的核函数，其中x₁,x₂是样本集中的任意两个样本，σ是控制高斯函数作用域的宽度参数；4.12.2、设置支持向量机的收敛阈值ε，ε表示对于样本集中的任一样本(X,y)，训练得到第d维度的SVM回归模型f(X)都满足|y‑f(X)|≤ε，X为样本集中任一样本所代表的二元组的第一项，是坐标；y为样本集中任一样本所代表的二元组的第二项，是偏移量；4.13、根据样本集和第4.12步的参数配置，采用训练支持向量机的算法训练样本集得到第d维度的SVM回归模型f(X)；4.14、令随动点变量k＝1；4.15、将第k个随动点的三维坐标作为样本数据输入第d维度的SVM回归模型，计算得到第k个随动点在第d维度的偏移量4.16、令k＝k+1，若k＞N_i，转到第4.17步，否则转到第4.15步；4.17、维度变量d＝d+1，若d＞3，转到第4.18步，否则转到第4.6步；4.18、令为N_i个随动点的旧坐标序列，令随动点变量k＝1；4.19、将第k个随动点的旧坐标的三维分量加上偏移矢量得到第k个随动点的新坐标4.20、令k＝k+1，若k＞N_i，转到第4.21步，否则转到第4.19步；4.21、由更新后的随动点序列控制点序列和不动点序列在保持点的拓扑连接不变的情况下构成变形后的牙龈模型网格。第五步，制作矫治器：5.1、将变形后的牙龈模型网格和移动后的牙齿模型网格组成新的牙颌模型网格，作为3D打印软硬件的输入文件；5.2、利用3D打印方法制作出牙颌模型网格对应的初步矫治器；5.3、将初步矫治器边缘整平或激光裁切得到最终的矫治器；5.4、由医生判定牙齿位置是否还需要进一步矫正，若需要，转到第三步；若不需要，表示得到的矫治器已达到治疗效果，结束。