[发明专利]一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法

说明书

本发明公开了一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法。先依次进行牙颌三维网格模型获取、牙齿分割和牙齿修复，然后进行虚拟牙龈网格构建和虚拟牙齿咬合构建，进行虚拟矫治对牙齿模型进行运动处理，获得牙齿模型运动信息，牙齿模型的运动信息采用基于Laplacian算子的自由形变算法对牙齿模型中的虚拟牙龈网格进行形变计算，再将处理后的牙齿模型进行优化处理和生产。本发明利用计算机技术处理牙齿模型获得矫治器，利用3D打印技术生产矫治器，直观地实现整个虚拟矫治过程，提高了工作效率和矫治器精度。

技术领域

本发明涉及了数字口腔领域，具体地说是涉及了一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法。

背景技术

近年来，数字口腔技术发展迅速，牙齿隐形正畸也逐渐普及。而数字治疗辅助系统在牙齿正畸中起到了越来越重要的作用。数字治疗辅助系统要完成的工作就是对牙齿三维数字模型进行处理，完成虚拟矫治的模拟，并进行生产。

但由于计算机技术在牙齿隐形正畸领域应用时，需要大量的人工交互和人工数据处理，生产周期过长，成本过高。

发明内容

本发明所提供了一种计算机辅助牙齿无托槽隐形矫治器设计方法，利用计算机技术处理牙齿模型，设计矫治器，利用3D打印技术生产矫治器。

本发明采用的技术方案包含以下三个模块：

本发明包含下列步骤：

步骤一、构建包含有牙龈的牙齿模型：

先依次进行牙颌三维网格模型获取、牙齿分割和牙齿修复，然后进行虚拟牙龈网格构建和虚拟牙齿咬合构建；

步骤二、进行虚拟矫治对牙齿模型进行运动处理，获得牙齿模型运动信息：

包含依次进行的牙齿运动构建和牙齿路径规划的步骤，并根据牙齿模型的运动信息采用基于Laplacian算子的自由形变算法对牙齿模型中的虚拟牙龈网格进行形变计算；

步骤三、再将处理后的牙齿模型进行优化处理和生产，优化处理和生产包含生物力学分析、矫治辅助附件安装、3D打印预处理、牙龈线提取和矫治器实物生产的步骤。

所述步骤一中的牙颌三维网格模型获取具体是指：三维扫描已获得的全颌牙齿的实物石膏模型，得到包含有上下颌的牙颌三维网格模型，石膏模型根据全颌牙齿硅橡胶印模以及口内数码照片和X光片通过硅橡胶印模翻印，再对照病人口内数码照片，对石膏模型进行修补获得。

所述步骤一中的牙齿分割是利用区域增长法将单颗牙齿从整个牙颌三维网格模型中分离出来。

所述步骤一中的牙齿修复具体是包括依次进行的单颗牙齿模型边缘外翻面片删除、毛刺去除和边缘平滑的三个步骤。

牙齿修复包括对牙齿的边缘修复、侧边修复和底座修复，边缘修复是对分割好的牙齿边缘去除毛刺，并进行平滑处理，得到边缘平滑的牙齿模型。侧边修复是对边缘修复完毕的牙齿缺失的侧边进行填补，对牙齿侧面缺失部分数据应具有自然形态且无穿透干涉，以保证虚拟矫治精度、利于交流展示，并且牙齿与牙龈之间的连接光滑。底座修复是对侧边修复完毕的牙齿添加虚拟牙根部分，牙齿底部比较接近真实，方向与牙齿主轴一致。

所述步骤一中的虚拟牙龈构建具体是利用牙齿修复后的牙颌三维网格模型构建获得虚拟牙龈三角网格。由牙齿的边界以及牙齿边界在世界坐标中的投影，得到虚拟牙龈的边界，然后根据边界上选取的控制点，构造二次函数曲线，并在曲线上均匀地选取顶点，按照一定的拓扑关系连接曲线上的点，即可构建虚拟牙龈网格。

所述步骤一中的虚拟咬合构建具体是对牙齿修复后的牙颌三维网格模型进行处理获得最佳的咬合关系，在不发生碰撞的前提下使上下牙之间的接触面积最大。