[发明专利]一种基于法向量夹角的牙齿倒凹网格模型自动填充算法

说明书

本发明公开了一种基于法向量夹角的牙齿倒凹网格模型自动填充算法。输入牙齿模型及其虚拟牙龈边界点，相邻两个牙齿的牙齿模型构成一对牙齿模型对，对每对牙齿模型对识别倒凹区域，并进一步对每对牙齿模型对识别初始倒凹区域边界点，接着对初始倒凹区域边界点进行预处理操作获得最终倒凹区域边界点云，最后由每对牙齿模型对的最终倒凹区域边界点云重建成倒凹模型。本发明利用法向量和方向向量的夹角大小确定倒凹区域，帮助实现倒凹的自动填充，方便后期压模工作和力学分析工作的进行，在节约时间的同时也在一定程度上大大减少人为误差。

技术领域

本发明涉及了一种牙齿网格模型的网格模型构建方法，尤其是涉及了一种基于法向量夹角的牙齿倒凹网格模型自动填充算法。

背景技术

近年来，数字口腔技术迅速发展，隐形牙齿正畸也逐渐普及。数字治疗辅助系统完成的工作就离建立牙齿模型，为矫治方案的设计提供数据支持。通常为了获得牙齿模型，首先需要通过光学方法扫描石膏模型获得牙颌的三维数据，然后运用数字集合处理技术分割牙齿，对牙齿进行编号方便后期的操作，然后通过对数字模型进行一系列的操作。

具体地说，隐形牙齿矫治器是一组具有容纳牙齿的壳体，能够让牙齿逐渐达到正确位置。通常来说，使牙齿从当前状态到目标状态需要30多次疗程，每个疗程都需要重新制作一副新的隐形牙齿矫治器。现有的矫治器制造方法，首先通过传统的方法获得患者的牙齿数字模型，然后通过3D打印出牙齿的模型，再以该模型为阳模压制相应的矫治器。倒凹区域是两颗牙齿和牙龈边缘所限定的凹陷的三角区域，由于倒凹的存在，导致压模完成后的磨具无法取出或者患者佩戴会出现不适的情况。

传统的倒凹填充多采用人造石、石膏或者石蜡等材料进行人工处理，用融化的蜡用滴蜡法滴于填补部位[可参考逯宜,安钢,王宇春等.铸造支架用石膏模型倒凹的填补方法[J].实用口腔医学杂志,1999,03:67.]。但是为了保证矫治器的卫生，需要隔离膜等措施来避免红蜡等的污染，增加了生产成本，降低了生产效率。而且，不同的技师填充不易控制，同一个模型由不同技师来填补或者同一个模型由同一个技师在不同时刻填充，其倒凹是不同，倒凹的填充无法预测和重现。

时代天使提出了一种通过控制点来填充倒凹的方式[李华敏,田杰,刘晓林,李冠宾.牙齿矫治器及其制造方法、数字化牙齿模型的填倒凹处理[P].上海：CN105982742A,2016-10-05]。他们通过在倒凹区域的相邻两颗牙齿上分别选择一组控制点，通过控制点形成一个控制面，然后将两个控制面边缘相连相互连接形成倒凹网格，这种方法虽然数字化形成了倒凹网格，但是必须手动在数字化系统中选择控制点，控制点的选取规则是复杂的，并且，每颗牙齿都有8个以上控制点，完成一副矫治器，需要选取很多控制点，这是十分费时的。

目前现有技术中缺少了一种人为干预较少的自动填充方式。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于法向量夹角的牙齿倒凹网格模型自动填充算法，填充精准快速，人为手动干预比较少。

本发明方法能够通过求法向量与两个方向夹角，获取倒凹区域边界点云，将倒凹区域边界点云重建成倒凹新模型，使得填充的倒凹符合隐形矫治器的需求。

本发明输入牙齿模型以及虚拟牙龈边界点，对每对牙齿识别侧边和下部区域识别倒凹区域，识别倒凹区域边界，对倒凹做拟合和映射等预处理操作，最终将前后牙齿通过点云重建形成倒凹网络模型。

为了实现上述的目的，本发明采用的技术方案为包括以下步骤：

本发明输入的牙齿模型是指通过3D扫描设备对患者牙齿的石膏模型进行扫描得到的，经过切割和修补的模型。

在获得牙齿模型后，为保证牙齿的有序排序和后期倒凹的命名，先对全颌牙齿进行规范命名。