[发明专利]一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法

权利要求书

1.一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法，其特征在于方法包含以下步骤：

步骤1)采集获得数字化牙颌三维模型的所有目标牙齿，选取数字化牙颌三维模型中的若干个目标牙齿进行特征点的提取得到三个不同的控制点集，根据三个控制点集分别得到牙合面理想弓形特征线CFa、牙冠颊侧面理想弓形特征线CFf和牙冠重心理想弓形特征线CFg；

步骤2)对数字化牙颌三维模型中的所有目标牙齿分别提取各自的特征点并构建对应的位置数据集M：

M＝{PFa，PFf，PFg}

其中，PFa为牙齿颌面特征点，PFf为牙冠颊侧面特征点，PFg为牙冠重心点；

步骤3)根据步骤1)得到的三条理想牙弓特征线以及步骤2)得到的位置数据集M，依次对每颗目标牙齿进行位置的移动调整，对一颗目标牙齿的位置调整具体为：

首先，提取牙合面理想弓形特征线CFa中距离目标牙齿的牙齿颌面特征点PFa最近的点，提取牙冠颊侧面理想弓形特征线CFf中距离目标牙齿的牙冠颊侧面特征点PFf最近的点，提取牙冠排列弓形特征线CFg中距离目标牙齿的牙冠重心点PFg最近的点，根据上述提取得到的三个点生成移动控制点集K；然后，采用ICP算法使得位置数据集M与移动控制点集K进行匹配后得到目标牙齿的变换矩阵，根据变换矩阵对目标牙齿的位置进行更新，从而完成对目标牙齿的位置调整；

步骤4)根据牙冠重心理想弓形特征线CFg对位置调整后的目标牙齿进行角度调整，具体是：

4.1)将垂直于牙合平面的方向作为全局坐标平面OXY的Z轴方向，建立每颗目标牙齿的局部坐标系(Xi,Yi,Z)，局部坐标系的OXiYi平面平行于牙合平面，局部坐标系的建立具体为：

计算获得目标牙齿的牙冠重心点的位置，将牙冠排列弓形特征线CFg上距离牙冠重心点最近的点作为参考点CFgi，将参考点CFgi的切线方向作为局部坐标系的Yi轴，将垂直于Yi轴的方向作为局部坐标系的Xi轴，局部坐标系的Z轴平行于全局坐标平面OXY的Z轴；

4.2)计算目标牙齿的近远中倾斜角度，公式如下：

其中，θ2表示近远中倾斜角度，proj(YiOZ)(Zi)表示第i颗目标牙齿的牙齿主轴Zi在局部坐标平面YiOZ上的投影向量；

4.3)计算目标牙齿的转矩角度，公式如下：

其中，θ3表示转矩角度，proj(XiOZ)(Zi)表示第i颗目标牙齿的牙齿主轴Zi在局部坐标平面XiOZ上的投影向量；

4.4)根据近远中倾斜角度和转矩角度对目标牙齿的角度进行近远中倾斜、扭转、颊舌侧转矩调整；

步骤5)重复步骤3)—4)直至完成对所有目标牙齿的位置和角度调整，得到数字化牙颌理想模型。

2.根据权利要求1所述的一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法，其特征在于：所述的步骤4.4)具体是：

4.4.1)根据标准牙齿咬合的近远中倾斜角，对目标牙齿的近远中倾斜角度进行调整；

4.4.2)在调整好目标牙齿的近远中倾斜角度的前提下，调整目标牙齿绕自身主轴的扭转角度，具体为：

将目标牙齿的近中点TPm和远中点TPd的连线作为第一向量将参考点CFgi处的切线向量作为第二向量计算第一向量与第二向量投影在全局坐标平面OXY下所形成的夹角，根据夹角调整使目标牙齿绕自身的主轴的旋转角度，使第一向量与第二向量平行，完成目标牙齿绕自身主轴的扭转角度的调整；

4.4.3)根据标准牙齿咬合的唇舌向的倾斜角，对目标牙齿的转矩角度进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法，其特征在于：

所述步骤2)中的牙冠重心点PFg的计算方法如下：

其中，PFgi表示第i颗目标牙齿的牙冠重心点，j表示单颗目标牙齿模型的三角面片的序数，n表示三角面片的总数，m(Fj)表示第j个三角面片的重心点，Area(Fj)表示第j个三角面片的面积。

4.根据权利要求1所述的一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法，其特征在于：步骤1)中所述的三个控制点集选取的目标牙齿相同，但提取每颗目标牙齿的特征点位置不同，所述的若干个目标牙齿包括左右切牙、左右尖牙和左右第一磨牙；

牙合面理想弓形特征线CFa的控制点集选取的特征点分别是：切牙的切端近远中方向的中点处、尖牙的尖点位置处，第一磨牙的颌面中央窝的中心位置处；

牙冠重心理想弓形特征线CFg的控制点集选取的特征点分别是：每颗目标牙齿的牙冠部分的重心位置处；

牙冠颊侧面理想弓形特征线CFf的控制点集选取的特征点分别是：切牙和尖牙上的控制点位于牙冠面的中心处，磨牙的控制点位于颊侧沟的上下连线的中点处；

每一个控制点集均采用Hermit插值法进行插值拟合获得对应的理想牙弓特征线。