[发明专利]一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法

说明书

本发明公开了一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法。本发明通过对牙颌模型进行特征提取，确定患者的理想牙弓特征线，同时构建牙齿移动控制数据结构，通过自动排列算法将牙齿排列至理想牙弓的位置和形状，同时在确定目标牙齿的位置之后，根据完美牙列角度标准，对牙齿的角度进行调整，使之满足理想牙颌的特征要求。本发明可以较为自动的完成数字化牙颌理想牙列的排齐和调整，提高了患者的个性化理想位置方案制定的效率。

技术领域

本发明属于数字化模型领域，具体涉及一种数字化牙颌理想模型的自动生成方法。

技术背景

数字化牙颌理想位置的生成是基于患者的个性化数字牙颌模型，通过对病例的分析和诊断，指定患者的个性化理想位置方案，并通过对患者每一颗牙齿进行重新排列，并在排列的过程中考虑到正畸中理想颌标准和患者实际情况，最终完成牙颌理想位置的生成。现有条件下，通过人为修改每一颗牙齿的位置，最终确定牙颌理想的位置，不够准确，且费时费力。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明公开了一种自动的数字化牙颌理想位置的生成方法。

本发明的技术方案如下：

步骤1)采集获得数字化牙颌三维模型的所有待移动调整的目标牙齿，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，切牙的牙齿颌面特征点位于切牙切端近远中方向的中点，尖牙的牙齿颌面特征点位于尖牙尖点位置，前磨牙和磨牙的牙齿颌面特征点的牙齿颌面的中央窝。

PFf为牙冠颊侧面特征点，切牙、尖牙、前磨牙的牙冠颊侧面特征点均位于其牙齿的冠面部分的中心点，磨牙的牙冠颊侧面特征点位于颊侧沟的上下连线的中点处；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：