技术摘要：
本发明属于医疗计算机辅助设计技术领域，具体公开了一种用于口腔数字印模仪的数字模型智能设计方法，所述方法包括数据采集、数据预处理、智能设计、备选牙冠匹配、牙型调整等步骤，通过对待制作牙齿提取邻牙距离、颊侧和舌侧牙弓凸度弧线、龈径高度、对颌牙尖窝沟嵴形 全部
背景技术：
传统的制作口腔内种植牙或者牙齿修复时，通常采用的方法是牙科医生使用口腔 扫描仪对患者口腔内进行扫描，获取口腔内牙齿的三维模型数据，然后远距离传输给专业 的设计工厂进行设计加工，专业的设计工厂在设计时，也是需要根据牙科医生所提出的设 计要求，结合自己的设计经验进行人工设计；然而这种传统的半手工设计的方法费时、效率 低，制作周期长，且工厂的设计人员没有直接接触患者，难以将标准牙齿调整到最佳尺寸及 形态，导致制作好后的牙齿不能够完成适合患者，在安装好后，还需要牙科医生进行后续调 整。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于口腔数字印模仪的数字模型智能设计 方法。 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述方法步骤包括： 1)建立数据库，采用xml文件进行牙齿数据的存储，所存储的备选牙冠数据信息包 括牙号、牙冠类型为单冠或冠桥、牙冠整体尺寸特征向量以及牙齿的存储路径； 2)数据采集，用口腔数字化采集设备采集备牙后口腔的三维模型数据，口腔数字 化采集设备采集的数据包括上颌和下颌，以及确认上下颌之间的咬合关系； 3)数据预处理，对步骤2)采集得到的口腔三维模型进行标记处理，标记基牙牙位、 单冠/冠桥、基牙边缘线； 4)智能设计，根据步骤3)中预处理后得到的三维模型，对待制作牙齿进行自动设 计处理，根据设计后的待制作牙齿的数据信息，从数据库中匹配出数个备选牙冠； 5)备选牙冠匹配，根据备选牙冠的牙冠整体尺寸特征向量与待制作牙齿的牙冠整 体尺寸特征向量之间的夹角余弦，确定备选牙冠与待制作牙齿的相似度，夹角余弦的取值 范围为[0,1]； 6)牙形调整，根据待制作牙齿的整体尺寸特征向量、牙 面特征向量与备选牙冠 的缩放比例进行调整； 7)数据输出，设计后的牙齿模型可导出为3shape、EXOcad软件可导入的数据格式。 优选的，其中步骤1)中所述的牙冠整体尺寸特征向量为(size_x ,size_y ,size_ z)，通过六点法计算得到，所述六点法为通过牙冠坐标最值得到六个外形高点，其中近中、 远中面的两外形高点为 颊、舌面的两外形高点为 底、顶面的两个外形 高点为 size_x为外形高点 的x坐标之差的绝对值，size_y为外形高点 5 CN 111568592 A 说 明 书 2/6 页 的y坐标之差的绝对值，size_z为外形高点 的z坐标之差的绝对值。 优选的，其中步骤2)中的数据采集所包括的步骤为： 1.1)分别采集得到上颌和下颌的三维模型数据和咬合时的颊侧数据； 1 .2)通过颊侧数据，计算并固定上颌和下颌的三维模型的接触关系，或手动在三 维坐标系中平移和旋转上颌和下颌的三维模型，使上颌和下颌的三维模型处于一个正确的 咬合关系。 优选的，其中步骤3)中的数据预处理所包括的步骤为： 2.1)选中备牙后的基牙，用高亮显示出来，并记录下该牙位的牙号，牙位牙号规则 由FDI表示法给出； 2.2)选择基牙的类型为单冠或冠桥，若是单冠，记录该基牙的牙号；若是冠桥，记 录冠桥最左和最右基牙的牙号和所有需要制作的牙齿的牙号； 2.3)交互式的标记边缘线，选择基牙边缘线上三角网格的点，逐一对基牙边缘线 的点进行勾画，完成基牙边缘线的选择；最终的边缘线以特定颜色高亮显示出来。 优选的，其中步骤4)中的智能设计所包括的步骤为： 3.1)计算邻牙距离，交互式选取基牙边缘线上离邻牙最近的两个点，计算该两点 的距离即得到邻牙距离； 3.2)计算颊侧和舌侧牙弓凸度弧线，根据步骤2)中获得的上颌和下颌的三维模型 数据，采取基于β函数的方法拟合牙弓凸度弧线； 3.3)计算 龈径高度，根据选取的基牙边缘线，计算基牙边缘线上每个点到 平 面的距离，并求出平均距离作为 龈径高度； 3 .4)计算对颌牙尖窝沟嵴形态，根据步骤2)中获得的上颌和下颌的三维模型数 据，计算对颌牙齿的 面特征。 优选的，其中步骤3.2)包括： 3 .2 .1)获得基牙所在颌的切牙接触面的颊侧端顶点、双侧尖牙颊侧端曲率最大 点，和双侧第二恒磨牙颊侧端曲率最大点； 3.2.2)根据步骤3.2.1)所得的五个点确定β函数拟合牙弓凸度弧线； 3.2.3)重复步骤3.2.1)与3.2.2)，以相同的方法计算舌侧弓凸度弧线。 优选的，其中步骤3.4)包括： 3.4.1)交互式选取对颌牙齿的 面； 3.4.2)计算选择牙 面的特征向量，首先根据选取结果获得牙 面中牙尖窝沟嵴 周围的有效邻域，然后对该曲面建立局部球坐标系，接着通过二维直方图统计方法计算该 曲面中每个顶点处法线的仰角和方位角，依次确定位置索引；最后根据二维直方图生成对 颌牙齿的牙 面的特征向量(f1,f2,...,fn)。 优选的，步骤5)中的备选牙冠匹配所包括的步骤为： 4.1)牙号及牙齿类型匹配，根据选择基牙的牙号，以及选择的牙冠类型为单冠或 冠桥，在数据库中找出备选牙冠数据； 4.2)整体尺寸匹配，求出待制作牙齿的牙冠整体尺寸特征向量为(size_x0,size_ y0,size_z0)、备选牙冠的牙冠整体尺寸特征向量为(size_x'，size_y'，size_z')，利用求取 6 CN 111568592 A 说 明 书 3/6 页 的备选牙冠的牙冠整体尺寸特征向量与待制作牙齿的牙冠整体尺寸特征向量之间的余弦， 确定备选牙冠与待制作牙齿的相似度；夹角余弦越大，两个向量的夹角越小，两个向量的方 向重合时夹角余弦取得最大值为1； 4.3)局部特征匹配，求出待制作牙齿对颌牙齿的牙 面特征向量(f1,f2,...,fn) 的互补向量(f1',f2',...,fn')，所述互补向量(f1',f2',...,fn')＝(-f1,-f2,...,-fn)， 并通过求取向量(f1',f2',...,fn')与备选牙冠牙 面的特征向量(F1,F2,...,Fn)的余弦 相似度来进行局部特征匹配。 优选的，其中步骤6)中的牙形调整所包括的步骤为： 5.1)整体调整，根据待制作牙齿的整体尺寸特征向量与备选牙冠的缩放比例，利 用缩放矩阵S进行调整，保证备选牙冠尺寸匹配最佳； 5.2)牙 面调整，根据待制作牙齿对颌牙齿的牙 面特征向量调整备选牙冠牙颌 面的法向量以适配最佳； 5 .3)牙冠下边缘调整，根据步骤3.3)计算出的基牙边缘线上各点到 平面的距 离，调整备选牙冠下边缘上各点的坐标，使备选牙冠下边缘上个点到牙 面最高点的距离 与基牙边缘线上各点到 平面的距离相适应。 一种口腔数字模型智能设计方法在椅旁设计中的应用。 本发明的有益之处在于：通过计算机辅助设计，快速从数据库中调取数个匹配的 备选牙冠，并通过待制作牙齿和备选牙齿的整体尺寸特征向量的相似度，确定最合适的备 选牙冠；此设计方法可以实现高精度、高效率的制作出待制作牙齿，加快了义齿加工的速 度，减少了加工的中间环节，改变了临床工作的流程以及医患之间的沟通方式。 附图说明 图1为本发明一种口腔数字模型智能设计技术的流程图； 图2为确定拟合牙弓凸度弧线的五个点； 图3为β函数中e值的计算方式； 图4为牙齿模型的6个外形高点。
本发明属于医疗计算机辅助设计技术领域，具体公开了一种用于口腔数字印模仪的数字模型智能设计方法，所述方法包括数据采集、数据预处理、智能设计、备选牙冠匹配、牙型调整等步骤，通过对待制作牙齿提取邻牙距离、颊侧和舌侧牙弓凸度弧线、龈径高度、对颌牙尖窝沟嵴形 全部
背景技术：
传统的制作口腔内种植牙或者牙齿修复时，通常采用的方法是牙科医生使用口腔 扫描仪对患者口腔内进行扫描，获取口腔内牙齿的三维模型数据，然后远距离传输给专业 的设计工厂进行设计加工，专业的设计工厂在设计时，也是需要根据牙科医生所提出的设 计要求，结合自己的设计经验进行人工设计；然而这种传统的半手工设计的方法费时、效率 低，制作周期长，且工厂的设计人员没有直接接触患者，难以将标准牙齿调整到最佳尺寸及 形态，导致制作好后的牙齿不能够完成适合患者，在安装好后，还需要牙科医生进行后续调 整。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于口腔数字印模仪的数字模型智能设计 方法。 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述方法步骤包括： 1)建立数据库，采用xml文件进行牙齿数据的存储，所存储的备选牙冠数据信息包 括牙号、牙冠类型为单冠或冠桥、牙冠整体尺寸特征向量以及牙齿的存储路径； 2)数据采集，用口腔数字化采集设备采集备牙后口腔的三维模型数据，口腔数字 化采集设备采集的数据包括上颌和下颌，以及确认上下颌之间的咬合关系； 3)数据预处理，对步骤2)采集得到的口腔三维模型进行标记处理，标记基牙牙位、 单冠/冠桥、基牙边缘线； 4)智能设计，根据步骤3)中预处理后得到的三维模型，对待制作牙齿进行自动设 计处理，根据设计后的待制作牙齿的数据信息，从数据库中匹配出数个备选牙冠； 5)备选牙冠匹配，根据备选牙冠的牙冠整体尺寸特征向量与待制作牙齿的牙冠整 体尺寸特征向量之间的夹角余弦，确定备选牙冠与待制作牙齿的相似度，夹角余弦的取值 范围为[0,1]； 6)牙形调整，根据待制作牙齿的整体尺寸特征向量、牙 面特征向量与备选牙冠 的缩放比例进行调整； 7)数据输出，设计后的牙齿模型可导出为3shape、EXOcad软件可导入的数据格式。 优选的，其中步骤1)中所述的牙冠整体尺寸特征向量为(size_x ,size_y ,size_ z)，通过六点法计算得到，所述六点法为通过牙冠坐标最值得到六个外形高点，其中近中、 远中面的两外形高点为 颊、舌面的两外形高点为 底、顶面的两个外形 高点为 size_x为外形高点 的x坐标之差的绝对值，size_y为外形高点 5 CN 111568592 A 说 明 书 2/6 页 的y坐标之差的绝对值，size_z为外形高点 的z坐标之差的绝对值。 优选的，其中步骤2)中的数据采集所包括的步骤为： 1.1)分别采集得到上颌和下颌的三维模型数据和咬合时的颊侧数据； 1 .2)通过颊侧数据，计算并固定上颌和下颌的三维模型的接触关系，或手动在三 维坐标系中平移和旋转上颌和下颌的三维模型，使上颌和下颌的三维模型处于一个正确的 咬合关系。 优选的，其中步骤3)中的数据预处理所包括的步骤为： 2.1)选中备牙后的基牙，用高亮显示出来，并记录下该牙位的牙号，牙位牙号规则 由FDI表示法给出； 2.2)选择基牙的类型为单冠或冠桥，若是单冠，记录该基牙的牙号；若是冠桥，记 录冠桥最左和最右基牙的牙号和所有需要制作的牙齿的牙号； 2.3)交互式的标记边缘线，选择基牙边缘线上三角网格的点，逐一对基牙边缘线 的点进行勾画，完成基牙边缘线的选择；最终的边缘线以特定颜色高亮显示出来。 优选的，其中步骤4)中的智能设计所包括的步骤为： 3.1)计算邻牙距离，交互式选取基牙边缘线上离邻牙最近的两个点，计算该两点 的距离即得到邻牙距离； 3.2)计算颊侧和舌侧牙弓凸度弧线，根据步骤2)中获得的上颌和下颌的三维模型 数据，采取基于β函数的方法拟合牙弓凸度弧线； 3.3)计算 龈径高度，根据选取的基牙边缘线，计算基牙边缘线上每个点到 平 面的距离，并求出平均距离作为 龈径高度； 3 .4)计算对颌牙尖窝沟嵴形态，根据步骤2)中获得的上颌和下颌的三维模型数 据，计算对颌牙齿的 面特征。 优选的，其中步骤3.2)包括： 3 .2 .1)获得基牙所在颌的切牙接触面的颊侧端顶点、双侧尖牙颊侧端曲率最大 点，和双侧第二恒磨牙颊侧端曲率最大点； 3.2.2)根据步骤3.2.1)所得的五个点确定β函数拟合牙弓凸度弧线； 3.2.3)重复步骤3.2.1)与3.2.2)，以相同的方法计算舌侧弓凸度弧线。 优选的，其中步骤3.4)包括： 3.4.1)交互式选取对颌牙齿的 面； 3.4.2)计算选择牙 面的特征向量，首先根据选取结果获得牙 面中牙尖窝沟嵴 周围的有效邻域，然后对该曲面建立局部球坐标系，接着通过二维直方图统计方法计算该 曲面中每个顶点处法线的仰角和方位角，依次确定位置索引；最后根据二维直方图生成对 颌牙齿的牙 面的特征向量(f1,f2,...,fn)。 优选的，步骤5)中的备选牙冠匹配所包括的步骤为： 4.1)牙号及牙齿类型匹配，根据选择基牙的牙号，以及选择的牙冠类型为单冠或 冠桥，在数据库中找出备选牙冠数据； 4.2)整体尺寸匹配，求出待制作牙齿的牙冠整体尺寸特征向量为(size_x0,size_ y0,size_z0)、备选牙冠的牙冠整体尺寸特征向量为(size_x'，size_y'，size_z')，利用求取 6 CN 111568592 A 说 明 书 3/6 页 的备选牙冠的牙冠整体尺寸特征向量与待制作牙齿的牙冠整体尺寸特征向量之间的余弦， 确定备选牙冠与待制作牙齿的相似度；夹角余弦越大，两个向量的夹角越小，两个向量的方 向重合时夹角余弦取得最大值为1； 4.3)局部特征匹配，求出待制作牙齿对颌牙齿的牙 面特征向量(f1,f2,...,fn) 的互补向量(f1',f2',...,fn')，所述互补向量(f1',f2',...,fn')＝(-f1,-f2,...,-fn)， 并通过求取向量(f1',f2',...,fn')与备选牙冠牙 面的特征向量(F1,F2,...,Fn)的余弦 相似度来进行局部特征匹配。 优选的，其中步骤6)中的牙形调整所包括的步骤为： 5.1)整体调整，根据待制作牙齿的整体尺寸特征向量与备选牙冠的缩放比例，利 用缩放矩阵S进行调整，保证备选牙冠尺寸匹配最佳； 5.2)牙 面调整，根据待制作牙齿对颌牙齿的牙 面特征向量调整备选牙冠牙颌 面的法向量以适配最佳； 5 .3)牙冠下边缘调整，根据步骤3.3)计算出的基牙边缘线上各点到 平面的距 离，调整备选牙冠下边缘上各点的坐标，使备选牙冠下边缘上个点到牙 面最高点的距离 与基牙边缘线上各点到 平面的距离相适应。 一种口腔数字模型智能设计方法在椅旁设计中的应用。 本发明的有益之处在于：通过计算机辅助设计，快速从数据库中调取数个匹配的 备选牙冠，并通过待制作牙齿和备选牙齿的整体尺寸特征向量的相似度，确定最合适的备 选牙冠；此设计方法可以实现高精度、高效率的制作出待制作牙齿，加快了义齿加工的速 度，减少了加工的中间环节，改变了临床工作的流程以及医患之间的沟通方式。 附图说明 图1为本发明一种口腔数字模型智能设计技术的流程图； 图2为确定拟合牙弓凸度弧线的五个点； 图3为β函数中e值的计算方式； 图4为牙齿模型的6个外形高点。
