專(zhuān)利名稱(chēng)：計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種牙齒隱形正畸系統(tǒng)，具體地說(shuō)，是一種計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)。屬于醫(yī)學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的牙齒矯正法是采用固定式牙齒矯正器(金屬矯齒器)，將一系列小金屬片黏在牙齒表面，通過(guò)調(diào)校金屬絲的寬緊來(lái)達(dá)到預(yù)期的效果。然而金屬矯齒器存在以下缺點(diǎn)金屬矯齒形狀突出，影響個(gè)人儀容，亦因而使很多人誤以為“箍牙”只是為兒童而設(shè)的，成年人難以采用，金屬矯齒器容易造成口腔磨損，引起口腔不適，也令很多人不愿意使用，采用金屬矯齒器影響正常飲食，矯齒期間，不能進(jìn)食黏性食物如香口膠、糯米以及高纖維的蔬菜(因?yàn)槭卟死w維會(huì)與金屬線糾纏一起)，固定的金屬矯齒器令清潔牙齒困難，矯齒期間，較難保持口腔清潔衛(wèi)生。而很多成人患者，由于美觀、職業(yè)和社交的原因，希望在療程中仍可進(jìn)行正常的社交和職業(yè)活動(dòng)，而不暴露正畸矯治器，即進(jìn)行“隱形”舒適的正畸治療。其中，舌側(cè)正畸技術(shù)是國(guó)際上近些年來(lái)興起的一種正畸技術(shù)，它是將矯治器全部安裝于牙齒的舌側(cè)面進(jìn)行正畸治療，外觀上看不到任何正畸治療裝置，在一定程度上面可以達(dá)到“隱形”的目的。但是這種技術(shù)的臨床操作相對(duì)復(fù)雜困難，費(fèi)用較為昂貴，而且也不能避免以上提到的金屬矯齒器的缺點(diǎn)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?8811767.3，名稱(chēng)計(jì)算機(jī)化的正畸診斷以及正畸矯治器發(fā)放器，該技術(shù)自述本裝置包括一個(gè)外殼以及安裝于外殼之上的用以跟病人進(jìn)行通信的一個(gè)用戶接口。本裝置還具有診斷硬件，其包括至少一部置于外殼里面的數(shù)碼相機(jī)，它適用于拍攝病人的牙齒和口腔的多幅圖像。本裝置還具有電子電路，用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)它進(jìn)行預(yù)編程，用以跟由診斷硬件所收集的、并發(fā)送到電子電路的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。本電路還適用于診斷該病人是否具有可矯正的正畸狀況。該技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是傳統(tǒng)牙齒正畸的一種延伸，它利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的診斷和檢測(cè)。但是其正畸所需要的裝置還是采用傳統(tǒng)的鋼絲結(jié)構(gòu)，因此它不能夠解決前面所述的傳統(tǒng)的牙齒正畸技術(shù)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提供一種計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，使其根據(jù)CT斷層掃描圖像或激光測(cè)量數(shù)據(jù)重建牙齒的三維數(shù)字模型，可進(jìn)行基于三維CAD的牙齒虛擬矯正，自動(dòng)生成牙齒移動(dòng)中間系列的數(shù)字模型；然后運(yùn)用快速成型和熱成型技術(shù)制造出一系列的牙套矯正器模型，采用透明牙套作為矯牙工具。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)、牙套智能建模子系統(tǒng)、牙套制造子系統(tǒng)，其連接方式為先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與牙套智能建模子系統(tǒng)連接，牙套智能建模子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與牙套制造子系統(tǒng)連接，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)的輸出是牙套智能建模子系統(tǒng)的輸入，牙套智能建模子系統(tǒng)的輸出是牙套制造子系統(tǒng)的輸入。
所述的先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)包括牙齒石膏陽(yáng)模模型和CT斷層掃描儀或者激光測(cè)量?jī)x，其連接方式為牙齒石膏陽(yáng)模模型設(shè)置在CT斷層掃描儀的掃描平臺(tái)上，然后啟動(dòng)掃描儀進(jìn)行掃描得到牙齒模型的斷層掃描圖形。先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)的輸出為牙齒石膏陽(yáng)模的一系列CT斷層掃描圖像。
所述的牙齒石膏陽(yáng)模模型是CT斷層掃描系統(tǒng)的輸入對(duì)象。
另外，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)也可以采用激光測(cè)量?jī)x對(duì)牙齒石膏模型進(jìn)行測(cè)量，這時(shí)輸出的是激光測(cè)量散亂點(diǎn)數(shù)據(jù)。
所述的牙套智能建模子系統(tǒng)包括三維模型重建模塊、單齒分割模塊、虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊，其連接方式為三維模型重建模塊通過(guò)程序接口與單齒分割模塊連接，單齒分割模塊通過(guò)程序接口與虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊連接，三維模型重建模塊的輸入是單齒分割模塊的輸出，單齒分割模塊的輸入是虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊的輸出。
所述的三維模型重建模塊的輸入是先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)輸出的CT斷層掃描圖像或者激光測(cè)量數(shù)據(jù)，輸出是牙齒的三維表面數(shù)字模型，用以三角形表示的網(wǎng)格模型表示。該模塊完成1)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)斷層圖像的二值化、邊界提取、輪廓線抽取和點(diǎn)約化以及對(duì)散亂點(diǎn)數(shù)據(jù)的平滑去噪聲；2)重建牙齒的表面模型，用三角網(wǎng)格進(jìn)行表示，并采用快速有效的實(shí)時(shí)繪制方法進(jìn)行渲染；3)針對(duì)數(shù)據(jù)龐大和三角片形狀不理想的情況，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格規(guī)整和網(wǎng)格簡(jiǎn)化的處理。
所述的單齒分割模塊的輸入是重建牙齒表面三角網(wǎng)格模型，輸出是齒間分割和牙齒牙齦分割完成之后的各個(gè)單顆牙齒表面的網(wǎng)格模型。該模塊完成基于距離圖像和面曲率特征相結(jié)合的自動(dòng)分割，在單齒分割中，為使分割之后的單齒三角網(wǎng)格模型封閉，需要對(duì)分割形成的切割面空洞進(jìn)行縫補(bǔ)和拼接。
所述的虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊的輸入是單齒分割之后的三角網(wǎng)格模型，輸出是矯正過(guò)程牙齒逐漸移動(dòng)生成的一系列三維網(wǎng)格模型，完成牙醫(yī)和電腦的交互對(duì)話，提供當(dāng)前牙齒情況和設(shè)計(jì)矯正方案，提供重要信息來(lái)輔助牙醫(yī)進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)證方案的可行性和合理性，自動(dòng)生成牙齒矯正移動(dòng)過(guò)程的一系列中間模型。
所述的牙套制造子系統(tǒng)包括快速成型制造設(shè)備和熱成型設(shè)備，兩個(gè)設(shè)備之間沒(méi)有物理連接，不存在固定的空間位置關(guān)系。
所述的快速成型制造設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)是牙套智能建模子系統(tǒng)所生成的牙齒矯正移動(dòng)的系列三角網(wǎng)格模型，該設(shè)備采用激光快速成型技術(shù)制造出相應(yīng)的牙齒模型。
所述的熱成型設(shè)備采用醫(yī)學(xué)兼容材料對(duì)快速成型后的系列牙齒模型進(jìn)行壓制，制造出最終的矯正牙套，并修剪打磨。
本發(fā)明的工作過(guò)程包括牙齒石膏模型掃描數(shù)據(jù)的獲取、系列牙套數(shù)字模型的自動(dòng)生成、牙套的加工制造三個(gè)階段。
在牙齒石膏模型掃描數(shù)據(jù)的獲取階段，由工業(yè)CT斷層掃描系統(tǒng)對(duì)牙齒的石膏陽(yáng)模模型進(jìn)行一定精度的斷層掃描，把獲取的斷層掃描圖像保存為專(zhuān)用格式，存儲(chǔ)在常用的存儲(chǔ)介質(zhì)上。也可以通過(guò)激光測(cè)量?jī)x對(duì)牙齒石膏陽(yáng)模模型進(jìn)行測(cè)量，把獲得的激光測(cè)量散亂點(diǎn)數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)介質(zhì)上。CT斷層掃描圖像或者激光測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送給牙套智能建模軟件系統(tǒng)所在的計(jì)算機(jī)。
在系列牙套數(shù)字模型的自動(dòng)生成階段，首先由軟件系統(tǒng)對(duì)輸入的CT斷層圖像或者激光測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理，重建出牙齒的三維模型；然后通過(guò)單齒分割、交互的虛擬矯正及運(yùn)動(dòng)漸變技術(shù)自動(dòng)生成矯正系列的牙套三維數(shù)字模型。系列牙套的三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送給快速成型制造設(shè)備。
在牙套的加工制造階段，首先通過(guò)激光快速成型技術(shù)制造出系列牙齒模型；然后通過(guò)熱成型設(shè)備采用醫(yī)學(xué)兼容材料對(duì)快速成型后的模型進(jìn)行壓制，制造出最終的透明牙套，并修剪打磨。
本發(fā)明的有益效果是1、美觀。采用特定透明材料做成的隱形牙套，可以不讓任何人知道該人正在進(jìn)行牙齒矯正。2、更加舒適。沒(méi)有金屬矯齒器和金屬線所引起的口腔磨損和不適。3、可脫下。在矯齒期間，可以把牙箍脫下，如常進(jìn)食和刷牙。4、更加方便。因?yàn)椴捎靡幌盗蓄A(yù)制的“隱形牙套”進(jìn)行矯正，可以減少病人造訪牙醫(yī)進(jìn)行調(diào)校的次數(shù)。5、大規(guī)模單件定制生產(chǎn)，大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期及開(kāi)發(fā)費(fèi)用。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，在先期數(shù)據(jù)獲取階段，首先由牙醫(yī)獲取病人的牙模，并翻制出石膏陽(yáng)模模型；然后由CT斷層掃描系統(tǒng)對(duì)牙齒的石膏陽(yáng)模模型斷層掃描獲取掃描的斷層圖像數(shù)據(jù)或者采用激光測(cè)量?jī)x對(duì)牙齒石膏模型進(jìn)行測(cè)量獲取激光測(cè)量數(shù)據(jù)。
在牙套智能建模階段，編制軟件首先重建出牙齒的三維數(shù)字模型；接著進(jìn)行單齒分割；然后通過(guò)牙醫(yī)和電腦的交互對(duì)話實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助的牙齒虛擬矯正，通過(guò)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和漸變技術(shù)自動(dòng)生成矯正系列的牙套三維數(shù)字模型。
在牙套制造階段，把上一步生成的牙齒系列數(shù)字模型作為輸入數(shù)據(jù)，運(yùn)用快速成型技術(shù)制做相應(yīng)的系列牙齒模型，然后通過(guò)熱成型技術(shù)用醫(yī)學(xué)兼容材料制作最終的矯正器牙套，并修剪打磨。
最后，把“隱形”牙套矯正器發(fā)送到患者，開(kāi)始矯正治療，從第一個(gè)矯正器開(kāi)始，每一個(gè)約戴2周，每一個(gè)矯正器使牙齒朝正確的方向矯正一點(diǎn)，然后換下一個(gè)，就這樣一步一步的把牙齒矯正到最終位置。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征在于，包括先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)、牙套智能建模子系統(tǒng)、牙套制造子系統(tǒng)，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與牙套智能建模子系統(tǒng)連接，牙套智能建模子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與牙套制造子系統(tǒng)連接，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)的輸出是牙套智能建模子系統(tǒng)的輸入，牙套智能建模子系統(tǒng)的輸出是牙套制造子系統(tǒng)的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)，包括牙齒石膏陽(yáng)模模型和CT斷層掃描儀或者激光測(cè)量?jī)x，牙齒石膏陽(yáng)模模型設(shè)置在CT斷層掃描儀的掃描平臺(tái)上，然后啟動(dòng)掃描儀進(jìn)行掃描得到牙齒模型的斷層掃描圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)的輸出為牙齒石膏陽(yáng)模的一系列CT斷層掃描圖像，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)也可以采用激光測(cè)量?jī)x對(duì)牙齒石膏模型進(jìn)行測(cè)量，這時(shí)輸出的是激光測(cè)量散亂點(diǎn)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的牙齒石膏陽(yáng)模模型，是CT斷層掃描系統(tǒng)的輸入對(duì)象。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的牙套智能建模子系統(tǒng)，包括三維模型重建模塊、單齒分割模塊、虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊，三維模型重建模塊通過(guò)程序接口與單齒分割模塊連接，單齒分割模塊通過(guò)程序接口與虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊連接，三維模型重建模塊的輸入是單齒分割模塊的輸出，單齒分割模塊的輸入是虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的三維模型重建模塊的輸入，是先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)輸出的CT斷層掃描圖像或者激光測(cè)量數(shù)據(jù)，輸出是牙齒的三維表面數(shù)字模型，用以三角形表示的網(wǎng)格模型表示，該模塊完成1)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)斷層圖像的二值化、邊界提取、輪廓線抽取和點(diǎn)約化以及對(duì)散亂點(diǎn)數(shù)據(jù)的平滑去噪聲；2)重建牙齒的表面模型，用三角網(wǎng)格進(jìn)行表示，并采用快速有效的實(shí)時(shí)繪制方法進(jìn)行渲染；3)針對(duì)數(shù)據(jù)龐大和三角片形狀的情況，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格規(guī)整和網(wǎng)格簡(jiǎn)化的處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的單齒分割模塊的輸入，是重建牙齒表面三角網(wǎng)格模型，輸出是齒間分割和牙齒牙齦分割完成之后的各個(gè)單顆牙齒表面的網(wǎng)格模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的單齒分割模塊，該模塊完成基于距離圖像和面曲率特征相結(jié)合的自動(dòng)分割，在單齒分割中，為使分割之后的單齒三角網(wǎng)格模型封閉，需要對(duì)分割形成的切割面空洞進(jìn)行縫補(bǔ)和拼接。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)，其特征是，所述的虛擬矯正和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊的輸入，是單齒分割之后的三角網(wǎng)格模型，輸出是矯正過(guò)程牙齒逐漸移動(dòng)生成的一系列三維網(wǎng)格模型，完成牙醫(yī)和電腦的交互對(duì)話，提供當(dāng)前牙齒情況和設(shè)計(jì)矯正方案，提供重要信息來(lái)輔助牙醫(yī)進(jìn)行設(shè)計(jì)并驗(yàn)證方案的可行性和合理性，自動(dòng)生成牙齒矯正移動(dòng)過(guò)程的一系列中間模型。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)。屬于醫(yī)學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。包括先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)、牙套智能建模子系統(tǒng)、牙套制造子系統(tǒng)，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與牙套智能建模子系統(tǒng)連接，牙套智能建模子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與牙套制造子系統(tǒng)連接，先期數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)的輸出是牙套智能建模子系統(tǒng)的輸入，牙套智能建模子系統(tǒng)的輸出是牙套制造子系統(tǒng)的輸入。本發(fā)明的有益效果是美觀。采用特定透明材料做成的隱形牙套，更加舒適，可脫下，更加方便，大規(guī)模單件定制生產(chǎn)，大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期及開(kāi)發(fā)費(fèi)用。
文檔編號(hào)A61C7/00GK1686058SQ200510025479
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者馬利莊, 趙明喜, 聶棟棟, 鐘冰, 張丘 申請(qǐng)人:上海隱齒麗醫(yī)學(xué)技術(shù)有限公司