数字化壳状牙齿矫治器设计方法、制造方法及系统与流程

本发明属于牙齿矫治技术领域，更确切的说涉及壳状牙齿矫治器制造技术，尤其涉及一种数字化壳状牙齿矫治器设计方法、制造方法及系统。

背景技术：

通过壳状牙齿矫治器对牙齿进行矫治越来越被患者所接受，因为其美观、舒适且方便患者自行摘戴，壳状牙齿矫治器是根据患者的口内情况进行虚拟矫治方案的设计，再根据虚拟矫治方案制备能够使牙齿从第一布局重新定位至第二布局的壳状牙齿矫治器，所制备的壳状牙齿矫治器为一系列逐渐调整牙齿布局的高分子壳状器械，当患者佩戴壳状牙齿矫治器时能够使患者的牙齿进行重新的布局，逐渐变化至目标矫治位置。

由于壳状牙齿矫治器的生产属于个性化定制，每个患者的牙列状态不一样，牙齿之间的间隙不同，在压膜的过程中，热压条件下加热变形后的膜片会分布在相邻牙齿之间的间隙中，在进行后期的鞘膜过程中，不易将壳状牙齿矫治器从牙颌模型上脱离。为了解决现有技术的问题，目前主要的解决方式是对牙齿打印模型的缝隙处进行手工填倒凹，然后再进行压膜生产牙套，人工操作效率较低、不卫生、同时也不容易实现标准化作业。

最新技术中，先采用自动化填倒凹技术对数字化牙齿模型进行填倒凹，然后再采用热压膜工艺制备壳状牙齿矫治器，虽然避免了手工填倒凹，但是，壳状牙齿矫治器后续的脱膜工序仍需要人工操作，仍然不能实现壳状牙齿矫治器的自动化制备。

技术实现要素：

本发明的主要目的是克服现有技术缺陷，提供“数字化壳状牙齿矫治器设计方法、制造方法及系统”，解决了现有壳状牙齿矫治器无法实现全自动化、标准化生产的问题，提升了壳状牙齿矫治器的生产效率和生产质量。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种数字化壳状牙齿矫治器设计方法，包括步骤：

获取数字化牙颌模型；

基于所述数字化牙颌模型获取各单颗数字化牙齿模型，并对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，获取待填倒凹的数字化牙列模型；

基于所述待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域的形状由所述数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成；

对所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

进一步优选的，所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域包括内表面区域和外表面区域；

所述内表面区域和所述外表面区域围合形成所述待填倒凹数字化壳状牙齿矫治器，其中，所述内表面区域容纳所述数字化牙颌模型，紧邻所述数字化牙颌模型，所述外表面区域远离所述数字化牙颌模型，靠近唇侧与舌侧。

进一步优选的，基于所述待填倒凹的数字化牙列模型生成倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，具体包括步骤：

根据所述待填倒凹的数字化牙列模型的表面区域构建所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域，所述内表面区域的形状由所述数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成；

在所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域进行填倒凹处理，并得到填倒凹后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域；

将所述内表面区域沿预设偏移量向外偏移，靠近所述唇侧与舌侧方向，获得倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

进一步优选的，在所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域进行填倒凹处理，具体包括步骤：

获取所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域的交界线，以所述交界线为中心线在相邻两颗数字化牙齿区域上拓展预设距离的包围线并生成填倒凹预处理区；

在所述填倒凹预处理区根据预设填充算法进行填倒凹处理。

进一步优选的，所述生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，具体包括步骤：

将所述含有倒凹区域填充后的内表面区域沿所述预设偏移量向外偏移，靠近所述唇侧与舌侧方向，获得含有倒凹区域填充后的外表面区域；

将所述含有倒凹区域填充后的内表面区域和含有倒凹区域填充后的外表面区域进行拼接，生成含有倒凹区域填充的数字化壳状牙齿矫治器。

进一步优选的，基于所述待填倒凹的数字化牙列模型生成倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，具体包括步骤：

根据待填倒凹的数字化牙列模型构建所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域，所述内表面区域的形状由所述数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成；

将所述内表面区域沿预设偏移量向外偏移，靠近所述唇侧与舌侧方向，获取待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域；

在所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域进行填倒凹处理，并得到倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域；

将所述倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域向内偏移，远离唇侧与舌侧方向，获得倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

进一步优选的，在所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域进行填倒凹处理，具体包括步骤：

获取所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域的交界线，以所述交界线为中心线在相邻两颗数字化牙齿区域上拓展预设距离的包围线并形成填倒凹预处理区；

在所述填倒凹预处理区根据预设填充算法进行填倒凹处理。

进一步优选的，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，具体包括：

将所述含有倒凹区域填充后的外表面区域沿所述预设偏移量向内偏移，远离所述唇侧与舌侧方向，获得含有倒凹区域填充后的内表面区域；

将所述含有倒凹区域填充后的内表面区域和含有倒凹区域填充后的外表面区域进行拼接，生成含有倒凹区域填充的数字化壳状牙齿矫治器。

进一步优选的，基于所述待填倒凹的数字化牙列模型生成倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，具体包括步骤：

根据所述待填倒凹的数字化牙列模型构建所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域，所述内表面区域的形状由所述数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成；

将所述内表面区域沿预设偏移量向外偏移，靠近所述唇侧与舌侧方向，获得待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域；

在所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域进行填倒凹处理，并得到倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域；

在所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域进行填倒凹处理，并得到倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

进一步优选的，所述生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，具体包括：将所述含有倒凹区域填充后的内表面区域和含有倒凹区域填充后的外表面区域进行拼接，生成含有倒凹区域填充的数字化壳状牙齿矫治器。

进一步优选的，将所述含有倒凹区域填充后的内表面区域和含有倒凹区域填充后的外表面区域进行拼接，具体包括：

分别对倒凹处理后的所述数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域以及外表面区域的边界线设置等数量的连接点；

将每一连接点与相邻的连接点以及相对应的表面区域对应的连接点构建成多个三角网络。

进一步优选的，所述预设填充算法的表达式为：

其中，n为待填倒凹区域中的网格顶点数，di为网格顶点vi的1环邻域顶点数量，vj为网格顶点vi的1环邻域内的网格顶点。

本发明还提供一种数字化壳状牙齿矫治器设计系统，包括：

获取模块，用于获取数字化牙颌模型；

预处理模块，用于基于所述数字化牙颌模型获取各单颗数字化牙齿模型，并对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，获取待填倒凹的数字化牙列模型；

生成模块，用于基于所述待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域的形状由所述数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成；

倒凹填充模块，用于对所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

本发明还提供一种壳状牙齿矫治器设计方法，包括步骤：

获取数字化牙颌模型，所述数字化牙颌模型包括数字化牙列模型；

对所述数字化牙列模型进行矫治目标位设计，设计出一系列由初始位置逐渐移动至矫治目标位置的数字化牙列模型；

采用上述的数字化壳状牙齿矫治器设计方法将设计的所述数字化牙列模型生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

本发明还提供一种壳状牙齿矫治器制造方法，包括步骤：

采用上述的数字化壳状牙齿矫治器设计方法生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器；

根据所述数字化壳状牙齿矫治器对应的数据信息通过增材制造方法制造壳状牙齿矫治器。

本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集由所述处理器加载并执行以实现上述的数字化壳状牙齿矫治器设计方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的数字化壳状牙齿矫治器设计方法。

通过本发明提供的数字化壳状牙齿矫治器设计方法、制造方法及系统，可以设计具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，这种设计方案使得制备壳状牙齿矫治器时，不仅可以避免手工填倒凹，还可以实现壳状牙齿矫治器的自动化制备，如，通过增材制造方式可以直接制备具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器。进而可以提高壳状牙齿矫治器的生产效率和质量。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明提供的数字化壳状牙齿矫治器设计方法流程图；

图2为数字化壳状牙齿矫治器表面区域生成流程图；

图3为数字化壳状牙齿矫治器倒凹区域一种填充方式流程图；

图4为数字化壳状牙齿矫治器倒凹区域另一种填充方式流程图；

图5为数字化壳状牙齿矫治器倒凹区域另一种填充方式流程图；

图6为本发明提供的数字化壳状牙齿矫治器设计系统原理框图；

图7为本发明提供的壳状牙齿矫治器设计方法流程图；

图8为本发明提供的壳状牙齿矫治器制备方法流程图；

图9为本发明提供的壳状牙齿矫治器另一种制备方法流程图；

图10为本发明提供的电子设备原理框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

在隐形牙齿矫治领域，壳状牙齿矫治器的制备是关键技术，且壳状牙齿矫治器制备的成功与否直接影响牙齿的矫治效果，壳状牙齿矫治器的制备方案主要有以下几种：

一种方案是：先通过3d打印技术完成牙颌模型的打印，再通过热压膜工艺完成壳状牙齿矫治器的制备。

这种方案需要对牙颌模型进行填倒凹处理，以实体填充物对相邻两颗牙齿之间的倒凹区域进行填充。倒凹区域是两颗牙齿和牙龈边缘所形成的三角区域，多呈相对于牙齿的内凹状。由于倒凹区域的存在，通常会导致通过牙颌模型压模完成后脱膜困难。同时会使患者佩戴壳状牙齿矫治器出现不适或者难以佩戴等问题。

目前填倒凹多采用人工填倒凹处理，特别是针对于自动化的大规模生产，采用人工填倒凹无疑是降低了生产效率，同时人工填倒凹处理无法实现实体填充的控制，从而影响牙齿矫治的效果，更进一步的影响了佩戴的舒适度。

另一种方案是：基于计算机辅助设计软件对牙颌模型自动填倒凹，然后，将填倒凹后的牙颌模型打印成实体牙颌模型，最后再通过热压膜工艺制备壳状牙齿矫治器。

这种方案虽然省去了人工填倒凹的过程，但是，通过热压膜工艺制备壳状牙齿矫治器时，仍然存在脱膜困难的问题。

而且，目前还没有发现具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，因此，本申请提供一种数字化壳状牙齿矫治器设计方法，通过本申请提供的设计方法，可以设计出具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，进而可以实现具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器的增材制备，无需热压膜工艺即可制备具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器，且与现有热压膜工艺制备壳状牙齿矫治器相比，本申请提供的壳状牙齿矫治器制备方法，不仅能实现壳状牙齿矫治器的自动化、标准化生产，还提高了壳状牙齿矫治器的生产质量，解决了壳状牙齿矫治器热压膜工艺生产时产生的所有问题。下面通过具体实施方式对本申请的发明构思进行说明。

实施例一：

本实施例提供一种数字化壳状牙齿矫治器设计方法，其流程图如图1所示，具体包括以下步骤。

s100：获取数字化牙颌模型；

s200：基于数字化牙颌模型获取各单颗数字化牙齿模型，并对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，获取待填倒凹的数字化牙列模型；

s300：基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域；

s400：对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

通过上述步骤s100-s400能够设计具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，且该倒凹填充是通过计算机辅助设计实现自动填倒凹，无需人工操作，设计的具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器可以直接进入增材制备工序，以实现具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器的自动化、标准化作业，下面对上述各步骤进行详细说明。

在对上述各步骤进行说明之前，首先需要说明的是，本申请涉及的数字化牙颌模型、数字化牙列模型、数字化壳状牙齿矫治器及填倒凹区域均是数字化三维模型，具体的是stl格式的数字化三维模型，也即是，是三角面片网格模型，因此，本申请涉及的填倒凹过程具体是基于三角面片网格中的网格顶点进行的倒凹区域的自动化填充。

在步骤s100中，获取数字化牙颌模型，例如，通过基于口内扫描仪获取患者口内实际的数字化牙颌模型，还可以通过印模的方式采集患者口内的硅橡胶阴模模型，之后制备相应的阳模牙颌模型实物，在通过扫描的方式，获取患者口内实际的数字化牙颌模型，该数字化牙颌模型的获取方式在本实施例中不作限定。

在步骤s200中，基于数字化牙颌模型获取各单颗数字化牙齿模型，并对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，获取待倒倒凹的数字化牙列模型。

数字化牙颌模型包括一体成型的数字化牙齿区域和数字化牙龈区域，在进行数字化矫治设计时，需要先将数字化牙齿区域中的各单颗数字化牙齿进行分割处理，获取各单颗数字化牙齿模型，本步骤中对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，具体是根据目标矫治效果，对初始状态的各单颗数字化牙齿模型进行逐步矫治处理(例如，牙齿排列、旋转、平移等操作)，根据预处理后的数字化牙列模型设计相应的数字化壳状牙齿矫治器，在此需要说明的是，针对牙齿矫治技术领域，牙齿由初始状态矫治到目标状态，中间需要若干个过渡矫治过程，每一个过渡矫治过程均需要进行相应的牙齿预处理及相应的数字化壳状牙齿矫治器设计，因此，在本步骤中，对各单颗数字化牙齿模型预处理后，可以获得多个待填倒凹的数字化牙列模型。

在本步骤中关于牙齿的分割技术及牙齿排列、旋转、平移操作，均是本领域技术人员所熟知的技术，本实施例不作赘述。例如，对于牙齿分割技术，因数字化牙颌模型是由若干个三角面片组成，本领域技术人员可以采用区域增长法、种子扩散法、三角面片顶点曲率法、牙齿特征点提取法等分割方法将数字化牙颌模型分割成各单颗数字化牙齿模型。

进一步需要说明的是，在本步骤中的预处理过程中，根据实际需求，还包括对待填倒凹的数字化牙列模型进行预处理操作的步骤，具体是对待填倒凹的数字化牙列模型中相邻两颗数字化牙齿模型之间的间距大于预设间距时，对该相邻两颗数字化牙齿模型之间补充虚拟数字化牙齿模型的预处理操作，例如，当获取的待填倒凹的数字化牙列模型中存在缺失牙齿的情况时，则需要进行补充虚拟数字化牙齿模型的预处理操作。

在待填倒凹的数字化牙列模型中不存在牙齿缺失的情况下，才进行步骤s300，这样在步骤s300中可以生成具有全牙齿的待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器，以在步骤s400中真正实现相邻两颗数字化牙齿区域之间的间隙的填倒凹。

在现有技术中，针对数字化壳状牙齿矫治器设计时，均是先对数字化牙列模型中各单颗数字化牙齿模型进行排牙设计，然后生成数字化壳状牙齿矫治器，但该数字化壳状牙齿矫治器并不具有倒凹填充，而本申请提供的数字化壳状牙齿矫治器设计方法正是通过步骤s300和s400的改进，生成具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

通过上述步骤s100和s200的基础设计，在步骤s300中基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，该待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域的形状由数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成。

具体的，待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域包括内表面区域和外表面区域，内表面区域和外表面区域组合形成数字化壳状牙齿矫治器，其中，内表面区域为数字化壳状牙齿矫治器的用于容纳牙齿的腔体的内表面，外表面区域为数字化壳状牙齿矫治器的用于容纳牙齿的腔体的外表面。

在步骤s300中，基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，具体包括如下步骤，其流程图如图2所示。

s301：根据待填倒凹的数字化牙列模型的表面区域生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

该内表面区域的形状由数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成。

s302：将内表面区域沿预设偏移量向外偏移，获得待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

该预设偏移量具体是指壳状牙齿矫治器的厚度值h，也即是，通过将内表面区域向外扩展该厚度值h即可获得该外表面区域。

在本申请中，对于数字化壳状牙齿矫治器而言，因数字化壳状牙齿矫治器是一种用于容纳牙齿的腔体结构，所以，其表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域指的是用于容纳相邻两颗牙齿的相邻两颗数字化腔体区域，为方便描述，本申请采用相邻两颗数字化牙齿区域描述，在无特殊说明的情况下，对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器进行填倒凹时，涉及的相邻两颗数字化牙齿区域的填倒凹，其本质是对用于容纳相邻两颗牙齿的相邻两颗数字化腔体区域之间的填倒凹。

下面对步骤s400进行说明。

在步骤s400中，对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，具体的，根据待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域的交界线生成相邻两颗数字化牙齿区域之间的填倒凹区域，对填倒凹区域进行填倒凹处理。

基于上述填倒凹的基本构思，及步骤s300中实现的基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，下面提供几种基于待填倒凹的数字化牙列模型生成倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，及最终生成具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器的实现方案。

一种实现方案的流程图如图3所示，具体包括以下步骤：

s401a：根据待填倒凹的数字化牙列模型构建待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

该内表面区域的形状由数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成。

s401b：在待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域进行填倒凹处理，并得到填倒凹后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

该步骤s401b具体包括以下步骤：

s401b1：获取待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域的交界线，以交界线为中心线在相邻两颗数字化牙齿区域上拓展预设距离的包围线并形成填倒凹预处理区；

在本步骤中，可以通过由相邻两颗数字化牙齿区域的交界线向两颗数字化牙齿区域扩展一定距离d得到带状填倒凹区域，距离d的大小决定了填倒凹区域大小，目前是所有牙齿之间可以设置一个默认值，或者可以根据具体情况进行修改。

s401b2：在填倒凹预处理区根据预设填充算法进行填倒凹处理。

该预设填充算法的表达式为：

其中，公式(1)中的n为待填倒凹区域中的网格顶点数，di为网格顶点vi的1环邻域顶点数量，vj为网格顶点vi的1环邻域内的网格顶点。

通过本申请提供的填充算法可以获得光滑的倒凹填充区域。

s401c：将倒凹填充后的内表面区域沿预设偏移量向外偏移，靠近唇侧与舌侧方向，获得倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

该预设偏移量具体是指壳状牙齿矫治器的厚度值h，也即是，通过将含有倒凹区域填充后的内表面区域向外扩展该厚度值h即可获得含有倒凹区域填充后的外表面区域。

通过上述步骤s401a-s401c即可获得倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域和外表面区域。

s401d：将含有倒凹区域填充后的内表面区域和含有倒凹区域填充后的外表面区域进行拼接，生成含有倒凹区域填充的数字化壳状牙齿矫治器。

具体的，分别对倒凹处理后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域以及外表面区域的边界线设置等数量的连接点；将每一连接点与相邻的连接点以及相对应的表面区域对应的连接点构建成多个三角网络；以此实现内表面区域和外表面区域的拼接。

另一种实现方案的流程图如图4所示，具体包括以下步骤：

s402a：根据待填倒凹的数字化牙列模型构建所述待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

该内表面区域的形状由所述数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成。

s402b：将内表面区域沿预设偏移量向外偏移，靠近唇侧与舌侧方向，获取待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

该预设偏移量具体是指壳状牙齿矫治器的厚度值h，也即是，通过将内表面区域向外扩展(靠近唇侧与舌侧方向)该厚度值h即可获得外表面区域。

s402c：在待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域进行填倒凹处理，并得到倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

具体的，步骤s402c具体包括以下步骤：

s402c1：获取待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域的交界线，以交界线为中心线在相邻两颗数字化牙齿区域上拓展预设距离的包围线并形成填倒凹预处理区。

在本步骤中，可以通过由相邻两颗数字化牙齿区域的交界线向两颗数字化牙齿区域扩展一定距离d得到带状填倒凹区域，距离d的大小决定了填倒凹区域大小，目前是所有牙齿之间可以设置一个默认值，或者可以根据具体情况进行修改。

s402c2：在填倒凹预处理区根据预设填充算法进行填倒凹处理。

其中，预设填充算法的具体实现过程请参考上述步骤s401b2中的预设填充算法，本步骤不作赘述。

s402d：将含有倒凹区域填充后的外表面区域沿预设偏移量向内偏移，远离唇侧与舌侧方向，获得含有倒凹区域填充后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

该预设偏移量具体是指壳状牙齿矫治器的厚度值h，也即是，通过将含有倒凹区域填充后的外表面区域向内扩展(远离唇侧与舌侧方向)该厚度值h即可获得含有倒凹区域填充后的内表面区域。

通过上述步骤s402a-s402d即可获得倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域和外表面区域。

s402e：将含有倒凹区域填充后的内表面区域和含有倒凹区域填充后的外表面区域进行拼接，生成含有倒凹区域填充的数字化壳状牙齿矫治器。

具体的，分别对倒凹处理后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域以及外表面区域的边界线设置等数量的连接点；将每一连接点与相邻的连接点以及相对应的表面区域对应的连接点构建成多个三角网络；以此实现内表面区域和外表面区域的拼接。

另一种实现方案的流程图如图5所示，具体包括以下步骤：

s403a：根据待填倒凹的数字化牙列模型构建待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

该内表面区域的形状由数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成。

s403b：将内表面区域沿预设偏移量向外偏移，靠近唇侧与舌侧方向，获得待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

该预设偏移量具体是指壳状牙齿矫治器的厚度值h，也即是，通过将内表面区域向外扩展(靠近唇侧与舌侧方向)该厚度值h即可获得外表面区域。

s403c：在待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域进行填倒凹处理，并得到倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域。

具体过程参考上述步骤s401b，本步骤不作赘述。

s403d：在待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域进行填倒凹处理，并得到倒凹填充后的数字化壳状牙齿矫治器的外表面区域。

具体的填充算法参考上述步骤s402c，本步骤不作赘述。

s403e：将含有倒凹区域填充后的内表面区域和含有倒凹区域填充后的外表面区域进行拼接，生成含有倒凹区域填充的数字化壳状牙齿矫治器。

具体的，分别对倒凹处理后的数字化壳状牙齿矫治器的内表面区域以及外表面区域的边界线设置等数量的连接点；将每一连接点与相邻的连接点以及相对应的表面区域对应的连接点构建成多个三角网络；以此实现内表面区域和外表面区域的拼接。

除了上述列举的三种实现倒凹填充的技术方案，基于本发明的基本构思(在数字化壳状牙齿矫治器上直接倒凹填充)，本领域技术人员还可以通过其他技术方案实现数字化壳状牙齿矫治器上的倒凹填充，例如，本领域技术人员通过对上述填充算法的变换，也均应在本发明的保护范围之内。

通过本实施例提供的数字化壳状牙齿矫治器设计方法，可以设计具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，这种设计方案使得制备壳状牙齿矫治器时，不仅可以避免手工填倒凹，还可以实现壳状牙齿矫治器的自动化制备，如，通过增材制造方式可以直接制备具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器。进而可以提高壳状牙齿矫治器的生产效率和质量。

实施例二：

基于实施例一，本实施例提供一种数字化壳状牙齿矫治器设计系统，其原理图如图6所示，包括获取模块100、预处理模型200、生成模块300和倒凹填充模块400。

其中，获取模块100用于获取数字化牙颌模型，例如，获取模型100可以是口内扫描仪，直接获取患者口内实际的数字化牙颌模型。

预处理模块200用于基于数字化牙颌模型获取各单颗数字化牙齿模型，并对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，获取待填倒凹的数字化牙列模型。

具体的，预处理模块200包括分割单元201和预处理单元202，其中，分割单元201用于对数字化牙齿区域中的各单颗数字化牙齿进行分割处理，获取各单颗数字化牙齿模型，例如，分割单元201可以采用区域增长法、种子扩散法、三角面片顶点曲率法、牙齿特征点提取法等分割方法将数字化牙颌模型分割成各单颗数字化牙齿模型。

预处理单元202对各单颗数字化牙齿模型进行逐步矫治处理，例如，预处理单元202对牙齿进行排牙、旋转、平移等操作，以使数字化牙齿模型由原始状态排布至目标矫治状态，在此需要说明的是，针对牙齿矫治技术领域，牙齿由初始状态矫治到目标状态，中间需要若干个过渡矫治过程，每一个过渡矫治过程均需要进行相应的牙齿预处理及相应的数字化壳状牙齿矫治器设计，因此，预处理单元202对各单颗数字化牙齿模型预处理后，可以获得多个待填倒凹的数字化牙列模型。

进一步，预处理模块200还包括虚拟补充单元203，待预处理单元202对各数字化牙齿模型进行预处理后，根据实际需求，通过虚拟补充单元203可以对获得的待填倒凹的数字化牙列模型进行虚拟牙齿补充操作，具体是对待填倒凹的数字化牙列模型中相邻两颗数字化牙齿模型之间的间距大于预设间距时，通过虚拟补充单元203对该相邻两颗数字化牙齿模型之间补充虚拟数字化牙齿模型，例如，当获取的待填倒凹的数字化牙列模型中存在缺失牙齿的情况时，则需要通过虚拟补充单元203进行虚拟数字化牙齿模型补充操作。

通过虚拟数字化牙齿模型补充操作，生成模块300可以生成具有容纳全牙齿的待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器，以在倒凹填充模块400中真正实现相邻两颗数字化牙齿区域之间的间隙的填倒凹。

在现有技术中，针对数字化壳状牙齿矫治器设计时，均是先对数字化牙列模型中各单颗数字化牙齿模型进行排牙设计，然后生成数字化壳状牙齿矫治器，但该数字化壳状牙齿矫治器并不具有倒凹填充，而本申请提供的数字化壳状牙齿矫治器设计系统正是通过生成模块300和倒凹填充模块的改进，生成具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

生成模块300用于基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域，待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域的形状由所述数字化牙列模型中的各单颗数字化牙齿区域的形状所形成。

具体的，待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域包括内表面区域和外表面区域，内表面区域和外表面区域围合形成数字化壳状牙齿矫治器，其中，内表面区域容纳数字化牙颌模型，紧邻数字化牙颌模型，外表面区域远离数字化牙颌模型，靠近唇侧与舌侧。关于内表面区域和外表面区域的生成过程具体可参考实施例一的步骤s300，本实施例不作赘述。

倒凹填充模块400用于对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

在本申请中，对于数字化壳状牙齿矫治器而言，因数字化壳状牙齿矫治器是一种用于容纳牙齿的腔体结构，所以，其表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域指的是用于容纳相邻两颗牙齿的相邻两颗数字化腔体区域，为方便描述，本申请采用相邻两颗数字化牙齿区域描述，在无特殊说明的情况下，对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器进行填倒凹时，涉及的相邻两颗数字化牙齿区域的填倒凹，其本质是对用于容纳相邻两颗牙齿的相邻两颗数字化腔体区域之间的填倒凹。

关于倒凹填充模块400实现倒凹填充的过程，具体请参考实施例一步骤s400，本实施例不作赘述。

通过本实施例提供的数字化壳状牙齿矫治器设计系统，可以设计具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，这种设计方案使得制备壳状牙齿矫治器时，不仅可以避免手工填倒凹，还可以实现壳状牙齿矫治器的自动化制备，如，通过增材制造方式可以直接制备具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器。进而可以提高壳状牙齿矫治器的生产效率和质量。

实施例三：

基于实施例一，本实施例提供一种壳状牙齿矫治器设计方法，其流程图如图7所示，具体包括以下步骤。

s700：获取数字化牙颌模型，数字化牙颌模型包括数字化牙列模型。

s701：对数字化牙列模型进行矫治目标位设计，设计出一系列由初始位置逐渐移动至矫治目标位置的待填倒凹的数字化牙列模型。

s702：基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域。

s703：对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

通过上述步骤s700-s703可以设计含有倒凹填充的壳状牙齿矫治器，其中，步骤s702和步骤s703的实现过程具体请参考实施例一中步骤s300-s400的实现过程，本实施例不作赘述。

进一步，还包括步骤s704：对含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器进行辅助设计，以获取具有辅助矫治功能的数字化壳状牙齿矫治器。通过步骤s704可以获取具有倒凹填充和具有辅助矫治功能的数字化壳状牙齿矫治器，其中该辅助设计包括但不限于附件的设计，例如数字化舌钮模型的设计、数字化颌垫模型的设计等，通过设计附件增加壳状牙齿矫治器的辅助矫治力，以提高矫治效果。

实施例四：

基于实施例一，本实施例提供一种壳状牙齿矫治器制造方法，其流程图如图8所示，具体包括以下步骤。

s800：获取数字化牙颌模型。

s801：基于数字化牙颌模型获取各单颗数字化牙齿模型，并对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，获取待填倒凹的数字化牙列模型。

s802：基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域。

s803：对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

s804：根据数字化壳状牙齿矫治器对应的数据信息通过增材制造方法制造壳状牙齿矫治器。

上述步骤s800-s803是为了生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，上述步骤s800-s803中各步骤的实现过程具体请参考实施例一中步骤s100-s400的实现过程，本实施例不作赘述。

通过步骤s804对含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器进行增材制造，以获取具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器，在本实施例中，采用3d打印的方式制作具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器，实现了具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器的自动化生产，节省了热压膜工艺，缩短了加工工时，生产效率进一步得到提高。

实施例五：

基于实施例一，本实施例提供一种壳状牙齿矫治器制造方法，其流程图如图9所示，具体包括以下步骤。

s900：获取数字化牙颌模型。

s901：基于数字化牙颌模型获取各单颗数字化牙齿模型，并对各单颗数字化牙齿模型进行预处理，获取待填倒凹的数字化牙列模型。

s902：基于待填倒凹的数字化牙列模型生成待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域。

s903：对待填倒凹的数字化壳状牙齿矫治器的表面区域中相邻两颗数字化牙齿区域进行填倒凹处理，生成含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器。

s904：对含有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器进行辅助设计，以获取具有辅助矫治功能的数字化壳状牙齿矫治器。

s905：根据数字化壳状牙齿矫治器对应的数据信息通过增材制造方法制造壳状牙齿矫治器。

上述步骤s900-s903是为了生成具有倒凹填充和具有辅助矫治功能的数字化壳状牙齿矫治器，上述步骤s900-s903中各步骤的实现过程具体请参考实施例一中步骤s100-s400的实现过程，本实施例不作赘述。

本实施提供的壳状牙齿矫治器制造方法通过步骤s904可以获取具有倒凹填充和具有辅助矫治功能的数字化壳状牙齿矫治器，其中该辅助设计包括但不限于附件的设计，例如数字化舌钮模型的设计、数字化颌垫模型的设计等，通过设计附件增加壳状牙齿矫治器的辅助矫治力，以提高矫治效果。

通过步骤s905对具有倒凹填充和具有辅助矫治设计的数字化壳状牙齿矫治器进行增材制造，获取具有倒凹填充及辅助矫治功能的壳状牙齿矫治器。

在本实施例中，采用3d打印的方式制作具有倒凹填充和具有辅助矫治设计的壳状牙齿矫治器，实现了具有倒凹填充和具有辅助矫治功能的壳状牙齿矫治器的自动化生产，节省了热压膜工艺，缩短了加工工时，生产效率进一步得到提高。

实施例六：

基于实施例一，本实施例提供一种电子设备，其结构框图如图10所示，该电子设备1000可以是平板电脑、笔记本电脑或台式电脑。电子设备1000还可能被称为便携式终端、膝上型终端、台式终端等其他名称。

电子设备1000内置有处理器1001和存储器1002，其中，存储1002上存储有计算机程序，处理器1001运行存储器1002中的计算机程序时实现实施例一提供的数字化壳状牙齿矫治器设计方法。

处理器1001可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器1001可以采用dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理)、fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)、pla(programmablelogicarray，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器1001也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(centralprocessingunit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。

在一些实施例中，处理器1001可以在集成有gpu(graphicsprocessingunit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器1001还可以包括ai(artificialintelligence，人工智能)处理器，该ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器1002可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器1002还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器1002中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集用于被处理器1001所执行以实现本申请中实施例一提供的数字化壳状牙齿矫治器设计方法。

在一些实施例中，电子设备1000还包括有：外围设备接口1003和外围设备。处理器1001、存储器1002和外围设备接口1003之间可以通过总线或信号线相连。外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口1003相连。

具体到本实施例中，外围设备可以包括口内扫描仪1004和3d打印设备1005。

处理器1001通过口内扫描仪1004获取患者口内的数字化牙颌模型，处理器1001在执行计算机程序的过程中通过程序命令获取口内扫描仪1004采集的数字化牙颌模型，以实现数字化壳状牙齿矫治器设计及倒凹填充，然后再将设计好的数字化壳状牙齿矫治器对应的数据信息传输至3d打印设备1005，通过3d打印设备1005直接打印制备具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器。

例如，处理器1001在执行计算机程序的过程中，根据程序命令，处理器1001通过口内扫描仪1004获取数字化牙颌模型，然后根据内置的程序对该数字化牙颌模型进行处理，最终生成具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器；最后，处理器1001再运行相应的壳状牙齿矫治器打印程序将具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器对应的数据信息发送至3d打印设备1005，3d打印设备1005根据获取的打印数据信息进行直接打印，获得具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器。

因此，本申请的电子设备1000通过至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集执行实施例一提供的数字化壳状牙齿矫治器设计方法，可以设计具有倒凹填充的数字化壳状牙齿矫治器，这种设计方案使得制备壳状牙齿矫治器时，不仅可以避免手工填倒凹，还可以实现壳状牙齿矫治器的自动化制备，如，通过增材制造方式可以直接制备具有倒凹填充的壳状牙齿矫治器。进而可以提高壳状牙齿矫治器的生产效率和质量。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令在计算机上运行时，使得计算机执行实施例一中的数字化壳状牙齿矫治器设计方法。

实施例二中的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。