专利名称：计算机辅助牙齿隐形正畸系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种牙齿隐形正畸系统，具体地说，是一种计算机辅助牙齿隐形正畸系统。属于医学应用技术领域。
背景技术：
传统的牙齿矫正法是采用固定式牙齿矫正器(金属矫齿器)，将一系列小金属片黏在牙齿表面，通过调校金属丝的宽紧来达到预期的效果。然而金属矫齿器存在以下缺点金属矫齿形状突出，影响个人仪容，亦因而使很多人误以为“箍牙”只是为儿童而设的，成年人难以采用，金属矫齿器容易造成口腔磨损，引起口腔不适，也令很多人不愿意使用，采用金属矫齿器影响正常饮食，矫齿期间，不能进食黏性食物如香口胶、糯米以及高纤维的蔬菜(因为蔬菜纤维会与金属线纠缠一起)，固定的金属矫齿器令清洁牙齿困难，矫齿期间，较难保持口腔清洁卫生。而很多成人患者，由于美观、职业和社交的原因，希望在疗程中仍可进行正常的社交和职业活动，而不暴露正畸矫治器，即进行“隐形”舒适的正畸治疗。其中，舌侧正畸技术是国际上近些年来兴起的一种正畸技术，它是将矫治器全部安装于牙齿的舌侧面进行正畸治疗，外观上看不到任何正畸治疗装置，在一定程度上面可以达到“隐形”的目的。但是这种技术的临床操作相对复杂困难，费用较为昂贵，而且也不能避免以上提到的金属矫齿器的缺点。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号98811767.3，名称计算机化的正畸诊断以及正畸矫治器发放器，该技术自述本装置包括一个外壳以及安装于外壳之上的用以跟病人进行通信的一个用户接口。本装置还具有诊断硬件，其包括至少一部置于外壳里面的数码相机，它适用于拍摄病人的牙齿和口腔的多幅图像。本装置还具有电子电路，用统计数据对它进行预编程，用以跟由诊断硬件所收集的、并发送到电子电路的实际数据进行比较。本电路还适用于诊断该病人是否具有可矫正的正畸状况。该技术从本质上说是传统牙齿正畸的一种延伸，它利用计算机来实现自动化的诊断和检测。但是其正畸所需要的装置还是采用传统的钢丝结构，因此它不能够解决前面所述的传统的牙齿正畸技术的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种计算机辅助牙齿隐形正畸系统，使其根据CT断层扫描图像或激光测量数据重建牙齿的三维数字模型，可进行基于三维CAD的牙齿虚拟矫正，自动生成牙齿移动中间系列的数字模型；然后运用快速成型和热成型技术制造出一系列的牙套矫正器模型，采用透明牙套作为矫牙工具。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括先期数据获取子系统、牙套智能建模子系统、牙套制造子系统，其连接方式为先期数据获取子系统通过数据线与牙套智能建模子系统连接，牙套智能建模子系统通过数据线与牙套制造子系统连接，先期数据获取子系统的输出是牙套智能建模子系统的输入，牙套智能建模子系统的输出是牙套制造子系统的输入。
所述的先期数据获取子系统包括牙齿石膏阳模模型和CT断层扫描仪或者激光测量仪，其连接方式为牙齿石膏阳模模型设置在CT断层扫描仪的扫描平台上，然后启动扫描仪进行扫描得到牙齿模型的断层扫描图形。先期数据获取子系统的输出为牙齿石膏阳模的一系列CT断层扫描图像。
所述的牙齿石膏阳模模型是CT断层扫描系统的输入对象。
另外，先期数据获取子系统也可以采用激光测量仪对牙齿石膏模型进行测量，这时输出的是激光测量散乱点数据。
所述的牙套智能建模子系统包括三维模型重建模块、单齿分割模块、虚拟矫正和运动规划模块，其连接方式为三维模型重建模块通过程序接口与单齿分割模块连接，单齿分割模块通过程序接口与虚拟矫正和运动规划模块连接，三维模型重建模块的输入是单齿分割模块的输出，单齿分割模块的输入是虚拟矫正和运动规划模块的输出。
所述的三维模型重建模块的输入是先期数据获取子系统输出的CT断层扫描图像或者激光测量数据，输出是牙齿的三维表面数字模型，用以三角形表示的网格模型表示。该模块完成1)对输入的数据进行预处理，包括对断层图像的二值化、边界提取、轮廓线抽取和点约化以及对散乱点数据的平滑去噪声；2)重建牙齿的表面模型，用三角网格进行表示，并采用快速有效的实时绘制方法进行渲染；3)针对数据庞大和三角片形状不理想的情况，对模型进行网格规整和网格简化的处理。
所述的单齿分割模块的输入是重建牙齿表面三角网格模型，输出是齿间分割和牙齿牙龈分割完成之后的各个单颗牙齿表面的网格模型。该模块完成基于距离图像和面曲率特征相结合的自动分割，在单齿分割中，为使分割之后的单齿三角网格模型封闭，需要对分割形成的切割面空洞进行缝补和拼接。
所述的虚拟矫正和运动规划模块的输入是单齿分割之后的三角网格模型，输出是矫正过程牙齿逐渐移动生成的一系列三维网格模型，完成牙医和电脑的交互对话，提供当前牙齿情况和设计矫正方案，提供重要信息来辅助牙医进行设计并验证方案的可行性和合理性，自动生成牙齿矫正移动过程的一系列中间模型。
所述的牙套制造子系统包括快速成型制造设备和热成型设备，两个设备之间没有物理连接，不存在固定的空间位置关系。
所述的快速成型制造设备的输入数据是牙套智能建模子系统所生成的牙齿矫正移动的系列三角网格模型，该设备采用激光快速成型技术制造出相应的牙齿模型。
所述的热成型设备采用医学兼容材料对快速成型后的系列牙齿模型进行压制，制造出最终的矫正牙套，并修剪打磨。
本发明的工作过程包括牙齿石膏模型扫描数据的获取、系列牙套数字模型的自动生成、牙套的加工制造三个阶段。
在牙齿石膏模型扫描数据的获取阶段，由工业CT断层扫描系统对牙齿的石膏阳模模型进行一定精度的断层扫描，把获取的断层扫描图像保存为专用格式，存储在常用的存储介质上。也可以通过激光测量仪对牙齿石膏阳模模型进行测量，把获得的激光测量散乱点数据保存在存储介质上。CT断层扫描图像或者激光测量数据通过数据线传送给牙套智能建模软件系统所在的计算机。
在系列牙套数字模型的自动生成阶段，首先由软件系统对输入的CT断层图像或者激光测量数据进行自动处理，重建出牙齿的三维模型；然后通过单齿分割、交互的虚拟矫正及运动渐变技术自动生成矫正系列的牙套三维数字模型。系列牙套的三维数字模型数据通过数据线传送给快速成型制造设备。
在牙套的加工制造阶段，首先通过激光快速成型技术制造出系列牙齿模型；然后通过热成型设备采用医学兼容材料对快速成型后的模型进行压制，制造出最终的透明牙套，并修剪打磨。
本发明的有益效果是1、美观。采用特定透明材料做成的隐形牙套，可以不让任何人知道该人正在进行牙齿矫正。2、更加舒适。没有金属矫齿器和金属线所引起的口腔磨损和不适。3、可脱下。在矫齿期间，可以把牙箍脱下，如常进食和刷牙。4、更加方便。因为采用一系列预制的“隐形牙套”进行矫正，可以减少病人造访牙医进行调校的次数。5、大规模单件定制生产，大大缩短产品的开发周期及开发费用。
图1本发明的结构框图具体实施方式
如图1所示，在先期数据获取阶段，首先由牙医获取病人的牙模，并翻制出石膏阳模模型；然后由CT断层扫描系统对牙齿的石膏阳模模型断层扫描获取扫描的断层图像数据或者采用激光测量仪对牙齿石膏模型进行测量获取激光测量数据。
在牙套智能建模阶段，编制软件首先重建出牙齿的三维数字模型；接着进行单齿分割；然后通过牙医和电脑的交互对话实现计算机辅助的牙齿虚拟矫正，通过运动规划和渐变技术自动生成矫正系列的牙套三维数字模型。
在牙套制造阶段，把上一步生成的牙齿系列数字模型作为输入数据，运用快速成型技术制做相应的系列牙齿模型，然后通过热成型技术用医学兼容材料制作最终的矫正器牙套，并修剪打磨。
最后，把“隐形”牙套矫正器发送到患者，开始矫正治疗，从第一个矫正器开始，每一个约戴2周，每一个矫正器使牙齿朝正确的方向矫正一点，然后换下一个，就这样一步一步的把牙齿矫正到最终位置。
权利要求
1.一种计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征在于，包括先期数据获取子系统、牙套智能建模子系统、牙套制造子系统，先期数据获取子系统通过数据线与牙套智能建模子系统连接，牙套智能建模子系统通过数据线与牙套制造子系统连接，先期数据获取子系统的输出是牙套智能建模子系统的输入，牙套智能建模子系统的输出是牙套制造子系统的输入。
2.根据权利要求1所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的先期数据获取子系统，包括牙齿石膏阳模模型和CT断层扫描仪或者激光测量仪，牙齿石膏阳模模型设置在CT断层扫描仪的扫描平台上，然后启动扫描仪进行扫描得到牙齿模型的断层扫描图形。
3.根据权利要求1或者2所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的先期数据获取子系统，先期数据获取子系统的输出为牙齿石膏阳模的一系列CT断层扫描图像，先期数据获取子系统也可以采用激光测量仪对牙齿石膏模型进行测量，这时输出的是激光测量散乱点数据。
4.根据权利要求3所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的牙齿石膏阳模模型，是CT断层扫描系统的输入对象。
5.根据权利要求1所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的牙套智能建模子系统，包括三维模型重建模块、单齿分割模块、虚拟矫正和运动规划模块，三维模型重建模块通过程序接口与单齿分割模块连接，单齿分割模块通过程序接口与虚拟矫正和运动规划模块连接，三维模型重建模块的输入是单齿分割模块的输出，单齿分割模块的输入是虚拟矫正和运动规划模块的输出。
6.根据权利要求5所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的三维模型重建模块的输入，是先期数据获取子系统输出的CT断层扫描图像或者激光测量数据，输出是牙齿的三维表面数字模型，用以三角形表示的网格模型表示，该模块完成1)对输入的数据进行预处理，包括对断层图像的二值化、边界提取、轮廓线抽取和点约化以及对散乱点数据的平滑去噪声；2)重建牙齿的表面模型，用三角网格进行表示，并采用快速有效的实时绘制方法进行渲染；3)针对数据庞大和三角片形状的情况，对模型进行网格规整和网格简化的处理。
7.根据权利要求5所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的单齿分割模块的输入，是重建牙齿表面三角网格模型，输出是齿间分割和牙齿牙龈分割完成之后的各个单颗牙齿表面的网格模型。
8.根据权利要求6或者7所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的单齿分割模块，该模块完成基于距离图像和面曲率特征相结合的自动分割，在单齿分割中，为使分割之后的单齿三角网格模型封闭，需要对分割形成的切割面空洞进行缝补和拼接。
9.根据权利要求5所述的计算机辅助牙齿隐形正畸系统，其特征是，所述的虚拟矫正和运动规划模块的输入，是单齿分割之后的三角网格模型，输出是矫正过程牙齿逐渐移动生成的一系列三维网格模型，完成牙医和电脑的交互对话，提供当前牙齿情况和设计矫正方案，提供重要信息来辅助牙医进行设计并验证方案的可行性和合理性，自动生成牙齿矫正移动过程的一系列中间模型。
全文摘要
一种计算机辅助牙齿隐形正畸系统。属于医学应用技术领域。包括先期数据获取子系统、牙套智能建模子系统、牙套制造子系统，先期数据获取子系统通过数据线与牙套智能建模子系统连接，牙套智能建模子系统通过数据线与牙套制造子系统连接，先期数据获取子系统的输出是牙套智能建模子系统的输入，牙套智能建模子系统的输出是牙套制造子系统的输入。本发明的有益效果是美观。采用特定透明材料做成的隐形牙套，更加舒适，可脱下，更加方便，大规模单件定制生产，大大缩短产品的开发周期及开发费用。
文档编号A61C7/00GK1686058SQ200510025479
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者马利庄, 赵明喜, 聂栋栋, 钟冰, 张丘 申请人:上海隐齿丽医学技术有限公司