本发明涉及一种数字化口腔美学修复方法，尤其涉及利用数字化美学分析及设计方法进行口腔全瓷修复体制造的方法。
背景技术：
传统的口腔全瓷修复过程经常是这样的：修复医师接诊患者后，简单讨论后即进行牙体预备、取模，然后将模型送至制作室，让技师根据模型的条件制作修复体，最后医师将修复体戴入患者口内。该修复过程在美学修复的病例中有诸多缺点：1)技师在制作修复体时不能直接参考患者的详细面部和口腔的各种美学信息；2)医师在临床修复过程中没有一对一的转移设计参数来指导修复空间的预备和牙龈形态的处理；3)患者的审美千差万别，医师和技师满意的修复体外形和颜色未必使患者满意；4)难以保证最后修复体的美学效果，易引起美学修复的失败与医患纠纷。在美学修复的临床过程中，在不可逆操作前，医、技、患的交流大多还停留在口头描述的阶段。美学修复的关键因素是形态与颜色，口头的交流显然无法准确科学地传达美学修复中的各种关键参数。
美学设计是美学修复的核心步骤，由于涉及到患者面部的五官、口内牙列的形态和相对位置关系，美学设计很难通过语言描述或逻辑计算的方式进行，其需要一个可视化、图像化的处理过程。以往，这一过程常常是通过在患者的照片，或者在石膏模型上制作蜡型来进行的。图像或三维模型处理软件的出现为美学设计找到了新的载体。数字美齿设计是指在软件的辅助下，进行美学修复医患沟通、美学分析与设计以及医技交流等过程。相比普通的美学修复前期过程，数字美齿设计过程的优势为：①使用软件的可视化界面进行分析和结果输出，直观可视；②不需要耗费物质材料，成本低；③美学设计沟通实现智能化、人性化，节省时间及沟通成本。
数字微笑设计(dsd)技术由巴西牙医兼技师科奇曼(coachman)及其团队提出，近年来风靡世界，究其原理，是通过将一些精确拍摄的照片导入图像处理软件(例如苹果电脑(mac)的keynote软件)，然后在照片上进行美学分析，生成dsd虚拟设计，再通过一些相应的方式将dsd虚拟设计转移到石膏模型上，实现诊断蜡型(wax-up)，再通过诊断饰面(mock-up)转移到口内，帮助实现精确的美学评估的技术。然而，目前的dsd存在着诸多不足。由于评估在二维的方向(x轴和y轴)比较成熟，在z轴的空间评估的标准较难精确。此外，目前dsd无法设计出精准的牙齿形态，特别是三维形态。dsd之根本就是为wax-up服务，而牙齿三维形态是wax-up中非常重要的。dsd能够帮助wax-up更加精确，让mock-up和患者面型、唇形匹配度大大提高，但真正能够给提供技师极为精确的三维牙齿形态指导或要等到3d-dsd出现。
综上，仍然需要全面的可视预告技术来让患者提前知道美学疗效、让医技更科学直观地交流，并由此实现美学修复的数字化，让患者提前知道初步疗效，让医师准确实施，以确保美学治疗成功。
技术实现要素：
为解决以上技术问题，本发明提供了一种数字化口腔美学修复方法。具体而言，本发明申请提供以下技术方案：
1.一种为患者设计牙冠贴面的方法，包括以下步骤：
s100，获取患者的面部微笑数字影像及口内牙冠三维数字模型，所述面部微笑数字影像和口内牙冠三维数字模型均包括上前牙左1至4及右1至4；
s200，利用面部微笑数字影像对口内露齿前牙进行二维数字化美学分析及设计，获得二维数字化美学设计单；
s300，确定所述二维数字化美学设计单与所述口内牙冠三维数字模型的至少三个相同的非共线特征标志点，并利用所述非共线特征标志点通过三维点云数字拼接技术将所述二维数字化美学设计单与所述口内牙冠三维数字模型相互重叠，得到第一组合模型；
s400，在所述第一组合模型中，将标准三维牙冠贴面数字模型加入所述口内牙冠三维数字模型中的对应放置，得到第二组合模型；
s500，在所述第二组合模型中，按照所述二维数字化美学设计单将所述标准三维牙冠贴面数字模型进行变形调整，得到第三组合模型，并且由此获得为所述患者设计的牙冠贴面的三维数字模型。
2.根据技术方案1的所述为患者设计牙冠贴面的方法，还包括：
s600，将所述二维数字化美学设计单从所述第三组合模型中撤掉，得到第四组合模型。
3.根据技术方案2的所述为患者设计牙冠贴面的方法，还包括：
s700，将所述面部微笑数字影像中的口内部分图像抠除，然后与第四组合模型重叠，得到第五组合模型，以及任选地对所述第五组合模型进行调整，得到设计后的真实度较高的数字微笑设计模型及牙冠形态。
4.根据技术方案2或3的所述为患者设计牙冠贴面的方法，还包括：
s800，将所述第四组合模型或第五组合模型通过切削或3d打印加工，得到制作临时牙冠贴面的备牙模型。
5.根据技术方案1至4中任一项的所述为患者设计牙冠贴面的方法，其中步骤s200还包括：将所述二维数字化美学设计单与所述面部微笑数字影像进行图像拟合，得到患者的模拟修复效果图像。
6.根据技术方案1至5中任一项的所述为患者设计牙冠贴面的方法，其中步骤s300还包括：首先根据拍摄所述面部微笑数字影像的相机参数和拍摄参数，将所述口内牙冠三维数字模型调整至能够与所述面部微笑数字影像重叠，然后通过三维点云数字拼接技术将所述二维数字化美学设计单与所述口内牙冠三维数字模型相互重叠，得到第一组合模型。
7.根据技术方案1至6中任一项的所述为患者设计牙冠贴面的方法，其中步骤s300中的所述三维点云数字拼接技术包括先后实施的粗拼接和精确拼接。粗拼接大致将不同坐标系下点云对准到同一坐标系下，常用的方法有转台法、标签法和曲面特征法等。一般粗拼接很难满足精度要求，需在粗拼接的基础上使用迭代算法进行精确拼接，使点云之间的拼接误差达到最小。目前常用的精确拼接方法为迭代最近点(iterativeclosestpoint,icp)算法及其改进算法，包括4个主要阶段：(1)对原始点云数据进行采样；(2)确定初始对应点集；(3)去除错误对应点对；(4)坐标变换的求解。
在本发明中，确定所述非共线特征标志点(iss关键点或兴趣点)的方法可见于zhong,y.(2009).intrinsicshapesignatures:ashapedescriptorfor3dobjectrecognition.inproc.int.conf.oncomputervisionworkshops(pp.1–8)。
本发明借助计算机图形图像处理技术，综合运用美学原则，进行可视化口腔美学分析设计的新方法，主要应用于口腔种植、正畸和美学修复过程中。其通过对患者面部和口腔部软硬组织数字量化的准确分析与设计，可在术前模拟患者修复效果，术中指导医生技师工作，是非常有效的医患、医医和医技沟通工具。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
根据本发明的口腔全瓷修复体的制备方法，包括下列步骤：
(1)面部微笑影像及口内影像数据采集：
1)通过数码相机拍摄二维照片，首先拍摄正面露齿微笑照片；然后拍摄口内露齿前牙黑背景照片，该照片应包括上前牙左1至4及右1至4；
2)通过口内扫描仪采集口内牙冠三维模型数据；
(2)二维数字化美学分析及设计：
根据照片中患者的微笑照片导入ezdsdpro4.0软件(由西安知北信息技术有限公司提供)，分析出相关美学参数，提出合理化修复建议，同时生产牙齿美容设计单，这期间医患之间可以实现有效的沟通。在正面露齿微笑照中可以用软件中的功能描划面部的面中线、牙中线、上下笑线及牙齿比例等参数；然后用前牙黑背景照去重叠正面露齿微笑照中的前牙，当二者完全重叠时，撤掉正面露齿微笑照，这样所有参考线都会转移到前牙特写的背景里。
前牙黑背景照是在拉钩下拍摄的，充分暴露了牙龈组织，可以为牙周手术的设计提供参考。参考事先划好的参考线，可依据美学标准，在前牙特写照片中设计最适合患者的牙齿形态、牙齿长宽比例等要素，最终完成数字化美学设计。
ezdsdpro4.0软件提供的主要技术功能包括：
1)图像设计及处理框架构建。采用开源的.netgdi图像处理方法，自研了针对口腔美学设计所需的图形(包括：线段、方框、圆形、贝塞尔曲线等)绘制及图像(口外照、口内照、面向照)处理框架；
2)按照数字化美学设计流程，构建了向导式快速设计工作流，采用诸多一键式操作来方便牙医，对工作流中容易引起误操作的动作通过算法加以限制，使设计过程快速可靠；
3)根据牙医临床所需的医患沟通需求，软件中加入设计过程快照显示及导出，可结合文字说明直观的为患者展示设计过程和最终模拟结果；
4)图像处理算法实现。在软件框架中，自行设计实现了图片、图形的处理算法，主要包括：a.图像的高效率旋转、变形、缩放、翻转、透明度、亮度、饱和度、对比度、色温等处理算法；b.图形的绘制，包括贝塞尔曲线绘制，在绘图区点击绘制封闭或不封闭的不规则形状，可以自动平滑成弧，再次点击可以拖动点对曲线进行编辑并可按比例对其进行缩放，其线条的形状、粗细和颜色可以改变；绘制完毕的曲线可以保存到模板库里，下次使用可以直接插入绘图区，模板库类似一个图片管理工具，显示所有曲线模板的缩略图，点击可以插入绘图区；线段及矩形方框的绘制，可在绘图区内以任意角度绘制线段或者矩形框，并可改变线形、颜色及粗细；c.可对图片进行所选区域抠图、液化及魔术棒效果处理；d.可对绘图区内图片及图形进行拷贝、粘贴、移动、删除、锁定、剪裁、镜像及改变分层顺序等操作；e.可在绘图区内插入文本，并对其进行编辑、放大缩小字号等；f.利用图像合成算法可将多张经过处理的图片合成为患者面向模拟照。
5)设计实现了基本的患者病例管理系统；
6)通过云系统，解决了服务端和客户端网络通信问题，实现了软件终端间设计数据的同步。
(3)二维展示术前模拟患者修复效果
通过软件内置的模拟修复体，按照之前设计的形态及数字比例，放至相应位置，同时与正面露齿微笑照做图像拟合，可得到患者的模拟修复效果，用来准确预估牙齿美容术后效果，让患者直观感知到牙齿美容前后的巨大变化，也对医生手术的施行有了直观的参考依据。
(4)三维模型数据与二维数字化美学设计重叠进行三维牙冠设计
利用口内扫描仪采集口内牙冠三维模型数据，通过三维点云数字拼接技术(简称为“三点定位法”)，将牙冠三维模型数据和二维数字化美学设计的图像数据重叠，任选地手动调整二者的对应位置。加入三维牙冠贴面模型数据，按形状对应放置至口内三维模型相应位置，按照二维美学设计的模拟修复后方案，将三维牙冠贴面进行拉伸变形调整为新的牙形。撤掉二维数字化美学设计单，导入正面露齿微笑照，并抠除口内部分图像，与设计后的三维牙冠贴面重叠，此时，可得到设计后的真实度较高的数字微笑设计模型及牙冠形态，经过评估及调整后，该模型可通过切削或3d打印设备加工出来，作为口腔医生制作临时牙冠贴面的备牙模型使用。
所述三维点云数字拼接技术包括确定所述二维数字化美学设计单与所述口内牙冠三维数字模型的至少三个相同的非共线特征标志点，并利用所述非共线特征标志点通过三维点云数字拼接技术将所述二维数字化美学设计单与所述口内牙冠三维数字模型相互重叠。所述三维点云数字拼接技术包括先后实施的粗拼接和精确拼接。粗拼接大致将不同坐标系下点云对准到同一坐标系下，精确拼接方法为迭代最近点(iterativeclosestpoint,icp)算法。
本发明借助计算机图形图像处理技术，综合运用美学原则，进行可视化口腔美学分析设计的新方法，主要应用于口腔种植、正畸和美学修复过程中。其通过对患者面部和口腔部软硬组织数字量化的准确分析与设计，可在术前模拟患者修复效果，术中指导医生技师工作，是非常有效的医患、医医和医技沟通工具。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。