一种牙齿修复辅助设计方法与流程

本发明属于医学美容领域，涉及一种三维口腔美学设计方法，是一种牙齿修复辅助设计方法。

背景技术：

近年来随着前牙美学修复的不断深入研究，口腔医生认为设计是美学的起点和灵魂所在，而数字微笑设计(digitalsmiledesign，dsd)技术是目前比较前沿的美学修复设计手段。dsd的概念是由巴西牙医coachman及其团队提出的，dsd技术在美学修复中是一个多用途的具，应用keynote、photoshop、dss或ezdsdpro等软件，通过对患者面部及口腔软硬组织进行数字量化的准确分析、设计及治疗结果的数字化模拟，医生和患者可以直观地看到修复后的效果；此外，dsd还可以提高诊断效率，加强医患沟通，加强整个治疗过程中的可预见性，使患者更容易接受治疗。因此，dsd近年来风靡全球，受到世界口腔医生的青睐。

目前，用于dsd的设计软件大都是二维的即2ddsd，通过数码相机拍摄正面微笑照片、正面拉口照，将照片导入keynote、photoshop、dss及ezdsdpro等软件对牙齿进行数字量化的准确分析与设计，包括牙齿比例大小及颜色、牙弓中线、上切牙切缘弧度等参数的设计，并根据患者的要求完成个性化设计。但目前2ddsd存在很多问题，由于是二维不能得到设计牙齿的实际三维尺寸，所以设计后的效果图可能还不是太理想，其只能作为一个参考，用于医患沟通，但并不能给设计中心进行直接加工，需要设计中心重新进行设计。另外，二维设计过程非常繁琐不易学习，设计比较耗时。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种牙齿修复辅助设计方法。

本发明的目的在于提供一种牙齿修复辅助设计方法和装置。该方法通过三维扫描装置快速获取三维人脸模型、患者高精度的牙齿数字三维模型。通过两个模型的匹配关系，将采集的纹理图贴到牙齿数字三维模型上，并将其配准到人脸模型口腔内。然后取单颗或多颗标准牙模去替换待修复单颗或多颗牙齿。医生通过调整标准牙模参数对牙齿进行修复设计，使其符合美学设计及患者要求。同时患者可以浏览自己牙齿修复后的三维模型，更加真实可靠。最终设计好的牙齿可直接打印或加工出实体牙齿，然后压印出阴模，备患者牙，；待修复材料凝固在患者的牙齿上之后，取出阴模；此时，患者附着修复材料的牙齿效果，即为修复后的临时假牙。最终实现牙齿修复辅助设计。

本发明目的：提供一种新的牙齿美学设计方法与装置

实现本发明的技术方案为：

第一步：采集患者两种三维模型，分别是模型一、模型二；模型一是患者人脸三维数字模型，在采集模型一时，患者应该露出部分牙齿。模型二是患者高精度的牙齿数字三维模型，该模型的获取包括两种实现方法。第一种，利用口腔牙科口内三维扫描仪直接扫描患者的牙齿获取数字三维模型。第二种，利用三维扫描仪扫描患者牙齿翻模后的固体模型来获取患者牙齿的三维模型。

第二步：将模型一和模型二进行匹配；匹配的方法是利用模型一和模型二的重合区域计算两者的坐标变换关系。

第三步：去除模型一中露出的牙齿和牙龈，将模型二放入模型一的口腔内部。模型二放入模型一的空间坐标变换关系由第二步确定。将模型一中的牙齿和牙龈的纹理映射到模型二上。模型一中被去除部分牙齿的纹理来自第一步对面部进行三维扫描的扫描仪，或者外置的具备成像功能的设备，该设备是单反相机、数码相机、工业相机、监控相机或手机摄像机。使用该类外置成像设备时要对该设备和三维扫描仪进行标定。使得模型一中露出的牙齿和牙龈数据被模型二中高精度的数据所替换。合并后的模型为模型三。

第四步：医生选中模型三中需要修复的单颗或多颗牙齿，将其三维数据删除；

第五步：从标准的牙齿模板库中，选取标准牙齿模型，即模型四；将模型四放入模型三中对应的被删除空位；医生调整模型四的参数，直到患者满意；此时，模型三和模型四合并生成模型五；将模型五通过3d打印或机械加工为实体模型。

第六步：将第五步中实体模型翻模得到阴模；在医生对患者进行备牙之后，在阴模中灌入适量医学修复材料，然后将该阴模套在患者的牙齿上；待修复材料凝固在患者的牙齿上之后，取出阴模；此时，患者附着修复材料的牙齿效果，即为修复后的临时假牙。

第七步：医生和患者对第六步中的临时假牙进行沟通确认；如果需要修改方案，重新从第五步执行，直到医生和患者确认修复效果达到理想效果。

有益效果

该方法通过三维扫描设备快速获取模型一、模型二。医生通过在三维模型上进行牙齿修复设计，患者可以浏览自己牙齿修复后的三维模型，更加真实可靠，并且三维设计简单易操作。该设计参数可以直接用于加工制作mockup(牙齿美学修复中诊断饰面)，省去了waxup(牙齿美学修复中诊断蜡型)这一环节，加快整个牙齿美容设计过程。基于三维的数字微笑设计可以克服二维dsd的多种缺陷，完善dsd设计。

附图说明

图1是牙齿修复辅助设计方法流程图。

具体实施方式

下面具体结合附图1对本发明做详细描述。

第一步：采集患者两种三维模型，分别是模型一、模型二；模型一为患者微笑露牙状态下扫描得到的彩色三维模型，称之为微笑模型；或者患者在拉口器辅助下充分露出牙齿和牙龈状态扫描得到的彩色三维模型，称之为拉口模型；或者两种模型同时存在。模型二是患者高精度的牙齿数字三维模型，该模型的获取包括两种实现方法。第一种，利用口腔牙科口内三维扫描仪直接扫描患者的牙齿获取数字三维模型。第二种，利用三维扫描仪扫描患者牙齿翻模后的固体模型来获取患者牙齿的三维模型。

上述为模型的获取，采用结构光投影与双目立体视觉技术相结合重建三维模型；通过投影装置实现了光栅投影，对相机采集的光栅图进行解相位，通过该组相位进行匹配求视差得到的视差图。根据获取的视差图和摄像机标定的内外参数，利用双目立体视觉可重构出空间点的三维坐标。双目立体视觉利用视差原理，根据光学三角法获取被测物体的深度信息。由上步求出的视差代入(1)式就能重构出空间点的三维坐标。

由三角关系可得p的三维世界空间坐标：

式中f是主距，b是基线长度。一空间点p的世界坐标为(x^w,y^w,z^w)，p在左、右摄像机成像平面中的坐标分别为p1(u1,v1)和p2(u2,v2)。

第二步：将模型一和模型二进行匹配；匹配的方法是利用模型一和模型二的重合区域计算两者的坐标变换关系。

模型一和模型二采用icp(internativeclosestpoints)算法实现自动化配准，icp算法是找出两个有重合区域的点集的对应关系，并根据空间对应点求解其坐标变换。根据坐标变换关系将模型二进行坐标变换rt(旋转和平移)，两个模型即配准到一起。

模型一只是微笑模型或拉口模型时，直接按照上述方法配准模型一和模型二。模型一中微笑模型和拉口模型并存时，通过模型三和拉口模型配准，该配准指的是将模型三通过坐标变换转到拉口模型所在的坐标系下，这样模型三会与拉口模型中的牙齿进行对齐；同样方法求取拉口模型与微笑模型的转换关系，可以实现模型三先转换到拉口模型所在的坐标系下与其对齐，再将其转换到微笑模型在的坐标系下，实现了模型二与模型一对齐，从而把模型三准确放到模型一的口腔内，替换原来模型一口腔内牙齿的位置。

第三步：去除模型一中露出的牙齿和牙龈，将模型二放入模型一的口腔内部。模型二放入模型一的空间坐标变换关系由第二步确定。将模型一中被去除部分牙齿的纹理映射到模型二上。使得模型一中露出的牙齿和牙龈数据被模型二中高精度的数据所替换。合并后的模型为模型三。

第四步：医生选中模型三中需要修复的单颗或多颗牙齿，将其三维数据删除。

第五步：从标准的牙齿模板库中，选取标准牙齿模型，即模型四；将模型四放入模型三中对应的被删除空位。标准牙齿模型(模型四)的参数包括，x、y、z方向的平移、缩放、旋转，以及形状，还有纹理的颜色、亮度、饱和度、色调、对比度。医生调整其参数，患者可以浏览自己牙齿修复后的三维模型，同时通过医患沟通医生可以随时修改该设计。达到满意效果后，根据模型四和模型三的体积关系生成符合美学效果的，可以直接打印或机械加工为实体的三维模型(以下简称模型五)。

第六步：将第五步中实体模型翻模得到阴模；在医生对患者进行备牙之后，在阴模中灌入适量医学修复材料，然后将该阴模套在患者的牙齿上；待修复材料凝固在患者的牙齿上之后，取出阴模；此时，患者附着修复材料的牙齿效果，即为修复后的临时假牙；

第七步：医生和患者对第六步中的临时假牙进行沟通确认。如果需要修改方案，重新从第五步执行，直到医生和患者确认修复效果达到理想效果。