附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质与流程

本技术实施例涉及牙齿正畸，特别涉及一种附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、随着社会的不断发展，牙齿矫正被越来越多的人所采用，牙齿矫正是针对牙齿排列畸形或错颌，利用弓丝、托槽等组成的固定矫治器械，或者可摘式的隐形牙齿矫治器(以下简称矫治器)，对牙齿施加三维矫治力和力矩，调整颜面骨骼、牙齿和颌面肌肉三者间的平衡和协调，经过一段时间的矫治后改善面型、排齐牙列以及提高咀嚼效能。而由于矫治器相对于固定矫治器械而言，其具有美观、可自行摘戴等优点，矫治器已成为越来越多的人用来实现正畸的选择。

2、为了达到更好的牙齿矫正效果通常会由工程师以及临床医生根据牙齿矫治过程和目标效果，设计矫治器对患者进行牙齿矫正。但是，单纯使用矫治器有时候无法获得足够的矫治力或者合适的矫治力系，通常需要在牙齿上粘贴附件，并在此基础上制造矫治器。附件作为牙冠上凸出的几何体与矫治器作用提供额外矫治力，该矫治力与矫治器本身与牙冠作用提供的矫治力组成力系完成预期的移动。

3、当下常用的矫治器及附件设计方法，是基于有限元方法对牙齿在矫治器和附件作用下的移动进行计算，以此来设计符合预期矫治效果的矫治器及附件。而现有的设计方法中，一些是未考虑到牙槽骨的作用，由此得到的牙齿预期移动趋势与实际矫治过程中的牙齿移动存在较大差异，可能导致制作的相应矫治器的矫治效果不理想；另一些则是通过建立牙槽骨有限元模型来模拟牙槽骨的作用，而对于牙槽骨有限元模型的建立，通常所建立的牙槽骨有限元模型刚度较大，在牙齿移动的过程中，牙槽骨有限元模型的变形量很小，即虽然加入了牙槽骨有限元模型，但其对牙齿移动的影响远小于实际矫治过程中的牙槽骨对牙齿移动的影响，由此得到的牙齿预期移动趋势与实际矫治过程中的牙齿移动同样存在较大差异；而若根据患者的牙槽骨的实际属性来构建牙槽骨有限元模型，虽然能较准确的模拟牙槽骨对牙齿移动的影响，首先由于患者之间的个异性差异，需要对每个患者的牙槽骨进行扫描分析，耗时较长；另外，建立牙槽骨有限元模型来模拟牙槽骨的作用，运算量也较大，导致运算周期较长，矫治器及附件的设计效率低下。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提出一种附件及矫治器设计方法、制造方法、装置、设备及介质，解决如何提高牙齿矫正过程中附件及矫治器设计和制造的准确性，如何实现更好的牙齿矫治效果以及如何提高附件和矫治器的设计效率的技术问题。

2、为至少实现上述目的，本技术实施例提供了一种附件设计方法，包括：获取设有附件的牙颌有限元模型，所述牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型；获取矫治器的有限元模型，所述矫治器包括容纳所述附件的附件收容腔；将所述矫治器的有限元模型装配于所述牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得所述矫治器的矫治力，获取在所述矫治力作用下所述目标牙齿的第一位移和包覆所述目标牙齿的目标牙周膜的应变，所述目标牙齿为设有附件的牙齿；根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据所述牙槽骨重建量获取所述目标牙齿的第二位移，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置；根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差；根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数。

3、进一步地，根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数，包括：调整所述附件的摆放位置，和/或，调整所述附件的形状大小；其中，根据参数优化后的所述附件重新获取的所述矫治偏差小于当前偏差；在根据参数优化后的所述附件重新获取的所述矫治偏差满足预设条件的情况下，将当前参数作为所述附件优化后的设计参数。通过沿降低矫治偏差的方向调整附件摆放位置和/或形状，提高附件设计的准确性和有效性。

4、进一步地，预设条件包括所述矫治偏差小于预设阈值，或所述矫治偏差为遍历所有参数优化方案后得到的最小偏差。通过设置附件参数优化过程中对矫治偏差的要求，使得矫治偏差能够尽可能小，提高矫治效果与预期的吻合程度。

5、进一步地，根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后所述目标牙齿的牙槽骨重建量，包括：获取所述目标牙周膜的各主应变，并根据预先创建的牙槽骨重建速率与牙周膜应变的关系函数，获取各所述主应变方向上的牙槽骨重建速率；根据所述牙槽骨重建速率，获取所述预设时长后各所述主应变方向上的牙槽骨重建量。通过根据预设关系函数和牙周膜在不同主方向上的应变，准确获取预设时长后各主方向上的牙槽骨重建量，便于准确获取预设时长后目标牙齿的实际位置。

6、进一步地，获取各所述主应变方向上的牙槽骨重建速率，包括：根据以下公式获取所述牙槽骨重建速率

7、

8、其中，e为所述主应变方向对应的所述主应变，c、l为常数，a为牙槽骨重建的应变下限，b为牙槽骨重建的应变上限。根据公式，准确获取各方向上的牙槽骨重建速率。

9、进一步地，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置，包括：获取停止施加所述矫治力后，所述目标牙周膜回弹至无应力状态下，所述目标牙齿产生的回弹位移，根据所述第一位移、第二位移和所述回弹位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置。通过考虑牙周膜回弹导致的回弹位移，进一步提高预设时长后目标牙齿实际位置预测的准确性。

10、进一步地，根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差，包括：根据所述目标位置与所述实际位置的空间关系，获取所述目标牙齿沿预设空间坐标系三个坐标轴的偏差；其中，所述预设空间坐标系的三个坐标轴为牙齿远近中方向轴、牙齿长轴及唇舌侧方向轴；对沿三个坐标轴的偏差进行求和，将求和结果作为所述矫治偏差。通过根据目标位置与实际位置的空间关系，将偏差分解到坐标轴方向上，准确的对矫治偏差进行量化计算。

11、进一步地，获取所述目标牙齿在牙齿局部坐标系三个坐标轴方向上的偏差，包括：获取所述目标牙齿在所述预设空间坐标系三个坐标轴方向上的平动偏差及绕三个坐标轴的转动偏差；所述对沿三个坐标轴的偏差进行求和，包括：对各所述平动偏差和所述转动偏差进行无量纲求和。通过综合考虑平动和转动偏差，并通过无量纲求和的方式得到总偏差，提高偏差计算的准确性。

12、进一步地，获取矫治器的有限元模型，包括：获取所述附件的初始设计参数；根据所述初始设计参数，获取装配所述附件后的所述牙颌有限元模型；其中，所述牙颌有限元模型中的所述目标牙齿处于所述单次矫治后的目标位置；根据装配所述附件后的所述牙颌有限元模型，获取所述矫治器的有限元模型。通过根据目标牙齿处于目标位置的牙颌模型及附件初始设计参数，准确得到矫治器模型。

13、进一步地，获取所述附件的初始设计参数，包括：根据所述目标牙齿当前的初始位置及所述单次矫治后的目标位置，确定所述目标牙齿的移动类型；根据所述移动类型及所述目标牙齿在预设平面的投影，确定所述附件的初始形状大小及初始摆放位置。通过根据目标牙齿的移动类型及在预设平面的投影，准确获取附件的初始设计参数。

14、进一步地，预设平面为目标牙齿远近中方向轴、牙齿长轴及唇舌侧方向轴中任意两个轴构成的平面。多种投影获取方式，保证附件设计的实用性。

15、为至少实现上述目的，本技术实施例还提供了一种矫治器设计方法，根据上述附件设计方法，获取设计参数优化后的所述附件；根据所述附件优化后的设计参数，调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的所述矫治器。

16、进一步地，所述调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数后，还包括：根据所述目标牙周膜的应变，获取所述目标牙周膜的应力；根据所述目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整所述矫治器的目标牙齿设计移动量，直至重新获取到的所述目标牙周膜的应力处于所述预设应力区间内；根据调整后的所述目标牙齿设计移动量来调整所述矫治器的容纳所述目标牙齿的牙齿收容腔的设计参数。通过根据预设应力区间调整矫治器容纳目标牙齿的牙齿收容腔设计参数，准确实际目标牙齿设计移动量，避免牙根吸收或者无效矫治。

17、进一步地，根据所述目标牙周膜的应力与预设应力区间上下限的关系，调整所述矫治器的目标牙齿设计移动量，包括：根据所述预设应力区间的上限，获取牙齿单次矫治的最大设计移动量；调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量。通过根据最大设计移动量调整矫治器的设计参数，保证矫治效果的同时，提高矫治效率，降低患者的矫治成本。

18、进一步地，在所述调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量前，还包括：根据所述目标牙齿的目标矫治效果，获取所述目标牙齿的目标移动量；在所述目标移动量大于所述最大设计移动量的情况下，调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述最大设计移动量；在所述目标移动量不大于所述最大设计移动量的情况下，调整所述矫治器的设计参数，使所述矫治器的目标牙齿设计移动量等于所述目标移动量。通过根据牙齿需要移动的距离与最大设计移动量的关系进行矫治器参数调整，避免过度矫正。

19、为至少实现上述目的，本技术实施例还提供了一种附件制造方法，包括：根据上述附件设计方法获取设计参数更新后的附件模型；根据所述附件模型制造附件的阴模；在所述附件的阴模上通过填充光固化树脂的形式制作所述附件。

20、为至少实现上述目的，本技术实施例还提供了一种附件制造方法，包括：根据上述附件设计方法获取设计参数更新后的附件模型；根据所述附件对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到所述附件。

21、为至少实现上述目的，本技术实施例还提供了一种矫治器制造方法，包括：根据上述矫治器设计方法获取设计参数更新后的矫治器模型；根据所述矫治器模型制造矫治器的阳模；在所述矫治器的阳模上以热压成型的方式得到包含牙齿形状的壳状牙科器械；在所述壳状牙科器械上沿牙龈线或邻近牙龈线处切割得到能够容纳牙齿的壳状牙齿矫治器。

22、为至少实现上述目的，本技术实施例还提出了一种矫治器制造方法，包括：根据上述矫治器设计方法获取设计参数更新后的矫治器模型；根据所述矫治器对应的数据信息，通过增材制造的工艺制造得到壳状牙齿矫治器。

23、为至少实现上述目的，本技术实施例还提出了一种附件设计装置，包括：第一获取模块，用于获取设有附件的牙颌有限元模型，所述牙颌有限元模型包括多颗牙齿的有限元模型、牙周膜的有限元模型和附件的有限元模型；第二获取模块，用于获取矫治器的有限元模型，所述矫治器包括容纳所述附件的附件收容腔；第三获取模块，用于将所述矫治器的有限元模型装配于所述牙颌有限元模型上，根据目标牙齿的当前位置及单次矫治后的目标位置获得所述矫治器的矫治力，获取在所述矫治力器作用下所述目标牙齿的第一位移和包覆所述目标牙齿的目标牙周膜的应变，所述目标牙齿为设有附件的牙齿；第四获取模块，用于根据所述目标牙周膜的应变，确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据所述牙槽骨重建量获取所述目标牙齿的第二位移，根据所述第一位移和第二位移获取所述预设时长后所述目标牙齿的实际位置；第五获取模块，用于根据所述目标位置与所述实际位置，获取所述目标牙齿的矫治偏差；调整模块，用于根据所述矫治偏差优化所述附件的设计参数。

24、为至少实现上述目的，本技术实施例还提出了一种矫治器设计装置，包括：获取模块，用于根据上述的附件设计方法，获取设计参数优化后的所述附件；设计模块，用于根据所述附件优化后的设计参数，调整所述矫治器的附件收容腔的设计参数，获取设计参数更新后的所述矫治器。

25、为至少实现上述目的，本技术实施例还提出了一种电子设备，设备包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如上所述的附件设计方法，或矫治器设计方法。

26、为至少实现上述目的，本技术实施例还提出了计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的附件设计方法，或矫治器设计方法。

27、本技术实施例提供的附件设计方法，获取包含附件、牙齿和牙周膜的牙颌模型和矫治器模型，将矫治器装配在牙颌上，根据目标牙齿的当前位置和单次矫治后的目标位置，确定出在矫治器的矫治力，然后获取矫治力作用下设有附件的目标牙齿的第一位移和包覆目标牙齿的目标牙周膜的应变，根据牙周膜应变确定预设时长后的牙槽骨重建量，并根据牙槽骨重建量确定目标牙齿的第二位移，结合第一位移和第二位移确定预设时长后目标牙齿的实际位置，根据目标位置和实际位置的关系，获取目标牙齿的矫治偏差，进而根据矫治偏差优化附件的设计参数。通过根据矫治器装配目标牙齿瞬时的第一位移，根据牙周膜应变计算出的预设时长后的牙槽骨重建量，并根据牙槽骨重建量确定的第二位移，准确得到单次矫治后牙齿的实际位置；利用牙周膜应变计算牙槽骨重建量，保证计算结果准确性的同时，相对于建立牙槽骨有限元模型而言能降低运算难度，减少运算时间从而提高设计效率；根据实际位置和目标位置的关系确定牙齿矫治偏差，并根据矫治偏差优化附件的设计参数，使得设计出的附件的参数尽可能准确，进而保证实际矫治效果和预期矫治效果之间尽可能一致。