牙齿及牙列模型生成方法、方案制定方法、设备及介质与流程

本发明实施例涉及医疗器械领域，特别涉及一种牙齿及牙列模型生成方法、方案制定方法、设备及介质。

背景技术：

1、近年来，随着计算机图形学与虚拟现实仿真技术的不断完善和发展，计算机科学和信息技术日益与现代医学及其相关技术相互整合并相互渗透。同时，随着计算机软硬件技术、图像采集与处理技术、三维数字化成像技术等在口腔医学领域地飞速发展，已使得计算机技术成为口腔医学教育、临床、科研以及基础建设中的一个重要组成部分。而口腔正畸学作为口腔医学领域的一个分支，主要研究牙颌、面、颅三维结构的生长发育以及各种原因所造成的畸形，如今对牙颌畸形的矫治正面临着一场数字化的革命，尤其是随三维数字化成像与测量技术在口腔正畸诊断、设计、治疗和疗效预测中越来越广泛的应用，使得口腔正畸学越来越朝着计算机化的方向发展，且有很好地发展前景。

2、目前，患者在需要对牙齿进行矫治时，需要参考牙根信息进行矫治方案的设计，否则导致矫治方案不准确，比如矫治后患者的牙根暴露出牙龈，或者牙冠部分的过度矫治导致患者牙齿表面出现裂痕等，导致矫治效果不佳。现有矫治时获取患者口腔数据的方法包括：

3、(1)利用锥型束ct(cbct，cone beam ct)的方式来提取牙齿信息，以方便根据牙齿信息对患者的牙齿情况进行判断，进而制定相应的矫治方案。但是利用cbct的方式所提取的牙齿图像的分辨率较低，牙齿图像中包含的信息较为粗糙，无法从提取的牙齿信息中获取患者牙齿的细节，进而无法根据cbct的方式所提取的牙齿图像所提供的信息完成对牙齿的矫治设计及移动方案。

4、(2)通过口腔扫描的方式获取患者的牙齿的细节信息，但是通过口腔扫描的方式同样存在缺点，只能获取到患者的牙冠信息，无法获得患者的牙根信息。这种方式中，通常将患者的牙冠信息与标准牙齿模型的牙根信息相拼接，以得到带有牙根信息的患者的牙列模型。但是，上述利用标准牙齿模型的牙根信息来作为所有患者的牙根信息存在一定局限性，无法个性化的反映出每个患者的真实牙根情况，使得根据拼接得到的牙列模型所制定的矫治方案无法符合每个患者的实际牙齿情况，影响矫治方案设计的准确性。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种牙齿及牙列模型生成方法、方案制定方法、设备及介质，使所生成的带有牙根信息的牙齿模型中包含牙齿的细节信息，且生成的牙齿模型更加贴近患者的实际牙齿情况。

2、为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种带有牙根信息的牙齿模型的生成方法，包括：获取患者的单颗牙齿的实际牙冠模型，选择与实际牙冠模型对应位置的牙齿形态参数模型；其中，牙齿形态参数模型通过对多个历史实际牙列模型中同一位置的牙齿进行分析得到，牙齿形态参数模型包括多个表征牙齿形状特征的形态参数；调整牙齿形态参数模型中的形态参数，生成牙齿模型，以使得生成的牙齿模型中的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同；以实际牙冠模型的边缘作为分割基准，从调整后的牙齿模型中分割出牙根部分，作为待拼接的牙根模型；将待拼接的牙根模型与实际牙冠模型相拼接，得到带有牙根信息的目标牙齿模型。

3、本发明的实施例还提供了一种带有牙根信息的牙列模型的生成方法，包括：根据上述的牙齿模型的生成方法，生成患者的所有的单颗牙齿对应的带有牙根信息的牙齿模型；根据牙齿位置排列各牙齿模型，得到带有牙根信息的牙列模型。

4、本发明的实施例还提供了一种牙齿矫治方案的制定方法，包括：根据上述的带有牙根信息的牙列模型的生成方法获取患者的牙列模型；根据牙列模型中的每颗牙齿的牙冠特征信息和牙根特征信息，设计每颗牙齿的目标矫治位置；基于所有牙齿的目标矫治位置，确定患者的牙齿矫治方案。

5、本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的带有牙根信息的牙齿模型的生成方法或执行上述的带有牙根信息的牙列模型的生成方法或执行上述的牙齿矫治方案的制定方法。

6、本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，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带有牙根信息的牙齿模型的生成方法或执行时实现上述的带有牙根信息的牙列模型的生成方法或执行上述的牙齿矫治方案的制定方法。

7、本发明实施例相对于现有技术而言，获取患者的单颗牙齿的实际牙冠模型，并选择与该实际牙冠模型对应位置的牙齿形态参数模型，根据实际牙冠模型调整牙齿形态参数模型中的形态参数，生成牙齿模型，所生成的牙齿模型中的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同，以实际牙冠模型的边缘作为分割基准，分割出牙齿模型中的牙根部分作为待拼接的牙根模型，之后拼接实际牙冠部分和生成的待拼接牙根部分，获得完整牙齿模型。利用形态参数模型表征牙齿的形态特征，当改变形态参数模型中的形态参数时，实现改变牙齿的对应形态，实现可以生成个性化的牙齿形状。另外，由于牙齿形态参数模型是根据对多个历史病例所获得的历史实际牙列模型中同一位置的牙齿分析得到的，通过调整牙齿形态参数模型的表征牙齿形状特征的形态参数，可以使调整后的牙齿形态参数模型个性化的反映出更接近患者实际情况的牙根形状。因此，本发明实施方式中从牙齿中分割出的待拼接的牙根模型更加符合患者的实际牙根情况，以至于拼接后所得到的带有牙根信息的目标牙齿模型更加符合患者的实际牙齿情况，进而可以给医生提供更准确完整的牙齿形状信息，提高基于目标牙齿模型所设计的矫治方案的准确性。

8、另外，牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同的确定方式包括：计算实际牙冠模型上的各顶点与牙齿形态参数模型上的对应顶点之间的距离；根据计算出的距离确定牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状是否相同。

9、另外，根据计算出的距离确定牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状是否相同，包括：在计算出的实际牙冠模型上的各顶点与牙齿形态参数模型上的对应顶点的距离的平均值小于第一距离阈值时，确定牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同；

10、或者，在计算出的实际牙冠模型上的所有顶点与牙齿形态参数模型上的对应顶点的距离之和小于第二距离阈值时，确定牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同；

11、或者，在计算出的实际牙冠模型上的所有顶点与牙齿形态参数模型上的对应顶点的距离的平方和小于第三距离阈值时，确定牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同；

12、或者，在计算出的实际牙冠模型上的各顶点与牙齿形态参数模型上的对应顶点的最大距离小于第四距离阈值时，确定牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同。

13、另外，牙齿形态参数模型上的对应顶点为：在牙齿形态参数模型上与实际牙冠模型上的顶点距离最接近的顶点；或者为：实际牙冠模型上的顶点在其法向上进行投影而在牙齿形态参数模型上所形成的投影点。

14、另外，调整牙齿形态参数模型的中的形态参数，生成牙齿模型，以使得生成的牙齿模型中的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同，包括：每次以预设步长调整牙齿形态参数模型的至少一个形态参数，并在每次调整后判断牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状是否相同，直至确定牙齿形态参数模型的牙冠部分与实际牙冠模型的形状相同。

15、另外，在每次调整一个形态参数时，每次调整的形态参数为所有形态参数中对牙齿形态参数模型与实际牙冠模型形状接近程度影响最大的形态参数，以减少形态参数的调整次数，提高调整效率。

16、另外，以实际牙冠模型的边缘作为分割基准，从牙齿模型中分割出牙根部分，包括：将实际牙冠模型的边缘线以朝向所述牙齿形态参数模型的方向上做投影，将在牙齿形态参数模型上所形成的投影曲线作为分割线；根据分割线将牙齿形态参数模型分离为牙冠部分和牙根部分。

17、另外，以实际牙冠模型的边缘作为分割基准，从牙齿模型中分割出牙根部分，包括：根据实际牙冠模型的边缘线拟合分割曲面；利用分割曲面将牙齿形态参数模型分离为牙冠部分和牙根部分。

18、另外，将待拼接的牙根模型与实际牙冠模型相拼接，包括：将待拼接的牙根模型的边缘线顶点与实际牙冠模型的边缘线顶点进行有序缝合，形成三角网络面片，以实现待拼接的牙根模型与实际牙冠模型相拼接。

19、另外，在将待拼接的牙根模型的边缘线顶点与实际牙冠模型的边缘线顶点进行有序缝合，形成三角网络面片之后，还包括：确定出与缝合处的边缘相距预设距离内的网格；对网格做光顺处理，以平滑目标牙齿模型的缝合处。

20、另外，选择与实际牙冠模型对应位置的牙齿形态参数模型步骤中：根据牙齿编号确定对应位置；或者，根据牙齿类型确定对应位置。

21、另外，牙齿形态参数模型通过对多个历史实际牙列模型中同一位置的牙齿进行分析得到，包括：将与牙齿形态参数模型同一位置的牙齿标准模型分别变形，直至与各个历史实际牙列模型形状相同，得到多个变形后的牙齿标准模型；通过对多个变形后的牙齿标准模型进行分析得到牙齿形态参数模型。利用牙齿标准模型将用于分析得到牙齿形态参数模型的多个历史实际牙列模型的数据进行统一化处理，方便后续进行数据分析。

22、另外，在将与牙齿形态参数模型同一位置的牙齿标准模型分别变形之前，还包括：将牙齿标准模型与历史实际牙列模型中同一位置的牙齿对齐；其中，对齐的方式包括：根据坐标系对齐和/或特征点对齐。

23、另外，坐标系对齐包括根据坐标系信息进行对齐，坐标系信息包括：将单颗牙齿的重心、单颗牙齿的牙龈线的中点、单颗牙齿移动的阻抗中心点、单颗牙齿的牙根的尖点中的任一位置作为坐标系的原点；以牙轴的方向作为z轴方向，以唇侧与舌侧的连线方向作为y轴方向，根据y轴方向和z轴方向确定出x轴方向，其中，x轴方向分别与y轴方向、z轴方向垂直。

24、另外，特征点对齐包括：根据特征点信息进行对齐；若牙齿标准模型的牙齿类型为切牙或尖牙，则特征点信息包括：牙齿切缘的近中和远中；若牙齿标准模型的牙齿类型为前磨牙，则特征点信息包括：舌侧凸点和唇侧凸点；若牙齿标准模型的牙齿类型为后磨牙，则特征点信息包括：舌侧近中的凸点、唇侧近中的凸点、舌侧远中的凸点和唇侧远中的凸点。

25、另外，通过对多个历史实际牙列模型中同一位置的牙齿进行分析得到牙齿形态参数模型，包括：采用主成分分析法对多个历史实际牙列模型中同一位置的牙齿进行分析，得到各个模型中同一序列号的顶点的位置平均值和用于表征牙齿形态的特征向量；根据位置平均值和特征向量计算得到牙齿形态参数模型。

26、另外，采用主成分分析法对多个历史实际牙列模型中同一位置的牙齿进行分析之前，包括：统一多个历史实际牙列模型的分辨率和顶点序列号。

27、另外，通过对多个变形后的牙齿标准模型进行分析得到牙齿形态参数模型，包括：采用主成分分析法对多个变形后的牙齿标准模型的顶点进行分析，得到各个同一序列号的顶点的位置平均值和用于表征牙齿形态的特征向量；根据位置平均值和特征向量计算得到牙齿形态参数模型。

28、另外，获取患者的单颗牙齿的实际牙冠模型，包括：通过口扫获取患者的实际牙列模型；对实际牙列模型进行分割，得到单颗牙齿的实际牙冠模型。

29、另外，在根据牙齿位置排列各牙齿模型之后，还包括：判断带有牙根信息的牙列模型中，是否存在相互碰撞的两个牙根；若存在，则变形相互碰撞的两个牙齿模型的牙根部分以消除碰撞。

30、另外，判断带有牙根信息的牙列模型中，是否存在牙根相互碰撞的两个牙齿模型，包括：获取相邻两个牙齿模型之间的检测平面，检测平面为：以两个相邻的牙齿模型的重心的连接线方向作为检测平面的法向，经过重心的连接线的中点建立的平面；若两个相邻的牙齿模型均未穿过检测平面，则两个相邻的牙齿模型并未相互碰撞；若两个相邻的牙齿模型中至少一个牙齿模型穿过检测平面，则两个相邻的牙齿模型相互碰撞。

31、另外，变形相互碰撞的两个牙齿模型的牙根部分以消除所述碰撞，包括：获取在相互碰撞的两个牙齿模型之间的参考平面，参考平面为以两个相邻的牙齿模型的重心的连接线方向作为参考平面的法向，经过重心的连接线的中点建立的平面；确定穿过参考平面的牙齿模型的牙根部分与参考平面之间的最大相交深度，以及最大相交深度对应的牙根顶点；确定牙根顶点在相交深度的方向上在参考平面上的投影点作为移动目标点；在穿过参考平面的牙齿模型的牙冠部分不发生移动的情况下，对穿过参考平面的牙齿模型的牙根部分进行变形操作，以使牙根顶点的位置移动至移动目标点，消除碰撞。