一种用于牙周膜材料模型的验证方法与系统

本发明涉及口腔模型验证领域，具体涉及一种用于牙周膜材料模型的验证方法与系统。

背景技术：

在口腔生物力学分析中，有限元分析法是一种重要的研究手段，它广泛应用于口腔正畸、颌骨修复和牙齿种植等领域。在利用有限元分析法研究口腔生物力学问题之前，首先需要定义牙颌组织的材料模型，包括牙齿、牙周膜和牙槽骨的材料模型。牙齿相比于其他牙颌组织具有更高的硬度，因此多把牙齿设定为刚体。牙槽骨可根据其力学特性分为皮质骨和松质骨。而牙周膜作为口腔软组织，其材料模型则更为复杂。牙周膜不仅具有类似固态橡胶的超弹性和近似不可压缩性，还具有类似液态高分子材料的黏性。长期以来，牙周膜的材料模型一直是国内外学者研究的热点，但模型的准确性和有效性缺少必要的验证方法。

技术实现要素：

为了验证牙周膜材料模型的准确性，进而评价不同牙周膜材料模型的可靠性，本发明提出了一种用于牙周膜材料模型的验证方法，包括步骤：

s1：根据患者牙颌组织构建有限元模型，所述牙颌组织由牙齿、牙周膜和牙槽骨组成；

s2：根据牙颌组织组成部分的材料属性对有限元模型中各组成部分进行模型赋值；

s3：获取有限元模型牙冠处施加舌向定量物理量下的模拟反应曲线，并获取患者施加对应舌向定量物理量下的真实反应曲线；

s4：判断模拟反应曲线是否处于真实反应曲线的标准比例范围内，若否，判断该有限元模型失效。

进一步地，所述步骤s2中，有限元模型中，牙齿的模型赋值为刚体模型、牙槽骨的模型赋值为非均匀介质模型、牙周膜为需要验证的模型。

进一步地，所述舌向定量物理量为舌向的标准长度位移或舌向标准大小的矫治力，所述标准长度位移与患者的牙周膜厚度一致。

进一步地，当舌向定量物理量为舌向的标准长度位移时，反应曲线为位移载荷-反作用力曲线；当舌向定量物理量为舌向标准大小的矫治力时，反应曲线为矫治力-位移量曲线。

进一步地，当舌向定量物理量为舌向的标准长度位移时，真实反应曲线采用力学传感器进行数据获取；当舌向定量物理量为舌向标准大小的矫治力时，真实反应曲线采用位移传感器进行数据获取。

本发明还提出了一种用于牙周膜材料模型的验证系统，包括：

模型构建单元，用于根据患者牙颌组织构建有限元模型，所述牙颌组织由包括牙齿、牙周膜和牙槽骨组成；

模型赋值单元，用于根据牙颌组织组成部分的材料属性对有限元模型中各组成部分进行模型赋值；

数据获取单元，用于获取有限元模型牙冠处施加舌向定量物理量下的模拟反应曲线，并获取患者施加对应舌向定量物理量下的真实反应曲线；

模型评判单元，用于模拟反应曲线未处于真实反应曲线的标准比例范围内时，判断该有限元模型失效。

进一步地，有限元模型中，牙齿的模型赋值为刚体模型、牙槽骨的模型赋值为非均匀介质模型、牙周膜为需要验证的模型。

进一步地，所述舌向定量物理量为舌向的标准长度位移或舌向标准大小的矫治力，所述标准长度位移与患者的牙周膜厚度一致。

进一步地，当舌向定量物理量为舌向的标准长度位移时，反应曲线为位移载荷-反作用力曲线；当舌向定量物理量为舌向标准大小的矫治力时，反应曲线为矫治力-位移量曲线。

进一步地，当舌向定量物理量为舌向的标准长度位移时，真实反应曲线采用力学传感器进行数据获取；当舌向定量物理量为舌向标准大小的矫治力时，真实反应曲线采用位移传感器进行数据获取。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种用于牙周膜材料模型的验证方法与系统，通过对比分析有限元模拟数据与临床实验数据之间的偏差，从而实现了牙周膜材料模型准确性的分析验证；

(2)通过不同物理量对牙周膜的材料模型进行验证，充分保证了材料模型验证的准确性和有效性；

(3)通过此方法可以有效验证牙周膜材料模型的可靠性，有助于构建更加符合牙周膜生物力学特性的高精度材料模型，推动数字化口腔医疗的发展。

附图说明

图1为一种用于牙周膜材料模型的验证方法与系统的方法步骤图；

图2为一种用于牙周膜材料模型的验证方法与系统的系统结构图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

为了验证牙周膜材料模型的准确性，进而评价不同牙周膜材料模型的可靠性，本发明提出了一种用于牙周膜材料模型的验证方法，通过对比临床实验数据与有限元模拟数据判断模型的准确度，如图1所示，一种用于牙周膜材料模型的验证方法，包括步骤：

s1：根据患者牙颌组织构建有限元模型，所述牙颌组织由牙齿、牙周膜和牙槽骨组成；

s2：根据牙颌组织组成部分的材料属性对有限元模型中各组成部分进行模型赋值；

s3：获取有限元模型牙冠处施加舌向定量物理量下的模拟反应曲线，并获取患者施加对应舌向定量物理量下的真实反应曲线；

s4：判断模拟反应曲线是否处于真实反应曲线的标准比例范围内，若否，判断该有限元模型失效。

在开始验证前，首先需要获取牙颌组织的有限元模型。因为牙齿相比于其他牙颌组织具有更高的硬度，本发明中的牙齿设定为刚体模型。而牙槽骨根据其力学特性分为皮质骨和松质骨，因此依据牙槽骨有限元模型所处的ct图像设置其为非均匀介质模型。牙周膜作为口腔软组织，其材料模型更为复杂，并不能很准确的定义其材料属性，而牙周膜材料模型在实验模拟中起到的作用对于患者病情的分析研究又是不可忽略的，因此牙周膜材料模型是本发明所需要验证的材料模型。

而后在有限元模型的牙冠处施加不同的舌向定量物理量，考虑到不同参考物理量下对于数据分析有着不同的效果，因此，鉴于牙齿矫正过程中主要有矫治力和位移两个物理量，因此本发明中舌向定量物理量为舌向的标准长度位移或舌向标准大小的矫治力，所述标准长度位移与患者的牙周膜厚度一致。

当舌向定量物理量为舌向的标准长度位移时，对牙冠施加0.2mm的舌向位移载荷，通过有限元分析牙冠上产生的反作用力，并记录位移载荷与反作用力的模拟反应曲线i。

当舌向定量物理量为舌向标准大小的矫治力时，对牙冠施加100g的舌向矫治力，通过有限元分析施力点的位移量，并记录矫治力与位移量的模拟反应曲线iii。

参照有限元模拟过程，在临床中对患者牙冠施加0.2mm舌向位移载荷，并利用力学传感检测牙冠上产生的反作用力，记录位移载荷与反作用力的真实反应曲线ii；以及在临床中对患者牙冠施加100g舌向矫治力，并利用位移传感器检测施力点的位移量，记录矫治力与位移量的真实反应曲线iv。

对比分析模拟反应曲线i和真实反应曲线ii，以及模拟反应曲线iii和真实反应曲线iv，如果差异在10％以内，则认为所验证牙周膜材料模型是准确、可靠的，否则模型精度较差。

实施例二

为了更好的对本发明的技术内容进行理解，本实施例通过系统结构的方式来对本发明进行阐述，如图2所示，一种用于牙周膜材料模型的验证系统，其特征在于，包括：

模型构建单元，用于根据患者牙颌组织构建有限元模型，所述牙颌组织由包括牙齿、牙周膜和牙槽骨组成；

模型赋值单元，用于根据牙颌组织组成部分的材料属性对有限元模型中各组成部分进行模型赋值；

数据获取单元，用于获取有限元模型牙冠处施加舌向定量物理量下的模拟反应曲线，并获取患者施加对应舌向定量物理量下的真实反应曲线；

模型评判单元，用于模拟反应曲线未处于真实反应曲线的标准比例范围内时，判断该有限元模型失效。

进一步地，有限元模型中，牙齿的模型赋值为刚体模型、牙槽骨的模型赋值为非均匀介质模型、牙周膜为需要验证的模型。

进一步地，所述舌向定量物理量为舌向的标准长度位移或舌向标准大小的矫治力，所述标准长度位移与患者的牙周膜厚度一致。

进一步地，当舌向定量物理量为舌向的标准长度位移时，反应曲线为位移载荷-反作用力曲线；当舌向定量物理量为舌向标准大小的矫治力时，反应曲线为矫治力-位移量曲线。

进一步地，当舌向定量物理量为舌向的标准长度位移时，真实反应曲线采用力学传感器进行数据获取；当舌向定量物理量为舌向标准大小的矫治力时，真实反应曲线采用位移传感器进行数据获取。

综上所述，本发明所述的一种用于牙周膜材料模型的验证方法与系统，通过对比分析有限元模拟数据与临床实验数据之间的偏差，从而实现了牙周膜材料模型准确性的分析所验证。

通过不同物理量对牙周膜的材料模型进行验证，充分保证了材料模型验证的准确性和有效性。同时，通过此方法可以有效验证牙周膜材料模型的可靠性，有助于构建更加符合牙周膜生物力学特性的高精度材料模型，推动数字化口腔医疗的发展。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。