数字化牙齿排列方法、系统、设备和介质与流程

1.本发明涉及医疗器械的技术领域，尤其涉及一种数字化牙齿排列方法、系统、设备和介质。


背景技术：

2.牙齿隐形矫治器具有美观、舒适且方便患者随时摘戴的优点，所以使用牙齿隐形矫治器对牙齿进行矫治越来越被患者所接受。牙齿隐形矫治器可以是根据患者的牙颌面情况设计的一种用于调整牙齿布局的高分子壳状器械，当患者佩戴牙齿隐形矫治器时，患者的咀嚼作用力会作用于牙齿隐形矫治器，日积月累可以使畸形的颌骨、错位牙及牙周支持组织发生变化，促使牙齿调整至牙齿隐形矫治器所布局的合理位置。
3.目前厂家在设计制造牙齿隐形矫治器的过程中，一般需要先扫描获取患者牙颌面的三维影像数据，进行对三维影像数据诊断分析及治疗预测，通过计算机进行模拟排牙，即进行牙齿的切割和排齐，最终实现牙齿隐形矫治器的个性化制作。但是，目前的数字化牙齿排列方法都是针对全口牙齿的，部分患者也可能因矫治成本和矫治时长的考虑，期望只矫治部分牙齿，但全口牙齿的数字化牙齿排列方法并不适用部分牙齿的矫治，以及获客的需求。
4.针对以上存在的技术问题本技术提供了解决技术问题的技术方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种数字化牙齿排列方法、系统、设备和介质，该方法可以实现对患者的待矫治牙齿进行数字化排牙。
6.第一方面，本技术实施例提供一种数字化牙齿排列方法，该方法可以由电子设备执行，如电子设备可以为个人电脑，该方法包括：首先获取患者的初始数字化牙颌模型，再通过识别患者的初始数字化牙颌模型的牙齿特征结合预设牙弓曲线表示模型，另外，根据初始牙弓曲线结合医学指标可以获取牙弓曲线目标函数，根据牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数对初始牙弓曲线进行修正处理，并得到目标牙弓曲线，在目标牙弓曲线上对初始数字化牙颌模型上的牙齿进行排列处理，从而得到患者的数字化牙齿排列结果，该方法可以实现准确地对患者的牙齿进行模拟排牙。其中，其中，牙齿切缘中点包括：所述初始数字化牙颌模型中前牙区牙齿切缘中点，和/或后牙区牙齿颊尖中点，切牙切缘中点、尖牙牙尖点、前磨牙颊尖点以及磨牙颊尖中间点，前磨牙颊尖点以及磨牙颊尖中间点的获取方式为：在同一磨牙上最远两个颊尖点的求取中点。
7.本技术实施例中，考虑到待矫治牙齿的调整后会影响其它未被矫治牙齿，因此本技术所构建的目标函数考虑到了未被矫治牙齿与待矫治牙齿之间的匹配关系，从而利用该目标函数构建出牙弓曲线，利用该牙弓曲线进行模拟排牙的结果使得未被矫正的牙齿与被矫正的牙齿之间满足牙齿排列整齐无落差，牙齿排列结果满足医学指标和美观要求。
8.在一种可能的设计中，目标牙颌坐标系的构建包括：获取初始数字化牙颌模型的
的咬合方向；基于待矫治牙齿的牙齿切缘中点和咬合方向，构建目标牙颌坐标系。该方法可以实现牙颌坐标系的构建，以便于准确表示目标牙弓曲线。
9.在一种可能的设计中，目标牙颌坐标系的一种构建方式可以包括：获取初始数字化牙颌模型的的牙颌中线，结合牙齿特征的牙齿切缘中点和咬合方向构建初始数字化牙颌模型的初始牙颌坐标系，其中，初始牙颌坐标系的y轴为牙颌中线，z轴为咬合方向，x轴为y轴和z轴的叉积；
10.分别对单颌单侧初始数字化牙颌模型上设定牙齿的牙齿切缘中点向颌平面进行映射投影，对映射投影点通过主成分分析算法获取其投影点主方向；
11.将获取的单颌初始数字化牙颌模型两侧的投影点主方向进行角平分线处理，并将角平分线设置为修正的牙颌中线；
12.基于所述修正后的牙颌中线调整所述初始牙颌坐标系，得到所述目标牙颌坐标系，其中，所述目标牙颌坐标系的y轴为所述修正的牙颌中线，z轴为咬合方向，x轴为y轴和z轴的叉积。
13.本实施例中，通过对牙颌中线的调整，使得最终构建的目标牙颌坐标系更加准确。
14.在一种可能的设计中，所述牙弓曲线目标函数的表示方式包括：
15.表示切牙覆盖量的实际值与理想值的偏差、表示度量上下颌第一前磨牙之间的颊舌向偏差以及表示上下颌第二前磨牙与第一磨牙切缘中点距离牙弓曲线的距离进行求和。
16.在一种可能的设计中，表示切牙覆盖量的实际值与理想值的偏差至少包括以下一种方式：
17.ω1[r(x1,x4,δ
ovj_0
,δ
ovj_1
)]
n
，
[0018]
或ω1(lnr(x1,x4,δ
ε
,δ
ovj_0
,δ
ovj_1
))
n
，或
[0019]
在一种可能的设计中，表示度量上下颌第一前磨牙之间的颊舌向偏差至少包括以下一种方式：
[0020]
ω2[n(x，p4)
‑
δ
ovj_4
]
m
，
[0021]
或ω2(lnn(x，p4)
‑
δ
ovj_4
)
m
，
[0022]
或
[0023]
在一种可能的设计中，表示上下颌第二前磨牙与第一磨牙切缘中点距离牙弓曲线的距离至少包括以下一种方式：
[0024]
ω3[d(x1，x2)+d(x3，x4)]
t
，
[0025]
或ω3(lnd(x1，x2)+d(x3，x4))
t
；
[0026]
或
[0027]
在一种可能的设计中，所述约束条件包括：
[0028]
l(x1,x2)≤δ
teeth_u
,δ
elmgap_u
；
[0029]
l(x3,x4)≤δ
teeth_l
,δ
elmgap_l
；
[0030]
l(x3,x4)≤δ
teeth_l
,δ
elmgap_l
；
[0031]
δ
teeth_u
‑
δ
enamax_u
≤l(x1，,x2)；
[0032]
δ
teeth_l
‑
δ
enamax_l
≤l(x3，,x4)；
[0033]
(n(x,p
23
)
‑
n(x,p4))*(n(x,p
23
)
‑
(x1‑
x3‑
δ
ε
))≤0。
[0034]
在一种可能的设计中，包括：
[0035]
x1：上颌牙弓深度；
[0036]
x2：上颌4/5号牙邻接点近中侧任意一点处的牙弓宽度补偿量；
[0037]
x3：上颌4/5号牙邻接点至6/7号牙邻接点之间任意一点处的牙弓宽度补偿量；
[0038]
x4：下颌牙弓深度；
[0039]
x5：下颌4/5号牙邻接点近中侧任意一点处的牙弓宽度补偿量；
[0040]
x6：下颌4/5号牙邻接点至6/7号牙邻接点之间任意一点处的牙弓宽度补偿量；
[0041]
n、m、t为大于0的实数；
[0042]
ω1，ω2，ω3为权系数；
[0043]
δ
ε
：上、下颌坐标系原点在y轴上的偏差；
[0044]
δ
ovj_0
,δ
ovj_1
：1号牙处的覆盖初始值，目标值；
[0045]
δ
ovj_4
：上颌4号牙颊尖至中央沟的颊舌向距离；
[0046]
δ
teeth_u
,δ
teeth_l
：上下颌总牙量；
[0047]
δ
elmgap_u
,δ
elmgap_l
：上下颌消除间隙的最小去釉量；
[0048]
δ
enamax_u
,δ
enamax_l
：上下颌最大去釉量；
[0049]
r：上下1号牙覆盖趋向目标值的加权函数；
[0050]
n：上颌牙弓曲线上某个点至下颌牙弓的距离；
[0051]
d：单颌牙弓曲线至5/6号牙切缘重点距离；
[0052]
l：单颌牙弓曲线4
‑
4之间的弧长；
[0053]
p
23
：上颌牙弓曲线2/3邻接点；
[0054]
p4：4号牙颊尖点的位置参数。
[0055]
在一种可能的设计中，从牙齿特征中获取牙弓宽度信息，以及牙弓宽度补偿信息；通过预设权函数将牙弓宽度信息，以及牙弓宽度补偿信息分配到预设牙弓曲线表示模型上，得到构建在目标牙颌坐标系上的初始牙弓曲线。该方法可以实现在目标牙颌坐标系上表示初始牙弓曲线。
[0056]
在一种可能的设计中，根据所述牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数对所述初始牙弓曲线进行修正处理，并得到目标牙弓曲线，包括：
[0057]
获取患者的待矫治牙齿期望满足的预设排牙参数；预设排牙参数包括上下颌前牙覆盖趋向目标值、上颌或下颌的待矫治牙齿的牙弓曲线弧长落入设定区间、所述上颌或下颌的待矫治牙齿之间的碰撞量满足设定区间；
[0058]
根据牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数，对初始牙弓曲线的待矫治牙齿的牙弓宽度补偿量、待矫治牙齿的去釉量进行修正处理，并得到目标牙弓曲线。
[0059]
本实施例中，通过对初始牙弓曲线的调整，使得最终生成的目标牙弓曲线更加符合牙齿排列的医学要求和患者的牙齿特点。
[0060]
在一种可能的设计中在目标牙弓曲线上对初始数字化牙颌模型上的牙齿进行排列处理，包括：基于目标牙弓曲线，移动初始数字化牙颌模型上的牙齿的位置，并对初始数
字化牙颌模型上的牙齿的角度进行调整，得到患者的数字化牙齿排列结果。该方法可以保证待矫治牙齿被矫治后可以满足牙齿排列的医学要求。
[0061]
在一种可能的设计中，该方法还包括：将上颌后牙和下颌后牙调整至满足设定碰撞量的咬合状态；将上下颌牙按照设定牙齿调整顺序平移至设定覆合理想值，利用碰撞检测算法计算上下颌的碰撞量，并去除碰撞量，使得所述患者的数字化牙齿实现覆合。该方法可以通过对模拟排牙结果的覆合，达到优化模拟排牙结果的目的。
[0062]
在一种可能的设计中，设定覆合理想值的确定方法包括：根据所述医学指标和美学需求，以及所述患者的后牙的咬合状态信息、所述患者的牙齿的实际的覆合值，计算得到所述患者的牙齿的设定覆合理想值。
[0063]
在一种可能的设计中，医学指标包括：上下颌前牙保持正常的覆盖；上下颌后牙咬合保持尖窝相对的状态；上颌或下颌的牙齿排齐形成整齐平滑的牙列，相邻牙齿无明显的颊舌向偏差；上下颌的总牙量之比；上颌或下颌的待矫治牙齿的牙量与对应的牙弓长度参数。
[0064]
第二方面，本技术实施例还提供一种数字化牙齿排列系统，该系统包括：
[0065]
获取模块，用于获取患者的初始数字化牙颌模型；
[0066]
识别模块，用于识别所述患者的初始数字化牙颌模型的牙齿特征；所述牙齿特征包括：牙齿切缘、牙齿切缘中点、临床牙冠空间姿态；
[0067]
构建模块，用于根据所述牙齿特征利用预设牙弓曲线表示模型在目标牙颌坐标系上构建初始牙弓曲线；
[0068]
所述构建模块，还用于根据所述初始牙弓曲线结合医学指标获取牙弓曲线目标函数；根据所述牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数获取的约束条件对所述初始牙弓曲线进行修正处理，并得到目标牙弓曲线；
[0069]
排列模块，用于在所述目标牙弓曲线上对所述初始数字化牙颌模型上的牙齿进行排列处理；
[0070]
其中，牙齿切缘中点包括：所述初始数字化牙颌模型中前牙区牙齿切缘中点，和/或后牙区牙齿颊尖中点，切牙切缘中点、尖牙牙尖点、前磨牙颊尖点以及磨牙颊尖中间点，前磨牙颊尖点以及磨牙颊尖中间点的获取方式为：在同一磨牙上最远两个颊尖点的求取中点。
[0071]
关于第二方面的有益效果可以参见上述第一方面的描述，在此不再重复赘述。
[0072]
第三方面，本技术实施例提供一种壳状牙齿矫治器的设计方法，该方法包括根据上述第一方面所述的数字化牙齿排列方法设计壳状牙齿矫治器。
[0073]
第四方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器存储的计算机指令，使得所述电子设备执行上述第一方面任一项所述的方法。
[0074]
第五方面，本技术实施例中还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机程序，当计算机程序在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行上述任一方面的任意一种可能的设计的方法。
[0075]
第六方面，本技术实施例还提供一种包含计算机程序产品，当所述计算机程序产品在终端上运行时，使得所述电子设备执行上述任一方面的任意一种可能的设计的方法。
[0076]
关于上述第三方面至第六方面的有益效果可以参见上述第一方面的描述。
附图说明
[0077]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0078]
图1为本发明实施例提供的一种患者的牙齿示意图；
[0079]
图2为本发明实施例提供的一种数字化牙齿排列方法流程示意图；
[0080]
图3为本发明实施例提供的一种牙颌坐标系示意图；
[0081]
图4为本发明实施例提供的一种牙弓曲线示意图；
[0082]
图5为本发明实施例提供的一种目标函数所表示的目标牙弓曲线示意图；
[0083]
图6为本发明实施例提供的一种模拟排牙效果示例示意图；
[0084]
图7为本发明实施例提供的一种数字化牙齿排列系统示意图。
具体实施方式
[0085]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0086]
目前，在医生对患者实施排牙之前，需要首先对排牙方案进行预测和评估，对方案的预测和评估是通过模拟排牙流程实现的。模拟排牙方式可以首先利用3d数字成像技术与三维建模技术，得到精确的三维牙列网格模型数据；然后利用正畸学中的排牙规则并通过合适的算法对三维牙列网格模型数据中的牙齿进行自动化排牙，从而为实际的排牙方案提供预测和评估。目前数字化牙齿排列方法都是针对全口牙齿的，针对部分牙齿的模拟排牙业界目前还没有相关技术。
[0087]
例如，针对图1所示的虚线框中的八颗牙齿。考虑到仅对这八颗牙齿进行矫治，可能会发生八颗牙齿被移动后导致其与周围不需要被矫正的牙齿发生碰撞或者间隙过大的问题。为此，本技术实施例提供一种数字化牙齿排列方法，该方法对待矫治牙齿进行模拟排牙的结果使得未被矫正的牙齿不会与被矫正的牙齿发生碰撞或间隙不正常，或者说，本技术实施例提供的模拟排牙的结果使得未被矫正的牙齿与被矫正的牙齿之间满足牙齿排列错落有致，牙齿整齐的矫治要求。
[0088]
在介绍本技术实施例之前，以下先对本技术实施例中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
[0089]
1、牙弓曲线，指的是与牙列相切的一条理想曲线。
[0090]
因为患者的牙弓形态不正常，本技术实施例设计了目标牙弓曲线，目标牙弓曲线的拟合和生成在辅助矫正设计和模拟排牙试验中有较重要的意义。
[0091]
2、排齐，指的是对拥挤错位状态的牙齿进行矫治，将牙齿调整至牙弓上应该占据的正常生理位置。
[0092]
3、国际牙科联合会或fdi公式记录法
[0093][0094][0095]
4、palmer
‑
zsigmondy记录法
[0096][0097]
本发明实施例提供一种数字化牙齿排列方法，该方法可以应用于对部分牙齿的隐形正畸矫治，如图2所示，该方法可以由电子设备执行，该电子设备可以是手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、个人电脑(personal computer，pc)、远程医疗(remote medical)中的无线终端等等。下文以电子设备为个人电脑(personal computer，pc)为例进行说明，该方法具体包括如下步骤。
[0098]
s201，获取患者的初始数字化牙颌模型。
[0099]
其中，数字化牙颌模型可以包括牙齿网格、牙齿三轴、牙齿牙龈线、牙齿fdi编号、牙齿初始位置、咬合方向、牙颌中线等。
[0100]
一种可能的实施例中，初始数字化牙颌模型可以是利用3d数字成像技术与三维建模技术先得到三维牙列网格模型数据，基于三维牙列网格模型数据从而生成初始数字化牙颌模型；又或者，可以基于患者咬模得到石膏牙模，然后对石膏牙模进行三维重建，得到三维牙列网格模型数据，基于三维牙列网格模型数据从而生成初始数字化牙颌模型。
[0101]
s202，识别患者的初始数字化牙颌模型的牙齿特征。
[0102]
其中，牙齿特征可以包括牙齿切缘，牙齿切缘中点，临床牙冠空间姿态，上颌4号牙切缘中点到中央沟的颊舌向距离。牙齿特征还可以包括临床牙冠面轴临床冠长轴(facial axis ofthe clinical crown，facc)轴，facc点，facc轴方向。
[0103]
本实施例中，识别的牙齿特征可以为患者全部牙齿的牙齿特征，或者可以为患者的部分牙齿的牙齿特征。
[0104]
示例性地，待矫治牙齿可以是如图1所示的患者的全部牙齿；又或者是如图1所示的虚线框所示的八颗牙齿，即包括1(中切牙)、2(侧切牙)、3(尖牙)、4(第一前磨牙)在内的八颗牙齿；又或者待矫治牙齿也可以是包括1(中切牙)、2(侧切牙)、3(尖牙)、4(第一前磨牙)、5(第二前磨牙)在内的十颗牙齿；又或者待矫治牙齿还可以是包括1(中切牙)、2(侧切牙)、3(尖牙)在内的六颗牙齿。需要指出的是，下文中主要以待矫治牙齿为图1虚线框所示的八颗牙齿为例进行说明。
[0105]
s203，根据牙齿特征利用预设牙弓曲线表示模型在目标牙颌坐标系上构建初始牙弓曲线。
[0106]
该步骤中，一种可能的实现方式可以是：从牙齿特征中获取牙弓宽度信息，以及牙弓宽度补偿信息；通过预设权函数将牙弓宽度信息，以及牙弓宽度补偿信息分配到预设牙弓曲线表示模型上，得到构建在目标牙颌坐标系上的初始牙弓曲线。关于目标牙颌坐标系的构建方式有多种，具体可以参见下文示例一至示例三。
[0107]
示例性地，预设牙弓曲线表示模型可以是变形的椭圆的方程式表示模型。牙弓宽度信息包含牙弓宽度w，牙弓宽度补偿信息包括牙弓深度d、牙弓宽度补偿量c1和牙弓宽度补偿量c2。其中，c1，c2采用权函数分配到椭圆曲线上。
[0108]
s204，根据初始牙弓曲线结合医学指标获取牙弓曲线目标函数。
[0109]
本实施例中，医学指标可以包括如下至少一项：上下颌前牙保持正常的覆盖；上下颌后牙咬合保持尖窝相对的状态；上颌或下颌的牙齿排齐形成整齐平滑的牙列，相邻牙齿无明显的颊舌向偏差；上下颌的总牙量之比要匹配，以满足咬合的要求；上颌或下颌的待矫治牙齿的牙量与对应的牙弓长度要匹配，以满足牙齿排齐的要求。
[0110]
该步骤中，一种可能的实施方式可以是：可以先基于待矫治牙齿的切缘中点和牙颌中线，构建牙颌坐标系，然后根据待矫治牙齿的切缘中点、牙弓宽度、牙弓深度、牙弓宽度补偿量，在牙颌坐标系下构建用于求解患者的目标牙弓曲线的目标函数；其中，求解目标牙弓曲线的目标函数的特征参数可以包括上颌牙弓深度、下颌牙弓深度、上颌牙弓宽度、下颌牙弓宽度、上颌牙弓宽度补偿量、下颌牙弓宽度补偿量等。
[0111]
s205，根据牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数对初始牙弓曲线进行修正处理，并得到目标牙弓曲线。
[0112]
该步骤中，一种可能的实施方式可以是：获取患者的待矫治牙齿期望满足的预设排牙参数；预设排牙参数包括上下颌前牙覆盖趋向目标值、上颌或下颌的待矫治牙齿的牙弓曲线弧长落入设定区间、上颌或下颌的待矫治牙齿之间的碰撞量满足设定区间；进一步地，根据牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数，对初始牙弓曲线的牙弓宽度、牙弓深度、牙弓宽度补偿量进行修正处理，并得到目标牙弓曲线。其中，目标牙弓曲线的具体计算方式可以参见下文。
[0113]
s206，在目标牙弓曲线上对初始数字化牙颌模型上的牙齿进行排列处理。
[0114]
该步骤中，一种可能的实施方式可以是：基于目标牙弓曲线，移动初始数字化牙颌模型上的牙齿的位置，并对初始数字化牙颌模型上的牙齿的角度进行调整，得到患者的数字化牙齿排列结果。
[0115]
可见，通过上述方法，本实施例可以实现对患者的牙齿进行模拟排牙，得到数字化牙齿排列结果。该数字化牙齿排列方法可以在患者的待矫治牙齿为患者的部分牙齿的情况下，能够考虑到了未被矫治牙齿与待矫治牙齿之间的匹配关系，从而利用该目标函数构建出牙弓曲线，利用该牙弓曲线进行模拟排牙的结果使得未被矫正的牙齿与被矫正的牙齿之间满足牙齿排列整齐无落差，牙齿排列结果满足医学指标和美观要求。
[0116]
本实施例中，在构建初始牙弓曲线之前需要先构建目标牙颌坐标系。目标牙颌坐标系的构建方式可以是：先获取初始数字化牙颌模型的的咬合方向；然后基于待矫治牙齿的牙齿切缘中点和咬合方向，构建目标牙颌坐标系。具体来说，可以参见下述示例一至示例三。
[0117]
示例一，先获取所述初始数字化牙颌模型的的牙颌中线，结合牙齿特征的牙齿切
缘中点和咬合方向构建初始数字化牙颌模型的初始牙颌坐标系，其中，初始牙颌坐标系的y轴为所述牙颌中线，z轴为咬合方向，x轴为y轴和z轴的叉积，然后分别对单颌单侧初始数字化牙颌模型上设定牙齿的牙齿切缘中点向颌平面进行映射投影，对映射投影点通过主成分分析算法获取其投影点主方向。进一步地，可以将获取的单颌初始数字化牙颌模型两侧的投影点主方向进行角平分线处理，并将角平分线设置为修正的牙颌中线，基于修正后的牙颌中线调整初始牙颌坐标系，得到目标牙颌坐标系，其中，目标牙颌坐标系的y轴为修正的牙颌中线，z轴为咬合方向，x轴为y轴和z轴的叉积。
[0118]
如图3所示，首先，分别建立上颌牙齿的牙颌坐标系(如图3中的(a)所示)和下颌牙齿的牙颌坐标系(如图3中的(b)所示)。具体来说，利用上下颌牙齿的切缘中点、咬合方向、牙颌中线,建立一个初始的牙颌坐标系，取15
‑
17/45
‑
47号牙齿的切缘中点投影到颌平面上，用主成分分析(principal component analysis，pca)算法求其主方向，25
‑
27/35
‑
37号牙齿的切缘中点做同样处理，取两个主方向的角平分线为中线方向，修正牙颌中线。然后取单颌牙齿6号牙的切缘中点，在中线上的投影点向后偏移10mm，在咬合方向上根据5/6/7号牙切缘中点进行插值，得到单颌原点，牙颌坐标系的y轴为修正后的牙颌中线的中线方向，z轴为咬合方向，x轴为y轴和z轴的叉积。
[0119]
示例二，取单颌牙齿网格的所有顶点(或切缘中点、或牙齿网格重心)，做pca，取第三列为咬合方向，即z向；取单颌牙齿同fdi号的牙齿，其所有顶点(或切缘中点、或牙齿网格重心)连线的中点，所有中点做pca或最小二乘拟合，得一方向，投影到咬合方向的法向，即为中线方向，即y向；两者叉积得另一方向，即x向；所有顶点(或切缘中点、或牙齿网格重心)在中线方向的投影最靠后者，在中线上的投影点取为原点。
[0120]
示例三：取单颌两个6号牙切缘中点、两个1号牙切缘中点(与/或两个3号牙切缘中点)，拟合最小二乘平面，其平面法向为咬合方向即z向；取单颌牙齿同fdi号的牙齿，切缘中点连线的中垂线，所有中垂线的最小二乘方向(或平均方向)为中线方向，即y向；两者叉积得另一方向,即x向；两侧最靠后的切缘中点的平均点在中线上的投影点取为原点。
[0121]
针对上述s204和s205，展开来说，首先获取待矫治牙齿的切缘中点(如4
‑
4牙齿的切缘中点)、牙弓宽度和牙弓深度，将上下颌牙齿的牙弓曲线拟合到同一坐标系下进行表示。示例性地，如图4所示，获取如图4中的(a)所示的初始数字化牙颌模型中各个牙齿的切缘中点、牙弓宽度和牙弓深度，在图4中的(b)所示的世界坐标系下表示上颌初始牙弓曲线和下颌初始牙弓曲线(图中用粗黑线示出)。可见，牙弓曲线，可以采用变形的椭圆曲线的函数进行表示，例如，该椭圆曲线的函数包括牙弓宽度w、牙弓深度d、牙弓宽度补偿量c1、牙弓宽度补偿量c2四类特征参数，其中，c1、c2采用权函数分配到椭圆曲线上。然后基于医学指标和初始牙弓曲线，得到牙弓曲线目标函数，牙弓曲线目标函数的特征参数可以包括上颌牙弓深度、下颌牙弓深度、待矫治牙齿的牙弓宽度补偿量，如1号牙齿的牙弓宽度补偿量、2号牙齿的牙弓宽度补偿量等。
[0122]
示例性地，以待矫治牙齿为图1虚线框所示的患者的4
‑
4牙齿为例，通过对患者的口腔进行扫描，利用3d数字成像技术与三维建模技术得到三维牙列网格模型数据，从而获取患者的初始数字化牙颌模型，然后识别初始数字化牙颌模型中获取各个牙齿的牙齿切缘、切缘中点、facc轴等牙齿特征，基于此牙齿特征，构建了患者的牙齿的目标函数，并且在上下颌牙齿的牙弓曲线拟合在同一个世界坐标系中进行表示，示例性地，所述牙弓曲线目
标函数的表示方式包括：表示切牙覆盖量的实际值与理想值的偏差、表示度量上下颌第一前磨牙之间的颊舌向偏差以及表示上下颌第二前磨牙与第一磨牙切缘中点距离牙弓曲线的距离进行求和。
[0123]
牙弓曲线目标函数设置为min.f(x)；
[0124]
表示切牙覆盖量的实际值与理想值的偏差设置为δθ1；
[0125]
表示度量上下颌第一前磨牙之间的颊舌向偏差δθ2；
[0126]
表示上下颌第二前磨牙与第一磨牙切缘中点距离牙弓曲线的距离δθ3：
[0127]
因此目牙弓曲线目标函数表示为：min.f(x)＝δθ1+δθ2+δθ3；
[0128]
在目牙弓曲线目标函数中预设排牙参数可以满足约束条件：
[0129]
l(x1,x2)≤δ
teeth_u
,δ
elmgap_u
；
[0130]
l(x3,x4)≤δ
teeth_l
,δ
elmgap_l
；
[0131]
l(x3,x4)≤δ
teeth_l
,δ
elmgap_l
；
[0132]
δ
teeth_u
‑
δ
enamax_u
≤l(x1，,x2)；
[0133]
δ
teeth_l
‑
δ
enamax_l
≤l(x3，,x4)；
[0134]
(n(x,p
23
)
‑
n(x,p4))*(n(x,p
23
)
‑
(x1‑
x3‑
δ
ε
))≤0；
[0135]
其中，min.f(x)为f(x)取最小值，x1：上颌牙弓深度；x2：上颌4/5号牙邻接点近中侧任意一点处的牙弓宽度补偿量；x3：上颌4/5号牙邻接点至6/7号牙邻接点之间任意一点处的牙弓宽度补偿量；x4：下颌牙弓深度；x5：下颌4/5号牙邻接点近中侧任意一点处的牙弓宽度补偿量；x6：下颌4/5号牙邻接点至6/7号牙邻接点之间任意一点处的牙弓宽度补偿量；n、m、t为大于0的实数；ω1，ω2，ω3为权系数；δ
ε
：上、下颌坐标系原点在y轴上的偏差；δ
ovj_0
,δ
ovj_1
：1号牙处的覆盖初始值，目标值；δ
ovj_4
：上颌4号牙颊尖至中央沟的颊舌向距离；
[0136]
δ
teeth_u
,δ
teeth_l
：上下颌总牙量；
[0137]
δ
elmgap_u
,δ
elmgap_l
：上下颌消除间隙的最小去釉量；
[0138]
δ
enamax_u
,δ
enamax_l
：上下颌最大去釉量；
[0139]
r：上下1号牙覆盖趋向目标值的加权函数；
[0140]
n：上颌牙弓曲线上某个点至下颌牙弓的距离；
[0141]
d：单颌牙弓曲线至5/6号牙切缘重点距离；
[0142]
l：单颌牙弓曲线4
‑
4之间的弧长；
[0143]
p
23
：上颌牙弓曲线2/3邻接点、p4：4号牙颊尖点的位置参数。。
[0144]
之后，通过对上述目标函数并结合预设排牙参数的迭代计算，可以得到使得目标函数的最小的特征参数x1，x2，x3，x4，x5，x6的具体值，然后基于特征参数x1，x2，x3，x4，x5，x6可以得到目标牙弓曲线(如图5所示的曲线)。从该目标牙弓曲线可见，目标牙弓曲线上4
‑
4号牙齿的牙弓宽度得到了补偿。
[0145]
需要说明的是，上述公式f(x)的各项还可以存在其它变形，例如，表示切牙覆盖量的实际值与理想值的偏差δθ1至少包括以下一种方式：
[0146]
ω1[r(x1,x4,δ
ovj_0
,δ
ovj_1
)]
n
；
[0147]
或ω1(lnr(x1,x4,δ
ε
,δ
ovj_0
,δ
ovj_1
))
n
，
[0148]
或
[0149]
表示度量上下颌第一前磨牙之间的颊舌向偏差δθ2至少包括以下一种方式：
[0150]
ω2[n(x，p4)
‑
δ
ovj_4
]
m
；
[0151]
或ω2(lnn(x，p4)
‑
δ
ovj_4
)
m
；
[0152]
或
[0153]
在一种可能的设计中，表示上下颌第二前磨牙与第一磨牙切缘中点距离牙弓曲线的距离δθ3至少包括以下一种方式：
[0154]
ω3[d(x1，x2)+d(x3，x4)]
t
[0155]
或ω3(lnd(x1，x2)+d(x3，x4))
t
；
[0156]
或
[0157]
以上δθ1、δθ2、δθ3在表示f(x)时可以进行任意组合
[0158]
其中，n、m、t为大于0的实数。
[0159]
基于所述目标牙弓曲线，本技术实施例还可以对待矫治牙齿进行排列，具体地，可以基于所述目标牙弓曲线，移动所述待矫治牙齿的位置，如将牙齿按照牙弓曲线有序的分布在牙弓上，然后对位置移动后的待矫治牙齿的角度进行调整，使得调整后的所述待矫治牙齿的相邻牙齿之间的碰撞量满足设定区间，所述碰撞量是基于调整后的待矫治牙齿的转矩角度确定的。在模拟排牙过程中会发生碰撞，轴倾角按照fdi号指定牙齿长轴方向实现；2
‑
2牙齿转矩角按照fdi号指定facc轴方向实现，3
‑
4号牙齿转矩角先按fdi号指定facc轴方向得到初始值，再利用facc中点做补偿得到最终值；扭转角依据切缘与牙弓曲线相切实现。示例性地，针对碰撞量，一种可能的计算方式可以是将实际去釉量均分得到，具体的，将实际去釉量均分得到相邻牙齿的碰撞量，将4
‑
4牙齿的切缘中点沿牙弓曲线移动，使牙齿之间的碰撞量达到设定区间。在碰撞过程中，轴倾角按照fdi号指定牙齿长轴方向实现；2
‑
2牙齿转矩角按照fdi号指定facc轴方向实现，3
‑
4号牙齿转矩角先按fdi号指定facc轴方向得到初始值，再利用facc中点做补偿得到最终值；扭转角依据切缘与牙弓曲线相切实现。另一种可能的计算方式可以是将实际去釉量非均分得到，具体的，总去釉量为δ，根据美学的需要，两个1号牙之间按照min{δ,0.5}计算实际去釉量；若余下的去釉量δ
c
＞0，按照3/4号牙之间、4/5号牙之间、2/3号牙之间、1/2号牙之间的次序去釉，按照min{rδ
c
,0.5}计算实际去釉量，r分别取0.75、0.6、0.5、1，δ
c
每次计算后更新。
[0160]
在一种可能的实施例中，为了对模拟排牙的结果进行优化，还可以将将上颌后牙和下颌后牙调整至满足设定碰撞量的咬合状态；将上下颌牙按照所述设定牙齿调整顺序平移至设定覆合理想值，利用碰撞检测算法计算上下颌的碰撞量，并去除碰撞量，使得所述患者的数字化牙齿实现覆合。设定覆合理想值的确定方法包括：根据所述医学指标和美学需求，以及所述患者的后牙的咬合状态信息(如上下颌后牙切缘中点在咬合方向上的投影距离)、患者的牙齿的实际的覆合值(如上下颌1号牙切缘中点在咬合方向上的投影距离)，计算得到所述患者的牙齿的设定覆合理想值。例如，先将上下颌后牙调至
‑
0.2碰撞量的咬合状态；再按照上颌1/3号牙、下颌2
‑
2号牙、下颌3号牙、上颌2号牙、上颌4号牙、下颌4号牙的顺序分别微调牙齿的z向位移，实现上下颌4
‑
4牙齿实现覆合。
[0161]
如图6所示，针对患者的4
‑
4牙齿，患者的初始数字化牙颌模型可以如图6中的(a)
所示和图6中的(b)所示，按照上述方法进行模拟排牙的后排牙结果可以如图6中的(c)所示和如图6中的(d)所示，可见，按照上述方法模拟排牙得到4
‑
4牙齿比较整齐，切与未被矫正的其它牙齿之间满足牙齿排列错落有致，牙齿整齐的矫治要求。另外，通过计算机建模运算来减少牙齿正畸方案的设计过程中的人工耗时，可以提高工作效率。
[0162]
参见图7，为本技术实施例又提供的一种数字化牙齿排列系统，该系统包括获取模块701，用于获取患者的初始数字化牙颌模型。
[0163]
识别模块702，用于识别所述患者的初始数字化牙颌模型的牙齿特征；所述牙齿特征包括：牙齿切缘、牙齿切缘中点、临床牙冠空间姿态。
[0164]
构建模块703，用于根据所述牙齿特征利用预设牙弓曲线表示模型在目标牙颌坐标系上构建初始牙弓曲线。
[0165]
构建模块703，还用于根据所述初始牙弓曲线结合医学指标获取牙弓曲线目标函数；根据所述牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数对所述初始牙弓曲线进行修正处理，并得到目标牙弓曲线。
[0166]
排列模块704，用于在所述目标牙弓曲线上对所述初始数字化牙颌模型上的牙齿进行排列处理；
[0167]
其中，牙齿切缘中点包括：所述初始数字化牙颌模型中前牙区牙齿切缘中点，和/或后牙区牙齿颊尖中点，切牙切缘中点、尖牙牙尖点、前磨牙颊尖点以及磨牙颊尖中间点，前磨牙颊尖点以及磨牙颊尖中间点的获取方式为：在同一磨牙上最远两个颊尖点的求取中点。
[0168]
在一种可能的设计中，构建模块702具体用于：获取所述初始数字化牙颌模型的的咬合方向；基于所述待矫治牙齿的牙齿切缘中点和所述咬合方向，构建目标牙颌坐标系。
[0169]
在一种可能的设计中，构建模块702还用于：
[0170]
获取所述初始数字化牙颌模型的的牙颌中线，结合所述牙齿特征的牙齿切缘中点和所述咬合方向构建所述初始数字化牙颌模型的初始牙颌坐标系，其中，所述初始牙颌坐标系的y轴为所述牙颌中线，z轴为咬合方向，x轴为y轴和z轴的叉积；
[0171]
分别对单颌单侧初始数字化牙颌模型上设定牙齿的牙齿切缘中点向颌平面进行映射投影，对映射投影点通过主成分分析算法获取其投影点主方向；
[0172]
将获取的单颌初始数字化牙颌模型两侧的投影点主方向进行角平分线处理，并将角平分线设置为修正的牙颌中线；
[0173]
基于所述修正后的牙颌中线调整所述初始牙颌坐标系，得到所述目标牙颌坐标系，其中，所述目标牙颌坐标系的y轴为所述修正的牙颌中线，z轴为咬合方向，x轴为y轴和z轴的叉积。
[0174]
在一种可能的设计中，构建模块702在根据所述牙齿特征利用预设牙弓曲线表示模型在目标牙颌坐标系上构建初始牙弓曲线时，具体用于：
[0175]
从所述牙齿特征中获取牙弓宽度信息，以及牙弓宽度补偿信息；
[0176]
通过预设权函数将所述牙弓宽度补偿信息分配到所述预设牙弓曲线表示模型上，结合所述牙弓宽度信息以及牙弓深度得到构建在目标牙颌坐标系上的所述初始牙弓曲线。
[0177]
在一种可能的设计中，构建模块702在根据所述牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数对所述初始牙弓曲线进行修正处理，并得到目标牙弓曲线时，具体用于：
[0178]
获取所述患者的待矫治牙齿期望满足的预设排牙参数；所述预设排牙参数包括上下颌前牙覆盖趋向目标值、上颌或下颌的待矫治牙齿的牙弓曲线弧长落入设定区间、所述上颌或下颌的待矫治牙齿之间的碰撞量满足设定区间；
[0179]
根据所述牙弓曲线目标函数结合预设排牙参数，对所述初始牙弓曲线的待矫治牙齿的牙弓宽度补偿量、所述待矫治牙齿的去釉量进行修正处理，并得到所述目标牙弓曲线。
[0180]
在一种可能的设计中，排列模块704，具体用于：基于所述目标牙弓曲线，移动所述初始数字化牙颌模型上的牙齿的位置，并对所述初始数字化牙颌模型上的牙齿的角度进行调整，得到所述患者的数字化牙齿排列结果。
[0181]
在一种可能的设计中，排列模块704，具体用于：将上颌后牙和下颌后牙调整至满足设定碰撞量的咬合状态；
[0182]
将上下颌牙按照所述设定牙齿调整顺序平移至设定覆合理想值，利用碰撞检测算法计算上下颌的碰撞量，并去除碰撞量，使得所述患者的数字化牙齿实现覆合。
[0183]
关于数字化牙齿排列系统有益效果可以参见上述方法实施例的描述，在此不再重复赘述。
[0184]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0185]
在本技术实施例各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0186]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：快闪存储器、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0187]
本技术实施例还提供一种壳状牙齿矫治器的设计方法，该设计方法包括基于上述数字化牙齿排列方法设计壳状牙齿矫治器。在本实施例中在进行设计壳状牙齿矫治器时，需要先设计数字化牙颌模型，科学合理的设计数字化牙颌模型是生产牙齿矫治器的基础，需要通过上述方法实施方式实现各个矫治阶段的排牙，排牙后才能制造壳状牙齿矫治器，如高分子壳状牙齿矫治器。在以此对第一实施例的实施方式不做赘述。
[0188]
本技术实施例还提供一种制造壳状牙齿矫治器的方法，包括：根据上述壳状牙齿矫治器的设计方法设计壳状牙齿矫治器；采用3d打印或热压膜方法制造壳状牙齿矫治器。其中，采用3d打印的方式制作数字化壳状牙齿矫治器模型，3d打印个性化程度高，适用于为不同患者量身定做不同的数字化壳状牙齿矫治器模型；或根据牙齿模型直接打印壳状牙齿矫治器，此种方式制造更加智能化，节省了热压膜工艺等，缩短了加工工时，生产效率进一
步得到提高。
[0189]
本技术实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，处理器执行存储器存储的计算机指令，使得电子设备执行上述数字化牙齿排列方法。
[0190]
本技术实施例还提供一种计算机存储介质，包括计算机指令，当计算机指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述数字化牙齿排列方法。
[0191]
以上所述，仅为本技术实施例的具体实施方式，但本技术实施例的保护范围并不局限于此，任何在本技术实施例揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术实施例的保护范围之内。因此，本技术实施例的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。