建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机辅助设计、视觉分析技术领域，特别是涉及建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法。
【背景技术】
[0002]建立良好、稳定的牙齿咬合关系是口腔颁面外科手术的重要目标之一。也因此，在治疗中确定良好的终末咬合关系，是手术设计的重要内容。传统方法是通过手动调整患者牙齿的石膏模型来确定终末咬合关系，通常采用如下方法确定终末咬合关系:医生在石膏模型拼对咬合关系后，通过激光扫描将该咬合关系数字化，再通过复杂的配准过程才能实现咬合关系与骨块的融合。该方法的缺点包括:1)费时费力；2)需要特殊设备支持，如激光扫描仪；3)医生确定咬合关系时看不到骨骼信息，影响对终末咬合关系的判断。因此，传统方法一方面完全依赖于医生的经验，不够直观；另一方面并未发挥计算机辅助设计的优势。
[0003]随着计算机辅助设计技术的日益普及与应用，虚拟截骨、虚拟就位、软组织预测等操作均能在软件环境下操作完成，但是目前国内外鲜有在虚拟环境下建立咬合关系的准确、有效方法。仅有的报道是在软件环境下完全模拟模型操作的过程，并加入碰撞检测算法补偿软件环境下无石膏触感的缺陷。但碰撞检测的加入导致计算时间延长，实时性差，操作者(医生)无法接受。
[0004]随着计算机辅助设计技术在口腔颁面外科手术的广泛应用，迫切需要在虚拟环境下准确、有效建立咬合关系的解决方案。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法，基于视觉分析原理，在三维可视化环境下，通过直观的图像和客观的量化指标，来辅助医生在计算机上建立新的咬合关系模型，以更好的指导正畸和正颁的外科治疗。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]1.一种建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0008]I)采集并读取上下颁牙列的三维数据模型，包括CT三维重建数据或牙齿三维扫描数据；
[0009]2)在牙列的三维数据模型上选取尖窝对应点，分别标记出若干个上下颁相互对应的牙尖标记点和牙窝标记点；
[0010]3)计算尖窝对应点向量和上下颁点云距离，显示尖窝对应向量图和二维碰撞检测色谱图；
[0011]4)移动三维数据模型，即固定下(上)颁，在三维坐标系下沿任意轴平移和旋转上(下)颁，直至上下颁处于一个良好的咬合对应关系；
[0012]5)提供三维可视化的实时碰撞检测，计算三维碰撞模型；
[0013]6)对三维碰撞检测计算出的三维碰撞模型，与步骤4)得到的上下颁牙列三维数据模型进行布尔运算，去除干扰，得到确立上、下牙列对和的虚拟咬合模型；
[0014]7)将建立的虚拟咬合模型保存并导出。
[0015]2.进一步的，所述步骤I)中，所述三维数据包括通过三维扫描或者CT数据三维重建得到的，STL、wrl, obj等计算机辅助设计软件能读取和编辑的通用格式的三维数据；读取三维数据时，需要保持其坐标系不变。
[0016]3.进一步的，所述步骤2)中，选取尖窝对应点的数量为:切牙至少一个；尖牙和双尖牙至少为两个；磨牙为四个。
[0017]4.进一步的，所述步骤2)中，尖窝对应点的对应关系为:上颁切牙近中点对应下颁切牙近中点；上颁尖牙远中点对应下颁尖牙牙尖点，上颁尖牙牙尖点对应下颁尖牙近中点；上颁双尖牙舌侧牙尖点对应下颁双尖牙牙窝点，上颁双尖牙牙窝点对应下颁双尖牙颊侧牙尖点；上颁磨牙舌侧近中牙尖点对应下颁磨牙近中牙窝点，上颁磨牙近中牙窝点对应下颁磨牙颊侧近中牙尖点，上颁磨牙舌侧远中牙尖点对应下颁磨牙远中牙窝点，上颁磨牙远中牙窝点对应下颁磨牙颊侧远中牙尖点。
[0018]5.进一步的，所述步骤3)中，所述尖窝对应向量图为上颁尖窝点与其相对应的下颁尖窝点两两一组构成的三维向量在切面上的投影向量，用其长短和方向来提示尖窝对应的情况。
[0019]6.进一步的，所述步骤3)中，所述二维碰撞检测色谱图为根据上下颁点云距离的实时统计，通过计算上下颁点云的距离，并将其转换为颁平面上的二维色谱图像，用来实时提示碰撞位置和碰撞深度。
[0020]7.进一步的，所述步骤4)中，所述平移和旋转包括按坐标轴平移、旋转和按任意向量平移、旋转，且旋转时可以将旋转中心定义为点云中的任意一点。
[0021]8.进一步的，所述步骤4)中，所述平移和旋转的实现方式包括输入数值和用鼠标拖动对象移动器来交互式地实现三个方向上的平移和旋转。
[0022]9.进一步的，所述步骤5)中，所述三维碰撞模型是将上下颁碰撞，即两个三维数据的相交部分，转化为可编辑的三角面片数据，并三维显示。
[0023]10.进一步的，所述步骤7)中，建立虚拟咬合关系后，将模型保存和导出时，保持其坐标系不变。
[0024]本发明的技术效果:
[0025]本发明提供的一种建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法，实现了完全在计算机虚拟环境中建立咬合关系的功能，代替了繁琐的手工操作，能够在三维可视化环境下，为医生提供更加直观且客观的参考数据，通过直观的图像和客观的量化指标，来辅助医生在计算机上建立新的咬合关系模型，对正畸和正颁的治疗具有重要的指导意义。更重要的是，能够将建立的咬合关系结果直接应用于后续的虚拟设计，避免了通过扫描来获取咬合关系的误差。
【附图说明】
[0026]图1是本发明一种建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明的保护内容并不限于此。
[0028]如图1所示，是本发明一种建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法的流程图。
[0029]1.一种建立牙齿咬合关系的计算机辅助设计方法，包括以下步骤:
[0030]I)采集并读取上下颁牙列的三维数据模型，包括CT三维重建数据或牙齿三维扫描数据；
[0031]步骤I)中，所述三维数据包括通过三维扫描或者CT数据三维重建得到的，STL、wrl、obj等计算机辅助设计(Computer Assisted Design，CAD)软件能读取和编辑的通用格式的三维数据；读取三维数据时，需要保持其坐标系不变。
[0032]2)在牙列的三维数据模型上选取尖窝对应点，分别标记出若干个上下颁相互对应的牙尖标记点和牙窝标记点；
[0033]步骤2)中，选取尖窝对应点的数量为:切牙至少一个；尖牙和双尖牙至少为两个；磨牙为四个。尖窝对应点的对应关系为:上颁切牙近中点对应下颁切牙近中点；上颁尖牙远中点对应下颁尖牙牙尖点，上颁尖牙牙尖点对应下颁尖牙近中点；上颁双尖牙舌侧牙尖点对应下颁双尖牙牙