自动构造牙轴的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了基于三个正交单位矢量自动构造牙齿的牙轴的系统和方法。利用牙齿的三维数据，自动构造该牙齿的牙轴。本发明专利技术公开了对诸如切牙、犬牙、前磨牙和磨牙的不同类型的牙齿自动构造牙轴的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
自动构造牙轴的系统和方法相关申请的交叉引用本申请是基于2009年5月8日提交的、申请号为2007800415953、专利技术创造名称为“自动构造牙轴的系统和方法”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术一般地涉及正牙学
，并且本专利技术尤其涉及根据三个正交单位矢量自动构造牙轴的系统和方法。
技术介绍
正畸的一个目的，是将患者的牙齿移动到牙齿功能最佳并且也美观的位置。正畸医师对患者的牙齿安装诸如牙箍和金属丝(wire)的传统器具。牙箍一旦安装到牙齿上就对牙齿施加持续力，并且逐渐将牙齿推动到各自的理想位置。正畸医师通过在此期间调节金属丝使牙齿移动到其最终目的地实现此目的。正畸托槽通常直接粘接到患者的牙齿上。通常在每个托槽的基底上涂布少量粘合剂，然后，将托槽放置到选择的牙齿上。在粘合之前，将托槽调整到牙齿上的要求位置。在治疗进展过程中，一旦粘合剂硬化，托槽就以足够的强度粘接到牙齿上，以经受住后续正畸力。这种技术的一个缺点是，在上下颌合上期间，难以将托槽的最佳面置于严重拥挤的牙齿上或者被对侧牙弓上的牙齿阻挡其粘接面的牙齿上。对于后牙，治疗医师可能难以看到托槽相对于牙面的精确位置。执行粘接过程所需的时间可能不仅对治疗医师而且对患者均是麻烦事。此外，将患者唾液引起的潮湿污染降至最小的必要性可能延长该过程，并且还过度地降低了将托槽放置在牙齿上的精度。所有这些因素都增加了一个或者多个托槽被不正确定位在牙齿上的机会。已经开发了利用清洁、可拆卸牙齿矫正器作为牙箍替代品使牙齿便于移动的设备、系统和方法。与本专利申请为同一个受让人的美国第5,975,893号美国专利描述了一种采用多个可拆卸牙齿矫正器的系统。首先，取得患者的咬合模型，然后，根据正畸医师或者牙医开出的处方，确定患者牙齿要求的最终位置(即，在功能和/或者审美方面最佳的位置)。然后，设计牙齿的最初位置与其要求的最终位置之间的矫正路径。这些矫正路径通常包括多个位于牙齿的初始位置与最终位置之间的中间位置。于是，制造多个为了使牙齿沿矫正路径移动到各种位置而形成的清洁、可拆卸牙齿矫正器。提供这种矫正器的一种系统是位于加利福尼亚州(California)圣塔克拉拉市(SantaClara)的矫正技术公司(AlignTechnologies,Inc.)开发的System。设计牙齿的矫正路径通常涉及各种正畸测量和诊断。这些测量中的许多测量使用包括肉眼看不到的诸如牙根的牙齿部分的牙齿的数学模型。当前，采用手工构造牙轴，可以构造包括其牙根的牙齿模型。然而，这是个单调乏味的耗时过程，容易受到人为误差的影响。自动构造牙轴是值得的，因为这样可以节省时间并消除人为误差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了用于自动构造牙齿的牙轴的设备、系统和方法。根据典型实施例，对于具有牙脊的诸如切牙的牙齿，接收该牙齿的三维数据。计算与该牙齿的唇侧区域匹配的第一平面，并且计算与该牙齿的舌侧区域匹配的第二平面。然后，通过平分该第一面和第二面，可以对该组轴计算YZ平面。可以计算该组轴的OZ轴，以使该OZ轴近似表示该牙齿的旋转对称性轴。然后，计算该组轴的OY轴，以使该OY轴基本上平行于该牙齿的牙脊。可以计算该组轴的原点的Y坐标，以使该Y坐标近似表示该牙齿的牙脊的中点。最后，可以计算该原点的X坐标和Z坐标，以使该X坐标和Z坐标位于接近该牙齿的正面边缘。根据本专利技术第一方面，提供一种使用计算机系统操作的方法，用于产生将患者的切牙从初始位置移动到最终位置的用于正畸治疗的患者切牙的数字模型，所述切牙的轴根据如下步骤来产生：在输入终端中接收该切牙的三维数据以存储到内存装置；在借助于该计算机而没有操作员干预的情况下，在配置来对所接收的三维数据执行算法的微处理器上，通过计算用于平分该切牙的三维定界框的轴来计算该切牙的OZ轴，以使该OZ轴近似表示该切牙的旋转对称性轴；其中在确定该OZ轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行如下步骤：将围绕该OZ轴旋转180度之后的切牙的牙冠中的一定数量的顶点与未旋转的切牙中相应数量的最近顶点进行配对；根据该一定数量的配对顶点来计算刚体变换；和根据该变换计算新OZ轴；以及在借助于该计算机而没有操作员干预的情况下，计算该切牙的OY轴以使该OY轴基本上平行于该切牙的牙脊。在该方法中，在确定所述三维数据中切牙的轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行如下步骤：计算近似表示该切牙的唇侧区域的第一平面；计算近似表示该切牙的舌侧区域的第二平面；对于该组轴，计算YZ平面，其中该YZ平面近似使该切牙的唇侧区域和舌侧区域对称；计算该组轴的原点的Y坐标，以使该Y坐标近似表示该牙齿的牙脊的中点；以及计算该原点的X坐标和Z坐标，以使该X坐标和Z坐标位于接近该牙齿的正面边缘。在该方法中，在确定所述三维数据中切牙的轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行计算YZ平面的步骤，包括计算使该切牙的唇侧区域的第一平面和该切牙的舌侧区域的第二平面近似对称的平面。在该方法中，在确定所述三维数据中切牙的轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行如下步骤：计算第一平面，以利用最佳拟合将该切牙的唇侧区域的一组三维点进行匹配；以及计算第二平面，进一步包括利用最佳拟合将该切牙的舌侧区域的一组三维点进行匹配。在该方法中，在确定所述三维数据中切牙的轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行计算OZ轴的步骤，包括：重复所述旋转、配对和计算步骤以减小OZ轴的误差。在该方法中，在确定所述三维数据中切牙的轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行计算OZ轴的步骤，包括：计算使该切牙的三维网格的左边界和右边界对称的第二OZ轴；确定该OZ轴与该第二OZ轴的差别是否大于可配置量；以及通知操作员确定该OZ轴是否是处于可接受的位置。根据本专利技术的第二方面，提供一种计算机化系统，用于产生将患者的切牙从初始位置移动到最终位置的用于正畸治疗的患者切牙的数字模型，该计算机化系统包括微处理器，用于执行多种算法中的至少一个，以便产生切牙的一组轴，该计算机化系统进一步包括：内存装置；用于接收该切牙的三维数据的装置；用于计算用于近似表示该切牙的唇侧区域的第一平面的装置；用于计算用于近似表示该切牙的舌侧区域的第二平面的装置；用于针对该组轴计算YZ平面和OZ轴的装置，该YZ平面使该切牙的唇侧区域的第一平面和该切牙的舌侧区域的第二平面近似对称，并且该OZ轴是这样计算的：通过计算平分该切牙的三维定界框的轴来计算该OZ轴，以使该OZ轴近似表示该切牙的旋转对称性轴，其中在确定所述系统的OZ轴时，还包括以下装置：用于将围绕该OZ轴旋转之后的切牙中的一定数量的顶点与未旋转的切牙中相应数量的最近顶点进行配对的装置；用于根据该一定数量的配对顶点来计算刚体变换的装置；和用于根据该变换计算新OZ轴的装置；用于计算该组轴的OY轴以使该OY轴基本上平行于该切牙的牙脊的装置；用于计算该组轴的原点的Y坐标，以使该Y坐标近似表示该切牙的牙尖的装置；以及计算该原点的X坐标和Z坐标，以使该X坐标和Z坐标位于接近该切牙的正面边缘，其中所述微处理器配置来将表示所述一组轴的数据提供到可视显示装置。附图说明当在结合附图进行研究时，参考详细描述和权利要求书，可以更全面理解本专利技术，在所有附图中，相似的参考编号表示类似的单元，并且：图1A、1B和1C是示出患本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用计算机系统操作的方法，用于产生将患者的切牙从初始位置移动到最终位置的用于正畸治疗的患者切牙的数字模型，所述切牙的轴根据如下步骤来产生：在输入终端中接收该切牙的三维数据以存储到内存装置；在借助于该计算机而没有操作员干预的情况下，在配置来对所接收的三维数据执行算法的微处理器上，通过计算用于平分该切牙的三维定界框的轴来计算该切牙的OZ轴，以使该OZ轴近似表示该切牙的旋转对称性轴；其中在确定该OZ轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行如下步骤：将围绕该OZ轴旋转180度之后的切牙中的一定数量的顶点与未旋转的切牙中相应数量的最近顶点进行配对；根据该一定数量的配对顶点来计算刚体变换；和根据该变换计算新OZ轴；以及在借助于该计算机而没有操作员干预的情况下，计算该切牙的OY轴以使该OY轴基本上平行于该切牙的牙脊。

【技术特征摘要】
2006.09.22 US 60/826,714;2007.07.11 US 11/776,4661.一种使用计算机系统操作的方法，用于产生将患者的切牙从初始位置移动到最终位置的用于正畸治疗的患者切牙的数字模型，所述切牙的一组轴根据如下步骤来产生:在输入终端中接收该切牙的三维数据以存储到内存装置；在借助于该计算机而没有操作员干预的情况下，在配置来对所接收的三维数据执行算法的微处理器上，通过计算用于平分该切牙的三维定界框的轴来计算该切牙的OZ轴，以使该OZ轴近似表示该切牙的旋转对称性轴；其中在确定该OZ轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行如下步骤:将围绕该OZ轴旋转180度之后的切牙的牙冠中的一定数量的顶点与未旋转的切牙中相应数量的最近顶点进行配对；根据该一定数量的配对顶点来计算刚体变换；和根据该刚体变换计算新OZ轴；以及在借助于该计算机而没有操作员干预的情况下，计算该切牙的OY轴以使该OY轴基本上平行于该切牙的牙脊。2.根据权利要求1所述的方法，其中在确定所述三维数据中切牙的一组轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行如下步骤:计算近似表示该切牙的唇侧区域的第一平面；计算近似表示该切牙的舌侧区域的第二平面；对于该一组轴，计算YZ平面，其中该YZ平面近似使该切牙的唇侧区域和舌侧区域对称；计算该一组轴的原点的Y坐标，以使该Y坐标近似表示该切牙的牙脊的中点；以及计算该原点的X坐标和Z坐标，以使该X坐标和Z坐标位于接近该切牙的正面边缘。3.根据权利要求2所述的方法，其中在确定所述三维数据中切牙的一组轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行计算YZ平面的步骤，包括计算使该切牙的唇侧区域的第一平面和该切牙的舌侧区域的第二平面近似对称的平面。4.根据权利要求2所述的方法，其中在确定所述三维数据中切牙的一组轴时，所述微处理器进一步配置来用于执行如下步骤:计算第一平面，以利用最佳拟合将该切...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·杰程，罗文·卢斯志，吴富明，瓦迪姆·马涛，阿列克谢·伟士拿斯奇，
申请(专利权)人：矫正技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US