一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法。输入牙齿模型，计算每颗下颌牙齿模型的中点，按照顺寻连接所有下颌牙齿模型的中点构成下颌轨迹线；再根据下颌轨迹线上用户确定的截面，获取截面和牙齿模型的交点集合；针对每一对上下牙齿模型，确定初始点构建上下颌牙齿线，作为上下颌的位置关系。本发明专利技术利用截面和牙齿模型的交点确定上下颌牙齿线段，帮助实现了在二维下上下颌关系的检测，方便后期牙齿上下颌关系评估和分析工作的进行，在节省时间的同时也一定程度提高观测的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法
本专利技术设计了一种三维牙齿网格模型检测处理算法，尤其涉及了一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法。
技术介绍
近年来，数字口腔技术迅速发展，隐形牙齿正畸也逐渐普及。数字治疗辅助系统完成的工作就离建立牙齿模型，为矫治方案的设计提供数据支持。通常为了获得牙齿模型，首先需要通过光学方法扫描石膏模型获得牙颌的三维数据，然后运用数字集合处理技术分割牙齿，对牙齿进行编号方便后期的操作，然后通过对数字模型进行一系列的操作。咬合关系又称牙合关系，即上齿和下齿牙合面的尖和窝交叉相对。传统正畸手术中牙齿的咬合关系对于错牙颌畸形的评价、义齿修复设计、咬合接触面积的测量以及牙齿磨耗的观察都具有重要意义。提供准确的咬合关系对于隐形正畸形具有指导性的作用。传统的咬合关系研究主要利用石膏模型作为研究手段，但是石膏模型占据大量存储空间、容易顺坏，不易操作和模型交流。随着数字化测量技术提出，有人提出了一种确立三维数字化牙颌模型咬合关系的新方法[马俐丽,徐宝华.一种确立三维数字化牙颌模型咬合关系的新方法[J].临床口腔医学杂志,2011,27(07):420-422.]。该方法通过固定好的上下颌模型和单独上下颌模型进行配准，获得了准确的上下颌关系。这种方法能在三维数字化模型中确定上下颌模型，不占用很大存储空间、不易损坏和容易交流，但是没有提供一种直观的上下颌关系显示，三维下上下颌观测十分困难。目前现有技术缺少了一种直观的二维条件下三维数字化牙齿上下颌关系检测算法。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法，检测快速，显示直接，可以对任意位置进行上下颌关系检测。本专利技术方法能够通过求各个牙齿的中点，通过中点连线获得移动轨迹线，然后截面沿着轨迹线移动获得固定截面，计算获得固定截面与分别与上齿和下齿的一圈交线，上下两圈交线反应了上下颌牙齿检测算法。本专利技术输入牙齿模型，对下颌每颗牙齿求中点，获得轨迹线，通过轨迹线确定截面，截面截取模型，获得一系列点，对点做筛选排序确定上下颌截线，比较上下颌截线确定上下颌的位置关系。为了实现上述的目的，本专利技术采用的技术方案为包括以下步骤：1)输入上下颌的牙齿模型，计算每颗下颌牙齿模型的中点，按照顺寻连接所有下颌牙齿模型的中点构成下颌轨迹线；本专利技术输入的牙齿模型是指通过3D扫描设备对患者牙齿的石膏模型进行扫描得到的，经过切割模型。在获得牙齿模型后，为保证牙齿的有序排序和后期倒凹的命名，先对全颌牙齿进行规范命名。具体实施中可以先对每颗牙齿的命名，牙齿名称由2位字母和1位数字组成，第一位字母是U或L，分别表示上颌牙齿或下颌牙齿，第二位字母是L或R，分别表示牙齿左边或者右边，第三位数字表示牙齿某一边的第几颗牙齿。同时为了保证倒凹和牙龈充分融合，输入形成虚拟的四个控制点。2)再根据下颌轨迹线上用户确定的截面，获取截面和牙齿模型的交点集合；3)针对每一对上下牙齿模型，确定初始点根据连接法则构建上下颌牙齿线，作为上下颌的位置关系，用上下颌牙齿线表征上下颌的位置关系。所述步骤1)具体为：1.1)计算下颌的每颗牙齿模型的中心点，牙齿模型由三角面片组成，三角面片由三个顶点组成，一颗牙齿模型的所有顶点表示为{m1,m2,...,mN}，其中mN表示表示牙齿模型的第N个点，N表示一颗牙齿模型中顶点的总数量，按照如下公式获得第n个牙齿模型的中点mLn：1.2)通过步骤1.1)获得下颌各个牙齿模型的中点，按照牙齿顺序依次连线获得初步轨迹线{mL1,mL2,...,mLn}，n表示下颌牙齿中的牙齿总数量；1.3)获得最终轨迹线，对初步轨迹线首尾两端做扩展使得初步轨迹线完全覆盖牙齿区域，在初步轨迹线的首尾两端采用以下公式增加两个点mL0和mLn+1，获得最终轨迹线{mL0,mL1,mL2,...,mLn,mLn+1}作为下颌轨迹线，保证最终轨迹线充分覆盖了所有牙齿：其中，mL0表示初步轨迹线的首端点，mLn+1示初步轨迹线的尾端点。所述步骤2)具体为：2.1)获取截面：用户在下颌轨迹线上选取任一点mx，在该点mx上采用以下方式作截面α，截面α用点mx和方向向量表示为：其中，Pα表示截面α上一点，表示截面α的方向向量，mx表示用户在下颌轨迹线上所选取的一点，mLx和mLx+1表示点mx在下颌轨迹线上所在线段的两个端点，线段是由下颌轨迹线上的中点/首端点/尾端点中相邻两点连接构成，即{mL0,mL1,mL2,...,mLn,mLn+1}某相邻两点。2.2)计算截面α和上下牙齿的牙齿模型的所有交点，由于牙齿模型是由多个三角面片组成，即计算截面与上颌和下颌的一对牙齿模型的交点，就是求每个三角面片和截面的交点，交点按照如下表示方式获取：以牙齿模型中的每个三角面片△ABC为例，三角面片△ABC的边AB用点法式表示为过点PL的直线方向向量PL＝PA，表示三角面片△ABC中的点A到点B的向量，PA表示三角面片△ABC中的点A；对于每个截面，采用以下公式计算每个三角面片的边AB所在直线与截面的交点Pin：再按照如下公式判断交点Pin是否在线段AB之内：满足上述公式的交点Pin认为交点在截面α上，将满足上述公式的所有交点Pin组成交点集合O{o1,o2,...on}。本专利技术所述的牙齿模型为封闭网格模型。所述步骤3)具体为：3.1)获取下颌牙齿线初始点：交点集合O{o1,o2,...on}某些点在上颌，某些点在下颌，为了获取下颌的初始点必须找到一个下颌的初始点mLs0，取位于用户所选取的点mx下方且距离点mx最近的交点集合O{o1,o2,...on}中的交点作为下颌牙齿线的初始点；3.2)由于三角面片边相互重叠，所以当前点的下一个点必定与初始点的坐标相等，从初始点开始作为当前点，采用以下公式表示的满足条件从交点集合O{o1,o2,...on}选取当前点的下一个交点mLs1，即从交点集合O{o1,o2,...on}中选取和当前点坐标已知的另一个交点作为下一个交点mLs1：其中，mLs1.Z表示当前点下一个点的Z轴坐标值，mLs.Z表示当前点的Z轴坐标值，XYZ分别表示牙齿模型所在三维坐标系下的三维坐标轴；由于轨迹线是连续的，当前点的下一个交点mLs1mLs2和下下一个交点mLs1位于同一三角网格面上，接着采用以下公式表示的满足条件从交点集合O{o1,o2,...on}选取当前点的下下一个交点mLs2即，从交点集合O{o1,o2,...on}选取和下一个交点mLs1在同一三角面片上的交点作为下下一个交点mLs2：mLs2.n＝mLs1.n其中，mLs1.n表示当前点下一个点的所属三角面片序号，mLs2.n表示当前点下下一个点的所属三角面片序号；3.3)以下下一个交点mLs2作为当前点，不断重复3.2)过程进行顺序遍历回到初始点，将交点集合O{o1,o2,...on}中的所有交点进行排序处理获得下颌牙齿点集合PL{pl1,pl2,...,pln}，按照排序依次连接构成下颌牙齿线。所述步骤4)具体为：4.1)获取下颌牙齿线中最高的点pll，即比较下颌点集合PL{pl1,pl2,...,pln}所有点的Z轴坐标，获取Z轴坐标值最大的点pll，Z轴沿上颌牙齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法，其特征包括以下步骤：1)输入牙齿模型，计算每颗下颌牙齿模型的中点，按照顺寻连接所有下颌牙齿模型的中点构成下颌轨迹线；2)再根据下颌轨迹线上用户确定的截面，获取截面和牙齿模型的交点集合；3)针对每一对上下牙齿模型，确定初始点构建上下颌牙齿线，作为上下颌的位置关系。

【技术特征摘要】
1.一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法，其特征包括以下步骤：1)输入牙齿模型，计算每颗下颌牙齿模型的中点，按照顺寻连接所有下颌牙齿模型的中点构成下颌轨迹线；2)再根据下颌轨迹线上用户确定的截面，获取截面和牙齿模型的交点集合；3)针对每一对上下牙齿模型，确定初始点构建上下颌牙齿线，作为上下颌的位置关系。2.根据权利要求1所述一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法，其特征在于：所述步骤1)具体为：1.1)计算下颌的每颗牙齿模型的中心点，一颗牙齿模型的所有顶点表示为{m1,m2,...,mN}，其中mN表示表示牙齿模型的第N个点，N表示一颗牙齿模型中顶点的总数量，按照如下公式获得第n个牙齿模型的中点mLn：1.2)通过步骤1.1)获得下颌各个牙齿模型的中点，按照牙齿顺序依次连线获得初步轨迹线{mL1,mL2,...,mLn}，n表示下颌牙齿中的牙齿总数量；1.3)获得最终轨迹线，在初步轨迹线的首尾两端采用以下公式增加两个点mL0和mLn+1，获得最终轨迹线{mL0,mL1,mL2,...,mLn,mLn+1}作为下颌轨迹线：其中，mL0表示初步轨迹线的首端点，mLn+1示初步轨迹线的尾端点。3.根据权利要求1所述一种基于截面的三维数字化牙齿上下颌关系检测算法，其特征在于：所述步骤2)具体为：2.1)获取截面：用户在下颌轨迹线上选取任一点mx，在该点mx上采用以下方式作截面α，截面α用点mx和方向向量表示为：其中，Pα表示截面α上一点，表示截面α的方向向量，mx表示用户在下颌轨迹线上所选取的一点，mLx和mLx+1表示点mx在下颌轨迹线上所在线段的两个端点，线段是由下颌轨迹线上的中点/首端点/尾端点中相邻两点连接构成。2.2)计算截面α和上下牙齿的牙齿模型的所有交点：以牙齿模型中的每个三角面片△ABC为例，三角面片△ABC的边AB用点法式表示为过点PL的直线方向向量PL＝PA，表示三角面片△ABC中的点A到点B的向量，PA表示三角面片△ABC中的点A；对于每个截面，采用以下公式计算每个三角面片的边AB所在直线与截面的交点Pin：再按照如下公式判断交点Pin是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启超，宋雷，褚玉伟，张伟伟，宁楠，宣梦洁，
申请(专利权)人：杭州美齐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33