由口内扫描得到的关节运动的虚拟模型制造技术

本发明专利技术提供了一种用于由牙科扫描确定虚拟关节运动的方法。该方法包括接收人的上颌弓和下颌弓的数字3D模型，以及牙弓的多个不同咬合姿势的数字3D模型。使上颌弓和下颌弓的数字3D模型与咬合姿势配准，以产生限定咬合姿势的牙弓之间的空间关系的变换。基于数字3D模型和变换，该方法计算下颌弓相对于上颌弓的每个咬合姿势的纯旋转轴线表示。所述虚拟关节运动可用于进行修复或用于诊断目的。

Virtual Model of Joint Motion from Intraoral Scanning

The invention provides a method for determining virtual joint motion by dental scanning. The method includes a digital 3D model of the recipient's maxillary and mandibular arch, and a number of digital 3D models of the dental arch with different occlusal postures. The digital 3D models of maxillary arch and mandibular arch are aligned with occlusal posture to produce a transformation of the spatial relationship between dental archs that restrict occlusal posture. Based on digital 3D model and transformation, this method calculates the pure rotation axis representation of mandibular arch relative to maxillary arch in each occlusal position. The virtual joint motion can be used for repair or for diagnostic purposes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由口内扫描得到的关节运动的虚拟模型
技术介绍
随着越来越多的牙医依赖数字印模系统，数字牙科呈增长趋势。这些系统使用口内扫描相机或扫描传统的物理印模以及相关的处理系统，以生成患者牙齿的数字三维(3D)模型。然后，数字3D模型可用于进行口腔修复和高级诊断诸如检测牙齿磨损。准确的关节运动是进行此类修复和诊断的关键因素。用于机械关节运动的当前数据采集是耗时的并且需要昂贵的模拟装置。具体地，当前技术涉及使用面弓和实验室咬合架的手动过程来捕获下颌关节运动数据以进行复杂的康复。因此，需要对用于获取关节运动信息的当前手动过程进行数字替换。
技术实现思路
根据本专利技术，用于由牙科扫描确定虚拟关节运动的方法包括接收人的上颌弓和下颌弓的数字3D模型，以及接收上颌弓和下颌弓的多个不同咬合姿势的数字3D模型。该方法基于多个不同咬合姿势的数字3D模型确定虚拟关节运动模型，其中包括用于对应于咬合姿势的每个关节运动的下颌弓相对于上颌弓的纯旋转轴线的数字表示。附图说明附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分，并且附图与描述一起解释本专利技术的优点和原理。在附图中，图1是用于使用由口内扫描得到的数字3D模型生成虚拟关节运动的系统的图；图2示出了由口内扫描得到的3D牙齿模型；图3是表示由口内扫描确定虚拟关节运动的流程图；图4示出了用于扫描以生成虚拟关节运动的咬合姿势；图5示出了将咬合姿势的扫描与参考扫描配准；图6示出了将具有旋转分量的平移矢量变换为纯旋转轴线；图7示出了说明虚拟模型中的关节运动的数字3D模型；图8示出了上颌弓的数字3D模型；图9示出了下颌弓的数字3D模型；图10示出了闭合咬合姿势的数字3D模型；图11示出了张开咬合姿势的数字3D模型；图12示出了突出(向前)咬合姿势的数字3D模型；图13示出了左侧向咬合姿势的数字3D模型；图14示出了右侧向咬合姿势的数字3D模型；图15示出了张开姿势的数字3D模型；图16示出了突出姿势的数字3D模型；图17示出了左侧向姿势的数字3D模型；图18示出了右侧向姿势的数字3D模型；图19示出了数字3D模型中的原始旋转轴线；图20示出了数字3D模型中的平移矢量；图21示出了旋转和平移矢量；图22示出了矢量组合物；图23示出了具有数字3D模型的矢量；图24示出了具有数字3D模型的矢量；图25示出了具有四个不同轴线的数字3D模型，其使下颌骨模型动画化以用于虚拟关节运动；并且图26是用于应用虚拟关节运动模型的用户界面的图。具体实施方式使用数字3D模型在牙科市场变得越来越流行。这些模型可使用口内扫描仪、锥束计算机断层扫描(CBCT)扫描(即3DX射线)或磁共振成像(MRI)直接在体内获得；或者他们可通过扫描牙齿的印模或由牙齿的印模制成的铸件间接获得。间接数据采集方法的一些示例包括但不限于工业计算机断层扫描(CT)扫描(即3DX射线)、激光扫描和图案化光扫描。数字3D模型可用于各种临床任务，包括治疗计划、牙冠和种植体准备、口腔修复修复、正畸设置设计、正畸矫治器设计和诊断辅助，例如评估或直观地说明牙齿磨损。概述本专利技术的实施方案由用口内扫描仪捕获的几个极端咬合扫描计算下颌关节运动的虚拟模型。由于虚拟模型允许再现患者下颌骨相对于上颌骨的任何可能的运动，因此本专利技术可促进例如假体设计、正畸设置设计、磨损面识别、刻面根本原因识别、牙齿磨损预测、动态遮挡设计和调整(侧向和突出干扰避免、过早接触消除)和其他先进的诊断、预测和治疗计划。关键创新是通过口内扫描仪获得的牙齿表面数据计算下颌骨运动。图1是用于使用由口内扫描得到的数字3D模型生成虚拟关节运动的系统10的图。系统10包括处理器20，处理器20接收来自口内3D扫描或扫描牙齿的印模或铸件的牙齿或其他口内结构(12)的数字3D模型。系统10还可包括用于根据口内结构的扫描显示数字3D模型的电子显示装置16和用于接收用户命令或其他信息的输入装置18。由扫描得到的患者牙齿的数字3D模型的示例在图2中示出。在美国专利号7,956,862和7,605,817中公开了基于来自多个视图的图像集生成数字3D图像或模型的系统，这两个专利都如同全文陈述一样以引用方式并入本文。这些系统可使用口内扫描仪以从牙齿或其他口内结构的多个视图获得数字图像，并且处理这些数字图像以生成表示扫描牙齿或其他口内结构的数字3D模型或扫描。3D模型或扫描可实现为例如多边形网格或表示被扫描对象的表面或口内结构的点云。口内结构包括牙列，更典型地是人牙列诸如单个牙齿、象限、完整的牙弓、可以是单独的或各种类型的闭塞的成对的牙弓、软组织(例如，口腔的牙龈和粘膜表面或口周结构诸如嘴唇、鼻子、脸颊和下巴等)等，以及骨骼和任何其他支撑或周围结构。口内结构可能包括口腔内的天然结构和人造结构诸如牙科物体(例如，假体、植入物、器具修复物，修复部件或基台)。系统10可以用例如台式电脑、笔记本电脑或平板电脑来实现。系统10可通过网络从本地或从远程接收3D扫描。显示装置16可用任何电子显示器实现，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器或有机发光二极管(OLED)显示器。输入装置18可用用于输入信息或命令的任何装置来实现，例如键盘、麦克风、光标控制装置或触摸屏。系统10的部件也可组合，例如，平板电脑可将处理器、显示器和触摸屏输入装置合并成单个单元。图3是表示用于由口内扫描确定虚拟关节运动的方法的流程图。如下面进一步说明的，该方法包括接收数字3D模型或扫描1-n(步骤22)，由包括突出(和任选地后移)、张开、侧向左和侧向右旋转轴线的扫描确定关节运动(步骤24)，输出表示人的下颌骨的运动的虚拟关节运动模型(步骤26)，以及基于用于纯旋转轴线或其他类型输入的用户输入显示虚拟关节运动模型的姿势(步骤28)。如下面进一步说明的，用于确定关节运动的步骤24包括使咬合姿势的扫描与参考扫描配准(步骤23)，确定平移矢量和原始旋转轴线(步骤25)，以及由平移矢量和原始旋转轴线确定纯旋转轴线(步骤27)。该方法可以软件或固件模块实现，以由处理器诸如处理器20执行，并且该方法可能使用云计算来实现。虚拟关节运动模型可被显示在显示装置诸如显示装置16上，并且用户可经由显示装置16和输入装置18与虚拟关节运动模型进行交互。该方法的输入是下颌骨扫描、上颌骨扫描和以下五个咬合姿势扫描：闭合的(中心/最大牙尖吻合)；张开的向前或突出的(和任选地后移的)；侧向左；以及侧向右。图4示出了下颌(下)牙弓31位置相对于上颌(上)牙弓30的这些咬合姿势。该方法找到这些下颌弓和上颌弓对五次咬合扫描中每一次的最佳配合配准，确定对于每一个的下颌骨和上颌骨之间的相对关系。图5示出了将咬合姿势的扫描与参考扫描配准。具体地，并且在该示例中，与闭合位置中的上颌弓30和下颌弓31的扫描相对应的闭合咬合扫描32用作参考扫描，并且咬合位置的扫描、右扫描33、向前扫描34、张开扫描35和左扫描36均与闭合扫描32配准。除了闭合扫描32之外，其他扫描可用作用于配准的参考扫描。使用上颔骨作为固定参考坐标系，该方法将这些相对关系变换为共享坐标系以获得描述每个单独类型的关节运动相对于闭合姿势的极端下颌骨姿势的变换，具体是闭合到张开，闭合到突出，闭合到侧向左，以及闭合到侧向右。然后，反映本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由牙科扫描确定虚拟关节运动的方法，包括以下步骤：接收人的上颌弓和下颌弓的数字3D模型；接收所述上颌弓和所述下颌弓的多个不同咬合姿势的数字3D模型；以及基于所述多个不同咬合姿势的数字3D模型，确定虚拟关节运动模型，包括所述下颌弓相对于所述上颌弓的纯旋转轴线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 US 15/196,6311.一种用于由牙科扫描确定虚拟关节运动的方法，包括以下步骤：接收人的上颌弓和下颌弓的数字3D模型；接收所述上颌弓和所述下颌弓的多个不同咬合姿势的数字3D模型；以及基于所述多个不同咬合姿势的数字3D模型，确定虚拟关节运动模型，包括所述下颌弓相对于所述上颌弓的纯旋转轴线。2.根据权利要求1所述的方法，其中接收多个不同咬合姿势的数字3D模型的所述步骤包括接收闭合咬合姿势、张开咬合姿势、突出咬合姿势、左侧向咬合姿势和右侧向咬合姿势的数字3D模型。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定步骤包括使所述上颌弓和所述下颌弓的数字3D模型与所述多个不同咬合姿势的数字3D模型配准。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述上颌弓由上颌牙弓、上颌牙槽突、腭、颅骨或头部的可识别部分组成，不包括下颌骨。5.根据权利要求3所述的方法，还包括由所述配准确定变换矩阵，所述变换矩阵包含用于所述多个不同咬合姿势中每一个的旋转子矩阵和平移矢量。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定步骤包括确定与所述突出姿势相关的纯旋转轴线。7.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定步骤包括确定与所述张开姿势相关的纯旋转轴线。8.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定步骤包括确定与所述侧向右姿势相关的纯旋转轴线。9.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定步骤包括确定与所述侧向左姿势相关的纯旋转轴线。10.根据权利要求1所述的方法，还包括在电子显示装置上显示所述虚拟关节运动模型。11.一种用于由牙科扫描确定虚拟关节运动的系统，包括：用于接收人的上颌弓和下颌弓的数字3D模型的模块；用于接收所述上颌弓和所述下颌弓的多个不同咬合姿势的数字3D模型的模块；以及用于基于所述多个不同咬合姿势的数字3D模型确定虚拟关节运动模型的模块，其中包括所述下颌弓相对于所述上颌弓的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔贝托·阿尔瓦雷斯，埃里克·S·汉森，史蒂文·C·德姆洛，理查德·E·拉比，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US