一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法及系统，属于口腔医疗领域。该方法包括：(1)获得二维美齿特征线和三维牙列模型；(2)将所述二维美齿特征线转换为三维美齿特征线，然后将三维美齿特征线与所述三维牙列模型进行配准得到配准后的三维牙列模型；(3)在所述配准后的三维牙列模型上提取出待修复体牙模轮廓；(4)根据所述待修复体牙模轮廓和三维美齿特征线对所述三维牙列模型进行变形获得三维美齿修复牙模。本发明专利技术效率非常高，能够以二维美齿特征线为指导，计算出三维待修复体上的美学修复结果，满足快速实现牙模美学修复的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法及系统
本专利技术属于口腔医疗领域，具体涉及一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法及系统。
技术介绍
随着经济的发展，人们在口腔医疗方面的关注点，已经从解决病痛向提高人们的生活质量进行转变。例如，对于患者而言，已经不仅仅满足于恢复基本的咀嚼功能，而是更加关注自己修复后的牙齿美感和容貌变化。影响前牙美观的缺陷有很多种，其中包括牙齿缺损、牙色不良、牙齿排列不齐、牙间隙过大、牙缺失、牙龈美学不良等。而美学具有极强的主观性，传统的低效制作修复体的方法已无法满足需要。数字化技术的应用为这种个性化美学需求的实现提供了极大的可能性和便利性。在牙齿美学修复领域，通过DSD(DigitalSmileDesigner,数字微笑设计)制作的二维美齿照片可以向患者预演牙齿美化效果，是医患沟通的重要媒介。但在二维美齿系统的实际使用中，二维美齿信息对口腔修复手术本身的指导作用仍然有限，市场亟需一种以二维美齿信息为指导的三维牙列模型修复方法。该方法也就是以美齿特征线为约束，让三维待修复牙模平滑变形，获得美学修复牙模。该方法可以在满足医患沟通的情况下，简化手工操作步骤，通过3D打印技术，将美化修复后的三维牙列模型打印出来，直接应用于临床手术。可以极大的提高医疗方案实施的效率，为患者提供便捷的个性化美学修复治疗。研究主要用到三维网格变形方法(Meshdeformation)，该方法是建模和计算机动画的重要方法，它为编辑原始网格以满足各种设计要求提供了一种灵活的方法。由于它的重要性，从20世纪80年代以来，一直都有大量关于网格变形的研究。现有的网格变形方法有:自由变形法、多分辨率法、基于RBF的网格变形法、基于曲线的变形法、骨架法和物理模拟法。在口腔修复系统方面，目前大部分牙齿自动修复研究是基于标准牙齿库，只对单颗牙齿进行功能修复，很少考虑牙列整体的美观性。其次，很多牙齿修复系统是通过人工选点，通过手动拖拽调整三维牙齿模型的形状和大小，操作复杂且烦琐，对医师的三维操作技能要求很高，这一点不利于三维修复系统的应用和普及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法及系统，将二维美齿特征线与三维牙列模型上的齿龈特征线配准，以二维美齿轮廓为约束，让三维牙列模型进行约束变形，实现二维美齿结果指导三维牙冠的修复。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，包括：(1)获得二维美齿特征线和三维牙列模型；(2)将所述二维美齿特征线转换为三维美齿特征线，然后将三维美齿特征线与所述三维牙列模型进行配准得到配准后的三维牙列模型；(3)在所述配准后的三维牙列模型上提取出待修复体牙模轮廓；(4)根据所述待修复体牙模轮廓和三维美齿特征线对所述三维牙列模型进行变形获得三维美齿修复牙模。所述步骤(1)的操作包括：将患者的正面微笑照片和口内正位像输入到二维美齿系统中，二维美齿系统输出根据正面微笑照片和口内正位像绘制出的二维美齿特征线；对患者的口腔进行三维光学扫描，获得患者的三维牙列模型。所述步骤(2)的操作包括：将患者的口内正位像与所述三维牙列模型进行配准得到相机的投影方向；将所述二维美齿特征线转换为笛卡尔坐标系中的三维美齿特征线；将所述二维美齿特征线作为视窗的背景图像，所述背景图像是与所述相机的投影方向垂直的；利用三维交互工具在所述三维牙列模型上移动所述三维美齿特征线，使得三维美齿特征线与背景图像中的二维美齿特征线重合，这样得到了配准后的三维牙列模型。所述步骤(3)的操作包括：在所述配准后的三维牙列模型上选出待修复体的轮廓种子点，并计算出三维牙列模型上的各个顶点与所述轮廓种子点之间基于各向异性度量的最短距离，进而获得待修复体牙模轮廓。所述步骤(4)的操作包括：(41)在所述三维牙列模型上确定主动变形区、被动变形区和固定区；(42)对主动变形区进行主动变形；(43)对所述被动变形区进行被动变形，得到三维美学修复牙模。所述步骤(41)中的主动变形区是指：在三维牙列模型上与所述待修复体牙模轮廓相邻的三角网格；所述被动变形区是指：在三维牙列模型上与所述主动变形区相邻的区域；所述被动变形区的顶点随主动变形区的顶点的移动而被动变形；所述固定区是指：在三维牙列模型上位于主动变形区和被动变形区以外的其他区域；所述固定区中的所有顶点的坐标均不发生改变。所述步骤(42)的操作包括：(421)将所述三维美齿特征线的顶点与所述主动变形区的顶点进行配对，得到所述主动变形区中的n对顶点：首先获取所述主动变形区中的顶点p1的坐标的y1值，然后在所述三维美齿特征线上找到与顶点p1配对的顶点p2，其y2值与主动变形区的顶点的y1值相等，或者|y1-y2|＜Δd，这样确定了一对顶点；依次对主动变形区的n个顶点重复此步骤，得到n对顶点；(422)根据n对顶点计算出主动变形区上的每一个顶点的目标位置坐标，完成主动变形：首先对主动变形区中的所有顶点的x、y、z值分别求均值，得到主动变形区的中心点p0，其坐标为(x0，y0，z0)；将主动变形区中的顶点p1与所述中心点p0连线得到一条直线L1，所述直线L1如公式(3)所示：根据所述相机的投影方向和三维美齿特征线上的点p2确定另外一条直线L2,所述直线L2如公式(4)所示：联立公式(3)和公式(4)即求出直线L1与L2的交点坐标，直线L1与L2的交点坐标即为目标位置坐标p3(x3，y3，z3)。所述步骤(43)的操作包括：使用基于Laplace算子的网格变形算法计算出被动变形区的各个顶点变形后的坐标，完成被动变形，得到三维美学修复牙模。所述步骤(4)进一步包括：(44)对变形后的主动变形区和被动变形区进行平滑处理，得到优化的三维美学修复牙模。本专利技术还提供了一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复系统，所述系统包括：采集单元：获得二维美齿特征线和三维牙列模型；配准单元：与所述采集单元连接，将所述二维美齿特征线转换为三维美齿特征线，然后将三维美齿特征线与所述三维牙列模型进行配准得到配准后的三维牙列模型；提取单元：与所述配准单元连接，在所述配准后的三维牙列模型上提取出待修复体牙模轮廓；修复单元：分别与所述配准单元、所述提取单元连接，根据所述待修复体牙模轮廓和三维美齿特征线对所述三维牙列模型进行变形获得三维美齿修复牙模。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用本专利技术方法实现了三维待修复体的变形修复，获得了美学修复牙模。通过3D打印技术打印出修复体，极大提高了医疗方案的实施效率，为患者个性化的美学修复需求提供了可能。另外，本专利技术方法的效率非常高，能够以二维美齿特征线为指导，计算出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，其特征在于：所述方法包括：/n(1)获得二维美齿特征线和三维牙列模型；/n(2)将所述二维美齿特征线转换为三维美齿特征线，然后将三维美齿特征线与所述三维牙列模型进行配准得到配准后的三维牙列模型；/n(3)在所述配准后的三维牙列模型上提取出待修复体牙模轮廓；/n(4)根据所述待修复体牙模轮廓和三维美齿特征线对所述三维牙列模型进行变形获得三维美齿修复牙模。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)获得二维美齿特征线和三维牙列模型；
(2)将所述二维美齿特征线转换为三维美齿特征线，然后将三维美齿特征线与所述三维牙列模型进行配准得到配准后的三维牙列模型；
(3)在所述配准后的三维牙列模型上提取出待修复体牙模轮廓；
(4)根据所述待修复体牙模轮廓和三维美齿特征线对所述三维牙列模型进行变形获得三维美齿修复牙模。


2.根据权利要求1所述的基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，其特征在于：所述步骤(1)的操作包括：
将患者的正面微笑照片和口内正位像输入到二维美齿系统中，二维美齿系统输出根据正面微笑照片和口内正位像绘制出的二维美齿特征线；
对患者的口腔进行三维光学扫描，获得患者的三维牙列模型。


3.根据权利要求2所述的基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，其特征在于：所述步骤(2)的操作包括：
将患者的口内正位像与所述三维牙列模型进行配准得到相机的投影方向；
将所述二维美齿特征线转换为笛卡尔坐标系中的三维美齿特征线；
将所述二维美齿特征线作为视窗的背景图像，所述背景图像是与所述相机的投影方向垂直的；
利用三维交互工具在所述三维牙列模型上移动所述三维美齿特征线，使得三维美齿特征线与背景图像中的二维美齿特征线重合，这样得到了配准后的三维牙列模型。


4.根据权利要求3所述的基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，其特征在于：所述步骤(3)的操作包括：
在所述配准后的三维牙列模型上选出待修复体的轮廓种子点，并计算出三维牙列模型上的各个顶点与所述轮廓种子点之间基于各向异性度量的最短距离，进而获得待修复体牙模轮廓。


5.根据权利要求4所述的基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，其特征在于：所述步骤(4)的操作包括：
(41)在所述三维牙列模型上确定主动变形区、被动变形区和固定区；
(42)对主动变形区进行主动变形；
(43)对所述被动变形区进行被动变形，得到三维美学修复牙模。


6.根据权利要求5所述的基于二维美齿特征线的三维牙齿形状修复方法，其特征在于：所述步骤(41)中的主动变形区是指：在三维牙列模型上与所述待修复体牙模轮廓相邻的三角网格；
所述被动变形区是指：在三维牙列模型上与所述主动变形区相邻的区域；所述被动变形区的顶点随主动变形区的顶点的移动而被动变形；
所述固定区是指：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帅，赵文杰，柯永振，刘佳颖，薛永江，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12