一种牙周膜有限元模型的建模方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种牙周膜有限元模型的建模方法与系统，涉及口腔力学分析领域，主要包括步骤：根据患者牙颌组织的CT图像获取牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型；根据牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型获取两者间的重叠区域，并根据重叠区域通过曲面处理获得牙周膜实体模型；通过网格划分处理牙周膜实体模型获取牙周膜体网格模型；通过超弹模型和松弛函数模型分别定义牙周膜的弹性力学行为和黏性力学行为，并获取牙周膜体网格模型材料赋值后的牙周膜有限元模型。本发明专利技术通过对牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型进行布尔操作获取重叠区域，根据重叠区域构建牙周膜实体模型，实现了牙周膜与其它牙周组织难以区分情况下的牙周膜识别。膜识别。膜识别。

【技术实现步骤摘要】
一种牙周膜有限元模型的建模方法与系统


[0001]本专利技术涉及口腔力学分析领域，具体涉及一种牙周膜有限元模型的建模方法与系统。

技术介绍

[0002]在口腔生物力学分析中，有限元分析法是一种重要的研究手段，它广泛应用于口腔正畸、颌骨修复和牙齿种植等领域。在利用有限元分析法研究口腔生物力学问题之前，首先应依据患者的实际牙颌组织结构，建立其相对应的牙颌组织有限元模型，包括牙齿、牙周膜和牙槽骨等。其中，牙周膜是介于牙齿和牙槽骨之间的一层结缔纤维组织，在激发牙周组织改建、诱导牙齿移动方面起着至关重要的作用。因此，为了正确认识矫治力作用下的牙齿移动情况，必须构建与患者实际牙周膜组织生物结构和材料特性相近的有限元模型，降低因模型不精确而引起的分析结果误差。
[0003]对于牙周膜有限元模型的构建，一般需要根据患者的CT图像，采用人工分割的方式，首先将牙周膜的CT图像与其他牙周组织分开，然后利用三维建模软件构建牙周膜的数字模型。不过，作为人体口腔软组织，牙周膜的尺寸很小，厚度很薄，其CT图像的灰度值相比于牙齿和牙槽骨也很低，很难区分牙周膜与其他牙周组织的边界，建模效率和精度都有待提高。另外，对于牙周膜材料特性的定义一般多采用线弹性模型，然而牙周膜具有很强的超
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黏弹性特性，不恰当的材料属性定义也会大大降低牙周膜有限元模型的精度。

技术实现思路

[0004]为了降低传统牙周膜有限元模型建模中的操作难度，提高建模效率和精度，建立符合人体牙周膜生物力学特性的牙周膜有限元模型，本专利技术参考牙齿和牙槽骨面网格模型生成牙周膜面网格模型，利用超弹性和黏性模型定义牙周膜体网格模型的材料特性，提出了一种牙周膜有限元模型的建模方法，包括步骤：
[0005]S1：根据患者牙颌组织的CT图像获取牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型；
[0006]S2：根据牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型获取两者间的重叠区域，并根据重叠区域获得牙周膜实体模型；
[0007]S3：通过网格划分处理牙周膜实体模型获取牙周膜体网格模型；
[0008]S4：通过超弹模型和松弛函数模型分别定义牙周膜的弹性力学行为和黏性力学行为，并获取牙周膜体网格模型材料赋值后的牙周膜有限元模型。
[0009]进一步地，所述步骤S1之前还包括步骤：
[0010]S0：获取患者牙颌组织的CT图像并提取牙周膜组织厚度值。
[0011]进一步地，所述步骤S2具体包括步骤：
[0012]S21：根据牙周膜组织厚度值沿外法线方向扩展牙齿面网格模型，同时填平牙槽骨面网格模型中的牙槽窝；
[0013]S22：通过布尔求交操作获取扩展后的牙齿面网格模型和填平后牙槽骨面网格模
型的重叠区域；
[0014]S23：根据重叠区域和牙齿面网格模型，先后进行布尔减操作和曲面处理，获得牙周膜实体模型。
[0015]进一步地，所述步骤S4中，超弹模型的表达式为：
[0016][0017]式中，U为应变能密度函数，N为模型的阶数，μ
i
是剪切模量，α
i
是超弹性材料系数，D
i
为不可压缩参数，λ1、λ2和λ3这三个变量为应变能密度函数U三个方向上的主伸长率，J为体积率。
[0018]进一步地，所述步骤S4中，松弛函数模型的表达式为：
[0019][0020]式中G(t)为关于时间归一化应力松弛函数，δ
n
为能量函数乘子，λ
n
为松弛时间常数，t是时间。
[0021]本专利技术还提出了一种牙周膜有限元模型的建模系统，包括：
[0022]图像处理模块，用于根据患者牙颌组织的CT图像获取牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型；
[0023]模型处理模块，用于根据牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型获取两者间的重叠区域，并根据重叠区域获得牙周膜实体模型；
[0024]模型划分模块，用于通过网格划分处理牙周膜实体模型获取牙周膜体网格模型；
[0025]有限元构建模块，用于通过超弹模型和松弛函数模型分别定义牙周膜的弹性力学行为和黏性力学行为，并获取牙周膜体网格模型材料赋值后的牙周膜有限元模型。
[0026]进一步地，还包括：
[0027]图像获取模块，用于获取患者牙颌组织的CT图像并提取牙周膜组织厚度值。
[0028]进一步地，所述模型处理模块具体包括：
[0029]模型加工单元，用于根据牙周膜组织厚度值沿外法线方向扩展牙齿面网格模型，同时填平牙槽骨面网格模型中的牙槽窝；
[0030]模型筛选单元，用于通过布尔求交操作获取扩展后的牙齿面网格模型和填平后牙槽骨面网格模型的重叠区域；
[0031]模型构建单元，用于根据重叠区域和牙齿面网格模型，先后进行布尔减操作和曲面处理，获得牙周膜实体模型。
[0032]进一步地，所述超弹模型的表达式为：
[0033][0034]式中，U为应变能密度函数，N为模型的阶数，μ
i
是剪切模量，α
i
是超弹性材料系数，D
i
为不可压缩参数，λ1、λ2和λ3这三个变量为应变能密度函数U三个方向上的主伸长率，J为体积率。
[0035]进一步地，所述松弛函数模型的表达式为：
[0036][0037]式中G(t)为关于时间归一化应力松弛函数，δ
n
为能量函数乘子，λ
n
为松弛时间常数，t是时间。
[0038]与现有技术相比，本专利技术至少含有以下有益效果：
[0039](1)本专利技术所述的一种牙周膜有限元模型的建模方法与系统，通过对牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型的处理，通过布尔操作获取重叠区域，根据重叠区域构建牙周膜实体模型，实现了牙周膜与其它牙周组织难以区分情况下的牙周膜识别；
[0040](2)利用牙齿和牙槽骨面网格模型构建牙周膜面网格模型，有效提高了牙周膜有限元模型的建模效率；
[0041](3)利用Ogden模型(超弹模型)和松弛函数模型分别定义牙周膜的弹性力学行为和黏性力学行为，更加符合人体牙周膜的生物力学特性。
附图说明
[0042]图1为一种牙周膜有限元模型的建模方法与系统的方法步骤图；
[0043]图2为一种牙周膜有限元模型的建模方法与系统的系统结构图。
具体实施方式
[0044]以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0045]实施例一
[0046]为了降低传统牙周膜有限元模型建模中的操作难度，提高建模效率和精度，建立符合人体牙周膜生物力学特性的牙周膜有限元模型，本专利技术参考牙齿和牙槽骨面网格模型生成牙周膜面网格模型，利用超弹性和黏性模型定义牙周膜体网格模型的材料特性，如图1所示，提出了一种牙周膜有限元模型的建模方法，其主体步骤包括：
[0047]S1：根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牙周膜有限元模型的建模方法，其特征在于，包括步骤：S1：根据患者牙颌组织的CT图像获取牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型；S2：根据牙齿面网格模型和牙槽骨面网格模型获取两者间的重叠区域，并根据重叠区域获得牙周膜实体模型；S3：通过网格划分处理牙周膜实体模型获取牙周膜体网格模型；S4：通过超弹模型和松弛函数模型分别定义牙周膜的弹性力学行为和黏性力学行为，并获取牙周膜体网格模型材料赋值后的牙周膜有限元模型。2.如权利要求1所述的一种牙周膜有限元模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括步骤：S0：获取患者牙颌组织的CT图像并提取牙周膜组织厚度值。3.如权利要求2所述的一种牙周膜有限元模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：S21：根据牙周膜组织厚度值沿外法线方向扩展牙齿面网格模型，同时填平牙槽骨面网格模型中的牙槽窝；S22：通过布尔求交操作获取扩展后的牙齿面网格模型和填平后牙槽骨面网格模型的重叠区域；S23：根据重叠区域和牙齿面网格模型，先后进行布尔减操作和曲面处理，获得牙周膜实体模型。4.如权利要求1所述的一种牙周膜有限元模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，超弹模型的表达式为：式中，U为应变能密度函数，N为模型的阶数，μ
i
是剪切模量，α
i
是超弹性材料系数，D
i
为不可压缩参数，λ1、λ2和λ3这三个变量为应变能密度函数U三个方向上的主伸长率，J为体积率。5.如权利要求1所述的一种牙周膜有限元模型的建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，松弛函数模型的表达式为：式中G(t)为关于时间归一化应力松弛函数，δ
n
为能量函数乘子，λ
n
为松弛时间常数，t是时间。6.一种牙周膜有限元模型的建模系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：仵健磊，
申请(专利权)人：宁波职业技术学院，
类型：发明
国别省市：