基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统构建方法及其应用技术方案

本发明专利技术涉及一种基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统构建方法、在该坐标系下评估牙齿旋转平移的方法及其应用，对CBCT数据进行分割及对分割结果生成网格数据，构建牙槽弓形曲线，每一离散点的局部三个方向localXDir、localYDir、localDir、原点等信息可以构建一个基于牙槽弓形曲线坐标系下的评估牙齿旋转平移的系统。本发明专利技术的基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统评估牙齿旋转平移移动变化量，符合临床实际的移动方向，能够从临床角度更加科学准确地评价牙齿移动，在临床应用中能够科学、准确地评价牙齿移动。确地评价牙齿移动。确地评价牙齿移动。

【技术实现步骤摘要】
基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统构建方法及其应用


[0001]本专利技术涉及牙科领域，尤其涉及一种基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统构建方法及其应用。

技术介绍

[0002]目前市场上的隐形排牙软件均采用的牙齿局部坐标系的方法。该方法虽然拥有了个性化的牙齿移动方向，但受治疗前牙齿错颌状态的影响，在错颌位置沿自身长轴建立的局部坐标系所指向的牙齿移动方向与正常排列的牙齿指向的符合临床实际的移动方向并不相同，现有的评估牙齿旋转平移的方法虽具有数学意义，但是无法科学、准确地评价牙齿移动。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是设计一种基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统构建方法及其应用，解决现有评估方法在临床应用中无法科学、准确地评价牙齿移动的不足。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统构建方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1：加载CBCT数据；
[0006]步骤2：CBCT数据的AI分割；
[0007]步骤3：CBCT数据分割结果的网格化生成；
[0008]步骤4：人工标记牙槽骨关键点对，例如在牙槽舌侧，颊侧依次配对点击关键特征点对；
[0009]步骤5：计算牙槽关键点对生成的中点的点集，即每一对计算一个关键点，依次按照次序从牙槽右侧到左侧或者从牙槽左侧到右侧构建关键点集；
[0010]步骤6：基于步骤5中的关键点集生成样条曲线，该样条曲线可以设置N个离散的点集；
[0011]步骤7：基于步骤6中的离散点集计算每一点的切线向量，再单位化得到localXDir；
[0012]步骤8：基于上颌牙根底部点集构建一个平面，计算该平面与上颌牙槽骨的外部交线轮廓记为upContour；
[0013]步骤9：基于下颌牙根底部点集构建一个平面，计算该平面与下颌牙槽骨的外部交线轮廓记为lowContour；
[0014]步骤10：在步骤6中的每一个离散点处构建一个垂直向的平面，该平面的确定方法是：设置每一个离散点是对应平面上的点，每一个离散点的局部切线方向localXDir作为平面法向；
[0015]步骤11：利用步骤10中的每一个离散点构建的平面计算该平面与相应的牙槽骨相交的外部轮廓点集，上颌牙弓曲线上的垂直向平面与上颌牙槽骨求交点，下颌牙弓曲线上
的垂直向平面与下颌牙槽骨求交点；
[0016]步骤12：基于步骤8、步骤9以及步骤11得到的水平向交线轮廓，垂直向交线轮廓，计算两个方向轮廓的交点，计算交点的中点作为牙弓曲线上每一个离散点对应的牙根指向点；利用牙根指向点以及牙弓离散点构建牙弓曲线上每一离散点的局部z轴的指向(牙根指向点
‑
牙弓离散点)，将该指向向量再单位化得到localZDir；
[0017]步骤13：将步骤7中的牙弓离散点处的局部x方向向量localXDir以及步骤12中牙弓离散点处的局部z方向向量localZDir进行向量叉乘得到局部y方向的方向向量localYDir；
[0018]步骤14：计算牙颌中平面与牙槽弓形曲线的交点，例如与上颌牙槽弓形曲线的交点为A，与下颌牙槽弓形曲线的交点为B；
[0019]步骤15：设置步骤14中的点A为上颌牙槽弓形曲线的默认原点，点B为下颌牙槽弓形曲线的默认原点；用户可以在牙槽弓形曲线上人工编辑移动默认原点的位置，更新原点坐标；
[0020]步骤16：计算牙槽弓形曲线上每一个离散点到设置原点处的沿着曲线的距离值，该距离值对应着每个离散点在新的曲线坐标系下的x坐标值的绝对值，若曲线的起点定在右侧，则原点右侧取为负，原点左侧取为正，反之则相应变化；
[0021]步骤17：基于以上步骤中的牙槽弓形曲线，每一离散点的局部三个方向localXDir、
[0022]localYDir、localZDir和原点构建基于牙槽弓形曲线坐标系统。
[0023]本专利技术还提供一种基于牙槽弓形曲线坐标系下的评估牙齿旋转平移的方法，该方法基于前述基于牙槽弓形曲线坐标系统构建，以上颌牙槽弓形曲线为例，点C在牙槽弓形曲线系统下的旋转平移值的计算方法包括如下步骤：
[0024]步骤1：计算点C相对牙槽弓形曲线的参照点，包括如下步骤：
[0025]步骤1.1：遍历牙槽弓形曲线上每一点P，计算该点与点C构成的向量PC，计算向量PC与在点P处的局部x方向的方向向量localXDir，计算向量PC与localXDir的夹角alpha；
[0026]步骤1.2：基于步骤1.1中方法获取其中最接近90度的夹角，则对应的点P即为点C相对牙槽弓形曲线的参照点；
[0027]步骤2：确定点C在牙槽弓形曲线坐标系下的x坐标，即为步骤1中点C在牙槽弓形曲线的参照点的横坐标x；
[0028]步骤3：确定点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标；
[0029]步骤4：确定点C在牙槽弓形曲线坐标系下的z坐标；
[0030]步骤5：计算牙冠在牙槽弓形曲线坐标系下的近远中移动值，包括如下步骤：
[0031]步骤5.1：选取牙冠代表点；
[0032]步骤5.2：计算步骤5.1中初始状态时牙冠代表点关联的牙槽弓形曲线参照点P1，设计终态时牙冠代表点关联的牙槽弓形曲线参照点P2；
[0033]步骤5.3：计算上述步骤5.2中两点P1，P2之间的曲线段的距离dis，若从牙齿中间向两侧移动，则称为远中移动，记为+dis；若从两侧向牙齿中间移动，则称为近中移动，记为
‑
dis；
[0034]步骤6：计算牙冠在牙槽弓曲线坐标系下的伸长压低量；
[0035]步骤7：计算牙冠在牙槽弓曲线坐标系下的唇侧/舌侧的移动量；
[0036]步骤8：计算牙冠在牙槽弓曲线坐标系下的扭转近远中转动角度；
[0037]步骤9：计算牙冠在牙槽弓形曲线坐标系下的倾斜近远中转动角度；
[0038]步骤10：计算牙冠在牙槽弓形曲线坐标系下的倾斜唇舌侧角度。
[0039]进一步的，步骤3中，点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标的确定方法如下：
[0040]步骤3.1：计算点C到牙槽弓形曲线参照点P处的局部平面XOZ的距离disToXOZ；
[0041]步骤3.2：计算点C与其牙槽弓形曲线参照点P构成的向量PC；
[0042]步骤3.3：计算牙槽弓形曲线点P的y轴方向向量localYDir与步骤3.2中的向量PC的点乘value1；若value1>0，则点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标为+disToXOZ；若value1<0，则点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标为－disToXOZ。
[0043]进一步的，步骤4中，点C在牙槽弓形曲线坐标系下的z坐标的确定方法如下：
[0044]步骤4.1：计算点C到牙槽弓形曲线参照点P的局部平面XOY的距离disToXOY；
[0045]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于牙槽几何形态的牙槽弓坐标系统构建方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：加载CBCT数据；步骤2：CBCT数据的AI分割；步骤3：CBCT数据分割结果的网格化生成；步骤4：人工标记牙槽骨关键点对，例如在牙槽舌侧，颊侧依次配对点击关键特征点对；步骤5：计算牙槽关键点对生成的中点的点集，即每一对计算一个关键点，依次按照次序从牙槽右侧到左侧或者从牙槽左侧到右侧构建关键点集；步骤6：基于步骤5中的关键点集生成样条曲线，该样条曲线设置N个离散的点集；步骤7：基于步骤6中的离散点集计算每一点的切线向量，再单位化得到localXDir；步骤8：基于上颌牙根底部点集构建一个平面，计算该平面与上颌牙槽骨的外部交线轮廓记为upContour；步骤9：基于下颌牙根底部点集构建一个平面，计算该平面与下颌牙槽骨的外部交线轮廓记为lowContour；步骤10：在步骤6中的每一个离散点处构建一个垂直向的平面，该平面的确定方法是：设置每一个离散点是对应平面上的点，每一个离散点的局部切线方向localXDir作为平面法向；步骤11：利用步骤10中的每一个离散点构建的平面计算该平面与相应的牙槽骨相交的外部轮廓点集，上颌牙弓曲线上的垂直向平面与上颌牙槽骨求交点，下颌牙弓曲线上的垂直向平面与下颌牙槽骨求交点；步骤12：基于步骤8、步骤9以及步骤11得到的水平向交线轮廓，垂直向交线轮廓，计算两个方向轮廓的交点，计算交点的中点作为牙弓曲线上每一个离散点对应的牙根指向点；利用牙根指向点以及牙弓离散点构建牙弓曲线上每一离散点的局部z轴的指向，将该指向向量再单位化得到localZDir；步骤13：将步骤7中的牙弓离散点处的局部x方向向量localXDir以及步骤12中牙弓离散点处的局部z方向向量localZDir进行向量叉乘得到局部y方向的方向向量localYDir；步骤14：计算牙颌中平面与牙槽弓形曲线的交点，例如与上颌牙槽弓形曲线的交点为A，与下颌牙槽弓形曲线的交点为B；步骤15：设置步骤14中的点A为上颌牙槽弓形曲线的默认原点，点B为下颌牙槽弓形曲线的默认原点；步骤16：计算牙槽弓形曲线上每一个离散点到设置原点处的沿着曲线的距离值，该距离值对应着每个离散点在新的曲线坐标系下的x坐标值的绝对值，若曲线的起点定在右侧，则原点右侧取为负，原点左侧取为正，反之则相应变化；步骤17：基于以上步骤中的牙槽弓形曲线，每一离散点的局部三个方向localXDir、localYDir、localZDir和原点构建基于牙槽弓形曲线坐标系统。2.一种基于牙槽弓形曲线坐标系下的评估牙齿旋转平移的方法，其特征在于：该方法基于权利要求1中构建的基于牙槽弓形曲线坐标系统构建，以上颌牙槽弓形曲线为例，点C在牙槽弓形曲线系统下的旋转平移值的计算方法包括如下步骤：步骤1：计算点C相对牙槽弓形曲线的参照点，包括如下步骤：步骤1.1：遍历牙槽弓形曲线上每一点P，计算该点与点C构成的向量PC，计算向量PC与
在点P处的局部x方向的方向向量localXDir，计算向量PC与localXDir的夹角alpha；步骤1.2：基于步骤1.1中方法获取其中最接近90度的夹角，则对应的点P即为点C相对牙槽弓形曲线的参照点；步骤2：确定点C在牙槽弓形曲线坐标系下的x坐标，即为步骤1中点C在牙槽弓形曲线的参照点的横坐标x；步骤3：确定点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标；步骤4：确定点C在牙槽弓形曲线坐标系下的z坐标；步骤5：计算牙冠在牙槽弓形曲线坐标系下的近远中移动值，包括如下步骤：步骤5.1：选取牙冠代表点；步骤5.2：计算步骤5.1中初始状态时牙冠代表点关联的牙槽弓形曲线参照点P1，设计终态时牙冠代表点关联的牙槽弓形曲线参照点P2；步骤5.3：计算上述步骤5.2中两点P1，P2之间的曲线段的距离dis，若从牙齿中间向两侧移动，则称为远中移动，记为+dis；若从两侧向牙齿中间移动，则称为近中移动，记为
‑
dis；步骤6：计算牙冠在牙槽弓曲线坐标系下的伸长压低量；步骤7：计算牙冠在牙槽弓曲线坐标系下的唇侧/舌侧的移动量；步骤8：计算牙冠在牙槽弓曲线坐标系下的扭转近远中转动角度；步骤9：计算牙冠在牙槽弓形曲线坐标系下的倾斜近远中转动角度；步骤10：计算牙冠在牙槽弓形曲线坐标系下的倾斜唇舌侧角度。3.根据权利要求2所述的基于牙槽弓形曲线坐标系下的评估牙齿旋转平移的方法，其特征在于：步骤3中，点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标的确定方法如下：步骤3.1：计算点C到牙槽弓形曲线参照点P处的局部平面XOZ的距离disToXOZ；步骤3.2：计算点C与其牙槽弓形曲线参照点P构成的向量PC；步骤3.3：计算牙槽弓形曲线点P的y轴方向向量localYDir与步骤3.2中的向量PC的点乘value1；若value1>0，则点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标为+disToXOZ；若value1<0，则点C在牙槽弓形曲线坐标系下的y坐标为－disToXOZ。4.根据权利要求2所述的基于牙槽弓形曲线坐标系下的评估牙齿旋转平移的方法，其特征在于：步骤4中，点C在牙槽弓形曲线坐标系下的z坐标的确定方法如下：步骤4.1：计算点C到牙槽弓形曲线参照点P的局部平面XOY的距离disToXOY；步骤4.2：计算点C与其牙槽弓形曲线参照点P构成的向量PC；步骤4.3：计算牙槽弓形曲线点P的z轴方向向量localZDir与步骤4.2中的向量PC的点乘value2；若value2>0，则点C在牙槽弓形曲线坐标系下的z坐标为+disToXOY；若value2<0，则点C在牙槽弓形曲线坐标系下的z坐标为－disToXOY。5.根据权利要求2所述的基于牙槽弓形曲线坐标系下的评估牙齿旋转平移的方法，其特征在于：步骤6中，牙冠在牙槽弓曲线坐标系下的伸长压低量的计算步骤为：步骤6.1：同步骤5中的方法类似计算初始状态时牙冠代表点关联的牙槽弓形曲线参照点P1，设计终态时牙冠代表点关联的牙槽弓形曲线参照点P2；步骤6.2：计算P2与P1两点之间z坐标的差值：deltaZ＝P2.z－P1.z；步骤6.3：若上述步骤6.2中的deltaZ>0，则记为压低deltaZ距离；若deltaZ<0，则记为
伸长
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deltaZ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪建，舒广，戴帆帆，田方俊，
申请(专利权)人：可丽尔医疗科技常州有限公司，
类型：发明
国别省市：