一种口腔正畸力实时计算方法技术

本发明专利技术公开了一种口腔正畸力实时计算方法。该方法包括：基于牙齿、牙周膜、牙槽骨的三维几何模型，通过网格划分，得到对应的网格模型，所述网格模型包含多个网格单元；计算网格单元节点的质量矩阵，并建立网格单元节点的动力学方程，该动力学方程表征所述质量矩阵与网格单元节点所受的弹性力之间的关系；利用测量到的牙齿位移信息，通过求解所述动力学方程，得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的形变信息；根据所述牙齿、牙周膜以及牙槽骨的形变信息，计算正畸力。本发明专利技术能够实现精准、高效的正畸力实时计算。算。算。

【技术实现步骤摘要】
一种口腔正畸力实时计算方法


[0001]本专利技术涉及口腔诊疗
，更具体地，涉及一种口腔正畸力实时计算方法。

技术介绍

[0002]正畸力计算是实现精准口腔正畸诊疗的基础。特别是在弓丝矫治器加载操作等场景中，通过实时获取正畸力大小，可以为医生精准加载提供辅助和依据。
[0003]在口腔正畸诊疗中，可以通过计算/模拟弓丝矫治器加载后的正畸力大小、牙齿移动等，从而更好的制定治疗方案，提升治疗效果。例如，在治疗规划阶段，通常可通过CBCT(锥形束CT)、口腔扫描等方式获取口腔、牙齿的三维影响，通过分割重建等方式得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的三维模型。医生根据经验制定初步的正畸治疗方案。基于上述三维模型，借助有限元方法模拟弓丝矫治器加载后的正畸力、牙齿移动等过程。医生根据仿真模拟的结果调整/优化最终的治疗方案。上述过程可借助Ansys等有限元软件实现。确定治疗方案后，医生实施弓丝矫治器加载操作。在现有口腔诊疗中，医生手动完成托槽黏贴、弓丝加载等操作，凭借经验估计牙齿位移、正畸力大小等。在精准口腔诊疗中，特别是矫治器精准加载过程中，借助精准的正畸力实时计算(而非仅凭经验)，能够帮助医生精准完成加载操作，可以有效提升诊疗效果、缩短治疗周期。
[0004]在现有技术中，基于有限元法的口腔正畸力模拟计算方法通常是利用牙齿、牙周膜、牙槽骨三维模型建立正畸力模拟方法，通过输入牙齿移动距离，计算得到正畸力大小。但这种方法计算效率低，难以满足弓丝矫治器加载操作辅助对于正畸力计算实时性的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种口腔正畸力实时计算方法。该方法包括以下步骤：
[0006]基于牙齿、牙周膜、牙槽骨的三维几何模型，通过网格划分，得到对应的网格模型，所述网格模型包含多个网格单元；
[0007]计算网格单元节点的质量矩阵，并建立网格单元节点的动力学方程，该动力学方程表征所述质量矩阵与网格单元节点所受的弹性力之间的关系；
[0008]利用测量到的牙齿位移信息，通过求解所述动力学方程，得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的形变信息；
[0009]根据所述牙齿、牙周膜以及牙槽骨的形变信息，计算正畸力。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的优点在于，首次提出了基于“质点
‑
张量”模型的口腔正畸力实时计算方法，相对于与现有的有限元法能够实现精准、且更高效的正畸力实时计算，从而提升了口腔正畸诊疗的效果。
[0011]通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0012]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。
[0013]图1是根据本专利技术一个实施例的口腔正畸力实时计算方法的流程图；
[0014]图2是根据本专利技术一个实施例的口腔正畸力实时计算方法的过程示意图；
[0015]图3是根据本专利技术一个实施例的口腔正畸中牙齿移动及正畸力示意图；
[0016]图4是根据本专利技术一个实施例的网格单元的形变及弹性力示意图。
具体实施方式
[0017]现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。
[0018]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。
[0019]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0020]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0021]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0022]本专利技术提供一种基于“质点
‑
张量”模型的口腔正畸力实时计算方法。首先，基于牙齿、牙周膜、牙槽骨三维模型划分得到网格模型。然后，给定牙齿位移后，基于“质点
‑
张量”模型计算网格节点的弹性力。接下来，通过时间积分方法计算牙齿、牙周膜以及牙槽骨的形变。最后，根据模型网格形变计算牙齿正畸力，实现正畸力的实时计算。
[0023]具体地，结合图1和2所示，所提供的口腔正畸力实时计算方法包括以下步骤：
[0024]步骤S110，基于牙齿、牙周膜、牙槽骨的三维几何模型，通过网格划分得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的网格单元模型。
[0025]例如，基于患者口腔CBCT影像等数据对牙齿、牙周膜、牙槽骨进行分割与重建，得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的三维几何模型。通过对该三维几何模型进行网格划分，得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的网格模型。
[0026]网格模型包含多个网格单元，可以反映牙齿、牙周膜和牙槽骨之间的位置关系。各网格单元可以是多面体形式。为清楚起见，下文以四面体网格单元为例进行说明，参见图4所示，一个四面体网格单元可以用四个网格节点进行表征。
[0027]步骤S120，计算网格节点质量。
[0028]在一个实施例中，计算网格节点质量包括：遍历所有的网格单元，计算网格单元的质量，并将其平均分配/累加到网格单元的节点上。
[0029]步骤S130，基于网格节点质量建立网格节点的动力学方程。
[0030]具体地，设网格节点的位置为x，质量矩阵为M，网格节点所受的弹性力为f，则网格节点的动力学方程为
[0031][0032]基于隐式时间积分方法计算网格节点在t+1时刻的位置x
t+1
为：
[0033]x
t+1
＝x
t
+Δtv
t+1
，v
t+1
＝v
t
+ΔtM
‑1f(x
t+1
)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0034]其中，v是网格节点的速度，表示x的二阶导数，v
t+1
是网格节点在t+1时刻的速度，Δt是t时刻至t+1时刻的时间差，v
t
是网格节点在t时刻的速度，x
t
是网格节点在t时刻的位置。
[0035]步骤S140，设定牙齿移动距离。
[0036]参见图3所示，口腔正畸中，通过弓丝矫治器加载对牙齿施加一定的位移，牙齿、牙周膜、牙槽骨发生相应形变，并产生正畸力。在实际过程中，可通过摄像头等方式实时采集弓丝矫治器加载操作影像，并测量得到牙齿移动距离。将对应牙齿网格节点的位移设定为测量值。
[0037]步骤S150，求解动力学方程。
[0038]对上述动力学方程进行求解，得到t+1时刻网格节点的位置，即为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种口腔正畸力实时计算方法，包括以下步骤：基于牙齿、牙周膜、牙槽骨的三维几何模型，通过网格划分，得到对应的网格模型，所述网格模型包含多个网格单元；计算网格单元节点的质量矩阵，并建立网格单元节点的动力学方程，该动力学方程表征所述质量矩阵与网格单元节点所受的弹性力之间的关系；利用测量到的牙齿位移信息，通过求解所述动力学方程，得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的形变信息；根据所述牙齿、牙周膜以及牙槽骨的形变信息，计算正畸力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网格模型根据以下步骤获得：对牙齿、牙周膜、牙槽骨进行分割与重建，得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的三维几何模型；对所述三维几何模型进行网格划分，得到牙齿、牙周膜、牙槽骨的网格模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动力学方程表示为：其中，x是网格单元节点的位置为，M是网格单元的质量矩阵，f是网格单元节点所受的弹性力。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据以下步骤求解所述动力学方程：基于隐式时间积分计算网格单元节点在t+1时刻的位置x
t+1
，表示为：x
t+1
＝x
t
+Δtv
t+1
v
t+1
＝v
t
+ΔtM
‑1f(x
t+1
)其中，v
t+1
是网格单元节点在t+1时刻的速度，Δt是t时刻至t+1时刻的时间差，v
t
是网格单元节点在t时刻的速度，x
t

【专利技术属性】
技术研发人员：夏泽洋，侯文国，熊璟，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：