【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于口腔正畸，具体涉及一种面向精准正畸的数字化排牙方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、随着数字技术的发展，隐形牙齿矫正器被引入正畸领域，成为解决错颌畸形问题的有效方法。由于其方便、隐形、美观、对患者日常生活影响小等特点，被广泛使用。与此同时，数字化正畸也成为一个新兴领域。人工智能和深度学习方法在医学图像处理中取得了巨大成功。数字化正畸是近年来在口腔正畸领域出现的一种先进的计算机辅助诊疗技术，相比传统高度依赖牙医经验进行正畸治疗的方式，数字化正畸以数据为基础，利用各种数字化与智能化技术，大大提高牙科医生的诊疗效率和正畸治疗的智能化水平。数字化正畸的流程是：首先通过口内扫描仪等进行数据收集，然后对扫描得到的结果进行数字化建模。得到牙齿三维模型后，我们先需要对口腔数据特征进行检测，其中口腔数据特征主要包含牙齿特征轴和特征点，得到口腔数据特征后，再基于此进行正畸治疗以及正畸方案的制定。
3、从上述过程中可以了解到，正畸方案的制定即牙齿目标位排列是数字化正畸的关键步骤之一，也是数字化正畸过程中给用户最为直接的展示和体验。在排牙过程中，不仅要考虑美观因素，更要注意功能性因素，保证正畸后的牙齿具备正确的咬合关系。运用计算机辅助正畸技术对牙齿模型进行自动化排列，能够帮助医生快速制定正畸方案，也能让患者直观了解正畸效果，提高患者参与度和医患沟通效率。同时借助排牙交互系统，能够让医生和患者在预测的正畸结果中加入个性化要求，提高正畸效果。>
4、目前，隐形正畸矫正方案中，牙齿理想目标排列大多由专业正畸医生借助计算机辅助软件手动排列，耗时耗力且排牙效果受正畸医生经验的影响。尽管近年来有较多基于数据驱动的方法预测牙齿理想排列，但其存在可解释性差、无法进行个性化定制和无碰撞结果。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述问题，提出了一种面向精准正畸的数字化排牙方法及系统，本专利技术可以自动生成排牙方案，确保牙齿排列满足基本准则，避免了牙齿间的碰撞和过大间隙。
2、根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种面向精准正畸的数字化排牙方法，包括如下步骤：
4、获取三维牙列模型，根据三维牙列模型得到初始排列的牙冠点云、牙齿点云及对应的牙齿标签、牙齿特征点和特征轴；
5、根据特征轴和牙齿特征点，为每颗牙齿建立局部坐标系，根据局部坐标系得到牙齿初始位姿；
6、确定牙齿的目标理想位姿，计算牙齿初始位姿到目标理想位姿之间的旋转量和平移量；
7、将计算得到的旋转量和平移量施加至每颗牙齿上，得到初步排牙结果；
8、根据初步排牙结果中牙齿间的碰撞和间隔关系对牙齿进行微调整，得到最终的牙齿排列结果。
9、作为可选择的实施方式，为每颗牙齿建立局部坐标系的具体过程包括：设上颌两颗第二磨牙的远中颊侧尖点连线的中点为a，坐标系原点o为a点在咬合面的投影；
10、坐标系z轴垂直于咬合面，指向上颌方向；
11、假设上颌两颗中切牙接触点在咬合面的投影为b，坐标系y轴为b点与原点o连线所在的直线，正方向为方向；坐标系x轴为y轴与z轴的叉乘。
12、作为可选择的实施方式，计算牙齿初始位姿到目标理想位姿之间的旋转量的过程包括：牙齿移动量的计算分为x、y、z三个方向，分别记为△x、△y、△z，对于△x、△y的计算过程为，拟合牙弓曲线，在拟合的牙弓曲线上重新排列牙齿，确定牙齿特征点x轴和y轴的理想坐标，计算和应用旋转量，最后计算排牙前后牙齿在x轴和y轴方向上的移动量；
13、对于△z的计算过程为，拟合spee曲线，根据牙齿特征点y轴理想坐标，计算特征点z轴理想坐标，计算和应用旋转量，最后计算排牙前后牙齿在z轴方向上的移动量。
14、作为可选择的实施方式，计算初始位姿到目标位姿之间的旋转量的过程包括：根据口腔正畸学知识，将牙齿的旋转分解为旋转角、轴倾角和转矩角，根据轴倾角和转矩角的取值，确定牙齿的理想姿态，根据初始姿态和理想姿态，计算牙齿需要旋转的角度和旋转轴。
15、作为进一步的实施方式，设牙齿标架i轴在xoy平面的投影与牙弓曲线的切线平行，求解出牙弓曲线的切线和i轴在xoy平面投影，即得到旋转角。
16、作为可选择的实施方式，将计算得到的旋转量和平移量施加至每颗牙齿上的过程包括：根据旋转角度和旋转轴，得到旋转角、轴倾角和转矩角的旋转矩阵，将三者旋转矩阵相乘得到总旋转矩阵，将牙齿所有顶点的坐标都乘以该旋转矩阵，即可得到旋转后的牙齿。
17、作为进一步的，在乘以总旋转矩阵前，先对各牙齿的顶点坐标完成坐标系转换，在乘上旋转矩阵后，将牙齿顶点坐标还原为排牙坐标系下的坐标。
18、作为可选择的实施方式，对初步排牙结果中牙齿间的碰撞和间隔关系对牙齿进行微调整的过程包括：基于有向距离场的碰撞、间隔处理算法进行碰撞处理。
19、一种面向精准正畸的数字化排牙系统，包括：
20、数据处理模块，其被配置为获取三维牙列模型，根据三维牙列模型得到初始排列的牙冠点云、牙齿点云及对应的牙齿标签、牙齿特征点和特征轴；
21、坐标系构建模块，其被配置为根据特征轴和牙齿特征点，为每颗牙齿建立局部坐标系，根据局部坐标系得到牙齿初始位姿；
22、偏差计算模块，被配置为确定牙齿的目标理想位姿，计算牙齿初始位姿到目标理想位姿之间的旋转量和平移量；
23、排牙模块，被配置为将计算得到的旋转量和平移量施加至每颗牙齿上，得到初步排牙结果；
24、调整优化模块，被配置为根据初步排牙结果中牙齿间的碰撞和间隔关系对牙齿进行微调整，得到最终的牙齿排列结果。
25、作为可选择的实施方式，还包括数据交互模块，被配置为接收用户对牙齿模型的输入指令，所述输入指令用于对牙齿模型进行微调和校正；或/和添加或删除特征点。
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
27、本专利技术通过综合利用牙齿解剖特征和正畸医学知识，构建了一个自动化排牙方案，确保了牙齿排列满足基本准则，避免了牙齿间的碰撞和过大间隙。
28、本专利技术提供的系统还允许用户进行交互式调整，通过旋转和位移牙齿，满足用户的预期位置要求，同时进行碰撞检测，保障了排牙方案的安全性和准确性。总之，本专利技术实现了精准正畸的自动化排牙，提高了治疗效果，减少了不必要的问题，为口腔正畸领域带来了显著的益处。
29、为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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1.一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，为每颗牙齿建立局部坐标系的具体过程包括：设上颌两颗第二磨牙的远中颊侧尖点连线的中点为A，坐标系原点O为A点在咬合面的投影；
3.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，计算牙齿初始位姿到目标理想位姿之间的旋转量的过程包括：牙齿移动量的计算分为X、Y、Z三个方向，分别记为△X、△Y、△Z，对于△X、△Y的计算过程为，拟合牙弓曲线，在拟合的牙弓曲线上重新排列牙齿，确定牙齿特征点X轴和Y轴的理想坐标，计算和应用旋转量，最后计算排牙前后牙齿在X轴和Y轴方向上的移动量；
4.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，计算初始位姿到目标位姿之间的旋转量的过程包括：根据口腔正畸学知识，将牙齿的旋转分解为旋转角、轴倾角和转矩角，根据轴倾角和转矩角的取值，确定牙齿的理想姿态，根据初始姿态和理想姿态，计算牙齿需要旋转的角度和旋转轴。
5.如权利要求4所述的一种面向精准正畸的数字化排牙
6.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，将计算得到的旋转量和平移量施加至每颗牙齿上的过程包括：根据旋转角度和旋转轴，得到旋转角、轴倾角和转矩角的旋转矩阵，将三者旋转矩阵相乘得到总旋转矩阵，将牙齿所有顶点的坐标都乘以该旋转矩阵，即可得到旋转后的牙齿。
7.如权利要求6所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，在乘以总旋转矩阵前，先对各牙齿的顶点坐标完成坐标系转换，在乘上旋转矩阵后，将牙齿顶点坐标还原为排牙坐标系下的坐标。
8.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，对初步排牙结果中牙齿间的碰撞和间隔关系对牙齿进行微调整的过程包括：基于有向距离场的碰撞、间隔处理算法进行碰撞处理。
9.一种面向精准正畸的数字化排牙系统，其特征是，包括：
10.如权利要求9所述的一种面向精准正畸的数字化排牙系统，其特征是，还包括数据交互模块，被配置为接收用户对牙齿模型的输入指令，所述输入指令用于对牙齿模型进行微调和校正；或/和添加或删除特征点。
...【技术特征摘要】
1.一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，为每颗牙齿建立局部坐标系的具体过程包括：设上颌两颗第二磨牙的远中颊侧尖点连线的中点为a，坐标系原点o为a点在咬合面的投影；
3.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，计算牙齿初始位姿到目标理想位姿之间的旋转量的过程包括：牙齿移动量的计算分为x、y、z三个方向，分别记为△x、△y、△z，对于△x、△y的计算过程为，拟合牙弓曲线，在拟合的牙弓曲线上重新排列牙齿，确定牙齿特征点x轴和y轴的理想坐标，计算和应用旋转量，最后计算排牙前后牙齿在x轴和y轴方向上的移动量；
4.如权利要求1所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，计算初始位姿到目标位姿之间的旋转量的过程包括：根据口腔正畸学知识，将牙齿的旋转分解为旋转角、轴倾角和转矩角，根据轴倾角和转矩角的取值，确定牙齿的理想姿态，根据初始姿态和理想姿态，计算牙齿需要旋转的角度和旋转轴。
5.如权利要求4所述的一种面向精准正畸的数字化排牙方法，其特征是，设牙齿标架i轴在xoy平面...
【专利技术属性】
技术研发人员：周元峰，范业莹，付传芸，杨传祥，魏广顺，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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