一种单颗牙齿包容体的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种单颗牙齿包容体模型的确定方法，尤其是涉及通过牙齿表面特征点和局部三维坐标系确定包容体模型的方法。该方法主要包括以下步骤：一、提取牙齿数字化模型表面的特征点：计算单颗牙齿的表面不重复顶点的高斯曲率值，根据高斯曲率值提取牙齿表面的特征点并保存；二、基于特征点建立单颗牙齿的局部三维坐标系；三、在特征点和局部三维坐标基础上，建立单颗牙齿的包容体。本发明专利技术设计新颖合理、实现方便且运行速度快、数据处理精度高，实现效果好，能实现对牙齿的特征点的提取而且方便对牙齿的操作，在牙齿矫正系统中得到应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开一种基于牙齿表面特征点的包容体模型的确定方法，主要涉及到牙齿 矫正软件系统。
技术介绍
口腔正畸学作为口腔医学领域的一个分支，主要研究牙颂、面、颅三维结构的生长 发育以及各种原因所造成的畸形，如今对牙颂畸形的矫治正面临着一场数字化的革命，尤 其是随三维数字化成像与测量技术在口腔正畸诊断、设计、治疗和疗效预测中越来越广泛 的应用，使得口腔正畸学越来越朝着计算机化的方向发展，且有很好地发展前景。在传统牙齿治疗中，治疗设备需要反复调整以达到正确矫正牙齿移动轨迹。这种 治疗方法通常周期较长，并且给患者带来不便。因此，长期以来，计算机应用于牙齿科学，发 展一种计算机辅助模拟矫正系统是一个重要目标。目前，随着三维测量技术和计算机辅助技术CAD (Computer Aided Design)的发 展，科学计算可视化技术在医学科研、教学以及临床诊断中起到了重要的作用。计算机技术 与口腔技术结合的日益深入促进了 口腔医学发展，其中数学模型的建立又是计算机技术成 功应用于口腔医学的基础和核心。本专利技术就是对牙齿的形态特征进行分析，通过提取牙齿表面特征点，建立牙齿的 局部三维坐标系和包容体模型来描述牙齿的空间位姿，为后序的对牙齿进行排列、移动以 及碰撞检测等工作奠定基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种单颗牙齿包容体模型的确定方法，所述的包容体模型用 于描述单颗牙齿的空间位置和姿态，从而将对牙齿的平移和旋转操作转化为对包容体的操 作。具体而言是，首先通过口腔医学的描述，对牙体进行分类，根据不同类型牙齿表面特征， 选择适当的特征点刻画牙齿的形态；通过特征点建立单颗牙齿的局部坐标系，根据三维局 部坐标系在三个坐标轴上的最值，利用AABB包容体定义原则基础上，为每颗牙齿建立一个 与之一一对应的包容体模型。在该方法中，牙齿表面的特征点是基于医学和数学的角度描 述，高斯曲率可以反映牙齿表面特征点，根据顶点处的高斯曲率值进行特征点提取。其中， 所述局部三维坐标系能够反映单颗牙齿的空间姿态，由于牙齿的特征和形状差异，对于不 同类型的牙齿采用不同的方法建立。更详细的说明如下1、一种单颗牙齿包容长方体模型的确定方法，该方法包括以下步骤步骤一、单颗牙齿表面特征点的提取101、牙齿的分类与特征描述。1011、牙齿的分类口腔修复学中根据牙齿的功能和特征把牙齿分为四类，分别 是切牙、尖牙、前磨牙、磨牙。切牙又分为中切牙和侧切牙，位于口腔前部，上、下、左、右，共8颗，邻面观牙冠呈楔形，颈部厚而切缘薄，其主要功能是切断食物。尖牙俗称犬齿，位于口角处，上、下、左、右，共4颗，牙冠仍为楔形，切缘上有一突 出的牙尖，主要功能是穿刺和撕裂食物。前磨牙又名双尖牙，位于尖牙之后、磨牙之前，上、下、左、右，共8颗，牙冠呈立方 形，有一个咬合面，其上一般有双尖，下颂第二前磨牙有三尖者，主要功能是协助尖牙撕裂 食物及协助磨牙捣碎食物。磨牙位于前磨牙之后，上、下、左、右，个数因人而异，有8颗，也有12颗，牙冠大， 呈立方形，有一个宽大的咬合面，其上一般有4个牙尖，主要功能是磨碎食物。根据牙齿与中线、颊面和唇面的关系，牙冠的各个面都具有相应的名称。以正中线 为准，每个牙冠靠近中线的一面称为近中面，远离中线的一面称为远中面，靠近舌侧的一面 称为舌面，后牙靠近颊侧的一面称为颊面，前牙靠近唇侧的一面称为唇面，上下后牙咬合的 面称为咬合面，前牙没有咬合面但有切缘。每个后牙的牙冠都有五个面近中面、远中面、 颊面、舌面和咬合面。每个前牙的牙冠都有四个面近中面、远中面、唇面、舌面和一个条切 缘·1012、牙齿表面特征点的医学描述根据牙齿分类的特征，口腔医学和牙体解剖学对四类牙齿切牙、尖牙、前磨牙和磨 牙的特征有如下定义(1)切牙切牙分为中切牙和侧切牙，由于中切牙和侧切牙形状大致相同，可以认为它们的 特征一致。下面以上中切牙为例描述牙齿的特征。切牙具有四个面，分别是近中面、远中 面、唇面、舌面。在近远中方向上有一条切缘，并且在切缘的两边分别有近中角点和远中角点ο(2)尖牙尖牙也具有四个面，分别是近中面、远中面、唇面、舌面。尖牙的牙尖顶点比较突 出，并且在近远中方向上具有两个特征，分别是近中方向角点和远中方向角点。(3)前磨牙第一前磨牙和第二前磨牙形状相似，特征相同。前磨牙同样具有四个面，分别是 近中面、远中面、颊面、舌面。在其近远中方向上分别有近中和远中突出角点，并且在咬合面 上具有两个突出点，分别是颊尖突出顶点和舌尖突出顶点。(4)磨牙对于磨牙来说，其形状比较规则，磨牙具有五个面分别是近中面、远中面、颊面、 舌面和咬合面。在其咬合面上拥有四个突出顶点，分别是近中颊尖顶点、远中颊尖顶点、近 中舌尖顶点、远中舌尖顶点。1013、牙齿表面特征点的数学描述通过口腔医学对牙齿特征点的描述，牙齿表面 的特征点就是牙齿在牙长轴、近远中方向和颊舌向等的突出点。本专利技术采用STL文件作为 数据文件，采用离散高斯曲率来反映牙齿个顶点的弯曲程度，从而描述牙齿表面的特征。对 牙齿的近远中方向、唇舌向以及上下颂方向，采用如下的定义方式分别对不同类型的牙齿 的特征点进行描述。(1)切牙对于切牙，选取牙冠表面的三个点作为中切牙和侧切牙的特征点，分别是切缘近 中角点、切缘远中角点和牙冠与牙龈交线上一点。(2)尖牙尖牙上同样选取了三个点来确定牙齿的方向。三个点分别是牙尖顶点、近中方向 突出顶点和远中方向突出顶点。(3)前磨牙前磨牙选取了四个点来确定牙齿的方向。分别是颊尖顶点、舌尖顶点、近中面突出 顶点、远中面突出顶点。(4)磨牙对于磨牙，选取三个点来确定牙齿的方向。分别是近中方向颊尖顶点、远中方向颊 尖顶点、近中方向舌尖顶点或者远中方向舌尖顶点。近中舌尖顶点或者远中舌尖顶点的选 取时根据高斯曲率值的大小来确定。本专利技术使用的STL文件是三角面片的复杂集合，采用离散的高斯曲率来反映顶点 处的弯曲程度，从而描述牙齿的表面特征点。具体采用如下公式来描述牙齿模型三角面片 顶点的曲率值K =j一 A这个公式的几何意义是比较直观的，2 π减去该点邻域内邻接三角形对应顶点的 角度和，再除以相应区域的面积，就是该顶点在三角网格曲面中的高斯曲率值，代表该点在 某领域内的弯曲程度。在三角网格中，定义两端点Pi和Pj的边e」=Pj-Pi,两边ej; eJ+1的夹角为α』=Z (e」，eJ+1)，两边PiPj, PjPJ+1的夹角为λ i,两边PiPjtl, PjPj+1的夹角为Y j ·再记边e」，eJ+1所围成的三角形Pi，Pj, pJ+1为Tj,其单位法向量 χ eJ+l 定义两个相邻面片IV1和L的法向量之间的夹角为β j = ROv1, nj)。对具有公共边ej的每两个三角形IV1和Tj作一个内切的小柱面，这样整个三角网 格曲面就由一系列小柱面拼成的光滑曲面来近似代替。因此，直接由微分几何中的定理可 得离散高斯曲率和离散平均曲率的算式。a jκ =j_ A\H\=^~f}\ej\\\fiJ\^ J=I其中，A =，Spi如附图1所示，其中左图顶点Pi对应的角度Cij为锐角，右i图顶点Pi对应的角度α j为钝角。当Tj为锐角三角形时，Spi = PlPj I!2 cot λ^ Il P1Pua |丨2 cot γ^本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建立单颗牙齿包容长方体模型的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（Ａ）在分割牙齿数字模型的基础上，采集单颗牙齿表面特征点；（Ｂ）以选取的特征点为基础，为不同类型的牙齿建立相应的局部三维坐标系；（Ｃ）利用所述单颗牙齿三维直角坐标系为基础，建立牙齿的包容体模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李占利，孙瑜，陈有兰，李康军，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]