基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法[发明专利]

(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201511024104.7
(22)申请日 2015.12.30
A61C 7/00(2006.01)
A61C 19/00(2006.01)
(71)申请人青岛兰信医学科技有限公司
地址266000 山东省青岛市市北区郑州路
43号A 栋120-61室（集中办公区）
(72)发明人于昊 刘继敏 王凯
(74)专利代理机构青岛中天汇智知识产权代理
有限公司 37241
代理人
万桂斌
(54)发明名称
基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成
方法
(57)摘要
本发明属于三维图像处理技术领域，具体涉
及一种基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生
成方法，可以根据真实牙齿模型分割所得的一系
列参数在计算机中生成虚拟牙龈。

利用本发明的
方法所生成的虚拟牙龈较为真实，但简化了很多
无关细节，在矫治软件显示，隐形矫治器制作等方
面有广泛应用。

而且所生成的牙龈精细程度可以
通过修改参数进行控制，可以根据不同的需要进
行细化或简化，以适用于不同硬件条件下的设备。

(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图7页CN 105662610 A 2016.06.15
C N 105662610
A
1.基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将牙龈线、牙齿分割线以及构造参数输入，所述的构造参数包括牙龈高度，底面宽度和牙窝深度；
(2)根据牙齿分割线对牙龈线进行分割，将分割结果对应每颗牙齿进行存储；
(3)对于每颗牙齿所对应的牙龈曲线进行采样，求取所有采样点的中心点，并将中心点根据牙龈的高度将其投影至底面；
(4)将各中心点在底面上的投影点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面中线；
(5)对于底面中线上相邻的两个投影点的中垂线，根据底面的宽度在底面中线的两侧分别在该中垂线上采样两个点，采样所得两个点关于底面中线上相邻的两个投影点的连接线对称；在底面中线的端点处，按照底面的宽度在底面中线在该端点处的切线方向上采样一个点；
(6)将所有采样点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面轮廓线；
(7)根据底面轮廓线和中线生成底面；
(8)根据牙龈线上的采样点，重新对底面的轮廓线进行采样，使得底面轮廓线上的点与牙龈线上的点一一对应；
(9)对于每颗牙齿的牙龈线的中心点，根据牙窝的深度投影获得牙窝底端点；
(10)将底面轮廓线上的采样点，对应的牙龈线上的采样点和对应牙窝底端点，用贝塞尔曲线连接生成牙龈轮廓曲线，并在牙龈轮廓曲线上进行采样；
(11)将对牙龈轮廓曲线采样所得到的点集分别生成牙龈侧面和牙窝面，即得到虚拟牙龈。

2.根据权利要求1所述的基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法，其特征在于，所述步骤(7)之后，步骤(8)之前还包括步骤(21)重新对牙龈线上的点进行采样。

权　利　要　求　书1/1页CN 105662610 A
基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法
技术领域
[0001]本发明属于三维图像处理技术领域，具体涉及一种基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法。

背景技术
[0002]牙齿矫治器是一种治疗错颌畸形的装置，可称正畸矫治器。

可产生作用力，或是咀嚼肌口周肌的功能作用力通过矫治器使畸形的颌骨、错位牙及牙周支持组织发生变化，以利于牙颌面正常生长发育。

矫治器通常是一种富有弹性的金属丝和托槽，或和塑料基托结合的机械性装置，戴在口内或颌面部。

[0003]随着时代发展的进迁，此种“铁齿铜牙”的矫治方法已经不适用于大部分对于形象越来越在意的现代人，隐形矫治器问世了。

隐形矫治器对病患来说，几乎完全隐形，不影响美观；对牙龈、舌头和前庭黏膜没刺伤，刺激小，舒适；可自快速摘取，便于保持口腔卫生；可以预览矫治步骤和结果。

对医生来说，满足病患对美观的要求，可预先了解矫治步骤和结果，减少病人复诊和钢丝加力的次数时间，大大减轻了工作强度和工作时间，可以接待更多的病人，可以和固定托槽矫治结合使用。

也可和修复治疗联合使用，如先矫治，后修复。

定制的隐形矫治器不用金属丝拉紧牙齿，也不会引起口腔内的磨损与不适感，与固定矫治相比，可以减少疼痛感。

在治疗期间可以摘下矫治器正常进食，治疗过程中，可以方便的刷牙和剔牙，有效地清除牙垢保持口腔卫生。

[0004]本发明提供一种用于隐形矫治器制作的基于模型的虚拟牙龈的生成方法。

发明内容
[0005]本发明提出一种基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法，利用本发明的方法可以根据真实牙齿模型分割所得的一系列参数在计算机中生成虚拟牙龈，而且所得的虚拟牙龈精度可控制，三角片形状较为规则，大小均匀，对后续曲面简化，变形等操作不会产生负面影响。

[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法，包括如下步骤：
[0007](1)将牙龈线、牙齿分割线以及构造参数输入，所述的构造参数包括牙龈高度，底面宽度和牙窝深度；
[0008](2)根据牙齿分割线对牙龈线进行分割，将分割结果对应每颗牙齿进行存储；[0009](3)对于每颗牙齿所对应的牙龈曲线进行采样，求取所有采样点的中心点，并将中心点根据牙龈的高度将其投影至底面；
[0010](4)将各中心点在底面上的投影点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面中线；[0011](5)对于底面中线上相邻的两个投影点的中垂线，根据底面的宽度在底面中线的两侧分别在该中垂线上采样两个点，采样所得两个点关于底面中线上相邻的两个投影点的连接线对称；在底面中线的端点处，按照底面的宽度在底面中线在该端点处的切线方向上
采样一个点；
[0012](6)将所有采样点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面轮廓线；
[0013](7)根据底面轮廓线和中线生成底面；
[0014](8)根据牙龈线上的采样点，重新对底面的轮廓线进行采样，使得底面轮廓线上的点与牙龈线上的点一一对应；
[0015](9)对于每颗牙齿的牙龈线的中心点，根据牙窝的深度投影获得牙窝底端点；[0016](10)将底面轮廓线上的采样点，对应的牙龈线上的采样点和对应牙窝底端点，用贝塞尔曲线连接生成牙龈轮廓曲线，并在牙龈轮廓曲线上进行采样；
[0017](11)将对牙龈轮廓曲线采样所得到的点集分别生成牙龈侧面和牙窝面，即得到虚拟牙龈。

[0018]进一步地，所述步骤(7)之后，步骤(8)之前还包括步骤(21)重新对牙龈线上的点进行采样。

[0019]本发明的基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法，可以根据真实牙齿模型分割所得的一系列参数在计算机中生成虚拟牙龈。

利用本发明的方法所生成的虚拟牙龈较为真实，但简化了很多无关细节，在矫治软件显示，隐形矫治器制作等方面有广泛应用。

而且所生成的牙龈精细程度可以通过修改参数进行控制，可以根据不同的需要进行细化或简化，以适用于不同硬件条件下的设备。

附图说明
[0020]图1为输入的牙龈线的三维坐标图；
[0021]图2为输入的牙龈线的二维坐标图；
[0022]图3为输入的牙齿分割线的二维坐标图；
[0023]图4为牙齿分割线分割牙龈线的二维坐标图；
[0024]图5为牙龈线采样点的中心点的二维坐标图；
[0025]图6为中心点在底面的投影图的三维坐标图；
[0026]图7为中心点在底面的投影图的二维坐标图；
[0027]图8为底面中线的二维坐标图；
[0028]图9为底面的二维坐标图；
[0029]图10为根据牙龈线上的采样点重新对底面的轮廓线进行采样后的三维坐标图；[0030]图11为用贝塞尔曲线连接的牙龈线上的采样点、底面轮廓线上的采样点以及牙窝底端点的示意图；
[0031]图12为生成的虚拟牙龈的示意图；
[0032]图中：1-牙龈线；2-牙龈线上的采样点；3-贝塞尔曲线；4-底面轮廓线上的采样点；5-牙窝底端点；6-牙龈侧面；7-牙窝面。

具体实施方式
[0033]下面结合具体实施方式对本发明进行详细的描述。

[0034]基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙龈的生成方法，包括如下步骤：
[0035](1)将牙龈线、牙齿分割线以及构造参数输入，所述的构造参数包括牙龈高度，底
面宽度和牙窝深度；
[0036](2)根据牙齿分割线对牙龈线进行分割，将分割结果对应每颗牙齿进行存储；[0037](3)对于每颗牙齿所对应的牙龈曲线进行采样，求取所有采样点的中心点，并将中心点根据牙龈的高度将其投影至底面；
[0038](4)将各中心点在底面上的投影点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面中线；[0039](5)对于底面中线上相邻的两个投影点的中垂线，根据底面的宽度在底面中线的两侧分别在该中垂线上采样两个点，采样所得两个点关于底面中线上相邻的两个投影点的连接线对称；在底面中线的端点处，按照底面的宽度在底面中线在该端点处的切线方向上采样一个点；
[0040](6)将所有采样点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面轮廓线；
[0041](7)根据底面轮廓线和中线生成底面；
[0042](8)根据牙龈线上的采样点，重新对底面的轮廓线进行采样，使得底面轮廓线上的点与牙龈线上的点一一对应；
[0043](9)对于每颗牙齿的牙龈线的中心点，根据牙窝的深度投影获得牙窝底端点；[0044](10)将底面轮廓线上的采样点，对应的牙龈线上的采样点和对应牙窝底端点，用贝塞尔曲线连接生成牙龈轮廓曲线，并在牙龈轮廓曲线上进行采样；
[0045](11)将对牙龈轮廓曲线采样所得到的点集分别生成牙龈侧面和牙窝面，即得到虚拟牙龈。

[0046]所述步骤(7)之后，步骤(8)之前还包括步骤(21)重新对牙龈线上的点进行采样。

[0047]本发明的虚拟牙龈的生成方法是基于模型的，需要先采集模型的参数，包括模型的牙龈线、牙齿分割线、牙龈宽度、底面宽度和牙窝深度等参数，其中本发明中对牙龈线、牙齿分割线、牙龈高度，底面宽度和牙窝深度的定义如下：
[0048]牙龈线：牙齿和牙龈的分割线，也就是牙龈和牙齿相交的轮廓线。

[0049]牙齿分割线：在牙龈线上画出的线段组，用于在牙龈线上分割每颗牙齿，使得每颗牙齿有单独的牙窝与其对应。

[0050]牙龈高度：虚拟牙龈的高度，即虚拟牙龈最高点与底面的距离。

[0051]底面宽度：虚拟牙龈底面宽度，即虚拟牙龈底面中线的法线与底面轮廓线相交两点间的距离。

[0052]牙窝深度：虚拟牙龈牙窝深度，即虚拟牙龈单颗牙齿的牙龈线的中心点到牙窝底端点的距离。

[0053]以上定义均为在本发明的方法中的定义，并不是医学定义。

[0054]首先将采集到的牙龈线、牙齿分割线以及构造参数输入，所述的构造参数包括牙龈高度，底面宽度和牙窝深度。

然后根据牙齿分割线对牙龈线进行分割，将分割结果对应每颗牙齿进行存储。

此时为了方便存储，可以为牙齿编号，然后将分割结果对应每颗牙齿的编号进行存储。

对于每颗牙齿所对应的牙龈曲线进行采样，求取所有采样点的中心点，并将中心点根据牙龈的高度将其投影至底面。

此时选取底面时，可以设置底面与空间坐标轴的Z轴垂直，求取中心点时将所有采样点的空间坐标对应相加并平均即可得到中心点的空间坐标。

此时将各中心点在底面上的投影点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面中线，对于底面中线上相邻的两个投影点的中垂线，根据底面的宽度在底面中线的两侧分别在该中垂线上采
样两个点，采样所得两个点关于底面中线上相邻的两个投影点的连接线对称；在底面中线的端点处，按照底面的宽度在底面中线在该端点处的切线方向上采样一个点。

在本发明的方法中，底面宽度是人为设定的，可以选取底面的宽度为固定值，也可以选取底面宽度为对应牙齿的牙窝底端点到其牙龈线上的距离的最大值。

将所有采样点用贝塞尔曲线进行连接，生成底面轮廓线；根据底面轮廓线和中线生成底面。

此时可以重新对牙龈线上的点进行采样，并且根据需要对采样点进行稀疏或者加密，根据不同的需要进行细化或简化，以适用于不同硬件条件下的设备。

比如此时加密采样点，可以在后续获得更加精确的结果。

根据牙龈线上的采样点，重新对底面的轮廓线进行采样，使得底面轮廓线上的点与牙龈线上的点一一对应；对于每颗牙齿的牙龈线的中心点，根据牙窝的深度投影获得牙窝底端点；因为底面与空间坐标轴的Z轴垂直，所以此处的投影也应该是向Z轴方向进行投影。

[0055]最后将底面轮廓线上的采样点，对应的牙龈线上的采样点和对应牙窝底端点，用贝塞尔曲线连接生成牙龈轮廓曲线，并在牙龈轮廓曲线上进行采样；将对牙龈轮廓曲线采样所得到的点集分别生成牙龈侧面和牙窝面，即得到虚拟牙龈。

通常是选取点集中相邻位置的三个点，并将三个点进行连接生成一个三角面片，依次类推，从而可生成虚拟牙龈。

图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7
图8
图9
图10
图11
图12。