一种面向骨性III类错颌正畸正颌的软组织移位预测方法

本发明涉及面部软组织移位预测，具体地，涉及一种面向骨性iii类错颌正畸正颌的软组织移位预测方法。

背景技术：

1、骨性ⅲ类错牙合畸形为临床上一种较常见的颌骨畸形，患者面部可见明显凹面型，矢状向不调，磨牙近中关系，前牙反合，anb＜0°。该疾病不仅影响患者的咬合、咀嚼及发音功能，还对患者面部美观造成较大影响，严重时甚至会影响患者的心理健康及社会活动。正畸正颌联合治疗是目前临床治疗骨性ⅲ类错牙合畸形的主要方法，其治疗流程分为术前正畸、正颌手术和术后正畸，其中术前正畸包括排齐牙齿、调整牙弓宽度等，正颌手术包括上颌lefort i型截骨术联合双侧下颌升支矢状劈开截骨术，术后正畸精细调整咬合，可调整上下颌骨水平、垂直、前后向关系及牙齿排列，改善患者侧貌美观。

2、在进行正颌手术前，医生首先需要确定术后达到鼻唇颏部协调的良好面型的软组织位置，然后根据此来计算硬组织的移动量，然而骨性iii类手术术后实际的软硬组织移动量比例与理论上术前方案设计的应移动量之间一直存在着一个问题：由于缺少对软硬组织之间确切的移动量相关性关系，导致无法精确实现鼻唇颏部软组织达到和谐美学关系所要求的硬组织移动量。

3、虽然国际上有少数关于正颌术后患者鼻唇部软硬组织变化的相关报道，但许多有关骨性iii类正颌手术前后组织预估都是分别进行软组织变化或硬组织变化独立分析的，且其他研究仅运用ct数据来测量，存在以下问题：由于口腔颌面部尤其是鼻唇部的色彩信息对于标志点如唇峰点、口角点等的确立有着重要的精准定位作用，然而ct数据缺少面部色彩信息，导致标志点定位精度下降，影响软组织移位测量精度；由于拍摄ct时患者处于仰卧位，面颊部软组织在重力作用下有轻微形变，导致术前设计的骨移动量与实际术后软组织反馈出现偏差，降低软组织移位预测的可靠性。

4、随着影像学处理技术的发展，对颜面外貌进行分析的测量技术已由二维向三维发展。3dmd立体体层摄影技术近年来广泛应用于颌面部软组织研究，该技术对颅颌面形态分析的准确性和可靠性也得到了初步证实。有学者运用cbct重建患者软组织数据，与3dmd面扫数据进行匹配，测量患者软组织各区域变化，但未能将正畸前后的数据在同一坐标系中进行测量，导致测量精度有限。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种面向骨性iii类错颌正畸正颌的软组织移位预测方法，模拟骨性iii类正畸正颌前后的软硬组织在同一空间坐标系下的拟合，并结合3dmd面部扫描彩色数据，大幅提升骨性iii类错颌正畸正颌前后面部软组织移位的预测精度。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种面向骨性iii类错颌正畸正颌的软组织移位预测方法，包括如下步骤：

4、步骤s1：分别基于骨性ⅲ类错牙合畸形患者正畸正颌前和正畸正颌后的cbct数据，构建正畸正颌前和正畸正颌后stl格式的骨组织和软组织三维实体模型；

5、步骤s2：建立口腔颌面标准坐标系，分别获取正畸正颌前和正畸正颌后stl格式的骨组织和软组织三维实体模型的坐标，导入3-matic 21.0中；

6、步骤s3：获取骨性ⅲ类错牙合畸形患者正畸正颌前和正畸正颌后的3dmd面部扫描文件，以obj格式导入3-matic 21.0中，与导入3-matic 21.0中骨组织和软组织三维实体模型的标志点坐标进行配准，得到利用3dmd面部扫描文件替换三维实体模型中软组织的配准模型；

7、步骤s4：基于配准模型，运用逐步回归的方法预测出软组织移位。

8、进一步地，步骤s1包括如下子步骤：

9、步骤s1.1：分别将骨性ⅲ类错牙合畸形患者正畸正颌前和正畸正颌后的cbct数据以dicom格式导入生物医学工程软件mimics 21.0；

10、步骤s1.2：通过生物医学工程软件mimics 21.0的阈值分割功能，调整cbct数据的hu值，从cbct数据中提取出骨组织和软组织；

11、步骤s1.3：通过生物医学工程软件mimics 21.0的计算实体模型建立骨组织和软组织的预览三维模型，并采用编辑蒙版中的套索工具和平滑工具进行修整，生成正畸正颌前和正畸正颌后stl格式的骨组织和软组织三维实体模型。

12、进一步地：

13、针对骨组织，调整cbct数据的hu值为525~3187；

14、针对软组织，调整cbct数据的hu值为-383~489。

15、进一步地，步骤s2的具体过程如下：

16、分别将正畸正颌前和正畸正颌后stl格式骨组织和软组织的三维实体模型导入creo parametric7.0中，过双侧眶下缘点和外耳道上点之中点建立水平面，过枕大孔中点、鼻根点和垂直水平面建立矢状面，过外耳道中点且平行于所述水平面和矢状面建立冠状面，得到在口腔颌面标准坐标系下的三维实体模型，更新保正畸正颌前和正畸正颌后stl格式的骨组织和软组织三维实体模型的文件，导入3-matic 21.0中。

17、进一步地，步骤s3包括如下子步骤：

18、步骤s3.1：将骨性ⅲ类错牙合畸形患者正畸正颌后的3dmd面部扫描文件，以obj格式导入3-matic 21.0中，采用align功能中的n点融合，固定导入3-matic 21.0中正畸正颌后三维实体模型中的软组织，并设置正畸正颌后三维实体模型中的骨组织跟随状态，描迹第一标志点组，将正畸正颌后的3dmd面部扫描文件与固定的软组织进行配准，切换至align功能中的全局融合，直至正畸正颌后的3dmd面部扫描文件与正畸正颌后三维实体模型的配准结果不再变化，得到正畸正颌后配准结果；

19、步骤s3.2：将骨性ⅲ类错牙合畸形患者正畸正颌前的3dmd面部扫描文件，以obj格式导入3-matic 21.0中，采用align功能中的n点融合，固定导入3-matic 21.0中正畸正颌前三维实体模型中的软组织，描迹第一标志点组，将正畸正颌前的3dmd面部扫描文件与固定的软组织进行配准，切换至align功能中的全局融合，直至正畸正颌前的3dmd面部扫描文件与正畸正颌前三维实体模型的配准结果不再变化，得到正畸正颌前配准结果；

20、步骤s3.3：采用align功能中的n点融合，将正畸正颌前配准结果中三维实体模型中的骨组织固定，将正畸正颌后配准结果中3dmd面部扫描文件设置为跟随状态，描迹第二标志点组，将正畸正颌前配准结果中三维实体模型中的骨组织与正畸正颌后配准结果中三维实体模型中的骨组织进行配准。

21、进一步地，所述第一标志点组包括：双侧眼内眦点、双侧眼外眦点、鼻尖点、双侧鼻翼基点和双侧口角点；所述第二标志点组包括：鼻根点、双侧眶下缘点、双侧眶下孔和枕大孔中点。

22、进一步地，步骤s4中预测的软组织移位包括：上颌软组织关键标志点移位、下颌软组织关键标志点移位和颏部软组织关键标志点移位。

23、进一步地，所述上颌软组织关键标志点移位的预测过程为：

24、

25、其中，表示预测的上颌软组织中上唇凹点的移位值，表示配准模型中上齿槽座点的移位值，表示正畸正颌前的三维实体模型中鼻唇角数值，分别表示对应项的系数，表示第一常数项。

26、进一步地，所述下颌软组织关键标志点移位的预测过程为：

27、

28、其中，表示预测的下颌软组织中下唇凹点的移位值，表示配准模型中下齿槽座点的移位值，表示正畸正颌前的三维实体模型中颏唇沟中点厚度数值，分别表示对应项的系数，表示第二常数项。

29、进一步地，所述颏部软组织关键标志点移位的预测过程为：

30、

31、其中，表示预测的颏部软组织中颏前点的移位值，表示配准模型中骨组织颏前点的移位值，表示正畸正颌前下唇颏突角数值，分别表示对应项的系数，表示第三常数项。

32、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

33、本发明为面向骨性iii类错颌正畸正颌的软组织移位预测方法，在建立口腔颌面标准坐标系后，使正畸正颌前和正畸正颌后stl格式的骨组织和软组织三维实体模型的坐标更新至同一坐标系下，避免不同阶段数据因基准不一致导致的软、硬组织移位计算偏差；同时，将3dmd面部扫描文件与基于cbct数据生成和软组织三维实体模型在3-matic 21.0中进行配准，由于3dmd面部扫描文件中包含色彩信息和3d立体信息，使得软组织和骨组织的空间位置映射更加精准，使用同一坐标系下进行配准的正畸正颌前和正畸正颌后的三维实体模型所预测出的软组织移位，其预测结果更贴近真实正畸正颌后面型的改变，大幅提升骨性iii类错颌正畸正颌前后面部软组织移位的预测精度。