牙科矫治器厚度预估方法、压膜参数预估方法及存储介质与流程

本发明涉及正畸数字设计，特别涉及一种牙科矫治器厚度预估方法、压膜参数预估方法及存储介质。

背景技术：

1、壳状牙齿矫治器是一种牙齿正畸矫治装置，采用安全的弹性透明高分子材料制作，具有矫正过程全隐形、美观性好、操作简单、便于口腔清洁等优点，而且由于其透明美观等特点，使矫治过程几乎在旁人无察觉中完成，已逐渐作为牙齿正畸患者的首选。

2、在制作工艺中，常用的是基于热压膜成型技术制作，即将聚合物薄片材料(膜片)在代表牙齿布局及结构形态的牙模上热压形成阴模，然后把该阴模多余的部分切割去除，获得壳状牙科器械。然而不同形态的患者牙颌对膜片有不同形态的拉伸，造成矫治器厚度不均匀，甚至膜片破裂。

3、现有的解决厚度不一致的方式如专利(申请号cn202110218009.x)中公开的一种壳状牙齿矫治器的压膜方法，通过调整牙颌模型的位姿提升矫治器成品的厚度一致性。然而虽然这是一种解决方案，但对于调整位姿后得到的矫治器厚度是否满足要求，一般都为形变的估算，不考虑压膜过程中工艺参数的影响，所以实际压膜后的厚度还需通过仿真等方式进行验证。而仿真方式中通常采用的是有限元仿真，但构建匹配真空热压膜环境的有限元模型建模过程复杂，构建成本高，整体的分析速度也较慢。又由于壳状牙齿矫治器为个性化定制产品，对不同患者壳状矫治器厚度进行验证时，需要对应构建不同的有限元模型，这样每个病例对应建模、分析、设计矫治器，整体速度过慢，不利于大范围推广。

4、所以针对现有技术中存在的问题，本发明提供了解决技术问题的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种牙科矫治器厚度预估方法、压膜参数预估方法及存储介质，能够在对压膜后膜片进行厚度预估时，采用更为简单的数字模型，不仅关联膜片压膜中的工艺参数，计算更为简单快速，厚度预估的结果在准确可靠的前提下，大大提升评估速度。

2、为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种牙科矫治器厚度预估方法，用于真空热压成型制作牙科矫治器，牙科矫治器厚度预估方法，包括：分别构建对应患者牙颌的牙颌面网格模型和覆盖在患者牙颌上对应待压膜膜片的膜片面网格模型；其中，所述牙颌面网格模型中各节点为固定节点，所述膜片面网格模型中网格节点之间具有弹性特性；给定压膜工况信息，所述工况信息包括：压膜压力和膜片压膜速度；根据给定的弹性特性、所述压膜压力，计算膜片面网格模型中目标网格节点的受力；根据所述膜片压膜速度和计算出的目标网格节点的受力，计算膜片面网格模型中目标网格节点的位移；根据计算出的目标网格节点的位移，计算所述膜片面网格模型在压膜形变后目标网格节点所在位置的矫治器厚度。

3、本发明实施方式相对于现有技术而言，分别构建患者牙颌合膜片的面网格模型，其中牙颌面网格为固定节点，膜片面网格的节点间具有弹性特性，分别适配牙颌模型和膜片在压膜过程中的实际状态。之后计算压膜过程中膜片所受到的力，以及在弹性特性下，膜片受到力后的网格节点的位移，即可确定膜片的拉伸情况，从而进一步确定膜片的厚度。可见，采用网格模型配合力学性能的计算，使得预估的过程符合膜片在受压后的具体情况，从而不仅使得整体预估速度加快，还能得到符合客观条件的真实可靠的厚度结果。由于采用的模型建模简便，降低了建模成本，便于本技术中的矫治器厚度预估可以更推广至更多应用场景。

4、可选的，所述弹性特性通过弹簧刚度系数和弹簧阻尼系数表征；计算膜片面网格模型中目标网格节点的受力包括：弹簧伸缩力、弹簧阻尼力、膜片中目标网格节点的质点重力和膜片的压膜压力。由于膜片的材料具有一定弹性，本技术选择以弹簧的特性参数表征膜片网格中相邻节点间的弹性特性，将膜片网格在相邻两个节点间的形变简化为弹簧形变，使得以弹簧特性为预估参数，更利于受力和形变的量化计算。

5、可选的，所述根据所述膜片压膜速度和计算出的目标网格节点的受力，计算膜片面网格模型中目标网格节点的位移，包括：构建目标网格节点在受力后的位移和形变速度的力学计算模型；根据计算出的目标网格节点的受力，基于所述力学计算模型计算出目标网格节点在受力后的位移量。

6、可选的，所述弹簧质点的位移和形变速度的力学计算模型，包括：通过泰勒展开式，构建目标网格节点的受力、位移和移动速度的第一关系式；依据隐式欧拉法的表示方式，构建目标网格节点的位移和移动速度的第二关系式；基于牛顿第二定律，构建将目标网格节点在受力后形成的加速度与移动速度对单位时间的微分的第三关系式；根据所述第二关系式和所述第三关系式，求解所述第一关系式，得到所述目标网格节点在受力后，所受合力与位移的关系式。

7、可选的，所述根据计算出的目标网格节点的受力，基于所述力学计算模型计算出目标网格节点在受力后的位移量，包括：根据单位时间变化，基于所述力学计算模型迭代计算出目标网格节点在受力后的位移量。由于弹性形变相对时间并非线性变化，所以进一步根据单位时间变化进行迭代计算，使得计算出的位移量更符合实际变化过程。

8、可选的，所述根据单位时间变化，在所述力学计算模型中迭代计算出目标网格节点在受力后的位移量，包括：在每次迭代计算后，对所述目标网格节点与所述牙颌面网格模型中各节点进行碰撞检验；若检验到碰撞，则解除碰撞。由于在计算过程中，牙颌模型和膜片模型可能产生交叉，而实际情况中膜片和牙颌的位置并不会重叠，所以在每次迭代计算后进行节点的碰撞检验，并在检验到碰撞后解除碰撞，使得计算出的位移量更符合实际，预估结果更可靠准确。

9、可选的，所述对所述目标网格节点与所述牙颌面网格模型中各节点进行碰撞检验，包括：以迭代计算前的目标网格节点位置到迭代计算后的新位置生成射线；计算该射线与所述牙颌面网格模型中各面片的相交情况；所述若检验到碰撞，则解除碰撞，包括：若该射线与所述牙颌面网格模型中任一面片存在相交，则确定为检验到碰撞；在解除碰撞时，将所述目标网格节点位置迭代计算后的新位置更新为相交点。

10、可选的，所述弹簧刚度系数和弹簧阻尼系数根据待预估膜片所采用材料的刚度确定；和/或，所述压膜压力根据待预估的真空热压成型制作时采用的压膜机的压力值和真空压力确定。

11、可选的，所述根据计算出的目标网格节点的位移，计算所述膜片面网格模型在压膜形变后目标网格节点所在位置的矫治器厚度，包括：为所述膜片面网格模型中各个膜片面片预设初始厚度h0，形成膜片网格单元；计算膜片网格单元的体积等于h0*a0，其中，a0为膜片面片的初始面积；根据所述膜片面网格模型中所有目标网格节点的位移，计算各所述目标网格节点所在的膜片面片在形变后的网格面积ai；基于膜片体积不变原则，根据所述初始厚度h0、目标网格节点所在膜片面片在压膜形变前后的网格面积a0和ai，计算得到各个膜片面片在形变后所在膜片网格单元的厚度hi＝h0*a0/ai。由于膜片在形变的过程中，体积几乎不变，所以进一步限定三角网格的高度，以体积不变原则，在面积变化后计算对应变化的高度，使得高度计算更为快捷简便。

12、本发明的实施方式还提供了一种压膜参数验证方法，包括：获取压膜工况信息和膜片规格；根据上述的牙科矫治器厚度预估方法计算膜片面网格模型在压膜形变后目标网格节点所在位置的矫治器厚度；判断各目标网格节点所在位置的矫治器厚度是否大于第一预设值，且各目标网格节点所在位置的矫治器厚度间的差异是否小于第二预设值；在各目标网格节点所在位置的矫治器厚度小于或等于所述第一预设值，或各目标网格节点所在位置的矫治器厚度间的差异大于或等于所述第二预设值时，确定为验证失败，反馈调整所述压膜工况信息和/或所述膜片规格。

13、本技术实施方式中通过预估压膜后得到的矫治器在目标位置的厚度，进一步验证压膜参数，分别比对得到的各个位置的厚度以及比对不同位置的厚度差异与预设值的关系，验证得到的矫治器的矫治器厚度是否符合需求，如果不符合需求，则反馈调整参数信息，使得通过预先模拟厚度，验证出更为适合的压膜参数，减少仿真验证或实体验证，降低成本，加快验证反馈速度。

14、可选的，所述各目标网格节点所在位置的矫治器厚度间的差异是否小于第二预设值，具体为：在预定的检测窗内的各目标网格节点所在位置的矫治器厚度间的差异是否小于第二预设值。进一步限定在预定区域内各目标网格节点所在位置的矫治器厚度差异需较小，避免厚度突变造成矫治器应力局部集中，避免矫治器在脱戴动作时的断裂。

15、本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的牙科矫治器厚度预估方法；或，实现如上述的压膜参数验证方法。