制造牙齿修复体的方法与流程

1.本发明涉及一种制造牙齿修复体的方法、一种制造牙齿修复体的计算机设备和一种计算机程序。


背景技术：

2.牙齿修复体可以由多种不同的材料构造而成，以尽可能忠实地再现天然牙齿的外观。然而，选择合适的材料很复杂，且可能会导致次优的结果。通常不清楚牙齿修复体的光学特性是如何通过相应的修复体材料实现的。因此，难以制造具有所需光学特性的新牙齿修复体。
3.本发明的技术任务是确定用于牙齿修复体的材料组合，使其对应于所需的天然外观。


技术实现要素：

4.该技术任务由根据独立权利要求的客体来解决。技术上有利的实施例是从属权利要求、说明书和附图的主题。
5.根据第一方面，该技术问题通过一种用于制造牙齿修复体的方法来解决，该方法包括以下步骤：用第一材料组合渲染第一数字牙齿模型以生成表示第一数字牙齿模型的光学特性的第一实际数据集；确定目标数据集和第一实际数据集之间的第一偏差；用第二材料组合渲染第二数字牙齿模型以生成表示第二数字牙齿模型的光学特性的第二实际数据集；确定目标数据集和第二实际数据集之间的第二偏差；以及当第一偏差小于第二偏差时，基于第一数字牙齿模型制造牙齿修复体，且当第二偏差小于第一偏差时，基于第二数字牙齿模型制造牙齿修复体。
6.通过改变对牙齿模型内部构造的不同修复体材料的分配，该方法可用于预先计算要生产的牙齿修复体的外观。通过将相应的实际数据集的光学外观与指定的目标数据集进行比较，可以从大量组合中确定最佳结果。目标数据集可能已经基于相邻牙齿预先确定。通过这种方式，可以确定用于制造牙齿修复体的材料组合和分配。可以指定牙齿修复体的外部形状和内部构造。
7.在该方法的技术上有利的实施例中，第一数字牙齿模型和第二数字牙齿模型再现相同的空间几何形状。这具有技术优势，例如，可以以更高的准确度执行该过程。
8.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，通过第一处理器执行第一数字牙齿模型的渲染并且通过第二处理器执行第二数字牙齿模型的渲染。这具有技术优势，例如，可以同时执行渲染步骤并且可以更快地执行该方法。
9.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，第一数字牙齿模型的渲染与第二数字牙齿模型的渲染并行执行。这还具有技术优势，例如，可以同时执行渲染步骤并且可以更快地执行该方法。
10.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，第一和/或第二偏差基于目标数据集
和实际数据集之间的欧几里德距离或基于目标数据集和实际数据集之间的光谱距离来计算。这还具有技术优势，例如可以高精度计算偏差。
11.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，第一和/或第二材料组合包括至少两种不同的修复体材料。这还具有技术优势，例如获得具有尽可能天然外观的牙齿修复体。
12.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，第一和/或第二数字牙齿模型的空间结构是预定的。这具有技术优势，例如，数字牙齿模型的结构保持恒定并且仅材料组合变化，这会缩短该方法的计算时间。
13.在该方法的另一技术上有利的实施例中，基于相应修复体材料的颜色值、反射值、透射值和/或吸收值来执行渲染。这具有如下技术优势，例如，执行高度准确的渲染，其会忠实地再现牙齿修复体的后续外观。
14.在该方法的另一技术上有利的实施方式中，在渲染期间还考虑粘质层、复合层、粘合层的光学特性和/或制备物的颜色印象。这具有如下技术优势，例如，在渲染期间实现了更逼真的外观，并且考虑了随后用于牙齿修复体的粘接和制备的两种材料。
15.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，预先确定修复体材料的具体数量，并且对于所有可能的材料组合重复该方法。各个渲染步骤可以并行执行。这具有如下技术优势，例如，可以尽可能精确地适配牙齿修复体。
16.在该方法的另一技术上有利的实施例中，被选择用于制造的材料组合是在目标数据集和相应的实际数据集之间具有最小偏差的材料组合。这具有如下技术优势，例如，对于给定的修复体材料会实现最佳结果。
17.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，数字牙齿模型具有预定的外部形状和预定的内部结构。这具有如下技术优势，例如，改进计算基础。
18.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，基于天然牙齿获得目标数据集。这具有如下技术优势，例如，牙齿修复体可以适配于天然牙齿。
19.在该方法的另一个技术上有利的实施例中，目标数据集再现天然牙齿的光学特性和/或几何形状。这具有如下技术优势，例如，进一步提高牙齿修复体的保真度。
20.根据第二方面，该技术问题通过一种用于制造牙齿修复体的计算机设备来解决，该计算机设备包括适于执行根据第一方面的方法的制造设备。因此，实现了与通过根据第一方面的方法相同的技术优势。
21.根据第三方面，该技术问题通过一种计算机程序来解决，该计算机程序包括使根据第二方面的计算机设备执行根据第一方面的方法步骤的指令。因此，实现了与通过根据第一方面的方法相同的技术优势。
22.本发明的实施例的示例在附图中示出并且在下面更详细地描述。
附图说明
23.附图显示了：
24.图1：数字牙齿模型的示意图；
25.图2：目标数据集和实际数据集之间的比较的表示。
26.图3：计算目标数据集和实际数据集之间偏差的示意图。
27.图4：用于生产牙齿修复体的方法的框图。
具体实施方式
28.图1示出了牙齿修复体100的数字牙齿模型200-1和200-2的示意图。随后的牙齿修复体100的外部形状和内部空间结构由数字牙齿模型200-1和200-2指定。为此，可以在cad程序中生成外部形状。内部空间结构可以从数据库计算或获得，例如从天然牙齿的结构导出，或从牙齿修复体100或天然牙齿的外部形状计算。给定牙齿修复体100的预定外部形状，可以通过牙齿模型200-1和200-2限定内部分层结构，并且可以为每个单独的层分配其自己的具有预定光学材料参数的修复体材料201和203。对于牙齿模型，假设相同的残余牙齿207或待治疗的牙齿的相同制备物的外观。
29.例如，第一牙齿模型200-1再现由不同修复体材料201-1、201-2和201-3分层构建的牙齿修复体100。在外层中，使用修复体材料201-1，在中间层中，使用修复体材料201-2，且在内层中，使用修复体材料201-3。内层也可以是粘合层209。
30.第二牙齿模型200-2再现了相同的牙齿修复体100，其也是由不同的修复体材料203-1、203-2和203-3分层构建。然而，外层使用修复体材料203-1，中间层使用修复体材料203-2，且内层使用修复体材料203-3。内层也可以是具有粘合材料203-3的粘合层209。因此，第一牙齿模型200-1的材料组合不同于第二牙齿模型200-2的材料组合。
31.相应的分配的修复体材料201-1、
……
、201-3、203-1、
……
和203-3的光学和物理特性是已知的，例如颜色值、散射值、反射值、透射值和/或吸收值。
32.通过使用光线追踪的渲染(光模拟过程)，可以基于先前创建的牙齿模型200计算牙齿修复体的颜色和半透明度。这样，仿生牙齿修复体的后续外观和光学印象可以从牙齿模型200，例如牙桥、牙冠、部分牙冠、嵌体、高嵌体或牙罩冠，来计算。
33.使用光与计划的牙齿修复体100和所使用的修复体材料的相互作用的物理正确的模拟来执行渲染。单独的修复体材料的已知光学参数用于生成牙齿修复体100的计算机辅助视图。
34.为此，还可以考虑现有的天然牙齿材料，例如牙齿修复体100将被放置在其上的残余牙齿。在渲染期间，针对指定的内部结构和所选择的修复体材料计算后续牙齿修复体100的光学印象。对于渲染，可以执行在至少三个波长处在可见光范围内的反射、透射和吸收值的计算机辅助计算。
35.对于该制造方法，首先确定目标数据集。目标数据集可以通过光学地捕获和评估相邻牙齿来获得。为此，可以使用电子相机或3d扫描仪来确定天然牙齿的颜色值、反射、透射和/或吸收值以及空间形状或图像。基于该数据，牙齿修复体100被规划为具有尽可能相同的特性并且空间牙齿模型200被规划。
36.目标数据集用于在分配给内部构造的修复体材料的变化下比较牙齿修复体100的渲染外观，直到找到目标数据集的最佳近似值。
37.理想地，为了比较，从与基于天然牙齿获得目标数据集的相同观察角度或视角来执行牙齿修复体100的渲染。也可以从不同的观察角度进行渲染以改善结果。可以针对任何观察角度和任何可选择的环境情况执行渲染，例如预定照明情况、考虑相邻牙齿、牙齿修复体100在口腔中的位置、或将要制备的残余牙齿的形状和光学特性。在渲染期间也可以考虑其他影响条件，例如粘合层209(粘质、复合和/或粘合)的已知光学数据。
38.因此渲染数字牙齿模型200-1和200-2会产生再现数字牙齿模型200-1和200-2的
光学特性的实际数据集。
39.图2示出了目标数据集ds-s和实际数据集ds-i(ds-i-1，ds-i-2)之间的偏差δe
s,i
的示意图。目标数据集ds-s例如由电子相机101获得。
40.数字方式生成的牙齿模型200包括关于牙齿修复体100的空间几何形状和牙齿修复体100将由其制造的相关修复体材料以及修复体材料将被布置在其中的区域的数据。渲染所需的修复体材料的光学和物理特性在渲染软件中是已知的。这些可以从不断被补充有新材料的参数表中获取。
41.实际数据集ds-i是通过用所选择的材料组合渲染数字牙齿模型200来获得的。在渲染期间，牙齿修复体100的空间几何形状以及遇到的各种修复体材料—包括粘合材料和残余牙齿或制备物(如果适用)—的光学和物理特性，都被考虑在内。
42.光在牙齿模型200中的传播可以通过麦克斯韦方程来描述。例如，渲染使用辐射传输方程(rte)，其中传播介质由吸收系数、散射系数、折射率和散射相位函数来描述。
43.数字牙齿模型200包括关于牙齿修复体100和内部构造的空间几何形状的数据，以及该构造的相应修复体材料201和203的吸收系数、散射系数、折射率和散射相位函数。当基于牙齿模型200利用上述参数进行渲染时，散射相位函数可以在蒙特卡罗模拟中以任何期望的精度以数值方式求解，其中多个光子沿着随机路径传播通过牙齿模型200。
44.由此，可以通过渲染计算牙齿修复体100的外观的实际数据集ds-i，其考虑所用材料、牙齿模型200的外部形状和内部构造。该计算出的实际数据集ds-i然后可以与已经基于相邻牙齿获得的目标数据集ds-s进行比较。为了简化该比较，其可以在二维推导(二维图像)中进行。然而，通常也可以使用三维方法。计算数值作为实际数据集ds-i和目标数据集ds-s之间的偏差δe
s,i
的度量。
45.图3示出了用于计算目标数据集ds-s和实际数据集ds-i之间的偏差δe
s,i
的示意图。例如，数据集ds-s包括给定视角中牙齿的表示。相反，已经从牙齿模型200渲染出的数据集ds-i包括在相同视角中牙齿模型200的表示。来自目标数据集ds-s和实际数据集ds-i的两个图像被缩放到相同的大小并彼此相邻放置。
46.目标数据集ds-s和实际数据集ds-i之间的欧几里得偏差δe
s,i
(δe1
s,i
,δe2
s,i
)可以通过将沿比较线205的像素颜色值(例如在l*a*b*颜色空间中)的差异相加来计算。这些比较线205可以任意移动，例如通过将牙齿的一半一起移动。然而，一般而言，比较线205也可以具有不同的路线。可以在像素水平作为最小分辨率进行比较。
[0047][0048]
沿着比较线205的颜色梯度中的差异越大，数值偏差δe
s,i
就越大。如果目标数据集ds-s和实际数据集ds-i之间存在完美的颜色匹配，则偏差δe
s,i
为零。然而，一般而言，可以使用其他方法来计算偏差δe
s,i
，例如基于光谱信息。
[0049]
图4示出了制造牙齿修复体100的方法的框图。在第一步骤s101中，用第一材料组合渲染第一数字牙齿模型200-1，以生成表示第一数字牙齿模型200-1的光学特性的第一实际数据集ds-i-1。在步骤s102中，将该第一实际数据集ds-i-1与目标数据集ds-s进行比较，以获得目标数据集ds-s与第一实际数据集ds-i-1之间的第一偏差δe1
s,i
.
[0050]
在步骤s103中，然后用第二材料组合渲染第二数字牙齿模型200-2，以生成表示第二数字牙齿模型200-2的光学特性的第二实际数据集ds-i-2。在步骤s104中，还将该第二实
际数据集ds-i-2与目标数据集ds-s进行比较，以获得目标数据集ds-s与第二实际数据集ds-i-1之间的第二偏差δe2
s,i
。
[0051]
在步骤s105中，如果第一偏差δe1
s,i
小于第二偏差δe2
s,i
，则基于第一数字牙齿模型200-1制造牙齿修复体100，或者如果第二偏差δe2
s,i
小于第一偏差δe1
s,i
，则基于第二数字牙齿模型200-1制造牙齿修复体100。
[0052]
该方法可用于渲染几何方面给定的整个系统的所有可能的材料组合。如果计算出所有可能的材料组合，则例如可以确定最接近ds-s目标数据集并且可以最佳地模仿牙齿天然外观的最佳组合。通过该过程获得客观目标/实际比较，并且通过计算机支持(最佳匹配)实现修复体材料到牙齿修复体100的相应空间区域的最佳分配。
[0053]
如果牙齿模型200-1和200-2的内部结构保持相同，则会针对单独的层计算所选材料组合的变化。然后确定最佳组合。
[0054]
数字牙齿模型200-1和200-2的渲染可以在不同的处理器上并行或同时进行，从而在短时间内获得最佳结果。材料分配的不同可能变化的并行渲染解决了快速找到光学方面对患者特定的合适牙齿修复体100的问题。在这种情况下不需要迭代计算。
[0055]
具有给定外部形状和内部构造的牙齿模型200的所有可能材料组合的并行计算和模拟，以及所获得的实际数据集与目标数据集的后续比较，可用于确定最佳的可行材料组合。
[0056]
此外，在该方法中可行的是使用预先为其分配了预定光学特性的虚拟修复体材料来计算牙齿模型200-1和200-2。由此也可以确定合适的材料组合。随后，牙齿修复体100可以用其特性接近虚拟修复体材料201和203的真实修复体材料来生产。以这种方式，也可以实现修复体100的期望的整体印象。
[0057]
该方法可用于在制造修复体100之前确定修复体材料201和203的最佳选择和分配，以创建多层修复体100，同时确保修复体100的最佳美学效果。通过利用现有修复体材料的物理和光学参数进行渲染，可以随后利用最佳材料组合制造牙齿修复体100。
[0058]
一旦确定了材料的组合，牙齿修复体100就可以使用3d打印工艺或其他合适的工艺利用相应的修复体材料来制造。在这种情况下，可以使用计算机设备来执行计算步骤，且然后使用制造设备来制造牙齿修复体100。为此，计算机设备执行包括使计算机设备执行所需程序步骤的指令的计算机程序。计算机设备包括处理器和存储数据集的数字存储器，以及执行程序步骤并适当地控制制造设备的计算机程序。制造设备例如是用各种修复体材料打印牙齿修复体100的3d打印机。然而，一般而言，可以使用能够用不同的修复体材料来制造牙齿修复体的其他制造设备。
[0059]
结合本发明的各个实施例解释和显示的所有特征可以在本发明的主题中以不同的组合提供，以同时实现它们的有益效果。
[0060]
所有方法步骤都可以由适合执行相应方法步骤的设备来实施。由目标特征执行的所有功能都可以是方法的方法步骤。
[0061]
本发明的保护范围由权利要求书给出，且不受说明书中阐述或附图所示的特征的限制。
[0062]
参考列表：
[0063]
100 牙齿修复体
[0064]
101 电子相机
[0065]
200 牙齿模型
[0066]
201 修复体材料
[0067]
203 修复体材料
[0068]
205 比较线
[0069]
207 残余牙齿
[0070]
209 固定层
[0071]
ds-i 实际数据集
[0072]
ds-s 目标数据集