以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙系统及方法与流程

1.本发明涉及牙科领域，特别是涉及一种以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙系统及方法。


背景技术：

2.医生在制定方案的时候，侧貌目标是非常重要的指标，通过做二维x光头颅侧位片vto（visual treatment objective，形象化治疗目标）分析以获得侧貌的目标形态和切牙目标位置，该方法已经很成熟，缺点是比较孤立，无法和三维牙齿模型匹配来辅助医生制定方案。上世纪70年代，国外有学者将二维x光侧位片的vto结果与三维牙模的俯视照片放在同一个平面上，从而通过切牙目标位置来指导排牙，该方法简单可行，但是由于只是在二维的平面上通过照片来确定切牙目标位置，不考虑面部中线的影响，很容易产生偏差。现在的三维扫描技术很发达，也可以通过面部扫描仪获得三维面部数据，但是该方案成本高，而且由于三维面部数据涉及患者隐私，难以推广。过往，医生根据侧貌和切牙目标位置排牙后，需要具备丰富的经验来判断不拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙三种方案中哪种更优，需要在头脑中模拟三种方案并做出判断，要求很高且容易出错。。


技术实现要素：

3.针对上述情况，为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙方法。
4.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙系统，其特征在于，其包括：vto分析模块，用于依据x光头颅侧位片的分析，预测上下切牙目标位置和侧貌软组织目标位置；三维建模模块，用于建立三维牙齿模型，设定牙齿局部坐标系、特征点；配准模块，用于三维牙齿模型与x光头颅侧位片、单反照片配准；自动排牙模块，用于依据全自动计算的上下切牙位置和牙弓形态将牙齿排列整齐，并建立正常的覆合覆盖；切牙位置设定模块，用于手动设定上下切牙的目标位置，并发送给自动排牙模块进行牙弓线的自动计算，将牙齿排列整齐；力学分析模块，用于依据虚拟牙根、牙周膜、牙槽骨进行有限元力学分析，获得最佳拔牙位置；手动微调模块，用于手动微调牙弓线、牙齿的位置，对自动排牙的结果进行精细的微调 ；输出模块，用于生成分步骤显示的动画，方便输出给患者查。
5.本发明还提供一种以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙方法，其特征在于，其基于上述的以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙系统，包括以下步骤：
步骤一，在vto分析模块完成基于x光头颅侧位片的分析，得到上下切牙前后向及垂直向的目标位置、侧貌软组织目标位置，并完成x光头颅侧位片与单反侧面照片的配准；步骤二，在三维建模模块完成牙齿的三维模型建立，微调单颗牙齿局部坐标系和特征点；步骤三，通过配准模块将三维牙齿模型与x头颅侧位片及单反照片配准，使其处于同一个坐标系和同一个比例标尺；步骤四，将x侧位片头影测量vto获得的上下切牙切端点的水平向、垂直向移动量及牙齿长轴倾斜度变化值，上下牙弓线中点与面部中线的差值发送给切牙位置设定模块；步骤五，切牙位置设定模块根据收到的数值，自动调整上下切牙切端点水平向、垂直向的位置，倾斜牙齿长轴，将切牙调整到目标位置，并将上下牙弓线的中点移动到面部中线上；步骤六，在自动排牙模块内，以切牙位置设定模块设置的切牙位置及面部中线为基准，将上下颌模型分为左右侧共计四个象限，根据beta曲线或者其他函数拟合得到牙弓线，每个象限分别采用不拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙三种方式进行自动排牙，每次排牙时维持相同的上下切牙位置，采用相同的牙弓线，所有牙齿均沿着牙弓线向远中移动；步骤七，在力学分析模块，自动计算各象限内三种不同方案：非拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙，三者移动牙齿综合力值最小的方案；步骤八，在手动微调模块内，根据力学分析自动计算的最优方案，医生在该最优方案的基础上再手动微调牙弓线的形状和牙齿的位置，确定最终的治疗方案；步骤九，将医生调整好的最终切牙位置，发送给vto分析模块，在x光头颅侧位片完成上下嘴唇治疗后的软组织变形预测，辅助医生确认方案；步骤十，将最终的方案输出成为在web端浏览器显示的动画，患者在手机端或者pc端通过浏览器直接查看。
6.优选地，所述步骤五中，医生认为自动计算的切牙目标位置由于个体差异原因不正确，手动设定修改切牙目标位置。
7.优选地，所述步骤六中，医生希望采用非拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙之外的拔牙方案，重新设定拔牙位置，再次进行自动排牙。
8.优选地，所述步骤八中，手动微调牙弓线形状，牙齿位置后，会再次自动进行力学分析，辅助医生确认方案。
9.本发明的积极进步效果在于：本发明将二维x光头颅侧位片vto获得的侧貌和切牙目标位置与三维牙模结合起来，将二维x光头颅侧位片和单反面部照片与三维牙齿模型融合在同一个世界坐标系，采用同样的标尺，可以直观看到排牙后的效果和vto模拟的软组织变化。引入面部中线参与排牙，通过面部中线将上下牙列分四个象限，这样的方法加入了纠正牙列中线与面部中线偏差所需要的难度值，更加全面。通过单独计算各象限内的三种排牙方案，这样的方法简化了分析过程，让医生更加容易理解。各象限内单独进行基于三维有限元的力学分析，简化了分析过程，同时更加客观，只需要将各单象限内最佳方案组合成整体的最佳方案。
附图说明
10.图1为本发明以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙系统的原理框图。
11.图2为本发明在vto分析模块完成切牙的目标位置计算的示意图。
12.图3为本发明三维牙齿模型与二维x光头颅侧位片及单反照片相互配准的示意图（外面的框是x光头颅侧位片）。
13.图4为本发明切牙位置设定模块完成切牙位置的调整的示意图。
14.图5 为本发明四个象限分别执行非拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙三种排牙方案，并进行力学计算，得到单象限内最佳方案并组合成整体最佳方案的示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
16.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
17.如图1所示，本发明以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙系统包括：vto分析模块，用于依据x光头颅侧位片的分析，预测上下切牙目标位置和侧貌软组织目标位置；三维建模模块，用于建立三维牙齿模型，设定牙齿局部坐标系、特征点；配准模块，用于三维牙齿模型与x光头颅侧位片、单反照片配准；自动排牙模块，用于依据全自动计算的上下切牙位置和牙弓形态将牙齿排列整齐，并建立正常的覆合覆盖；切牙位置设定模块，用于手动设定上下切牙的目标位置，并发送给自动排牙模块进行牙弓线的自动计算，将牙齿排列整齐；力学分析模块，用于依据虚拟牙根、牙周膜、牙槽骨进行有限元力学分析，获得最佳拔牙位置；手动微调模块，用于手动微调牙弓线、牙齿的位置，对自动排牙的结果进行精细的微调 ；输出模块，用于生成分步骤显示的动画，方便输出给患者查。
18.本发明以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙方法基于上述的以侧貌及切牙目标位置为引导的自动排牙系统，包括以下步骤：步骤一，如图2所示，在vto分析模块完成基于x光头颅侧位片的分析，得到上下切牙前后向及垂直向的目标位置、侧貌软组织目标位置，并完成x光头颅侧位片与单反侧面照片的配准；步骤二，在三维建模模块完成牙齿的三维模型建立，微调单颗牙齿局部坐标系和特征点；步骤三，如图3所示，通过配准模块将三维牙齿模型与x头颅侧位片及单反照片配准，使其处于同一个坐标系和同一个比例标尺，详细配准方法参照同日申请的专利《三维牙
齿模型与头颅侧位片、单反照片相互配准的方法》。使三者处于同一个坐标系有个很大的好处，就是在查看三维牙齿模型时，可以直接看到x光头颅侧位片上切牙位置和vto的侧貌变化，可以方便的将三维牙齿模型和x光头颅侧位片同时旋转，各个角度进行查看。
19.步骤四，将x侧位片头影测量vto获得的上下切牙切端点的水平向、垂直向移动量及牙齿长轴倾斜度变化值，上下牙弓线中点与面部中线的差值发送给切牙位置设定模块。
20.步骤五，如图4所示，切牙位置设定模块根据收到的数值，自动调整上下切牙切端点水平向、垂直向的位置，倾斜牙齿长轴，将切牙调整到目标位置，并将上下牙弓线的中点移动到面部中线上。引入面部中线与现有牙弓线中点的差值，可以让医生直观看到纠正上下牙列中点到面部中线上所需要的难度值。
21.步骤六，在自动排牙模块内，以切牙位置设定模块设置的切牙位置及面部中线为基准，将上下颌模型分为左右侧共计四个象限，根据beta曲线或者其他函数拟合得到牙弓线，每个象限分别采用不拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙三种方式进行自动排牙，每次排牙时维持相同的上下切牙位置，采用相同的牙弓线，所有牙齿均沿着牙弓线向远中移动。把整体方案拆分成四个象限的问题，即使不做计算机的自动计算，采用人工分析也是更加容易思考和判断的。步骤七，如图5所示，在力学分析模块，自动计算各象限内三种不同方案：非拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙，三者移动牙齿综合力值最小的方案，计算方法参照同日申请的专利《确定最佳拔牙位置的方法》。将过往医生需要在脑海当中模拟的排牙过程，通过计算机程序自动完成，并进行力学分析，通过计算得到的数值进行判断，更加准确可靠。
22.步骤八，在手动微调模块内，根据力学分析自动计算的最优方案，医生可以在该最优方案的基础上再手动微调牙弓线的形状和牙齿的位置，确定最终的治疗方案；步骤九，将医生调整好的最终切牙位置，发送给vto分析模块，可以在x光头颅侧位片完成上下嘴唇治疗后的软组织变形预测，辅助医生确认方案。有的时候vto分析模块自动计算的切牙位置可能在医学上无法实现，需要医生来判断最终的切牙位置，如果医生调整了切牙位置，那么相应的上下嘴唇软组织形态也会发生改变，这时可以通过vto分析模块再次模拟得到调整切牙位置后的软组织侧貌，辅助医生判断该方案是否可行。
23.步骤十，将最终的方案输出成为在web端浏览器可以显示的动画，患者可以在手机端或者pc端通过浏览器直接查看。该方法的优点在于，即使患者没有再次来到诊所，也可以通过手机或者电脑在家里查看三维的治疗方案。
24.所述步骤五中，如果医生认为自动计算的切牙目标位置由于个体差异原因不正确，也可以手动设定修改切牙目标位置。该方法的优点在于，有的时候自动计算的vto切牙位置，可能从医学上无法实现，需要医生根据经验设定。
25.所述步骤六中，如果医生希望采用非拔牙、拔除第一双尖牙、拔除第二双尖牙之外的拔牙方案，可以重新设定拔牙位置，再次进行自动排牙。
26.所述步骤八中，手动微调牙弓线形状，牙齿位置后，会再次自动进行力学分析，辅助医生确认方案。
27.综上所述，本发明可以通过二维x片头颅侧位片分析侧貌并获得vto的切牙治疗目标位，将二维x光头颅侧位片与三维牙齿模型进行配准，在自动排牙时可以实时观察牙齿的排列和x侧头颅侧位片模拟的侧貌软组织变化，帮助医生更好的制定矫正方案。
28.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
29.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。