專利名稱：一種用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法。
背景技術(shù)：
口腔固定正畸是針對(duì)牙齒排列畸形或錯(cuò)牙合(牙合為一個(gè)字，下同)，利用弓絲、托槽等組成的矯治器械，對(duì)牙齒施加機(jī)械矯治力和力矩，調(diào)整顏面骨骼、牙齒和頜面肌肉三者間的平衡和協(xié)調(diào)，經(jīng)過一段時(shí)間的矯治后改善面型、排齊牙列并提高咀嚼效能。在正畸中，無論方絲弓矯治器還是直絲弓矯治器，都是通過弓絲的變形將持續(xù)載荷實(shí)施在牙齒上，實(shí)現(xiàn)牙齒的移動(dòng)。因此矯治器提供給牙齒的三維正畸力和力矩將決定牙齒的移動(dòng)過程和移動(dòng)量，正畸治療過程中要實(shí)現(xiàn)牙齒精確的按需要移動(dòng)必須先得到清楚地知道正畸系統(tǒng)所提供的力和力矩。許多不希望的牙齒移動(dòng)正是因?yàn)閷?duì)正畸力的認(rèn)識(shí)和控制不清晰造成的。不正確的力和力矩會(huì)導(dǎo)致牙齒移動(dòng)過量或不足，此時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整弓絲以加力或減力，這樣將大為延長(zhǎng)矯治的時(shí)間，同時(shí)可能造成牙周組織的吸收，增加矯治失敗的風(fēng)險(xiǎn)，出現(xiàn)較大的不確定性。要在正畸治療臨床實(shí)施前精確制訂治療方案，必須先弄清正畸矯治器械提供給牙齒的正畸力和力矩，通過設(shè)計(jì)和制作患者的正畸模擬牙模，并在該模型上測(cè)定正畸力是實(shí)現(xiàn)正畸力(矩)精確測(cè)量的主要手段。目前正畸力測(cè)量模型中存在的問題用微型力學(xué)傳感器搭建測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)可以用于正畸力和力矩的測(cè)量，但用于測(cè)量的口腔模型還無法精確模擬人體口腔組織。人體口腔中與正畸力相關(guān)的組織主要包括牙齒(牙根)、牙周膜和牙槽骨三部分。這其中牙周膜由于只有O. 25毫米左右，且具有良好的黏彈性及其它力學(xué)性能，是設(shè)計(jì)與制造中的難點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用的口腔取模灌注的石膏模型將牙周膜忽略了，這樣所測(cè)得的正畸矯治力與真實(shí)情況必然存在差距，不能有效指導(dǎo)正畸治療方案的設(shè)計(jì)。雖然現(xiàn)在立體三維打印技術(shù)可同時(shí)打印軟硬復(fù)合組織，但其適用的材料有限，要在其中找到與牙周膜力學(xué)性能相近的軟材料并不容易。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的無法精確得到矯治力和力矩、可靠性較差、不能有效指導(dǎo)正畸方案設(shè)計(jì)的不足，本發(fā)明提供一種能夠精確得到矯治力和力矩、可靠性較好、能有效指導(dǎo)正畸方案設(shè)計(jì)的用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法，包括以下步驟I) CT數(shù)據(jù)采集拍攝患者口腔部位的CT圖像；2) 口腔組織三維模型重 建利用三維重建軟件重建患者口腔模型，重建模型包括牙齒和不帶齒根窩的牙槽骨；
3)對(duì)于多牙根的磨牙，將其彎曲的牙根進(jìn)行修正，即考慮拔模方向，將彎曲的牙根修直，并使其越往根部尺寸越小或相同；4)設(shè)計(jì)牙周膜將牙根表面向外擴(kuò)充牙周膜的厚度得到放大牙齒模型，將其與不帶齒根窩的牙槽骨進(jìn)行布爾求交運(yùn)算，然后將該求交結(jié)果減去牙齒，得到牙周膜模型；5)將不帶齒根窩的牙槽骨模型減去放大牙齒模型，得到牙槽骨上的牙周膜窩；6)設(shè)計(jì)一個(gè)用于定位牙齒在齒窩里正確位置的導(dǎo)板首先根據(jù)牙弓線設(shè)計(jì)設(shè)定厚度的導(dǎo)板基體，然后將該基體調(diào)整到合適的位置以保證導(dǎo)板能從牙模上拔出；在牙模上合適的位置設(shè)計(jì)三根定位軸，相應(yīng)的在導(dǎo)板表面設(shè)計(jì)有三個(gè)定位孔，用于控制導(dǎo)板的位置；將導(dǎo)板基體減去牙齒模型，得到導(dǎo)板上的牙齒定位面；7)設(shè)計(jì)一個(gè)口腔模型的底座，并將需要測(cè)量牙位的牙槽骨分離開，分離面間再用小圓柱將分離后的牙槽骨與其余牙槽骨連接成整體；8)通過快速成型技術(shù)將牙齒、牙槽骨整體和導(dǎo)板用硬材料加工出來；9)將密封用硅膠材料和彈性材料混合后作為牙周膜的模擬材料；10)將牙周膜的模擬材料填入牙槽骨上的牙周膜窩中，然后插入牙齒，插入過程中通過導(dǎo)板來確定牙齒插入的深度、角度及位置，得到最終的口腔正畸力測(cè)量模擬模型。進(jìn)一步，所述建模方法還包括以下步驟11)將所述口腔正畸力測(cè)量模擬模型放置設(shè)定的時(shí)間，等牙周膜模擬材料性能穩(wěn)定后，用于在正畸力測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行矯治器械的正畸力測(cè)量。更進(jìn)一步，所述建 模方法還包括以下步驟12)該模型在用于測(cè)量時(shí)，在將測(cè)量牙位的牙槽骨與力傳感器測(cè)量桿固定后，將牙槽骨分離面間的連接圓柱切斷，使牙齒矯治器的力施加到力傳感器上。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在能夠精確得到矯治力和力矩、可靠性較好、能有效指導(dǎo)個(gè)性化正畸方案的設(shè)計(jì)。


圖1是口腔組織三維模型重建的示意圖。圖2是多牙根的示意圖。圖3是牙周膜模型的示意圖，其中，I為牙原始模型，2為擴(kuò)展后模型。圖4是牙周膜窩的示意圖。圖5是導(dǎo)板和牙模的示意圖，其中，3為導(dǎo)板，4為牙模。圖6是安裝定位軸的牙模的示意圖，其中，5為定位軸。圖7是未安裝定位軸的牙模的示意圖，其中，6為定位孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1 圖7，一種用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法，包括以下步驟I) CT數(shù)據(jù)采集拍攝患者口腔部位的CT圖像。2) 口腔組織三維模型重建利用三維重建軟件重建患者口腔模型，重建模型包括牙齒和不帶齒根窩的牙槽骨，如圖1所示。3)對(duì)于多牙根的磨牙，將其彎曲的牙根進(jìn)行修正，即考慮拔模方向，將彎曲的牙根修直，并使其越往根部尺寸越小或相同，如圖2所示。4)設(shè)計(jì)牙周膜將牙根表面向外擴(kuò)充牙周膜的厚度如O. 25毫米得到放大牙齒模型，將其與不帶齒根窩的牙槽骨進(jìn)行布爾求交運(yùn)算，然后將該求交結(jié)果減去牙齒，得到牙周膜模型，如圖3所示。5)將不帶齒根窩的牙槽骨模型減去放大牙齒模型，得到牙槽骨上的牙周膜窩，如圖4所示。6)設(shè)計(jì)一個(gè)用于定位牙 齒在齒窩里正確位置的導(dǎo)板首先根據(jù)牙弓線設(shè)計(jì)一定厚度的導(dǎo)板基體，然后將該基體調(diào)整到合適的位置以保證導(dǎo)板能從牙模上拔出；在牙模上合適的位置設(shè)計(jì)三根定位軸，相應(yīng)的在導(dǎo)板表面設(shè)計(jì)有三個(gè)定位孔，用于控制導(dǎo)板的位置；將導(dǎo)板基體減去牙齒模型，得到導(dǎo)板上的牙齒定位面，如圖5、圖6和圖7所示。7)設(shè)計(jì)一個(gè)模擬模型的底座，并將需要測(cè)量牙位的牙槽骨分離開，分離面間用小圓柱連接。8)通過快速成型技術(shù)如選擇性激光燒結(jié)SLS方法或者3維立體打印將牙齒、牙槽骨整體和導(dǎo)板用硬材料加工出來。9)將密封用硅膠材料如美國(guó)Loctite公司的代號(hào)為30514的塑性材料和代號(hào)為58730的彈性材料按一定比例如1:9混合后作為牙周膜的模擬材料。10)將牙周膜的模擬 材料填入牙槽骨上的牙根窩中，然后插入牙齒，插入過程中通過導(dǎo)板來確定牙齒插入的深度、角度及位置，得到最終的口腔正畸力測(cè)量模擬模型。11)將該模型放置一定的時(shí)間如24小時(shí)等牙周膜模擬材料性能穩(wěn)定后，用于在正畸力測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行矯治器械的正畸力測(cè)量。12)該模型在用于測(cè)量時(shí)，在將測(cè)量牙位的牙槽骨與力傳感器測(cè)量桿固定后，需將牙槽骨分離面間的連接圓柱切斷，使牙齒矯治器的力施加到力傳感器上。
權(quán)利要求
1.一種用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法，其特征在于包括以下步驟 1)CT數(shù)據(jù)采集拍攝患者口腔部位的CT圖像； 2)口腔組織三維模型重建利用三維重建軟件重建患者口腔模型，重建模型包括牙齒和不帶齒根窩的牙槽骨； 3)對(duì)于多牙根的磨牙，將其彎曲的牙根進(jìn)行修正，即考慮拔模方向，將彎曲的牙根修直，并使其越往根部尺寸越小或相同； 4)設(shè)計(jì)牙周膜將牙根表面向外擴(kuò)充牙周膜的厚度得到放大牙齒模型，將其與不帶齒根窩的牙槽骨進(jìn)行布爾求交運(yùn)算，然后將該求交結(jié)果減去牙齒，得到牙周膜模型； 5)將不帶齒根窩的牙槽骨模型減去放大牙齒模型，得到牙槽骨上的牙周膜窩； 6)設(shè)計(jì)一個(gè)用于定位牙齒在齒窩里正確位置的導(dǎo)板首先根據(jù)牙弓線設(shè)計(jì)設(shè)定厚度的導(dǎo)板基體，然后將該基體調(diào)整到合適的位置以保證導(dǎo)板能從牙模上拔出；在牙模上合適的位置設(shè)計(jì)三根定位軸，相應(yīng)的在導(dǎo)板表面設(shè)計(jì)有三個(gè)定位孔，用于控制導(dǎo)板的位置；將導(dǎo)板基體減去牙齒模型，得到導(dǎo)板上的牙齒定位面； 7)設(shè)計(jì)一個(gè)口腔模型的底座，并將需要測(cè)量的牙位的牙槽骨分離開，分離面間再用小圓柱將分離后的牙槽骨與其余牙槽骨連接成整體； 8)通過快速成型技術(shù)將牙齒、牙槽骨整體和導(dǎo)板用硬材料加工出來； 9)將密封用硅膠材料和彈性材料混合后作為牙周膜的模擬材料； 10)將牙周膜的模擬材料填入牙槽骨上的牙周膜窩中，然后插入牙齒，插入過程中通過導(dǎo)板來確定牙齒插入的深度、角度及位置，得到最終的口腔正畸力測(cè)量模擬模型。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法，其特征在于所述建模方法還包括以下步驟 11)將所述口腔正畸力測(cè)量模擬模型放置設(shè)定的時(shí)間，等牙周膜模擬材料性能穩(wěn)定后，用于在正畸力測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行矯治器械的正畸力測(cè)量。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法，其特征在于所述建模方法還包括以下步驟 12)該模型在用于測(cè)量時(shí)，在將測(cè)量牙位的牙槽骨與力傳感器測(cè)量桿固定后，將牙槽骨分離面間的連接圓柱切斷，使牙齒矯治器的力施加到力傳感器上。
全文摘要
一種用于個(gè)性化三維正畸力檢測(cè)的口腔模型的建模方法，包括以下步驟1)CT數(shù)據(jù)采集；2)口腔組織三維模型重建；3)對(duì)于多牙根的磨牙，將其彎曲的牙根進(jìn)行修正；4)設(shè)計(jì)牙周膜；5)將不帶齒根窩的牙槽骨模型減去放大牙齒模型；6)設(shè)計(jì)一個(gè)用于定位牙齒在齒窩里正確位置的導(dǎo)板7)設(shè)計(jì)一個(gè)口腔模型的底座；8)通過快速成型技術(shù)將牙齒、牙槽骨和導(dǎo)板用硬材料加工出來；9)將密封用硅膠材料和彈性材料混合后作為牙周膜的模擬材料；10)將牙周膜的模擬材料填入牙槽骨上的牙根窩中，然后插入牙齒，得到最終的口腔正畸力測(cè)量模擬模型。本發(fā)明能夠精確得到矯治力和力矩、可靠性較好、能有效指導(dǎo)個(gè)性化正畸方案設(shè)計(jì)的個(gè)性化正畸力檢測(cè)模型。
文檔編號(hào)A61C19/04GK103054658SQ20121055176
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者劉云峰, 董星濤, 姜獻(xiàn)峰, 彭偉 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)