本發(fā)明涉及口腔醫(yī)學(xué)，特別涉及一種基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在全口義齒制作過(guò)程中，獲取符合患者口腔特征的人工牙列是修復(fù)能否成功的關(guān)鍵步驟之一，良好的人工牙列能有效恢復(fù)患者的咀嚼功能，重塑面部形態(tài)，增強(qiáng)患者信心。

2、目前全口自動(dòng)排牙主要使用以下三種方法：

3、方法一具體為：1)建立標(biāo)準(zhǔn)牙齒的牙齒特征三維數(shù)據(jù)庫(kù)；2)提取患者口腔特征信息；3)排牙。該制作全口義齒的排牙方法建立口腔與人工牙的相互約束關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排牙，獲取符合不同患者口腔特征的牙列，可根據(jù)患者需要作出適當(dāng)調(diào)整所排牙列，以符合患者的性別、年齡等，有效滿足全口義齒的臨床需求。

4、方法二具體為：對(duì)原始牙列圖像進(jìn)行虛擬補(bǔ)全處理，以獲得完整牙列圖像；根據(jù)預(yù)設(shè)排牙規(guī)則，對(duì)所述完整牙列圖像進(jìn)行排牙處理，獲得初始排牙結(jié)果；根據(jù)預(yù)設(shè)調(diào)整需求，對(duì)所述初始排牙結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，獲得調(diào)整后的排牙結(jié)果。

5、方法三具體為：獲取用于排牙的牙齒三角網(wǎng)格三維模型；將所述牙齒三角網(wǎng)格模型輸入到預(yù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)模型，獲得排牙結(jié)果的牙齒預(yù)測(cè)位置。其中所述深度學(xué)習(xí)模型包括第一特征編碼器是將牙齒三角網(wǎng)格三維模型作為輸入，獲得牙齒形狀特征，第二特征編碼器以牙列點(diǎn)云作為輸入，獲得牙列全局特征，所述特征解碼與映射器基于所述牙齒形狀特征和所述牙列全局特征，獲得預(yù)測(cè)的排牙結(jié)果。

6、方法四具體為：通過(guò)人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)整設(shè)定，并且不同人對(duì)于一個(gè)牙模的設(shè)計(jì)出現(xiàn)多樣性，這種憑借人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行牙齒排列，效率低下，人工操作誤差大。

7、上面四種方法均不能解決上下頜中第一、第二、第三和第四模牙(主要位于上下頜牙列左右側(cè)最里面的四顆牙齒，左右各四對(duì)共計(jì)八對(duì))嚙合錯(cuò)誤問(wèn)題，最終導(dǎo)致不合適的咀嚼功能、牙齒磨損不均、咬合不穩(wěn)定、影響顳下頜關(guān)節(jié)的功能。因此牙齒矯正中的美觀性和舒適性還需進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決上下頜中第一、第二、第三和第四模牙嚙合錯(cuò)誤、牙齒排列不美觀的問(wèn)題，提出一種基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全口排牙，在優(yōu)先滿足牙齒對(duì)完美嚙合的同時(shí)，又對(duì)牙齒完成優(yōu)化排列，提高排牙結(jié)果的美觀整齊程度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方案是：

3、一種基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，包含：

4、獲取牙模信息，對(duì)上下頜牙模進(jìn)行掃描并自動(dòng)排好牙齒，進(jìn)一步獲取每顆牙齒的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)、每顆牙齒的第一限制距離、每顆牙齒面的特征點(diǎn)和設(shè)定的允許移動(dòng)的方向；

5、對(duì)上下頜牙齒進(jìn)行配對(duì)，得到牙齒對(duì)；將每一個(gè)牙齒對(duì)的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)的z軸對(duì)齊，根據(jù)第一限制距離、允許移動(dòng)的方向?qū)ρ例X對(duì)進(jìn)行粗配準(zhǔn)；

6、根據(jù)牙齒對(duì)中兩顆牙齒的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代配準(zhǔn)使得牙齒對(duì)的嚙合程度最高、貼合程度最大，完成上下頜牙齒的細(xì)配準(zhǔn)；

7、完成牙齒對(duì)的細(xì)配準(zhǔn)后，根據(jù)牙槽嵴頂線、同一頜中相鄰兩顆牙齒之間的最小間距構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，以優(yōu)化牙齒排列。

8、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，獲取每顆牙齒的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)包含：首先根據(jù)已有的牙齒數(shù)據(jù)庫(kù)獲得每顆牙齒的質(zhì)心點(diǎn)；然后根據(jù)排列好的上下頜的牙齒模型建立每一顆牙齒在空間中的位置坐標(biāo)。

9、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，每顆牙齒在x方向和y方向的第一限制距離計(jì)算過(guò)程如下：

10、對(duì)于下頜的一顆牙齒，面朝上，面的方向是z軸方向，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影到咬合平面上得到二維投影；首先計(jì)算找到所有點(diǎn)在x軸/y軸上的最小值和最大值，計(jì)算x方向/y方向的寬度，這個(gè)寬度即為牙齒x方向/y方向的最大寬度，將該寬度值的二分之一作為該顆牙齒在x方向/y方向的第一限制距離；下頜中剩余的牙齒以及上頜中的牙齒第一限制距離的計(jì)算如同以上計(jì)算過(guò)程。

11、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，獲取每顆牙齒面的特征點(diǎn)計(jì)算過(guò)程為：

12、對(duì)于上頜中一顆牙齒的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，首先將該顆牙齒在z軸方向上分為三等分，取三分之一處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到該顆牙齒三分之一處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

13、接著使用pca方法計(jì)算該顆牙齒三分之一處所有點(diǎn)的曲率值，將曲率值大于設(shè)定曲率閾值的點(diǎn)篩選出來(lái)，計(jì)算篩選出來(lái)的點(diǎn)到咬合平面的距離；

14、將計(jì)算篩選出來(lái)所有點(diǎn)中的最大距離的點(diǎn)作為該顆牙齒面上的低谷點(diǎn)，將最小距離的點(diǎn)作為該顆牙齒面上的高峰點(diǎn)；

15、將該顆牙齒面的低谷點(diǎn)與高峰點(diǎn)作為該顆牙齒面的特征點(diǎn)；在上頜中的所有牙齒面的特征點(diǎn)進(jìn)行以上相同操作得到；

16、對(duì)于下頜中牙齒面的特征點(diǎn)的計(jì)算，根據(jù)咬合平面向下頜方向延伸固定距離進(jìn)行截取，后續(xù)操作步驟與計(jì)算上頜中牙齒面的特征點(diǎn)相同。

17、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，對(duì)上下頜牙齒進(jìn)行配對(duì)，得到牙齒對(duì)包含：根據(jù)每一顆牙齒的質(zhì)心點(diǎn)位置計(jì)算與其最近質(zhì)心點(diǎn)位置的牙齒，將其配對(duì)為牙齒對(duì)，該牙齒對(duì)表示上頜與下頜對(duì)應(yīng)嚙合的兩顆牙齒。

18、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，對(duì)牙齒對(duì)進(jìn)行粗配準(zhǔn)的過(guò)程為：首先將每一個(gè)牙齒對(duì)的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)的z軸對(duì)齊，然后根據(jù)上下頜牙齒中設(shè)定的允許移動(dòng)的方向，分別將牙齒對(duì)中上下頜中的牙齒進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)的距離小于設(shè)定的第一限制距離。

19、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代配準(zhǔn)使得牙齒對(duì)的嚙合程度最高、貼合程度最大包含以下內(nèi)容：

20、根據(jù)獲得的牙齒三分之一處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前牙齒對(duì)的貼合程度a1：將一個(gè)牙齒對(duì)中兩顆牙齒三分之一處接觸區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)使用三角網(wǎng)格重建算法，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)于每個(gè)三角形，計(jì)算它的面積，并將接觸區(qū)域的所有三角形的面積加起來(lái)，得到接觸程度a1，a1值越大，說(shuō)明兩個(gè)牙齒面的接觸程度越高；

21、根據(jù)獲得的牙齒三分之一處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前牙齒對(duì)的嚙合程度a2：計(jì)算當(dāng)前牙齒對(duì)中上頜牙齒面的特征點(diǎn)中高峰特征點(diǎn)與下頜牙齒面的特征點(diǎn)中低谷特征點(diǎn)的距離大小、計(jì)算下頜牙齒面的特征點(diǎn)中高峰特征點(diǎn)與上頜牙齒面的特征點(diǎn)中低谷特征點(diǎn)的距離大小，將兩個(gè)距離的和作為當(dāng)前牙齒對(duì)的嚙合程度a2，a2值越小，說(shuō)明兩個(gè)牙齒面的嚙合程度越大；

22、對(duì)于一個(gè)牙齒對(duì)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)j1：

23、

24、其中，w1、w2分別為參數(shù)的權(quán)重；當(dāng)j1達(dá)到最大值時(shí)，該牙齒對(duì)的嚙合程度最高、貼合程度最大。

25、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，根據(jù)牙槽嵴頂線、同一頜中相鄰兩顆牙齒之間的最小間距構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)包含：

26、首先將牙齒對(duì)中上下頜的牙齒分別沿z軸向上和向下移動(dòng)，使牙齒面與咬合平面相接觸；

27、然后通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)j2對(duì)于上頜/下頜牙槽嵴頂線上迭代的移動(dòng)調(diào)整每顆牙齒在空間中位置坐標(biāo)，使得牙齒與牙槽嵴頂線的偏離程度最小、同一頜中相鄰兩顆牙齒之間距離的一致性最大，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)j2的值達(dá)到最小，完成優(yōu)化牙齒排列。

28、根據(jù)本發(fā)明基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，進(jìn)一步地，計(jì)算牙齒與牙槽嵴頂線的偏離程度b1：將上頜牙槽嵴頂線投影到咬合平面上，將上頜中每顆牙齒的質(zhì)心點(diǎn)z軸坐標(biāo)投影到咬合平面上，計(jì)算每顆牙齒的質(zhì)心點(diǎn)投影到咬合平面上的位置坐標(biāo)與投影到咬合平面上的牙槽嵴頂線最短距離的和，記為b1，該值越大，說(shuō)明上頜牙齒中牙齒的質(zhì)心點(diǎn)的位置坐標(biāo)越偏離上頜的牙槽嵴頂線；

29、計(jì)算同一頜中相鄰兩顆牙齒之間距離的一致性b2：計(jì)算上頜牙齒中每顆牙齒質(zhì)心點(diǎn)z軸坐標(biāo)投影到咬合平面上之后的相鄰兩顆牙齒質(zhì)心點(diǎn)之間的距離，進(jìn)一步計(jì)算相鄰兩顆牙齒質(zhì)心點(diǎn)之間的距離的方差，記為b2，該值越大說(shuō)明上頜牙齒中相鄰兩顆牙齒之間的距離差別越大，上頜牙齒排列一致性較差；

30、對(duì)于下頜牙齒中牙齒與牙脊線的偏離程度、相鄰兩顆牙齒之間距離的一致性的計(jì)算與上頜牙齒中牙齒與牙脊線的偏離程度、相鄰兩顆牙齒之間距離的一致性的計(jì)算一致，并分別記為b3、b4；

31、目標(biāo)函數(shù)j2構(gòu)建如下：

32、j2＝w3(b1+b2)+w4(b3+b4)

33、其中，w3、w4分別為參數(shù)的權(quán)重。

34、進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)如上述的基于咬合平面特征點(diǎn)的全口自動(dòng)排牙方法，系統(tǒng)包含：

35、自動(dòng)排牙模塊，用于獲取牙模信息，對(duì)上下頜牙模進(jìn)行掃描并自動(dòng)排好牙齒，進(jìn)一步獲取每顆牙齒的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)、每顆牙齒的第一限制距離、每顆牙齒面的特征點(diǎn)和設(shè)定的允許移動(dòng)的方向；

36、粗配準(zhǔn)模塊，用于對(duì)上下頜牙齒進(jìn)行配對(duì)，得到牙齒對(duì)；將每一個(gè)牙齒對(duì)的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)的z軸對(duì)齊，根據(jù)第一限制距離、允許移動(dòng)的方向?qū)ρ例X對(duì)進(jìn)行粗配準(zhǔn)；

37、細(xì)配準(zhǔn)模塊，用于根據(jù)牙齒對(duì)中兩顆牙齒的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行迭代配準(zhǔn)使得牙齒對(duì)的嚙合程度最高、貼合程度最大，完成上下頜牙齒的細(xì)配準(zhǔn)；

38、牙齒排列優(yōu)化模塊，用于完成牙齒對(duì)的細(xì)配準(zhǔn)后，根據(jù)牙槽嵴頂線、同一頜中相鄰兩顆牙齒之間的最小間距構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，以優(yōu)化牙齒排列。

39、采用上述技術(shù)方案，所取得的有益效果是：

40、1、提高效率：本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)化牙齒排列和配準(zhǔn)減少了人工操作的時(shí)間，提高了工作效率。其中自動(dòng)化牙齒排列功能通過(guò)使用計(jì)算機(jī)軟件處理牙模數(shù)據(jù)，能夠自動(dòng)生成理想的牙齒排列，這對(duì)于牙科醫(yī)生來(lái)說(shuō)，能夠以更高的精度和效率處理復(fù)雜的牙齒排列問(wèn)題，使得更多的患者能夠得到及時(shí)的治療。

41、2、精確性增強(qiáng)：通過(guò)計(jì)算牙齒的質(zhì)心點(diǎn)、第一限制距離、牙齒面的特征點(diǎn)等，確保了牙齒排列和配準(zhǔn)的精確性，這有有助于提高牙齒矯正效果的準(zhǔn)確性，減少誤差。

42、3、改進(jìn)患者舒適度：首先通過(guò)對(duì)牙齒對(duì)進(jìn)行粗配準(zhǔn)確保了上下頜牙齒的準(zhǔn)確配對(duì)；然后細(xì)配準(zhǔn)過(guò)程通過(guò)迭代調(diào)整，使得上下頜牙齒的咬合關(guān)系得以優(yōu)化，精確的牙齒配準(zhǔn)能夠提高咬合的舒適度，減少牙齒矯正過(guò)程中可能出現(xiàn)的不適感。

43、4、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策：利用已有的牙齒數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行分析和決策，使得牙齒排齊和配準(zhǔn)的過(guò)程更加科學(xué)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，從而提供個(gè)性化的治療方案。

44、5、減少錯(cuò)誤和沖突：在細(xì)配準(zhǔn)過(guò)程中，通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)并進(jìn)行迭代調(diào)整，確保了上下頜牙齒之間的貼合度最大，減少了牙齒間的沖突和穿?，F(xiàn)象。

45、6、提高上下頜排牙模型的美觀：對(duì)細(xì)配準(zhǔn)后的牙齒進(jìn)一步優(yōu)化牙齒排列，確保了牙齒模型的美觀，使得最終的牙齒排列既符合功能要求，又具有美觀性。