一種數字化牙齦線提取方法
【專利摘要】本發明公開了一種數字化牙齦線提取方法。獲取牙齒模型和牙齦模型之間連接處的頂點，并進行插值，依次連接各個頂點和插值點得到牙齦邊界線；構建相鄰兩個牙齒模型之間的連接線條，將相鄰兩個牙齒模型的牙齦邊界線通過連接線條連接形成牙齦線；對牙頜模型兩側的最后一個牙齒模型(后磨牙)的牙齦邊界線進行處理；采用Snake擬合方法對牙齦線進行光滑處理。本發明方法快速高效精確地自動生成牙齦線，提高了準確度和工作效率，避免了復雜交互過程，牙齦線邊界光滑，用于自動化更高效的牙套打磨。
【專利說明】
一種數字化牙齦線提取方法
技術領域
[0001] 本發明涉及了數字口腔領域，具體地說是涉及了一種數字化牙齦線提取方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，數字口腔技術發展迅速，牙齒隱形正畸也逐漸普及。在目前的工藝中，矯 治器壓膜完畢后，需要手動打磨，使矯治器邊緣與牙齒邊緣相貼合，避免矯治器對牙齦的磨 損。而人工打磨效率低下，打磨一副一牙套需要消耗很長時間；而且在精度上也存在一定的 不足，容易出現失誤導致牙套不合適或者牙套損壞。
【發明內容】
[0003] 為了解決【背景技術】中存在的問題，提高工作效率和打磨精度，本發明提供了一種 數字化牙齦線提取方法，為牙套自動打磨提供數據基礎。
[0004] 本發明利用數字集合處理中的多項技術來實現快速自動牙齦線生成和手動微調 兩種模式的結合，使牙齦線快速生成，牙齦線的獲取包括以下步驟：
[0005] A、獲取牙齒模型和牙齦模型之間連接處的頂點，并進行插值，依次連接各個頂點 和插值點得到牙齦邊界線；
[0006] B、構建相鄰兩個牙齒模型之間的連接線條，將相鄰兩個牙齒模型的牙齦邊界線通 過連接線條連接形成牙銀線；
[0007] C、對牙頌模型兩側的最后一個牙齒模型（后磨牙)的牙齦邊界線進行處理；
[0008] D、采用Snake擬合方法對牙齦線進行光滑處理。
[0009] 所述步驟A中的插值方法采用Hermite-Spline插值，通過插值建立相鄰頂點之間 的中間點，并與頂點連接成線得到牙齦邊界線。
[0010]所述步驟B具體為：
[0011] B1、對每相鄰兩個牙齒模型，從步驟A獲得的牙齒模型和牙齦模型之間連接處的頂 點中選取最靠近牙縫的六個點作為牙縫點，獲得相鄰兩個牙齒模型的牙縫點，共計十二個 牙縫點，除去最靠近牙縫的兩個點后構建剩余十個點的平均平面Q，將剩余十個點映射到平 均平面Q;
[0012] B2、構建圓柱面P，以平均平面Q的法向作為圓柱面的母線，以剩余十個點中最靠近 牙縫的兩個點之間的距離作為圓柱的直徑，以剩余十個點中第二靠近牙縫的兩個點之間連 接直線的中點作為圓柱面P的中心；
[0013] B3、圓柱面P與平面Q相交的交線分別與相鄰兩個牙齒模型的牙齦邊界線相切，以 切點分割圓柱面P與平面Q相交的交線，并取其圓弧與兩個牙齒模型的牙齦邊界線連接形成 平滑連接的牙齦線。
[0014] 為了使之符合生物學特征，所述步驟C是對牙頌模型兩側的最后一個牙齒模型處 于牙頌邊緣的牙齦邊界線進行偏移調整，避免緊貼牙齦。
[0015] 所述步驟C具體是:對于一顆后磨牙，選擇其兩側各自的最低點L1和L2,以及靠近 牙頌外側邊緣的最高點H，將點Η順著牙齒模型的表面向中間偏移距離h到點HI，然后將點 L1、L2與點Η之間牙齦線上的網格頂點，按照比例順著牙齒模型的表面向中間偏移對應的距 離，若每個偏移后牙齦線上的點不在牙齒模型三角網格的頂點上，則取與其最相鄰的牙齒 模型三角網格上的頂點進行替換。
[0016] 對于L1與Η之間的一個網格頂點C，其偏移的距離Ch為：
[0017]
[0018]其中，CH為點C到點Η的距離，L1H為點L1到點Η的距離。
[0019]所述步驟D中對線條進行光滑處理采用Snake擬合方法，以保證組成牙齦線線條的 點在擬合過程中不會脫離牙齒模型，Snake擬合主要是依次通過snake分裂、snake滑動和 snake刪除將當前Snake能量最大化來得到光滑的邊界。
[0020] 本發明的有益效果是：
[0021] 本發明方法可快速高效精確地自動生成牙齦線，為機器打磨牙套提供了最基本的 數據，提高了準確度和工作效率，避免了復雜的人機交互過程，并且牙齦線邊界光滑，用于 自動化牙套打磨。
[0022] 本發明方便地應用于機器切割，根據本發明獲得的牙齦線數據可用于牙套打磨機 器中進行分析和處理，實現更高效的打磨切割。
【附圖說明】
[0023]圖1為實施例的牙頌三角網格模型；
[0024] 圖2為實施例的牙縫間牙齦線繪制取點分布圖；
[0025] 圖3為實施例的牙縫間牙齦線繪制兩面相交模型；
[0026] 圖4為實施例的牙縫間牙齦線模型；
[0027]圖5為實施例的未經過處理的后磨牙牙齦線模型；
[0028]圖6為實施例的經過處理的后磨牙牙齦線模型；
[0029] 圖7為實施里的光滑后的后磨牙牙齦線模型；
[0030] 圖8為snake擬合的三種移動方式；
[0031]圖9為最終的牙齦線模型。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0033] 本發明的實施例及其具體實施過程如下：
[0034] 圖1為切割并修復完畢的待處理的牙齒模型，獲取牙齒牙齦連接處的點，并進行插 值，得到圖2所示的一系列點。此時，將點連接，便可得到每顆牙齒對應的牙齦邊界線。
[0035] B、繪制牙齒間的線條：
[0036] B1、對每相鄰兩個牙齒模型，從步驟A獲得的牙齒模型和牙齦模型之間連接處的頂 點中選取最靠近牙縫的六個點作為牙縫點，其中一個牙齒模型從牙縫向牙齒中部依次記為 點al至點a6,另一個牙齒模型從牙縫向牙齒中部依次記為點bl至點b6,除去最靠近牙縫的 點al和點bl點，剩余十個點為點a2至點a6和點b2至點b6,將點a2至點a6和點b2至點b6構建 其平均平面Q，并映射到平均平面Q分別記作點a2'至點a6'和點b2'至點b6'；
[0037] B2、構建圓柱面P，以平均平面Q的法向作為圓柱面的母線，以點a2'和點b2'的距離 作為圓柱的直徑，以點a3 '和點b3 '的中點作為圓柱面的中心；
[0038] B3、如圖3所示，得到圓柱面p與平面Q的交線，圓柱面P與平面Q相交的交線分別與 相鄰兩個牙齒模型的牙齦邊界線相切，以切點分割圓柱面P與平面Q相交的交線，并取其圓 弧與兩個牙齒模型的牙齦邊界線連接形成平滑連接的牙齦線，如圖4所示。
[0039]圖5為未經過處理的后磨牙牙齦線模型，為了使之符合生物學特征，對后磨牙處線 條進行上調，在本實施例中，最高點Η上調的高度h為3mm。上調之后如圖6所示，利用Snake擬 合，可對線條進行平滑處理，得到圖7最終的后磨牙線條。Snake的三種擬合方式如圖8所示， 對于第一種情況，將中間的頂點m分裂為兩個點，分別下移至能量最大化的位置;對于第二 種情況，將頂點m的位置下移至能量最大化的位置，得到平滑的曲線;對于第三種情況，將頂 點m刪除，并將其他點移動至能量最大化的位置，得到平滑的曲線。完成平滑后，可得到如圖 9所示的完整的牙齦線。
[0040]由此，本實施例快速高效精確地自動生成牙齦線，為機器打磨牙套提供了最基本 的數據，本發明避免了復雜的人機交互過程，實現更高效的打磨切割。
【主權項】
1. 一種數字化牙齦線提取方法，其特征在于該方法包含下列步驟： A、 獲取牙齒模型和牙齦模型之間連接處的頂點，并進行插值，依次連接各個頂點和插 值點得到牙齦邊界線； B、 構建相鄰兩個牙齒模型之間的連接線條，將相鄰兩個牙齒模型的牙齦邊界線通過連 接線條連接形成牙齦線； C、 對牙頌模型兩側的最后一個牙齒模型(后磨牙)的牙齦邊界線進行處理； D、 采用Snake擬合方法對牙齦線進行光滑處理。2. 根據權利要求1所述的一種數字化牙齦線提取方法，其特征在于:所述步驟A中的插 值方法采用Hermite-Spline插值，通過插值建立相鄰頂點之間的中間點，并與頂點連接成 線得到牙齦邊界線。3. 根據權利要求1所述的一種數字化牙齦線提取方法，其特征在于:所述步驟B具體為： B1、對每相鄰兩個牙齒模型，從步驟A獲得的牙齒模型和牙齦模型之間連接處的頂點中 選取最靠近牙縫的六個點作為牙縫點，獲得相鄰兩個牙齒模型的牙縫點，共計十二個牙縫 點，除去最靠近牙縫的兩個點后構建剩余十個點的平均平面Q，將剩余十個點映射到平均平 面Q; B2、構建圓柱面P，以平均平面Q的法向作為圓柱面的母線，以剩余十個點中最靠近牙縫 的兩個點之間的距離作為圓柱的直徑，以剩余十個點中第二靠近牙縫的兩個點之間連接直 線的中點作為圓柱面P的中心； B3、圓柱面P與平面Q相交的交線分別與相鄰兩個牙齒模型的牙齦邊界線相切，以切點 分割圓柱面P與平面Q相交的交線，并取其圓弧與兩個牙齒模型的牙齦邊界線連接形成平滑 連接的牙銀線。4. 根據權利要求1所述的一種數字化牙齦線提取方法，其特征在于:所述步驟C是對牙 頌模型兩側的最后一個牙齒模型處于牙頌邊緣的牙齦邊界線進行偏移調整，避免緊貼牙 齦。5. 根據權利要求4所述的一種數字化牙齦線提取方法，其特征在于:所述步驟C具體是： 對于一顆后磨牙，選擇其兩側各自的最低點L1和L2,以及靠近牙頌外側邊緣的最高點H，將 點H順著牙齒模型的表面向中間偏移距離h到點H1，然后將點L1、L2與點H之間牙齦線上的網 格頂點，按照比例順著牙齒模型的表面向中間偏移對應的距離，若每個偏移后牙齦線上的 點不在牙齒模型三角網格的頂點上，則取與其最相鄰的牙齒模型三角網格上的頂點進行替 換。6. 根據權利要求5所述的一種數字化牙齦線提取方法，其特征在于:所述點L1、L2與點H 之間牙齦線上的網格頂點偏移的距離Ch采用以下公式計算：其中，CH為點C到點H的距離，L1H為點L1到點H的距離。7. 根據權利要求1所述的一種數字化牙齦線提取方法，其特征在于:所述步驟D中對線 條進行光滑處理采用Snake擬合方法，Snake擬合主要是依次通過snake分裂、snake滑動和 snake刪除得到光滑的邊界。
【文檔編號】A61C19/04GK106037979SQ201610324026
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】宋雷, 田宇佳, 王春蝶, 宣夢潔
【申請人】杭州美齊科技有限公司