用于牙齒冠橋功能性咬合面的虛擬牙合架設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種牙齒冠橋修復體CAD，具體涉及一種用于牙齒冠橋功能性咬合面 的虛擬牙合架設計方法。
【背景技術】
[0002] 牙合架是一種臨床常用的修復體設計制作輔助裝置。它可以模擬人類的下頜運 動，用牙合架輔助設計制作的修復體更容易滿足患者的個體需求。
[0003] 口腔修復 CAD/CAM(Computer Aided Design/Computer Aided manufacturing，計 算機輔助設計與計算機輔助制作）技術是一種自動化程度很高的修復體設計加工技術，該 類系統除了具有工業自動化的高精度、高效率的特點之外，還在CAD軟件中集成了大量的 醫學專家的知識和臨床經驗，可在短時間內明顯提高修復體的制作質量，臨床應用日趨廣 泛。
[0004]目前常見的口腔修復CAD/CAM系統，在設計冠橋咬合面形態時，僅能應用靜態牙 尖交錯位牙列關系數據，尚不能應用動態功能性咬合，即前伸、側方咬合數據。導致設計制 作出來的解剖全冠、固定橋戴入后仍需要調改干擾點，增加了醫生臨床工作量，延長了患者 的就診時間。
[0005] 根據機械牙合架工作原理開發的計算機虛擬程序，稱為虛擬牙合架。在冠橋咬合 面CAD虛擬設計時，如能輔以虛擬全可調牙合架程序，可在CAD階段去除正中、前伸和側方 咬合運動中的早接觸點和干擾點，減少臨床調磨難度。國內外關于虛擬牙合架在口腔修復 CAD/CAM技術中應用的相關研究可分為三個階段。
[0006] 第一階段虛擬簡單牙合架階段
[0007] 以1986年世界上第一套商品化口腔修復CAD/CAM系統Cerecl (Sirona公司，德 國)為代表的早期口腔修復CAD/CAM系統，通過掃描并應用咬合記錄進行修復體咬合面形態 的設計。僅模擬人類單純開閉口運動。無法定量記錄和應用下頜功能運動狀態下的咬合接 觸關系，其功能類似于簡單機械牙合架。應用此類系統設計制作的口腔修復體，在臨床上位 患者試戴時，往往需要多次反復調磨，增加了患者生理、心理負擔和臨床工作量。
[0008] 第二階段功能性咬合記錄階段(虛擬增強型簡單牙合架）
[0009] 國外有學者在Cicero系統（Elephant公司，荷蘭)和Cerec3D(Sirona公司，德國） 系統中，國內呂培軍、王勇、鄒波、劉明麗等在北京大學口腔醫學院自行研制的口腔固定修 復CAD/CAM系統中將功能性咬合記錄（Functional Generated Path, FGP)技術與單冠CAD 技術結合，為單顆牙齒全冠修復體設計功能性咬合面形態。在對頜牙解剖形態和上下頜咬 合關系基本正常時，FGP可滿足單冠CAD的要求。而當對頜牙形態異常、有缺損、咬合關系 不良或需要進行多牙位乃至全牙列咬合重建修復時，FGP不能提供足夠的設計信息和精確 度。
[0010] 第三階段個體咀嚼運動虛擬階段
[0011] 2002年Korda 3等用下頜運動軌跡描記儀獲取下頜運動軌跡，初步建立了虛擬牙 合架系統。用該系統模擬下頜運動、檢測天然牙列及口腔固定修復體CAD數字模型咬合接 觸關系；2003 年，Faust 對 Digident? CAD/CAM 系統（Girrbach Dental 公司，德國）中的 虛擬牙合架程序進行了闡述，在該程序中輸入患者個體下頜運動軌跡，可模擬患者的個性 化下頜運動，并且用減法機制去除口腔固定修復體CAD數字模型咬合干擾點。
[0012] 國內，2004年李鴻波等用三維CT獲取上、下頜骨三維數據，用三維掃描儀獲取了 牙列數據，將兩部分數據配準，建立了牙列、顳下頜關節的三維數字模型，用下頜運動軌跡 描記儀獲取下頜運動軌跡后，實現對下頜運動中上、下牙列相對位置關系、接觸點和顳下 頜關節的觀察；2005年陸爾奕等用三維坐標測量儀獲得半可調機械牙合架前伸運動軌跡 特征點，建立了牙合架模擬下頜運動時上頜人工牙列咬合面上任意點前伸運動軌跡，后又 開發了模擬下頜牙列前伸運動的算法模塊。
[0013] 迄今為止，國內、外尚無可用于口腔修復CAD/CAM技術的虛擬全可調式牙合架。
【發明內容】
[0014] 本發明的目的是提供一種用于牙齒冠橋功能性咬合面的虛擬牙合架設計方法，通 過模擬每個人的個性化咀嚼特征運動，實現精確定量的虛擬咬合自動檢測和自動虛擬調牙 合，避免患者試戴修復體時反復調磨，從而大大提高了修復體制作的精度與效率。
[0015] 為了達到上述目的，本發明有如下技術方案：
[0016] 本發明的一種用于牙齒冠橋功能性咬合面的虛擬牙合架設計方法，包括以下步 驟：
[0017] 1)用下頜運動軌跡分析儀記錄個體咀嚼運動時下頜特征運動的三維軌跡信息；
[0018] 2)將下頜運動軌跡分析儀工作坐標系與牙列三維掃描坐標系配準融合；
[0019] 3)創建靜態牙尖交錯牙合牙齒冠橋修復體CAD數據；
[0020] 4)虛擬咬合自動檢測與自動調牙合平臺的建立；
[0021] 5)虛擬咬合自動檢測；
[0022] 6)自動虛擬調牙合，創建具有功能性咬合面的牙齒冠橋CAD數據。
[0023] 其中，所述步驟1)中下頜運動軌跡分析儀是裝有傳感器的牙弓夾板固定在下頜 前牙區，信號接受器固定在受試者頭部，在下頜運動過程中，傳感器與下頜牙列保持相對靜 止，通過計算機分析信號，創建三維下頜運動軌跡。所述個體咀嚼運動包括：開閉口運動、下 頜前伸運動、下頜側方運動和以上三種運動的混合運動。
[0024] 其中，所述步驟2)指在牙弓夾板上設定標志平面，要求該標志平面與牙列之間有 已知定量空間關系，并且能用工作坐標系進行空間位姿的定量描述，以這個標志平面為中 介，實現下頜運動軌跡分析儀工作坐標系與牙列三維掃描坐標系的精確配準和融合。
[0025] 其中，所述步驟3 )是在Imageware 11軟件平臺上依次進行預備體數據提取和曲面 反求，標準牙冠數據讀入，標準牙冠定位，軸面、靜態解剖學咬合面個性化修改，完成冠橋 修復體的初步設計。
[0026] 其中，所述步驟4)是以VC++2008為開發平臺，基于OpenGL圖形顯示庫下開發的 虛擬咬合自動檢測與自動調牙合平臺，虛擬咬合自動檢測與自動調牙合平臺包括碰撞干涉 檢測模塊與干涉區域自動調牙合模塊，這兩個模塊在該平臺中交替作用于CAD設計完成的 冠橋，從而達到最終的動態咬合"平衡"狀態。
[0027] 碰撞干涉檢測模塊：通過下頜運動軌跡驅動下頜與上頜之間的相互運動。在碰撞 檢測過程中，對空間運動軌跡按鄰近點位移大小相等的規則進行采樣，如圖3所示，在下頜 與上頜相對運動過程中，每當下頜運動到采樣點位置時，利用碰撞干涉檢測技術對冠橋與 對頜牙進行碰撞干涉檢測，若有干涉，通過調牙合去除干涉；沒有干涉，則繼續相對運動。
[0028] 干涉區域自動調牙合模塊：在利用碰撞干涉檢測技術識別完干涉區域后，利用"種 子"搜索技術識別整個干涉區域（圖4所示)。所述"種子"搜索技術具體為：碰撞干涉檢測 技術識別干涉區域的邊界后（圖4 (a)所示)，找到干涉區域內的一個"種子"三角面片（圖 4 (b)所示)，迭代搜索"種子"三角面片周圍三角面片，以干涉邊界為搜索邊界，直到搜索到 的三角面片不再增加為止，圖4 (c)為搜索的中間過程，圖4 (d)為搜索完成后得到的整個 干涉區域，識別完成后，在干涉區域內，利用局部變形技術去除干涉區域。
[0029] 通過多次碰撞干涉檢測與干涉區域自動調牙合的交替作用，最終完成冠橋的調牙 合。
[0030] 其中，所述步驟5)中，首先基于坐標系配準算法，實現下頜牙列相對于上頜牙列的 三維虛擬功能性運動，主要包括開閉口運動、下頜前伸運動、下頜側方運動和以上三種運動 的混合運動；在完成相關坐標系的配準后，利用下頜運動軌跡分析儀所得到的下頜運動軌 跡在開發的虛擬咬合自動檢測與自動調牙合平臺上模擬下頜的復合運動，在下頜運動過程 中，應用碰撞干涉檢測模塊，實時檢測并反饋CAD全冠數字化模型與對頜牙的干涉情況，設 定檢測閾值，即虛擬咬合紙的厚度，在下頜運動到某一終止點時自動檢測修復體與對頜牙 之間的數據干涉，輸出的數值為正值時表示發生了數據干涉，代表咬合早接觸區或干擾 區；輸出數值為零時表示修復體與對頜牙無接觸；輸出數據為負值時表示修復體與對頜牙 咬合面之間存在間隙；用多區域顏色梯度顯示修復體咬合面與對頜牙列之間的空間位置關 系，碰撞干涉檢測技術自動計算出修復體咬合早接觸點、干擾點的位置、分布和干擾區域體 積。
[0031] 其中，所述步驟6)是在虛擬咬合自動檢測與自動調牙合平臺上，應用干涉區域自 動調牙合模塊，利用"種子"搜索技術識別并增亮顯示"早接觸區"或"干擾區"的位置、范圍 和深度，操作者確認需要"調磨"的牙齒后，干涉區域自動調牙合模塊自動判斷干涉值是否 為"正值"，如為正值，則虛擬調牙合系統調用相交點云編輯工具進行虛擬調牙合，最終創 建具有功能性咬合面的牙齒冠橋CAD數據。
[0032] 本發明的優點在于：
[0033] 通過模擬每個人的個性化咀嚼特征運動，實現精確定量的虛擬咬合自動檢測和自 動虛擬調牙合，避免患者試戴修復體時反復調磨，從而大大提高了修復體制作的精度與效 率。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明工作流程的方框示意圖；
[0035] 圖2為虛擬咬合自動檢測與自動調牙合平臺技術路線示意圖；
[0036] 圖3 -（1)為運動軌跡示意圖；
[0037] 圖3 - (2)為采樣示意圖；
[0038] 圖4 一 a為"種子"搜索技術的干涉區域邊界的示意圖；
[0039] 圖4 一b為"種子"搜索技術的選取種子三角形的示意圖；
[0040] 圖4 一c為"種子"搜索技術的種子搜索的示意圖；
[0041] 圖4 一d為"種子"搜索技術的搜索完成的示意圖。
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