一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法与流程

2021-01-08 13:01:55|

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本发明涉及牙冠预备体倒凹移除方法，特别涉及了一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法。

背景技术：

临床中牙冠预备体通常由医师在患者口腔中通过手工打磨获得，由于口腔的操作空间和视野有限，因此制备的牙冠预备体难免会存在倒凹区域。倒凹区域将使得修复之后的牙冠难以佩戴，因此设计修复体前需要移除牙冠预备体上的倒凹区域。

目前国际上的齿科cad系统也都有各自的倒凹移除方法，但是具体方法都不清楚。目前倒凹区域的移除可以通过计算就位方向后获得倒凹区域，然后再手动根据倒凹区域的距离色谱图完成倒凹区域的移除。而对于手工移除倒凹存在以下问题：1)手工移除倒凹区域很容易产生新的倒凹区域；2)如果倒凹区域较小，则难以准确选取；3)对于较大的倒凹区域存在倒凹深度不同的情况，需要不同的移除位移，这对手工操作有一定的实施难度。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出了一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法以改善上述问题。

第一方面，本发明提供了一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法，包括以下步骤:

1)计算倒凹区域：根据指定的就位方向计算该就位方向下的倒凹区域；

2)倒凹区域转化：以倒凹区域的返回值为三角面的索引，将三角面转化为网格顶点；

3)倒凹区域顶点分类：对倒凹区域的网格顶点进行顶点分类，同一分类下的网格顶点在倒凹区域移除时的移动向量相同；

4)倒凹区域移除：根据投影算法计算各分类下的网格顶点在倒凹区域移除时各自所需要的移动向量，然后对不同类的顶点以各自对应的移动向量进行移动即获得倒凹区域移除的牙冠预备体模型。

优选地，所述步骤4)倒凹区域移除还包括对倒凹移除后的网格进行remesh处理。

优选地，所述步骤3)中根据倒凹区域的三角面的法线的不同进行顶点分类。

优选地，所述步骤3)中顶点分类依据相邻的两个三角面的法线之间形成的角度α满足α≤20°，相邻的两个三角面可视为同一平面，法线相同，则三角面对应的顶点即为同类顶点，反之，不可视为同一平面，法线不同，则为不同类顶点。

优选地，所述步骤4)中所述投影算法计算移动向量包括如下步骤：

(1)求截面曲线：根据就位方向、倒凹区域内待移除的一个网格顶点点a、点a的法向共同计算可获得当前点a的截平面，该截平面与牙冠预备体的网格的重合线即为该截平面对应的截面曲线；

(2)确定就位线：以就位方向为从上向下的方向，选取所述截面曲线的最高点c，以通过点c的就位方向为就位线；

(3)最大遮挡点的确定：结合点a相对就位线的位置，确定沿就位方向的视角上遮挡点a的最大遮挡点点b；

(4)计算移动向量：定义点a、点b分别在就位线上的投影点为点a’、点b’，根据就位线和点a、点b计算出点a相对就位线的投影向量a’a，点b相对就位线的投影向量b’b，则点a移除倒凹需要移动的移动向量s＝(a’a).normal()·(|b’b|-|a’a|)，其中，(a’a).normal()表示向量a’a的单位向量；

然后将点a按向量s移动。

优选地，所述步骤(1)中截平面的计算是根据点a的法向和就位方向做叉乘，得到一个垂直截平面的法向，根据点a和垂直截平面的法向计算可得通过点a的截平面。

优选地，所述步骤(3)中最大遮挡点点b的确定方式如下：

就位方向从上至下时，定义在a点以上，同时在就位线右侧，且沿就位方向的视角上遮挡点a的所有遮挡点为点集b；在点集b中最大的遮挡点点b满足：(|b’b|-|a’a|)的值为最大值。

优选地，所述步骤1)中倒凹区域的获得方式如下：

通过牙冠预备体的颈缘线获得颈缘中心点，通过颈缘中心点和就位方向确定旋转中心线；

以旋转中心线为旋转中心对牙冠预备体模型做360个等弧度切面，检测牙冠预备体模型上是否有三角面未被切到，若有三角面未被切到，则对未被切到的三角面进行补切，至牙冠预备体模型上所有的三角面均被切到，得到切面曲线；

对任意切面曲线，沿就位方向通过离散点差分法计算出曲率为0的点集q，点集q中不是端点的点集q1即为沿就位方向视角被遮挡的点的集合，根据拓扑找到点集q1对应的三角形即获得倒凹区域。

优选地，所述计算倒凹区域之前还包括如下步骤：导入模型、获取用户指定的就位方向。

本发明的技术效果为：本发明提供了一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法，该方法无需人为干扰即可实现牙冠预备体模型上倒凹区域的自动移除，且移除倒凹区域之后的模型不会出现新的倒凹区域，有利于后期修复体的设计；该方法对就位方向无限制要求；可适用于各种牙冠预备体模型。

附图说明

图1为本发明实施例中新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除步骤框图；

图2为本实施例中根据就位方向获取的倒凹区域示意图；

图3为本实施例中投影算法计算移动向量的原理图；

图4a为本实施例中具有倒凹区域的后牙牙冠预备体模型示意图；

图4b为本实施例中后牙牙冠预备体倒凹区域移除过程示意图；

图4c为本实施例中完成倒凹移除的后牙牙冠预备体模型示意图。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法，包括以下步骤:

1)计算倒凹区域：根据指定的就位方向计算该就位方向下的倒凹区域；

其中，倒凹区域采用如下投影法获得：

通过牙冠预备体的颈缘线获得颈缘中心点，通过颈缘中心点和就位方向确定旋转中心线；

倒凹区域的显示可以根据倒凹深度的不同采用渐进色(例如由冷色到暖色)，倒凹深度越大则颜色越深，容易判断倒凹区域的倒凹情况。

2)倒凹区域转化：以倒凹区域的返回值为三角面的索引，将三角面转化为网格顶点；倒凹区域是对于三角面而言的，因此以倒凹区域的返回值为三角面的索引，而移除倒凹需要改变网格外形，改变网格外形是通过移动网格顶点完成，所以需要将三角面转化为网格顶点。

3)倒凹区域顶点分类：对倒凹区域的网格顶点进行顶点分类，同一分类下的网格顶点在倒凹区域移除时的移动向量相同；由于牙冠预备体模型没有统一的外形，所以需要对每一个网格顶点进行单独的移动，如果每个网格顶点都按照各自顶点的法向移动，那么在同一个倒凹区域的网格顶点在移除倒凹后容易出现锯齿状，从而不能达到倒凹移除的目的，所以需要将倒凹区域的顶点进行分类，再对顶点进行分片移动。其中，点法向为计算机图形学中的定义，mesh上一个点的法向量为其邻接三角形法向量的均值，其求取方法为现有技术，此处不做进一步叙述。

在上述步骤3)中根据倒凹区域的三角面的法线的不同进行顶点分类。优选地，顶点分类依据相邻的两个三角面的法线之间形成的角度α满足：α≤20°，其三角面对应的顶点即为同类顶点。

其中，上述步骤4)倒凹区域移除还包括对倒凹移除后的网格进行remesh处理，主要考虑到网格顶点的移动会影响网格的拓扑结构，采用remesh处理可以有效改善移除倒凹后的牙冠预备体模型的网格拓扑质量，从而得到较好的拓扑结构。

在上述步骤4)中所述投影算法计算移动向量包括如下步骤：

(1)求截面曲线：根据就位方向、倒凹区域内待移除的顶点点a、点a的法向共同计算获得当前点a的截平面，由该截平面和牙冠预备体的网格的重合线即为该截平面对应的截面曲线；其中，截平面的计算是根据点a的法向和就位方向做叉乘，得到一个垂直待求截平面的法向，根据点a和待求的截平面的法向计算可得通过点a的截平面。

(2)确定就位线：以就位方向为从上向下的方向，选取所述截面曲线的最高点c，以通过点c的就位方向为就位线；根据点和方向才能确定唯一的线所以需要选取一个点与就位方向形成一条就位线，而选取截面曲线的最高点为点c是为了防止移除倒凹会穿透原始的牙冠预备体模型的网格。采用截面曲线在就位方向上的极值点c来确定具体的就位线，可以避免对于复杂模型投影算法不可用的情况。

(3)最大遮挡点的确定：结合点a相对就位线的位置，确定沿就位方向的视角上遮挡点a的最大遮挡点点b；其中，最大遮挡点点b的确定方式如下：就位方向从上至下时，定义在a点以上，同时在就位线右侧，且沿就位方向的视角上遮挡点a的所有遮挡点为点集b；在点集b中最大的遮挡点点b满足：(|b’b|-|a’a|)的值为最大值。确定遮挡点时选取的为最大遮挡点点b则可以避免产生新的倒凹区域。考虑到遮挡点a的视角和方位，就位方向从上至下时，则最大遮挡点点b的位置可定位于就位线右侧，同时在a点以上，从而快速求取到遮挡倒凹区域的点a的最大遮挡点点b的位置。

(4)计算移动向量：定义点a、点b分别在就位线上的投影点为点a’、点b’，根据就位方向和点c确定就位线，然后根据就位线和点a、点b计算出点a相对就位线的投影向量a’a，点b相对就位线的投影向量b’b，则点a移除倒凹需要移动的移动向量s＝(a’a).normal()·(|b’b|-|a’a|)，其中，(a’a).normal()表示向量a’a的单位向量，将点a按向量s移动，即可得到倒凹移除后点a的位置。

在上述计算倒凹区域步骤之前还包括如下步骤：导入模型、获取用户指定的就位方向。其中，用户指定的就位方向是指修复体戴入牙预备上的方向。

实施例1

本发明提供了一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法，包括以下倒凹移除预备和倒凹区域移除两个部分，其对应步骤的框图如图1所示；

首先根据修复体戴入牙预备上的方向确定就位方向，

倒凹移除预备包括如下步骤:

1)导入模型；将牙冠预备体模型文件导入。

2)根据修复体戴入牙预备上的方向指定就位方向d，然后计算机在牙冠预备体模型上获取指定的就位方向d，如图2所示；

3)计算倒凹区域：根据就位方向计算该就位方向下的两处倒凹区域u，如图2所示；

倒凹区域u的具体获得方式如下：

通过牙冠预备体的颈缘线获得颈缘中心点，通过颈缘中心点和就位方向确定旋转中心线；

4)倒凹区域转化：以倒凹区域的返回值为三角面的索引，将三角面转化为网格顶点；

5)倒凹区域顶点分类：根据倒凹区域的三角面的法线的不同对倒凹区域的网格顶点进行顶点分类，同一分类下的网格顶点在倒凹区域移除时的移动向量相同；顶点分类依据相邻的两个三角面的法线之间形成的角度α满足：α≤20°，相邻的两个三角面可视为同一平面，则三角面对应的顶点即为同类顶点；角度α满足：α＞20°时，相邻的两个三角面之间的平坦度不可视为同一平面，即相邻的两个三角面的法线视为不同的法线。

倒凹区域移除包括如下步骤：

6)求截面曲线：根据就位方向d、倒凹区域内待移除的顶点点a、点a的法向计算获得当前点a的截平面，由该截平面和牙冠预备体的网格的重合线即为该截平面对应的截面曲线m；其中，截平面的计算是根据点a的法向和就位方向d做叉乘，得到一个垂直待求的截平面的法向，根据点a和待求的截平面的法向计算可得通过点a的截平面。

7)确定就位线：如图3所示，以就位方向d为从上向下的方向，选取所述截面曲线m的最高点c，以通过点c的就位方向为就位线d1；根据点和方向才能确定唯一的线所以需要选取一个点与就位方向形成一条就位线，而选取截面曲线m的最高点点c是为了防止移除倒凹会穿透原始的牙冠预备体模型的网格。

8)最大遮挡点的确定：结合点a相对就位线d1的位置，确定沿就位方向的视角上遮挡点a的最大遮挡点点b，如图3所示；其中，最大遮挡点点b的确定方式如下：就位方向d从上至下时，定义在a点以上，同时在就位线d1右侧，且沿就位方向的视角上遮挡点a的所有遮挡点为点集b；在点集b中最大的遮挡点点b满足：(|b’b|-|a’a|)的值为最大值；

9)计算移动向量：如图3所示，定义点a、点b分别在就位线上的投影点为点a’、点b’，根据就位方向和点c确定就位线，然后根据就位线和点a、点b计算出点a相对就位线的投影向量a’a，点b相对就位线的投影向量b’b，则点a移除倒凹需要移动的移动向量s＝(a’a).normal()·(|b’b|-|a’a|)，其中，(a’a).normal()表示向量a’a的单位向量，将点a按向量s移动；同样地，某类网格顶点a1可根据上述移动向量的计算方法计算出其对应的移动向量s1。

10)网格顶点移动：根据投影算法计算各分类下的网格顶点在倒凹区域移除时各自所需要的移动向量，然后对不同类的顶点以计算所得的各自对应的移动向量进行移动即获得倒凹区域移除的牙冠预备体模型；

11)对倒凹移除后的网格进行remesh处理；

即完成倒凹移除。

根据上述步骤所获得的倒凹移除的效果示意图可参照图4a-4c，其中图4a中的虚线与后牙牙冠预备体形成的区域u为倒凹区域，虚线位为该处倒凹移除后后此处的牙冠预备体的预期位置；图4b为倒凹移除的过程；图4c为完成倒凹移除后的后牙冠预备体模型。

综上所述，本发明提供了一种新型牙冠预备体倒凹的计算机辅助移除方法，该方法通过将倒凹区域的三角面网格化，并对倒凹区域对应的网格顶点进行分类并通过投影算法对不同类别的网格顶点分别计算其对应的移动向量，对不同类的网格顶点按照其对应的移动向量移动，可以使得倒凹区域在无需人为干扰的情况下即可实现牙冠预备体模型上倒凹区域的自动移除，且移除倒凹区域之后的模型不会出现新的倒凹区域，有利于后期修复体的设计；该方法对就位方向无限制要求；可适用于各种牙冠预备体模型。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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