CN105596106A - 一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法 - Google Patents

Abstract

一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法，包括以下步骤：1）牙位的选取，2）牙模的制作，3）对每段分段牙列石膏模型进行扫描，获得原始数据，分别存为STL文件，4）采用逆向工程软件-Geomagic？Qualify，进行计算机匹配分段牙列，5）软件初始参数设定，选取步骤4的STL文件，在软件中形成三维建模视图，然后将分段牙列石膏模型三维视图依次匹配分段模型，通过操作裁剪去除模型之间重叠的部分，得到一个完整的牙列模型，6）验证准确性，本方法可以采集除完全张口受限（牙关紧闭）和部分重度张口受限外，其他张口受限患者的牙列，可为后续治疗，手术提供可靠数据。

Description

一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法

技术领域

本发明属于医学数字化领域，具体涉及一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法。

背景技术

张口受限是临床上较为常见的症状，可由局部炎症、外伤及肿瘤等引发。

根据张口度的大小，临床上将张口受限分为四度（轻度：两横指约2～2.5cm；中度：一横指约1～2.0cm；重度：不足一横指约1cm以内；完全张口受限又称牙关紧闭）。

在临床治疗中，若需采集张口受限患者的口内牙列情况是存在困难的。目前常用的观察患者咬合的方法如，印模法、影像学检查（如CT摄影三维重建）、口腔扫描仪法。这些方法都可以将患者的牙列情况完整地从口腔内转移到口腔外部，便于更好地观察及模拟手术方案。但对于张口受限的患者，传统的印模由于常规的托盘无法放入患者的口内，所以无法满足此要求。现有的头部CT/CBCT摄影三维重建，是一个很好的选择，但若患者口内存在金属物从而产生的伪影干扰成像效果。口内牙科三维扫描仪作为一个新兴产品，可以省时省力地完整复制患者口内情况，对于重度张口受限患者，扫描仪的探头无法进入口腔，也无法实现目的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法，可以采集除完全张口受限（牙关紧闭）和部分重度张口受限外，其他张口受限患者的牙列，可为后续治疗，如手术提供可靠数据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法，包括以下步骤：

1）牙位的选取：根据患者张口受限情况，决定上、下颌是否需要分段取模及需分几段取模,上颌可使用完整托盘取模，下颌因有舌的阻挡，需分两段牙位或三段牙位取模，分段取模时，相邻两段模型间至少需重合一个完整牙位，用于后期计算机匹配；

2）牙模的制作：采用二次取模的方法，使用临时蜡质分段托盘，藻酸盐印模材料取模后，将分段部分连为一个整体，石膏整体灌模，石膏初模制作完成，在初模石膏模型上制作光塑料基片分段托盘，硅橡胶印模材料二次印模，石膏分段灌模，分段牙列石膏制作完成；

4）通过模型三维扫描仪对每段分段牙列石膏模型进行扫描，获得原始数据，分别存为STL文件；

5）采用逆向工程软件-GeomagicQualify，进行计算机匹配分段牙列，设定单位为毫米；

6）软件初始参数设定，选取步骤4的STL文件，在软件中形成三维建模视图，然后将分段牙列石膏模型三维视图依次匹配分段模型，若为两段牙列石膏模型三维视图，采用“手动注册”的方法，选择“n点注册”，选定一个模型为“固定”，另一个模型选为“浮动”，在“固定”模型上取至少3个分散的点，包括含颊、舌面及切缘/牙尖/颌面，在“浮动”模型相同位置上标注同样的点，通过“注册器”使两段模型在空间位置上实现大体重合，以保证模型在三维方向上的重合，再执行“全局注册”进行精细匹配，查看平均距离及标准偏差后，最终将两段有重叠牙位的独立模型配准为一个整体，若为三段牙列石膏模型三维视图，采用相同的方法匹配两段相邻的牙列石膏模型，再与第三段进行匹配，裁剪去除模型之间重叠的部分，得到一个完整的牙列模型；

7）验证准确性，以标准下颌牙列完整石膏模型为对比组，再将三段配准的完整下颌牙列模型与标准完整下颌牙列石膏模型进行步骤5的“注册”程序后，进行“3D比较”，生成“云图”，在云图中，分析其重合率，从而判断配准模型是否与口内牙列两者匹配度。

所述的两段牙位为37～42/41、47～32/31，三段牙位37～33/44、34/35～44/45、43/44～47。

所述的剪裁过程中，使用“透选”功能，在模型重叠部分，选择非解剖标志处作为切割线，删除模型间重合的部分，非解剖标志处可选两牙邻接处。

所述的三段模型配准后重叠的部分需删除，使用“透视”观察三段模型重叠的部分，避开牙尖等重要解剖部位，使用“直线选择工具”，放大模型，保证直线所占画片最窄，删除该直线后，1、3两个模型分别被分为了两段，删除其共有的部分，完成了形成单一“图层”的目的，同法操作2、3两个模型，最终形成一个没有重叠部分的模型。

本发明的有益效果是：

1）相对于现有研究中涉及的制作复杂的个性化托盘来得到完整牙列模型的方法，本发明依托计算机软件配准，可节省制作个别托盘的时间，便于临床取模，即使存在个别牙位缺失，只要满足每段模型间有重合区域，亦可进行配准。

2）通过计算机软件配准后的牙列，可用于与颌骨进行匹配，进行手术模拟，用于指导外科手术的进行。特别是对于张口受限伴牙颌面畸形需要多次手术的患者，此方法可在患者条件允许的情况下，减少手术次数，从而减少患者的手术创伤。

附图说明

图1为本发明实施步骤流程图。

图2为本发明的藻酸盐印模实体图。

图3为本发明的初模石膏模型实体图。

图4为本发明的光塑料基片分段托盘实体图。

图5为本发明的分段牙列石膏模型的计算机视图。

图6为本发明的完整的牙列模型的计算机视图。

具体实施方式

以下结合具体实施对本发明进一步叙述。

如图1所示，一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法，包括以下步骤：

1）牙位的选取：根据患者张口受限情况，决定上、下颌是否需要分段取模及需分几段取模,上颌可使用完整托盘取模，下颌因有舌的阻挡，需分两段牙位或三段牙位取模，分段取模时，相邻两段模型间至少需重合一个完整牙位，用于后期计算机匹配；

2）牙模的制作：采用二次取模的方法，使用临时蜡质分段托盘，藻酸盐印模材料取模后，将分段部分连为一个整体，石膏整体灌模，石膏初模制作完成，在初模石膏模型上制作光塑料基片分段托盘，硅橡胶印模材料二次印模，石膏分段灌模，分段牙列石膏制作完成；

4）通过模型三维扫描仪对每段分段牙列石膏模型进行扫描，获得原始数据，分别存为STL文件；

5）采用逆向工程软件-GeomagicQualify，进行计算机匹配分段牙列，设定单位为毫米；

6）软件初始参数设定，选取步骤4的STL文件，在软件中形成三维建模视图，然后将分段牙列石膏模型三维视图依次匹配分段模型，若为两段牙列石膏模型三维视图，采用“手动注册”的方法，选择“n点注册”，选定一个模型为“固定”，另一个模型选为“浮动”，在“固定”模型上取至少3个分散的点，包括含颊、舌面及切缘/牙尖/颌面，在“浮动”模型相同位置上标注同样的点，通过“注册器”使两段模型在空间位置上实现大体重合，以保证模型在三维方向上的重合，再执行“全局注册”进行精细匹配，查看平均距离及标准偏差后，最终将两段有重叠牙位的独立模型配准为一个整体，若为三段牙列石膏模型三维视图，采用相同的方法匹配两段相邻的牙列石膏模型，再与第三段进行匹配，裁剪去除模型之间重叠的部分，得到一个完整的牙列模型；

7）验证准确性，以标准下颌牙列完整石膏模型为对比组，再将三段配准的完整下颌牙列模型与标准完整下颌牙列石膏模型进行步骤5的“注册”程序后，进行“3D比较”，生成“云图”，在云图中，分析其重合率，从而判断配准模型是否与口内牙列两者匹配度。

所述的两段牙位为37～42/41、47～32/31，三段牙位37～33/44、34/35～44/45、43/44～47。

所述的剪裁过程中，使用“透选”功能，在模型重叠部分，选择非解剖标志处作为切割线，删除模型间重合的部分，非解剖标志处可选两牙邻接处。

所述的三段模型配准后重叠的部分需删除，使用“透视”观察三段模型重叠的部分，避开牙尖等重要解剖部位，使用“直线选择工具”，放大模型，保证直线所占画片最窄，删除该直线后，1、3两个模型分别被分为了两段，删除其共有的部分，完成了形成单一“图层”的目的，同法操作2、3两个模型，最终形成一个没有重叠部分的模型。

以临床案例为实施例，患者张口度约为1cm。

1）初模，藻酸盐印模材料分别制取上、下颌印模，根据此患者张口受限情况，上颌托盘可以放入口内，可取得完整模型；而下颌托盘由于舌的阻挡，需行分段取模，对下颌使用蜡质临时托盘分3段（如a37-33、b35-45、c43-47）制取下颌牙列印模，将三段蜡质临时托盘融合为一个整体，灌注石膏模型；

2）制作下颌牙列个别托盘，在下颌牙列初模石膏模型上，使用光塑料基片制作3段个别托盘，包括牙位分别为a：37-33、b：35-45、c：43-47，两两托盘之间至少重叠一个完整的牙位；

3）二次印模：使用硅橡胶印模材料，以下颌牙列分段式托盘分别制取下颌牙列3段二次印模，分别灌注石膏模型；

4）扫描：使用模型三维扫描仪（丹麦3shape，R700）分别将下颌牙列石膏模型3段石膏模型进行扫描，存为A.STL、B.STL、C.STL文件；

5）计算机匹配下颌牙列：在GeomagicQualify2013中，首先匹配两段相邻的下颌牙列石膏模型，如A和B，打开A.STL、B.STL文件，执行“对齐”中“手动注册”对其进行初步匹配，选择“n点注册”，选定一个模型为“固定”，另一个模型选为“浮动”，在“固定”模型上取至少3个分散的点（分别包含颊、舌面及切缘/牙尖/颌面），在“浮动”模型相同位置上标注同样的点。通过“注册器”实现两者的大体重合，平均距离：0.197541mm及标准偏差：0.144074mm。执行“全局注册”进行精细匹配，平均距离：0.1425778mm及标准偏差：159834mm，最终将两段有重叠牙位的独立模型配位为一个整体。再用相同的方法将这个整体与C进行匹配，“手动注册”得到平均距离：0.246417mm及标准偏差：0.154022mm；“全局注册”得到平均距离：0.124366mm及标准偏差：0.142794mm。由此得到一个初步的完整的下颌牙列模型；

6）验证准确性：以标准下颌牙列石膏模型为例，配准方法同前，1、2、3三段石膏牙列，首先进行1、3配准（平均距离：0.108249mm及标准偏差：0.037836mm），再将2与1、3组合后模型配准（平均距离：0.145487mm及标准偏差：0.053179mm），形成完整模型。再将三段配准的完整下颌牙列模型与标准完整下颌牙列石膏模型进行3D比较，分析其重合率，从而判断配准模型是否与口内牙列情况一致。此处需注意，需删除三段模型配准后重叠的部分，形成单一“图层”，否则无法进行3D比较。具体方法为：使用“透视”观察1、2、3重叠的部分，避开牙尖等重要解剖部位，使用“直线选择工具”，尽可能放大模型，以保证直线所占画片最窄，以减少误差。删除该直线后，1、3两个模型分别被分为了两段，删除其共有的部分，即完成了形成单一“图层”的目的。同法操作2、3两个模型。最终形成一个没有重叠部分的模型，将此模型与标准模型进行“注册”程序（同前）后，进行3D比较，生成“云图”。在云图中，可直观地看出两者匹配度。

Claims (4)

1.一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）牙位的选取：根据患者张口受限情况，决定上、下颌是否需要分段取模及需分几段取模,上颌可使用完整托盘取模，下颌因有舌的阻挡，需分两段牙位或三段牙位取模，分段取模时，相邻两段模型间至少需重合一个完整牙位，用于后期计算机匹配；

2）牙模的制作：采用二次取模的方法，使用临时蜡质分段托盘，藻酸盐印模材料取模后，将分段部分连为一个整体，石膏整体灌模，石膏初模制作完成，在初模石膏模型上制作光塑料基片分段托盘，硅橡胶印模材料二次印模，石膏分段灌模，分段牙列石膏制作完成；

4）通过模型三维扫描仪对每段分段牙列石膏模型进行扫描，获得原始数据，分别存为STL文件；

5）采用逆向工程软件-GeomagicQualify，进行计算机匹配分段牙列，设定单位为毫米；

6）软件初始参数设定，选取步骤4的STL文件，在软件中形成三维建模视图，然后将分段牙列石膏模型三维视图依次匹配分段模型，若为两段牙列石膏模型三维视图，采用“手动注册”的方法，选择“n点注册”，选定一个模型为“固定”，另一个模型选为“浮动”，在“固定”模型上取至少3个分散的点，包括含颊、舌面及切缘/牙尖/颌面，在“浮动”模型相同位置上标注同样的点，通过“注册器”使两段模型在空间位置上实现大体重合，以保证模型在三维方向上的重合，再执行“全局注册”进行精细匹配，查看平均距离及标准偏差后，最终将两段有重叠牙位的独立模型配准为一个整体，若为三段牙列石膏模型三维视图，采用相同的方法匹配两段相邻的牙列石膏模型，再与第三段进行匹配，裁剪去除模型之间重叠的部分，得到一个完整的牙列模型；

7）验证准确性，以标准下颌牙列完整石膏模型为对比组，再将三段配准的完整下颌牙列模型与标准完整下颌牙列石膏模型进行步骤5的“注册”程序后，进行“3D比较”，生成“云图”，在云图中，分析其重合率，从而判断配准模型是否与口内牙列两者匹配度。

2.根据权利要求1所述的一种分段取模由计算机实现分段配准采集完整牙列的方法，所述的两段牙位为37～42/41、47～32/31，三段牙位37～33/44、34/35～44/45、43/44～47。

3.根据权利要求1所述的一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法，所述的剪裁过程中，使用“透选”功能，在模型重叠部分，选择非解剖标志处作为切割线，删除模型间重合的部分，非解剖标志处可选两牙邻接处。

4.根据权利要求1所述的一种分段取模由计算机配准组合采集完整牙列模型的方法，所述的三段模型配准后重叠的部分需删除，使用“透视”观察三段模型重叠的部分，避开牙尖等重要解剖部位，使用“直线选择工具”，放大模型，保证直线所占画片最窄，删除该直线后，1、3两个模型分别被分为了两段，删除其共有的部分，完成了形成单一“图层”的目的，同法操作2、3两个模型，最终形成一个没有重叠部分的模型。