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CN109003676A - 一种牙齿美学设计方法与装置 - Google Patents

一种牙齿美学设计方法与装置 Download PDF

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CN109003676A CN201710416639.1A CN201710416639A CN109003676A CN 109003676 A CN109003676 A CN 109003676A CN 201710416639 A CN201710416639 A CN 201710416639A CN 109003676 A CN109003676 A CN 109003676A
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Abstract

本发明公开了一种牙齿美学设计方法与装置。该方法通过三维扫描装置快速获取三维人脸微笑模型及三维人脸开口模型。医生通过在三维模型上进行牙齿修复设计，可实现现场进行医患沟通。患者可以浏览自己牙齿修复后的三维模型，更加真实可靠。同时通过医患沟通可以随时修改该设计。由于三维设计其设计参数可以直接用于加工制作牙齿美学修复中诊断饰面，省去牙齿美学修复中诊断蜡型这一环节。根据设计打印的牙齿模型可以通过桌面式扫描仪扫描出其三维数字模型直接放到人脸模型口腔内，方便进行医患沟通。医患沟通没有问题后可以根据该设计参数进行备牙贴瓷等环节完成牙齿美容。

Description

一种牙齿美学设计方法与装置
技术领域：
本发明属于医学美容领域，涉及一种三维口腔美学设计方法，是一种三维牙齿美学设计方法。
背景技术：
近年来随着前牙美学修复的不断深入研究，口腔医生认为设计是美学的起点和灵魂所在，而数字微笑设计(digital smile design，DSD)技术是目前比较前沿的美学修复设计手段。DSD的概念是由巴西牙医Coachman及其团队提出的，DSD技术在美学修复中是一个多用途的具，应用Keynote、Photoshop、DSS 或ezDSDpro等软件，通过对患者面部及口腔软硬组织进行数字量化的准确分析、设计及治疗结果的数字化模拟，医生和患者可以直观地看到修复后的效果；此外， DSD还可以提高诊断效率，加强医患沟通，加强整个治疗过程中的可预见性，使患者更容易接受治疗。因此，DSD近年来风靡全球，受到世界口腔医生的青睐。
目前，用于DSD的设计软件大都是二维的即2DDSD，通过数码相机拍摄正面微笑照片、正面拉口照，将照片导入Keynote、Photoshop、DSS及ezDSDpro等软件对牙齿进行数字量化的准确分析与设计，包括牙齿比例大小及颜色、牙弓中线、上切牙切缘弧度等参数的设计，并根据患者的要求完成个性化设计。但目前 2DDSD存在很多问题，由于是二维不能得到设计牙齿的实际三维尺寸，所以设计后的效果图可能还不是太理想，其只能作为一个参考，用于医患沟通，但并不能给设计中心进行直接加工，需要设计中心重新进行设计。另外，二维设计过程非常繁琐不易学习，设计比较耗时。
中国专利201720353413.7公开公开一种快速3D扫描仪，包括底座、支架和扫描装置。扫描装置包括外壳盖板、两个测量单元、两个反射镜和固定板。扫描装置的两个测量单元反向平置，即两个测量单元具有相同的光轴，但背向放置，固定在一块固定板上，并与其刚性连接在一起；测量单元包含一个投影装置和两台相机；两台相机布置在投影装置两侧，两台相机的光轴和投影装置的光轴相交于一点，并位于同一平面；两组测量单元外部以固定角度对称放置反射镜，反射镜固定安装在固定板上，且反射镜面向被测物倾斜放置，倾斜角度在50到70度之间。中国专利2016111174985公开了一种三维轮廓的光学混合检测方法，该方法通过投影装置实现了光栅投影；对一组深度相机采集的光栅图进行解相位，通过该组相位进行匹配求视差；得到的视差图与双目立体视觉结合进行重建，从而得到三维数字模型。
发明内容
本发明的目的在于提供一种牙齿美学设计方法与装置。该方法通过如图1 所示的三维扫描装置快速获取三维人脸微笑模型及三维人脸开口模型。医生通过在三维模型上进行牙齿修复设计，可实现现场进行医患沟通。患者可以浏览自己牙齿修复后的三维模型，更加真实可靠。同时通过医患沟通可以随时修改该设计。由于是三维设计其设计参数可以直接用于加工制作mock up(指牙齿美学修复中诊断饰面)，省去了wax up(指牙齿美学修复中诊断蜡型)这一环节。根据设计打印的牙齿模型可以通过桌面式扫描仪扫描出其三维数字模型直接放到人脸模型口腔内，方便进行医患沟通。医患沟通没有问题后可以根据该设计参数进行备牙贴瓷等环节完成牙齿美容。
本发明目的：提供一种新的牙齿美学设计方法与装置
实现本发明的技术方案为：
一种用于牙齿美学设计的装置，包括外壳盖板、两个测量单元、两个反射镜和固定板；两个测量单元反向平置，即两个测量单元具有相同的光轴，但背向放置，固定在一块固定板上，并与其刚性连接在一起；测量单元包含一个投影装置和两台相机；两台相机布置在投影装置两侧，两台相机的光轴和投影装置的光轴相交于一点，并位于同一平面；两组测量单元外部以固定角度对称放置反射镜，反射镜固定安装在固定板上，且反射镜面向被测物倾斜放置，倾斜角度在50到 70度之间；所述两个测量单元旁边分别设置有一个高分辨率纹理相机。
第一步，对中国专利201720353413.7公开公开一种快速3D扫描仪装置进行改进如图1，在左右相机旁边各放置一个高分辨率(大于200万像素彩色相机) 纹理相机，纹理相机目的是用来拍摄口腔纹理图，由于小视场只拍摄的口腔部分纹理，所以纹理比较清晰逼真。该纹理用于贴到三维人脸口腔中牙齿模型上。拍摄两次，第一次拍摄用于生成三维人脸微笑模型(人在微笑状态下拍摄并重建的三维模型)，第二次用于生成三维人脸开口模型(在医用开口器辅助下露出口腔的牙齿和牙龈状态下，拍摄并重建的三维模型)。重建方法采用中国专利 2016111174985公开了一种三维轮廓的光学混合检测方法，该方法通过投影装置实现了光栅投影；对一组深度相机采集的光栅图进行解相位，通过该组相位进行匹配求视差；得到的视差图与双目立体视觉结合进行重建，从而得到三维数字模型。
第二步，扣除三维人脸微笑模型的口腔内牙齿的三维数据。然后将三维人脸开口模型的口腔内牙齿的三维点云数据扣出来，放到三维人脸微笑模型的口腔内，结果作为术前记录。
第三步，导入人脸模型，选择眼睛、鼻子等关键点，创建正交参考面，并把模型旋转到正视位置。选择合适的牙齿模板，与三维人脸开口模型口腔内牙齿三维数据进行对齐。
第四步，将对齐好的牙齿模板放到三维人脸微笑模型口腔内，用来替换需要修复的牙齿，医生调整牙齿模板参数，直到患者满意。
第五步，将编辑后的牙齿模板替换三维人脸微笑模型口腔内的牙齿，作为术后预测。
第六步，术前与术后预测对比。医患沟通。满意后发给设计中心。
有益效果
该方法通过三维扫描设备快速获取三维人脸微笑模型及三维人脸开口模型。医生通过在三维模型上进行牙齿修复设计，患者可以浏览自己牙齿修复后的三维模型，更加真实可靠，并且三维设计简单易操作。该设计参数可以直接用于加工制作mock up(牙齿美学修复中的诊断饰面)，省去了wax up(牙齿美学修复中诊断蜡型)这一环节，加快整个牙齿美容设计过程。基于三维的数字微笑设计可以克服二维DSD的多种缺陷，完善DSD设计。
附图说明：
图1是牙齿美学设计装置结构图；
图2是牙齿美学设计流程图；
图中1是第一深度相机，4是第二深度相机，2是高分辨率纹理相机，3是投影装置，6是反射镜，5是被测对象。
具体实施方式
下面具体结合附图对本发明做详细描述，参见图1及图2。
第一步，三维人脸微笑模型及三维人脸开口模型的获取。
1)第一步，对中国专利201720353413.7公开公开一种快速3D扫描仪装置进行改进如图1，在左右相机旁边各放置一个高分辨率(大于200万像素彩色相机)纹理相机2，纹理相机目的是用来拍摄口腔纹理图，由于小视场只拍摄的口腔部分纹理，所以纹理比较清晰逼真。该纹理用于贴到三维人脸口腔中牙齿模型上。拍摄两次，第一次拍摄用于生成三维人脸微笑模型(人在微笑状态下拍摄并重建的三维模型)，第二次用于生成三维人脸开口模型(在医用开口器辅助下露出口腔的牙齿和牙龈状态下，拍摄并重建的三维模型)。重建方法采用中国专利 2016111174985公开了一种三维轮廓的光学混合检测方法，该方法通过投影装置实现了光栅投影；对一组深度相机采集的光栅图进行解相位，通过该组相位进行匹配求视差；得到的视差图与双目立体视觉结合进行重建，从而得到三维数字模型。
具体是利用结构光投影与双目立体视觉技术相结合重建三维人脸微笑模型及三维人脸开口模型；利用光栅法获取视差图，根据获取的视差图和摄像机标定的内外参数，利用双目立体视觉可重构出空间点的三维坐标。双目立体视觉利用视差原理，根据光学三角法获取被测物体的深度信息。由上步求出的视差代入(1) 式就能重构出空间点的三维坐标。
由三角关系可得P的三维世界空间坐标：
式中f是主距，b是基线长度。一空间点P的世界坐标为(xw,yw,zw)，P在左、右摄像机成像平面中的坐标分别为P1(u1,v1)和P2(u2,v2)。
2)将纹理相机采集的口腔纹理图映射到深度相机拍摄的纹理图，利用该映射关系将高分辨率纹理相机采集的口腔部分的纹理图贴到三维人脸开口模型中口腔三维模型上获得高分辨率纹理口腔三维模型。
第二步、扣除三维人脸微笑模型的口腔内牙齿的三维数据。然后将三维人脸开口模型的口腔内牙齿的三维点云数据扣出来，放到三维人脸微笑模型的口腔内，结果作为术前记录。
通过三维人脸识别算法识别三维人脸微笑模型口腔唇线，将唇线内的牙齿自动扣除，用三维人脸开口模型的口腔牙齿通过自动配准替换到微笑模型口腔内。该结果可以作为术前记录。
第三步、导入模型位置初始化。
导入人脸模型，选择眼睛、鼻子等关键点，创建正交参考面，并把模型旋转到正视位置。选择合适的牙齿模板，并和三维开口模型配准。
第四步，将配准好的牙齿模板放到三维人脸微笑模型口腔内，用来替换需要修复的牙齿，医生调整牙齿模板参数，直到患者满意。
首先生成牙齿的微笑曲线。通过编辑牙齿的微笑曲线和弧度(牙圆曲线) 使其与模型对准。正视图编辑任意牙齿的左右位置，高矮胖瘦。俯视图编辑牙齿的前后位置，以及旋转。牙齿的大小调整比例实时显示。同时具有复位功能。
第五步，将编辑后的牙齿模板替换三维人脸微笑模型口腔内的牙齿，作为术后预测。
通过自动配准将编辑好的三维牙齿模型替换三维人脸微笑模型口腔内的牙齿，作为术后预测。
第六步，术前与术后预测对比。医患沟通。满意后发给设计中心。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种牙齿美学设计方法，其特征在于：通过三维扫描装置快速获取三维人脸微笑模型及三维人脸开口模型；通过在三维模型上进行牙齿修复设计；根据设计将编辑后的牙齿模板替换三维人脸微笑模型口腔内的牙齿；根据该设计参数进行牙齿美容。
2.如权利要求1所述牙齿美学设计方法，其特征在于，按照如下步骤：
第一步，在3D扫描仪装置左右侧各放置一个高分辨率纹理相机，纹理相机目的是用来拍摄口腔纹理图，该纹理用于贴到三维人脸口腔中牙齿模型上；拍摄两次，第一次拍摄用于生成三维人脸微笑模型，第二次用于生成三维人脸开口模型；通过投影装置实现光栅投影；对一组深度相机采集的光栅图进行解相位，通过该组相位进行匹配求视差；得到的视差图与双目立体视觉结合进行重建，从而得到三维数字模型；
第二步，扣除三维人脸微笑模型的口腔内牙齿的三维数据，然后将三维人脸开口模型的口腔内牙齿的三维点云数据扣出来，放到三维人脸微笑模型的口腔内，结果作为术前记录；
第三步，导入人脸模型，选择关键点，创建正交参考面，并把模型旋转到正视位置；选择合适的牙齿模板，与三维人脸开口模型口腔内牙齿三维数据进行对齐；
第四步，将对齐好的牙齿模板放到三维人脸微笑模型口腔内，用来替换需要修复的牙齿，医生调整牙齿模板参数，直到患者满意；
第五步，将编辑后的牙齿模板替换三维人脸微笑模型口腔内的牙齿，作为术后预测；
第六步，术前与术后预测对比，医患沟通，满意后发给设计中心。
3.一种用于牙齿美学设计的装置，其特征在于：包括外壳盖板、两个测量单元、两个反射镜和固定板；两个测量单元反向平置，即两个测量单元具有相同的光轴，但背向放置，固定在一块固定板上，并与其刚性连接在一起；测量单元包含一个投影装置和两台相机；两台相机布置在投影装置两侧，两台相机的光轴和投影装置的光轴相交于一点，并位于同一平面；两组测量单元外部以固定角度对称放置反射镜，反射镜固定安装在固定板上，且反射镜面向被测物倾斜放置，倾斜角度在50到70度之间；所述两个测量单元旁边分别设置有一个高分辨率纹理相机。
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