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CN111315316B - 设计牙科修复体时用于模拟咬合的动态虚拟咬合器的使用方法及其数据载体 - Google Patents

设计牙科修复体时用于模拟咬合的动态虚拟咬合器的使用方法及其数据载体 Download PDF

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CN111315316B
CN111315316B CN201880061482.8A CN201880061482A CN111315316B CN 111315316 B CN111315316 B CN 111315316B CN 201880061482 A CN201880061482 A CN 201880061482A CN 111315316 B CN111315316 B CN 111315316B
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Abstract

在本发明中,提供了一种使用动态虚拟咬合器来模拟在下颌骨或其碎片的初始位置变化期间的咬合,和用于模拟牙齿相对于彼此的位置以及已描述的假牙的位置和形状的方法。所述方法用计算机执行。所述方法包括以下步骤:提供虚拟咬合器,所述虚拟咬合器包括上颌骨和牙弓的虚拟三维模型以及下颌骨和牙弓的虚拟三维模型,分别类似于患者的上颌骨和上牙以及下颌骨和下牙;提供了用模拟动态咬合虚拟上颌骨和虚拟下颌骨相对于彼此的模拟运动,在此期间,虚拟上颌骨和虚拟下颌骨的牙齿之间可能会发生穿透和非穿透姓接触。提供所述虚拟咬合器还包括提供颞下颌关节的虚拟三维模型,类似于下颌骨头、下颌窝以及颞骨的关节结节,并在临床或虚拟设置初始和最终位置之前进行颌骨相对彼此的模拟运动。此外,下颌骨头的虚拟表面和关节结节的虚拟表面以及患者的颞骨下颌窝的虚拟表面脱离。而且,带有存储的代码的所述非易失性机器可读介质,所述存储的代码包含指令,这些指令在被执行时允许执行所提出的方法。本发明组提供了一种虚拟咬合器以模拟尽可能接近在患者的口腔中发生的实际过程成为一种可能。

Description

设计牙科修复体时用于模拟咬合的动态虚拟咬合器的使用方 法及其数据载体
技术领域
本发明涉及医疗装置,尤其涉及用于动态虚拟关节的装置。
背景技术
咬合器作为一种机械装置,代表了一种简化的咀嚼装置模型,在该支架上固定了牙齿模型,并通过关节区域内的导向器和门齿台的倾斜面来设定其运动。所述导向器和面部的倾斜度是根据解剖平均值或通过轴图描记仪记录的个体的数值进行设置的。牙科实验室技术人员通过模拟从中心(习惯性)咬合位置的侧面和前后运动,研究了未来齿列结构的人工义齿和人体真齿的接触的可用性和顺序。
现有技术公开了在自动设计人工义齿和在为患者牙齿设计正畸治疗方案时,使用动态虚拟咬合器进行咬合模拟建模的方法,所述方法通过计算机来实现(RU2567604,10.11),该方法包括:提供虚拟咬合器,所述虚拟咬合器包括上颌骨的虚拟3D模型和下颌骨的虚拟3D模型,分别复制患者的上颌骨和下颌骨;当所述虚拟上颌骨和虚拟下颌骨的牙齿之间发生接触时,提供虚拟上颌骨和虚拟下颌骨相对于彼此的运动,以对动态咬合进行仿真建模,该方法包括在上述提到的接触的情况下防止虚拟上颌骨的虚拟表面和虚拟下颌骨的虚拟表面之间发生交叉。因此,虚拟牙齿作为不可穿透的物理对象。
已知方法的缺陷特征如下:
-现有的模拟咬合器实际上是一种机械咬合器的数字副本,其支架运动在一定程度上与下颌骨的实际运动有所不同。产生这种差异的原因是,运动模拟是基于下颌轴的运动和物体围绕该轴的旋转。前提是咬合器中的下颌轴位于咬合器的支架的结合区域,但是,对于牙面系统,下颌轴没有精确固定的位置;下颌骨旋转轴会改变其在空间中的位置,并且可能会超出颞下颌关节。在已知的咬合器中,咬合关节之间的距离是精确固定的,并且与解剖平均值相对应,而下颌骨实际运动的本质是由下颌头之间的距离决定的,而每个患者的该距离是独特的;
-虚拟咬合器的已知例子没有考虑下颌骨关节头的运动及其与颞下颌关节其他元件之间关系,不可能设置下颌头和下颌窝之间的可控的间隙,而该间歇在下颌的实际运动中会发生;
-虚拟咬合器的已知例子提供了受牙齿相互接触的上颌骨和下颌骨的相对运动的模拟,并且不可能设置相对牙齿之间的可控间隙。这意味着在例如需要打开咬合的情况下,在对牙齿的形状或位置建模时,有必要进行迭代矫正。
-虚拟咬合器的已知例子无法为不同牙科治疗提供互为因果的方案。依次进行不同牙科治疗的方案设计:每个新治疗阶段的方案设计均基于前一阶段所达到的条件。这种传统方法导致组合牙科治疗的总时间过长。
发明内容
技术成果是获得虚拟咬合器的最大近似程度,模拟在患者口中发生的实际过程,这是由于以下原因而实现的:
-虚拟咬合器能够复制和模拟在患者口腔中发生的实际过程,因为设置了下颌头之间的个体距离,这不同于虚拟咬合器(作为已知现有技术中的机械系统的副本)中严格设置的关节和关节之间的距离;
-虚拟咬合器使运动能够复制并模拟在患者口中发生的实际过程,因为运动模拟并非基于下颌轴的初步确定及该下颌轴的随后运动和下颌虚拟对象围绕下颌轴的旋转,在已知的现有技术正是如此;与此相反,虚拟下颌的运动一方面取决于虚拟牙弓之间的至少一种接触,另一方面取决于患者的虚拟下颌头的设定位置以及可控的与虚拟关节与虚拟颞骨表面进行分离(关节结节和下颌窝)。因此,颌骨在生理上的相对运动更为真实。
-虚拟咬合器使得能够复制和模拟在患者口腔中发生的实际过程,因为虚拟下颌的运动是这样确定的:一方面,至少在虚拟模型相互穿透或没有穿透的情况下,由虚拟牙弓之间的至少一种接触,在已知的现有技术中正是如此;另一方面,虚拟下颌的运动可以通过功能性的咬合的末端位置(凸起、侧凸位移等)来确定,其中可由操作人员预先提前虚拟设置,并且在牙弓(缺少接触的那一部分)之间的间隔可被预先设置。因此,牙齿形状或位置的虚拟矫正,不是通过大量重复来反复调整来进行的(在已知的现有技术正是如此);在本发明中是在考虑了虚拟下颌的设定运动而直接进行的。
-本发明的虚拟咬合器并非物理机械系统的虚拟模型,而是患者实际咀嚼结构的虚拟模型。
此外,本发明的方法能够减少配准和虚拟模拟下颌关节的时间消耗,这是由于不需要使用特有装置来配准下颌运动,也由于减少了运动配准时的不适感以及会减少在已知的现有技术中由于需要将附加装置附接到牙齿而导致的额外误差。
本发明人开发的一组发明的概述如下。
在改变下颌的初始位置、其碎齿、牙齿之间的相对位置、人工义齿的位置以及形状时,通过计算机实现使用动态虚拟咬合器进行咬合建模的方法,所述方法包括以下步骤:提供一虚体咬合器,所述虚拟咬合器包括上颌和上牙弓的虚拟3D模型以及下颌和下牙弓的虚拟3D模型;分别复制患者的上颌和上颌齿以及下颌和下颌齿;提供所述虚拟上颌和虚拟下颌相对于彼此的模拟运动,用于动态咬合的仿真建模,在所述建模中在上颌和下颌的牙齿之间存在穿透接触和非穿透接触。前提是,提供的所述虚拟咬合器包括颞下颌关节的虚拟3D模型,复制所述下颌头、下颌骨以及颞骨的关节结节,并且先对初始和末端位置进行临床或虚拟设置,然后对颌骨之间进行模拟运动。此外,患者的颞骨的下颌头的虚拟表面与关节结节和下颚窝的虚拟表面是分开的。
在该方法的特定实施例中:
-虚拟咬合器还包括3D和2D脸部图像以及侧面和正面远距X线片的2D图像的虚拟模型;
-牙齿、下颌骨、牙根、软组织的虚拟模型被绘制成真实物体的颜色;
-在直接或间接扫描的基础上获得牙齿、下颌、颞下颌关节元件的虚拟模型;
-扫描包括光学扫描、超声扫描,X射线断层成像或磁共振成像中的至少一个图像;
-间接扫描包括使用牙弓印模;
-通过口腔内扫描,根据牙弓的不同末端位置的配准,提供虚拟下颌的模拟运动;和/或在指定的不同末端位置获得咬合套准器(bite regi sters)、随后进行扫描并依次比较下牙弓、下颌、下颌头的虚拟对象;
-基于虚拟下颌骨的运动配准,提供其模拟运动;
-通过电磁波或超声波来配准下颌骨、下牙弓或其碎牙、一个或多个固定在下颌骨或下牙上的参考点;
-基于关节和切齿引导、侧向位移/横向位移(lateral displacement)的解剖学平均参数,提供所述虚拟下颌骨的模拟运动;
-提供虚拟下颌骨从中心位置开始的模拟运动;
-中心关系的虚拟位置在临床上是通过直接或间接配准来设置;
-直接配准包括口腔内扫描,而间接配准包括获取咬合套准器,对其进行扫描以及随后将虚拟套准器与上颌齿进行比较,然后与下颌虚拟对象进行比较,其中相对于下颌牙弓以及虚拟套准器上的下颌齿印模进行比较;
-中心关系的虚拟位置是基于关节腔的解剖平均宽度,由操作员手动设置或自动设置,这是通过对下颌头的虚拟模型和相关的下颌虚拟对象的位置进行虚拟矫正,以及通过对任意其他已选定的虚拟相对牙齿的切牙间高度或垂直关系进行虚拟校对;
-中心关系的虚拟位置是基于咀嚼肌附着点之间的距离矫正,通过对所述下颌位置进行虚拟矫正,由操作员手动设置或自动设置。
-中心关系的虚拟位置是基于下颌骨位置的直接或间接配准,通过临床设定,在该位置上会产生最大的咀嚼力;
-直接配准包括口腔内扫描,而间接配准包括获取咬合套准器,对其进行扫描以及随后将虚拟套准器和上颌齿进行比较,然后与下颌虚拟对象进行比较,其中相对于下颌牙弓和在虚拟套准器上的下颌齿印模进行比较;
-提供虚拟下颌的模拟运动,该模拟运动是从中心或习惯性咬合的位置(中心关系)到由操作员预先设置的虚拟末端位置,前提是,在其直接修复的虚拟方案中、在牙齿正畸治疗的移位的虚拟方案中、在牙科修复中使用人工义齿的虚拟模型进行间接修复的虚拟方案中,对患者的牙齿表面的改变是在考虑了所述虚拟下颌的虚拟运动下立即进行的,而无需额外迭代。
-在直接修复的虚拟方案中、在牙齿正畸治疗中移位的虚拟方案中、在牙科修复中使用人工义齿的虚拟模型进行间接修复的虚拟机方案中,当通过对患者牙齿表面的改变来设置咬合接触点时,提供从中心位置或习惯性咬合位置(中心关系)起的下颌骨的模拟运动。
-提供患者的虚拟牙齿或虚拟人工义齿的不可穿透性;
-提供患者的虚拟牙齿或虚拟人工义齿的穿透性;
-考虑了虚拟下颌的模拟运动,提供基于中心或习惯性咬合的位置,进行牙齿位置的正畸矫正或牙齿形状的假体矫正的虚拟方案;
-考虑了虚拟下颌的模拟运动,基于虚拟设置的中心关系,进行牙齿位置的正畸矫正或牙齿形状的假体矫正的虚拟方案;
-该方法可以包括:互为因果的虚拟方案,该方案是在考虑了正畸矫正时最终牙齿位置和考虑了虚拟下颌的模拟运动的情况下,基于中心或习惯性咬合位置、基于虚拟设置的中心关系,进行牙齿位置的正畸矫正或牙齿形状和尺寸的假体矫正。
-包括考虑:互为因果的虚拟植入(implantation)方案,该方案考虑了颌部虚拟对象和患者的虚拟牙齿在虚拟设计的正畸矫正的最终位置和/或虚拟人工义齿的最终位置;
-在考虑了牙根偏移的可视化和控制、生物力学分析,以及考虑了整个牙齿尺寸、在颌骨中牙根的面积和尺寸、及其与颌骨皮质板的靠近程度的情况下,提供了基于中心或习惯性咬合的位置(中心关系)的虚拟下颌的模拟运动,以用于牙齿位置正畸矫正的虚拟方案设计。
-在考虑了牙齿的可视化、位置控制、以及固定在牙齿表面的任何其他元件的尺寸和形状,以传递正畸力到牙齿上,并考虑最佳的生物力学的情况下,提供了基于中心或习惯性咬合的位置(中心关系)的虚拟下颌的模拟运动,以用于牙齿位置正畸矫正中虚拟方案设计。
-提供基于中心或习惯性咬合的位置(中心关系)的虚拟下颌的模拟运动,以用于矫正颌骨尺寸、骨头修复、颞下颌关节元件的正颌术手术的虚拟方案设计。
-提供互为因果的正颌矫正的虚拟方案,用于矫正下颌骨尺寸、形状以及位置、颞下颌关节的元件、牙齿位置正畸矫正;牙齿尺寸和形状假体矫正的虚拟方案;在中心或习惯性咬合位置或在虚拟的中心关系的位置进行植入的虚拟方案;其中,考虑了虚拟下颌的模拟运动;并提供人工义齿、正畸矫治器和装置、骨碎片固定矫治器的设计和后续制造,以用于骨骼修复的个体植入物,用于替换缺失牙齿的个体植入物,重新定位和控制下颌位置的矫正夹板。
-虚拟咬合器还包括临床牙颈区域的虚拟3D曲线,所述曲线被定义为患者牙齿与牙龈之间的交界线,并且设定了牙齿可见的部分的边界,以及还包括牙颈线的虚拟3D曲线,所述3D曲线被定义为患者牙齿和颌骨之间的交界线,并且设定了在颌骨中的牙根部的边界。
-另外,还包括互为因果的虚拟方案,所述虚拟方案包括牙齿位置正畸矫正的虚拟方案和假体矫正时牙齿尺寸和形状的虚拟方案,该虚拟方案基于中心或习惯性地咬合位置、基于虚拟设定中心关系,其中,在考虑了正畸矫正时的最终牙齿位置、和考虑了虚拟下颌骨的虚拟运动的情况下,并提供牙齿牙龈缘位置的矫正,该矫正考虑了到发生与在正畸矫正时相对于颌骨表面的齿根位置的变化有关的已存在的牙颈线的改变情况下,其中,所述牙颈线的改变与正畸矫正时齿根位置相对于颌骨表面的发生变化相关。
-包括提供虚拟下颌骨的虚拟运动,该虚拟运动基于中心或习惯性咬合的位置(中心关系),以用于牙齿位置正畸矫正的虚拟方案以及牙齿尺寸和形状假体矫正的虚拟方案,其中,考虑了牙弓和牙齿的尺寸及其位置的分析结果和牙线图计算结果,该牙线图计算结果是基于从可用的3D和2D面部图像的虚拟模型中获得面部特征,通过使用计算出的牙弓美学缺陷的视觉感知的匀称性(regularities)获得的。
-包括通过计算提供了从所述第二设定位置到所述末端位置的虚拟下颌的模拟运动,其中所述计算基于从第一设定位置到第二设定位置的下颌骨的位移和从第一设定位置到末端位置的位移的已知数据。
-还包括以下互为因果的虚拟方案:下颌骨的尺寸、形状以及位置的正颌矫正、颞下颌关节的元件,牙齿位置正畸矫正的虚拟方案,对牙齿尺寸和形状进行假体矫正的虚拟方案,和植入虚拟方案;并将方案结果记录在确定治疗方案的牙科治疗计划(formula)中。
-还包括互为因果关系的虚拟方案:下颌骨的尺寸、形状以及位置的正颌矫正、颞下颌关节的元件,牙齿位置正畸矫正的虚拟方案,对牙齿尺寸和形状进行假体矫正的虚拟方案,在中心或习惯性咬合位置或者在虚拟计划的中心关系位置的植入虚拟方案;其中考虑了虚拟下颌的模拟运动,并将设计的对象以及为口腔内对象准备的3D模型录入个体的牙齿力学治疗计划(fomula),确定初始数据,所述初始数据用于设计人工义齿、正畸矫治器和装置、用于固定骨髓片矫治器、导向板(guiding templates)、用于骨骼修复的个体植入物、用于替换缺失牙齿的个体植入物,重新定位和矫正夹板控制下颌骨位置。
-当设置所述虚拟下颌骨的初始位置和最终位置时,对患者下颌头的虚拟表面和颞骨的下颌窝和关节结节的虚拟表面之间的间隙进行控制,并在必要时进行矫正;
-考虑了最大面积的累积咬合接触,在下颌的初始位置进行牙齿位置的正颌矫正;
-额外地,这是在考虑了面部3D模型、用面部软组织的宽度和弹性进行调整的情况下互为因果的虚拟方案:对正颌矫正的颌骨的尺寸、形状以及位置、颞下颌关节的元件、牙齿位置正畸矫正的虚拟方案,对牙齿尺寸和形状进行假体矫正的虚拟方案。
-基于通过2D图像对牙弓或其碎齿的不同位置的配准,还提供了虚拟下颌从中心或习惯性咬合的位置(中心关系)到相对于下颌对象位置的某一位置的模拟运动;
-通过实时模式下的3D扫描,基于牙弓、其碎齿或参考点的不同位置的配准,还提供了虚拟下颌的模拟运动;
另一项发明是提供了非易失性机器可读介质,其包含记录的代码,所述代码包含用于执行上述方法的指令。
附图说明
在以下附图中表示本发明:
图1A显示了下颌头和和骨节以及下颌窝的突出以及颞骨的关节结节。
图1B显示了在3D场景中包括的虚拟对象,该虚拟对象可由虚拟咬合器使用。
图2显示了咬合套准器与上颌齿进行对准。
图3显示了下颌与咬合套准器进行对准。
图4为下颌的初始位置(习惯性咬合)。箭头1表示时间线开始,对应于开始位置。箭头2表示下颌头和下颌窝的部分。
图5显示了下颌位于左侧位移位置。箭头1表示时间线的终点,箭头2表示下颌头的位置,箭头3表示在此末端位置中的牙齿接触。
图6显示了下颌头和牙齿在设置末端位置之前的初始位置。
图7显示了通过下颌头的位置设置(箭头1)和切齿间高度(箭头2),来控制具有牙齿接触或具有设定的分开间隙的末端位置。
图8,示出了咀嚼肌和颞肌的附着点。
图9,下颌已位移。
图10,下颌的位移导致肌肉附着点之间的距离变化。
图11,下颌的位移导致肌肉附着点之间的距离变化。
图12显示了具有人为设置的间距的末端位置。
图13显示了人工义齿通过相互接触来补偿设定的间隙。
图14显示了在布置时,缩放数据库中的人工义齿以适合患者的相应牙齿,并与该牙齿和该牙齿的临床上的牙颈区域对齐。
图15显示了2D或3D面部图像为牙齿对齐或人工义齿排列提供了重要的参考点。
图16为第23颗牙缺失。随着时间的流逝,相邻的牙齿彼此移动,从而掩盖了缺损。
图17为通过创造一个放置23号人工义齿的位置来矫正牙齿。
图18为虚拟安装了第23号人工义齿和第23号人工义齿的牙根区域的植入物。
图19显示了采用本发明能够使用由互为因果设计而减少治疗时间的治疗方案:该设计不是依次地进行而是同时进行,这使得能够同时开始不同种类的牙科治疗。
图20中,彩色的接触图表示了接触的可用性,可防止牙齿相互穿透、穿透深度以及可允许牙齿之间互相穿透。
具体实施方式
本发明提供了一种可由计算机执行的、使用动态虚拟咬合器进行咬合建模的方法,所述咬合建模可改变下颌的初始位置、其碎、彼此相对的牙齿位置,人工义齿的位置和形状(设置重建咬合和/或患者的牙齿位置的正畸矫正,和/或设计人工义齿的形状,和/或植入物的位置,以用于随后设计一个或多个牙齿结构(例如,人工义齿、导向板、咬合夹板、正畸矫治器),该方法包括以下阶段:
提供虚拟咬合器,所述虚拟咬合器包括上颌和上牙弓的虚拟3D模型以及下颌和下牙弓的虚拟3D模型,分别复制患者的上颌和上颌齿以及下颌和下颌齿;
提供虚拟上颌和虚拟下颌相对于彼此的模拟运动,以进行动态咬合的仿真建模,在该模型中虚拟上颌齿和虚拟下颌齿之间可能发生穿透和非穿透的接触。
前提是,提供的所述虚拟咬合器包括颞下颌关节的虚拟3D模型,复制所述下颌头、下颌窝以及颞骨的关节结节,并且通过临床或虚拟地预先设置初始和末端位置,然后对颌骨之间进行模拟运动。此外,所述下颌头的虚拟表面和所述关节结节以及患者的颞骨的下颌窝是分开的。
本发明的方法还包括设置牙齿的虚拟表面之间的间隙,所述间隙取决于下颌头的虚拟表面和患者颞骨的下颌窝和关节结节的虚拟表面之间的间距。
考虑了为了表现变得更加真实,鉴于虚拟运动颞下颌关节要素和接触之间的空隙的事实和设定、控制患者虚拟牙齿之间的空隙。
另外,可以通过连续步骤同时进行3D治疗计划。
此外,在特定的实施例中,本发明的咬合器可以如下实现:
-整合使用3D和2D脸部图像的虚拟模型和侧面及正面远摄图的2D图像;远距X线片的化验分析呈现用于确定虚拟上颌骨和虚拟下颌骨的中心关系的初始位置的附加的重要信息。面部特征呈现有关中线、高度以及咬合面倾斜度的额外信息;
-为虚拟咬合器在图像上的下颌骨的不同自由位置处集成2D面部(微笑)图像。前提是,虚拟空间中的2D面部(微笑)图像始终绑定于虚拟的上牙、下牙的虚拟模型,下颌骨的虚拟模型被临时绑定到在相应图像中相应的下牙上或它们的碎牙。下颌牙齿建模的结果将在患者面部(微笑)背景下可见,在某些情况下,例如,当上牙重叠并遮挡下牙的视线的情况下;
-提供具有牙齿、下颌骨、牙根、软组织的虚拟模型的虚拟咬合器,该模型被绘制成具有真实对象的颜色,包括基于已使用的2D图像的模型。在演示建模结果时,如果将虚拟对象涂成真实对象的自然颜色,则对于患者来说感知自然的虚拟对象会更习惯和更自然。
-提供具有牙齿、下颌骨、颞下颌关节的元件的虚拟模型的虚拟咬合器,所述虚拟咬合器是基于直接或间接(通过获得的压痕)的光学、超声波扫描、X射线断层扫描或磁共振获得的成像(图1A,图1B)而获得的。
-通过口腔内扫描,基于牙弓功能性咬合的不同末端位置(突出部位,后凸部位,中突部位等)的配准,提供虚拟下颌骨的模拟运动;获得在这些末端位置的咬合配准(register)、随后进行扫描,并对所述下牙弓、下颌骨、下颌头的虚拟对象的依次进行比较(图2,图3);
-采用不同已知的方法,基于下颌的运动配准,提供虚拟下颌骨的模拟运动,例如,通过对下颌骨、下牙弓或其碎片、固定在下颌骨或下牙上的一个或多个参考点,并通过可见或不可见的电磁波、超声波进行配准;
-基于关节和切齿引导、侧向位移的解剖平均值或个体参数,提供虚拟下颌骨的模拟运动。在上述所有情况下,操作员都可以评估和监视下颌头相对于关节结节的位置;
-提供虚拟下颌骨的模拟运动,不是基于中心或习惯性咬合的位置,而是基于中心关系的位置。在设置了末端位置和中心关系的位置后,不仅可以模拟从初始位置(习惯性咬合、中心咬合)到末端位置以及从初始位置到中心关系的运动,而且还可以进行数学计算模拟从中心关系到末端位置的运动;
-通过直接(口腔内扫描)或间接配准(获取咬合套准器,对其进行扫描,以及随后将虚拟套准器和上颌齿进行比较,以及然后与下颌骨虚拟对象进行比较,其中所述比较是相对于下牙弓以及在虚拟套准器上的下牙印模进行比较),在临床上确定中心关系的虚拟位置,以便提供虚拟咬合器(图4,5)。
-用于提供虚拟咬合器的中心关系的虚拟位置,是基于关节腔的解剖平均值宽度,由操作员手动设置或自动设置,可通过对下颌头的虚拟模型的位置和相关的下颌骨虚拟对象进行虚拟矫正,以及通过其他已选择的虚拟相对牙齿的处置关系或切牙间高度进行虚拟矫正(图6,7)。患者牙齿位置的虚拟矫正或人工义齿形状的虚拟模型不是像已知的现有技术中那样迭代进行,而是在考虑了下颌骨的初始位置和最终位置的设定的情况下,直接进行;
-用于提供虚拟咬合器的中心关系的虚拟位置,是通过下颌骨位置的虚拟矫正(图8-11),基于咀嚼肌附着点之间的距离,由操作员手动设置或自动设置。肌肉平衡的变化是通过改变下颌骨的位置来控制的,因为在医学领域中已知肌肉的张力取决于肌肉的长度;
-基于下颌位置的直接或间接配准,在临床上设置用于提供虚拟咬合器的中心关系的虚拟位置,在所述位置下会产生最大的咀嚼力;
-直接配准包括口腔内扫描,而所述间接配准包括获取咬合套准器,对其进行扫描以及随后将虚拟套准器和上颌齿进行比较,然后与下颌骨虚拟对象进行比较,所述比较是相对于下牙弓和在虚拟套准器上的下牙印模进行的;
-在考虑了无需额外的迭代虚拟下颌骨的虚拟运动,提供从中心或习惯性咬合的位置、中心关系到操作员预先设置的虚拟末端位置进行虚拟下颌的模拟运动,从而在对患者的牙齿表面进行直接恢复的虚拟方案中、在正畸矫正时对患者牙齿表面的位移的虚拟方案中、在假体矫正时对患者牙齿表面的间接修复的虚拟方案中对患者牙齿表面的进行改变,使用人工义齿的虚拟模型立即进行(图12、13)。
应当理解为,术语“虚拟颌骨”不仅指颌骨本身,而且还指与解剖学相关的所有物体:牙齿冠和牙根,以及位于颌骨、牙周膜、牙龈、上颌窦和用于上颌骨的切牙管、用于下颌骨的下颌头和下颌管;
-当咬合接触点通过在直接修复的虚拟方案中、在在正畸矫正时对患者牙齿表面的位移的虚拟方案中、在假体矫正时对患者牙齿表面的间接修复的虚拟方案中对患者牙齿表面进行改变而被设置时,提供从中心或习惯性咬合的位置、中心关系的位置进行虚拟下颌的模拟运动。
-提供患者的虚拟牙齿或虚拟人工义齿的不可穿透性;
-提供患者的虚拟牙齿或虚拟人工义齿的穿透性;
-考虑了虚拟下颌骨的模拟运动,从中心或习惯性咬合的位置,虚拟方案牙齿位置的正畸矫正或牙齿形状的假体矫正;
-在考虑了虚拟下颌的模拟运动的情况下,从虚拟设置中心关系对正畸矫正时的牙齿位置或对假体矫正时的牙齿形状进行虚拟方案。
-在考虑了正畸矫正时最终牙齿位置和虚拟下颌骨的模拟运动的情况下,从中心或习惯性咬合的位置、从虚拟设置的中心关系上,对正畸矫正时牙齿位置的虚拟方案和假体矫正时牙齿的形状和尺寸的虚拟方案为互为因果关系。在考虑了患者可用的虚拟牙齿尺寸和形状、对称牙齿和/或与可用的牙齿成比例,在缺少一颗或几颗牙齿的情况下,与患者虚拟牙齿对齐,并考虑了表面、人工义齿和患者牙齿的长轴以及人工义齿与临床或患者虚拟牙齿的子牙颈线或缺失牙齿的投影之间的绑定的最大可能校准的情况下,正畸矫正时牙齿位置的虚拟方案和假体矫正时牙齿形状的虚拟方案为互为因果关系,源自以下事实:对数据库进行假体矫正时的人工义齿的缩放的事实。虚拟人工义齿与患者的虚拟牙齿之间的校准在其校准的虚拟方案中在患者牙齿的初始或最终位置是受影响的。因此,考虑了人工义齿的尺寸和形状和人工义齿尺寸和形状的校对完成;考虑了患者的虚拟牙齿矫准和执行所有对虚拟下颌骨的初始设定位置的考虑及对其虚拟模拟运动的考虑,以及对面部特征的考虑对牙齿矫准本身的虚拟方案从包括虚拟对象的3D或2D图像获得(图14、15)。考虑了下颌的虚拟设定初始位置和最终位置,可以工具实现互为因果关系的方法和患者的牙齿形状和位置以及人工义齿形状和位置的模拟虚拟建模,因此可以减少虚拟建模的时间支出。
-考虑了颌部虚拟对象和患者虚拟牙齿在虚拟方案的正畸矫正时的最终位置和/或虚拟人工义齿的最终位置中的互为因果关系虚拟植入方案(图16-18);正畸矫正时牙齿位置的虚拟方案、在假体矫正时的牙齿尺寸和位置的虚拟方案、在中心或习惯性牙合的位置或在中心关系的虚拟方案的位置的虚拟植入计划为互为因果关系。考虑了虚拟下颌骨至虚拟地计划的末端位置(突出部位、侧位移等)使计划治疗或其同时阻隔合并的治疗方案中开始成为可能(图19);对下颌骨的重建位置、牙齿矫准、假体矫正时的牙齿形状、植入设定从而大大减少了可能的总治疗时间。
-在考虑了牙根位移的控制和可视化、其生物力学分析,并考虑了在颌骨的整个牙齿尺寸、面积以及牙根尺寸以及其靠近颌骨皮质板(表面)的位置(图16,17)的情况下,从中心或习惯性咬合、在正畸矫正时牙齿位置的虚拟方案的中心关系提供虚拟下颌骨的模拟运动。它可以增加达到虚拟方案结果的可能性,并减少治疗期间发生并发症的可能性。
-在考虑了可视化、位置控制、尺寸和任何额外要素(附件、牙套等)的形状固定在牙齿表面以考虑了最佳的生物力学将正畸力传递给牙齿(图20)的情况下,从中心或习惯性咬合的位置、正畸矫正时的牙齿位置的虚拟方案的中心关系提供虚拟下颌骨的模拟运动;
-从中心或习惯性咬合的位置、用于矫正颌骨尺寸、骨头修复、颞下颌关节的要素对正颌术操作中虚拟方案的中心关系,提供虚拟下颌骨的模拟运动;
-在考虑了虚拟下颌骨的模拟运动、和涉及随后生产人工义齿、正畸矫治器与装置、骨碎片的固位、导向板、骨修复的独立植入物、用于替换缺失牙齿的单独植入物、重新定位以及控制下颌骨位置夹板的情况下,对下颌骨的尺寸、形状以及位置的正颌矫正、对颞下颌关节的要素、对牙齿位置的正畸矫正、对牙齿尺寸和形状修复矫正的虚拟方案、在中心或习惯性咬合位置或在虚拟方案的中心关系位置的植入的虚拟方案进行互为因果虚拟方案。
-通过包括临床牙颈区域的虚拟3D曲线来提供虚拟咬合器,所述曲线定义为患者牙齿与牙龈之间的交叉线,并且为牙齿可见的部分,以及牙颈线的虚拟3D线,所述线定义为患者牙齿和颌骨之间的交叉位置,并且为在颌骨的根部的部分。
-正畸矫正时牙齿位置的虚拟方案和从中心或习惯性咬合位置、从虚拟设定中心关系在假体矫正时的牙齿尺寸和形状的虚拟方案为互为因果关系,并由操作员对牙齿牙龈缘(临床牙颈区域)位置提供人工矫正,这与在正畸矫正时候相对于颌骨表面的牙根位置的改变有关;可以提高在虚拟建模中实际过程的表示客观性;
-考虑了牙弓、牙齿以及其位置的尺寸分析,基于从3D和2D的面部图像的可用虚拟模型获得的面部特征(面部中线、瞳孔中间连线、在微笑时口裂尺寸)牙线图算法,对从中心或习惯性咬合位置的虚拟下颌骨、在正畸矫正时牙齿位置的虚拟方案的中心关系进行的虚拟下颌骨的模拟运动。因此,从可能的视觉感知的角度来看,人工智能要素参与了人工义齿形状和位置的虚拟建模的过程。
-基于关于下颌骨相对于第一初始位置(例如,中心位置或习惯性位置)到第二初始位置(例如,中心关系)的位移的已知数据和从第一初始位置到末端位置的位移,以计算的形式从第二初始位置到末端位置提供虚拟下颌骨的模拟运动;
-在正畸矫正时尺寸的虚拟方案、颌骨的形状和位置、颞下颌关节的要素、正畸矫正时牙齿位置、假体矫正时牙齿尺寸和形状的虚拟方案,植入的虚拟方案以及将计划结果记录到牙科配方以确定治疗方案为互为因果关系;
-还包括在考虑了虚拟下颌的模拟运动,并提供设计对象的记录以及为假体矫正时口腔内对象准备的3D模型,将义齿转换成单独的牙齿力学公式,来识别用于设计人工义齿、正畸矫治器和装置、骨碎片固位器、导向板,用于骨骼修复的个体植入物,用于替换缺失牙齿的个体植入物,重新定位和控制下颌位置的矫正夹板的初始数据识别的情况下,对正畸矫正时尺寸、形状以及颌骨位置的虚拟方案、颞下颌关节的要素、正畸矫正时牙齿位置、假体矫正时牙齿尺寸和形状的虚拟方案、在中心或习惯性咬合位置植入的虚拟方案或在虚拟关系下的虚拟方案位置进行的互为因果的虚拟方案。
-当设置虚拟下颌骨的初始和最终位置时,下颌头的虚拟表面和关节结节的虚拟表面以及患者颞骨的下颌窝之间的间隙受到控制,并在必要时进行矫正;
-考虑了最大面积的累积咬合接触,在下颌骨的初始位置进行牙齿位置正畸矫正;
-考虑面部虚拟3D模型的改变、以面部软组织的宽度和弹性为条件,对正颌矫正尺寸、颌骨的形状和位置、颞下颌关节的要素、正畸矫正时牙齿位置、假体矫正时牙齿尺寸和形状的虚拟方案为互为因果关系;
-基于牙弓或其碎片的不同位置的配准,通过2D图像提供虚拟下颌骨从中心或习惯性咬合的位置、与相对于下颌骨对象位置的位置有关的中心关系的模拟运动;
-通过实时模式的3D扫描,基于固定在牙齿上的牙弓的不同位置、其碎片或参考点的不同位置的配准,提供虚拟下颌骨的模拟运动;
此外,本发明的一个实施例是具有配准的代码的非易失性机器可读介质,所述代码包含执行上述方法的指令。
例如,
患者D.,错牙合(cross bite),上牙弓和下牙弓中线位移,牙齿磨损增加,45号牙冠完全损坏,46、47号牙冠的局部缺损,在35至37号牙齿用牙桥支撑(图21。3D场景包括患者微笑的照片)。
最初的3D场景(图22)包括CT数据,上颌骨和下颌骨的牙弓和牙龈、颞骨的下颌头和下颌窝的扫描。
错牙合是由于咬合的特殊性、习惯性咬合位置的下颌被迫向左位移。在该习惯性咬合位置,所述下颌头向远侧位移且不对称(图23。由于下颌骨的位移,下颌头不对称地位于下颌窝中,由于牙齿磨损导致的咬合垂直尺寸减小,下颌头向远端位移。
所述中心关系位置被虚拟地设定并将其保存在程序中。在控制颞下颌关节和牙齿咬合之间的关系的同时,通过下颌骨的位移来确保该位置(图24。设置下颌头和下颌窝之间的可控制间隙。下颌位移时,中线对齐。
准备牙齿矫准的初步方案。它包括由于22-27号牙齿的唇部突出部位,上颌齿弓的扩张,上前牙12-21的唇部倾斜度减小,覆盖了已有伤痕,下前牙43-34的口腔脱位以及错牙合的消除,中线校准(图25А(校准前虚拟牙齿的位置),图25В(校准后虚拟牙齿的位置)。在下颌中心关系的虚拟设置位置中准备校准方案)
在患者对齐的虚拟牙齿的最终位置上,将数据库中的人工义齿排列并调整到临床牙颈区域。通过纠正其位置和形状来进行微笑设计(图26。将人工义齿安装到患者虚拟自然牙齿最终位置的投影中,以符合这些牙齿的临床牙颈区域。
前提是在面部特征的背景下在微笑时评估牙齿的形状(图27A-С-将微笑患者的照片集成到3D场景中,从而可以评估微笑设计)。
在虚拟咬合器中,基于虚拟下颌的模拟运动,从下颌头和下颌骨之间的可控制间隙处的可控中心距离的虚拟位置到左侧移位的虚拟位置的可模拟间隙、以及可控制的间隙,进行模拟运动左犬齿之间的位置(图28-左侧移位的虚拟位置通过右下颌头的向前位移设定,两个头的横向位移以及下颌骨围绕下颌头之间的轴的旋转来设置,以控制下颌之间的间隙左犬齿(犬齿引导)。然后,由于人工义齿的高度而使该阻隔填满,图29-控制人工义齿的接触,并在虚拟下颌骨的模拟运动中相应地矫正它们的形状。
最后,将植入物虚拟安装在45号牙齿的根部区域,并计划进行拔牙,同时考虑了未来的45号人工义齿的位置,在该区域的骨量,相邻牙齿的根部位置和下颌管(图30А-В-虚拟植入物安装在横截面中,与未来人工义齿的轴及其冠位置一致。
基于植入物的设置位置设计引导模板,然后将植入物安装到患者的下颌骨中。基于通过3D原型制作的牙齿位移的设定场景,制造校准器并对准牙齿。所有不同种类的治疗同时开始。取出植入物(骨结合)时,患者的牙齿对齐。
完成对齐后,准备、扫描患者的牙齿,并根据之前开发的微笑设计,制造出临时和永久性牙冠,并将患者的下颌骨固定在实际上的中心位置。

Claims (15)

1.一种对下颌骨或其碎齿的初始位置、彼此相对的牙齿位置、人工义齿的位置和形状进行改变时使用用于咬合建模的动态虚拟咬合器的方法,其特征在于,所述方法使用计算机实现,包括以下步骤:
提供一种虚拟咬合器,所述虚拟咬合器包括上颌和上牙弓的虚拟三维模型以及下颌和下牙弓的虚拟三维模型,分别复制患者的所述上颌和上颌齿、所述下颌和下颌齿;
提供虚拟上颌和虚拟下颌相对于彼此的模拟运动,用于动态咬合的仿真建模,其中在所述建模中在上颌和下颌的牙齿之间存在穿透接触和非穿透接触;
其中,
提供的所述虚拟咬合器包括颞下颌关节的虚拟3D模型,复制下颌头、下颌骨以及颞骨的关节结节,并且先对初始和末端位置进行临床或虚拟设置,然后对颌骨之间进行模拟运动,以及下颌头的虚拟表面与患者的颞骨的关节结节和下颌窝的虚拟表面是分开的。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述虚拟咬合器还包括面部的3D和2D图像以及侧面和正面远摄图的2D图像的虚拟模型。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在直接或间接扫描的基础上获得牙齿、下颌、颞下颌关节元件的虚拟模型。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括:通过口腔内扫描根据牙弓的不同末端位置的配准来提供所述虚拟下颌的模拟运动;和/或在指定的不同末端位置获得咬合套准器、随后进行扫描并依次比较下牙弓、下颌、下颌头的虚拟对象。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括提供所述虚拟下颌骨从中心关系的位置开始的模拟运动。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述中心关系的位置在临床上是通过直接或间接配准来设置。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述中心关系的位置是基于关节腔的解剖平均宽度,由操作员手动设置或自动设置,这是通过对下颌头的虚拟模型和相关的下颌虚拟对象的位置进行虚拟矫正,以及通过对任意其他已选定的虚拟相对牙齿的切牙间高度或垂直关系进行虚拟矫对。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括在直接修复的虚拟方案中、在牙齿正畸治疗中移位的虚拟方案中、在牙科修复中使用人工义齿的虚拟模型进行间接修复的虚拟机方案中,当通过对患者牙齿表面的改变来设置咬合接触点时,提供从中心或习惯性咬合位置,中心关系的位置起的虚拟下颌的模拟运动。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法,还包括互为因果的虚拟植入方案,该方案考虑了颌部虚拟对象和患者的虚拟牙齿在虚拟设计的正畸矫正的最终位置和/或虚拟人工义齿的最终位置。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括在考虑了牙根偏移的可视化和控制、生物力学分析,以及考虑了整个牙齿尺寸、在颌骨中牙根的面积和尺寸、及其与颌骨皮质板的靠近程度的情况下,提供从中心或习惯性咬合位置,中心关系的位置起的虚拟下颌的模拟运动,以用于牙齿位置正畸矫正的虚拟方案设计。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括考虑牙齿的可视化、位置控制、尺寸以及固定在牙齿表面的任何其他元件的形状,以传递正畸力到牙齿上,并考虑最佳的生物力学的情况下,提供从中心或习惯性咬合位置,中心关系的位置起的虚拟下颌的模拟运动,以用于牙齿位置正畸矫正中虚拟方案设计。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括:提供从中心或习惯性咬合位置,中心关系的位置起的虚拟下颌的模拟运动,以用于矫正颌骨尺寸、骨头修复、颞下颌关节元件的正颌术手术的虚拟方案设计。
13.根据权利要求1所述的方法,还包括以下互为因果的虚拟方案,用于矫正下颌骨尺寸、形状以及位置、颞下颌关节的元件、牙齿位置正畸矫正;牙齿尺寸和形状假体矫正的虚拟方案;在中心或习惯性咬合位置或在虚拟的中心关系的位置进行的植入的虚拟方案,其中,考虑了虚拟下颌的模拟运动,并提供人工义齿、正畸矫治器和装置、骨碎齿固定矫治器的设计和后续制造,以用于骨骼修复的个体植入物,用于替换缺失牙齿的个体植入物,重新定位和控制下颌位置的矫正夹板。
14.根据权利要求1所述的方法,所述方法,还包括:通过计算提供了从第二设定位置到末端位置的虚拟下颌的模拟运动,其中所述计算基于从第一设定位置到第二设定位置的下颌骨的位移和从第一设定位置到所述末端位置的位移的已知数据。
15.一种具有记录的代码的非易失性机器可读介质,其特征在于,所述记录的代码包含用于执行根据权利要求1所述的方法的指令。
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