口腔全冠修复体的数字化设计与系统开发

摘要

近年来，数字化设计技术在口腔修复领域中的应用日益广泛。和传统的修复体手工制作方式相比，口腔修复数字化设计技术可显著地提高修复体的制作质量与制作效率，同时满足修复体个性化设计的需求。全冠是口腔修复科最常见的一种修复体，覆盖整个牙冠表面，用来修复缺损牙齿的形态、功能和美观。本文以全冠修复体的三维曲面造型为研究对象，对全冠修复体数字化设计过程中的若干关键技术开展研究，提出牙齿预备体特征线提取、全冠修复体表面构造和全冠修复体外表曲面局部变形等算法，开发实现一个全冠 CAD软件系统原型。本文的主要研究内容如下：
　　（1）牙齿预备体特征线是全冠修复体造型设计的基准线，针对现有的全局特征线提取算法在局部特征干涉区域无法实现预备体特征线准确提取的局限，提出一种交互式的预备体特征线提取算法。根据预备体模型固有的微分几何特性以及距离、方向等几何因素定义控制函数结合启发式探索策略搜索代价最小的初始特征路径。提出可以保持曲面贴合度的路径优化算法以改善初始特征路径的形态，能够得到光滑、闭合的预备体特征线。
　　（2）研究了全冠修复体表面构造技术。针对修复体内表面无法确保与预备体组织面实现准确贴合的现象，提出一种参数化控制的内表面设计方法。根据预备体组织面不同区域所对应的粘接剂厚度控制内表面的生成，通过调整不同区域的粘接剂厚度可使全冠修复体内表面与预备体组织面实现准确贴合。针对修复体无法确保具备足够支撑强度的现象，提出一种最小厚度约束的外表面设计方法。根据内、外表面最小厚度约束采用拉普拉斯（Laplacian）变形技术对修复体外表面进行变形，保证修复体在满足支撑强度要求的同时，保持颌面形态。设计高效的蒙皮过渡算法，实现内、外表面之间的光滑过渡；在对标准牙冠进行编辑时，可以实时显示外表面的构造效果。
　　（3）针对修复体个性化设计以及修复体表面形态与周围牙齿的形态约束匹配的需要，提出一种基于特征曲线驱动的局部变形算法。直接在修复体曲面上选择控制点构造特征曲线，通过编辑特征曲线驱动特征曲线所影响的变形区域的变形。变形效果自然、光顺、无褶皱，最大程度地保持了局部细节特征，操作灵活简便且算法执行效率高具有良好的实时性。
　　（4）在上述研究的基础上，以 VS2010集成环境和 OpenGL图形库作为软件开发平台，开发一个全冠 CAD软件系统的原型；同时展现利用本软件设计的全冠修复体造型完整实例，为全冠修复体数字化设计提供良好的技术支撑。

目录

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 课题来源及本论文的主要内容

第二章牙齿预备体特征线提取技术

2.1 算法概述

2.2 初始特征路径提取

2.3 特征路径形态优化

2.4 实例验证与分析

2.5 本章小结

第三章全冠修复体表面构造技术

3.1 参数化控制的全冠修复体内表面设计

3.2 最小厚度约束的全冠修复体外表面设计

3.3 全冠修复体内、外表面过渡

3.4 本章小结

第四章全冠修复体网格局部变形技术

4.1 算法概述

4.2 特征曲线构造

4.3 投影曲线生成

4.4 变形区域计算

4.5 网格匹配点计算

4.6 局部变形策略

4.7 实例验证与分析

4.8 本章小结

第五章口腔修复全冠CAD软件系统开发

5.1 口腔修复全冠 CAD软件系统架构

5.2 口腔修复全冠 CAD软件系统开发的平台

5.3 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

声明

致谢