义齿数字化修复牙齿分割与标准牙冠定位技术研究

摘要

随着计算机技术、信息技术和图形学技术的发展，口腔数字化修复技术凭借高效率、高精度和智能化的优势，正逐步取代传统的口腔修复体手工设计、制造方式，掀起口腔修复领域的一次技术革命。针对国外口腔CAD/CAM系统垄断国内市场以及国内义齿数字化修复技术存在交互多、效率低、精度差等问题的现状，本文从计算机图形学和口腔修复学的结合应用出发，深入研究了牙齿分割和标准牙冠定位这两项关键技术，提出了新方法。具体内容和成果如下：
　　（1）针对三维牙颌模型直接进行牙齿分割而不对齿间融合区域进行处理会存在精确度较差、缺失侧面形状的问题和现有牙齿形状建模方法交互多、效率低的问题，提出一种基于特征线分段技术的牙齿分割算法。根据曲率信息筛选特征区域并采用形态学算法提取牙列特征线；结合特征线分段和分支点匹配算法以及形态学膨胀操作实现齿间融合区域的自动识别；利用匹配的分支点对齿间孔洞搭桥修补，实现牙齿形状的自动恢复；提取齿间龈缘线，然后以所有龈缘线作为牙齿分割线分离出单颗牙齿。实验结果表明，该算法不仅能准确分离出具有侧面形状的单颗牙齿，而且避免了牙齿形状建模时的交互操作，提高牙齿分割效率60％~90%。
　　（2）为便于在口腔CAD系统中对义齿进行缩放、定位和匹配等设计工作，提出一种简单、可靠的数字化牙体形位参数测量方法。首先通过观察和分析，确定以近远中方向对称面、颊（唇）舌方向对称面和牙尖所在水平面3个面作为建立牙齿定位约束的基准面，并从实用角度考虑，确定以近远中径和颊（唇）舌径2个水平方向尺寸作为牙齿的形状参数；然后，改进了牙体外形高点的识别方法，通过设置动态阈值保证了识别结果的可靠性；最后，通过识别5个外形高点计算出相应的形位参数。
　　（3）在全冠、全冠桥以及嵌体等修复体设计中，从系统数据库调入的标准牙冠被用来模拟缺失牙的位姿并作为修复体的外表面（或颌面）。针对现有标准牙冠定位技术操作复杂、效率低、效果差的问题，提出一种简便高效的解决方案：在调入参考对象后首先调整基牙坐标系，然后计算出标准牙冠与参考对象的形位参数，再通过齐次坐标变换对标准牙冠的尺寸和位置进行调整。进一步，根据邻牙和基牙约束信息将标准牙冠定位分为四类情形：根据左右邻牙进行定位、根据单颗基牙进行定位、根据基牙和一侧邻牙进行定位和根据嵌体预备体进行定位，这四种情形涵盖了修复体设计定位的各种场景。对此，文中分别给出详细的实现过程。实验结果表明，定位后的标准牙冠尺寸与基牙较为协调，近远中面与邻牙自然贴合，牙齿位姿较为合理。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源及其主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 基于特征线分段技术的牙齿分割算法研究

2.1 基于特征线分段技术的牙齿分割算法概述

2.2 牙列特征线提取

2.3 特征线分段技术

2.4 牙齿形状建模

2.5 获取牙齿分割线

2.6 实验与分析

2.7 本章小结

第三章 数字化牙体形位参数测量方法研究

3.1 数字化牙体形位参数测量相关研究

3.2 技术方案的确定

3.3 形位参数的测量

3.4 实验分析及应用实例

3.5 本章小结

第四章 标准牙冠定位技术研究

4.1 定位方案的确定

4.2 确定基牙坐标系

4.3 标准牙冠自动定位方法

4.4 不同情形的标准牙冠定位

4.5 实验与分析

4.6 本章小结

第五章 牙齿分割算法和标准牙冠定位技术的软件实现

5.1 系统界面及开发环境

5.2 基于特征线分段技术的牙齿分割算法的软件实现

5.3 标准牙冠定位技术的软件实现

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与专利

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致谢