数字化口腔正畸矫治系统关键技术研究及应用

摘要

数字化技术在口腔正畸医学中的应用从根本上改变了传统的口腔正畸医学的概念，使得口腔正畸矫治过程得以在术前进行矫治方案规划和矫治效果预测。本文以研发出数字化口腔正畸矫治系统为最终目的，以从光学测量设备获取的三维牙颌点云作为输入数据，矫治规划方案作为最终的输出数据，重点对系统中的相应关键技术进行了深入的研究。论文的主要研究内容和贡献如下： (1)研究了点云数据基于KDTree的空间划分方法，针对任意初始搜索半径和采样密度的点云，提出了对顶点进行K 临近求解时搜索球半径自动探测的方法。在基于对点云进行准确K 临近求解的基础上，最终实现了对三维牙颌点云的曲面重建。 (2)采用主曲率分析的方法对三维牙颌模型上的齿间粘连区域进行识别和基于形态学优化操作的准确提取；根据牙冠表面的生物医学属性，提出了单颗牙冠齿间侧面形态建模恢复的方法，取得了与原始牙冠具有较高逼近度，满足临床口腔医学要求的侧面形态恢复结果。 (3)结合基于微分量特征线提取的精确性和基于特征区域骨架抽取特征线提取的连续一致性的特点，提出了对三维牙颌模型上医学特征线进行准确提取的方法。以提取得到的齿间分割特征线作为参考基准，实现了对三维牙颌模型上单颗牙冠的准确分割提取。 (4)采用数学的方法对三维牙颌模型和单颗牙冠的参考基准进行描述，提出了对三维牙颌模型上牙弓曲线准确探测的分步拟合方法和用以扩缩牙弓曲线的“五点弓形”方法，为正畸矫治方案的规划提供了直接的参考基准。 (5)研究了数字化口腔正畸系统中的干涉检测及分析技术。在采用基于OBB 层次体树干涉检测算法的基础上，提出了对干涉区域进行分析的具体方法，为数字化口腔正畸系统排牙的合理性提供检验手段。 (6)根据牙龈变形的生理医学特性，采用基于几何的变形方法提出了完整的牙龈变形仿真架构，该架构能较好地保留模型的局部细节，符合牙龈软组织变形的规律，具有良好的实时性和逼真性，当与正畸中的排牙步骤相关联起时，能对正畸治疗的整个过程进行仿真，为口腔医生提供矫治方案预测的依据。 (7)在以上所研究内容的基础上，开发出了数字化口腔正畸矫治软件原型系统Ortho3D。针对错颌畸形实例，利用Ortho3D 软件系统，结合口腔正畸临床医学规律，实现了对错颌畸形矫治方案的规划和隐形矫治矫治器的制作。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 绪论

第二章 三维牙颌点云的拓扑及曲面重建技术

第三章 三维牙颌模型单颗牙冠的形态建模技术

第四章 三维牙颌模型上的齿间特征线提取

第五章 正畸牙弓曲线提取及模型参数测量分析技术

第六章 正畸矫治系统中的干涉检测及分析技术

第七章 正畸排牙变形仿真技术

第八章 正畸矫治系统研发及应用实例分析

第九章 总结与展望

参考文献

在学期间的研究成果及发表的学术论文

致 谢