用于牙齿间去釉的建模和实施的系统和方法

摘要

根据本发明的各种方面提供了用于牙齿间去釉(IPR)的建模和实施以协助正畸治疗的系统和方法。根据一个示例性实施方案，用于IPR的建模及实施的一个系统和方法被配置在一个治疗方法论内，该治疗方法论首先确定两颗邻齿是否需要去釉。如果需要去釉，则进行用于IPR的建模和实施的示例性方法。在一个示例性实施方案中，构建了一个去釉平面或其他表面以确定针对两颗邻齿的去釉量和去釉区域，换言之，在两颗邻齿之间要被去除的体积。在该牙齿去釉之后，能重新构建该牙齿的几何形状以使该IPR牙齿模型能够实施，例如使临床医师能将该IPR牙齿模型用于牙齿移动设计。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及正畸治疗，并具体涉及用于牙齿的间去釉的建模及实施以协助正畸治疗的系统和方法。

背景技术

在正畸治疗过程中体验到的一个问题是由于齿间去釉(IPR)不足而造成的邻近牙齿残余的拥挤。在治疗过程中解决牙列拥挤以创建足够的间隙及IPR的能力在成长中的计算机化正畸领域是一个重要的课题。为了产生这样的间隔，最常利用去釉和/或其他修整过程，但是确定此类去釉及修整可能是非常困难的。

例如，如果需要去釉，则临床医师通常不知道在哪个特殊的区域或面积中对一颗特殊的牙齿进行去釉。由于当前的量化碰撞功能仅输出一个碰撞量，所以临床医师通常不知道去釉区域位于何处。用于确定一个去釉区域的这种过程本质上是反应性的，而不是预测性的。这种局限性经常误导临床医师从一颗牙齿上去除或修整比所需的去除或修整更多的釉质，由此造成治疗之后在两颗相邻牙齿之间出现缝隙。此外，这样的局限性可能误导临床医师从一颗牙齿上去除或修整比所需的去除或修整更少的釉质，并且/或者在错误区域上去釉或修整，由此导致生成的间隙不足，这阻碍了将牙齿移动到其目标位置。此外，在这颗牙齿去釉之后，该经去釉的IPR牙齿几何形状在实际的治疗中无法方便地可视。此外，在此类去釉之后，临床医师不能充分断定一颗经去釉或经修整的牙齿是否具有足够的间隙或者是否仍然与邻近的牙齿发生碰撞，这使得进一步的判断十分困难。由于该牙齿的经去釉的几何形状未充分演示，在治疗过程中造成了对于在牙齿之间的碰撞的不正确的计算。

发明内容

根据本发明的不同方面，提供了用于牙齿间去釉(IPR)的建模和实施以协助正畸治疗的一种系统和多种方法。这种用于IPR牙齿几何形状的建模的方法可以包括生成和构建IPR牙齿几何形状，这种生成和构建通过改变该牙齿几何形状，例如通过去釉/修整或变形过程，或者该IPR牙齿几何形状的任何其他局部的或已应用的改变过程，例如通过挤压、侵入、圆整、光滑等等。此外，这种过程可以单独使用或者适宜地组合以生成并构建这种改变的IPR牙齿几何形状。

根据一个示例性实施方案，在一个治疗方法论中对用于IPR的建模和实施的系统和方法进行配置，该治疗方法论首先确定两颗邻牙是否需要去釉。如果需要去釉，则进行用于IPR建模和实施的示例性方法，其中提供一种改变的牙齿几何形状，例如通过构建去釉平面或其他去釉表面以确定两颗邻牙的修整数量和区域，换言之，在两颗邻牙之间要被去除的体积。在该牙齿去釉/修整之后，该牙齿几何形状能被重新构建使该IPR牙齿模型能够实施，例如使临床医师能利用该IPR牙齿模型而用于牙齿移动设计。根据另一个实施方案，不是使用该去釉平面或表面的修整，而是通过将多个点投影至该去釉平面或表面上可为该IPR牙齿几何形状生成一个变形的牙齿模型。

附图说明

本发明的示例性实施方案将与附图数据相联系而进行描述，其中相同的数字表示相同的元件，并且其中：

图1A和图1B展示了根据本发明的一个示例性实施方案用于治疗包括IPR牙齿模型的构建及实施的示例性系统和方法的流程图；

图2展示了根据本发明的一个示例性实施方案构建IPR牙齿模型的示例性方法的流程图；

图3A和图3B展示了根据本发明的一个示例性实施方案的去釉平面和去釉量的示例性图像演示；

图4展示了根据本发明的一个示例性实施方案用于构建去釉平面的示例性方法的流程图；

图5展示了根据本发明的一个示例性实施方案的示例性牙齿局部坐标系；

图6展示根据本发明的一个示例性实施方案用于构建该去釉平面的在投影平面上的示例性视图的一个图像演示；

图7展示根据本发明的一个示例性实施方案的左去釉平面及右去釉平面的示例性图像可视化效果；并且

图8A和图8B展示根据本发明的一个示例性实施方案的示例性碰撞报告。

具体实施方式

本发明在这里可按不同部分和处置步骤来说明。应该意识到，这样的部分和步骤可通过将任何数量的硬件和软件部件配置为具有特定功能来实现。例如，本发明可采用不同电子控制装置、可视化显示装置、输入终端等等，它们可在一个或多个控制系统、微处理器或其他控制装置的控制下执行多种功能。此外，本发明可在任何数量的正畸背景下应用，并且此处描述的该示例性实施方案涉及的用于牙齿间去釉的建模和实施以协助正畸治疗的系统和方法仅是本发明的示例性实施中的一些。例如，所讨论的原理、特性以及方法可被实施至任何正畸治疗应用中。

根据本发明的不同方面，提供了用于牙齿邻间去釉的建模和实施以协助正畸治疗的系统和方法。例如，参见图1A，根据一个示例性实施方案，在一种治疗方法论(100)中对用于IPR牙齿几何形状(104)的建模的方法进行配置，该治疗方法论在一个过程中(例如在最终阶段或位置或其他中间阶段)首先确定两个邻齿(102)是否需要去釉。

如果在过程(102)中确定需要去釉，则随后进行用于IPR(104)建模的方法，IPR的建模包括构建和/或计算IPR牙齿模型或几何形状。用于(IPR)牙齿几何形状的建模的这些方法能包括一种经改变的IPR牙齿几何形状的生成和构建，这种生成和构建是通过去釉/修整或变形过程，或者该IPR牙齿几何形状的任何其他局部的或已应用的改变过程，例如通过挤压、侵入、圆整、光滑等等。此外，这种过程能单独使用或者适宜地组合以生成并构建这种改变的IPR牙齿几何形状。

根据示例性实施方案，一个去釉表面，例如去釉平面，被构建为用于确定两个邻齿的去釉量或修整量，换言之，在两个邻齿之间要被去除的体积。此外，这种确定能适宜地包括将如何进行去釉或修整过程具体化，例如这些邻齿中的每一个的去釉区域和数量。应该指出，当指去除该IPR牙齿几何形状的牙齿体积时，术语“去釉”或“修整”可互换地使用。

在牙齿去釉之后，经改变的牙齿几何形状能够被重新构建以使临床医师能够将经去釉的或经修整的几何形状可视化，并在每个治疗阶段计算碰撞/间隙。其结果是，临床医师能够实施IPR牙齿模型，以协助牙齿移动的规划(106)。

尽管在治疗方法论(100)内IPR建模和去釉可以被描述并/或说明为是基于最终阶段或牙齿位置，但是应该指出的是这种去釉能够被分配至多个阶段，从最初阶段至最终阶段的任何阶段。因此，也能够生成多个IPR牙齿几何形状模型，其中这种多个IPR牙齿模型对应去釉或修整阶段的任何一个或全部，即对于任何或全部去釉或修整阶段，能够实现多种可变的或取决于阶段的几何形状模型。类似地，尽管所述的去釉量计算是基于最终阶段，其中该去釉量包括总去釉量，但在其他实施方案中，该去釉量能被适宜地分配至从最初阶段到最终阶段的一个或多个阶段，使该多个去釉量之和包括总去釉量。

治疗方法论(100)和/或其中的过程能够适宜地从被配置为提供所披露功能的一个或多个控制系统处提供。这类控制系统能包括用于对数据和信息进行处理和/或建模的一个或多个微处理器、内存系统及/或输入/输出装置，并能包括被配置为用于生成完全的牙齿模型及/或具有此处所示的其他功能的一种或多种软件算法。

确定两个邻齿是否需要去釉(102)能通过使用一个示例性控制系统以不同方式来进行。例如，另外参见图1B，控制系统能通过将一个或多个分段的牙齿文件上传(108)至计算机主机或该控制系统的其他处理系统而启动确定是否需要去釉(102)。下一步，能够获得每颗牙齿在其最终阶段的转变(110)，以便此后将该转变应用到每颗牙齿的多个顶点(112)。该控制系统能适宜地选择一个特别的牙齿作为在该患者颚上的要被检查是否有去釉需要的第一牙齿(114)，并随后为该第一牙齿确定邻齿(116)。然后该控制系统能够检查以发现与其邻齿是否存在重叠(118/120)，并且随后如果该牙齿与其邻齿存在着重叠，则进展到构建该IPR模型(104)。尽管用于确定两个邻齿是否需要去釉(102)的方法能适宜地包括上传牙齿文件(108)并获得并将该转变实施至每颗牙齿的可能要被去釉的多个顶点(110/112)，能被利用以确定重叠是否存在的任何其他方法论、步骤或过程。

在进展到构建该IPR模型(104)后，方法100能随后确定是否进入下一颗牙齿并再一次确定是否需要去釉(102)，或者如果已经检查了所有牙齿则确定是否进展到牙齿移动的规划(106)。为了确定是否进入下一颗牙齿，治疗方法100能包括以下步骤：确定已经检查的或者已经构建的IPR模型的一颗牙齿是否是在该患者鄂上的最后一颗牙齿(122)，并且如果是，则进展到规划(106)。如果不是最后一颗牙齿，则方法100能进入在该鄂上的下一颗牙齿(124)并为这类下一颗牙齿找到邻齿(118)。此后，在进展到牙齿移动的规划(106)之前，可以再次检查重叠118、构建IPR牙齿模型(104)并/或进展到确定下一颗牙齿是否是该患者鄂上的最后一颗牙齿(122)。

构建该IPR牙齿模型(104)被适宜地配置为将如何进行去釉过程具体化，例如这些邻齿中每一颗的去釉或修整区域和数量。参见图2，根据一个示例性实施方案，用于构建IPR牙齿模型200的方法包括构建去釉平面(202)，例如在图3A所示的邻齿A和B的去釉平面302。使用该去釉平面对该牙齿的IPR进行建模(204)，用于构建IPR牙齿模型的方法200能随后确定去釉量(206)，例如像在图3B所示的去釉量304(d₁)和306(d₂)。

根据另一个示例性实施方案，不是构建包括去釉平面的一个去釉表面(202)，而是在一个用于构建IPR牙齿模型200的示例性方法中可包括构建另一个去釉表面配置，例如由控制点适宜地限定的一个样条表面。例如，通过控制与样条表面相关联的点，用于提供样条表面的任何常规方法论均能生成此类的一个样条表面，例如B样条、贝塞尔、埃尔米特、非均匀有理B样条(NURBS)或任何其他适合的表面。根据其他示例性实施方案，不是去釉表面(例如样条表面或去釉平面)，而是在一个用于构建该IPR牙齿模型的方法中可包括构建任何其他IPR参照物来定义IPR牙齿模型。当生成和构建去釉表面或其他IPR参照物以对该牙齿的IPR几何形状进行建模(204)时，随后用于构建该IPR牙齿模型的方法200能确定去釉量(206)。

参见图4、图5和图6，展示了用于构建该去釉平面的示例性方法400。当确定两颗邻齿具有重叠(例如在图3A中的邻齿A和B以及重叠308)时，进行这种方法。方法400适宜地启始于在一个第一牙齿(例如齿A)内构建一个第一平面、并且在一个第二牙齿(例如齿B)内构建一个第二平面(402)。为了构建这种平面，利用邻齿A和B的局部坐标系或其他适当的参照系，例如在图5所说明的参照系。例如，穿过牙齿A局部坐标系的原点构建平面A，并且其法线在牙齿A局部坐标系的Y轴方向上，同时穿过牙齿B局部坐标系的原点构建平面B，且其法线在牙齿B局部坐标系的Y轴方向上。例如，通过额外参见图6而展示了代表性的平面A(602)和平面B(604)。除了利用局部坐标系，在此考虑了其他适当的参照系，例如临床牙冠面轴(FACC)线、面轴(FA)点、牙齿中心或者能提供参照系的任何其他临床特征或几何特征以协助构建这些平面。

下一步，方法400找出平面A(602)和平面B(604)的包含一条直线(404)的交叉部分，换言之，找出一条相交线。根据一个示例性实施方案，随后构建垂直于该相交线的一个投影平面，并随后确定在该相交线与投影平面之间的一个相交点。例如，参见图6，该图包括该投影平面的视图，当从该投影平面上观看时，相交线(606)显示为一个单点，而相交线(606)与该投影平面限定该相交点。

尽管通过构建平面A和平面B(402)、找出相交线(404)并构建垂直于该相交线的投影平面能适宜地构建该投影平面，但根据其他示例性实施方案，该投影平面能适宜地用不同的其他方式来构建。例如，根据另一个示例性实施方案，该投影平面的法线能通过以下公式来确定：

投影平面的法线方量＝W_A*NZ_A+W_B*NZ_B

其中NZ_A是牙齿A的局部坐标系的Z轴的单位向量，而NZ_B是牙齿B的局部坐标系的Z轴的单位向量，允许构建该投影平面，并且W_A和W_B是NZ_A和NZ_B的权重系数，其中W_A≥0，W_B≥0，并且W_A+W_B＝1。例如，权重系数W_A和W_B能每个包括1/2(例如用于相同的权重)以及由此对权重系数W_A和W_B的影响，或者任何其他适宜比例(W_A∶W_B)。例如，当临床医师更倾向于NZ_A方向时，该比例大于1，即W_A＞W_B。当临床医师更倾向于NZ_B方向时，该比例小于1，即W_A＜W_B。如果不倾向于它们中任何一个，则该比例能简单地选为1，即W_A＝W_B＝0.5。根据另一个示例性实施方案，该投影平面的法线也能通过以下公式来确定：

投射平面的法线向量＝∑W*NZi

其中NZ_i是牙齿i的局部坐标系的Z轴的单位向量，而n是在该患者的鄂上的牙齿总数，并且W_i是NZ_i的权重系数，其中W_i≥0，并且∑W_i＝1。如果NZ_i的方向不存在倾向时，则每个W_i能简单地选取为等于i/n。当更倾向于NZ_i的方向时，它的对应的W_i大于i/n。当不太倾向于某些NZ_i的方向时，它的对应的W_i小于i/n。

根据又另一个示例性实施方案，该拱形曲线能被用于构建该投影平面。拱形曲线是平滑曲线，它是在患者鄂上的所有面轴(FA)点的近似。在理想状态下，治疗之后，拱形曲线包括FA点的优选位置。例如，在一个示例性实施方案中，该拱形曲线由在最终阶段上的FA点创建。在该拱形曲线上，找出在牙齿A上的FA点及在牙齿B上的FA点之间的中间点以构建吻合平面，它被用作该投影平面。根据又另一个示例性实施方案，该牙合平面能被用作该投影平面。该牙合平面为下牙弓而构建。对于排列良好的牙齿而言，该牙合平面是穿过前门牙的顶端及第一磨牙的最高点的平面，使得所有牙齿点(犬齿点除外)在该平面以下。在一个示例性实施方案中，该牙合平面是最接近所述四个点的平面。

在找出该相交点(406)之后，确定与第一牙齿A及第二牙齿B相关联的轮廓(408)。在这一过程中，牙齿A的牙冠表面的所有顶点被投影至该投影平面上，使这些投影点的轮廓包括轮廓A，例如在图6中所示的轮廓608，而牙齿B的牙冠表面的所有顶点被投影至该投影平面上，使这些投影点的轮廓包括轮廓B，例如在图6中所示的轮廓610。下一步，找出穿过该相交点的轮廓A(608)的一条切线及穿过轮廓B(610)的一条切线(410)。例如，能确定在图6中穿过相交点606的一条切线A(612)和一条切线B(614)。

下一步，构建一条法线，它的方向决定该去釉平面的法线方向(412)。根据一个示例性实施方案，并另外参见图6，从由切线A(612)和切线B(614)形成的相交角来计算等分线。法线618被构建为使它位于该投影平面内并垂直于等分线616。法线618也能以其他方式构建。例如，根据一个示例性实施方案，法线618的方向向量能通过以下公式来确定：

法线的方向向量＝W_A*NY_A+W_B*NY_B

其中NY_A是牙齿A的局部坐标系的Y轴的单位向量，而NY_B是牙齿B的局部坐标系的Y轴的单位向量，并且W_A和W_B是NY_A和NY_B的权重系数，其中W_A≥0，W_B≥0，并且W_A+W_B＝1。例如，权重系数W_A和W_B能每个包括1/2(例如对于相同的权重)以及由此对权重系数W_A和W_B的影响，或者任何其他适当比例(W_A∶W_B)。当更倾向于NY_A的方向时，该比例大于1，即W_A＞W_B。当更倾向于NY_B的方向时，该比例小于1，即W_A＜W_B。如果不倾向于它们中任何一个，则该比例能简单地选为1，即W_A＝W_B＝0.5。根据又另一个示例性实施方案，该拱形曲线能被用于构建法线618及方向。在该拱形曲线上，找出在牙齿A的FA点与牙齿B的FA点之间的中间点，且在该中间点处的切向向量被用作法线618的方向向量。不论使用何种方法论来构建法线618，法线618的方向包括该去釉平面的法线方向。

根据一个示例性实施方案，随后确定中间点(414)，该中间点包括在牙齿A(608)和牙齿B(610)的轮廓的多个端点之间的中点。例如，在法线方向上的轮廓A(608)的最右端点被确定为第一端点A(620)，而在法线方向上的轮廓B(610)的最左端点被确定为第二端点B(622)。随后能找出在端点A(620)和B(622)之间的线段的中点624。确定中点624之后，能适宜地构建一个去釉平面626(416)，该去釉平面穿过中点624，且它的法线方向包括法线618的方向。

如此使用中点624适合于当两颗邻齿A和B要同等地被去釉时，即其中牙齿A和B的去釉比是1∶1的比例时。然而，根据其他示例性实施方案，当两颗邻齿A和B要构建不同的去釉量时，能适宜地利用端点A(620)和B(622)之间的另一个中间点。例如，当需要不同的去釉量时，能首先确定去釉平面的法线。下一步，随后能自动地确定两颗邻齿的不同的去釉量，例如通过计算两颗邻齿A和B的基于尺寸或体积的比例，或者交互地确定，例如通过允许临床医师访问用户界面并手动将两个去釉量的比例具体化。然后能通过法线618及通过牙齿A和及牙齿B的两个去釉量的所选比例所确定的中间点来确定该去釉平面。

再次参见图2，已经构建了去釉平面(202)，随后该去釉平面能被用于对IPR进行建模(204)。例如，根据一个示例性实施方案，额外参见图7，左去釉平面702及右去釉平面704能被用于修整该牙齿三维模型，使该修整的牙齿模型为了进一步治疗设计而被用作IPR牙齿模型。根据其他的示例性实施方案，不是使用去釉平面以协助修整三维IPR牙齿几何形状，而是可利用另一种去釉表面类型，例如样条表面。

根据另一个示例性实施方案，不是使用一个经修整的牙齿模型以获得该改变的IPR牙齿几何形状，而是在一个示例性方法中可使用一个变形的牙齿模型来提供该IPR牙齿模型。例如，位于左去釉平面702的左侧或右去釉平面704的右侧处的多个顶点的几何形状能通过将该左去釉平面的左侧上的所有点投影至左去釉平面702上，而将该右去釉平面的右侧上的所有点投影至右去釉平面704上而进行调整，使在这些顶点的坐标内的这种变化产生一个变形的牙齿模型，随后该变形牙齿模型能被用作该IPR牙齿模型。根据其他的示例性实施方案，不是将所有此类点投影至左去釉平面702或右去釉平面704上，而是可将此类点投影提供至其他去釉表面上，例如样条表面和类似表面，而这种变形牙齿模型能提供IPR牙齿建模的另一个任选的实施方案，与不同其他示例性方法相比，该实施方案可以更简单或更容易。此外，也能适宜地利用该IPR牙齿几何形状的其他局部的或已应用的改变过程，例如通过挤压、侵入、圆整、平滑等等，单独地或者与去釉/修整和/或基于在任何邻齿之间的可能碰撞的变形牙齿模型过程组合来进行利用。

根据这些已开发的IPR牙齿模型，随后能确定去釉量(206)，因为去釉量既能定量又能可视化。例如，去釉量能由从经去釉的牙齿模型的最左/最右点至该去釉平面或去釉表面的距离来演示。去釉量也能由经修整的体积来演示。因此，例如，该经修整的或变形的IPR牙齿模型能包括在该计算机系统中能够可视的三维数字模型。

在一颗牙齿已被去釉以避免碰撞之后，该牙齿的几何形状以及在该牙齿与任何邻齿之间的近似关系将发生变化。当此类去釉发生时，对于这些牙齿存在不同的可能的结果，这些结果由基于IPR模型的去釉而产生，例如在邻齿之间缝隙的发展、碰撞的减少，及/或这些牙齿仍然彼此接触。从该IPR牙齿模型收集的此类去釉后的近似信息能在碰撞/缝隙报告中被提供给治疗提供者，以协助下一阶段的设计、重新规划及/或治疗计划的调整。

例如，参见图8A(去釉后)和图8B(去釉前)，示例性碰撞/缝隙报告能适宜地鉴定在不同治疗阶段内在牙齿之间的碰撞量和/或间隙量。由此，例如，当经过阶段7在牙齿1(25)和1(24)之间的碰撞量缓慢增加并在阶段7在去釉前模型中能包括0.50mm时，在通过该IPR牙齿模型去釉之后，贯穿这些阶段过程，在邻齿1(25)与1(24)之间的碰撞被消除。同时，经过阶段7在牙齿1(24)和2(23)之间的碰撞量在去釉前模型中增加至0.39mm，在该IPR牙齿模型去釉之后，在这些邻齿1(24)和2(23)之间的碰撞基本上在阶段1至阶段5时减小了某些最小碰撞量，并在阶段6和阶段7时被消除。通过这类碰撞/缝隙报告，能由治疗提供者给出进一步的阶段设计、重新规划和/或调整，以协助改变的治疗，使用这些碰撞/缝隙报告作为有用的参考。

本发明已在以上参照不同示例性实施方案来进行说明。然而，本领域的一般技术人员将认识到无需背离本发明的范围即可对这些示例性实施方案进行变化和改变。例如，各种操作步骤，以及用于执行这些操作步骤的部件能够以一种交替的方式来实现，这取决于特别的实施或者考虑到与该系统的运行相关联的任何数量的成本作用，例如，可以删除、改变各种部件及方法论，或与其他部件、方法论及/或步骤组合。例如，不同方法、系统及装置，例如利用牙齿局部坐标系、构建投影平面的法线方量，并对牙齿几何形状进行变形，能适宜地利用任何其他常规技术，或任何后来研发的技术。进一步讲，应该指出是，能调整或改变用于构建该去釉平面、限定/量化去釉量、对IPR牙齿进行建模，及/或利用IPR牙齿模型的方法和系统。根据以下权利要求所给出的内容，这些及其他变化或改变是旨在包括于本发明的范围之内。