一种动态治疗过程三维可视化模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种动态治疗过程三维可视化模拟方法，本发明专利技术涉及口腔正畸领域，以OBB包围盒算法判断两颗牙齿的碰撞关系，以及通过分析牙弓曲线和每颗牙齿在三维空间中的动态位置对治疗过程进行三维可视化模拟，包括以下步骤：牙齿治疗过程中的碰撞检测、动态治疗过程的三维可视化模拟，本发明专利技术提出了基于OBB包围盒的三维空间碰撞检测方法，构建了基于分离轴的OBB包围盒碰撞机制，提出了牙齿三维运动碰撞检测策略，建立了三维空间牙齿移动量计算模型和三维空间牙齿旋转量计算模型，提出了牙齿治疗过程中的动态运动三维可视化模拟策略，通过治疗过程中碰撞重合、缺口部位的区分显示，了解在手术过程中会发生的碰撞过程以及操作的空间大小。的空间大小。的空间大小。

【技术实现步骤摘要】
一种动态治疗过程三维可视化模拟方法


[0001]本专利技术涉及口腔正畸领域，具体为一种动态治疗过程三维可视化模拟方法。

技术介绍

[0002]动态治疗过程的三维可视化模拟技术是数字化口腔智能诊断平台研发的完备性保证，其主要通过模拟牙齿在治疗过程中的运动轨迹，实现治疗方案的预测及三维可视化。目前常见的治疗方案预测方法一般是医生获取患者的牙齿CBCT数据后，将单颗牙齿分离出来，获取每颗牙齿的数据，然后根据医生矫治方案及临床需求，人工判断牙齿移动路径，并根据患者每个阶段的治疗效果，记录每颗牙齿每个步骤的位置，实现治疗方案的预测和跟踪。
[0003]目前存在的治疗方案预测方法存在操作繁琐且智能化程度不高的问题。因此，有必要对动态治疗过程的三维可视化模拟技术进行深层次的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种动态治疗过程三维可视化模拟方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种动态治疗过程三维可视化模拟方法，包括以下步骤：
[0006]S1、牙齿治疗过程中的碰撞检测；
[0007]S2、动态治疗过程的三维可视化模拟；
[0008]S3、治疗旋转过程中碰撞重合、缺口部位的区分显示；
[0009]S4、治疗移动过程中碰撞重合部位的区分显示；
[0010]所述S1、牙齿治疗过程中的碰撞检测，依据分离轴理论，将两包围盒在某方向上的投影没有交集的方向轴称为分离轴，两个OBB包围盒之间只要存在一根分离轴，两个OBB包围盒就不相交，否则两包围盒相交即判断两颗牙齿发生碰撞；
[0011]假设A、B为两OBB包围盒的中心位置，L是两包围盒的某一潜在分离轴，可用判断公式来判断L是否为两包围盒的分离轴，所述判断公式如下：
[0012][0013]如果满足则L是两包围盒的一个分离轴，即两包围盒存在分离轴，两包围盒发生碰撞；
[0014]若不满足L就不是两包围盒的分离轴，由几何原理得到，公式中RA、RB的表示方法如下：
[0015][0016][0017]其中，a
i
、b
i
代表包围盒三边轴长，A
i
、B
i
代表包围盒三轴向量；
[0018]要实现牙齿之间的碰撞检测，依据碰撞检测方法分析可知，需获取15个潜在分离轴，进一步分析就是要获取两个包围盒的轴向矢量，即建立OBB包围盒时协方差矩阵计算所得的特征向量；
[0019]所述S2、动态治疗过程的三维可视化模拟，包括以下步骤：
[0020]1)牙齿移动量计算；
[0021]2)牙齿旋转量计算；
[0022]所述牙齿移动量计算包括β函数拟合出来的理想牙弓曲线是一条二维曲线；
[0023]结合片函数拟合的理想牙弓曲线，假设点H(X0，Y0)是某颗牙齿初始特征点位置在理想牙弓线平面上的投影点，点A(X0，Y
A
)为点H沿Y轴方向上在理想牙弓曲线上的投影点，点B(X
B
，Y0)为点H沿x轴方向上在理想牙弓曲线上的投影点；
[0024]遍历曲线段AB之间的所有点到点H的距离，点H到求得到点H距离最短的点之间的向量即为牙齿在理想牙弓曲线平面上的移动方向，所求得的最短距离即为牙齿在理想牙弓曲线平面上的移动量；
[0025]所述牙齿旋转量计算令牙齿特征点在拟合牙弓线上的矫治理想位置的理想牙弓线的切线与牙齿Y轴方向平行，故求得切线与空间X轴方向所成的角度即确定了牙齿在理想牙弓曲线平面上的角度，角度的计算公式如下：
[0026][0027]其中，θ为各颗牙齿特征点在拟合牙弓线上的矫治理想位置的切线与X轴方向所成的角度，X各颗是牙齿特征点在拟合牙弓线上的矫治理想位置在X轴方向的坐标值，β函数拟合理想牙弓曲线函数修正公式为：
[0028][0029][0030]±
号表示当拟合所得到的牙弓曲线与原始的β函数相对于轴方向是相反的，则取+号；反之当拟合所得到的牙弓曲线与原始的β函数相对于轴方向是相同的，取－号；
[0031]分别确定了牙齿矫治理想位置的近中远中所成角度、舌侧颊侧所成角度以及在理想牙弓曲线平面上与坐标轴所成角度后，即确定了牙齿最终矫治理想位置在三维空间内三个维度的方向，分别计算牙齿初始位置牙齿X轴方向、Y轴方向的投影向量与空间Z轴方向的夹角，通过相减便可得出牙齿两个方向的旋转量，而牙齿矫治理想位置在理想牙弓曲线平面上特征点切线方向与牙齿Y轴方向的夹角就是牙齿第三个方向上的旋转量。
[0032]所述S3、治疗过程中碰撞重合、缺口部位的区分显示，包括以下步骤：
[0033]根据这三颗牙齿的包围盒模型的截面形状(该形状表示为C1、C2、C3，其中C1为治疗牙齿，C2和C3为相邻牙齿)确定碰撞或者缺陷区域的大小以及尺寸，在进行治疗模拟时如
若需要略微转动治疗牙齿时，通过将治疗牙齿的C1以牙齿的中心为转动中心旋转，将其旋转范围分层若干个计算片段(G1、G2、
……
Gn)其中:
[0034]n＝旋转的角度/k，若有余数则向上加1，
[0035]k代表每旋转k
°
设置一个计算片段，在每一个计算片段的C1与C2以及C2之间形成的碰撞面积或者缺陷面积进行标注和显示区分，以显著区分和表示出各部分结构；
[0036]所述S4、治疗移动过程中碰撞部位以及碰撞力大小的显示，包括以下步骤：
[0037]建立需要进行移动模拟的牙齿以及与其相邻接的两颗牙齿的OBB包围盒模型，将建立后的模型设置在通过CBCT扫描得到的牙床三维模型上，其中在主要移动的牙齿的中心处建立坐标原心，其各处位置以该原心坐标得到一个坐标集，坐标集中包含一颗牙齿内部及其表面的全部坐标点的数据；
[0038]牙齿在空间中的运动为三维运动，其中一个点的点位为(x，y，z)，在运动过程中将治疗牙齿的坐标集进行重新计算，该点的新点位为(x+a，y+b，z+c)，两点之间进行连线可以得到运动的轨迹，将需治疗的牙齿的运动轨迹进行分段切割，得到多个分段层面P1、P2、P3
……
Pn，对每一个分段层面需治疗牙齿与相邻接牙齿之间的接触情况进行结合分析；
[0039]治疗牙齿与相邻接牙齿的接触形式分为点接触和线接触两种，点接触的形式其接触应力较大，线接触的形式其接触应力较小，通过颜色对点接触的点以及线接触的线进行颜色表示，通过接触点以及治疗牙齿的运动轨迹判断出治疗牙齿对相邻接牙齿施加的力的大小和方向，从而可以判断出相邻接牙齿在治疗过程中的微动方向和距离，绘制出的接触线的形状进行颜色标识，将接触线进行分段，将接触线分为数个等距的接触点，从而判断出每一接触点处力的大小和方向。
[0040]结合多个分段层面P1、P2、P3
……
Pn所得到治疗牙齿与相邻接牙齿接触点或者接触线处力的大小和力的方向，可以得到全过程的治疗可视化模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态治疗过程三维可视化模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、牙齿治疗过程中的碰撞检测；S2、动态治疗过程的三维可视化模拟；S3、治疗旋转过程中碰撞重合、缺口部位的区分显示；S4、治疗移动过程中碰撞重合部位的区分显示；所述S1、牙齿治疗过程中的碰撞检测，依据分离轴理论，将两包围盒在某方向上的投影没有交集的方向轴称为分离轴，两个OBB包围盒之间只要存在一根分离轴，两个OBB包围盒就不相交，否则两包围盒相交即判断两颗牙齿发生碰撞；假设A、B为两OBB包围盒的中心位置，L是两包围盒的某一潜在分离轴，可用判断公式来判断L是否为两包围盒的分离轴，所述判断公式如下：如果满足则L是两包围盒的一个分离轴，即两包围盒存在分离轴，两包围盒发生碰撞；若不满足L就不是两包围盒的分离轴，由几何原理得到，公式中RA、RB的表示方法如下：表示方法如下：其中，a
i
、b
i
代表包围盒三边轴长，A
i
、B
i
代表包围盒三轴向量；要实现牙齿之间的碰撞检测，依据碰撞检测方法分析可知，需获取15个潜在分离轴，进一步分析就是要获取两个包围盒的轴向矢量，即建立OBB包围盒时协方差矩阵计算所得的特征向量；所述S2、动态治疗过程的三维可视化模拟，包括以下步骤：1)牙齿移动量计算；2)牙齿旋转量计算；所述牙齿移动量计算包括β函数拟合出来的理想牙弓曲线是一条二维曲线；结合片函数拟合的理想牙弓曲线，假设点H(X0,Y0)是某颗牙齿初始特征点位置在理想牙弓线平面上的投影点，点A(X0,Y
A
)为点H沿Y轴方向上在理想牙弓曲线上的投影点，点B(X
B
,Y0)为点H沿X轴方向上在理想牙弓曲线上的投影点；遍历曲线段AB之间的所有点到点H的距离，点H到求得到点H距离最短的点之间的向量即为牙齿在理想牙弓曲线平面上的移动方向，所求得的最短距离即为牙齿在理想牙弓曲线平面上的移动量；所述牙齿旋转量计算令牙齿特征点在拟合牙弓线上的矫治理想位置的理想牙弓线的切线与牙齿Y轴方向平行，故求得切线与空间X轴方向所成的角度即确定了牙齿在理想牙弓曲线平面上的角度，角度的计算公式如下：
其中，θ为各颗牙齿特征点在拟合牙弓线上的矫治理想位置的切线与X轴方向所成的角度，X各颗是牙齿特征点在拟合牙弓线上的矫治理想位置在X轴方向的坐标值，β函数拟合理想牙弓曲线函数修正公式为：正公式为：
±
号表示当拟合所得到的牙弓曲线与原始的β函数相对于轴方向是相反的，则取+号；反之当拟合所得到的牙弓曲线与原始的β函数相对于轴方向是相同的，取－号；分别确定了牙齿矫治理想位置的近中远中所成角度、舌侧颊侧所成角度以及在理想牙弓曲线平面上与坐标轴所成角度后，即确定了牙齿最终矫治理想位置在三维空间内三个维度的方向，分别计算牙齿初始位置牙齿X轴方向、Y轴方向的投影向量与空间Z轴方向的夹角，通过相减便可得出牙齿两个方向的旋转量，而牙齿矫治理想位置在理想牙弓曲线平面上特征点切线方向与牙齿Y轴方向的夹角就是牙齿第三个方向上的旋转量。所述S3、治疗过程中碰撞重合、缺口部位的区分显示，包括以下步骤：根据这三颗牙齿的包围盒模型的截面形状(该形状表示为C1、C2、C3，其中C1为治疗牙齿，C2和C3为相邻牙齿)确定碰撞或者缺陷区域的大小以及尺寸，在进行治疗模拟时如若需要略微转动治疗牙齿时，通过将治疗牙齿的C1以牙齿的中心为转动中心旋转，将其旋转范围分层若干个计算片段(G...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，方聪，
申请(专利权)人：杭州口腔医院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：