本發(fā)明涉及計算機數(shù)據(jù)處理，尤其涉及利用計算機技術，重新定義口腔的牙齒模型，實現(xiàn)口腔物理模型到數(shù)字模型的轉化，使牙科醫(yī)療診斷過程變得方便和高效。

背景技術：

口腔正畸學是口腔臨床醫(yī)學中的一個分支學科，主要研究牙頜畸形的發(fā)生和發(fā)展機制，診斷分析，預防和治療。對于需要正畸的患者，需要?？茩z查，包括：顳下頜關節(jié)、開口度、開口型。關節(jié)癥狀：疼痛，彈響等。特殊檢查，包括：牙頜模型，x線片檢查，全頜曲面斷層片，頭顱側位片。頭顱及頜面部影像學檢查，包括：頜面及牙頜攝影，口頜系統(tǒng)的功能檢查，x線頭影測量，側位x線頭影硬組織測量分析，側位x線頭軟硬組織測量分析，正位(后前位)頭影硬組織測量標志點。

目前，口腔醫(yī)生對這些參數(shù)的測量基本還是印模復印和卡尺測量，隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，國內一些廠商也積極嘗試應用數(shù)字化的方式進行測量，但基本上還是靠手工為主，不能做到智能化的階段。

計算機圖形學是利用數(shù)學算法，將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式。簡單地說，計算機圖形學主要是利用數(shù)學算法，在計算機中表示圖形，進行圖形計算、處理和顯示。本發(fā)明是利用計算機圖形學的三角網格模型，來繪制口腔牙齒的物料模型，并利用數(shù)據(jù)處理的方法，來表達口腔牙齒的特征點和特征線。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明之目的，是提供一種口腔參數(shù)化的算法，解決現(xiàn)有技術中，存在的需要人工測量和計算的問題。

本發(fā)明提供了一種口腔參數(shù)化的創(chuàng)新，融合了多種智能化的牙齒特征識別算法，標記出牙齒基準，再結合各種參數(shù)的定義，自動計算出口腔專科檢查的各項成果，整個過程不超過1分鐘。相比較傳統(tǒng)的方式，提供了一種快速便捷的方式，正確率超過97％，大大提高了口腔?？茩z查的效率和精度。

一種口腔參數(shù)化測量的方法，包括如下步驟：

(100)數(shù)據(jù)模型的獲??；

(200)結構模型的建立；

(300)參數(shù)模型的建立；

(400)牙齒特征信息提?。?/p>

(500)口腔特征測量。

所述(100)數(shù)據(jù)模型的獲取，包括如下步驟：

(101)數(shù)據(jù)模型的獲取，即：采用掃描設備獲取口腔模型數(shù)據(jù)；

(102)面部圖像數(shù)據(jù)的獲取，是使用相機，從不同角度，即正面，45°角，側面，各種狀態(tài)，即微笑狀態(tài)和非微笑狀態(tài)獲取面像照片；

(103)圖像牙齒數(shù)據(jù)的獲取，是使用相機，獲取口腔牙列照片，包括上牙列，下牙列，左側牙列，右側牙列，正面牙列；

(104)頜面部組織結構數(shù)據(jù)獲取，使用cbct或牙科影像機器設備，獲取頜面部組織結構數(shù)據(jù)。

所述數(shù)據(jù)模型的獲取(101)，采用口腔模型法(1011)，首先使用齒科藻酸鹽印模材料，獲取口腔，頜面部軟、硬組織相應的模型；然后通過桌面掃描儀進行掃描，獲取模型數(shù)據(jù)。

所述數(shù)據(jù)模型的獲取，采用口腔直接掃描法獲取口腔數(shù)據(jù)(1012)，即直接通過口內掃描儀對口腔、頜面部軟、硬組織結構進行掃描，獲取模型數(shù)據(jù)。

所述結構模型的建立(200)，包括如下步驟：

(201)數(shù)據(jù)導入：將所述數(shù)據(jù)模型的上述面像照片，牙列照片，以及頜面部組織結構數(shù)據(jù)導入到計算機，并進行命名；

(202)模型修整：對所述牙齒數(shù)據(jù)模型進行修正處理，使其最大程度接近現(xiàn)實的口腔牙齒形狀，包括形態(tài)修正，孔洞修補，主體提??；

(203)設定坐標：建立牙齒和牙頜的坐標系。

所述參數(shù)模型的建立(300)，包括如下步驟：

(301)結構模型特征點的初次提??；

(302)結構模型特征點的二次提??；

(303)網格頂點法矢計算；

(304)主曲率計算；

(305)主曲率的極值判斷；

(306)特征線的自動生成。

所述(301)初次提取，是在初步判斷牙齒數(shù)據(jù)結構模型的基礎上，提取過度較為激烈的點，即頂點數(shù)據(jù)。

所述(302)二次提取是在修改僅根據(jù)單個三角面片的法向量的基礎上，計算獲得牙齒數(shù)據(jù)結構模型上的過度較為激烈點的位置；以便獲得更為理想的特征區(qū)域，提高特征點提取的正確率。

所述(303)網格頂點法矢的計算，

首先，估算出三角面片中，每一頂點p的法矢(參見圖20所示)；每個三角面片的法矢線性疊加為：

其中：vm+1＝v1；

其次，單位法矢的加權疊加計算：

其中，di,m+1＝di,1

所述牙齒局部三角網格模型的頂點法矢，采用法矢線性疊加法計算(如圖21所示)或單位法矢加權疊加法。

所述(304)主曲率計算包括主方向的計算，vj(1≤j≤m)在局部坐標系(phuv)下，其坐標值為(uj,vj,hj)，由m個鄰點得到的線性方程組為：

用最小二乘法解此方程組，即求得曲面s(u，v)方程的最小二乘解，就是使得各個鄰點到曲面距離的平方和最小時的解；以pi為球心，以最近鄰點vi到pi的距離為半徑作一球面，三角面片形的各邊與球面的交點作為新的鄰點，代入式(3)求解；由上述曲面的(1)、(2)基本公式，可得到曲面上pi處的法曲率k，即其中，的根為γ1、γ2，此時法曲率k就達到它極值k1、k2,對應的主方向為(1，γ1)，(1，γ2)或(-γ1，1)，(-γ2，1)；對曲面s(u，v)，k1,k2的值為

所述(305)主曲率的極值判斷，

(1)通過判斷特征點pi，所述特征點pi在m1方向以及反向延長線上(參見圖23所示)，與三角形的交點為a、b；由于兩線并不相交，是兩線的延長線，在三角面片上的垂直投影與三角形所形成的交點,當pi點主曲率k1的絕對值，大于a、b兩點在m1方向上的k值的絕對值時，則pi點就是在m1方向上的曲率極值點，標示為特征點，a、b點的k值可由vj,vj+1在m1方向上的k1值線性組合求得，該方法同樣適用于k2，可判斷pi方向m2是否為特征點；

(2)當比較極值時，用上述局部誤差消除因子(1-lerr)*k1來代替k1；用(1-lerr)*k2來代替k2；因此，pi點主曲率極值比a、b點的k值大到一定程度時，才認為該點是特征點；

(3)為增強大曲率區(qū)域的影響，給每一極值點賦一個曲率權值，所述權值等于主曲率極值的絕對值，若主曲率在兩個方向上均為極值，則取極值的絕對值之和；

(4)如果加入整體誤差閥值gerr，對每一個曲率極值點，當某一點曲率權值與最大曲率權值的比值小于閥值gerr時，則將這一點從特征點序列中去掉。

所述(306)特征線的自動生成，包括如下步驟：

第1步：(3061)尋找特征線的起點，按順序搜索特征點，若特征點p的鄰點中有兩個特征點q和r,且線段pq和線段rp的夾角大于120度，則p可作為一條特征線的起點(參見上圖24)；

第2步：(3062)尋找特征線的連續(xù)點，以前一點p和當前點q的連線方向為特征線延伸方向，若q的鄰點中有特征點a,b，則qa與pq的夾角小于qb與pq的夾角，將a作為連續(xù)點，被加入該組點序列；若某點(如a點)的鄰點沒有特征點，則在最靠近延伸方向的點x附近，也即a點的二重鄰點，進一步搜索特征點，將最靠近延伸方向的特征點c加入序列；

第3步：(3063)將起點，連續(xù)點從特征點序列中去除；

第4步；(3064)尋找特征點的終點，重復第2步、第3步，直至某點的鄰點和二重鄰點中均沒有特征點，該點即為特征線的終點；

第5步：(3065)判斷特征線的封閉情況，若終點的鄰點或二重鄰點包含起點p,則將這些點序列連成一條封閉b樣的條線；若不包含p點，則特征線不封門，以pr為特征線延伸方向進行反方向搜索，重復第4步將得到連續(xù)點插入起點前作為新的起點；

第6步：(3066)重復第1～5步連接所有的特征線。

所述(400)牙齒特征點提取，包括如下三步驟：

第1步：(401)頰面特征線的提取，所述頰面特征線是牙齒數(shù)據(jù)結構模型的參數(shù)，以用于牙齒數(shù)據(jù)結構模型橫向的特征判斷；所述頰面特征線的提取(401)包含：

(4011)收集所有特征線信息，并記錄所有特征線的交叉信息，以及經過三角面點的主曲率值；

(4012)按照牙頜坐標的y軸正向，或者負向，特征線主曲率值和y軸夾角不超過90°，找到單顆牙齒特征線上的最低點，并向兩邊延展，找到頰面特征點的交點(a點)，如果沒有交叉，最低點即為a點；

(4013)沿頰面特征線進行搜索，找到與頜面特征的交叉點b點；

第2步：(402)頜面特征點的提取：所述頜面特征點是牙齒數(shù)據(jù)結構模型的主要參數(shù)，用于牙齒模型垂直向的特征判斷，頜面特征點的提取包含如下兩步驟：

(4021)按照牙頜坐標的z軸負向，特征線主曲率值和z軸夾角不超過90°找到頜面特征線；

(4022)在頜面特征線上z值最大值的點zmax，并收集zmax-δ的點集，按照主曲率極值，收集到主曲率最大的4個點；

第3步：(403)頜面特征線的提取，所述頜面特征線是數(shù)據(jù)結構模型的參數(shù)，用于牙齒模型咬合狀態(tài)的特征判斷，包括如下兩步驟：

(4031)按照牙頜坐標的z軸負向，特征線主曲率值和z軸夾角不超過90°找到頜面特征線；

(4032)在頜面特征線上z值最大值的點zmin，有可能會收集到多條特征線，篩選主流方向按照與x軸平行即可。

所述口腔特征測量(500)的步驟為：

第1步(501)擁擠度的測量：擁擠度＝牙弓應有長度-牙弓現(xiàn)有長度；一般分為三度：i度擁擠，相差2～4mm；ii度擁擠，相差4～8mm；iii度擁擠(拔牙邊緣)，相差>8mm(一般采取拔牙)；

第2步(502)側切牙間距測量：motakawa(1987)提出，下頜左、右側切牙，遠中面間的距離約等于下頜尖牙、前磨牙的總寬度；

第3步(503)下切牙傾斜度的測量：對于下頜切牙傾斜度的分析常常采用tweed分析法，在tweed分析法中，不論錯頜的部位在何處，tweed認為fmia是建立良好面型的重要條件，因此fmia成為矯治追求目標。其中fh-mp(fma)較難用一般正畸方法來改變(參見圖25)；

第4步(504)bolton指數(shù)測量：bolton指數(shù)＝下頜(6-6)冠寬之和/上頜(6-6)冠寬之和；

第5步(505)前牙排列測量：所述前牙排列特征，主要通過上前牙(13、12、11、21、22、23)，下前牙(43、42、41、31、32、33)的切牙切緣角體現(xiàn)(參見圖15)；所述切牙切緣角的特征，包括：合平面，牙弓曲線，前牙區(qū)牙齒切緣，切緣中點；采用計算機輔助生成的元素有：(a).投影到合平面上的六條前牙區(qū)牙齒切緣；(b).六個切緣中點與牙弓曲線距離最近的六個點；(c).六條過切緣中點的切線(lq)；(d).牙弓曲線上六個點的切線(ly)；切緣角α＝lq與ly夾角；

第6步(506)下后牙排列測量：(參見圖16)所述左、右下后牙排列特征＝(dl-ds)/dl，其中dl為：邊界曲線與牙弓曲線的最長距離，ds：邊界曲線與牙弓曲線的最短距離；所述邊界曲線為擬合1、2、3、4、5、6六個點形成的兩條光滑曲線；

第7步(507)上后牙排列測量：(參見圖17)所述左、右上后牙排列特征＝(dl-ds)/dl，其中dl為：中間曲線與牙弓曲線的最長距離，ds為：中間曲線與牙弓曲線的最短距離。所述中間曲線為擬合1、2、3、4四段曲線形成一條光滑曲線。

第8步(508)咬合關系測量：

(1)angel氏i類的測量：

(a)所述上頜尖牙(13)牙尖到同側下頜尖牙(43)牙尖與第一前磨牙(14、44)頰尖連線中點的距離；

(b)上頜第一前磨牙頰尖到同側下頜兩個前磨牙頰尖連線中點的距離；

(c)上頜第二前磨牙頰尖到同側下頜第二前磨牙頰尖與第一磨牙近中頰尖連線中點的距離；

(d)上頜第一磨牙近中頰尖到同側下頜第一磨牙頰溝間的距離；

(e)上頜第二磨牙近中頰尖到同側下頜第二磨牙頰溝間的距離；

(2)angel氏ii類的測量：上頜第一磨牙近中頰尖到同側下頜第二前磨牙頰尖與第一磨牙近中頰尖連線中點的距離。上頜第二磨牙近中頰尖到同側下頜第一磨牙遠中頰尖與第二磨牙近中頰尖連線中點的距離；

(3)angel氏iii類的測量：下頜前磨牙拔除。上頜第二前磨牙頰尖到同側下頜第一磨牙頰溝的距離；

509前牙相對位置測量：

(5091)覆蓋(overjet)：所述覆蓋，是指上前牙蓋過下前牙的水平距離；所述覆蓋量，為兩個中切牙覆蓋的平均值；

其中，覆蓋量<0為反覆蓋；

覆蓋量＝0為對刃；

0<覆蓋量<＝3mm以內為正常覆蓋；

3<覆蓋量<＝5mm稱為一度深覆蓋；

5<覆蓋量<＝8mm稱為二度深覆蓋；

覆蓋量>8mm稱為三度深覆蓋；

(5092)個別牙覆蓋：包括上下6組值，上下3-3；

(5093)覆合(overbite)：所述覆合，為上下切牙切緣中點在facc曲線上的一段投射長度與下切牙facc曲線總長度之比；覆合比例＝長度l1/facc曲線長度；開合度＝l2；

l2>5mm,三度開合；

3mm<l2<＝5mm,二度開合；

0mm<l2<＝3mm,一度開合；

l2＝0mm，對刃；

0<覆合比例<＝30％，正常覆合；

30％<覆合比例<＝60％，一度深覆合；

60％<覆合比例<＝90％，二度深覆合；

90％<覆合比例，三度深覆合；

(5094)個別下切牙覆合：包括上下6組值，上下3-3。

本發(fā)明的有益效果是：突破了以往靠醫(yī)生經驗的判斷方法；降低了正畸醫(yī)生的勞動強度，提高了測量精度，降低了醫(yī)療風險；提高了就診的效率和體驗。

附圖說明

圖1：牙齒的物理結構和牙齒代碼表達方法示意圖。

圖2：本圖表示16牙位的命名示意圖。

圖3：牙齒的名稱和牙位對照表。

圖4：牙冠寬度的測量示意圖。

圖5：現(xiàn)有測量牙弓長度的黃銅絲測量法示意圖。

圖6：現(xiàn)有測量牙弓長度的分段測量法。

圖7：spee曲線深度測量示意圖。

圖8：前牙的解剖特征示意圖。

圖9：尖牙解剖特征示意圖。

圖10：前磨牙解剖特征示意圖。

圖11：后磨牙解剖特征示意圖。

圖12：口腔牙齒的坐標，圖a為上牙坐標，圖b下牙坐標。

圖13：圖a生成牙根前牙坐標中心示意圖；圖b生成牙根后牙坐標中心示意圖；

圖c：上牙坐標示意圖。

圖14：圖a表示從前牙近遠中面觀察；圖b表示從前牙唇面觀察；

圖c表示后牙近遠中觀察；圖d表示上牙(第1、2象限)；

圖e表示下牙(3、4象限)。

圖15：前排牙齒特征示意圖，圖a表示上牙前排牙齒；圖b表示下牙前排牙齒。

圖16：圖a上后牙排列特征；圖b下后牙排列特征。

圖17：上下牙齒的咬合關系圖。

圖18：上前牙蓋過下前牙的關系圖。

圖19：p點的局部坐標系。

圖20：pi點的法式。

圖21：a.法矢線中疊加的計算結果；b.單位法矢加權疊加法的計算結果。

圖22：球與邊的交點位新鄰點。

圖23：主曲率的極值點。

圖24：特征線的連接,找到單科牙齒特征線上的最低點示意圖。

圖25：sweed分析方法示意圖。

圖26：找到頜面特征的交叉點(a點)。

圖27：找到與頜面特征點的交叉點(b點)。

圖28：頜面特征線上收集到主曲率最大的4個點。

圖29：按照牙頜坐標的z軸負向找到頜面特征線。

圖30：找到額面特征線。

圖31：在頜面特征線上z值最大值的點zmin收集多條特征線。

圖32：流程圖。

本發(fā)明利用計算機圖形學的三角網絡模型，對口腔牙齒表面的分段線性擬合，用三角面片的集合，來逼近口腔牙齒表面的幾何形狀。三角網絡模型有三個要素，分別是：頂點、網格邊和三角面片。三角網格模型中，最關鍵的是頂點之間的連接關系，確定了頂點之間的連接關系，就確定了三角網格模型。本發(fā)明就是采用三角形網格來表達牙齒的三維模型，即用三角形組成的面片列表來近似口腔牙齒的三維模型。為了便于描述，1)需要對口腔牙齒的命名、位號和解剖特性作介紹和定義。2)對牙齒的解剖特征作分析。3)對牙齒的坐標作介紹。(對現(xiàn)有技術中，牙齒的測量方法做介紹。對牙齒的特征作歸納)。

一、定義：

參見圖1所示，圖1的中間垂直線為左右牙齒的分割線，稱為近中；中間水平線是上、下牙齒的分割線。左右兩側各有8顆牙齒，上下各有16顆，上下共四組。牙位的表達方法：左上為1、右上為2、右下為3、左下為4，以遠中為起點，向兩側標號1-8。其牙位圖及其各牙的名稱參見圖2所示。

牙頜的基本定義：

1)牙弓應有長度

3-3，即上下牙頜的左3至右3，或雙側尖牙之間的牙冠寬度之和；

6-6，即上下牙頜的左6至右6，或雙側第一磨牙之間的牙冠寬度之和；

8-8:牙列所有牙冠寬度之和；

成人恒牙列期牙冠的寬度，是測量每個牙冠的最大徑，牙弓應有長度的計算參見圖4。

2)牙弓現(xiàn)有長度

牙弓長度有三段，分別為：

牙弓前段：即上下牙頜的左3至右3，或雙側尖牙之間的牙弓曲線長度；

牙弓中段：即上下牙頜的左6至右6，或雙側第一磨牙之間的的牙弓曲線長度；

牙弓后段：牙弓曲線的整體長度參見圖5。

3)spee曲線深度

將直尺放置在下切牙切端與最后一個下磨牙的牙尖上，測量所有牙齒牙尖與直尺距離的最大值。spee曲線深度＝(左側深度+右側深度)/2+0.5。一般情況下，每整平1mmspee曲線，需要1mm間隙，參見圖6。

二、牙齒的解剖特征分析

(一)前牙的解剖特征

所述前牙分為切牙和側牙兩種，切牙的位號為：11、21、31和41；側切牙的位號為：12、22、32和42。切牙和側切牙的前部均有橫向突起線，稱為牙嵴(或切嵴)。其中，位于11號牙與21號牙或31號牙與42號牙的分割線稱為近中，參見圖8。

(二)尖牙的解剖特征

所述尖牙的牙位號為：13、23、33和43，其前部有兩條相交的凸起橫線，分別稱為：近中牙尖嵴m3和遠中牙尖嵴d3，所述尖牙也可包含在前牙之內，參見圖9。

(三)前磨牙的解剖特征

所述前磨牙包括第四前磨牙和第五前磨牙，其牙位號為：14、15、24、25、34、35、44和45,所述前磨牙的解剖特征，包括：頰尖bt、舌尖lt和中央溝dml，參見圖10。

(四)后磨牙的解剖特征

所述后磨牙，包括第六后磨牙和第七后磨牙，其牙位號為：16、17、26、27、36、37、46和47,解剖特征包括：近中頰尖mbt、遠中頰尖dnt、近中舌尖mlt、遠中舌尖dlt和中央溝dml，參見圖11。

(五)智牙的解剖特征：智牙可以忽略。

三、坐標

本發(fā)明采用笛卡爾坐標系，分別表達牙頜坐標和牙齒坐標，用右手大母指表示z軸，用食指表示x軸，用中指表示y軸。

牙頜坐標：

本發(fā)明的牙頜坐標參見圖12，其是在設計參數(shù)(teethshaper)中指定的，所述設計參數(shù)(teethshaper)采用stl文件格式。本發(fā)明建立的牙頜坐標，是所有操作的第一步，表示本發(fā)明的牙齒視圖的方向、牙齒的咬合、牙根方向、牙坐標方向。本發(fā)明中的牙頜坐標，分為上牙頜坐標(圖12a)和下牙頜坐標(圖12b)。所述牙頜坐標的中心默認為質心，如遇特例，可采用手動調整。上牙頜坐標軸的z軸正向(大母指向上)表示坐標中心指向上牙頜，也就是說：坐標中心指向上牙根生長方向；x軸正向(食指)表示坐標中心指向近中,也就是說：x軸指向兩個切牙(11、21)中間的近中；y軸正向(中指)由xz軸方向和笛卡爾坐標系原則確定，表示坐標中心指向左遠中(參見圖12a)。下牙頜坐標軸的z軸正方向(大母指向下)表示坐標中心指向下牙頜，也就是說坐標中心指向下牙根生長方向；x軸正向(食指)表示坐標中心指向近中；y軸正向(中指)由xz軸方向和笛卡爾坐標系原則確定，表示坐標中心指向左遠中(參見圖12b)。

2)牙齒坐標：

所述牙齒坐標的中心，位于牙根前的牙冠最底部的中心(z軸上)，是整個牙齒的質心。

z軸正向：表示坐標中心指向牙根生成方向。

x軸正向：坐標中心指向近中的方向。

當z軸指向下牙根時，y軸正向：表示坐標中心指向近中的方向。

關于牙齒x軸軸向定義：切牙(11、21；31、41)的x軸與切緣平行；尖牙(13、23；43、33)、前磨牙(15、14,24、25；45、44,34、35)及磨牙的x軸與近遠中徑，即與牙冠最寬位置平行。所述牙齒坐標參見圖13a、13b、13c。

當z軸正方向指向畫面下方時，y軸正方向指示了唇(頰)舌側的方向，但其正方向因象限的不同會有所區(qū)別。

參見圖14a所示，從前牙近遠中面觀察，x軸正方向垂直于圖14a的畫面，y軸正向為第ⅰ象限。

參見圖14b所示的y軸正向為第ⅳ象限，從前牙唇面觀察，y軸正方向垂直于圖14b的畫面；當z軸正方向指向畫面下方時，y軸正方向指示了唇(頰)舌側的方向。

參見圖14c所示，從后牙近遠中觀察，x軸正方向垂直于圖14c的畫面，當z軸正方向指向畫面下方時，y軸正方向指示了唇(頰)舌側的方向。

參見圖14d所示，從后牙唇面觀察，y軸正方向垂直于圖14d的畫面，當z軸正方向指向畫面下方時，x軸正方向指示了唇(頰)舌側的方向。

參見圖14d和14e所示，表示第ⅰ象限(牙位號為：11、12、13、14、15、16、17)和表示第ⅲ象限(牙位號為：31、32、33、34、35、36、37)，所述y軸正方向指向牙齒的舌側。第ⅱ象限(牙位號為：21、22、23、24、25、26、27)和第ⅳ象限(牙位號為：41、42、43、44、45、46、47)，所述y軸正方向指向牙齒的唇(頰)側。

具體實施例：

本發(fā)明的一種口腔參數(shù)化測量的方法，其步驟如下：

100數(shù)據(jù)模型的獲?。?/p>

101數(shù)據(jù)模型的獲取；

1011所述數(shù)據(jù)模型的獲取。首先，使用齒科藻酸鹽印模材料，獲取口腔，頜面部軟、硬組織相應的模型；然后，通過桌面掃描儀進行掃描，獲取模型數(shù)據(jù)。

1012或者，直接通過口內掃描儀對口腔、頜面部軟、硬組織結構進行掃描，獲取模型數(shù)據(jù)。

102第二，使用相機，從不同角度，如：正面，45°角和側面；從各種狀態(tài)，如：微笑狀態(tài)和非微笑狀態(tài)，獲取面像照片；

103第三，使用相機，獲取口腔牙列照片，包括上牙列，下牙列，左側牙列，右側牙列，正面牙列，獲取照片圖像；

104第四，使用cbct(conebeamcomputertomography)或牙科影像機器設備，獲取頜面部組織結構數(shù)據(jù)；

200結構模型的建立：

201將所述數(shù)據(jù)模型的上述面像照片，牙列照片，以及頜面部組織結構數(shù)據(jù)導入到計算機，并進行命名；

202對所述牙齒數(shù)據(jù)模型進行修正處理，使其最大程度接近現(xiàn)實的口腔牙齒形狀；

203建立牙齒數(shù)據(jù)模型坐標系；

300參數(shù)模型的建立：

301結構模型特征點的初次提?。?/p>

所述初次提取，是指初步判斷牙齒數(shù)據(jù)的，結構模型上的，過度較為激烈的點，即頂點數(shù)據(jù)，例如：凸點、凹點、邊界等。首先，本發(fā)明從掃描儀獲取的口腔牙齒數(shù)據(jù)的，結構模型的原始數(shù)據(jù)開始，利用計算機圖形學的三角網格模型的方法，提取牙齒中的頂點數(shù)據(jù)。初步提取的機理是：第一，某些兩塊相交的三角面片之間，存有明顯特征線，且三角面片的邊與特征線的方向一致。第二，特征線上邊的相鄰三角面片的夾角，比平坦處相鄰三角面片夾角小，與三角面片法矢夾角互為補角。因此，當法矢夾角大于某一個用戶設定的閥值時，可認定為：邊的兩頂點為特征點。當某條邊是邊界時，其法矢(法向矢量)夾角可設定為180°，對三角網格的每一邊計算法矢夾角，可初步確定牙齒數(shù)據(jù)的，結構模型中的部分頂點。

302結構模型特征點的二次提?。?/p>

所述二次提取，是指修改僅根據(jù)單個三角面片的法向量，計算獲得牙齒數(shù)據(jù)的，結構模型上的，過度較為激烈點的位置。例如：網格的疏密程度、網格的形狀、網格的范圍等，以便獲得更為理想的特征區(qū)域，提高特征點提取的正確率。

所述二次提取的機理是：由曲面論可知，牙齒的棱線、脊線、曲面交線等曲面的曲率較大。為計算每一頂點的曲率，可在頂點p處，建立曲面s(u，v)＝(u，v，h(u，v))；其中h(u，v)＝au²+buv+cv²，參見圖19所示。假設：p為原點，h軸為曲面在p點的法矢n的方向，u，v相互正交；且在p點的切平面內，(phuv)坐標系由絕對坐標值(oxyz)經如下變換而得。即：o點平移至p點，經旋轉使得z軸與h軸重合，此時u、v可取x、y軸。在曲面上的p點處，存在無數(shù)條主法矢和曲面在p點的法曲率，所述法曲率中的極小值k是曲面在p點的法曲率，法曲率中的極小值k1和極大值k2，稱為主曲率k1和k2，對應曲線的切線方向，分別為m1，m2，稱為主方向，兩者總是互相垂直。曲面在p點的局部形狀，可由darboux結構完全描述，所述darboux結構即為：d(p)＝(p,m1,m2,n,k1,k2)。

303網格頂點法矢計算：

所述網格頂點法矢的計算，是指對傳統(tǒng)的離散曲率進行改進，引入了三角形面積作為加權值，目的是為了更能準確的描述離散曲面的走勢。當然，也有其他加權的替代辦法，例如：周邊三角形的面積、質心距離、頂點角度等。

首先，為得到曲面在p點dardoux結構，需估算出三角面片中，每一頂點p的法矢，參見圖20所示。設pi有m個相鄰頂點，即：vj(1≤j≤m)；相應地pi有m個相鄰頂點vj(1≤j≤m)。當ni為頂點pi處的法矢時，其中nj為tj向外的單位法矢，di,j為pi與vj的距離。因此，每個三角面片的法矢線性疊加為：

其中：vm+1＝v1，式(1)中，未考慮鄰點的分布密度對pi點法矢的影響。當pi鄰點一側密集，另一側稀疏時，法矢方向會發(fā)生偏離。因而，這種算法對三角面片非均勻劃分的條件下，計算精度較低。

其次，單位法矢的加權疊加計算：

其中，di,m+1＝di,1j

設有一個與nj同向的單位力，作用在三角形的內心，在三個頂點處，有反向平行的三個分力，以nj前的權因子為分力大小，則三角形處于力平衡狀態(tài)。nj的這種分解方式，使頂點的法矢過渡比較均勻，降低點密集的狹長三角面片對法矢的影響。

所述牙齒局部三角網格模型的頂點法矢，有兩種計算方法，如圖21所示，分別是：a.法矢線性疊加法；b.單位法矢加權疊加法。圖中,粗線為法矢；細線為三角網格法矢。經過單位化處理，可以看出圖21a法矢偏向密集點處；圖21b法矢方向沒有出現(xiàn)突變的情況。

304主曲率計算:

所述主曲率，是代表曲面過度最激烈的區(qū)域，從而獲得最凹貫通區(qū)域和最凸貫通區(qū)域。主方向的計算：vj(1≤j≤m)在局部坐標系(phuv)下，其坐標值為(uj,vj,hj)，由m個鄰點得到的線性方程組為：

用最小二乘法解此方程組，即求得曲面s(u，v)方程的最小二乘解，就是使得各個鄰點到曲面距離的平方和最小時的解，這種方法在狹長三角面片處存在一種不太理想的情況，即離pi近的點誤差分配多，而離pi遠的點誤差分配少。如果三角片劃分比較均勻，則可避免上述情況的發(fā)生；以三角面片的最小邊長和最大內角為依據(jù)，已經對三角模型進行了優(yōu)化，但是類似圖22的情況仍然存在。本發(fā)明對鄰點采取均勻化處理，如圖22所示，以pi為球心，以最近鄰點vi到pi的距離為半徑作一球面，三角面片形的各邊與球面的交點作為新的鄰點，代入式(3)求解。

由上述曲面的第一，第二基本公式，可得到曲面上pi處的法曲率k，即其中，的根為y1，y2，此時法曲率k就達到它極值k1,k2,對應的主方向為(1，γ1)，(1，γ2)或(-γ1，1)，(-γ2，1)。對曲面s(u，v)，k1,k2.值為

305主曲率的極值判斷：

所述主曲率的極值判斷，就是通過主曲率的極值判斷特征點pi在m1方向以及反向延長線上(參見圖23所示)，與三角形的交點為a、b。在實際空間上，兩線并不相交，是兩線的延長線，在三角面片上的垂直投影與三角形所形成的交點,當pi點主曲率k1的絕對值，大于a、b兩點在m1方向上的k值的絕對值時，則pi點就是在m1方向上的曲率極值點，標示為特征點，a、b點的k值可由vj,vj+1在m1方向上的k1值線性組合求得，該方法同樣適用于k2，可判斷pi方向m2是否為特征點。

由于所述主曲率存在計算誤差，根據(jù)所述極值判斷的特征點，遠遠多于實際所需的特征點，因此需要加入局部誤差的消除因子(lerr)。當比較極值時，用上述局部誤差消除因子(1-lerr)*k1來代替k1；用(1-lerr)*k2來代替k2。因此，pi點主曲率極值比a、b點的k值大到一定程度時，才認為該點是特征點。(lerr)可使用特征點密集的區(qū)域稀疏化，一般取0.05～0.1為宜。為增強大曲率區(qū)域的影響，給每一極值點賦一個曲率權值，所述權值等于主曲率極值的絕對值，若主曲率在兩個方向上均為極值，則取極值的絕對值之和。如果加入整體誤差閥值(gerr)，對每一個曲率極值點，當某一點曲率權值與最大曲率權值的比值小于閥值(gerr)時，則將這一點從特征點序列中去掉，利用閥值(gerr)可以去掉曲率平坦區(qū)域的雜點。

306特征線的自動生成：

所述特征線是指在特征點確定后，需將其分組連接成b-spline特征線。所述特征線的連接算法，是指在三角網格的二重鄰點范圍內進行搜索，如下圖24所示。選一個特征點，作為特征線的起點，沿著特征線的延伸方向，從鄰點中找特征點；若鄰點中沒有特征點，則從二重鄰點中搜索，當二重鄰點中也沒有特征點時，終止此方向的搜索；再從特征線的起點開始，進行反方向搜索，具體步驟如下：

3061第1步：尋找特征線的起點，按順序搜索特征點，若特征點p的鄰點中有兩個特征點q和r,且線段pq和線段rp的夾角大于120度，則p可作為一條特征線的起點，參見上圖24；

3062第2步：尋找特征線的連續(xù)點，以前一點p和當前點q的連線方向為特征線延伸方向，若q的鄰點中有特征點a,b，則qa與pq的夾角小于qb與pq的夾角，將a作為連續(xù)點，被加入該組點序列；若某點(如a點)的鄰點沒有特征點，則在最靠近延伸方向的點x附近，也即a點的二重鄰點，進一步搜索特征點，將最靠近延伸方向的特征點c加入序列；

3063第3步：將起點，連續(xù)點從特征點序列中去除；

3064第4步：尋找特征點的終點，重復第2步、第3步，直至某點的鄰點和二重鄰點中均沒有特征點，該點即為特征線的終點；

3065第5步：判斷特征線的封閉情況，若終點的鄰點或二重鄰點包含起點p,則將這些點序列連成一條封閉b樣的條線；若不包含p點，則特征線不封門，以pr為特征線延伸方向進行反方向搜索，重復第4步將得到連續(xù)點插入起點前作為新的起點；

3066第6步：重復第1～5步連接所有的特征線；

400牙齒特征信息提取：

401頰面特征線提?。核鲱a面特征線是牙齒數(shù)據(jù)的，結構模型的參數(shù)，用于牙齒數(shù)據(jù)的，結構模型橫向的特征判斷，具體步驟如下：

4011第1步:收集所有特征線信息，并記錄所有特征線的交叉信息，以及經過三角面點的主曲率值；

4012第2步:按照牙頜坐標的y軸正向，或者負向，特征線主曲率值和y軸夾角不超過90°，找到單顆牙齒特征線上的最低點，并向兩邊延展，找到頰面特征點的交點a，如果沒有交叉，最低點即為a點，參見圖24。

4013第3步:沿頰面特征線進行搜索，找到與頜面特征的交叉點b點，參見圖24。

402頜面特征點提?。核鲱M面特征點是牙齒數(shù)據(jù)結構模型的主要參數(shù)，用于牙齒模型垂直向的特征判斷，頜面特征點具體提取步驟如下：

4021第1步:按照牙頜坐標的z軸負向，特征線主曲率值和z軸夾角不超過90°找到頜面特征線。

4022第2步:在頜面特征線上z值最大值的點zmax，并收集zmax-δ的點集，按照主曲率極值，收集到主曲率最大的4個點(圖28、29)。

403頜面特征線的提取：所述頜面特征線是牙齒數(shù)據(jù)的結構模型的參數(shù)，用于牙齒數(shù)據(jù)的結構模型，在咬合狀態(tài)的特征判斷。

4031第1步.按照牙頜坐標的z軸負向，特征線主曲率值和z軸夾角不超過90°找到頜面特征線(圖30)。

4032第2步.在頜面特征線上z值最大值的點zmin，有可能會收集到多條特征線(圖31)，篩選主流方向，按照與x軸平行即可。

500口腔特征測量：

501擁擠度的測量：

所述擁擠度＝牙弓應有長度-牙弓現(xiàn)有長度，一般分為三度：

i度擁擠，相差2～4mm；

ii度擁擠，相差4～8mm；

iii度擁擠，相差>8mm，通常處于拔牙邊緣，應采取拔牙。

502側切牙間距的測量：

1987年，motakawa提出，下頜左、右側切牙，遠中面間的距離，約等于下頜尖牙、前磨牙的總寬度，用于快速計算前牙的輕微擁擠量。

503下切牙傾斜度的測量

對于下頜切牙傾斜度的分析常常采用tweed分析法，在tweed分析法中，不論錯頜的部位在何處，tweed認為fmia是建立良好面型的重要條件，因此fmia成為矯治追求目標。其中fh-mp(fma)較難用一般正畸方法來改變，參見圖25。

504bolton指數(shù)的測量

bolton指數(shù)＝下頜(6-6)冠寬之和/上頜(6-6)冠寬之和

505前牙排列的測量

5051前牙排列特征，主要通過上前牙(13、12、11、21、22、23)，下前牙(43、42、41、31、32、33)的切牙切緣角體現(xiàn)，參見圖15。所述切牙切緣角的特征，包括：合平面、牙弓曲線、前牙區(qū)牙齒切緣和切緣中點。

5052采用計算機輔助生成下列元素：a)投影到合平面上的六條前牙區(qū)牙齒切緣；b)六個切緣中點與牙弓曲線距離最近的六個點；c)六條過切緣中點的切線lq；d)牙弓曲線上六個點的切線ly。

5053切緣角α＝lq與ly夾角。

506下后牙排列的測量

所述左、右下后牙排列特征＝(dl-ds)/dl；其中，dl為：邊界曲線與牙弓曲線的最長距離，ds為：邊界曲線與牙弓曲線的最短距離；所述邊界曲線為擬合1、2、3、4、5、6六個點，形成的兩條光滑曲線(估計特征值接近1)，參見圖16。

507上后牙排列的測量

所述左、右上后牙排列特征＝(dl-ds)/dl；其中，dl為：中間曲線與牙弓曲線的最長距離，ds為：中間曲線與牙弓曲線的最短距離。所述中間曲線為擬合1、2、3、4四段曲線形成一條光滑曲線，參見圖17。

508咬合關系的測量

1)angel類別：臨床上是以上頜第一后磨牙(16、26、36、46)為標準，參見圖17所述。所述上頜第一后磨牙(16、26)的上頜近中頰尖連線mdlk(用虛線表示)和上頜遠中頰尖連線dblk(用虛線表示)；下頜第一后磨牙(46、36)的近中頰尖連線mdlk(用實線表示)和遠中頰尖dblk連線(用虛線表示)，在牙弓曲線(archformcurve)的弧長上的投影的位置關系，能表示三類情況：即angel氏i類((上牙落后半粒牙屬正常)情況、angel氏ii類(上牙超前半粒牙)情況、angel氏iii類(下牙落后一粒牙)情況。

(1)angel氏i類的測量：

(a)所述上頜尖牙(13)牙尖到同側下頜尖牙(43)牙尖與第一前磨牙(14、44)頰尖連線中點的距離。

(b)上頜第一前磨牙頰尖到同側下頜兩個前磨牙頰尖連線中點的距離。

(c)上頜第二前磨牙頰尖到同側下頜第二前磨牙頰尖與第一磨牙近中頰尖連線中點的距離。

(d)上頜第一磨牙近中頰尖到同側下頜第一磨牙頰溝間的距離。

(e)上頜第二磨牙近中頰尖到同側下頜第二磨牙頰溝間的距離。

(2)angel氏ii類的測量：上頜第一磨牙近中頰尖到同側下頜第二前磨牙頰尖與第一磨牙近中頰尖連線中點的距離。上頜第二磨牙近中頰尖到同側下頜第一磨牙遠中頰尖與第二磨牙近中頰尖連線中點的距離。

(3)angel氏iii類的測量：下頜前磨牙拔除。上頜第二前磨牙頰尖到同側下頜第一磨牙頰溝的距離。

通過上述量化計算，能確定angel氏分類。

509前牙相對位置測量：

前牙相對位置主要用前牙覆蓋和覆合來表示

5091覆蓋(overjet)

所述覆蓋，是指上前牙蓋過下前牙的水平距離。覆蓋的幾何定義：過上頜3-3md連線的中點；垂直于md投影到合平面的線；平行于合平面；到下頜對應牙面的距離。使用到的特征包括：切牙切緣，牙合平面。

所述覆蓋量，為兩個中切牙覆蓋的平均值。

其中，覆蓋量<0為反覆蓋；

覆蓋量＝0為對刃；

0<覆蓋量<＝3mm以內為正常覆蓋；

3<覆蓋量<＝5mm稱為一度深覆蓋；

5<覆蓋量<＝8mm稱為二度深覆蓋；

覆蓋量>8mm稱為三度深覆蓋。

5092個別牙覆蓋：包括上下6組值，上下3-3。

5093覆合(overbite)：

所述覆合，為上下切牙切緣中點在facc曲線上的一段投射長度與下切牙facc曲線總長度之比。

覆合的幾何定義：

過上頜3-3md連線的中點；

平行于合平面獲得a平面；

a平面截取下頜對應牙的facc曲線上半部分的長度l1；

a平面與下頜對應牙的facc曲線無交點，測量facc曲線合點到a平面距離l2；覆合比例＝長度l1/facc曲線長度；開合度＝l2。

使用到的特征包括：切牙切緣，牙合平面，facc曲線。

開合度和覆合比例：均取下頜中切牙覆合的平均值。

l2>5mm,三度開合；

3mm<l2<＝5mm,二度開合；

0mm<l2<＝3mm,一度開合；

l2＝0mm，對刃；

0<覆合比例<＝30％，正常覆合；

30％<覆合比例<＝60％，一度深覆合；

60％<覆合比例<＝90％，二度深覆合；

90％<覆合比例，三度深覆合。

5094個別下切牙覆合：包括上下6組值，上下3-3。