申请/专利权人：哈尔滨理工大学

申请日：2024-02-04

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN117876605A

主分类号：G06T17/00

分类号：G06T17/00;A61C19/04;A61C13/00;G06T7/00;G06T7/12;G06T7/13;G06T7/33;G06T7/73

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.04.12#公开

摘要：本发明公开了一种基于表面偏离度和凸出度的牙齿预备体误差评价方法，它涉及牙齿预备体评价技术领域，本发明针对由机器人加工的用于牙冠修复的预备体，针对理论牙齿预备体及实际牙齿预备体进行误差评价，技术要点为：理论牙齿预备体与实际牙齿预备体配准至牙齿预备体误差评定坐标系；设定旋转坐标系；设定理论牙齿预备体及实际牙齿预备体评价数据点；理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的偏离度设定、计算及判断；理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面凸出度的设定、计算及判断；本发明以预备体为评价目标，将理论及实际牙齿预备体几何模型进行分割，误差的比较从点到平面再到空间，为牙科医生实际制备的预备体误差评价提供了方法。

主权项：1.一种基于表面偏离度和凸出度的牙齿预备体误差评价方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：步骤一、理论牙齿预备体与实际牙齿预备体配准至牙齿预备体误差评定坐标系：在三维软件中设计得到理论牙齿预备体，以右手定则建立To-TxTyTz理论牙齿预备体坐标系Tw，牙龈与理论牙齿预备体交接处的边界线为龈缘线TL，提取龈缘线TL并等弧长提取在理论牙齿预备体坐标系Tw下的龈缘点坐标序列为TP＝{Tp1,Tp2,Tp3,...,Tpi,...,Tpn}，Tpi＝Txi,Tyi,Tzi为龈缘点坐标序列第i个点在理论牙齿预备体坐标系Tw下的坐标值，i的取值范围为1≤i≤n，Txi为龈缘点坐标序列第i个点在理论牙齿预备体坐标系Tw中的x轴坐标，Tyi为龈缘点坐标序列第i个点在理论牙齿预备体坐标系Tw中的y轴坐标，Tzi为龈缘点坐标序列第i个点在理论牙齿预备体坐标系Tw中的z轴坐标；计算龈缘点坐标序列的重心重心在理论牙齿预备体坐标系Tw下的坐标为以为坐标原点以右手定则建立o-xyz牙齿预备体误差评定坐标系w；使用口腔扫描仪扫描预备后的实际牙齿预备体，以右手定则建立Ro-RxRyR实际牙齿预备体扫描坐标系Rw，牙龈与实际牙齿预备体交接处的边界线为龈缘线RL，提取龈缘线RL；将龈缘线TL和龈缘线RL进行配准，实现实际牙齿预备体与理论牙齿预备体在牙齿预备体误差评定坐标系w中的配准；步骤二、旋转坐标系的设定：利用牙齿预备体误差评定坐标系w的xoz平面和yoz平面将处于牙齿预备体误差评定坐标系w下的理论牙齿预备体被预备表面和实际牙齿预备体被预备表面进行分割，以牙齿预备体误差评定坐标系w的坐标轴o-z轴为旋转轴，每次旋转度，共旋转m次；即，第j次旋转了度，前j次共旋转了度，j∈[0,m]，平面yoz共旋转了90°，整个yoz平面覆盖180°角度范围内的理论牙齿预备体和实际牙齿预备体；平面xoz共旋转了90°，整个xoz平面覆盖了180°角度范围内的理论牙齿预备体和实际牙齿预备体，从而实现了旋转的误差评定坐标系对理论牙齿预备体和实际牙齿预备体的整体分割；其中，误差评定坐标系w第j次旋转后的误差评定坐标系为wj，第j次旋转后xoz和yoz平面标记为平面xozj和平面yozj；第j次旋转后o-x轴、o-y轴和o-z轴标记为轴o-xj、轴o-yj和轴o-zj；特别的是，当j＝0时，w0代表原理论牙齿预备体及实际牙齿预备体误差评定坐标系w；步骤三、理论牙齿预备体及实际牙齿预备体评价数据点的设定：理论牙齿预备体和实际牙齿预备体被牙齿预备体误差评定坐标系wj的xozj平面和yozj平面分割的被预备表面的轮廓曲线用来进行理论牙齿预备体和实际牙齿预备体的误差比较；对于第j次旋转的牙齿预备体误差评定坐标系wj，平面xozj割取的理论牙齿预备体被预备表面的曲线为理论轮廓曲线平面xozj割取的实际牙齿预备体被预备表面的曲线为实际轮廓曲线平面yozj割取的理论牙齿预备体被预备表面的曲线为理论轮廓曲线平面yozj割取的实际牙齿预备体被预备表面的曲线为实际轮廓曲线对于平面xozj割取的理论牙齿预备体被预备表面的曲线为理论轮廓曲线定义理论轮廓曲线的自变量为xj，因变量为zj，定义理论轮廓曲线自变量最小的点的xj坐标值为理论轮廓曲线自变量最大的点的xj坐标值为在xj坐标和xj坐标之间等间距获取b-1个点，引入参数k，k∈[0,b]，第0个点的xj坐标值是第b个点的xj坐标值是第k个点的xj坐标值是即定义域为xj坐标对应的zj坐标的坐标值为理论轮廓曲线上的第k个数据点记为理论轮廓曲线上两相邻的数据点和在自变量xj方向上的距离为对于平面xozj割取的实际牙齿预备体被预备表面的曲线为实际轮廓曲线定义实际轮廓曲线的自变量为xj，因变量为zj，定义实际轮廓曲线自变量最小的点的xj坐标值为实际轮廓曲线自变量最大的点的xj坐标值为在xj坐标和xj坐标之间等间距获取b-1个点，引入参数k，k∈[0,b]，第0个点的xj坐标值是第b个点的xj坐标值是第k个点的xj坐标值是即定义域为xj坐标对应的zj坐标的坐标值为实际轮廓曲线上的第k个数据点记为实际轮廓曲线上两相邻的数据点和在自变量xj方向上的距离为对于平面yozj割取的理论牙齿预备体被预备表面的曲线为理论轮廓曲线定义理论轮廓曲线的自变量为yj，因变量为zj，定义理论轮廓曲线自变量最小的点的yj坐标值为理论轮廓曲线自变量最大的点的yj坐标值为在yj坐标和yj坐标之间等间距获取b-1个点，引入参数k，k∈[0,b]，第0个点的yj坐标值是第b个点的yj坐标值是第k个点的yj坐标值是即定义域为yj坐标对应的zj坐标的坐标值为理论轮廓曲线上的第k个数据点记为理论轮廓曲线上两相邻的数据点和在自变量yj方向上的距离为对于平面yozj割取的实际牙齿预备体被预备表面的曲线为实际轮廓曲线定义实际轮廓曲线的自变量为yj，因变量为zj，定义实际轮廓曲线自变量最小的点的yj坐标值为实际轮廓曲线自变量最大的点的yj坐标值为在yj坐标和yj坐标之间等间距获取b-1个点，引入参数k，k∈[0,b]，第0个点的yj坐标值是第b个点的yj坐标值是第k个点的yj坐标值是即定义域为yj坐标对应的zj坐标的坐标值为实际轮廓曲线上的第k个数据点记为实际轮廓曲线上两相邻的数据点和在自变量yj方向上的距离为步骤四、理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的偏离度设定、计算及判断：定义分割面上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线间的平面偏离度为R2，其具体表示为：对于第j个牙齿预备体误差评定坐标系wj，分割平面xozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的二维偏离度为是第j个牙齿预备体误差评定坐标系wj的分割平面xozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线在xj方向上的偏离度权重，是第j个牙齿预备体误差评定坐标系wj的分割平面xozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线在zj方向上的偏离度权重，是分割平面xozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线各个数据点的xj坐标值差的平方和，表示为是分割平面xozj上理论轮廓曲线上的理论交点的xj坐标值与实际轮廓曲线上的实际交点的xj坐标值平均值的差的平方和，表示为是分割平面xozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线各个数据点的zj坐标值差的平方和，表示为是分割平面xozj上理论轮廓曲线上的理论交点的zj坐标值与实际轮廓曲线上的实际交点的zj坐标值平均值的差的平方和，表示为对于第j个牙齿预备体误差评定坐标系wj，分割平面yozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的二维偏离度为是第j个牙齿预备体误差评定坐标系wj的分割平面yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线在yj方向上的偏离度权重，是第j个误差评定坐标系wj的分割平面yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线在zj方向上的偏离度权重，是分割平面yozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线各个数据点的yj坐标值差的平方和，表示为是分割平面yozj上理论轮廓曲线上的理论交点的yj坐标值与实际轮廓曲线上的实际交点的yj坐标值平均值的差的平方和，表示为是分割平面yozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线各个数据点的zj坐标值差的平方和，表示为是分割平面yozj上理论轮廓曲线上的理论交点的zj坐标值与实际轮廓曲线上的实际交点的zj坐标值平均值的差的平方和，表示为分割面上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线间的平面偏离度的最大值为R2max；引入计数参数s，参数s的作用是记录平面xozj和平面yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的平面偏离度均满足最大偏离度的坐标系的个数，这是量化理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被加工过表面偏离度的重要指标；定义X为理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被加工过表面的偏离度，其具体表示为定义理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被加工过表面偏离度X的最小值为Xmin，s的初值为0；判断理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面偏离度的思路为：由分割面分割出的轮廓曲线上的点判断分割面分割出的轮廓曲线的偏离程度再到被预备表面偏离程度，其具体判断过程如下：a分割面xozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的偏离度是否小于等于最大偏离度R2max的判断：判断是否成立，具体为：若成立，跳转至步骤四b；若不成立，则跳转至步骤四c；b分割面yozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的偏离度是否小于等于最大偏离度R2max的判断：判断是否成立，具体为：若成立，则s＝s+1，跳转至步骤四c；若不成立，则跳转至步骤四c；c判断坐标系wj是否全部已经被判断：判断j＞m是否成立，具体为：若j＞m不成立，说明尚未判断完所有的误差评价坐标系，则继续判断分割面xozj和yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线间的偏离度是否在最大偏离度范围内，令j＝j+1，跳转至步骤四d；若j＞m成立，则说明已经判断完所有的误差评价坐标系，跳转至步骤四f；d计算并判断理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的偏离度：计算并判断理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的偏离度判断X≥Xmin是否成立，判断X≥Xmin是否成立，具体为：若X≥Xmin成立，则跳转至步骤五；若X≥Xmin不成立，则理论牙齿预备体被预备表面及实际牙齿预备体被预备表面的偏离度不合格，该次牙齿预备体精度评价结束，输出该实际牙齿预备体不符合设定要求；步骤五、理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面凸出度的设定、计算及判断：定义分割面的理论轮廓曲线上相邻的两数据点间的曲线凸出度为分割面的实际轮廓曲线上相邻的两数据点间的曲线凸出度为分割面上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线中对应的相邻两点间的曲线凸出度差的绝对值为k,k+1T，具体表示为：对于第j个误差评定坐标系wj，分割平面xozj上理论轮廓曲线的第k个与第k+1个数据点间的曲线凸出度为其中是分割平面xozj上理论轮廓曲线上数据点和数据点之间曲线的长度，是分割平面xozj上理论轮廓曲线上数据点和数据点之间的直线距离；分割平面xozj上实际曲线的第k个与第k+1个数据点间的曲线凸出度为其中是分割平面xozj上实际轮廓曲线上数据点和数据点之间曲线的长度，是分割平面xozj上实际轮廓曲线上数据点和数据点之间的直线距离，分割平面xozj上对应的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线上第k个与第k+1个数据点间的曲线凸出度差的绝对值为分割平面yozj上理论轮廓曲线的第k个与第k+1个数据点间的曲线凸出度为其中是分割平面yozj上理论轮廓曲线上数据点和数据点之间曲线的长度，是分割平面yozj上理论轮廓曲线上数据点和数据点之间的直线距离；分割平面yozj上实际轮廓曲线的第k个与第k+1个数据点间的曲线凸出度为其中是分割平面yozj上实际轮廓曲线上数据点和数据点之间曲线的长度，是分割平面yozj上实际轮廓曲线上数据点和数据点之间的直线距离，分割平面yozj上对应的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线上第k个与第k+1个数据点间的曲线凸出度差的绝对值为设定理论轮廓曲线及实际轮廓曲线上相对应的相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值的最大值为Tmax，同一分割平面上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的凸出度的一致性为Θ，具体表示为h为理论轮廓曲线及实际轮廓曲线上相对应的相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值小于等于Tmax的个数，Θ的最小值为Θmin，h的初始值为0；引入计数参数v，参数v的作用是记录平面xozj和平面yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线上相对应的相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值均满足预期的坐标系的个数，这是量化理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面凸出度的重要指标；定义Η为理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的凸出度的一致性，其具体表示为定义理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的凸出度的一致性Η的最小值为Ηmin，v的初值为0；判断理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的凸出度的一致性的思路为：由分割面分割出的轮廓曲线上的点到分割面分割出的轮廓曲线再到被预备表面，其具体判断过程如下：a分割面xozj上相对应的相邻数据点间曲线凸度差的绝对值在最大值范围内数据点个数判断：判断是否成立，具体为：若成立，则令h＝h+1，跳转至步骤五b；若不成立，则跳转至步骤五b；b是否判断完分割面xozj上的b个理论轮廓曲线及实际轮廓曲线对应的两相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值：判断k＞b-1是否成立，具体为：若k＞b-1不成立，说明尚未判断完分割面xozj上的b个理论轮廓曲线及实际轮廓曲线对应的两相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值，则继续判断理论曲线及实际曲线对应的两相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值是否在最大斜率差的绝对值范围内，令k＝k+1，跳转至步骤五a；若k＞b-1成立，则说明已经判断完分割面xozj上所有理论轮廓曲线及实际轮廓曲线对应的两相邻数据点间凸出度差的绝对值，跳转至步骤五c；c计算并判断分割面xozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的凸出度的一致性：计算分割面xozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线间的凸出度的一致性判断Θ≥Θmin是否成立，具体为：若Θ≥Θmin成立，则h重置为0，跳转至步骤五d；若Θ≥Θmin不成立，则牙齿预备体误差评价坐标系wj的分割面xozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线间的凸出度的一致性不合格，该次分割面轮廓曲线评价结束，跳转到步骤五h；d分割面yozj上相对应的相邻数据点间曲线凸度差的绝对值在最大值范围内数据点个数判断判断是否成立，具体为：若成立，则令h＝h+1，跳转至步骤四e；若不成立，则跳转至步骤四e；e是否判断完分割面yozj上的b个理论轮廓曲线及实际轮廓曲线对应的两相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值：判断k＞b-1是否成立，具体为：若k＞b-1不成立，说明尚未判断完分割面yozj上的b个理论轮廓曲线及实际轮廓曲线对应的两相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值，则继续判断理论轮廓曲线及实际轮廓曲线对应的两相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值是否在最大曲线凸出度差的绝对值范围内，令k＝k+1，跳转至步骤五d；若k＞b-1成立，则说明已经判断完分割面yozj上所有理论轮廓曲线及实际轮廓曲线对应的两相邻数据点间曲线凸出度差的绝对值，跳转至步骤四f；f计算并判断分割面yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的凸出度的一致性：计算分割面yozj上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线间的凸出度的一致性判断Θ≥Θmin是否成立，具体为：若Θ≥Θmin成立，则h重置为0，跳转至步骤五g；若Θ≥Θmin不成立，则牙齿预备体误差评价坐标系wj的分割面yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线间的凸出度的一致性不合格，该次分割面曲线评价结束，跳转到步骤五h；g牙齿预备体误差评价坐标系wj的平面xozj和平面yozj上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的凸出度的一致性均满足预期的个数判断：运行至此步骤，若以上步骤均成立，则v＝v+1，跳转到步骤四h；h是否判断所有误差评价坐标系wj：判断j＞m是否成立，具体为：若j＞m不成立，说明尚未判断完m个牙齿预备体误差评价坐标系，则继续判断下一个牙齿预备体误差评价坐标系各分割面上的理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的凸出度的一致性是否都在期望范围内，令j＝j+1，跳转到步骤五a；若j＞m成立，则说明已经判断完所有的牙齿预备体误差评定坐标系的分割面上理论轮廓曲线及实际轮廓曲线的凸出度的一致性，跳转到步骤五i；i计算并判断理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的凸出度的一致性：计算理论牙齿预备体及实际牙齿预备体被预备表面的凸出度的一致性判断Η≥Ηmin是否成立，具体为：若Η≥Ηmin成立，则输出该牙齿预备体的误差满足要求；若Η≥Ηmin不成立，则理论牙齿预备被预备表面及实际牙齿预备体被预备表面的凸出度的一致性不合格，该次牙齿预备体精度评价结束，输出该实际牙齿预备体不符合设定要求。

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百度查询： 哈尔滨理工大学 一种基于表面偏离度和凸出度的牙齿预备体误差评价方法

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