申请/专利权人：北京大学口腔医学院

申请日：2022-03-17

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN114587655B

主分类号：A61C7/00

分类号：A61C7/00;A61C7/08;G06F30/23;B29C64/386;B33Y50/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2022.06.24#实质审查的生效;2022.06.07#公开

摘要：本发明公开无托槽隐形矫治器缺牙间隙空泡形态实时拓扑优化方法，解决隐形矫治中现有技术对牙齿的移动实现率低、牙齿倾斜移动的技术问题。本发明设计矫治器模型，预设优化条件，通过三维有限元仿真及拓扑优化获取三维模型数据，设计以获得再设计矫治器模型，再通过三维有限元仿真及拓扑优化获取再设计矫治器模型的三维模型数据以输出优化后矫治器三维模型，进行矫治器加工制作。本发明首创性提出通过改变缺牙间隙处空泡形态来优化力学结果，并引入实时拓扑优化方法使每副矫治器的缺牙间隙处空泡形态均为基于当前步骤中牙齿力学仿真结果实时拓扑优化出的形态，达到力学上理想设计，以获得正畸牙移动的可控性及可预测性。

主权项：1.无托槽隐形矫治器缺牙间隙空泡形态实时拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据拔牙矫治患者临床资料采用计算机设计矫治器模型；步骤2、根据步骤1所设计的矫治器模型，预设优化条件；预设优化条件包括优化目标和优化约束方向，优化目标为使拔牙矫治过程中正畸牙移动与所设计的矫治器模型相一致；优化约束方向包括空泡体积约束、空泡形态美观约束、以及矫治器加工制作工艺约束；步骤3、对矫治器模型进行三维有限元仿真及拓扑优化以获取矫治器模型的三维模型数据；步骤4、根据三维模型数据对矫治器模型进行再设计以获得再设计矫治器模型，根据拓扑优化计算得到的矫治器结果，输出外形数据，结合加工工艺要求利用设计软件完成外形修正，建立矫治器网格模型并替换原始矫治器模型；步骤5、对再设计矫治器模型进行三维有限元仿真及拓扑优化以获取再设计矫治器模型的三维模型数据：步骤6、若再设计矫治器模型的三维模型数据不满足设计要求，则返回步骤3，若再设计矫治器模型的三维模型数据满足设计要求，则将再设计矫治器模型的三维模型数据输出为优化后矫治器三维模型；步骤7、对优化后矫治器三维模型进行修改，若修改后仍不满足使用要求，则返回步骤3；若修改后满足使用要求，即可根据修改后的矫治器三维模型进行矫治器加工制作；在所述步骤2中，预设优化条件时，在牙冠和牙根典型位置，牙冠和牙根典型位置为牙冠牙尖与单根牙的根尖或多跟牙的根分叉处，预制监控点，以牙冠和牙根典型位置位移差为控制指标，设置控制参数，则： （1）其中，为牙齿牙冠和牙根典型位置位移差，Utopi为牙冠特征位置在i方向的位移，Uboti为牙根特征位置在i方向的位移；i为三维不同方向：x向、y向和z向，即沿牙弓弧线的近远中向、垂直于牙弓弧线的颊舌向和垂直向，依据每颗牙的位置分别建立相应坐标系；在所述步骤3中，对矫治器模型进行三维有限元仿真及拓扑优化以获取矫治器模型的三维模型数据时，依据患牙处CT影像数据、材料学参数、载荷约束条件、以及相互作用条件，建立包括牙齿、牙周膜、附件和矫治器整体计算模型；根据拓扑优化的方法，设定优化区域为空泡区域的整体结构，以优化区域的体积为变化量，设置步骤2中的位移差为优化目标，进而利用拓扑优化算法完成初步计算；根据上述条件，建立拓扑优化数学方程： （2）其中，为刚度，V为拓扑优化后剩余体积，为设置的体积保留值，为牙齿牙冠和牙根典型位置位移差，为设置的误差允许值；其中，误差的判定选取单一方向对比或多方向复合值对比；通过上述数学方程，在达到残余体积和位移误差前，一直迭代求解；在所述步骤5中，对再设计矫治器模型进行三维有限元仿真时，替换原模型中的矫治器，建立三维仿真计算模型，利用位移控制参数，评价再设计模型计算结果；并且增加拓扑优化迭代结果与重新设计结果的变化幅度要求； （3）其中，为重新设计后的仿真模型位移差值，为牙齿牙冠和牙根典型位置位移差。

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