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一种牙冠预备体三维数字化模型的就位倒凹检测方法(论文)


第11卷第14期2011年5月 1671—1815(2011)14?3165一04

科学技术与工程
science

VoL 11

No.14

May 20ll

Technology锄d En舀neering

@201l

sci.1kh.En印昏

一种牙冠预备体三维数字化模型的 就位倒凹检测方法
刘思璇
吕培军

孙玉春赵一姣王

勇’

(jE京大学口腔医学院口腔医院口腔计算机应用中心,北京100081)

摘要基于三维扫描和逆向工程技术,研究牙冠预备体就位倒凹的检测及量化方法。在教学用标准牙列石膏模型上,对左 侧上颌第一磨牙进行全瓷冠牙体预备。用牙颌模型三维激光扫描仪获取牙冠预备体三维点云数据,在交互提取牙冠预备体 特征边缘线的基础上建立就位倒凹检测柱面。结果从牙冠预备体三维数字化模型,得到了就位倒凹的量化指标。说明应用逆 向工程软件,初步建立了一种牙冠预备体就位倒凹的定量检测方法。 关键词预备体
牙冠

倒凹

计算机辅助

三维

中图法分类号R783.3;

文献标志码B

良好的牙体预备是牙冠修复的基础…,倒凹是 指牙冠预备体表面存在的影响牙冠修复体就位的 不规则区域拉J,是牙冠预备体的重要评价指标。目 前临床常用的倒凹检测方法为目测方法,此外也有 学者应用牙科模型观测台对牙冠预备体倒凹进行 定性检测"'4 J。随着三维扫描与计算机图形技术发 展,牙冠预备体倒凹的检测从定性观察发展到定量 分析,如一些口腔计算机辅助设计与制作(computer
aided design/computer ajded manufacture

1.1实验材料 三维扫描仪:D700线激光扫描仪(3shape公司, 丹麦),精度为O.02
mm;

北京大学口腔医学院教学用标准牙列石膏 模型; 软件:Imageware 11(EDS公司,美国); 电脑配置:2 GB内存,windows xP操作系统。 1.2模型制备及三维数据获取 操作者在教学用标准牙列石膏模型上,对左侧 上颌第一磨牙进行全瓷冠牙体预备。具体要求包 括∞’6]:去除倒凹,形成良好就位道;预备量在轴面为


CAD/CAM)

系统软件中即可对牙冠预备体倒凹进行定量分析。 本研究拟基于牙冠预备体三维数字化模型,探 讨就位倒凹的检测方法,并建立技术路线,为进一 步开发专用评价软件提供基础。

mm,咬合面(1.5-2)n曲;轴面聚合度为2。~6。;龈
操作者为修复专业硕士,牙体预备前制作硅橡

端形成宽度为1 mm的直角边缘,边缘清晰连续。

1材料与方法

胶Index。按照操作要求№1选择相应钻针,制备深度 指示沟后磨除牙体组织,最后精修完成。 应用D700线激光扫描仪,获得牙冠预备体的

2011年2月18日收到,2月28日修改

国家科技支撑计划课题 (2009BA腮IB02)资助

三维数据,数据文件保存为吼格式备用。
1.3牙冠预备体边缘线提取 牙冠预备体分为咬合面、轴面、肩台(特指龈端 的边缘)三部分,基于点云曲率(curva£ure)变化特 征,采用尖锐边缘识别工具(feature
line—sharp

第一作者简介:刘思璇(1985一),河北保定人,硕士生,研究方向:

数学与计算机技术在口腔医学中的应用。E-瑚il:husil216@ ∞bu.cⅢo
’通讯作者简介:王勇,硕士研究生导师。北京大学口腔医院高级 工程师。E?“lil.kqcadc@bjmu.edu.cn。

edge),交互提取牙冠预备体各部分的边界线,即牙

万方数据

冠预备体特征边缘线.从咬台面至峨端依次为咬合 缘线、肩台内边缘线、肩台外边缘线。 l_4观测长轴确定爰倒凹检刹柱面建立 分别得到肩台外边缘线、咬台缘线的几何中心 点,经过两点建立预备体的观测长轴(图1).以肩台 内边缘线为起始线。观测妊轴方向为拉伸方向.建 立就位倒凹幢涮柱面(图2)。剧2中黄色直线为观 测长轴。

而积,可获得相应的就位倒口面积。

一◆
目4就位倒口提取

2结果
圈2就位d日检月&Ⅲ建立

根据牙冠预备体轴面点云与检测柱面间的相 互关系,可检测牙冠预备体的就位倒凹。 本研究中的阿例牙冠预备体模型,一例无就位 倒凹(图2示);一例有就位倒凹,其就位倒凹面积 为13
588 4

1.5就位倒凹检测 肩台内边缘线与咬合缘线之间的区域为牙冠 预备体的轴面,当牙冠预备体无就位倒凹时.牙冠 预备体的轴面点云应位于检测柱面内部(围2)。若 部分轴面点云位于检测柱面外部,则该牙冠预备体 存在就位倒凹(图3),此时运用布尔运算(B00l鼬n Er晌eti帅).裁剪得到牙冠预备体轴面位于检测柱 面外部的部分(图4),通过计算该部分三角面片的

mm2,圉3、图4所示。

3讨论
3.1牙冠预备体倒凹分析方法 预备体倒凹的存在会影响牙冠修复体的就位

万方数据

14期

刘思璇,等:一种牙冠预备体三维数字化模型的就位倒凹检测方法

目前临床常用的目测方法,评价标准为“目测方法 看到整个边缘完成线而不受任何遮挡”…,如不能 看到完整的边缘完成线,则该牙冠预备体存在倒 凹。也有学者应用牙科模型观测台对牙冠预备体 倒凹进行检测,claudio R[31等在观测台上手工描记 出牙冠预备体的肩台内边缘线及咬合缘线,并垂直 于观测方向观察这两条曲线的相互关系,当HE缘 线遮挡了部分肩台内缘线,则该牙冠预备体存在倒 凹,Heeje等H1应用观测台的方法,基于激光“准直” (coⅡimation)的物理性质,观察激光投照在牙冠预备 体印模表面上所得光线的连续性,若在牙冠预备体 印模表面出现光线不连续的现象,说明该牙冠预备 体存在倒凹。以上的目测方法及观测台方法可对 牙冠预备体倒凹进行定性的检测,预备体的观测方 向为主观确定。 口腔CAD/CAM系统近年来在固定修复中得到 广泛应用,其技术路线为通过获取牙冠预备体三维 数据,经专用软件设计,最后数控切削出所需修复 体,一些系统在专用评价软件中,引入牙冠预备体 倒凹分析模块,其具体计算方法尚不清楚。 本研究以上颌第一磨牙为例,基于三维扫描及 逆向工程技术,可获得牙冠预备体就位倒凹的量化 指标,初步建立了牙冠预备体就位倒凹的量化检测 方法。 3.2观测长轴建立 在临床全瓷冠牙体预备中应去除倒凹,形成良 好就位道,要求就位道方向应与牙体长轴平行,而 牙体长轴为”经过牙冠与牙根中心的一条假象直 线’-[7|。 本研究中以牙冠预备体的肩台外边缘线及咬 合缘线的几何中心点连线,建立观测长轴,以肩台 内边缘线为起始线,观测长轴方向为拉伸方向,建 立倒凹检测柱面,检测所得指标为在观测长轴方向 上妨碍修复体就位的倒凹,并得到该部分面积。在 下一步工作中,可在观测长轴交互调整的基础上, 获得就位倒凹面积最小下的观测长轴方向,进一步 增强观测长轴方向与就位道方向的吻合度。

3.3研究方法的局限性 本研究基于逆向工程软件,初步建立了牙冠预 备体就位倒凹的检测方法,但目前测量过程采用交 互式操作完成,无法自动实现对观测长轴的交互调 整,在今后的研究中应将各功能模块整合,建立自 动化的软件平台,提高测量过程的自动化程度。 本研究以标准牙列模型中的上颌第一磨牙为 对象,建立的试验方法有一定的牙位局限性,将在 下一步工作中探讨如何实现其他牙位(如切牙)观 测长轴确定方法,并将纳入临床预备体模型进行 分析。

4结论
本研究基于逆向工程软件,通过建立就位倒凹 检测柱面,可初步实现对牙冠预备体就位倒凹的定 量检测,而实现观测长轴方向交互调整,以及倒凹 检测方法的灵敏度问题,仍需进一步研究。
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(下转第3171页)

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patients卸d删nted

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EValuating the Occlusion of FuU Crown with
CHEN



Di西tal Method
Yong’

Yong—gang,Lt)Pei_jun,SUN

Yu—chun,ZHAO

Yi.jiao,WANG

(Center 0f C咖put耐∞d Dentis仃y,sch∞l∞d H∞pital 0f StⅧatology,Pekillg Univeni哆,B叫iIlg lO008l,P.R.Cllim)

[Abstnct]
closest

To establish



quantitative method to evaluate the occlusion,based

on

3一D scanning and the iterative
scan-

point(ICP)registration a190一thm,山ree—dimentional se“ng"using
ICP

data of the die and hlll cmwn w鹪coUected by algoritllm.At 1ast,access t}le

ning,and achieving“virtual

registration

quantit砒iVe粕alysis

of

the full crmm occlusal.The function such used in t}le

as“poly—cloud compaIison”and“polygon model一surf如e
route

Area”were

process.ne quaIltitatiVe digital
was

of measuring the occlusion was ste up.r111e method was decided

粕d



case

analysized.The di百tal

methods to measuring t}le quaIltitative description of occlusion is basically set

up a11d laid t}le foundation for evaluating the fhⅡc”own using

di百tal

methods.



Key

words]

3 D l嬲er

scan

occlusion

iterative closest point

岣≯、妒p咕≯、≯‘q—、妒q—、一p吣产、sp、ph嗣净pqp、妒峙≯、p也≯、≯^、≯吣≯、o争吣p、j声吣P、一喝—、譬p吣—、妒吣p、pp吣ph∞户吣,、9p吣p咕—、ppppppp
(上接第3167页) A Preliminary

Method

to Detect Undercut in Tooth Preparation for
on

Crown Based

Three

Dime璐ional DigitaI Model

UU Si—xuan,LO Pei-jun,SUN Yu—chun,ZHAO Yi-jiao,WANG Yong‘
(Center 0f

Co叩uterized

DeInig田,sch∞l锄d H∞pital 0f St蛐谊tology,PekiIlg UIlivefsity,Be玎illg 100081,P.R.ClIi∞)

[Abstract]Tb
scanning aIld rarnic

obtain the quantitative parameter of undercut in tooth preparation for

cro帅,based

on

tlle 3D

reverse

en百neering(RE)technique,tooth

26 in the standard gypsum model was prepared fbr all—ce—

cro们.The

three—dimensional

d咖of

the prepared tooth w邪acquired

by

D700

Scanner.ne feature margin
on

lines were extmcted interactively,and the undercut-detecting sud.ace w鹊established based point clouds analysis,the quantitatiVe

the

ma哂n

lines.By

p啪meter of undercut w鹊obtained.It is


conclused that b鹪ed

on reVerse en一

百neering

software,this study establish tootll preparation

preliminary method to detect undercut in toot}l prepamtion for undercut

cr01釉.

[Key wo“Is]

cr∞m

computer一鹊sisted

three—dimensional

万方数据

一种牙冠预备体三维数字化模型的就位倒凹检测方法
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 刘思璇, 吕培军, 孙玉春, 赵一姣, 王勇, LIU Si-xuan, LU Pei-jun, SUN Yuchun, ZHAO Yi-jiao, WANG Yong 北京大学口腔医学院口腔医院口腔计算机应用中心,北京,100081 科学技术与工程 SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING 2011,11(14)

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引用本文格式:刘思璇.吕培军.孙玉春.赵一姣.王勇.LIU Si-xuan.LU Pei-jun.SUN Yu-chun.ZHAO Yi-jiao.WANG Yong 一种牙冠预备体三维数字化模型的就位倒凹检测方法[期刊论文]-科学技术与工程 2011(14)


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