基于逆向工程的口腔修复CADCAM系统相关技术的研究

基于逆向工程的口腔修复CAD/CAM系统相关技术的研究作者：隋桂芝学位授予单位：中国海洋大学相似文献(10条)1.期刊论文林映.王树杰.宋丽娜.王万春.于艳玲.王燕逆向工程的计算机辅助设计嵌体的研究-口腔材料器械杂志2004,13(2)目的研究口腔修复与计算机辅助设计结合的方法,实现嵌体的计算机辅助设计系统.方法制作修复牙预备体、邻牙、对咬和牙,通过光学测量获得其表面三维形状,输入计算机在基于逆向工程软件surfacer二次开发的口腔固定修复CAD系统进行修复体设计.结果本文以嵌体修复体为例,实现了嵌体曲面重构.结论使用口腔固定修复CAD系统设计嵌体符合口腔修复学和解剖生理学理论,操作简单.2.期刊论文韩景芸.李彦生.褚国民.费仁元基于逆向工程的标准牙冠模型的建立-北京工业大学学报2003,29(2)详细介绍了标准牙冠即理想牙冠的建模过程.标准牙冠是口腔修复专用软件CAD/CAM系统的重要组成部分,它的区域特征、局部可修改性等直接影响到后期医生设计牙齿的质量与效率.在标准牙冠设计中,以逆向工程为技术支持,以模型制备、数据采集、特征提取、曲面重建为技术流程,建立起的28颗标准牙冠的模型,不仅符合中国人的生理特征,而且便于医生的后期编辑,大大提高了义齿设计的效率.3.学位论文刘大峰基于点云的口腔修复体曲面测量与重建基础技术研究及应用2007随着逆向工程在生物医学领域的拓展及应用，CAD/CAM技术在口腔修复学得到了长足的发展，一门新兴的口腔修复工艺开始形成，CAD/CAM系统使口腔修复学从传统手工设计制作步入了口腔修复数字化和自动化时代。本文结合口腔医学临床应用，以口腔修复体三维点云数据测量及其曲面重建关键技术为研究对象，系统研究了口腔修复体从数据获取到三维实体模型重建的相关基础理论、方法及关键技术。本文主要研究内容和创新成果如下：（1）研究了口腔修复体三维点云数据测量技术，提出了基于格雷码和相移组合编码技术的光栅投影式测量方法，自主研发了基于该方法的三维测量系统，并实现了系统的实验标定，应用到口腔修复CAD/CAM系统，实现了修复体数据的高效快速采集。（2）改进了基于聚类的核估计去噪算法，通过定义一个似然函数来反映测量点云数据中任意一点在采样表面上的概率，并利用自适应核尺寸检测并剔除离群点和不同振幅的噪声点，使得处理后的测量点云数据光顺平滑。（3）研究了基于空间划分策略的k近邻搜索算法，并对测量点云数据进行了搜索算法实验分析，提出了基于测量步距的k近邻搜索算法，有效地缩小了k近邻的搜索区域，提高了搜索速度，兼顾邻近点数k的取值，弹性地改变搜索半径，实现了测量点云数据k近邻的最优搜索。（4）提出了基于法向距离的切平面法矢方向调整算法，根据法向距离阈值，调整路径选择的速度，提高了法矢方向调整的效率，并用三次最近距离法解决了法矢传播过程中可能出现的死锁问题，实现了切平面法矢方向的协调一致。（5）采用改进步进立方体等值面抽取算法重建了口腔修复体三维模型，基于双曲线渐近线判别方法，消除了MC算法中的歧义三角片和孔洞，并通过实验发现了立方体边长的最佳取值，提高了算法效率，使重建后的模型效果更为逼真和清晰。（6）结合口腔修复临床需要，开发了DentalCAD系统，并针对具体患者，进行了贴面、烤瓷基底冠、金属全冠修复体以及颌面钛网修复体的重建和设计，在口腔医院的临床应用取得了良好效果。4.期刊论文陈建治.彭红艳.孙桂兰.张琳琳逆向工程技术在重建无牙颌模型中的应用-中华医学美学美容杂志2004,10(4)目的探讨逆向工程技术在重建无牙颌模型中的应用前景,为全口义齿的CAD/CAM开发奠定基础.方法利用逆向工程技术开发出激光线扫描测量仪,对牙列缺失患者的无牙颌模型进行扫描,通过计算机模拟出无牙颌的三维模型.结果建立了无牙颌石膏模型的三维CAD模型,该图像形态清晰,解剖标志明显.结论逆向工程技术能准确重建无牙颌CAD模型,解决了全口义齿CAD/CAM系统中三维建模的技术难题.5.学位论文王乾三角网格模型过渡与孔洞修补算法的研究及应用2007三角网格是一种应用非常广泛的几何模型表达形式，在逆向工程、有限元分析、计算机动画、医学影像三维重建等领域有着非常广泛的应用。在网格模型的获取过程中，往往会产生一些不希望出现的孔洞，这些孔洞的出现一方面影响了模型的外观，另一方面也不利于许多后续处理的进行。同时，在网格模型的处理过程中，网格过渡是一种很重要的编辑和设计方法。本文在对大量国内外相关资料深入研究的基础上，研究了三角网格模型的过渡和孔洞修补算法，并在口腔修复CAD系统中得到了很好的应用。主要内容如下：（1）采用参数曲面与隐式曲面相结合的方法实现了可控制形状的三角网格过渡。将参数曲面滚动球过渡推广到三角网格模型中，提取形状控制点，利用变分隐式曲面建立插值于形状控制点和过渡边界点的隐式曲面，最后将隐式曲面三角网格化并将其与原网格拓扑合并完成三角网格的过渡操作。（2）分析了三角网格孔洞产生的原因并对孔洞进行了分类，针对各种不同的孔洞提出了不同的孔洞修补算法。主要思想是通过交互的方式选择孔洞类型并拾取孔洞边界上的网格顶点，算法自动提取出完整孔洞边界，利用变分隐式曲面插值于边界约束点，求解孔洞填充曲面，最后将隐式曲面三角网格化并将其与原始孔洞边界拓扑合并完成孔洞修补。（3）将上述算法应用到了口腔修复领域：a)将成年男性患者病例的螺旋CT切片数据经医学影像三维重建后，采用三角网格过渡算法实现了上颌骨修复体过渡部分的设计，并利用快速原型和消失模铸造制造出钛网修复体实物，通过模型固位检测，达到了医学临床要求；b)利用三维光学扫描仪获取牙模数据，采用三角网格孔洞修补算法实现了烤瓷冠基底冠环形孔洞的设计，达到了预期的设计要求。6.期刊论文王克强.陈建治.徐永安逆向工程在口腔修复体中的应用-青岛大学学报(工程技术版)2001,16(2)介绍了逆向工程技术在制作口腔修复体中的应用前景,采用三维层析测量机、激光线扫描测量仪分别测量了全口义齿石膏模型和无牙颌石膏模型,经过数据处理,建立了可用于快速制造和数控加工的三维实体CAD模型.分析了逆向工程技术目前在口腔修复体制造应用中存在的问题,探讨了未来的发展方向.7.学位论文吴琳可摘局部义齿支架计算机辅助设计与制作的初步研究2006实验目的：1985年，世界上应用于口腔领域的第一套计算机辅助设计与制作(Computer-aideddesignandmanufacture，CAD/CAM)系统在法国问世，至今这项技术已经成功应用于国内外临床固定修复体的设计与制作中。临床医生利用计算机辅助设计(Computer-aideddesign，CAD)技术，将计算机科学、基础数学、设计理论，加上自身的专业知识、经验、独创能力与计算机图形图像技术、数据库技术有机结合在一起，通过人机对话方式，高速高质地完成最佳的设计方案。利用计算机辅助制作(Computer-aidedmanufacture，CAM)减去了繁琐的取印模、灌模型、制作临时性修复体，减去了许多专门加工义齿所必须的设备和材料。CAD/CAM技术从根本上改变了人们常规的修复观念和修复方式。基于先进制造技术的CAD/CAM工程技术，具有以下特点：经济、高效，修复体更加精确美观，教学上为学生提供技术指导及评价学习效果，临床上为牙体预备提供参考，方便医生与患者之间的交流等。北京大学口腔医学院、卫生部口腔医学计算机应用工程技术研究中心，于2002年开发研制成功具有我国自主知识产权的口腔修复CAD/CAM实验系统，并利用该系统实现了嵌体、全冠和固定桥的CAD，在工业通用数控机床上初步完成了上述修复体的CAM操作，全冠的实验室边缘适合性达到世界上临床公认的标准。但是面向可摘局部义齿的CAD/CAM系统的开发研究相关报告却很少，关于利用国产CAD/CAM系统，进行可摘局部义齿支架的设计与制作，国内还未见相关报道。可摘局部义齿是修复牙列缺损的最常见，应用最广泛的修复方法。据第二次全国健康流行病学抽样调查结果显示：65-74岁(全国城乡)不足28颗占88.43％，不足22颗牙占50.06％。国内庞大的患者群，对传统的修复方法是一个挑战。因此，满足市场需求，顺应时代发展，开发研制新的修复技术对创造更高的社会和经济效益具有重要意义。本研究将初步探讨可摘局部义齿支架的CAD/CAM方法，探索一套可行的技术路线，为开发面向可摘局部义齿的专业化CAD/CAM软件系统，为最终实现将可摘局部义齿的CAD/CAM技术应用于临床奠定基础。准确、快速、完整地获取牙列缺损石膏模型的三维数据是修复体CAD/CAM的重要前提，所得点云结果的好坏直接影响到后续建模的质量和效率。一般固定修复的预备体没有倒凹，扫描范围相对小，扫描方法多采用激光扫描或者激光扫描配合机械接触式扫描代型。对于获取牙颌模型数字信息的方法，学者们进行了各种实验研究，如激光扫描法、激光全息法、立体摄影法、光栅投影法、层析法和CT法等。由于可摘局部义齿的设计必须考虑软硬组织倒凹的特点，所以对可摘局部义齿修复的牙列缺损石膏模型三维数据的完整性要求更加严格。本研究以下颌KennedyⅡ类2亚类牙列缺损为例，分别采用线激光扫描测量法、低能量工业用计算机断层扫描(Industrialcomputedtomography，ICT)法和光栅投影测量法三种方法，获取牙列缺损石膏模型三维数据。数据预处理后，在CAD/CAM软件系统中构建牙列缺损的三维模型，为后续的可摘局部义齿CAD奠定基础。由于可摘局部义齿支架不规则的复杂几何形状和个性化的特点，首先要求系统具有一般几何造型系统的正向设计的基本功能，其次要求该系统具有较强的逆向工程处理能力。在此基础上加入可摘局部义齿支架的专业化功能，形成可摘局部义齿支架设计制造软件。目前，国内外学者们正在致力于研究和开发专门面向可摘局部义齿的CAD/CAM/软件系统，商业化的软件系统尚未见报道。从长远观点看，开发国产软件有利于在日益激烈的竞争中获得自主发展的优先权。本研究利用GeomagicStudio6通用CAD/CAM软件和北京大学口腔医学院与北京航空航天大学联合开发的具有自主知识产权的软件分别完成了KennedyⅡ类2亚类牙列缺损的可摘局部义齿支架的设计，并分别构建了可摘局部义齿支架的CAD模型。对于外形复杂、薄壁的可摘局部义齿支架，用常规铣磨切削材料块的数控加工方法是难以实现的。快速成形技术是一种多学科交叉的新兴技术，其原理是基于离散/堆积成形。本研究应用的是目前快速成形加工技术中比较成熟的方法-液态光敏聚合物选择性固化方法制作出树脂支架，该树脂支架可以作为失模铸造的铸型。实验方法：本研究分为三部分：数据获取、计算机辅助设计与计算机辅助制作。1数据获取分别采用线激光扫描测量法、低能量工业用计算机断层扫描(ICT)法和光栅投影测量法三种方法，获取牙列缺损石膏模型三维数据。1.1材料和设备(1)三维扫描仪：LSH600激光扫描仪(智泰科技公司，台湾)；3DCaM-ega光学三维扫描系统(北京博维恒信科技发展有限公司)；低能量X射线3D-ICT扫描系统(北京航空航天大学现代无损检测技术研究中心)。(2)CAD/CAM软件系统：GeomagicStudio6应用软件(RaindropGeomagic公司，美国)；唐龙CAD/CAM口腔修复系统(北京大学口腔医学院和北京航空航天大学联合开发)。(3)PentiumⅣPC，Windows2000操作系统。1.2牙颌模型预备在标准石膏牙颌模型上制作下颌KennedyⅡ类2亚类缺损模型，缺牙区牙槽嵴表面均匀铺蜡0-5～1mm厚(与传统的石膏模型缺牙区牙槽嵴处理方法相同)。1.3重建牙列缺损三维模型分别应用上述三种扫描仪采集牙列缺损石膏模型数据，相应的数据处理后，在GeomagicStudio6CAD/CAM软件系统中将经数据预处理后得到的高质量点云数据三角形化，形成牙列缺损模型的三维数字模型。2可摘局部义齿支架的CAD本研究分别采用GeomagicStudio6应用软件和国产软件两种软件系统进行支架