基于立体光固化法制作隐形牙齿矫治器的技术研究

　　快速成形(Rapid Prototyping, RP)和逆向工程(Reverse Engineering,RE)技术相结合,应用于生物医疗领域,已成为该领域的重要研究方向之一[124]。正畸治疗目前较多采用的是金属固定矫治器, 其存在以下缺点:1)形状突出,影响仪容; 2)易造成口腔磨损,引起口腔不适;3)影响正常饮食;4)不易清洁牙齿。为此,本文提出一种利用RP技术之一的光固化法快速加工隐形牙齿矫治器的技术。 RP技术特别适用于复杂形状的加工,从而为基于复杂的牙齿形状而设计的隐形牙齿矫治器的制作提供了可行的手段。该矫治器采用不同于传统矫治器的矫正原理, 它对牙齿的矫治不使用托槽和弓丝,又称无弓丝矫治器。它是系列矫治装置,通过不断的小范围牙移动达到牙齿的矫治目的。该矫治器不仅可以控制矫治力的大小, 而且可以控制矫治力作用的时间。不同的阶段某些牙齿可以移动,而另外的牙齿作为支抗,因此该矫治技术的支抗控制较好。

　　与传统固定矫治器相比,它具有以下优点: 1)美观,矫治器为透明材料。对成年患者和某些有心理负担患者或特殊职业患者尤其适用; 2)卫生,可自行取戴,患者口腔卫生和健康得到保证; 3)舒适,矫治器紧贴牙齿,并和牙齿保持一致形态,没有金属矫治器和金属线所引起的口腔磨损和不适,不刺激口腔软、硬组织,患者口感舒适; 4)方便,采用一系列预制矫治器进行矫形,替代了传统的金属矫治器和金属线,减少了病人去医院进行调校的次数。

　　1　基于CT数据的隐形牙齿矫治器的三维建模

　　隐形牙齿矫治器需依据患者的牙齿状况进行个性化设计,因此必须首先实现对牙齿数据的测量。CT是提取人体组织数据的一个非常重要,而且经常使用的手段。

　　1.1　牙列轮廓数据的提取

　　人体不同组织器官在CT图像上表现为不同的灰度级,所以可以对其进行分类显示。Mimics软件是由比利时Materialise公司开发的运行在W indows环境下的高度集成的二维图像处理软件,主要用于处理断层扫描数据。可以将一组CT图片通过格式转换存入Mimics,利用它提供一个可以添加轮廓和删除组织的编辑工具,将牙齿骨骼CT图像提取出来,并将该图像以TXT文本格式输出,即可提取到每层牙列骨骼的层切面数据[5]。

　　1.2　牙列轮廓数据排序

　　经过上述轮廓提取算法提取出的数据点,是以从左到右,从上到下的规则排列顺序的。按照这样的顺序连接数据点时,无法还原轮廓的真实形状。由于每个轮廓的真实形状是一条有向的封闭曲线,所以必须将数据点按照轮廓线的走向进行排序。

　　针对数据点的分布情况,采用空间相邻性排序算法,也称为最近点对排序法[6]。该排序过程实际上是一个搜索的过程,即在原始的边缘数据中选定一个特定的起始点,然后从此起始点开始在原始数据存储区中遍历搜索,选出离该起始点距离最近的一个点,并把起始点数据划入新的结果数据区。然后以刚刚选出的点作为起始点,再次在原始数据存储区中遍历搜索,选出与该点距离最近的点,并把该点划入新的结果数据区。依次搜索,当搜索完成以后,新的结果数据区存储的将是一列空间排列有序的轮廓数据。