本公開涉及力導(dǎo)向圖的配置及其使用，以提高正畸處理中使用的自動生成的透明牙套矯治器（cta）的準(zhǔn)確度。

背景技術(shù)：

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、一些現(xiàn)有的技術(shù)試圖使用機(jī)器學(xué)習(xí)來生成cta設(shè)備，但結(jié)果喜憂參半。因此，需要更好的方法來改進(jìn)cta生產(chǎn)自動化的系統(tǒng)。

2、本公開描述了用于設(shè)計(jì)和使用一個或多個基于力的模型以根據(jù)患者的處理需求定制的方式產(chǎn)生cta的中間階段和最終就位的系統(tǒng)和技術(shù)。這樣的模型被稱為“就位預(yù)測模型”。本公開的力導(dǎo)向圖（fdg）就位預(yù)測技術(shù)可對牙弓中牙齒之間的作用力進(jìn)行建模。每個牙齒可被視為一個節(jié)點(diǎn)，并可承受一種或多種力的施加。在一些具體實(shí)施中，這些力可引起節(jié)點(diǎn)之間的相互作用（即，第一節(jié)點(diǎn)的軌跡或定位可能受到另一節(jié)點(diǎn)的軌跡或定位的影響）。可迭代地移動這些節(jié)點(diǎn)，目的是使這些節(jié)點(diǎn)（例如，牙齒）達(dá)到至少近似平衡的姿態(tài)，其中這些節(jié)點(diǎn)可相對于一些預(yù)定義的參數(shù)（例如，與目標(biāo)構(gòu)型的距離）處于穩(wěn)定構(gòu)型。牙齒的姿態(tài)可包括牙齒的位置和/或取向中的至少一者。在一些具體實(shí)施中，fdg就位可用于生成牙齒的最終就位構(gòu)型。在一些具體實(shí)施中，fdg就位可用于生成一系列牙齒的中間階段（中間構(gòu)型）。最終就位（也稱為最終就位）是處理結(jié)束時患者牙齒的3d牙齒表征（諸如3d牙齒網(wǎng)格或3d點(diǎn)云）的目標(biāo)構(gòu)型。中間就位（也稱為“中間階段”或“中間過渡”）描述了牙齒在處理的若干階段中的一個階段期間的構(gòu)型，在牙齒離開其錯頜姿態(tài)（例如，位置和/或取向）之后且在牙齒達(dá)到其最終就位姿態(tài)之前。

3、在第一方面，描述了一種用于生成正畸矯治處理的就位的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括以下步驟：由一個或多個計(jì)算機(jī)處理器接收患者牙齒的第一數(shù)字表征；使用基于力的預(yù)測模型確定最終就位的一個或多個牙齒移動的預(yù)測，該基于力的預(yù)測模型已經(jīng)被設(shè)計(jì)為預(yù)測最終就位的一個或多個牙齒移動。

4、第一方面可以可選地生成附加輸出。例如，該方法可由該一個或多個處理器產(chǎn)生該最終就位的輸出狀態(tài)。該方法可由該一個或多個計(jì)算機(jī)處理器確定該一個或多個預(yù)測牙齒移動與該一個或多個參考牙齒移動之間的差異。該一個或多個預(yù)測牙齒移動與該一個或多個參考牙齒移動之間的所確定的差異可用于修改或更新該基于力的模型所包括的方程或方程組中的一個或多個項(xiàng)。

5、該方法可由該一個或多個計(jì)算機(jī)處理器基于該一個或多個預(yù)測牙齒移動來生成預(yù)測該患者牙齒的位置和取向的數(shù)字表征。牙齒移動的預(yù)測可由變換來描述（例如，諸如仿射變換矩陣、平移向量、四元數(shù)或一個或多個歐拉角中的一者或多者）。該基于力的預(yù)測模型可預(yù)測牙齒位置和/或牙齒取向信息中的每一者。在一些非限制性示例中，該基于力的預(yù)測模型可基本上同時預(yù)測取向和位置信息。就位預(yù)測模型可預(yù)測牙弓中每個牙齒的就位變換，以將每個牙齒置于最終就位姿態(tài)。該方法可基于該一個或多個參考牙齒移動生成患者牙齒的數(shù)字表征。

6、在第二方面，一種用于生成正畸矯治處理的就位的第二計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法涉及中間過渡預(yù)測。牙齒從錯頜階段到最終階段的中間過渡需要以牙齒不彼此碰撞、牙齒朝向其最終狀態(tài)移動并且牙齒遵循最佳且優(yōu)選地短的軌跡的方式確定準(zhǔn)確的各個牙齒移動。由于每個牙齒具有至少六個自由度，且平均牙弓具有大約十四個牙齒（盡管牙齒數(shù)量可能有所不同），因此找到牙齒從初始階段到最終階段的最佳軌跡是一個大型且復(fù)雜的問題。

7、第二計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法是根據(jù)患者的處理需求定制的（例如，由臨床醫(yī)生指定，該臨床醫(yī)生可包括技術(shù)人員或醫(yī)療保健專業(yè)人員），并且被描述為包括以下步驟：接收患者牙齒的第一數(shù)字表征（和/或指示那些牙齒的錯頜姿態(tài)的變換），以及最終就位的表征（例如，定義牙齒的最終就位姿態(tài)的變換）；以及使用包括基于力的模型的生成器來確定一個或多個中間階段的一個或多個牙齒移動的預(yù)測。換句話說，該基于力的模型可被設(shè)計(jì)為預(yù)測一個或多個中間階段的一個或多個牙齒移動。第二方面還可包括以上參考第一方面描述的任選特征中的一個或多個特征。

8、本文描述了用于自動預(yù)測就位的技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)可提供提高數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確性的優(yōu)點(diǎn)，使得能夠培訓(xùn)新的臨床醫(yī)生生成有效的就位，使得能夠生產(chǎn)定制的就位（例如，與臨床醫(yī)生的規(guī)范對齊和/或與提供的口腔護(hù)理論證的指示對齊），并且在這些就位的制定（例如，中間過渡）中提供增強(qiáng)的數(shù)據(jù)精度的技術(shù)改進(jìn)。

9、在一些具體實(shí)施中，用于就位預(yù)測的力導(dǎo)向圖可被設(shè)計(jì)為有條件地根據(jù)鄰間去釉（ipr）信息執(zhí)行。ipr可應(yīng)用于牙齒，以使得能夠在最終就位中更好地堆疊牙齒。該就位模型可被設(shè)計(jì)為考慮ipr量（例如，從牙齒的近中和遠(yuǎn)中側(cè)中的任一側(cè)或兩側(cè)偏移的毫米數(shù)）和/或ipr切割平面（其可與網(wǎng)格布爾運(yùn)算結(jié)合使用以移除牙齒的近中和/或遠(yuǎn)中側(cè)上的材料）。例如，ipr切割平面可用于修改提供給就位預(yù)測模型的一個或多個患者病例的一個或多個牙齒網(wǎng)格。該步驟通過提高數(shù)據(jù)精度來提高就位預(yù)測模型執(zhí)行的準(zhǔn)確性，因?yàn)閺难例X中移除了材料，否則該材料可能導(dǎo)致最終就位中牙齒之間的碰撞（或其他物理相互作用）（并導(dǎo)致訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的噪聲）。在部署完全配置的就位預(yù)測模型之后，ipr可應(yīng)用于試驗(yàn)患者病例，以在病例被接收為就位預(yù)測模型的輸入之前修改牙齒的形狀。在一些情況下，ipr可在正畸度量計(jì)算之前應(yīng)用于患者病例的一個或多個牙齒網(wǎng)格。

10、本文所述的3d口腔護(hù)理表征之所以如此描述，是因?yàn)?維表征目前是最先進(jìn)的。然而，3d口腔護(hù)理表征旨在以非限制性方式使用，以涵蓋3維或更高維度（例如，4d、5d等）的任何表征，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用本文公開的技術(shù)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型以對更高維度的表征進(jìn)行操作。

11、在一些具體實(shí)施中，最終就位可用于至少部分地生成一個或多個中間階段。每個階段可以用于生成透明牙套矯治器。這種矯治器可將患者的牙齒從初始或錯頜姿態(tài)逐步移動到由最終就位表示的最終姿態(tài)。

12、本公開涉及用于生成在正畸處理中使用的變換的方法。這些方法可接收患者牙列的數(shù)字表征（例如，患者牙齒的3d網(wǎng)格），并將力導(dǎo)向圖（fdg）應(yīng)用于牙齒以將牙齒移動到正畸就位姿態(tài)。該方法可計(jì)算牙齒上的物理相互作用的表征（例如，碰撞等），將那些物理相互作用的表征應(yīng)用于牙齒，生成患者的一個或多個牙齒的變換，并將該變換應(yīng)用于牙齒。牙齒之間（或口腔護(hù)理數(shù)據(jù)的其他3d表征之間）的物理相互作用的示例可以使用虛擬彈簧來建模。相互作用可將第一階段的牙齒連接到正畸處理的稍后階段中的同一個牙齒。相互作用可將第一階段的牙齒連接到正畸處理的該第一階段中的不同牙齒。在一些具體實(shí)施中，力可包括兩個或更多個牙齒（或牙列中口腔護(hù)理數(shù)據(jù)的其他3d表征）之間的碰撞相互作用。

13、該方法還可包括基于物理相互作用的表征計(jì)算牙齒的平移或旋轉(zhuǎn)。每個牙齒可由fdg中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)表示，并且力可作用于這些節(jié)點(diǎn)。這些力可使用高斯定律、萬有引力定律、胡克定律、核力或者描述力或力矩中的至少一者的模型（例如，與位移相關(guān)的力矩）來建模。每個牙齒的變換可以是用于正畸矯治器處理的就位變換，其描述了牙齒在處理完成之后或期間的姿態(tài)。

14、在一些具體實(shí)施中，相互作用（例如，彈簧）可被附接到第一牙齒上的第一端點(diǎn)和第二牙齒上的第二端點(diǎn)。端點(diǎn)可定位在以下中的至少一項(xiàng)的近側(cè)：牙冠的表面、牙根的表面、牙冠質(zhì)心、牙根質(zhì)心、牙根阻力中心、牙根力矩中心、牙根面積中心、牙齒接觸點(diǎn)、鄰間表面、器具的至少一部分，或口腔護(hù)理數(shù)據(jù)的至少一個3d表征。

15、本公開的技術(shù)可生成口腔護(hù)理數(shù)據(jù)的3d表征的變換，諸如患者的一個或多個牙齒、數(shù)字橋體牙齒、牙齒塊、牙冠、牙根、牙橋、種植體、咬合塊、附件、托槽、器具、修復(fù)體，或皮質(zhì)骨的至少一部分等。

16、該數(shù)字表征包括各種數(shù)據(jù)，諸如牙齒尺寸、相鄰牙齒之間的距離、牙齒的3d表征、程序參數(shù)、醫(yī)生的偏好、牙齒的位置和取向、牙齒的名稱和分類、牙齒度量以及近中和遠(yuǎn)中ipr值。物理相互作用可在處理相同的或不同的處理階段中的牙齒之間起作用，并且可能涉及與其他口腔護(hù)理數(shù)據(jù)表征的碰撞。

17、計(jì)算設(shè)備包括用于接收正畸處理表征的接口硬件、用于應(yīng)用物理相互作用模型和生成變換的處理電路以及用于存儲處理表征的存儲器單元。

18、該方法使得能夠高效且準(zhǔn)確地生成用于正畸處理的變換，從而改進(jìn)此類處理的計(jì)劃和執(zhí)行。該方法可在一些具體實(shí)施中以近乎實(shí)時的方式使用，諸如在臨床醫(yī)生的辦公室中，在患者等待時使用。