口腔义齿桥数字化设计技术研究

摘要

近年来，数字化设计制造技术推动口腔修复治疗向着更加精确、简便和高效的方向发展。义齿桥作为口腔修复科常见的一种修复体，用来恢复缺失牙齿的形态和功能。本文以义齿桥修复体的三维曲面造型设计为研究对象，对义齿桥修复体数字化设计过程中的关键技术：桥体表面构造、连接体表面构造、碰撞检测进行了研究，实现了一个较为完整的义齿桥修复体设计系统。本文的主要研究内容和成果如下：　　（1）研究了桥体表面构造技术。为恢复缺失牙的形态和功能，通过裁剪标准冠的方式生成桥体上表面。由于标准冠没有牙龈面，需要进行桥体龈端面设计，为避免传统等距方法设计龈端面产生的自交问题，提出了一种基于隐式曲面等距生成龈端面的算法。桥体上表面和龈端面间存在着间隙，需要设计过渡曲面。最后通过网格融合算法把桥体上表面、桥体龈端面和过渡曲面缝合成一个整体。　　（2）研究了连接体表面构造技术。传统连接体设计方法是将连接体保存在标准库中，设计时直接调用，存在编辑能力差、效率低的问题。为了解决上述问题，提出了基于截面模板投影生成连接体的算法，通过投影得到连接体两端的曲线，在曲线间利用蒙皮算法生成连接体，然后通过裁剪、缝合算法将固位体、桥体和连接体融合成一体，并计算连接体中间截面的面积，确保连接体具有足够的强度。　　（3）完成义齿桥的设计后，还需要进行虚拟咬合调整咬合面的形态，使桥体与对颌牙之间形成多点接触，增加咀嚼的效率和患者佩戴的舒适性。为了满足虚拟咬合调整过程中干涉检测的实时性要求，提出了基于混合包围盒的碰撞检测算法，可快速求解模型的碰撞区域；根据碰撞检测结果，又研究了模型刺穿深度的计算方法，并通过色阶图的方式来显示深度值，为牙齿修复体设计过程中的调整提供直观的操作依据。　　（4）在上述研究的基础上，基于OpenGL图形库和OpenMesh开源库，开发了一个义齿桥CAD软件系统的原型。

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