正畸力分析方法及矫治器数字模型优化方法与流程

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1.本技术属于口腔正畸技术领域，具体地，涉及正畸力分析方法及矫治器数字模型优化方法。

背景技术：

2.随着科技的进步与时代的发展，人们对口腔美观与健康的重视程度越来越高，口腔正畸也得到了广泛普及。口腔正畸是针对口腔内的牙齿、骨骼及肌肉等各部分组织的畸形情况进行矫正的手段的统称，如针对牙齿排列不齐情况进行的牙列矫正，针对牙列拥挤情况进行的扩弓操作以及针对上下颌咬合关系畸形进行的咬合诱导训练等。由于不少患者往往同时具有多种不同类型的口腔畸形问题，需要进行联合矫正，因此近些年来已经出现了能够同时进行多种类型的正畸的矫治器，如针对替牙期儿童同时存在牙弓狭窄、萌出牙错位以及由于不良口腔习惯导致的咬合畸形等问题进行联合矫治的咬合诱导矫治器，以及带有引导咬合关系的附件的隐形牙套等产品。
3.上述用于正畸的矫治器，一般使用数字化方法进行设计及制作，为保证正畸效果，在其设计阶段一般需要对正畸效果进行评估，近年来，随着数字化建模精确程度的提高以及数字化仿真技术的发展，人们提出了多种利用数字化技术设计口腔正畸用矫治器，并通过仿真对其正畸效果进行验证的方法。如专利201810163484.x提出了一种用于排齐牙齿的壳状矫治器的设计及制作方法，利用牙齿的数字模型设计壳状矫治器的数字模型，并通过有限元仿真方法获得牙齿佩壳状矫治器后的受力情况；又如专利201380007617.x通过将牙科器具虚拟地放置到一组虚拟牙齿上以判定施加到牙齿上的一个或多个力。
4.然而上述方法并不适用于对具有联合正畸功能的矫治器的正畸效果进行仿真，原因主要在于：首先，上述方法一般基于力-力矩理论，通过线性有限元计算方法计算牙齿受到的壳状矫治器(隐形矫治器)的矫治力及引起的位移，然而对上述咬合诱导矫治器等矫治器的矫治效果的仿真，需要将颌骨纳入到生物力学仿真分析中，以更加精确地确定正畸器械与牙齿、牙龈，牙槽骨、上下颌骨等人体组织之间受到的作用力以及对肌肉等软组织的影响，此类生物力学模型具有复杂的非线性相互作用，因此如果只是简单地利用线性有限元方法进行仿真，无法反映正畸过程中复杂的生物力学反应，以及矫治器与人体组织之间的作用关系；其次，上述方法一般针对树脂材料制成的壳状隐形矫治器对牙齿的施力情况进行仿真，该类矫治器本身硬度较大，且一般单独作用于上颌牙列或下颌牙列，因此一般只需要考虑矫治器稳定地佩戴到牙列以后的施力情况，而对于由软质的硅胶材料制成的咬合诱导矫治器，在将上下颌牙齿咬合进入矫治器的动态佩戴过程中，不同的咬合关系、咬合力等将导致矫治器发生不同的变化，进而导致其对口腔组织产生不同的矫治力分布，因此只进行佩戴完成后的静态仿真将导致仿真结果的较大误差，进而影响对正畸效果的评估。

技术实现要素：

5.为解决上述现有技术中的问题与缺陷，本技术的目的在于提供一种能够精确地获
取矫治器对口腔内各个组织产生的多种类型的正畸力并进行分析的方法，以及基于所获取的上述正畸力对矫治器数字模型进行优化的方法。
6.本技术的一方面提供一种正畸力分析方法，用于分析矫治器对待矫治牙颌所施加的正畸力的分布情况，包括以下步骤：
7.s1：获取待矫治牙颌的动态牙颌数字模型，所述动态牙颌数字模型基于上下颌的实际咬合关系生成；
8.s2：基于所述动态牙颌数字模型生成矫治器数字模型；
9.s3：使用所述动态牙颌数字模型和所述矫治器数字模型对矫治器的佩戴过程进行仿真，基于所述仿真获取所述正畸力的分布情况。
10.进一步地，所述正畸力包括以下矫治力中的至少一种：至少一个牙齿受到的矫治力，上颌颌骨和\或下颌颌骨受到的矫治力，髁突受到的牵引力。
11.进一步地，所述实际咬合关系包括：上下颌在非咬合状态下的相对位置关系、上下颌在咬合状态下的相对位置关系、髁突在咬合过程中的运动参数。
12.进一步地，所述髁突在咬合过程中的运动参数包括髁突在咬合过程中的运动轨迹倾斜角度和/或运动轨迹曲线。
13.进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：
14.s31：设置动态牙颌数字模型和矫治器数字模型的有限元本构参数；
15.s32：设置有限元计算参数；
16.s33：设置佩戴参数的初始值；
17.s34：基于所述有限元计算参数和所述佩戴参数的初始值，通过有限元计算方法对佩戴过程进行仿真，以确定佩戴过程中任意时刻的佩戴参数以及所述正畸力的分布情况。
18.进一步地，所述有限元本构参数包括以下参数中的至少一种：材料参数、单元参数以及模型类型。
19.优选地，所述佩戴参数包括：矫治器数字模型的形态、动态牙颌数字模型的形态、矫治器数字模型与动态牙颌数字模型在佩戴过程中的相对位置关系、髁突在佩戴过程中的运动参数、上下颌在佩戴过程中的咬合力。
20.优选地，所述髁突在佩戴过程中的运动参数包括髁突在佩戴过程中的运动轨迹倾斜角度和/或运动轨迹曲线。
21.优选地，所述上下颌在佩戴过程中的咬合力通过设置在动态牙颌数字模型上的传感器获取。
22.优选地，当所述上下颌在佩戴过程中的咬合力大于人类清醒状态时的最大咬合力极限的平均值时，结束所述仿真。
23.优选地，所述有限元计算方法使用非线性计算方法。
24.优选地，所述有限元计算参数包括：矫治器数字模型与动态牙颌数字模型的接触条件和边界条件。
25.优选地，所述边界条件包括加载速度。
26.优选地，所述加载速度为0.001米/秒～3米/秒；所述有限元计算参数还包括阻尼参数。
27.优选地，所述正畸力的分布情况包括动态牙颌数字模型的至少一个部位所受到的
正畸力的大小及方向。
28.优选地，所述的一种正畸力分析方法，还包括在显示设备上显示仿真过程及正畸力的分布情况的步骤。
29.优选地，所述矫治器用于排齐牙齿、调整上颌和/或下颌的牙弓形态及调整上下颌咬合关系。
30.优选地，所述实际咬合关系通过使用颌架对于待矫治牙颌进行测量获取。
31.本技术的另一方面提供一种矫治器数字模型的优化方法，包括以下步骤：
32.第一步：基于上述正畸力分析方法确定基于当前的矫治器数字模型制造的矫治器在佩戴于上下颌以后产生的正畸力的分布情况；
33.第二步：基于正畸力的分布情况对当前的矫治器数字模型进行优化，得到优化后的矫治器数字模型。
34.本技术的实施例提供的正畸力分析方法及矫治器数字模型优化方法至少具有以下有益效果：
35.(1)本技术的技术方案使用动态牙颌数字模型对矫治器的佩戴过程进行仿真，其中动态牙颌数字模型根据实际咬合关系建立，并将上下颌的不同咬合过程，如开闭口运动、前伸后缩运动、侧方向咬合动作抽象为髁突运动轨迹等参数，使得在对矫治器佩戴过程进行仿真时上下颌的相对运动得到真实的复现，从而提高了有限元仿真结果的可信度；
36.(2)本技术的技术方案改变了现有的口腔正畸器械矫治效果仿真方法中采用的静态的、线性的有限元计算方法，使用动态的、非线性的有限元计算方法计算佩戴过程中任意时刻正畸力的分布情况，通过本方法能够动态地获取矫治器在佩戴过程中对牙颌不同部位所施加的排齐力、扩弓力、牵引力的变化情况以及矫治器形态所发生的变化情况，基于上述信息能够对判断矫治器的矫治效果并进一步优化矫治器设计提供更加丰富的数据支撑；
37.(3)通过设置强制加载速度等强制加载条件，并相应地增加质量阻尼等参数，在提高有限元计算效率的同时避免了高速运动产生的模型结构震荡问题，实现了计算效果与计算精度的平衡。
附图说明
38.图1为一个现有的壳状矫治器的立体图；
39.图2a为一个现有的咬合诱导矫治器的立体图；
40.图2b为一个现有的咬合诱导矫治器的后视图；
41.图2c为一个现有的咬合诱导矫治器的俯视图；
42.图2d为图2c中的咬合诱导矫治器的c-c向剖视图；
43.图2e为图2c中的咬合诱导矫治器的d-d向剖视图；
44.图3为通过颞下颌关节连接起来的上、下颌的示意图；
45.图4a为下颌相对于上颌的运动类型的示意图；
46.图4b为下颌相对于上颌进行开闭口的示意图；
47.图4c为下颌相对于上颌进行前伸和后缩的示意图；
48.图4d为下颌相对于上颌进行侧向滑移的示意图；
49.图5为一个具体的上下颌进行咬合的过程中咬合力随时间的变化曲线；
50.图6为根据本技术实施例的正畸力分析方法的流程图；
51.图7a至图7c为根据本技术的一个具体实施例的进行开口过程的动态牙颌数字模型的示意图；
52.图8为根据本技术的一个具体实施例的建立动态牙颌数字模型的流程图；
53.图9为一个具体的通过颌架获取实际咬合关系的实施方式示意图；
54.图10为一个具体的通过x线头颅侧位片获取实际咬合关系的实施方式示意图；
55.图11为根据本技术实施例的步骤s3的流程图；
56.图12为根据本技术的一个具体实施例的设置边界条件的示意图；
57.图13a至图13d分别示出了在一个具体的佩戴过程的不同阶段矫治器及牙颌形态变化的有限元仿真结果；
58.图14a、图14b分别示出了通过有限元仿真得到的对髁突在佩戴过程中的运动参数设置不同的初始值所产生的不同佩戴效果；
59.图15a至图15c为在一个具体的佩戴过程的不同阶段牙齿及颌骨所受到的正畸力的分布情况的有限元仿真结果；
60.图16为在一个具体的佩戴过程的不同阶段髁突所受到的牵引力的有限元仿真结果。
61.图17为通过有限元仿真得到的增加质量阻尼前后矫治器数字模型的结构震荡对比情况；
62.图18为通过有限元仿真得到的矫治器所使用的不同材料的应力-应变曲线。
具体实施方式
63.以下，基于优选的实施方式并参照附图对本技术进行进一步说明。
64.此外，为了方便理解，放大或者缩小了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本技术的保护范围。
65.单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。
66.在本技术实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本技术实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，本技术的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在本技术的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。
67.本说明书中词汇是为了说明本技术的实施例而使用的，但不是试图要限制本技术。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述术语在本技术中的具体含义。
68.为更好地对本技术的技术方案进行说明，我们首先对用于口腔正畸的矫治器的矫治机理进行阐述。
69.图1示出了一种用于排齐牙列的壳状矫治器，(或被称为隐形矫治器)，主要用于矫正牙齿唇倾、舌倾、扭转等位姿不正问题。如图1所示，壳状矫治器100具有多个容纳牙齿的壳体101，每个壳体101的内壁形成与其对应的牙齿的牙冠部分相同形状的空腔102，多个壳体按照各自对应的牙齿的理想位姿排列以形成u型的齿槽。上述壳状矫治器100的制造材料一般为具有一定硬度及弹性的树脂材料，在将其佩戴到需要矫正的牙列上时，由于部分(或全部)牙齿的位姿与理想位姿存在差异，使得部分/或全部壳体发生形变并产生回复其初始形状的回弹力，上述回弹力作用在位姿不正的牙齿上，将带动牙齿逐渐向理想位姿运动，从而实现矫正牙列不齐的作用。在实际的矫治过程中，为了避免壳状矫治器变形过大，以致对牙齿施加的矫治力过大或使得牙齿运动速度过快，造成各种不适、疼痛，甚至出现骨裂等风险，一般需要将整个矫治周期划分为多个阶段，并分别制造与每个阶段对应的壳状矫治器，以实现牙列从初始排列状态分步地向理想排列状态运动。
70.显然，对上述壳状矫治器佩戴到牙列后牙齿的受力情况等进行计算与仿真，可以提前分析、评估其矫治效果，或对其形状、结构进行进一步的优化。目前可以选择多种计算与仿真方法，例如：可以基于口腔组织的生物力学特性获得牙列在壳状矫治器作用下进行运动的理论计算结果；又如：可以通过有限元仿真手段，分别建立壳状矫治器与牙列的有限元模型并将两者装配在一起，通过有限元计算获得牙齿的受力及运动情况。
71.然而对于一些患者来说，其面临的口腔问题及产生的原因可能是多样且复杂的，例如处于替牙期的儿童可能同时存在乳牙牙位不正、恒牙牙位不正、牙列拥挤、上下颌咬合畸形等问题，导致上述问题的原因包括但不限于牙齿萌出位置错位、由于牙颌骨发育迟缓造成的牙弓宽度不足以及由于口腔的不良习惯造成的肌肉组织位置及发力习惯错误等。显然，单纯用于排齐牙列的壳状矫治器无法应用在这种复杂的口腔正畸操作上。
72.近年来，采用咬合诱导理念的正畸方法及产品已为本领域技术人员所知晓并应用于对儿童进行口腔正畸的操作中，咬合诱导利用早期牙齿、颌骨发育的可塑性，通过多种方向上柔和力的使用，实现牙齿间隙处理及微小移动、乳牙部分磨除、牙弓扩展、上下颌咬合关系调整等操作，阻断各类口腔畸形问题的发展趋势，使口腔各个组织恢复到正常发育轨道，从而在整体上实现“颅、颌、牙、面”功能与美观的协调与平衡。
73.图2a至图2c示出了一个现有的具有咬合诱导矫治功能的矫治器的立体图、后视图及俯视图及，图2d、图2e分别为其c-c方向和d-d方向的剖视图。如图2a至图2e所示，矫治器200包括大致呈u型的外壁210和内壁220以及连接于内壁210与外壁220之间的咬合垫230，更进一步地，外壁210可细分为外壁上部211和外壁下部212，内壁220可细分为内壁上部221和内壁下部222，外壁上部211的内表面、内壁上部221的内表面以及颌垫垫230的上表面形成了容纳上颌牙列的上齿槽240，外壁下部212的内表面、内壁下部222的内表面以及咬合垫230的下表面形成了容纳下颌牙列的下齿槽250。
74.咬合诱导矫治器200的形态被设计为对牙齿施加排齐力以引导牙齿排齐、对上、下颌骨施加扩弓力以进行牙弓扩展，以及对颞下颌关节及附近肌肉进行牵引以调节上、下颌的咬合关系。具体地，如图2c至图2e所示，齿槽的唇、舌侧内表面被设计为与排齐的牙齿的牙冠表面相匹配，从而引导牙齿进行微小移动以排齐；其沿近远中向按照矫治期望达到的牙弓曲线延伸(如图2c中的虚线所示)；同时通过调整咬合垫在不同部位的厚度、倾斜角度等参数，使得上、下齿槽的相对位置关系按照矫治期望的上下颌咬合关系设置。
75.咬合诱导矫治器的制造材料一般为软质的医用硅胶等材料，其受力后容易变形且回弹力与树脂材料相比较小，从而能够更加轻柔地对牙龈、颌骨及口腔内不同部位的软组织施力。
76.与壳状矫治器类似，在设计完成上述咬合诱导矫治器的数字模型后，可以通过有限元仿真的方法对佩戴后的矫治力分布情况进行分析，以评估其预期的正畸效果或进一步优化设计。然而现有的应用于壳状矫治器的有限元仿真计算方法并不适用于对上述咬合诱导矫治器的正畸力分布的仿真与计算，其原因在于对咬合诱导矫治器所产生的正畸力分布情况进行仿真的复杂程度要远远高于壳状矫治器。
77.(1)现有的壳状矫治器矫治效果的有限元仿真方法大多着眼于计算佩戴完成后牙齿受到的矫治力，其原因在于：牙齿的有限元模型一般设为刚性体，壳状矫治器的有限元模型一般设置为弹性模量较大的弹性体，其装配完成后矫治器产生整体形变，且牙列与壳状矫治器两者的相对位置关系与佩戴过程无关，因此对于矫治器装配到牙列的过程一般只简化为理想情况，如在装配过程中限制牙齿矫治器模型在选定节点的全部自由度以及限制矫治器模型在另一些选定节点的除佩戴方向以外的所有方向的自由度，或者在牙齿矫治器模型的每个牙齿形态的部位上随机选若干节点设置为刚性连接等方式。
78.通过上述理想且简化的方式完成装配后，对于装配完成的静态的整合有限元模型一般使用线性计算方法进行有限元仿真。
79.(2)与壳状矫治器不同，咬合诱导矫治器的佩戴过程及对口腔不同部位、组织施加的正畸力更加复杂，不同的咬合过程将导致佩戴后不同的正畸力分布。
80.图3示出了通过颞下颌关节连接起来的上颌、下颌的示意图，图4a至图4c示出了下颌的各种运动形式。如图3及图4a至图4d所示，人体的上颌部分310(一般地，上颌部分310包括上颌颌骨及其上包含的上颌牙列，此外，上颌部分310还包括图中未示出的牙龈、牙周膜等软组织)与下颌部分320(一般地，下颌部分320包括下颌颌骨及其上包含的下颌牙列，此外，下颌部分320还包括图中未示出的牙龈、牙周膜等软组织)通过颞下颌关节连接，颞下颌关节包括关节盘、关节囊及位于其中能够进行转动和平移的髁突330。当下颌部分320受到咬肌、颞肌、翼内肌、翼外肌等不同肌的施力时，即相对于上颌部分310进行各类运动(如图4a至图4d所示出的下颌部分320相对于上颌部分310的开口、闭口、前伸、后缩、侧移等运动)时，与此同时，髁突330也受到牵引进行相应的旋转与平移，从而形成特定的运动轨迹或运动曲线。
81.图5示出了一个具体的上下颌进行咬合的过程中咬合力随时间的变化曲线，如图5所示，在日常生活中，正常咀嚼力在10-25公斤之间，有意识状态下咬合力为25-75公斤。并且在有意识咬合力范围内，由于牙齿受力过大，导致牙周膜疼痛，人体大脑通过神经控制，立刻降低咬合肌肉力，从而避免牙齿、牙龈、牙周膜的损伤。正因为牙周膜具有这种保护性的生理调节功能，才避免了平时牙齿咬东西时可能会遇到的伤害。而夜磨牙属于无意识咬合，人体无法有效调节肌肉力。所以，夜磨牙咬合力可以达到100公斤以上，比白天有意识咬合力更大。
82.考虑到上述上、下颌的连接方式及其在不同咬合过程中的不同运动形式和施加的不同大小的咬合力，以及咬合诱导矫治器的较为柔软的材料特性，使得在佩戴咬合诱导矫治器时，不同的咬合过程(包括但不限于髁突不同的运动轨迹以及各个肌施加的不同大
小的咬合力)所达到的佩戴状态(包括颌骨、牙列进入齿槽的位置、深度以及矫治器各个部分的变形情况等)具有明显的差异，上述差异进而也将导致咬合诱导矫治器对于牙列、颌骨、髁突等部位施加的各类正畸力的分布具有明显不同，并进一步产生不同的正畸效果。
83.通过上述分析可以看到，为了能够对咬合诱导矫治器及实现类似功能的矫治器作用于口腔内各个组织上所产生的正畸力分布情况进行精确的仿真，就需要对现有的有限元仿真方法的模型类型、仿真流程及参数等多个方面进行改进，以使得计算结果更加符合真实的佩戴及矫治情况。
84.为了实现上述目的，本技术实施例的一方面提供一种正畸力分析方法，图6示出了根据本技术实施例的正畸力分析方法的流程图，如图6所示，上述正畸力分析方法包括以下步骤：
85.s1：获取待矫治牙颌的动态牙颌数字模型，所述动态牙颌数字模型基于上下颌的实际咬合关系生成；
86.s2：基于所述动态牙颌数字模型生成矫治器数字模型；
87.s3：使用所述动态牙颌数字模型和所述矫治器数字模型对矫治器的佩戴过程进行仿真，基于所述仿真获取所述正畸力的分布情况。
88.以下结合附图具体说明步骤s1至步骤s3的具体实施方式。
89.步骤s1用于获得将进行口腔正畸的患者的动态牙颌数字模型。
90.现有技术中已经有多种牙颌数字模型的建模方法，可以采用光学扫描、x光/超声成像、ct扫描或核磁共振等方式获取包含牙齿、牙周组织以及颌骨的三维数字模型。上述牙颌数字模型的数据格式和模型整合程度可以根据具体应用需求进行调整，例如：当仅需对牙颌的外观结构进行展示时，可以使用三角面片形成牙齿、牙周组织和颌骨等部位的轮廓，当需要对口腔正畸情况进行有限元仿真时，则需要将上述各个部位进行实体化并赋予其不同的参数以形成牙齿、牙龈、牙周膜、颌骨的有限元模型；又如，可以单独建立上颌牙颌数字模型和下颌牙颌数字模型，以分别用于上颌牙列和下颌牙列的排牙或对壳状矫治器的矫治效果进行仿真，也可以利用一种三维配准技术，将上颌牙颌数字模型和下颌牙颌数字模型按照真实的三维空间中的位置关系放置，从而形成一种“整合”的牙颌数字模型。
91.然而，上述现有技术中的“整合”的牙颌数字模型，其上颌、下颌之间的位置关系往往为固定不变的，其反应的只是对牙颌进行扫描、拍摄的那一时刻上下颌之间的相对位置关系，而无法复现下颌相对于上颌的各种咬合过程。与此不同，在本技术的实施例中，步骤s1所建立的牙颌数字模型是一种能够精确地复现上、下颌咬合过程的动态牙颌数字模型。
92.图7a至图7c示出了根据本技术的一些具体实施例提供的动态牙颌模型复现开口过程的示意图，如图7a至图7c所示，动态牙颌数字模型400包括上颌模型410和下颌模型420；在一些具体的实施例中，可以将上颌模型410和下颌模型420按照不同部位进一步细分为多个上颌牙齿模型411、上颌牙龈模型412、多个下颌牙齿模型421、下颌牙龈模型422以及位于牙龈内未示出的上颌颌骨、下颌颌骨、上颌牙周膜、下颌牙周膜等部分的模型。
93.在一些实施例中，动态牙颌数字模型400还包括适配于工装夹具的上基台模型413以及下基台模型423，以利于后续口腔正畸流程中组装、制造等需求。
94.在一些实施例中，可以分别为上述不同部位的数字模型赋予对应的材质以形成能够用于仿真的有限元模型。显然，在对牙颌受到的正畸力进行有限元仿真时，上述上基台模
型与下基台模型无需转化为有限元模型，且无需参与到有限元仿真中。
95.需要强调的是，在本技术的实施例中，构成动态牙颌数字模型的下颌部分相对于上颌部分的运动受到上下颌实际咬合关系的限制，即：动态牙颌数字模型基于上下颌的实际咬合关系生成，并且在不佩戴任何口腔器械的状态下，其运动过程遵循上下颌实际咬合关系的限制。
96.具体地，在本技术的一些实施例中，上述上下颌的实际咬合关系包括上下颌在非咬合状态下的相对位置关系、上下颌在咬合状态下的相对位置关系、髁突在咬合过程中的运动参数。
97.如图3所示，作为连接上、下颌骨的纽带，颞颌关节能够在口腔内多组肌的控制下进行复杂而灵活的运动以实现各种类型的咬合过程，在进行上述各种类型的咬合的过程中，上下颌的实际咬合关系可以通过上下颌在咬合状态下的相对位置关系(即闭口状态)、上下颌在非咬合状态下的相对位置关系(即不同的开口状态)以及髁突在各种类型的咬合过程中的运动参数进行表征。
98.髁突，又称为髁状突或关节突，是下颌骨的下颌支末端的两个突起，位于颞下颌关节的关节窝内，在下颌相对于上颌进行各种类型的咬合过程中，髁突受到牵引后能够进行大角度、大范围的旋转、平移等运动，对上述运动的运动参数进行记录，就能够精确地获取上下颌实际咬合关系。在本技术的一些具体的实施例中，可以将髁突的运动简化为沿直线的旋转加平移运动，即髁突在咬合过程中的运动参数为髁突在咬合过程中的运动轨迹倾斜角度(上述倾斜角度可以是髁突的运动轨迹直线相对于水平面或上颌的特定测量标志线之间的夹角)；在本技术的另一些具体的实施例中，髁突在咬合过程中的运动参数也可以是髁突在咬合过程中的运动轨迹曲线。
99.仍以图7a至图7c中动态牙颌数字模型400复现开口过程为例，在图中，ax点(以430作为标号)为髁突的等效位置点，在下颌模型420与上颌模型410的相对位置关系逐渐从咬合状态变为非咬合状态的过程中，其带动ax点430沿图中虚线(该虚线与水平线op成固定夹角)平动，同时绕ax点430发生转动，从而完成开口过程。
100.以上示例性地说明动态牙颌数字模型在复现开口过程时所遵循的实际咬合关系，显然，在复现其他类型的咬合过程时，动态牙颌数字模型分别遵循对应的实际咬合关系。
101.图8示出了根据本技术的一个具体实施例的建立动态牙颌数字模型的流程图，如图8所示，可以首先通过对牙颌的石膏模型进行三维扫描，分别建立上颌和下颌的数字模型以及牙颌的整体数字模型，然后，在上述各个数字模型上标定多对定位标志点，使用三维配准技术实现上下颌的配准，并得到上下颌在咬合状态下相对位置关系(步骤s11至步骤s14)。在此基础上，进一步获取上下颌在非咬合状态下的相对位置关系及对应的髁突运动参数，从而确定下颌在各种类型的咬合过程中的运动轨迹，将其绑定到下颌数字模型，即得到基于实际咬合关系生成的动态牙颌数字模型(步骤s15至步骤s17)。
102.在本技术的一些可选的实施例中，可以使用颌架对上下颌在咬合状态下以及在各种非咬合状态下的相对位置关系进行测量。图9示出了一个具体的使用颌架测量上下颌的相对位置关系的示意图，如图9所示，通过颌架500能够测量及记录上下颌在不同咬合状态下的位置、姿态数据以及对应的颞下颌关节的运动数据(图中可以通过测量点530进行髁突的定位)，进一步地，对多个位置的测量数据进行拟合从而得到髁突在上述咬合过程中的运
动参数等数据。
103.在本技术的另一些可选的实施例中，还可以基于x线片等测量手段获取上述数据，图10示出了一个具体的x线头颅侧位片，在上述x线头颅侧位片上能够人工或自动标定多个测量标志点并得到多种测量标志线，通过对多种咬合状态下的x线头颅侧位片进行上述处理，根据上述测量标志点颌测量标志线的变化情况也能够获得实际咬合关系的信息。
104.得到上述实际咬合关系后，需要使用上述实际咬合关系对上下颌进行绑定，在本技术的一些具体的实施例中，基于上述实际咬合关系得到下颌在各种类型的咬合过程中相对于上颌的运动轨迹，然后将上述运动轨迹绑定到下颌数字模型，从而得到基于实际咬合关系生成的动态牙颌数字模型。
105.在本技术的一些具体的实施例中，上述实际咬合关系可以是非可视化的，例如通过一系列的坐标三维坐标及姿态数据表征的下颌在咬合过程中的多个时刻相对于上颌的位姿信息，或以解析的空间三维曲线形式表征的下颌在咬合过程中的运动轨迹信息。
106.在本技术的另一些具体的实施例中，为了更加清晰地对各类咬合过程进行展示，上述实际咬合关系也可以是可视化的，如图7a至图7c所示的动态牙颌数字模型中将髁突以等效的ax点的形式进行可视化地显示，并将实际咬合关系转换为髁突在实际咬合过程中的运动轨迹倾斜角度/或运动轨迹曲线等运动参数以进行可视化地显示。
107.以上通过附图及具体实施方式详细说明了建立动态牙颌数字模型的过程，在获取了动态牙颌数字模型后，在步骤s2中，基于上述动态牙颌数字模型设计生成矫治器的数字模型。其中，与只用来排齐牙齿的壳状矫治器不同，这里的矫治器可以用于排齐牙齿、调整上颌和/或下颌的牙弓形态及调整上下颌咬合关系。
108.例如，在一些优选的实施例中，矫治器可以是前文所描述的咬合诱导矫治器，在通过上下颌咬合的方式完成佩戴后，能够对口腔内不同部位和组织施加不同类型的正畸力，上述正畸力至少包括以下力的其中至少一种：至少一个牙齿受到的矫治力，上颌颌骨和\或下颌颌骨受到的矫治力，髁突受到的牵引力。
109.又如，在另一些优选的实施例中，矫治器可以是一种由佩戴到上颌、下颌的两个壳状矫治器和在壳状矫治器的腭侧设置的拱状加强结构以及在两个壳状矫治器的咬合面或唇颊侧或舌侧设置的成对附件所组合构成的矫治系统，与咬合诱导矫治器类似，这种矫治系统也能够对口腔内不同部位和组织施加不同类型的正畸力，包括其壳状腔体对牙齿施加的矫治力、其拱状加强结构对颌骨施加的扩弓力以及对上下颌进行牵引的成对附件对髁突施加的牵引力。
110.上述矫治器的数字模型可以在医生对患者的动态牙颌数字模型进行诊断并出具处方后，由有经验的建模人员根据上述处方人工或自动/半自动地进行数字化建模。其中一个典型的进行口腔正畸的处方一般包括正畸操作所预期实现的目标(如：排齐的牙列的形态或参数、扩弓后的牙弓的预期宽度、调整后的上下颌的咬合关系等)、为实现上述目标而需要在牙颌的各个部位施加的正畸力的范围、实施正畸操作的周期、在正畸期间每天佩戴矫治器的时长、额外需要进行咬合训练的力度范围等信息。在获得上述处方后，可以由有经验的建模人员根据上述处方对动态牙颌数字模型进行调整以形成正畸操作所预期达到的目标牙颌模型，进一步根据上述目标牙颌模型并结合需要施加的正畸力信息、矫治周期信息等设计一个矫治器数字模型或一组逐渐变化的矫治期数字模型集合。上述基于患者的牙
颌模型和医生处方进行矫治器数字模型设计的方法已为本领域技术人员所知晓，在此不再赘述。
111.通过步骤s1及步骤s2分别获取动态牙颌数字模型及矫治器数字模型后，步骤s3用于对牙颌佩戴矫治器的过程进行仿真，以获得佩戴过程中作用于牙颌不同部位及组织的正畸力的分布情况。其中，在本技术的一些优选的实施例中，基于所述仿真获取的正畸力的分布情况包括动态牙颌数字模型的至少一个部位所受到的正畸力的大小及方向，以及上述正畸力随佩戴过程的变化情况。
112.如前文所分析的，现有的各种对壳状矫治器的矫治效果进行仿真的方法中，对于佩戴/装配过程往往只采用理想化的简单处理，而并不对佩戴/装配过程中由于佩戴角度、速度、施加的咬合力等不同造成的不同的佩戴结果进行仿真，对于单独进行上颌或下颌排牙的壳状矫治器来说，上述简化处理是合理的且并不会对后续的仿真精度造成影响，然而对于较软质的且同时作用于上、下颌的咬合诱导矫治器等正畸器械，如不对佩戴过程中进行更加细致的分析，则将大大增加后续佩戴完成后矫治效果的仿真误差。
113.图11为根据本技术的一些具体的实施例的步骤s3的实施流程，如图11所示，步骤s3进一步包括以下步骤：
114.s31：设置动态牙颌数字模型和矫治器数字模型的有限元本构参数；
115.s32：设置有限元计算参数；
116.s33：设置佩戴参数的初始值；
117.s34：基于所述有限元计算参数和所述佩戴参数的初始值，通过有限元计算方法对佩戴过程进行仿真，以确定佩戴过程中任意时刻的佩戴参数以及所述正畸力的分布情况。
118.步骤s31中设置的有限元本构参数可以包括动态牙颌数字模型和矫治器数字模型的材料参数、单元参数以及模型类型等。本技术的一些实施例中，动态牙颌数字模型的上颌模型和下颌模型可以进一步细分为多个牙齿的模型、软组织(牙龈与牙周膜)的模型以及颌骨的模型，并分别为其设置有限元本构参数。上述预先为数字模型赋予有限元本构参数的流程为本领域技术人员所知晓，下表1、表2分别列出了根据本技术的一些具体实施例的动态牙颌数字模型和矫治器数字模型的部分有限元本构参数的优选的取值范围。
119.表1动态牙颌数字模型的部分有限元本构参数优选取值范围
120.[0121][0122]
表2矫治器的部分有限元本构参数优选取值范围
[0123][0124]
表2示出了一种以液态硅胶为材质的咬合诱导矫治器数字模型的本构参数的取值范围，如前文所述，矫治器也可以是由适配上下颌的一对壳状矫治器、连接于矫治器腭部的拱状加强结构和牵引咬合的附件构成的矫治系统，其中壳状矫治器一般采用树脂类膜片以热压方式制成，拱状加强结构可以使用医用钢、钴铬钼钨、钛合金等金属材料，或较壳状矫治器弹性更佳的高分子材料制成，附件可以与壳状矫治器使用相同材料一体地制成，显然，可以分别对上述不同结构赋予对应的本构参数。
[0125]
步骤s32用于设置有限元计算参数，具体地，有限元计算参数包括矫治器数字模型与动态牙颌数字模型的接触条件和边界条件。
[0126]
在本技术的一些具体的实施例中，可以根据不同部位的有限元模型类型设置接触条件，例如可以将牙齿与咬合诱导矫治器的接触条件设置为刚体与可变形体的面面、线线接触；又如可以将牙龈与咬合诱导矫治器的接触条件设置为可变形体与可变形体的面面、线线接触。本领域技术人员可以根据牙颌模型与矫治器模型的本构参数情况灵活地设置接触条件。
[0127]
步骤s32还用于设置边界条件，在本技术的一些优选的实施例中，如图12所示，可以设置矫治器数字模型600固定，固定动态牙颌数字模型的上颌模型410的五个平动/转动自由度而只释放其沿z轴(垂直方向)的平动自由度；固定动态牙颌数字模型的下颌模型420的四个平动/转动自由度而释放其沿z轴(垂直方向)的平动自由度和沿x轴(水平方向)的平
动自由度。在该边界条件下，动态牙颌数字模型的上颌模型410将垂直向下地进入矫治器，而下颌模型420将在xz平面内平动而无转动地进入矫治器。
[0128]
本领域技术人员可以根据实际佩戴情况灵活地设置边界条件，例如，在本技术的另一些优选的实施例中，还可以进一步释放下颌模型420的自由度，如增加下颌模型420以髁突为中心绕y轴转动的自由度，上述设置能够使动态牙颌数字模型在有限元仿真过程中更加精确地复现开闭口及下颌前伸、后缩等不同的咬合过程。
[0129]
在本技术的另一些优选的实施例中，还可以更进一步释放下颌模型420的自由度，如增加下颌模型420沿y轴平动的自由度，上述设置能够使动态牙颌数字模型在有限元仿真过程中更加精确地复现侧方位咬合的过程。
[0130]
然而，可以理解的是，释放上述多个自由度并不代表上颌模型和下颌模型可以不受约束地相对运动以至于超过颞颌关节活动的限制范围或口腔各部分所受到的生物力学限制条件。为避免上述问题的发生，在本技术的实施例中，可以通过步骤s33设置佩戴参数的初始值以对上颌模型、下颌模型与矫治器数字模型的相对运动进行进一步的约束。
[0131]
具体地，在本技术的一些优选的实施例中，佩戴参数包括矫治器数字模型的形态、动态牙颌数字模型的形态、矫治器数字模型与动态牙颌数字模型在佩戴过程中的相对位置关系、髁突在佩戴过程中的运动参数、上下颌在佩戴过程中的咬合力。以下对各佩戴参数进行详细说明：
[0132]
矫治器数字模型的形态及动态牙颌数字模型的形态：在对佩戴牙颌佩戴矫治器进行仿真的过程中，矫治器数字模型的形态和动态牙颌数字模型的形态的初始值即为在非受力的松弛状态下其各自的三维形态；随着佩戴过程仿真的进行，矫治器及牙颌数字模型的各个部位根据被赋予的材质的不同性质而发生不同程度的应变，对应地产生不同程度的应力。图13a至图13d分别示出了在一个具体的佩戴过程的不同阶段矫治器数字模型600及动态牙颌数字模型的上颌模型410与下颌模型420形态变化的情况，特别地，对于如液态硅胶材质的咬合诱导矫治器，其形态的变化将显著地影响佩戴的最终位置以及在该位置牙颌受到的正畸力。
[0133]
矫治器数字模型与动态牙颌数字模型在佩戴过程中的相对位置关系：在步骤s1的动态牙颌数字模型的生成部分已经介绍了上下颌在非咬合状态下的相对位置关系、上下颌在咬合状态下的相对位置关系，上述相对位置关系体现了未佩戴矫治器时的不同咬合过程。与之类似，在对牙颌佩戴矫治器进行仿真的过程中，矫治器数字模型与动态牙颌数字模型的相对位置关系也在不断的发生变化，显然，其初始值可以如下设置：首先将上颌模型和下颌模型按照上下颌在非咬合状态下的相对位置关系进行定位，再将矫治器数字模型设置于上颌模型与下颌模型之间。
[0134]
髁突在佩戴过程中的运动参数：髁突在佩戴过程中的运动参数(在本技术的一些实施例中，髁突在佩戴过程中的运动参数包括髁突在佩戴过程中的运动轨迹倾斜角度和/或运动轨迹曲线)与髁突在咬合过程中的运动参数也存在类似的对应关系，即：可以将髁突在佩戴过程中的运动参数的初始值设置为与髁突在咬合过程中的运动参数相同，使得髁突在上下颌还未接触到矫治器时沿着与未佩戴矫治器的咬合过程相同的角度或路径运动，然后在上下颌开始接触矫治器后发生运动角度和路径的变化。图14a、图14b分别示出了对髁突430在佩戴过程中的运动参数设置不同的初始值所产生的不同佩戴效果。从图中可以看
出，当设置不同的运动参数的初始值时，上颌模型410所包含的上颌牙列与下颌模型420所包含的下颌牙列进入矫治器数字模型600的上齿槽640与下齿槽650的位置具有显著的差异，并进一步使得上颌模型410与下颌模型420的受力情况具有明显不同。
[0135]
上下颌在佩戴过程中的咬合力：如前面所分析的，上下颌在不同的咬合过程中所产生的咬合力大小是不同的，同样地，在佩戴矫治器的过程中使用不同力度进行咬合，矫治器最终的佩戴位置也会不同。具体地，可以根据医生所出具的处方为咬合力设置合理的范围，例如：对于一种主要用于日间肌肉训练的咬合诱导矫治器，可以将佩戴过程中的咬合力设定在肌肉训练咬合力范围；而对于需要夜间睡眠时也佩戴的矫治器，由于在睡眠期间可能发生多次无意识的咬合佩戴过程，因此将咬合力设定在夜磨牙咬合力范围也是可以接受的。
[0136]
在本技术的一些优选的实施例中，上下颌在佩戴过程中的咬合力可以通过设置在动态牙颌数字模型上的传感器获取。上述传感器是一种能够模拟真实的受力传感器的虚拟传感器，一般置于多个牙齿的面上或者发生咬合的接触面上，当对动态牙颌数字模型的上颌模型和下颌模型施加强制力使其进入矫治器数字模型时，上述传感器即可得到咬合力信息，并进一步根据其是否处于可接受的范围而相应地调整所施加的强制力。
[0137]
通过步骤s31至步骤s33进行模型的本构参数、有限元参数和佩戴参数的初始值后，步骤s34通过有限元计算方法对佩戴过程进行仿真，以确定佩戴过程中任意时刻的佩戴参数以及所述正畸力的分布情况。在本技术的实施例中，矫治器对牙颌各部分所施加的正畸力包括至少一个牙齿受到的矫治力，上颌颌骨和\或下颌颌骨受到的矫治力，髁突受到的牵引力。相应地，正畸力的分布情况具体包括动态牙颌数字模型的至少一个部位所受到的正畸力的大小、方向。在本技术的一些优选的实施例中，上述显示仿真过程及正畸力的分布情况均在显示设备上进行显示，具体地，显示设备可以是台式电脑或笔记本电脑的屏幕、智能平板或智能手机等。
[0138]
图15a至图15c示出了在一个具体的佩戴过程的不同阶段动态牙颌数字模型的上颌模型410所受到的正畸力的分布情况的仿真结果，其中多个长短不同的黑箭头显示了不同部位受到的正畸力的大小及方向；类似地，通过有限元仿真还可以获得下颌部分所受到的正畸力分布情况。图16示出了在一个具体的佩戴过程的不同阶段髁突所受到的牵引力的有限元仿真结果。
[0139]
此外，在本技术的一些实施例中，通过有限元仿真除了可以获取动态牙颌数字模型不同部位所受到的正畸力的大小及方向，还可以进一步获取矫治器对牙齿、颌骨等部位施加的力矩情况，例如，根据一个牙齿模型所受到的矫治力，并结合通过测量或理论计算得到的阻抗中心位置，就可以方便地确定施加于该牙齿模型上的力矩。
[0140]
在本技术的一些优选的实施例中，步骤s32中设置的有限元计算参数的边界条件还包括加载条件，具体地，加载条件可以是加载速度，例如可以设置加载速度为0.001米/秒～3米/秒。通过设置上述加载速度条件，能够对以不同速度的咬合进行矫治器佩戴的过程进行模拟，同时适当加快加载速度，能够提升对矫治器佩戴过程进行仿真的计算效率。
[0141]
上述加载速度还可以替换为能够实现同等效果的其他加载条件，例如，在本技术的一些实施例中，加载条件可以是加载位移、加载转动，加载力，肌肉力，以及可以等效为加载速度0.001米/秒～3米/秒的其他加载条件。
[0142]
现有的多种对口腔正畸器械的矫治效果进行有限元仿真的方法，绝大多数仅对于牙齿与正畸器械之间的相互作用进行静态分析，所使用的有限元计算方法为线性计算方法。在本技术的实施例中，所述有限元计算方法使用非线性计算方法，以用于对矫治器佩戴到牙颌的过程进行动态分析。
[0143]
需要注意的是，设置加载速度等加载条件有可能引起矫治器数字模型的结构震荡，导致矫治器形态变化的结果不合理，为此，在本技术的一些优选的实施例中，步骤s32中设置的有限元计算参数还包括阻尼参数，具体地，阻尼参数可以是质量阻尼或其他等效的参数，阻尼参数的作用时间范围在有限元模型时间步长1-1000倍之间。图17示出了一个具体的实施例中增加质量阻尼前后矫治器数字模型的结构震荡对比情况，从图中可以看出，增加质量阻尼能够显著地降低由于结构震荡造成的计算结果的误差。
[0144]
步骤s33所进行的有限元计算的结束条件可以根据设置在动态牙颌数字模型上的受力传感器获取的咬合力信息进行设置，例如，在本技术的一些优选的实施例中，当上下颌在佩戴过程中的咬合力大于人类清醒状态时的最大咬合力极限的平均值时，结束所述仿真。在本技术的另一些优选地实施例中，也可以根据正畸方案中提供的佩戴矫治器的时间段等设定其他仿真结束条件，例如，也可以在咬合力大于人类咀嚼时的最大咬合力(或无意识状态时的最大咬合力)时结束所述仿真。
[0145]
此外，在设置有限元计算的结束条件时，还可以将佩戴过程中佩戴参数的变化情况是否超过人体生物力学限制条件或矫治器的材料限制条件纳入考虑范围。例如，在一些优选的实施例中，如果髁突在佩戴过程中的运动轨迹超出了颞下颌关节所能允许的活动范围，或其受到的牵引力超出其能够承受的极限值，则应结束有限元计算；又如，当至少一个牙齿在佩戴过程中的受力、转矩或移动等超过其能够承受的极限值时，则应结束有限元计算，又如，图18示出了不同的矫治器材料的受力-形变曲线及对应的形变极限，如果佩戴过程中矫治器形态变化超出所使用的材料的形变极限，将发生矫治器的破裂等现象，此时也应停止有限元计算。
[0146]
以上对本技术实施例提供的正畸力分析方法进行了详细的介绍，在一些具体的实施例中，本领域技术人员可以基于上述正畸力分析方法开发正畸力分析系统。具体地，上述正畸力分析系统可以包括存储器和处理器，其中，存储器存储有可在上述处理器上运行的计算机程序，处理器执行上述计算机程序时，可以实现上述正畸力分析方法中的步骤。上述基于特定步骤的正畸力分析方法进行计算机程序的编程以及对应的正畸力分析系统的开发的具体实施方式已为本领域技术人员所熟知。
[0147]
本技术实施例的再一方面提供一种矫治器数字模型优化方法，包括以下步骤：
[0148]
第一步：基于上述正畸力分析方法确定基于当前的矫治器数字模型制造的矫治器在佩戴于上下颌以后产生的正畸力的分布情况；
[0149]
第二步：基于正畸力的分布情况对当前的矫治器数字模型进行优化，得到优化后的矫治器数字模型。
[0150]
具体地，在一些实施例中，可以由有经验的建模人员将有限元仿真获得的矫治器佩戴后在牙颌各个部位产生的正畸力的分布情况与医生开具的处方中预期达到的正畸力进行比较，根据两者的差异对矫治器数字模型的形态、结构、材质等进行优化，并对优化后的矫治器数字模型重新进行佩戴过程的有限元仿真，以使得矫治器佩戴到患者的牙颌上以
后所产生的正畸力分布与预期达到的正畸力相符合。上述根据有限元仿真结果优化矫治器数字模型的方法已为本领域技术人员所知晓，在此不再赘述。
[0151]
与上述正畸力分析系统类似，在一些具体的实施例中，本领域技术人员也可以基于上述矫治器数字模型优化方法开发矫治器数字模型优化系统。具体地，上述矫治器数字模型优化系统可以包括存储器和处理器，其中，存储器存储有可在上述处理器上运行的计算机程序，处理器执行上述计算机程序时，可以实现上述矫治器数字模型优化方法中的步骤。
[0152]
以上对本技术的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本技术权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种正畸力分析方法，用于分析矫治器对待矫治牙颌所施加的正畸力的分布情况，其特征在于，包括以下步骤：s1：获取待矫治牙颌的动态牙颌数字模型，所述动态牙颌数字模型基于上下颌的实际咬合关系生成；s2：基于所述动态牙颌数字模型生成矫治器数字模型；s3：使用所述动态牙颌数字模型和所述矫治器数字模型对矫治器的佩戴过程进行仿真，基于所述仿真获取所述正畸力的分布情况。2.根据权利要求1所述的一种正畸力分析方法，其特征在于，所述正畸力包括以下矫治力中的至少一种：至少一个牙齿受到的矫治力，上颌颌骨和\或下颌颌骨受到的矫治力，髁突受到的牵引力。3.根据权利要求1所述的一种正畸力分析方法，其特征在于，所述实际咬合关系包括：上下颌在非咬合状态下的相对位置关系、上下颌在咬合状态下的相对位置关系、髁突在咬合过程中的运动参数。4.根据权利要求3所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述髁突在咬合过程中的运动参数包括髁突在咬合过程中的运动轨迹倾斜角度和/或运动轨迹曲线。5.根据权利要求1所述的一种正畸力分析方法，其特征在于，所述动态牙颌数字模型和所述矫治器数字模型为数字有限元模型，所述步骤s3进一步包括以下步骤：s31：设置动态牙颌数字模型和矫治器数字模型的有限元本构参数；s32：设置有限元计算参数；s33：设置佩戴参数的初始值；s34：基于所述有限元计算参数和所述佩戴参数的初始值，通过有限元计算方法对佩戴过程进行仿真，以确定佩戴过程中任意时刻的佩戴参数以及所述正畸力的分布情况。6.根据权利要求5所述的一种正畸力分析方法，其特征在于，所述有限元本构参数包括以下参数中的至少一种：材料参数、单元参数以及模型类型。7.根据权利要求5所述的一种正畸力分析方法，其特征在于，所述佩戴参数包括：矫治器数字模型的形态、动态牙颌数字模型的形态、矫治器数字模型与动态牙颌数字模型在佩戴过程中的相对位置关系、髁突在佩戴过程中的运动参数、上下颌在佩戴过程中的咬合力。8.根据权利要求7所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述髁突在佩戴过程中的运动参数包括髁突在佩戴过程中的运动轨迹倾斜角度和/或运动轨迹曲线。9.根据权利要求7所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述上下颌在佩戴过程中的咬合力通过设置在动态牙颌数字模型上的传感器获取。10.根据权利要求7所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：当所述上下颌在佩戴过程中的咬合力大于人类清醒状态时的最大咬合力极限的平均值时，结束所述仿真。
11.根据权利要求5所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述有限元计算方法使用非线性计算方法。12.根据权利要求11所述的一种正畸力分析方法，其特征在于，所述有限元计算参数包括：矫治器数字模型与动态牙颌数字模型的接触条件和边界条件。13.根据权利要求12所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述边界条件包括加载速度。14.根据权利要求13所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述加载速度为0.001米/秒～3米/秒；所述有限元计算参数还包括阻尼参数。15.根据权利要求1所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述正畸力的分布情况包括动态牙颌数字模型的至少一个部位所受到的正畸力的大小和方向。16.根据权利要求1所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：还包括在显示设备上显示仿真过程及正畸力的分布情况的步骤。17.根据权利要求1所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述矫治器用于排齐牙齿、调整上颌和/或下颌的牙弓形态及调整上下颌咬合关系。18.根据权利要求1所述的一种正畸力分析方法，其特征在于：所述实际咬合关系通过使用颌架对于待矫治牙颌进行测量获取。19.一种矫治器数字模型的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：基于权利要求1至18中任一项所述的正畸力分析方法确定基于当前的矫治器数字模型制造的矫治器在佩戴于上下颌以后产生的正畸力的分布情况；第二步：基于正畸力的分布情况对当前的矫治器数字模型进行优化，得到优化后的矫治器数字模型。

技术总结

本申请提供一种正畸力分析方法及矫治器数字模型优化方法，所述正畸力分析方法包括以下步骤：获取待矫治牙颌的动态牙颌数字模型，所述动态牙颌数字模型基于上下颌的实际咬合关系生成；基于所述动态牙颌数字模型生成矫治器数字模型；使用所述动态牙颌数字模型和所述矫治器数字模型对矫治器的佩戴过程进行仿真，基于所述仿真获取所述正畸力的分布情况。本申请提供的正畸力分析方法及矫治器数字模型优化方法，能够更加精确地获取矫治器对待矫治牙颌施加的正畸力分布情况并有针对性地优化矫治器数字模型。治器数字模型。治器数字模型。