反求技术在牙列缺损修复中的应用研究

杨瑶　何念哲　史延枫

【摘 要】本文介绍了运用三维扫描技术反求人体牙列的三维轮廓技术，探讨反求技术在外科手术策划与假体制作中的应用意义。描述了如何通过三维扫描技术获得三维点云数据，应用Geomagic Qualify 对扫描结果的云点进行处理，完成曲面造型以获得牙列表面轮廓三维模型。这些技术为外科手术预演习，复杂骨骼疾病诊断以及临床教学打下基础。

【关键词】反求技术；三维投影光栅扫描仪

0.概述

反求技术是基于实物测量数据的计算机辅助设计，对于外形复杂的如骨骼、牙齿等异形结构，通过三维成像技术进行扫描和测量，获得零件的表面轮廓点云信息，对点云数据进行着色、删除噪点、封装、填充、简化多边形等处理，通过轮廓线的探测和编辑、构造栅格、拟合曲面等曲面造型过程，可得到了表面光滑的三维模型[1]～[2]，此模型在外科手术策划与义齿等假体制作中有较深远的意义。

1.主要设备和材料

三维投影光栅扫描仪，型号为TN3DOMS；Geomagic Qualify逆向软件；实验室提供人的下牙列模型作为实体扫描对象。

2.反求技术运用

反求工程技术根据三维扫描仪的原理不同，可分为接触式和非接触式。接触式测量法包括坐标测量机和层去扫描法；非接触式测量法包括光学测量和超声波测量。

本文采用三维光栅扫描仪和Geomagic Qualify对下牙列进行反求设计，其步骤如下：

2.1三维数据采集

用光学扫描增白剂对下牙列进行增白处理，应用三维投影光栅扫描仪对下牙列进行多维扫描，完成实体的三维初步重建图形（图1），将所得数据转化为云点图并导出，以备进一步处理。在获取数据过程中可能会遇到以下问题：

①选取照明均匀性较好和亮度较高的等作为光源，以减少对图像的条纹质量的影响。

②测量时要外部环境光均匀且强度合适，以提高测得数据的准确性。

③对同一物体表面采用同一型号显影剂且喷涂时尽量均匀。

④有颜色差异的外表都均匀喷涂显影剂，以防测量时出现未识别现象；形状复杂产生的测量盲区应在扫描后采用软件进行修复。

⑤粘贴标记点时应当注意参考点之间的距离应该互不相同，高低尽量错开。

⑥测量摆放物体时应使被测物体被测面正对扫描仪。

2.2三维数据预处理

（1）将三维扫描的云点图导入Geomagic Qualify，对导入点进行着色处理。

（2）删除噪音点、较差的点云边界、坏死点等。

（3）进行全局注册，把所有得到的点集合成一个整体。

（4）把所有的点以三个一组的形式形成面，并连接在一起，生成三角网络面（图2）。

（5）进行多幅拼接，即将两个或者两个以上的云点图进行拼接。

（6）將三角网格面产生的小孔进行填充。

（7）再次进行全局注册和注册分析，使所有的点形成一个整体。

（8）运用松弛、去除特征、编辑边界、简化多边形等技术来优化点云，处理完后导出点云。（图3）。

2.3曲面形成

点云数据处理完成后进入曲面形成阶段，运用Geomagic Qualify软件自动抽取的零件特征、边界转换成轮廓线[3]，运用手动编辑轮廓线，并将其进行延伸和编辑，以达到最好的衔接。根据轮廓线划分的区域称为面板，移动面板使曲面片根据曲面的形状划分均匀，从而得到更光滑的曲面。在每块曲面片内设置规定数目的栅格（图4），依据栅格按照NURBS定义拟合成曲面，得到表面光滑的曲面三维图（图5）。

3.应用

反求技术可在医学领域中得到应用，可运用于复杂的牙列修复手术，通过假牙等假体进行反求，获取三维数据，实现三维模型的重构，通过快速成型技术可直接得到原假牙的复制品，用来代替已经损坏或寿命已到的原假牙等假体。

4.结论

通过对反求技术在牙列缺损修复中应用的研究，发现利用反求技术可以较好地逆向求解得到异形结构体三维数据，为成型技术的运用打下了基础，并为医学运用提供了可靠的支撑，提高了医学技术质量。该项技术具有一定的运用前景。 [科]

【参考文献】

[1]刘亚雄，李涤沉.反求工程和快速成型在计算机辅助外科手术中的应用[J].中国临床康复，2004.8（26）：5546-5547.

[2]杨玉江.异形结构反求技术在生物工程制造领域实验研究[D].成都大学，2012：16-20.

[3]胡影峰.Geomagic Studio软件在逆向工程后处理中的应用[J].制造业自动化，2009，31（9）：137.