医学牙颌石膏模型数字化技术研究

　　在口腔正畸领域，牙颌石膏模型用来记录患者牙颌的实际形态，作为重要医学资料，在患者完成矫治后仍然需要保留很长时间。由于石膏模型体积较大，随着病例的不断积累，石膏模型的存储与管理变得越来越不方便。采用数字化技术把牙颌的石膏模型转化为3维数字模型，可以很好解决牙颌模型的存储与管理问题。此外基于牙颌数字模型，利用计算机图形学的相关技术，可进行计算机辅助医学模型分析，实现对牙齿、牙列、牙弓以及咬合关系的观察与测量，从而避免费时费力的手工操作，同时也能实现某些手工方式难以进行的复杂特征量的测量与分析。

　　1 常用数字化方法

　　目前成熟的数字化方法大致可分为接触式、非接触式和破坏式三类。

　　1.1 接触式方法

　　接触式方法通过探针或触头与被测实体发生接触以获取实体的表面数据，由于测量过程中需要和被测物接触，因此无法获取测头无法触及表面的数据，如内腔结构和牙颌上牙齿间的狭窄缝隙等;此外受机械结构的限制，该方法测量速度较慢。1991年北京医科大学口腔医学院正畸科曾研制过接触式牙颌测量系统[1]，但未见进一步应用的报道。

　　1.2 非接触式方法

　　非接触式数字化方法种类繁多，包括立体摄影法，激光扫描法，莫尔云纹法和CT 法等。

　　(1)立体摄影法

　　立体摄影法根据双目视觉原理，从两个不同角度同步摄取被测物，之后对不同方向的影像数据加以处理，获取被测实体的3维模型。立体摄影技术在面部软组织3维测量中应用广泛，目前主要用于大尺寸实体的数字化。

　　(2)激光扫描法

　　根据激光光源的特点和性质，激光扫描法可分为点激光扫描，线激光扫描和区域激光扫描，其中应用最广的是线激光扫描。激光扫描利用三角测距原理获取实体表面数据，扫描速度快。但对于外形复杂的实体，如牙颌模型，为获取完整的表面数据，需要从不同方向进行多次扫描，并对不同方向的扫描数据进行配准，配准过程会造成一定的精度损失。目前市场上成熟的激光扫描设备种类非常丰富，如MINOLTA公司的vivid900，Cyberware公司的Cyberf/x等等。

　　(3)莫尔云纹法

　　把光栅投影到实体表面，光栅条纹会随着表面的高度起伏发生弯曲和变形，经物体表面反射产生的变形光栅条纹包含了物体的表面形状信息，对变形光栅进行分析即可获得物体的3维外形数据。与激光扫描法类似，对形状复杂实体，该方法很难获得完整的表面数据。

　　(4) CT法

　　CT即计算机断层扫描技术，它采用X线束对被测物体层面进行扫描，获取层面信息，经计算机处理得到断层图像。沿一定方向并按固定间隔依次获取多幅断层图像，进行3维重建后得到实体的3维模型。CT法的主要优点是可在不破坏实物的情况下获取完整的内外表面数据，缺点在于设备成本较高且所需精度不易保证。