阅读说明：本技术 一种义齿自动设计系统和方法 (False tooth automatic design system and method ) 是由 吴文巍 江晨丽 吴可菲 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种义齿自动设计系统和方法,数据采集装置,用于采集患者口腔数据；无线通信模块,与数据采集装置连接,用于将口腔数据发送至云计算平台；云计算平台,用于从口腔数据提取义齿关键参数形成初始数据模型,对初始数据模型进行修正,确定最终的义齿设计模型；控制终端,分别与无线通信模块、云计算平台以及三维打印装置连接,用于向无线通信模块、云计算平台以及三维打印装置发送启动控制指令,还用于查询和调用云计算平台的义齿设计模型,将义齿设计模型发送给三维打印装置；三维打印装置,用于根据义齿设计模型通过三维打印技术打印义齿。减少设计环节成本、降低昂贵的义齿制作成本,提高义齿制作效率。(The invention provides an automatic design system and method for false teeth, wherein a data acquisition device is used for acquiring oral cavity data of a patient; the wireless communication module is connected with the data acquisition device and used for sending the oral data to the cloud computing platform; the cloud computing platform is used for extracting denture key parameters from the oral cavity data to form an initial data model, correcting the initial data model and determining a final denture design model; the control terminal is respectively connected with the wireless communication module, the cloud computing platform and the three-dimensional printing device, is used for sending a starting control instruction to the wireless communication module, the cloud computing platform and the three-dimensional printing device, is also used for inquiring and calling the denture design model of the cloud computing platform and sends the denture design model to the three-dimensional printing device; and the three-dimensional printing device is used for printing the false tooth according to the false tooth design model by using a three-dimensional printing technology. The cost of the design link is reduced, the expensive manufacturing cost of the false tooth is reduced, and the manufacturing efficiency of the false tooth is improved.)

一种义齿自动设计系统和方法

技术领域

本发明涉及口腔医学领域，尤其涉及一种实现义齿自动设计的系统和方法。

背景技术

义齿是老年群体重要且不可或缺的辅助器具，几乎所有的老人都需要用到，市场需求大。但由于传统方式制作义齿存在“制作成本高、制作周期长、取模制作误差大”的等缺点，经过调研，有80％的老人存在义齿安装和使用的困扰，不仅生活品质受到影响，而且会损害身体健康。

现有义齿制作环节包含：“检查、取模、设计、制作、微整修”五个环节。目前，虽然有口腔扫描设备，可以精确采集患者口腔数据。但在设计阶段，仍需要依托采集到的口腔数据，由人工进行辅助设计。存在如下不足，分别是：

1、标准化程度低。由于不同设计师人工操作设计软件，会存在个人技能、疲劳状况、年龄因素、心理因素、审美理念、现场环境等众多干扰因素，难以做到工艺流程、质量管控的标准化，最终的设计质量不一致。造成义齿成品与佩戴者实际口腔环境匹配度不高。会产生压痛或滑动等问题，使义齿功能受到很大影响。整个制作周期长。

2、工作效率低。设计环节需要耗费人力和时间。根据现状来看，设计一副义齿的时间大约在15-30分钟不等。业内每人每天的设计量已经达到瓶颈。

3、工作强度大。每个患者口腔情况都不相同。因此，每个案例对设计师而言，都要重新设计。每次重新创作，造成设计人员工作强度加大。

4、设计成本高。从硬件上看，需要投入场地、空调、照明、电脑、安全等成本，从人力成本方面，需要支付设计人员招聘、管理、工资报酬、福利等。

发明内容

本发明以上述四个不足为优化对象，将义齿“人工设计”环节，优化为人工智能云计算系统进行自动辅助设计。本发明通过义齿自动设计人工智能算法，依托高速数据传输技术、云计算、物联网等信息技术，建构出一个设计系统，来解优化义齿计算机辅助制造过程中“设计”环节的不足。

一种义齿自动设计系统，包括：

数据采集装置，用于采集患者的口腔数据；

无线通信模块，与数据采集装置连接，用于将口腔数据发送至云计算平台；

云计算平台，用于从口腔数据提取义齿关键参数形成初始数据模型，对初始数据模型进行修正，确定最终的义齿设计模型；

控制终端，分别与无线通信模块以及云计算平台连接，用于对无线通信模块和云计算平台的工作状态进行控制，还用于查询和调用云计算平台的义齿设计模型并输出；

三维打印装置，连接控制终端，控制终端用于控制三维打印装置的工作状态，并将调用的义齿设计模型发送至三维打印装置，三维打印装置用于根据接收到的义齿设计模型通过三维打印技术打印义齿。

进一步的，云计算平台包括：

编码模块，用于对接收的口腔数据形成唯一编号；

数据库，用于预先存储分别对应预设的标准义齿比例值的若干标准义齿模型，标准义齿模型根据提供的关联于义齿的历史数据构建而成；

提取模块，与编码模块连接，用于从口腔数据中提取义齿关键参数；

模型生成模块，与提取模块连接，用于对义齿关键参数进行汇总，并按照预定的算法和格式形成初始数据模型；

修正模块，分别与模型生成模块、数据库连接，用于从数据库提取匹配的标准义齿模型，基于匹配的标准义齿模型的标准义齿比例值对初始数据模型的每一项义齿关键参数进行修正，最终确定义齿设计模型；

存储模块，与修正模块连接，用于存储义齿设计模型。

进一步的，云计算平台还包括：

更新模块，分别与编码模块、模型生成模块、存储模块和数据库连接，用于将口腔数据、初始数据模型以及义齿设计模型作为新的设计案例数据加入数据库(32)中，更新匹配的标准义齿模型。

进一步的，义齿关键参数包括：义齿的接触点、牙齿颜色、周边牙齿曲面度、周边牙齿高度、牙床宽度、软组织定义、牙床长度中每一项的数值、最大值、最小值、标准方差、均值。

进一步的，控制终端还用于查询义齿设计模型，并根据用户自行输入的修改数据生成修改控制命令发送给云计算平台，

云计算平台还包括：

修改模块，与数据库连接，用于根据修改控制命令修改标准义齿模型的标准义齿比例值。

进一步的，无线通信模块为5G无线通信模块。

本发明提供一种义齿自动设计方法，使用前述的一种义齿自动设计系统，包括如下步骤：

步骤A1，数据采集装置采集患者的口腔数据；

步骤A2，无线通信模块将口腔数据发送至云计算平台；

步骤A3，云计算平台从口腔数据提取义齿关键参数形成初始数据模型，对初始数据模型进行修正，确定最终的义齿设计模型；

步骤A4，控制终端对无线通信模块和云计算平台的工作状态进行控制，并查询和调用云计算平台义齿设计模型并输出；

步骤A5，控制终端用于控制三维打印装置的工作状态，并将调用的义齿设计模型发送至三维打印装置，三维打印装置根据接收到的义齿设计模型通过三维打印技术打印义齿。

进一步的，步骤A3具体包括：

步骤A31，对接收的口腔数据形成唯一编号；

步骤A32，数据库预先存储分别对应预设的标准义齿比例值的若干标准义齿模型，标准义齿模型由依据关联于义齿的历史数据构建而成；

步骤A33，从口腔数据中提取义齿关键参数；

步骤A34，对义齿关键参数进行汇总，并按照预定的算法和格式形成初始数据模型；

步骤A35，从数据库提取匹配的标准义齿模型，基于标准义齿模型的标准义齿比例值对初始数据模型的每一项义齿关键参数进行修正，最终确定义齿设计模型；

步骤A36，存储最终确定的义齿设计模型。

进一步的，步骤A3具体还包括：

步骤A37，将口腔数据、初始数据模型以及义齿设计模型作为新的设计案例数据加入数据库中，更新标准义齿模型。

进一步的，步骤A3具体还包括：

步骤A38，控制终端查询义齿设计模型，并根据用户自行输入的修改数据生成修改控制命令发送给云计算平台；

步骤A39，根据修改控制命令修改标准义齿模型的标准义齿比例值。

本发明的有益技术效果是：本发明将医疗系统中以往口腔案例形成标准义齿模型，部署在云计算平台中，由云计算平台自动完成义齿设计，形成义齿设计模型，由三维打印装置将自动形成的义齿设计模型打印出来，使用本系统设计，减少设计环节人力成本,节省服务器所需要的场地建设和设备购置成本,人工设计所需要的环境成本,降低综合成本，提升设计效率，降低工作强度。

附图说明

图1为本发明一种义齿自动设计系统的结构示意图；

图2为本发明实施方式中云计算平台的模块结构示意图。

图3-6为本发明一种义齿自动设计方法步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1-2，本发明提供一种义齿自动设计系统，包括：

数据采集装置(1)，用于采集患者的口腔数据；

无线通信模块(2)，与数据采集装置(1)连接，用于将口腔数据发送至云计算平台(3)；

云计算平台(3)，用于从口腔数据提取义齿关键参数形成初始数据模型，对初始数据模型进行修正，确定最终的义齿设计模型；

控制终端(5)，分别与无线通信模块(2)以及云计算平台(3)连接，用于对无线通信模块(2)和云计算平台(3)的工作状态进行控制，还用于查询和调用云计算平台(3)的义齿设计模型并输出；

三维打印装置(4)，连接控制终端(5)，控制终端(5)用于控制三维打印装置(4)的工作状态，并将调用的义齿设计模型发送至三维打印装置(4)，三维打印装置(4)用于根据接收到的义齿设计模型通过三维打印技术打印义齿。

控制终端(5)对无线通信模块(2)、云计算平台(3)和三维打印装置(4)的工作状态进行控制包括向无线通信模块(2)、云计算平台(3)和三维打印装置(4)发送启动指令。

在分别是口腔数据采集系统即数据采集装置(1)、口腔数据传输系统即无线通信模块(2)/有线通信模块、即云计算平台(3)的义齿AI云设计系统、义齿3D打印系统即三维打印装置(4)和控制系统即控制终端(5)。具体的，数据采集装置(1)是口腔扫描设备，由口腔扫描设备采集患者口腔数据，进入口腔数据传输系统的高速通信传输模块如5G无线通信模块(2)或者千兆网关有线通信模块，本发明有线传输采用千兆宽带，无线传输采用第五代移动通信技术(5G)及以上版本。通过高速传输信道到达公网，传输至即云计算平台(3)。

进一步的，参见图2，云计算平台(3)包括：

编码模块(31)，用于对接收的口腔数据形成唯一编号；

数据库(32)，用于预先存储分别对应预设的标准义齿比例值的若干标准义齿模型，标准义齿模型根据提供的关联于义齿的历史数据构建而成；提取模块(33)，与编码模块(31)连接，用于从口腔数据中提取义齿关键参数；

模型生成模块(34)，与提取模块(33)连接，用于对义齿关键参数进行汇总，并按照预定的算法和格式形成初始数据模型；

修正模块(35)，分别与模型生成模块(34)、数据库(32)连接，用于从数据库(32)提取匹配的标准义齿模型，基于匹配的标准义齿模型的标准义齿比例值对初始数据模型的每一项义齿关键参数进行修正，最终确定义齿设计模型；

存储模块(36)，与修正模块(35)连接，用于存储义齿设计模型。

具体的，标准义齿模型由不同加工场或不同设计师以往的设计案例数据构建而成。具体的，标准义齿比例值是义齿最佳比例值。

口腔数据提取，口腔扫描设备根据其自身功能，会生成患者口腔的原始数据，一般包含：边缘线、接触点、周边牙齿颜色、周边牙齿曲面度、周边牙齿高度、牙床宽度、牙床长度、软组织定义等，算法对原始数据进行关键字段参数提取，形成义齿关键参数。

在云计算平台(3)中，使用Python进行数据特征提取。Python是跨平台计算机程序设计语言，其结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。提取义齿关键参数包括：数值、最大值、最小值、标准方差、均值d等。可以使用以下方法：

data_m＝tooth3D.DataFrame(data_feature)#提取数据；

data_m.columns＝['接触点','牙齿颜色','周边牙齿曲面度','周边牙齿高度'…]#原始数据列标题；

data_f.index＝['数值','最大值','最小值','标准方差','均值'…]#原始数据行标题；

writer＝tooth3D.excel(r'数据来源地址\文件名')#提取路径。

对义齿关键参数进行汇总，并按照预定的算法和格式形成初始数据模型；使用Python进行数据模型生成，形成初始数据模型。可以使用以下算法方法：

data_m.to_excel(定义1，定义2，定义3…)；

writer.save()。

格式为表格格式，表格格式如下：

预先制作关键参数中每一项的标准义齿比例值(也即义齿最佳比例值)，将初始数据模型根据标准义齿比例进行修正，得到计算结果，最后形成设计结果。算法的相关语句参考如下：

workbook＝load_workbook(filename＝'tooth3D.xlsx')；

sheet＝workbook.active；sheet['A4']＝'＝A4*CA4'#CA4是义齿A4项的最佳比例值；

sheet['A5']＝'＝A5*CA5'#C5是义齿A5项的标准义齿比例值；

……

workbook.save(filename＝'tooth3D.xlsx')。

本发明兼顾灵活性，其中，标准义齿比例(也即义齿最佳比例值)可以由不同加工场，或不同设计师的以往设计案例构建而成，对口腔数据进行参数提取后，利用本发明以往案例数据构建而成的标准义齿比例进行自动设计。也可以在使用过程中，自行修改某一类标准义齿模型的标准义齿比例。

进一步的，参见图2，云计算平台(3)还包括：

更新模块(37)，分别与编码模块(31)、模型生成模块(34)、存储模块(36)和数据库(32)连接，用于将口腔数据、初始数据模型以及义齿设计模型作为新的设计案例数据加入数据库(32)中，更新匹配的标准义齿模型。将更新后的标准义齿模型用于下一次义齿设计。

进一步的，义齿关键参数包括：义齿的接触点、牙齿颜色、周边牙齿曲面度、周边牙齿高度、牙床宽度、软组织定义、牙床长度中每一项的数值、最大值、最小值、标准方差、均值。

进一步的，控制终端(5)还用于查询义齿设计模型，并根据用户自行输入的修改数据生成修改控制命令发送给云计算平台(3)，

云计算平台(3)还包括：

修改模块(38)，与数据库(32)连接，用于根据修改控制命令修改标准义齿模型的标准义齿比例值。

进一步的，无线通信模块(2)为5G无线通信模块。

高速无线通信指5G高速传输协议。第五代移动通信技术(英语：5th generationmobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术)，是最新一代蜂窝移动通信技术。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

本发明还可以是有线通信模块，有线通信模块是千兆网关千兆以太网(英语：GbE,Gigabit Ethernet，或1GigE)，是一个描述每秒速率进行以太网帧传输技术的术语，由IEEE802.3-2005标准定义。该标准允许千兆连接。本系统中，高速有线通信选取千兆以太网技术传输，使用千兆网关将口腔扫描设备获得数据流进行传输。

控制终端(5)部署对本系统中的“无线通信模块(2)/有线通信模块、云计算平台(3)、三维打印装置(4)”进行控制。包含：整体和局部启停指令、云计算平台(3)控制指令、故障上报指令、系统版本更新指令、分系统同步指令等。控制终端(5)和操作者有互动界面。

参见图3，本发明还提供一种义齿自动设计方法，其特征在于，使用前述的一种义齿自动设计系统，包括如下步骤：

步骤A1，数据采集装置(1)采集患者的口腔数据；

步骤A2，无线通信模块(2)将口腔数据发送至云计算平台(3)；

步骤A3，云计算平台(3)从口腔数据提取义齿关键参数形成初始数据模型，对初始数据模型进行修正，确定最终的义齿设计模型；

步骤A4，控制终端对无线通信模块和云计算平台的工作状态进行控制，并查询和调用云计算平台(3)义齿设计模型并输出；

步骤A5，控制终端用于控制三维打印装置的工作状态，并将调用的义齿设计模型发送至三维打印装置，三维打印装置根据接收到的义齿设计模型通过三维打印技术打印义齿。

参见图4，进一步的，步骤A3具体包括：

步骤A31，对接收的口腔数据形成唯一编号；

步骤A32，数据库(32)预先存储分别对应预设的标准义齿比例值的若干标准义齿模型，标准义齿模型由依据关联于义齿的历史数据构建而成；

步骤A33，从口腔数据中提取义齿关键参数；

步骤A34，对义齿关键参数进行汇总，并按照预定的算法和格式形成初始数据模型；

步骤A35，从数据库(32)提取匹配的标准义齿模型，基于标准义齿模型的标准义齿比例值对初始数据模型的每一项义齿关键参数进行修正，最终确定义齿设计模型；

步骤A36，存储最终确定的义齿设计模型。

参见图5，进一步的，步骤A3具体还包括：

步骤A37，将口腔数据、初始数据模型以及义齿设计模型作为新的设计案例数据加入数据库(32)中，更新标准义齿模型。将更新后的标准义齿模型用于下一次义齿设计。

参见图6，进一步的，步骤A3具体还包括：

步骤A38，控制终端(5)查询义齿设计模型，并根据用户自行输入的修改数据生成修改控制命令发送给云计算平台(3)；

步骤A39，根据修改控制命令修改标准义齿模型的标准义齿比例值。

在本发明中，由控制终端(5)向无线通信模块(5)、云计算平台(3)、三维打印装置(4)发出启动指令。无线通信模块(5)、云计算平台(3)、三维打印装置(4)完成启动和自检，进入工作状态；

原始口腔数据流通过无线通信模块(5)，将数据进行调制，并发送到所属运营商基站，进入公网。或者采取高速有线方式，经过千兆网关信号调制后进入公网)根据事先约定的地址协议，将数据传送到云计算平台(3)；

通过云计算平台(3)中的接口，将数据流送到“面向行业应用的开发和部署平台”进行解调，并对数据流生成唯一编号，送至人工智能义齿设计算法处理形成义齿设计模型，将义齿设计模型按照事先设定发送给使用者或存储。

除使用控制终端(5)查询和调用云计算平台(3)义齿设计模型，将义齿设计模型发送给三维打印装置(4)之外，使用者还可以通过电脑、手机、PAD、控制屏等客户端的方式，通过公网或虚拟专用网络(VPN)等方式登录云计算平台(3)，进行调阅义齿设计模型的文件，将文件传送至三维打印装置(4)完成义齿打印。

本发明将医疗系统以往口腔案例形成训练集算法，采用人工智能深度学***台(3)中，由云计算平台(3)承担算法运行。当云计算平台(3)接到口腔扫描设备通过高速传输方式传送的患者口腔数据后，由人工智能算法进行自动辅助设计。设计完成后，云平台将设计结果传送到三维打印装置(4)。

本发明将医疗系统中以往口腔案例形成标准义齿模型，部署在云计算平台中，由云计算平台自动完成义齿设计，形成义齿设计模型，由三维打印装置将自动形成的义齿设计模型打印出来，使用本系统设计，减少设计环节人力成本,节省服务器所需要的场地建设和设备购置成本,人工设计所需要的环境成本,降低综合成本，提升设计效率，降低工作强度。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。