Computer-Aided Design of Personalized Occlusal Positioning Splints Using Multimodal 3D Data
作者: Agnieszka Anna Tomaka, Leszek Luchowski, Michał Tarnawski, Dariusz Pojda
分类: cs.CV
发布日期: 2025-04-17 (更新: 2025-08-29)
DOI: 10.1016/j.cviu.2025.104527
💡 一句话要点
提出一种基于多模态3D数据的个性化咬合定位颌垫计算机辅助设计方法
🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 计算机辅助设计 个性化颌垫 多模态3D数据 咬合定位 3D打印
📋 核心要点
- 现有颌垫设计方法缺乏个性化和精确性，难以准确模拟治疗性下颌位置。
- 该方法利用多模态3D数据重建虚拟患者模型，并通过转换矩阵精确表示治疗性下颌位置。
- 实验验证了该方法设计和打印颌垫的几何精度，为个性化颌垫制造奠定基础。
📝 摘要（中文）
本研究旨在验证计算机辅助设计个性化咬合定位颌垫方法的可行性和几何精度。该方法利用转换矩阵表示治疗性下颌位置，由经验丰富的操作者使用从口内扫描、CBCT、3D面部扫描和数字化石膏模型重建的虚拟患者模型来定义该位置。提出了一种生成颌垫的新方法，该方法在治疗位置重现咬合条件，并通过虚拟压花解决表面冲突。描述了使用牙科工具和口内设备获取转换矩阵的过程，并使用轮廓和表面偏差分析评估了设计和打印颌垫的几何精度。该方法支持可重复的、患者特异性的颌垫制造，并为未来的验证研究提供透明的基础，支持多模态图像配准和研究环境中咬合差异的量化。
🔬 方法详解
问题定义：颌垫用于治疗口颌系统疾病，但现有颌垫设计方法难以实现个性化定制，无法精确模拟患者的治疗性下颌位置。传统方法依赖手工调整，耗时且精度有限，难以保证治疗效果。
核心思路：本研究的核心思路是利用多模态3D数据（口内扫描、CBCT、3D面部扫描、数字化石膏模型）构建患者的虚拟模型，并在此基础上，通过计算机辅助设计（CAD）方法，精确生成个性化的咬合定位颌垫。通过转换矩阵来表示治疗性下颌位置，确保颌垫能够引导下颌至目标位置。
技术框架：该方法主要包含以下几个阶段：1) 数据采集：使用口内扫描仪、CBCT等设备获取患者的多模态3D数据；2) 模型重建：将多模态数据进行配准和融合，构建患者的虚拟3D模型；3) 治疗位置定义：由经验丰富的操作者在虚拟模型上定义治疗性下颌位置；4) 颌垫设计：基于治疗性下颌位置，利用CAD软件设计颌垫，并通过虚拟压花解决表面冲突；5) 颌垫制造：使用3D打印技术制造颌垫；6) 精度评估：使用轮廓和表面偏差分析评估设计和打印颌垫的几何精度。
关键创新：该方法的关键创新在于：1) 提出了一种基于多模态3D数据的个性化颌垫设计流程，能够更精确地模拟患者的解剖结构和治疗需求；2) 引入了转换矩阵来表示治疗性下颌位置，实现了对下颌位置的精确控制；3) 提出了一种虚拟压花方法，用于解决颌垫设计中的表面冲突，提高了颌垫的舒适性和功能性。
关键设计：该方法的关键设计包括：1) 多模态数据配准算法的选择，需要保证配准的精度和鲁棒性；2) 转换矩阵的计算方法，需要确保转换后的下颌位置符合治疗目标；3) 虚拟压花算法的参数设置，需要在保证表面光滑的同时，避免过度磨损。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
该研究通过实验验证了所提出的计算机辅助设计方法的几何精度。通过轮廓和表面偏差分析，评估了设计和打印颌垫的精度，结果表明该方法能够实现可重复的、患者特异性的颌垫制造。该研究为未来的验证研究提供了一个透明的基础，并支持多模态图像配准和研究环境中咬合差异的量化。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于口腔医学领域，为颞下颌关节紊乱等疾病的治疗提供更精确、个性化的解决方案。通过计算机辅助设计和3D打印技术，可以快速制造出符合患者个体需求的颌垫，提高治疗效果和患者舒适度。该方法还可用于研究咬合关系和颌骨运动，为相关研究提供技术支持。
📄 摘要（原文）
Digital technology plays a crucial role in designing customized medical devices, such as occlusal splints, commonly used in the management of disorders of the stomatognathic system. This methodological proof-of-concept study presents a computer-aided approach for designing and evaluating occlusal positioning splints. The primary aim is to demonstrate the feasibility and geometric accuracy of the proposed method at the preclinical stage. In this approach, a three-dimensional splint is generated using a transformation matrix to represent the therapeutic mandibular position. An experienced operator defines this position using a virtual patient model reconstructed from intraoral scans, CBCT, 3D facial scans, and a digitized plaster model. We introduce a novel method for generating splints that reproduces occlusal conditions in the therapeutic position and resolves surface conflicts through virtual embossing. The process for obtaining transformation matrices using dental tools and intraoral devices commonly employed in dental and laboratory workflows is described, and the geometric accuracy of both designed and printed splints is evaluated using profile and surface deviation analysis. The method supports reproducible, patient-specific splint fabrication and provides a transparent foundation for future validation studies, supporting multimodal image registration and quantification of occlusal discrepancies in research settings.