集成图形和力觉交互的牙齿探诊模拟系统开发

研究目的是开发具有力觉显示功能的虚拟现实系统，培训牙科医生进行牙体探查操作。通过分析牙科手术临床操作的特征和培训现状，提出了基于虚拟现实技术的培训方案。采用力觉交互设备Phantom，基于Windows2000建立了试验平台，实现了两种典型接触交互操作的模拟：探针对牙齿表面不同组织区域进行探查和利用探针去除牙面软沉积物。文章重点讨论力觉显示系统的硬件和软件体系结构，牙齿和工具的建模方法，以及保证仿真实时性的方法。实验证明该系统可以比较逼真的模拟牙齿探查的手术操作，为培训牙科医生提供了一种新的途径。     

牙冠修复体咬合的三维数字化辅助评价方法

基于三维扫描和迭代最近点配准技术,建立一种定量分析牙冠修复体在模型上咬合的数字化辅助方法。用牙颌模型三维扫描仪分别获得上下颌石膏模型、预备体代型和牙冠修复体的三维数据,利用迭代最近点配准技术实现"虚拟就位"。在逆向工程软件中,利用测量距离等功能模块分析全冠修复体和对颌牙的咬合距离关系,获得牙冠修复体咬合的定量分析。通过配准、测量距离、计算面积等功能函数,实现了牙冠修复体在模型上的虚拟就位,定量分析了牙冠的咬合接触,初步建立了一种咬合接触的数字化定量获取路线,并对一例修复体进行了分析。初步建立了牙冠修复体在模型上咬合接触的三维数字化定量分析方法,为牙冠修复体制作效果的数字化评价奠定了基础。     

用于机器人全口义齿制作的排牙算法

研究使用计算机辅助设计和机器人辅助操作,实现全口义齿制作中的定量排牙,根据口腔修复专家给出的全口义齿形态匹配数学模型和刚体的空间位姿变换原理,设计出符合口腔修复医学要求的排牙算法,同时融合了口腔修复专家的排牙经验,该算法能够根据患者的无牙颌形态参数,计算出适合该患者的全口义齿中各人工散牙的相对位姿关系,应用实例表明该算法合理有效。     

一种牙冠预备体三维数字化模型的就位倒凹检测方法

基于三维扫描和逆向工程技术,研究牙冠预备体就位倒凹的检测及量化方法。在教学用标准牙列石膏模型上,对左侧上颌第一磨牙进行全瓷冠牙体预备。用牙颌模型三维激光扫描仪获取牙冠预备体三维点云数据,在交互提取牙冠预备体特征边缘线的基础上建立就位倒凹检测柱面。结果从牙冠预备体三维数字化模型,得到了就位倒凹的量化指标。说明应用逆向工程软件,初步建立了一种牙冠预备体就位倒凹的定量检测方法。     

实时力觉交互中的虚拟力计算及渲染方法

虚拟力计算和渲染是虚拟现实力觉显示系统的核心技术。针对人与虚拟环境通过工具进行接触交互的任务,讨论了提高力觉显示逼真度的方法。静态物体采用三角片模型,运动的虚拟工具采用质点模型。用均匀划分包围盒方法和基于三角片元素拓扑关系及最短距离迭代的方法,分别解决虚拟力计算的碰撞检测和碰撞响应问题。针对物体几何特征逼真度显示给出了渲染判据,实现了逼真度和稳定性的矛盾折衷。基于力觉交互设备Phantom,开发了力觉仿真系统平台,通过感知具有典型几何特征的物体形状,验证了虚拟力计算和渲染方法的有效性。     

基于局部模型的多更新率切削仿真力觉渲染算法

提出了一种牙科手术虚拟现实模拟训练系统的力觉计算方法。为了保证切削仿真的逼真度、力觉计算的快速性和交互稳定性,提出了基于局部模型的多更新率体系架构的计算方案。仿真系统分解为三个不同计算频率的线程,即切削仿真、力觉伺服和图形显示线程。提出虚拟工具和切削工具的概念,实现交互力计算和牙齿三角片网格模型切削变形的协调;基于虚拟工具和牙齿三角片碰撞检测信息构造局部模型,实现力觉设备控制与切削仿真线程的解耦,降低了对切削仿真线程计算频率的要求;利用多线程技术保证图形显示和力觉显示的数据传输和时间同步。针对局部模型更新时的振荡问题,采用改进的恢复时间方法对局部模型进行插值,增强了仿真系统稳定性。基于力觉交互设备Phantom建立试验平台,开发了牙科手术力觉交互仿真软件,通过试验验证了本文算法的有效性。     

人牙髓细胞三维生物打印的初步研究

通过生物打印方法构建含人牙髓细胞(human dental pulp cells,hDPCs)的组织工程三维结构体。探讨对hDPCs进行三维生物打印的可行性。用常规体外培养hDPCs至第4代。将细胞悬液与海藻酸钠-明胶水溶胶混合,制备hDPCs-海藻酸钠-明胶水溶胶共混物。细胞终密度为2×106/mL。用生物打印机根据预先设计的参数进行生物打印,构建组织工程三维结构体。对结构体进行肉眼观察和倒置相差显微镜观察。用钙黄绿素-AM和碘化丙啶双荧光染料对结构体进行染色,激光共聚焦显微镜观察分析结构体中hDPCs的活性。通过生物打印技术的结果可按照预先设计的参数打印出含有hDPCs的网格状的水凝胶结构体,该结构体的大小约为5 mm×5 mm×1.5 mm。倒置相差显微镜下可见结构体内微丝的直径约300μm,微丝间的孔隙相互通连,孔隙大小约350μm×350μm,hDPCs在结构体中呈球形均匀分布。激光共聚焦显微镜观察证实结构体中大部分细胞存活。初步证明hDPCs可耐受生物打印过程。通过研究说明三维生物打印技术构建出了含人牙髓细胞的组织工程三维结构体,实现了hDPCs的生物打印,为生物打印技术应用于牙组织工程奠定了基础。