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修订历史

时间	版本号	修订人	主要修订内容
2021-10-08	1.0.0	杨新	初始版本
2022-06-16	2.0.0	杨新	删除与开发文档交融的地方，让需求文档纯粹
2023-03-17	V2.0.1	杨新	重构并梳理需求
2023-03-20	V2.1.1	杨新	添加数据需求

开发进度

目标	预计时间	结束日期	是否完成
开发	2021-9-1	2021-9-1	- [x]

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| 测试 | 2021-11-16 | 2021-11-18 | - [x]

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| 上线 | | | - [ ]

一、产品简介

1. 背景

牙冠生成。在牙科行业，技师需要接受数年的培训才能设计出人造牙冠，用于恢复缺失牙齿的功能和完整性。每个牙冠都需要为每位患者量身定制，即使有计算机辅助设计软件的支持，也需要专业人士在时间和体力付出巨大代价。

@王家锁全冠文档

全冠生成理想状态.pdf

2. 功能需求

可能是通过基台生成
可能是通过邻牙生成

3. 功能构想图

4. 使用场景

服务于单全冠磨牙修复案例

5. 产品定位

自动化
能较好的拟合特征线(颈缘线)
大规模定制

6. 竞品分析

加州大学伯克利分校UCB，联合全球最大的定制牙齿修复生产商Glidewell Dental Lab训练出了一个牙冠设计生成模型(Generative Model for Dental Restoration)
采用深度图方法,论证了点云,体素等方法在2018年情况下的不可行;

7. 部署方式

C++部署；
在CPU上可执行；

二：功能说明

1.产品流程图

3.功能说明

需求	简要说明	优先级
必须完全适合病人的齿列	符合病人牙齿基本特征	P0
必须提供咀嚼功能	需要考虑咬合关系特征	P1
应该拥有一个美观的形状	符合美学等外在特征,详情见> 王家锁报告	P2

三、补充说明

名词解释

术语 / 缩略词	说明
全冠	是口腔修复科最常见的一种修复体，覆盖整个牙冠表面的帽状修复体称为全冠（全冠有金属冠、烤瓷冠、铸瓷冠、树脂冠）。可以用来修复缺损牙齿的形态、功能和美观，还可以用作固定义齿的固位体。
单全冠	单颗牙的全冠是
中线	为平分颅面部左右两等分的一条假想线，与矢状缝一致。
远中面	牙冠远离中线的一面称为远中面
近中面	牙冠靠近中线的一面称为近中面
轴线	牙齿整体的插入方向（又称为倾斜角度）
颊侧	前牙靠近口唇的一面为唇面，后牙靠近面颊的一面为颊面
舌侧	靠近舌的一面为舌面，上颌牙齿的舌面接近上腭，称腭面
牙弓曲线
接触点
微笑曲线	牙齿是有规则排列的，有一定的弧线感（遐想线），人在微笑时会天然地露出牙齿，它的弧线简称微笑曲线（能够用来判断一个人的牙齿大小比例和倾斜的弧度）
临床颈缘	牙龈和牙齿分界形成的一条曲线
近远中面	牙冠靠近中线的一面称为近中面；牙冠远离中线的一面称为远中面

QA:
1. 牙花特征良好，可否与嵌体在牙花特征的定义是一致的？即可否将嵌体的牙花特征定义拿来使用？
  1. 答：可以参考嵌体的牙花特征的定义”嵌体数据需求文档”
2. 与对颌的咬合关系 ToDo：什么样的咬合关系？
  1. 答:与对颌有若干接触点，但不会穿透到对颌

四、参考资料

1.1 算法背景

参考论文: Hwang_Learning_Beyond_Human_Expertise_with_Generative_Models_for_Dental_Restorations
翻译来自@朱远翔

Hwang_Learning_Beyond_Human_Expertise_with_Generative_Models_for_Dental_Restorations.CN.pdf

论文基于pix2pix架构,U-Net架构
**输入: **上下颌牙列模型,上下牙颌间隙图,人工设计的牙冠
**网络架构: **避免设计出来的假牙顶着对位牙齿，研究团队还设置了一个机能损失函数（funtionality loss）
**渗透评估:**如果牙冠会插入穿透到对面牙齿中，那么该产品是不合格的，需要人类手动调整。牙冠上绿色的点表示可以用于咬动和咀嚼的地方。

1.1.1 数据需求：

生成深度图的约束
1. 牙花纹理清晰（包含戴上冠之后的颊侧和舌侧的颈缘线特征要清晰）；
  1. 问：清晰的标准是什么？可否有文字上的说明？不是颈缘线无法控制吗？
    1. 答：牙花标准如图所示，关于颈缘线的问题，采用陈总的建议，舍弃牙龈等带来的噪声
    2. 关于颈缘线特征清晰指的是裁剪清晰,能在带上后与基座形成一定深度
数据裁剪方向一致；
1. 问：裁剪方向一致的具体含义？@张新霞(zhangxinxia)
2. 答：咬合面、颊侧和舌侧的深度图正面朝向相机的方向
尽可能少的引入噪声；
1. 问：现在引入了哪些噪声需要去除？@张新霞(zhangxinxia)
2. 答：现有的数据有牙龈，牙龈可能会造成颈缘线的特征无法被提取到；人工裁剪的时候会裁出多余的部分，产生噪声
数据包含单冠、单冠+基牙、远近中（缺失冠）、远近中（戴上人工设计的冠）的颊侧、舌侧、咬合侧深度图；
1. 问：需要把数据分离成单个说明，最好给出示例，这个部分最好开出单独文档，将此问题与以前写的数据规范合并@张新霞(zhangxinxia)
2. 答：暂时没有合适的数据展示
根据我们的牙模，需要带上牙龈部分的，数据都要带上牙龈（尽量保持数据一致）；
1. 问：不是不要牙龈吗？为什么又要带上牙龈？@张新霞(zhangxinxia)
2. 经过11月5日下午的讨论，确定不需要带上牙龈（注：不需要带上牙龈，那上面是否需要修改，因为要形成最终文档）
不同牙位号请分开，同一牙位号的数据量尽可能的多（至少50套）；
1. 问：请注明现在要哪个牙号位？
2. 答：6号牙位号（@张新霞(zhangxinxia)是每个6号位牙，即16、26、36、46 各50套，还是只要牙位号的末位是6的合计50套即可）
3. 答：第一个版本只需要36号牙50套，后续继续训练的时候以上牙位号的数据都需要
注意点：根据论文中的方法生成深度图的时候，要找到适合我们模型的相应的参数值，如h、、和n；
1. 问：这个注意点与数据约束是否相关？@张新霞(zhangxinxia)
2. 答：涉及到深度图生成的技术问题，与需求约束关系不大，作为提示

11月5日下午关于深度图的讨论总结

参会人：张萍萍，张新霞，叶子扬，朱远翔，陈冬灵
深度度情况汇报：

嵌体深度图：基于平行投影，使用陈总做的，已经能够满足嵌体训练的使用要求

全冠深度图：基于平行投影，曹龙飞做的还未能满足使用（注：需要说清楚问题还在哪里？答：具体问题参考文档：https://up3dai.yuque.com/ionwb3/muck21/ga2cyc）

叶子扬深度图：基于透视投影，服务于点云补全工作，使用Open3D实现，已经完成（注：请@叶子扬(yeziyang-ast3k)确认）

张萍萍深度图：基于平行投影，通过自行完成深度图工做好“数据工程师”职责（注：请@张萍萍(zhangpingping-rei3i)确认）

邹童煕深度图：基于平行投影，使用陈总的源码实现，用于最终展现（注：请@邹童玺(xixidd)确认）

朱远翔深度图：基于平行投影，将数据管理工作纳入规范。

陈总的深度图：使用PCL和KD树（注：请@陈冬灵(u21610379)确认）

会议结果：

继续使用陈总的方法，确定只使用颈缘线以上的数据，去除基牙或者牙龈等噪声的影响；
使用toothmarker工具中生成深度图的方法制作数据，
需要找出一个适合全冠模型的n、h等参数值，必要的话AI组一起参与制作数据（下周结束之前验证）；
问：n、h等参数值除了满足全冠需要，是否还需要为嵌体进行调整？@张新霞(zhangxinxia)
答：嵌体中没有n这个参数，h是否需要调整还要等@邹童玺(xixidd)测试之后发现问题，根据需求调整，针对现有的嵌体数据（论文作者提供）这个参数是满足需求的

1.2 功能需求

数据可以转换至stl

数据可以采用特定算法精简

数据可以提供咬合平均距离,间隙距离

无法提供美学衡量标准

序号	模块	功能	功能详细说明
1	数据产生	产生模型需求数据	1、深度图至少需要三个视角2、可以正向逆向配准还原
2	模型处理	对数据进行生成	对输入数据进行生成牙冠
3	优化模型结果	对结果进行配准	通过传统算法优化模型处理结果

1.3 成员规划

核心成员	部门	项目角色和负责事项
@曹龙飞	CAD	数据数据转换- 模型颌面必须在同一坐标系下- 输出结果为正交深度图- 输出为三视角图,并且可以配准还原
@吴小燕	产品部	数据获取
@张新霞	AI	主要负责人- 负责衡量数据标准- 检验模型框架- 训练模型- 对结果进行二次优化- 完成部署

1.4 后续优化

任任务

	负责人	问题描述	解决方案	状态
考虑上下咬合关系	@张新霞	- 对嵌体生成考虑上下咬合特征	1.尝试过直接使用直方图特征差做判断2.在训练个矫正模型,进行模型矫正~~2.训练矫正模型，进行模型矫正~~3.根据定值进行生成	进行中
咬合位置确认		- 是否需要把咬合点确认下来	1.通过直方图判断	未启动
对深度图生成方法进行探究		- 是否有更理想的方法- 是否能保留倒角区域的方法	1.使用open3d尝试生成2.对相机进行多角度生成	未启动
其他应用以及文献发表		- 是否能把这种方法推广到其他牙科生成上- 是否可以发表一份论文		未启动

落叶无痕

CAD全冠生成需求V2