可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法技术

本发明专利技术可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，解决现有技术中ＣＴ扫描的头颅模型无法精确描述牙齿咬合关系的缺陷。该方法包括采用ＣＴ断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据；颅颌面骨计算机三维重建；牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集；将第三步所得的牙齿部分三维数据和第二步对ＣＴ图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离；将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别快速成型加工成真实的模型，并进行有机连接等基本步骤，本发明专利技术能得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型，而清楚的牙齿咬合关系有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节，在头模上使用者可以找到治疗所需要的各种点、平面和角度，以便更好的掌握临床手术操作技能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种头颅模型的制造方法，特别是一种。
技术介绍
个性化的头模在颅颌面骨整形外科、口腔科及其他相关学科的术前方案设计、术中方案指导、技能培训中起着非常重要的作用。但目前个性化的头模通常采用CT数据快速成型完成，因为CT数据的空间分辨率在毫米级别，因此牙齿咬合关系等精细的解剖关系无法得到体现，这就极大限制了头模在齿科的应用。而齿科中通常通过石膏取模的方式获得牙齿的精细模型，但这种做法仅能够获得部分的上下颌数据及牙齿数据，使用者不能够确定这部分数据以外的颅颌面骨数据的解剖情况以及上下颌骨与颅颌面骨的比邻关系。因此已有模型制作方法限制了个性化的头模在临床上的使用。清楚的牙齿咬合关系有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节。在头模上使用者可以找到治疗所需要的各种点、平面和角度，以便更好的掌握临床手术操作技能。逼真的颌部装置，具有与真实患者一致的矢状髁部和髁道，适合多种口腔手术规划的需要
技术实现思路
本专利技术解决现有技术中CT颅颌面骨数据的空间分辨率低，依据其做出的颅颌面骨模型无法描述口腔的解剖细节而齿科模型仅能获得部分的上下颌数据及牙齿数据，无法获得上下颌骨与颅颌面骨的比邻关系的技术问题，提供一种制造方法，能制作出可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型，能有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节。本专利技术的
技术实现思路
是一种，包括下述步骤第一步、采用CT断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据，将数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存。第二步、颅颌面骨计算机三维重建将CT颅颌面骨断层图像数据进行三维重建，即采用医学图像控制系统软件形成反映颅颌面骨原形的三维图形数据，输出文件格式为STL。第三步、牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集首先临床医生采用传统的石膏取模的方式获得与患者牙齿完全相同的石膏模型，然后采用三维数字相机获取牙模的三维图形数据。第四步、将第三步所得的牙齿部分三维数据和第二步对CT图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离首先进行数据融合，将两种数据模态的三维图形数据进行图像配准，使两组图形数据的对应三维点集XA(x1，y1，z1)和XB(x2，y2，z2)达到空间位置和解剖结构上的完全一致，从上述两组图形数据中选择多个对应的解剖结构点，进而采用基于轮廓特征的奇异值分解-迭代最近点的配准方法，得到两种模态的映射关系即由下式确定的三维缩放系数c和平移矩阵tc=1σx2tr(DS)---(1),t=μy-cRμx---(2)]]> 上两式中σx代表XAi点坐标位置的均方差，tr为矩阵的迹，D为对角阵，S为矩特征矩阵，μy代表三维点集XBi中所有数据的平均坐标值，R为旋转矩阵，μx代表三维点集XAi中所有数据的平均坐标值，继而对两组图形数据中重叠的部分数据，保留分辨率高的图像数据，分辨率低的数据借用图像三维编辑的手段去除；然后进行数据分离，即把融合后的数据作为头颅模型的整体数据，再以下颌关节作为分界点，将下颌骨分离出来，以使后期加工出的模型才具有动态的咬合模拟功能，并将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别保存为STL格式的文件。第五步、将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别输入到快速原型系统，进而用快速成型加工成真实的模型，最后采用精细设计的弹簧将两部分模型在下颌关节处连接，最终得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型。技术效果本专利技术在第四步中通过融合和分离技术，将CT扫描的三维数据与牙齿精细的三维数据进行融合，并将下颌骨数据进行分离，得到剥离了下颌骨的头颅数据，并分别进行快速成型加工，然后进行连接，就能得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型，而清楚的牙齿咬合关系有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节，在头模上使用者可以找到治疗所需要的各种点、平面和角度，以便更好的掌握临床手术操作技能。由于颌部采用牙模三维数字相机进行较精确拍摄而得，可获得相对CT扫描来说更逼真的颌部，适合多种口腔手术规划的需要。优选地，本专利技术所述第三步石膏模的三维数据采集采用自制的白光三维相机来实现，并采用自编软件系统来获得三维图像数据。所述三维相机的成像过程和采集过程为激光光束照明微光学元件产生条纹结构光，经棱镜转向照明被测牙齿或牙模的表面，条纹结构光受到牙齿三维形貌的调制形成的变形条纹，再经转像棱镜和远心成像系统成像在图像接收器上，远心成像系统的成像接收器必须是红外成像仪，以实现对红外光的探测，图像接收器接收的变形条纹图经视频输出接口送到计算机；计算机内的自编软件系统完成如下过程原始图像的采集、条纹自动分析、相位展开、深度像映射、牙齿轮廓的三维显示、三维编辑，以及牙齿三维模型的多种通用格式的转化和输出。采用上述自制的三维相机，采集的数字化牙齿模型空间分辨率在70纳米左右，能清晰表现牙齿的结构和咬合关系；采用相匹配的自编的软件系统，能够实现三维图形数据的准确建立和多种通用格式的转化和输出，便于与CT三维数据的融合，也便于模型的快速成型加工，使制得的模型能结合不同成像方式的优点，得到的头颅模型与患者真实颅颌面骨一致的并可以精细描述牙齿咬合关系，具有与真实患者一致的矢状髁部和髁道，适合多种口腔手术规划的需要，可以用于颅颌面骨和齿科经典手术的仿真模型及定量化手术方案的制定，可以对术后疗效进行有效的评价。活动下颌关节的设计，除简单的牙齿咬合运动外，颌部装置可以模拟多种下颌运动，如前伸运动、侧方运动等，提供给医生以真实的口腔模拟环境。优选地所述第二步颅颌面骨三维重建步骤中，医学图像控制系统软件采用申请人自编软件系统，该软件系统的实现步骤包括分割；提取感兴趣区域；轮廓线提取、跟踪；连接轮廓线；生成三角面片；光照效应计算；生成三维图像；输出文件，文件输出格式为STL。上述自编医学图像控制系统软件系统是基于表面绘制的软件，但为了得到可旋转的立体感和精确度更高的三维图像，申请人采用基于体素的体绘制方法，还设计了用于诊断和手术方案制订的三维重建医学软件，实现步骤为A、分割；B、提取感兴趣区域；C、插值；D、最后利用视觉原理将体素投影到显示平面进行显示；其中所述分割采用多种分割模式，包括基于密度值以及形态、邻近关系等条件的分割模式，所述插值对稀疏层片数据采用基于倒角距离的形状插值，既可以构造完整的体数据，又可以保证数据形态的真实性。采用上述步骤的三维重建软件，整个头骨的三维重建过程控制在半分钟以内，图像质量清晰、逼真，具有极高的精确度。在此基础上，该软件还可进行三维图像的旋转、切割及复杂测量。不仅能为医生提供真实感的患者影像，更有利于病情诊治和医疗手术方案的制定。上述基于表面绘制的软件，可以先从体数据中通过几何单元拼接来拟合物体表面，然后利用传统计算机图形学技术对重建的物体表面进行绘制，即采用高效简洁的轮廓线连结法对颅颌面骨的表面进行绘制，使产生的三维模型表面较其他算法更为光滑，光顺度好，软件输出的STL格式的数据文件可以直接用做工业设计软件和快速成型机的输入数据，具备良好的兼容性能，整个三维重建过程无需人工干预，表面连结自然光滑无跃层感，且能保证很高的精确度。表面形态和数据的准确性保证了后续设计的精确。优选地，第一步骤的CT断层扫描针对DICOM图像数据采集编写了DICOM-SLI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，包括下述步骤：第一步、采用ＣＴ断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据，将数据用标准ＤＩＣＯＭ格式记录成光盘文件保存；第二步、颅颌面骨计算机三维重建：将ＣＴ颅颌面骨断层图像数 据进行三维重建，即采用医学图像控制系统软件形成反映颅颌面骨原形的三维图形数据，输出文件格式为ＳＴＬ；第三步、牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集：首先临床医生采用传统的石膏取模的方式获得与患者牙齿完全相同的石膏模型，然后采用三维数字相 机获取牙模的三维图形数据；第四步、将第三步所得的牙齿部分三维图形数据和第二步对ＣＴ图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离：首先进行数据融合，将两种数据模态的三维图形数据进行图像配准，使两组图形数据的对应三维点集Ｘ↓［Ａ］（ｘ↓［１ ］，ｙ↓［１］，ｚ↓［１］）和Ｘ↓［Ｂ］（ｘ↓［２］，ｙ↓［２］，ｚ↓［２］）达到空间位置和解剖结构上的完全一致，从上述两组图形数据中选择多个对应的解剖结构点，进而采用基于轮廓特征的奇异值分解－迭代最近点的配准方法，得到两种模态的映射关系：即由下式确定的三维缩放系数ｃ和平移矩阵ｔ：ｃ＝１／σ↓［ｘ］↑［２］ｔｒ（ＤＳ）（１）ｔ＝μ↓［ｙ］－ｃＲμ↓［ｘ］（２）上两式中σ↓［ｘ］代表Ｘ↓［Ａ↓［ｉ］］点坐标位置的均方差，ｔｒ为矩阵的迹，Ｄ为对角阵，Ｓ 为矩特征矩阵，μ↓［ｙ］代表三维点集Ｘ↓［Ｂ↓［ｉ］］中所有数据的平均坐标值，Ｒ为旋转矩阵，μ↓［ｘ］代表三维点集Ｘ↓［Ａ↓［ｉ］］中所有数据的平均坐标值，继而对两组图形数据中重叠的部分数据，保留分辨率高的图像数据，分辨率低的数据借 用图像三维编辑的手段去除；然后进行数据分离，即把融合后的数据作为头颅模型的整体数据，再以下颌关节作为分界点，将下颌骨分离出来，以使后期加工出的模型才具有动态的咬合模拟功能，并将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别保存为ＳＴＬ格式的 文件；第五步、将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别输入到快速原型系统，进而用快速成型加工成真实的模型，最后采用精细设计的弹簧将两部分模型在下颌关节处连接，最终得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓峰，曹会志，刘灿，姜谦，
申请(专利权)人：李晓峰，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]