颞下颌关节运动重建方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种颞下颌关节运动重建方法及系统，通过采集拍摄者开闭口下颌运动的标记点轨迹的图像序列；对每帧图像中口内固定标记装置上所有标记点三维坐标的确定，获取标记点在空间中的运动轨迹，收集口内固定标记装置的CBCT影像以及收集拍摄者的CBCT影像；将口内固定标记装置的CBCT影像的标记点与摄像机拍摄获取的标记点进行配准，获取标记点运动的变换矩阵；利用变换矩阵对拍摄者的CBCT影像进行刚体变换，获得拍摄者的CBCT影像序列，并获得颞下颌的运动影像。本发明专利技术能够获得人体颞下颌关节的下颌骨髁突和颞骨关节面的真实运动情况，可用于颞下颌关节疾病的辅助诊断，关节运动的动态分析，增加颞下颌关节诊断的手段，辅助提高医生诊断的准确性和效率，提高医疗的质量和效率。

Temporomandibular joint movement reconstruction method and system

The present invention provides a system and temporomandibular joint motion reconstruction method, image sequence marker trajectory through the acquisition of shooting the opening and closing of the mandibular movement; the image of each frame in intraoral fixation of the marking device all the 3D coordinates of marker points, obtain trajectory mark points in space, collection of intraoral fixed marker the CBCT image collection and shooting device from CBCT images; CBCT images in fixed marking device mark and the camera gets the marker registration, the transformation matrix obtained by using rigid body motion; transform the transformation matrix of the film 's CBCT image, CBCT image sequence of the shooting. And the motion images acquired in the temporomandibular. The mandibular condyle and the articular surface of the temporal bone real movement of the invention can obtain human temporomandibular joint, can be used in the diagnosis of temporomandibular joint disease, dynamic analysis of joint motion, increase the temporomandibular joint diagnosis, auxiliary improves accuracy and efficiency of doctors, improve medical quality and efficiency.

【技术实现步骤摘要】
颞下颌关节运动重建方法及系统
本专利技术涉及一种颞下颌关节运动重建方法及系统属于医学光电应用领域。
技术介绍
近年来，随着图像技术的发展，以及临床辅助诊断设备的不断更新，基于光学的技术设备的出现、革新和推广，为临床医学水平特别是口腔额面医学的发展提供了有利的条件。现阶段对于颞下颌关节的分析主要有基于放射成像技术以及基于面部描记点的跟踪技术的动态运动轨迹分析等手段。放射成像技术只能分析静止状态的关节面和关节突，而关节疾病常常是一个复杂的动态的过程，通过静止影像能分析的因素非常有限。基于面部描迹的分析手段虽然能提供动态的信息，但是因为会受到表面软组织的影响，并不能精确的表征关节本身的运动情况。而对于直接重建出关节的动态运动的真实情况还没有现成的装置和系统实现，个别可利用一些国外的三维建模软件进行近似的分析，而现今关节疾病的诊断还依赖于这些尚不完善的信息凭借医生的经验推测颞下颌关节真实的运动情况进而进行疾病的诊治。
技术实现思路
因此，针对现今技术的不足，本专利技术提出了一种颞下颌关节运动重建方法及系统，不仅能实现颞下颌关节真实运动情况的重建，为关节疾病的影像辅助诊断，提供了更有力的影像学手段，让医生直观观察到患者关节真实的运动情况，提高临床的诊治的准确性，降低医生诊断的难度，还具有适用性强，采集成本低等优点。且其重建的运动结果具有较高的自由度。本专利技术的技术解决方案是：一种颞下颌关节运动重建方法，包括以下步骤：S1、制作被拍摄者的口内固定标记装置，包括上牙列保持器、下牙列保持器、延伸臂和标记点，让被拍摄者佩戴该口内固定标记装置，佩戴时将口内固定标记装置沿着牙齿压入即可，固定于上牙列保持器的标记点为Mu1、Mu2、Mu3、Mu4、Mu5，固定于下牙列保持器的标记点为Md1、Md2、Md3、Md4、Md5；S2、利用双目视觉技术中张正友摄像机标定方法进行标定，并获得摄像头组的参数；摄像机镜头中心连线为X轴，与地面平行，Y轴垂直于地面，Z轴垂直于X轴与Y轴，建立以两台摄像机的中点为世界坐标原点的三维坐标系；S3、让被拍摄者正对坐标原点站立，使被拍摄者面部处于摄像头A与摄像头B共同的拍摄区域，让被拍摄者遵照诊断或测试需求做关节运动，利用光学采集装置采集被拍摄者的图像序列；S4、分别采集被拍摄者的上颌口内固定标记装置和下颌口内固定标记装置的CT影像数据，收集被拍摄者颞下颌关节的CT影像数据；S5、利用图像处理算法提取标记点M于t时刻在摄像头A与摄像头B所采集的图像中的坐标ml(ul，vl)与mr(ur，vr)，并据此结合摄像头的参数计算各标记点t时刻在世界坐标系中的空间坐标Mt(x，y，z)，对于运动视频序列的每一帧图像重复该操作获得标记点M于该时段的空间坐标-时间矩阵MT；S6、分别利用t时刻上列的标记点组的空间坐标Mu1(t)、Mu2(t)、Mu3(t)、Mu4(t)、Mu5(t)与下颌的标记点组的空间坐标Md1(t)、Md2(t)、Md3(t)、Md4(t)、Md5(t)结合步骤S4采集到的口内固定标记装置的CT影像数据，分别确定所标识的口内固定标记装置的上牙列保持器和下牙列保持器于t时刻的空间位置信息；S7、利用图像处理算法处理被拍摄者的CT影像数据，分割出被拍摄者的上、下颌骨；并将分割后的上下颌骨部分中的牙列信息与口内固定标记装置的牙列保持器部分进行配准，将保持器的运动转换为上、下颌骨的运动，从而获得颞下颌关节的运动情况。进一步地，步骤S1包括以下步骤：S11、分别制作上牙列保持器、下牙列保持器；S12、分别在上下颌透明保持器自左侧尖牙至右侧尖牙唇侧近颈缘处确定等距的5个位点并用mark笔标记，使用牙科低速直机金刚砂车针打磨位点处，使表面粗糙；S13、利用直径0.7mm不锈钢圆丝弯制10根长约5mm的延伸臂，采用水晶泥制作10个直径约2.5mm的球状标记点；S14、将延伸臂的一端垂直接触保持器唇面位点并以光固化树脂固定，另一端插入球状标记点。进一步地，步骤S5包括以下步骤：S51、操作人员手动点选标记点M在摄像头A与摄像头B采集的结果图像中组件图像区域中的任意点Sl、Sr；S52、分别以Sl、Sr为种子点对标记点组件的图像区域采用区域增长算法；S53、分别获取摄像机采集图像中区域增长后的结果区域的质心Pl(ul,vl)、Pr(ur,vr)作为的标记组件分别在摄像机采集图像中的中心点的坐标Ml(ul,vl)、Mr(ur,vr)；S54、利用不同摄像机采集图像中的标记点组件的中心点坐标ml(ul,vl)、mr(ur,vr)，结合摄像机的内参与外参，采用双目视觉理论计算当前标记点组件M在世界坐标系的空间坐标M(x，y，z)；S55、对于运动视频序列的每一帧图像重复该操作获得标记点M于该时刻的空间坐标-时间矩阵MT；分别对各个标记点做如上的操作，分别获取各标记点的空间坐标-时间矩阵MTu1，MTu2，MTu3，MTu4，MTu5，MTd1，MTd2，MTd3，MTd4，MTd5。进一步地，步骤S6包括以下的步骤：S61、根据矩阵变换公式，首先将双目视觉计算出来的空间坐标转换到CBCT影像的坐标系当中，这一步需要对空间坐标组MTu1，MTu2，MTu3，MTu4，MTu5，MTd1，MTd2，MTd3，MTd4，MTd5的第一帧的空间坐标根据CBCT影像当中的标记点进行矩阵变换，计算得到变换矩阵mCamer2CT，mCamera2CT就是坐标系变换矩阵；S62、得到了坐标系变换矩阵，再将空间坐标组MTu1，MTu2，MTu3，MTu4，MTu5，MTd1，MTd2，MTd3，MTd4，MTd5每一帧的空间坐标乘以mCaera2CT变换矩阵，使所有的空间坐标映射到CBCT影像的坐标系当中；S63、根据步骤中同样的矩阵变换公式，将空间坐标组MTu1，MTu2，MTu3，MTu4，MTu5，MTd1，MTd2，MTd3，MTd4，MTd5每一帧空间坐标都与第一帧计算变换矩阵，得到变换矩阵序列，这个变换矩阵序列就传递了颌骨位移的运动信息，用于下一步骤对CBCT体素进行坐标变换。进一步地，步骤S7包括以下的步骤：S71、图像的分割：对被拍摄者的CT数据采用阈值分割算法，分割出被拍摄者的骨信息，对阈值分割的结果中上、下颌骨区域分别采用种子填充算法分割出上颌骨和下颌骨；S72、图像配准：对被拍摄者的CT数据中的牙列信息和口内固定标记装置中牙列保持器部分采用基于特征点的刚性配准方法进行配准，利用步骤S6得到的变换矩阵序列TMi对CT影像进行刚体变换，得到每个时刻上下颌骨位置的CT影像，最终得到的一组CT影像帧序列构成CT影像动态视频。一种采用上述任一项所述颞下颌关节运动重建方法的系统，包括标记点的检测模块、视频采集模块、图像处理模块和运动重建模块，标记点的检测模块，让被拍摄者佩戴该口内固定标记装置，佩戴时将口内固定标记装置沿着牙齿压入即可，固定于上牙列保持器的标记点为Mu1、Mu2、Mu3、Mu4、Mu5固定于下牙列保持器的标记点为Md1、Md2、Md3、Md4、Md5；视频采集模块，采用两台摄像机即摄像头A与摄像头B，利用双目视觉技术中张正友摄像机标定方法进行标定，并获得摄像头组的参数；建立以两台摄像机的中点为世界坐标原点的三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颞下颌关节运动重建方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、制作被拍摄者的口内固定标记装置，包括上牙列保持器、下牙列保持器、延伸臂和标记点，让被拍摄者佩戴该口内固定标记装置，佩戴时将口内固定标记装置沿着牙齿压入即可，固定于上牙列保持器的标记点为M

【技术特征摘要】
1.一种颞下颌关节运动重建方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、制作被拍摄者的口内固定标记装置，包括上牙列保持器、下牙列保持器、延伸臂和标记点，让被拍摄者佩戴该口内固定标记装置，佩戴时将口内固定标记装置沿着牙齿压入即可，固定于上牙列保持器的标记点为Mu1、Mu2、Mu3、Mu4、Mu5，固定于下牙列保持器的标记点为Md1、Md2、Md3、Md4、Md5；S2、利用双目视觉技术中张正友摄像机标定方法进行标定，并获得摄像头组的参数；摄像机镜头中心连线为X轴，与地面平行，Y轴垂直于地面，Z轴垂直于X轴与Y轴，建立以两台摄像机的中点为世界坐标原点的三维坐标系；S3、让被拍摄者正对坐标原点站立，使被拍摄者面部处于摄像头A与摄像头B共同的拍摄区域，让被拍摄者遵照诊断或测试需求做关节运动，利用光学采集装置采集被拍摄者的图像序列；S4、分别采集被拍摄者的上颌口内固定标记装置和下颌口内固定标记装置的CT影像数据，收集被拍摄者颞下颌关节的CT影像数据；S5、利用图像处理算法提取标记点M于t时刻在摄像头A与摄像头B所采集的图像中的坐标ml(ul，vl)与mr(ur，vr)，并据此结合摄像头的参数计算各标记点t时刻在世界坐标系中的空间坐标Mt(x，y，z)，对于运动视频序列的每一帧图像重复该操作获得标记点M于该时段的空间坐标-时间矩阵MT；S6、分别利用t时刻上列的标记点组的空间坐标Mu1(t)、Mu2(t)、Mu3(t)、Mu4(t)、Mu5(t)与下颌的标记点组的空间坐标Md1(t)、Md2(t)、Md3(t)、Md4(t)、Md5(t)结合步骤S4采集到的口内固定标记装置的CT影像数据，分别确定所标识的口内固定标记装置的上牙列保持器和下牙列保持器于t时刻的空间位置信息；S7、利用图像处理算法处理被拍摄者的CT影像数据，分割出被拍摄者的上、下颌骨；并将分割后的上下颌骨部分中的牙列信息与口内固定标记装置的牙列保持器部分进行配准，将保持器的运动转换为上、下颌骨的运动，从而获得颞下颌关节的运动情况。2.如权利要求1所述的颞下颌关节运动重建方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：S11、分别制作上牙列保持器、下牙列保持器；S12、分别在上下颌透明保持器自左侧尖牙至右侧尖牙唇侧近颈缘处确定等距的5个位点并用mark笔标记，使用牙科低速直机金刚砂车针打磨位点处，使表面粗糙；S13、利用直径0.7mm不锈钢圆丝弯制10根长约5mm的延伸臂，采用水晶泥制作10个直径约2.5mm的球状标记点；S14、将延伸臂的一端垂直接触保持器唇面位点并以光固化树脂固定，另一端插入球状标记点。3.如权利要求1所述的颞下颌关节运动重建方法，其特征在于，步骤S5包括以下步骤：S51、操作人员手动点选标记点M在摄像头A与摄像头B采集的结果图像中组件图像区域中的任意点Sl、Sr；S52、分别以Sl、Sr为种子点对标记点组件的图像区域采用区域增长算法；S53、分别获取摄像机采集图像中区域增长后的结果区域的质心Pl(ul,vl)、Pr(ur,vr)作为的标记组件分别在摄像机采集图像中的中心点的坐标Ml(ul,vl)、Mr(ur,vr)；S54、利用不同摄像机采集图像中的标记点组件的中心点坐标ml(ul,vl)、mr(ur,vr)，结合摄像机的内参与外参，采用双目视觉理论计算当前标记点组件M在世界坐标系的空间坐标M(x，y，z)；S55、对于运动视频序列的每一帧图像重复该操作获得标记点M于该时刻的空间坐标-时间矩阵MT；分别对各个标记点做如上的操作，分别获取各标记点的空间坐标-时间矩阵MTu1，MTu2，MTu3，MTu4，MTu5，MTd1，MTd2，MTd3，MTd4，MTd5。4.如权利要求1所述的颞下颌关...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢理哲，王林，陈雅丽，王松，胡轶宁，高鹏程，严斌，
申请(专利权)人：南京医科大学附属口腔医院，
类型：发明
国别省市：江苏,32