一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法技术

本发明专利技术涉及一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，其步骤为：对CBCT体数据进行初始自动分割处理得到初始牙弓线；初始牙弓线的获取分为全自动或手动获取，提供两种接口，手动实现交互；基于得到的初始牙弓线，沿着牙弓线法线方向的固定搜索范围内截断体数据得到牙齿矢状面，对矢状面上牙齿做多项式拟合，得到初始牙弓网格；根据初始牙弓网格在断层面上插值拟合，得到平滑的牙弓网格；在平滑的牙弓网格的牙矢状面上进行二次拟合，得到矢状面上平滑后的牙弓网格结果；在第四步得到的牙弓网格结果上采样不同水平面，未采样到的部分通过矢状面上插值得到，以重新调整牙弓网格；基于牙弓网格，沿着初始牙弓线方向展开成平面以得到全景图，从生成牙弓曲面。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法
本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法。
技术介绍
颌骨全景图像提供了患者上颌和下颌骨区域的总体概况，因此被广泛用于牙科检查和手术计划。然而，常规的全景射线图像具有一些缺点，包括：几何畸变，有限的观看区域，难以区分的面部-口腔结构以及较差的图像质量。图像是三维(3D)对象的二维投影，因此，可以采取从CBCT(ConebeamCT，即锥形束CT)扫描产生的颌骨的3D图像重建它们的方式，近年来，高分辨率低剂量CT已被应用于临床口腔医学，由这些CT图像合成全景X射线照片已成为这些CT系统的重要功能。与传统的全景X射线照片相比，这些全景X射线照片显示出减少的模糊，几何变形和其他牙齿结构的重叠。牙弓线获取是全景图生成算法中的关键(全景图中包括临床诊断所需的牙齿与及相应的颌骨、关节等结构)，传统的全景生成算法包含存在从手动、半自动到全自动的各种技术。通常是通过手动标注或者自动从二维断层或者体数据在断层面上最大密度投影图像中提取牙齿部分，并拟合成为牙弓线，在牙弓线上按需要采样一定数目的控制点，然后在体数据的每个水平切层面都用此牙弓线及控制点集合作为当前水平面的牙弓走向线，所有断层的牙弓走向线组合在一起形成整个体数据的牙弓柱面网格。由投影图获取牙弓线与从断层中获取相比，可以更加有效地表征牙齿的总体走向，但依然不够精确，因为它们只能表述二维上牙齿，而实际中的牙齿是三维立体，从二维映射到三维之后的柱面只能反映全部牙齿的大致范围，无法精确到全部牙齿，因此在将牙齿柱面网络展开成全景图像时若投影厚度较小，则会出现牙齿不全的情况，为了保证牙齿的完整性，则会采用较大的投影厚度，该方式的代价会造成图像模糊，降低图像质量，影响诊断的精度。检索的关于牙弓线获取与全景图生成算法相关专利如下：1)东莞信大融合创新研究院的专利CN109584147A；2)深圳市菲森科技有限公司的专利CN105894444A；3)广州华端科技有限公司的专利CN107301622A；4)南方医科大学的专利CN109377534A；5)首都师范大学的专利CN105608747A；其中专利1、2、3、4专利均对单一的牙弓网格柱面展开，专利5为三维牙弓网格曲面，但由于提取的网格会出现断续情况，因此导致全景图图像中像素值的不连续，全景图像像素存在跳变的问题，使全景图质量不佳，提取的牙齿网格准确度也有待提升。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：为克服现有技术不足，提供一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，一方面实现牙弓曲面的全自动生成，分为这两种方式，全自动是完全不需要人工的干预，也设置了手动干预的接口，以实现交互式的目的，同时也设计了在干预情况下，依然能获得最终的牙弓曲面；另一方面将牙齿的展开方式按照曲面代替柱面，更好的拟合牙齿的实际走向，保证了全景图的质量。依据本专利技术得到的三维牙弓曲面能够从CBCT数据中全自动重建出牙科全景图像，以便直接观察整个牙列，避免额外的全景拍摄工作。本专利技术所采用的技术解决方案为：一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，包括以下步骤：步骤1)初始牙弓线的获取，对CBCT牙齿体数据进行自动分割处理得到牙齿阈值、牙齿区域与初始牙弓线；步骤2)牙弓走向线的初次拟合，从CBCT牙齿体数据截取牙齿矢状面，计算所述牙齿矢状面上牙齿走向散点集并拟合，进而得到牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线；步骤3)牙齿水平面的拟合，将步骤2)得到的牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿水平面上待拟合的散点集并拟合，进而得到当前牙齿水平面上初次拟合后的牙弓线，计算当前牙齿水平面上待拟合的散点集的离散程度，根据所述离散程度决定当前牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线；步骤4)牙弓走向线的再次拟合，将牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线，向每个牙齿矢状面映射为牙齿矢状面上待拟合的散点集并拟合，进而得到牙齿矢状面上再次拟合后的牙弓走向线；步骤5)牙齿水平面与牙齿矢状面的采样插值，将牙齿矢状面上再次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿水平面上待拟合的散点集并拟合，得到已采样的牙齿水平面上最终牙弓线，设定牙齿水平面的采样间隔，确定已采样的牙齿水平面上最终牙弓线的控制点并映射到牙齿矢状面上拟合，得到牙齿矢状面上最终牙弓走向线，牙齿水平面上最终牙弓线与牙齿矢状面上牙弓走向线整合构成牙弓曲面网格；步骤6)牙弓曲面网格的展开，将步骤5)得到的所述牙弓曲面网格沿法线方向展开，得到CBCT牙齿体数据对应的全景图。所述步骤1)的实现包括：11)将CBCT牙齿体数据使用最大密度投影方法，沿着垂直于牙齿水平面的方向投影，得到投影图；12)对步骤11)得到的所述投影图，使用矩保持自动阈值分割方法自动得到牙齿阈值，并基于所述牙齿阈值将所述投影图分割为二值图；13)对步骤12)得到的所述二值图中前景识别出的区域即为对应的牙齿区域，将所述牙齿区域细化处理并初次拟合为3次曲线作为初始牙弓线，同时在所述初始牙弓线上按照设定的弧长等距离取点作为控制点。所述步骤1)的实现还包括，在CBCT牙齿体数据的给定牙齿水平面上，在给定牙齿水平面的牙齿区域选取若干控制点，使用插值方法插值拟合得到初始牙弓线。所述步骤2)的实现包括，21)沿平行于步骤1)得到的所述初始牙弓线的法线且垂直于牙齿水平面的方向，截取CBCT牙齿体数据进而获得牙齿矢状面；22)在步骤21)得到的所述牙齿矢状面中，使用步骤1)得到的牙齿阈值分割确定所述牙齿矢状面上待拟合的牙齿走向散点集(X，Y)，其中Y表示在小于所述牙齿矢状面的高度范围内的纵坐标值，X表示在给定Y时取满足所述牙齿阈值的条件下所有横坐标值的平均值；23)将步骤22)中得到的所述牙齿矢状面上待拟合的牙齿走向散点集分别拟合为5次多项式曲线，进而得到所述牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线。所述步骤3)的实现包括，31)将步骤2)所得到的所述牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿水平面上待拟合的散点集，并将所述散点集初次拟合为3次曲线，作为当前牙齿水平面上初次拟合后的牙弓线；32)计算步骤31)中得到的当前牙齿水平面上散点集的离散程度，根据所述离散程度决定当前牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线；33)步骤32)中所述离散程度包括散点与中值滤波后的散点之间的MHD和当前牙齿水平面上像素值分布，所述离散程度的判别标准包括：当MHD大于设定阈值，且当前牙齿水平面上最大像素值小于步骤1)中得到的牙齿阈值时，则认为当前牙齿水平面无牙齿，并由步骤1)中得到的初始牙弓线直接作为当前牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线；当MHD大于设定阈值，且当前牙齿水平面上最大像素值大于步骤1)中得到的牙齿阈值时，则认为当前牙齿水平面有部分牙齿，并由步骤1)中得到的初始牙弓线与步骤31)中得到的当前牙齿水平面上初次拟合后的牙弓线共同决定当前牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线；当MHD小于设定阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，其特征在于，所述方法的实现包括：/n步骤1)初始牙弓线的获取，对CBCT牙齿体数据进行自动分割处理得到牙齿阈值、牙齿区域与初始牙弓线；/n步骤2)牙弓走向线的初次拟合，从CBCT牙齿体数据截取牙齿矢状面，计算所述牙齿矢状面上牙齿走向散点集并拟合，进而得到牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线；/n步骤3)牙齿水平面的拟合，将步骤2)得到的牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿水平面上待拟合的散点集并拟合，进而得到当前牙齿水平面上初次拟合后的牙弓线，计算当前牙齿水平面上待拟合的散点集的离散程度，根据所述离散程度决定当前牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线；/n步骤4)牙弓走向线的再次拟合，将牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线，向每个牙齿矢状面映射为牙齿矢状面上待拟合的散点集并拟合，进而得到牙齿矢状面上再次拟合后的牙弓走向线；/n步骤5)牙齿水平面与牙齿矢状面的采样插值，将牙齿矢状面上再次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿水平面上待拟合的散点集并拟合，得到已采样的牙齿水平面上最终牙弓线，设定牙齿水平面的采样间隔，确定已采样的牙齿水平面上最终牙弓线的控制点并映射到牙齿矢状面上拟合，得到牙齿矢状面上最终牙弓走向线，牙齿水平面上最终牙弓线与牙齿矢状面上牙弓走向线整合构成牙弓曲面网格；/n步骤6)牙弓曲面网格的展开，将步骤5)得到的所述牙弓曲面网格沿法线方向展开，得到CBCT牙齿体数据对应的全景图。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，其特征在于，所述方法的实现包括：
步骤1)初始牙弓线的获取，对CBCT牙齿体数据进行自动分割处理得到牙齿阈值、牙齿区域与初始牙弓线；
步骤2)牙弓走向线的初次拟合，从CBCT牙齿体数据截取牙齿矢状面，计算所述牙齿矢状面上牙齿走向散点集并拟合，进而得到牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线；
步骤3)牙齿水平面的拟合，将步骤2)得到的牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿水平面上待拟合的散点集并拟合，进而得到当前牙齿水平面上初次拟合后的牙弓线，计算当前牙齿水平面上待拟合的散点集的离散程度，根据所述离散程度决定当前牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线；
步骤4)牙弓走向线的再次拟合，将牙齿水平面上再次拟合后的牙弓线，向每个牙齿矢状面映射为牙齿矢状面上待拟合的散点集并拟合，进而得到牙齿矢状面上再次拟合后的牙弓走向线；
步骤5)牙齿水平面与牙齿矢状面的采样插值，将牙齿矢状面上再次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿水平面上待拟合的散点集并拟合，得到已采样的牙齿水平面上最终牙弓线，设定牙齿水平面的采样间隔，确定已采样的牙齿水平面上最终牙弓线的控制点并映射到牙齿矢状面上拟合，得到牙齿矢状面上最终牙弓走向线，牙齿水平面上最终牙弓线与牙齿矢状面上牙弓走向线整合构成牙弓曲面网格；
步骤6)牙弓曲面网格的展开，将步骤5)得到的所述牙弓曲面网格沿法线方向展开，得到CBCT牙齿体数据对应的全景图。


2.根据权利要求1所述的基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，其特征在于，所述步骤1)的实现包括：
11)将CBCT牙齿体数据使用最大密度投影方法，沿着垂直于牙齿水平面的方向投影，得到投影图；
12)对步骤11)得到的所述投影图，使用矩保持自动阈值分割方法自动得到牙齿阈值，并基于所述牙齿阈值将所述投影图分割为二值图；
13)对步骤12)得到的所述二值图进行连通域分析所识别出的区域即为对应的牙齿区域，将所述牙齿区域细化处理并初次拟合为3次曲线作为初始牙弓线，同时在所述初始牙弓线上按照设定的弧长等距离取点作为控制点。


3.根据权利要求1所述的基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，其特征在于，所述步骤1)的实现包括，在CBCT牙齿体数据的给定牙齿水平面上，在给定牙齿水平面的牙齿区域选取若干控制点，使用插值方法插值拟合得到初始牙弓线。


4.根据权利要求1所述的基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，其特征在于，所述步骤2)的实现包括，
21)沿平行于步骤1)得到的所述初始牙弓线的法线且垂直于牙齿水平面的方向，截取CBCT牙齿体数据进而获得牙齿矢状面；
22)在步骤21)得到的所述牙齿矢状面中，使用步骤1)得到的牙齿阈值分割确定所述牙齿矢状面上待拟合的牙齿走向散点集(X，Y)，其中Y表示在小于所述牙齿矢状面的高度范围内的纵坐标值，X表示在给定Y时取满足所述牙齿阈值的条件下所有横坐标值的平均值；
23)将步骤22)中得到的所述牙齿矢状面上待拟合的牙齿走向散点集分别拟合为5次多项式曲线，进而得到所述牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线。


5.根据权利要求1所述的基于CBCT影像的牙弓曲面生成方法，其特征在于，所述步骤3)的实现包括，
31)将步骤2)所得到的所述牙齿矢状面上初次拟合后的牙弓走向线映射为当前牙齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓芸，左飞飞，杨书，王亚杰，吴宏新，张文宇，
申请(专利权)人：北京朗视仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11