一种多模态多角度牙科种植体配准方法技术

本发明专利技术提供一种多模态多角度牙科种植体配准方法，涉及图像配准技术领域，用来解决牙科医生在术中难以判断种植体的位置偏差和角度偏差的问题。本发明专利技术配准方法包括以下步骤：S1:获取患者口腔模型；S2:将种植体模型植入所述口腔模型，获得术前3D模型；S3:获取所述患者术中多角度口腔2D图片；S4:将不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型进行图像配准；S5:显示不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型的配准结果；通过本发明专利技术配准方法使医生在术中就可以直观观察到实际术中种植体位置与术前提前建模的种植体位置的偏差，以此来指导完善进一步的手术操作。

【技术实现步骤摘要】
一种多模态多角度牙科种植体配准方法
本专利技术涉及图像配准
，更具体地，涉及一种多模态多角度牙科种植体配准方法。
技术介绍
牙科种植手术指的是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式。通过医学方式，将与人体骨质兼容性高的纯钛金属经过精密的设计，制造成类似牙根的圆柱体或其他形状，以外科小手术的方式植入缺牙区的牙槽骨内，当人工牙根与牙槽骨密合后，再在人工牙根上制作烤瓷牙冠。种植牙已经成为越来越多缺牙患者的首选修复方式，因不具破坏性，种植牙已被口腔医学界公认为缺牙的首选修复方式。而在牙科种植手术中，现阶段都会实施分步骤来评估患者口腔状况，术前建模和术中根据实际情况完成手术都是及其重要的部分。常规操作流程都是需要根据患者口腔的具体情况进行取模分析，并且建模确定手术方案。同时，在手术的过程中，医生需要根据术中手术实时情况进行评估，调整，完善手术过程，已达到更好的手术效果。因为手术过程的局限性，医生并不能在术中获得较为准确的3D信息，仅可以通过2D图像进行观察。在中国申请的专利201910900745.6公开了一种牙科种植体植入精度测试装置、系统及方法，以解决术前种植体精度测量的问题，但是并不涉及术中种植体配准精度的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种多模态多角度牙科种植体配准方法，以解决牙科医生在术中难以判断种植体的位置偏差和角度偏差的问题，从而辅助医生评估手术情况，提高种植体术中种植的精度。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种多模态多角度牙科种植体配准方法，包括以下步骤：S1:获取患者口腔模型；该步骤获取的模型是患者口腔虚拟三维模型；S2:将种植体模型植入所述口腔模型，获得术前3D模型；S3:获取所述患者术中多角度口腔2D图片；S4:将不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型进行图像配准；S5:显示不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型的配准结果。需要说明的是，本专利技术提供的牙科种植体配准方法，通过步骤S1和步骤S2获取患者口腔模型和植入种植体模型，以此来构造待配准的术前3D模型；步骤S3通过镜头或其他图像采集设备获取术中患者口腔多角度口腔2D图片；步骤S4将多角度口腔2D图片和所述术前3D模型进行图像配准，分别计算多角度的口腔2D图片和所述术前3D模型之间的偏差数据；步骤S5显示步骤S4计算得到的配准结果，使医生在术中就可以直观观察到实际术中种植体位置与术前提前建模的种植体位置的偏差，以此来指导完善进一步的手术操作。进一步的，所述步骤S4包括以下子步骤：S41:图像预处理，分别选取所述口腔2D图片和所述术前3D模型的待配准区域；S42:设定选取了所述待配准区域的所述术前3D模型的初始姿态；S43:将设定了所述初始姿态的所述术前3D模型进行降维处理；S44:将经过所述步骤S43降维处理后得到的图像与所述口腔2D图片通过散射卷积网络变换分别提取散射特征系数；S45:将经过所述步骤S44提取出的散射特征系数进行相似度计算；S46:迭代更新优化所述术前3D模型的姿态参数，所述姿态参数为空间坐标系的三个轴的旋转角度(rotx,roty,roty)和平移变量(x,y,z)。需要说明的是，步骤S41选取待配准区域的目的是减少图像噪声和无关配准部分对最终结果的影响；步骤S42设定术前3D模型的初始姿态的目的，是因为医生制作不同患者的初始模型存在差异，差异主要集中在模型初始位置坐标和模型初始位置角度这两个方面，设定初始姿态更有利于之后的配准计算；步骤S43降维处理的目的，是因为术前3D模型和口腔2D图片具有不同的维度，在将它们进行配准前需要将三维模型投影在二维平面上进行降维处理，最终获得相同维度的待配准图像；步骤S45计算术前3D模型降维处理后得到的二维图像与口腔2D图片的相似度；步骤S46迭代更新优化术前3D模型姿态参数，这部分进行迭代的参数为三个旋转角度(rotx,roty,roty)，以及x,y,z三个方向的平移变量(x,y,z)。通过更新参数，对应产生更新姿态后的降维图像，然后重复进行配准步骤计算图片相似性；当相似性函数达到最优时，输出该部分的姿态参数和术前3D模型的降维图像。进一步的，所述多角度口腔2D图片涵盖模型方向视角的正视图，左视图，右视图和仰视图。配准结果没有绝对的标准，所以使用同一术前3D模型与不同角度口腔2D图片进行配准可以最大限度的将配准效果达到最优，减少单一角度图像配准的误差。进一步的，步骤S42中的初始姿态是由所述术前3D模型的初始位置坐标和初始位置角度设定的。进一步的，所述步骤S43具体如下：进行摄影位姿渲染：设置数据可视化开发包vtk中渲染库vtkcamera的相关参数，使vtk可以渲染出指定初始姿态的2D图像；进行数字重建放射影像：通过医学图像处理软件ITK中的Image类读取所述指定初始姿态的2D图像对应姿态的所述术前3D模型，组织成三维体数据；通过Resample-ImageFilter类对所述三维体数据重采样，并设定坐标转换和插值函数，生成DRR图像。需要说明的是，先通过摄影位姿渲染方法Camera获取指定初始姿态的2D图像，然后再通过数字重建放射影像方法DRR对上述指定初始姿态的2D图像对应的三维模型生成数据，可以大大减少数字重建放射影像方法DRR所花费的时间；因为直接用DRR方法对模型进行数据采样时，会因为指定模型采样的初始位姿花费较长时间；故采用上述两种方式结合可快速实现图像降维。进一步的，所述步骤S44中通过散射卷积网络变换提取散射特征系数；通过该方法所提取的特征具有平移不变性和形变稳定性。同时通过此算法可以更好地提取出散射网络在不同尺度和不同方向上对应的图像特征系数矩阵。进一步的，所述步骤S45中的相似度计算采用梯度信息和归一化互相关信息进行计算。这种算法的整体思路是将图像进行梯度处理，然后引入归一化互相关法，进行计算图像之间的相似度。进一步的，所述步骤S46中迭代更新的过程为：通过更新所述姿态参数，对应产生更新姿态后的所述降维图像，然后重复配准计算所述降维图像和所述口腔2D图片的相似性；当相似性函数达到最优时，输出对应的所述姿态参数和所述降维图像。进一步的，所述步骤S46的优化过程采用了调用NLopt库中的全局优化的算法。进一步的，在执行所述步骤S4配准之前，先人工介入进行初始配准角度调整，可以节约配准时间。进一步的，所述步骤S5中显示的结果还包括所述口腔2D图片对应的所述术前3D模型的相关姿态参数，姿态参数为三个旋转角度(rotx,roty,roty)，以及x,y,z三个方向的平移变量(x,y,z)。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提供的牙科种植体配准方法，通过获取患者口腔模型和植入种植体模型，以此来构造待配准的术前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多模态多角度牙科种植体配准方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1:获取患者口腔模型；/nS2:将种植体模型植入所述口腔模型，获得术前3D模型；/nS3:获取所述患者术中多角度口腔2D图片；/nS4:将不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型进行图像配准；/nS5:显示不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型的配准结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种多模态多角度牙科种植体配准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:获取患者口腔模型；
S2:将种植体模型植入所述口腔模型，获得术前3D模型；
S3:获取所述患者术中多角度口腔2D图片；
S4:将不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型进行图像配准；
S5:显示不同角度的所述口腔2D图片和所述术前3D模型的配准结果。


2.根据权利要求1所述的多模态多角度牙科种植体配准方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下子步骤：
S41:图像预处理，分别选取所述口腔2D图片和所述术前3D模型的待配准区域；
S42:设定选取了所述待配准区域的所述术前3D模型的初始姿态；
S43:将设定了所述初始姿态的所述术前3D模型进行降维处理；
S44:将经过所述步骤S43降维处理后得到的图像与所述口腔2D图片通过散射卷积网络变换分别提取散射特征系数；
S45:将经过所述步骤S44提取出的散射特征系数进行相似度计算；
S46:迭代更新优化所述术前3D模型的姿态参数，所述姿态参数为空间坐标系的三个轴的旋转角度(rotx,roty,roty)和平移变量(x,y,z)。


3.根据权利要求1所述的多模态多角度牙科种植体配准方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述多角度口腔2D图片涵盖模型方向视角的正视图、左视图、右视图和仰视图。


4.根据权利要求2所述的多模态多角度牙科种植体配准方法，其特征在于，所述步骤S42中的初始姿态是由所述术前3D模型的初始位置坐标和初始位置角度设定的。


5.根据权利要求2所述的多模态多角度牙科种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芮睿，赵曜，吴家湖，蔡金萍，刘宏政，邱越，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44