一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动确定方法技术

本发明专利技术提供一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动确定方法，包括：获取术后患者种植体位置的CT图像；对滤波处理后的CT图像进行阈值分割，得到二值图；对三维斑块图中的各个三维斑块进行初步过滤，得到初步过滤的三维斑块图；识别三维斑块是否为种植体三维斑块：分别求解种植体斑块的边界盒与该种植体中轴线方程的两个交点，即为提取到的种植体下端点和上端点。本发明专利技术提供一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动计算的方法，与传统的种植体提取以及种植体中轴线确定方法相比，具有实现简单，计算精度高，实时性强，通过简单的计算就可以分割出来种植体，并对种植体的中轴线进行提取，进而可以快速准确地评判出本次种植手术的种植精度。种植精度。种植精度。

【技术实现步骤摘要】
一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动确定方法


[0001]本专利技术属于三维图像分割
，具体涉及一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动确定方法。

技术介绍

[0002]种植牙手术后，需要对本次种植手术后的种植精度和效果进行评判，也就是需要将种植后的种植体的实际位置和术前的规划位置进行对比评判，具体包括实际种植体的上端点和术前规划的种植体上端点、以及实际种植体的下端点和术前规划的种植体下端点进行位置误差的评判，实际种植体的中轴线方向和术前规划的种植体中轴线方向进行姿态误差的评判。因此，需要对术后患者牙骨内的种植体进行分割提取。
[0003]目前做法是在二维图像上直接进行种植体的轴向切面分割，此种方法对于种植体倾斜比较厉害的情况是无效的；或者直接使用人工智能中的三维深度学习网络，比如3D
‑
uNet，3D
‑
vNet等对种植体进行三维的分割提取，此种方法训练时需要大量的人工标注好的样本，费时费力，训练时间过长，而且需要配备高性能的计算设备，准确率也不能完全达到100％，并且无法对分割出来的种植体轴线进行计算和提取。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动确定方法，可有效解决上述问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动确定方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1，获取术后患者种植体位置的CT图像；对所述CT图像进行归一化处理，并对归一化处理后的CT图像进行盒式滤波，得到滤波处理后的CT图像；
[0008]步骤S2，对所述滤波处理后的CT图像进行阈值分割，得到经过阈值分割后的二值图；
[0009]步骤S3，对于步骤S2得到的二值图，沿着CT扫描方向的轴向转化为三维斑块图；其中，所述三维斑块图中，包含多个三维斑块；
[0010]对所述三维斑块图中的各个三维斑块进行初步过滤，滤除明显不属于种植体的三维斑块，得到初步过滤的三维斑块图；
[0011]步骤S4，对于步骤S3得到的初步过滤的三维斑块图，共包含m个三维斑块，对于每个三维斑块，表示为三维斑块P
i
，均采用以下方法，识别三维斑块P
i
是否为种植体三维斑块：
[0012]步骤S4.1，求解三维斑块P
i
相对于斑块质心O
i
的三维转动惯量，得到三维转动惯量矩阵J
i
；
[0013]步骤S4.1.1，三维斑块P
i
共包含n个体素点，任意体素点的三维坐标表示为 (x
j
，y
j
，z
j
)；斑块质心O
i
的三维坐标为(x
i
，y
i
，z
i
)；
[0014]通过以下公式，分别计算I
xx
、I
yy
、I
zz
、I
xy
、I
yx
、I
xz
、I
zx
、I
yz
和I
zy
：
[0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021]其中：
[0022]三维斑块P
i
对应一个等效惯性椭球；该等效惯性椭球具有三个主轴，三个主轴按长度从短到长的方向，分别为x轴，y轴和z轴；
[0023]I
xx
，I
yy
，I
zz
分别为绕着x轴，y轴和z轴旋转的主惯性量；
[0024]I
xy
代表x轴和y轴的耦合惯性积；
[0025]I
xz
代表x轴和z轴的耦合惯性积；
[0026]I
yx
代表y轴和x轴的耦合惯性积；
[0027]I
yz
代表y轴和z轴的耦合惯性积；
[0028]I
zx
代表z轴和x轴的耦合惯性积；
[0029]I
zy
代表z轴和y轴的耦合惯性积；
[0030]步骤S4.1.2，由此建立三维转动惯量矩阵J
i
：
[0031][0032]步骤S4.2，对三维转动惯量矩阵J
i
进行特征值分解，得到三维转动惯量矩阵 J
i
的特征值和特征向量；
[0033]其中，特征值为三个，分别表征等效惯性椭球三个主轴的长度；
[0034]特征向量V形式为：V＝[v1，v2，v3]；
[0035]其中：v1表示等效惯性椭球最短的主轴的方向向量，称为第一惯性椭球轴；
[0036]v2表示等效惯性椭球第二短主轴的方向向量，称为第二惯性椭球轴；
[0037]v3表示等效惯性椭球长轴的方向向量，称为第三惯性椭球轴；
[0038]步骤S4.3，根据步骤S4.2的三个特征值，采用下式，分别建立第一椭球偏心率E1和第二椭球偏心率E2：
[0039][0040][0041]其中：ρ1，ρ2，ρ3代表由大到小排列的三个特征值；
[0042]步骤S4.4，将步骤S4.2得到的最大特征值对应的方向向量作为种植体中轴线的方向向量C
i
，并且该方向向量C
i
经过斑块质心O
i
；
[0043]根据种植体中轴线的方向向量C
i
和斑块质心O
i
，建立种植体中轴线方程W
i
；
[0044]步骤S4.5，对三维斑块P
i
进行CT轴向扫描，得到N个切片；每个切片为二值图，将每个切片表示为S
k
，其中，k＝1，2，...，N；
[0045]求解切片S
k
的质心O
k
；
[0046]计算质心O
k
到种植体中轴线的距离L
i
；
[0047]计算N个切片的质心到种植体中轴线的距离的平均值L^；
[0048]采用下式，计算得到三维斑块P
i
切片质心到种植体中轴线距离的方差V：
[0049][0050]步骤S4.6，根据种植体细长以及轴对称的几何特点，分别对第一椭球偏心率 E1、第二椭球偏心率E2和方差V建立上下限范围，构造形成带通特征滤波器F；
[0051]采用带通特征滤波器F对三维斑块P
i
进行识别，如果三维斑块P
i
在第一椭球偏心率E1、第二椭球偏心率E2和方差V的上下限范围内，则三维斑块P
i
为种植体斑块；否则，三维斑块P
i
不是种植体斑块，滤除；
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种种植体自动提取以及种植体中轴线自动确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，获取术后患者种植体位置的CT图像；对所述CT图像进行归一化处理，并对归一化处理后的CT图像进行盒式滤波，得到滤波处理后的CT图像；步骤S2，对所述滤波处理后的CT图像进行阈值分割，得到经过阈值分割后的二值图；步骤S3，对于步骤S2得到的二值图，沿着CT扫描方向的轴向转化为三维斑块图；其中，所述三维斑块图中，包含多个三维斑块；对所述三维斑块图中的各个三维斑块进行初步过滤，滤除明显不属于种植体的三维斑块，得到初步过滤的三维斑块图；步骤S4，对于步骤S3得到的初步过滤的三维斑块图，共包含m个三维斑块，对于每个三维斑块，表示为三维斑块P
i
，均采用以下方法，识别三维斑块P
i
是否为种植体三维斑块：步骤S4.1，求解三维斑块P
i
相对于斑块质心O
i
的三维转动惯量，得到三维转动惯量矩阵J
i
；步骤S4.1.1，三维斑块P
i
共包含n个体素点，任意体素点的三维坐标表示为(x
j
，y
j
，z
j
)；斑块质心O
i
的三维坐标为(x
i
，y
i
，z
i
)；通过以下公式，分别计算I
xx
、I
yy
、I
zz
、I
xy
、I
yx
、I
xz
、I
zx
、I
yz
和I
zy
：：：：：：其中：三维斑块P
i
对应一个等效惯性椭球；该等效惯性椭球具有三个主轴，三个主轴按长度从短到长的方向，分别为x轴，y轴和z轴；I
xx
，I
yy
，I
zz
分别为绕着x轴，y轴和z轴旋转的主惯性量；
I
xy
代表x轴和y轴的耦合惯性积；I
xz
代表x轴和z轴的耦合惯性积；I
yx
代表y轴和x轴的耦合惯性积；I
yz
代表y轴和z轴的耦合惯性积；I
zx
代表z轴和x轴的耦合惯性积；I
zy
代表z轴和y轴的耦合惯性积；步骤S4.1.2，由此建立三维转动惯量矩阵J
i
：步骤S4.2，对三维转动惯量矩阵J
i

【专利技术属性】
技术研发人员：汪阳，房鹤，祝胜山，崔小飞，田忠正，
申请(专利权)人：四川锋准机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：