一种三维牙列模型构建装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维牙列模型构建装置及方法，本发明专利技术涉及口腔正畸领域，包括以下步骤：基于CBCT影像的牙列配准及分割、基于三维扫描的牙冠配准及分割、基于三角网格演化的三维牙床重建，本发明专利技术提出了基于CBCT影像的刚性变换矩阵求解方法，构建了基于CBCT的牙列配准及分割模型，提出了基于三维扫描的牙冠部分配准方法，提出了基于三角网格演化法的三维牙床构建方法，建立了基于多源数据融合的三维牙床模型，进而得到了基于CBCT与三维扫描融合的三维重建技术，可以通过三维重建技术得到牙冠部分更为精细的结构以及牙齿的体信息，通过更加精细的三维牙床模型可以提高后续智能诊断模型对于牙床特征的提取，提高自动化诊断的精确度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种三维牙列模型构建装置及方法


[0001]本专利技术涉及口腔正畸领域，具体为一种三维牙列模型构建装置及方法。

技术介绍

[0002]基于CBCT与三维扫描融合的三维重建技术是数字化口腔智能诊断平台研发的先决条件，其主要通过CBCT影像和三维扫描获取的高精度表面信息相融合，构建三维牙列模型，为后续的诊断及决策提供基础。由于CBCT设备输出的断层图像序列是人体被采集区域内空间的三个方向上均匀分布的采样点，这种扫描实际上是一种空间上的数据采集，包含了人体一定体积内的信息，但是其无法准确描述牙冠部分的精细结构；而三维扫描虽然可以得到牙冠部分的精确形状，但是无法得到牙齿的体信息。
[0003]因此，有必要对基于CBCT与三维扫描融合的三维重建技术进行深层次的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种三维牙列模型构建装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种三维牙列模型构建方法，包括以下步骤：
[0006]S1、基于CBCT影像的牙列配准及分割；
[0007]S2、基于三维扫描的牙冠配准及分割；
[0008]S3、基于三维扫描的畸形牙齿牙冠的配准及分割；
[0009]S4、被遮挡部分牙冠形状的再形成；
[0010]S5、基于三角网格演化的三维牙床重建；
[0011]所述S1、基于CBCT影像的牙列配准及分割，通过拍摄的两幅CBCT影像中的牙齿模型构成的点集合，找出最佳的刚性变换矩阵用于两个模型的最优匹配，包括以下步骤：
[0012]假设两幅CBCT影像中牙齿模型构成的点集P和Q，找出最佳的刚性变换矩阵用于两个模型的最优匹配，从点集P中选取的四点共面集B，之后从Q中提取所有和B近似一致四点共面集，其中近似参数为δ；
[0013]对于给出的B，从点集Q中，提取出所有在仿射变换下与B相近的点集，所述相近点集提取公式为：
[0014][0015]其中，r1和r2为平面上的两个仿射不变量；
[0016]精度较高的牙齿模型，对满足仿射变换不变性的点集进行过滤，保证仿射不变性以及点集的刚性变换不变性；
[0017]验证在刚性变换下，对应点集经过变换后是否满足和基准点集B之间的距离约束，对于Q中的一个满足仿射不变性的点集Q
i
，计算Q
i
到B之间的刚性变换T
qi
，则Q
i
经过变换后和
基准点集B之间的距离d
i
可以表示为：
[0018][0019]Q
i
[k]和B[k]表示四点共面集中的第k个点，SN()表示两个点之间的欧氏距离，利用位置精度δ来表示两个四点共面集的近似程度，满足d
i
＜δ，则Q
i
为一个满足刚性变换一致性的四点共面集；
[0020]用B和Q中每一个对应的满足刚性变换一致性的共面集，利用最小二乘法计算最优配准的刚性变换；
[0021]所述S2、基于三维扫描的牙冠配准及分割，在进行牙列配准及分割后，通过三维扫描数据进行牙冠分割，包括以下步骤：
[0022]通过三维扫描数据进行牙冠分割，用重建的牙齿模型进行三维扫描模型的分割，确定重建出的牙齿的类别；
[0023]点的三维坐标作为其特征向量X＝(x1,x2,x3)
T
，其线性判别函数为：
[0024]d(X)＝w1x1+w2x2+w3x3+w4＝W
T
X，
[0025]对应的牙齿点云的分割平面方程为：
[0026]W
T
X＝0，
[0027]将牙齿的点云作为训练样本，对线性分类器进行训练即可得到权矢量W；
[0028]利用牙齿点云的分割平面方程，即可得到平面的法向量：
[0029][0030]取两个模型质心的连线与该平面的交点，得到位于平面上的一点O，得到平面的点法式表示；
[0031]平面切割得到平面上一点及其法向量，用平面切割算法对三维扫描模型连续进行切割，直到分离出所有的牙齿；
[0032]所述S3、基于三维扫描的畸形牙齿牙冠的配准及分割，对生长正常的牙齿通过三维数据进行牙冠分割后，对由于牙齿生长畸形而产生遮挡关系的相邻接牙齿进行牙冠分割；
[0033]出现生长畸形的牙齿，区分出处于遮盖状态的牙齿P1和处于被遮挡关系的牙齿P2，通过对于三维扫描后得到扫描结构图可以明显区分出P1、P2以及两颗牙齿由于遮挡关系而出现的遮挡线，设为L；
[0034]遮挡线L属于P1的牙冠边缘线也属于P2的遮挡边缘线，其中处于遮盖状态的P1由于其本身的牙冠在三维扫描视图中是处于完全显示的，以其与相邻接的被遮挡牙齿P2的遮挡线L为分割线，将L视为在一个三维空间上的曲线，通过多张三维扫描视图的结合，可以得到空间曲线L，其中L满足f(x,y，z)＝0，该曲线曲线上点的坐标都是这个方程的解，同时以这个方程的解为坐标的点都是曲线上的点；
[0035]对该曲线上的点进行分段均匀选取，从曲线L上等分取出10个点，d1、d2、d3
……
d10等，这10个点均满足曲线方程，其中在相邻接的两点之间连接线段，得到K
12
,K
23
、K
34
……
等九段线段，若d1点坐标为(a1，b1，c1)，d2点坐标为(a2，b2，c2)，则K
12
＝(a2
‑
a1，b2
‑
b1，c2
‑
c1)，以K
12
为基准做平面得到一个平面方程A(x
‑
x0)+B(y
‑
y0)+C(z
‑
z0)＝0，其中K
12
为该平面上的向量，即将d1和d2的点坐标带入到平面方程中成立，同时该平面的法向量n于该向量
处于垂直，即n
·
K
12
＝0。
[0036]由于得到的九块空间平面之间交错，将交错的空间平面通过绘图软件融合成为一整个空间曲面，该空间曲面则为分割P1和P2的分割面，通过分割后，可以得到P1的牙冠形状。
[0037]所述S4、被遮挡部分牙冠形状的再形成，由于已经将相邻接的两颗牙齿中处于遮挡关系的牙齿进行配准和分割后，原本处于被遮挡关系的牙齿会再三维扫描视图中出现部分缺失的情况，对该部分的牙冠面进行再生成。
[0038]若是P2在牙床上与其对应设置的另一颗牙齿不存在畸形的情况时，可以对两者进行比对，如处于牙床两端对称设置的切牙和磨牙等，通过对牙冠面的比对得到P2剩余牙冠区域的再生成。
[0039]首先是将已经配准和分割得到的P2
’
的牙冠部分进行提取镜像，然后将镜像部分与P2对应的部分拟合，判断其拟合的精度，若拟合部分的相似度较高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维牙列模型构建方法，其特征在于，以CBCT影像以及牙冠三维扫描图为基础重构三维牙床模型，包括以下步骤：S1、基于CBCT影像的牙列配准及分割；S2、基于三维扫描的牙冠配准及分割；S3、基于三维扫描的畸形牙齿牙冠的配准及分割；S4、被遮挡部分牙冠形状的再形成；S5、基于三角网格演化的三维牙床重建；所述S1、基于CBCT影像的牙列配准及分割，包括以下步骤：假设CBCT影像中牙齿模型构成的点集P和Q，找出最佳的刚性变换矩阵用于两个模型的最优匹配，从点集P中选取的四点共面集B，之后从Q中提取所有和B近似一致四点共面集，其中近似参数为δ；对于给出的B，从点集Q中，提取出所有在仿射变换下与B相近的点集，所述相近点集提取公式为：其中，r1和r2为平面上的两个仿射不变量；精度较高的牙齿模型，对满足仿射变换不变性的点集进行过滤，保证仿射不变性以及点集的刚性变换不变性；验证在刚性变换下，对应点集经过变换后是否满足和基准点集B之间的距离约束，对于Q中的一个满足仿射不变性的点集Q
i
，计算Q
i
到B之间的刚性变换T
qi
，则Q
i
经过变换后和基准点集B之间的距离d
i
可以表示为：Q
i
[k]和B[k]表示四点共面集中的第k个点，SN()表示两个点之间的欧氏距离，利用位置精度δ来表示两个四点共面集的近似程度，满足d
i
＜δ，则Q
i
为一个满足刚性变换一致性的四点共面集；用B和Q中每一个对应的满足刚性变换一致性的共面集，利用最小二乘法计算最优配准的刚性变换；所述S2、基于三维扫描的牙冠配准及分割，在进行牙列配准及分割后，通过三维扫描数据进行牙冠分割，包括以下步骤：通过三维扫描数据进行牙冠分割，用重建的牙齿模型进行三维扫描模型的分割，确定重建出的牙齿的类别；点的三维坐标作为其特征向量X＝(x1,x2,x3)
T
，其线性判别函数为：d(X)＝w1x1+w2x2+w3x3+w4＝W
T
X，对应的牙齿点云的分割平面方程为：W
T
X＝0，将牙齿的点云作为训练样本，对线性分类器进行训练即可得到权矢量W；利用牙齿点云的分割平面方程，即可得到平面的法向量：
取两个模型质心的连线与该平面的交点，得到位于平面上的一点O，得到平面的点法式表示；平面切割得到平面上一点及其法向量，用平面切割算法对三维扫描模型连续进行切割，直到分离出所有的牙齿；所述S3、基于三维扫描的畸形牙齿牙冠的配准及分割，对生长正常的牙齿通过三维数据进行牙冠分割后，对由于牙齿生长畸形而产生遮挡关系的相邻接牙齿进行牙冠分割；出现生长畸形的牙齿，区分出处于遮盖状态的牙齿P1和处于被遮挡关系的牙齿P2，通过对于三维扫描后得到扫描结构图可以明显区分出P1、P2以及两颗牙齿由于遮挡关系而出现的遮挡线，设为L；遮挡线L属于P1的牙冠边缘线也属于P2的遮挡边缘线，其中处于遮盖状态的P1由于其本身的牙冠在三维扫描视图中是处于完全显示的，以其与相邻接的被遮挡牙齿P2的遮挡线L为分割线，将L视为在一个三维空间上的曲线，通过多张三维扫描视图的结合，可以得到空间曲线L，其中L满足f(x,y，z)＝0，该曲线曲线上点的坐标都是这个方程的解，同时以这个方程的解为坐标的点都是曲线上的点；对该曲线上的点进行分段均匀选取，从曲线L上等分取出10个点，d1、d2、d3
……
d10等，这10个点均满足曲线方程，其中在相邻接的两点之间连接线段，得到K
12
,K
23
、K
34
……
等九段线段，若d1点坐标为(a1，b1，c1)，d2点坐标为(a2，b2，c2)，则K
12
＝(a2
‑
a1，b2
‑
b1，c2
‑
c1)，以K
12
为基准做平面得到一个平面方程A(x
‑
x0)+B(y
‑
y0)+C(z
‑
z0)＝0，其中K
12
为该平面上的向量，即将d1和d2的点坐标带入到平面方程中成立，同时该平面的法向量n于该向量处于垂直，即n
·
K
12
＝0；得到的九块空间平面之间交错，将交错的空间平面通过绘图软件融合成为一整个空间曲面，该空间曲面则为分割P1和P2的分割面，通过分割后，可以得到P1的牙冠形状；所述S4、被遮挡部分牙冠形状的再形成，由于已经将相邻接的两颗牙齿中处于遮挡关系的牙齿进行配准和分割后，原本处于被遮挡关系的牙齿会再三维扫描视图中出现部分缺失的情况，对该部分的牙冠面进行再生成；若是P2在牙床上与其对应设置的另一颗牙齿不存在畸形的情况时，可以对两者进行比对，如处于牙床两端对称设置的切牙和磨牙等，通过对牙冠面的比对得到P2剩余牙冠区域的再生成；将已经配准和分割得到的P2
’
的牙冠部分进行提取镜像，然后将镜像部分与P2对应的部分拟合，判断其拟合的精度，若拟合部分的相似度较高，即可以判断剩余部分的牙冠面基本一致，通过将剩余部分的牙冠面补充到P2上既可以得到完整的P2的牙冠形状，此时便可以得到当P1完成配准和分割后的P2的牙冠形状，可以在具有牙齿畸形情况下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，谈龙，
申请(专利权)人：杭州口腔医院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：