基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术的基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法、系统及终端，通过CBCT牙齿数据以及口扫牙冠数据的三阶段配准，将口扫的牙冠替换掉CBCT重建牙齿的牙冠，并利用3D曲面重建算法重建出高精度的3D牙齿模型；本发明专利技术不仅可以生成高精度的牙齿，还既可以满足生产隐形矫治器的需求，也可以满足临床诊断需求。也可以满足临床诊断需求。也可以满足临床诊断需求。

【技术实现步骤摘要】
基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法、系统及终端


[0001]本专利技术涉及图像配准领域，特别是涉及一种基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]近年来，随着人们逐渐开始重视牙齿的整齐美观，准确地提取三维数字牙齿模型在口腔正畸临床上有着重要的应用，尤其是在牙齿排列和牙齿生物力学模拟方面。完整的牙齿（包括牙冠和牙根）可以从3D数据重建，例如磁共振成像 (MRI)、计算机断层扫描 (CT) 和锥形束计算机断层扫描 (CBCT)。当前CBCT 是牙科成像中最流行的成像技术，因为它可以更好地分离软组织和硬组织。虽然 CBCT 成像能够重建出 3D 牙齿模型，但是由于CBCT的精度一般在 200
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450微米之间，牙冠表面的细节信息丢失严重，而制作隐形矫治器需要更高精度的牙冠细节信息。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法、系统及终端，用于解决现有技术中以上技术问题。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法，所述方法包括：由采集的CBCT牙齿数据以及口扫牙冠数据分别获得对应的牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据；其中，所述牙齿三角网格数据包括：每个牙齿的牙齿三角网格数据；所述口扫牙冠三角网格数据包括：每个口扫牙冠的牙冠三角网格数据；基于牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据对各牙齿以及各口扫牙冠进行粗配准，以获得粗配准数据；其中，所述粗配准数据包括：一或多个牙齿牙冠粗配准数据对；其中，每个牙齿牙冠粗配准数据对包括：一牙齿的牙齿三角网格数据；或包括：一配准牙齿的牙齿三角网格数据和对应该配准牙齿的配准口扫牙冠的牙冠三角网格数据；对所述粗配准数据进行牙齿牙冠粗配准数据对筛选，将筛选后的一或多个牙齿牙冠粗配准数据进行牙冠坐标变换，以获得对应筛选后的一或多个牙齿牙冠粗配准数据对的牙齿牙冠配准数据对；对各牙齿牙冠配准数据对进行全局采样，并基于计算的各采样点的特征描述子获得用于将各口扫牙冠变换到对应牙齿上的牙冠位置的初步变换矩阵；基于最近点迭代算法，根据所述牙齿牙冠配准数据对以及所述初步变换矩阵计算获得精配准变换矩阵；基于所述精配准变换矩阵，将口扫牙冠三角网格数据中的各口扫牙冠变换到牙齿三角网格数据中的对应的牙齿的牙冠相应位置，以获得由各口扫牙冠变换的各变换牙冠的牙冠三角网格数据；基于各变换牙冠的牙冠三角网格数据，将所述牙齿三角网格数据中具有牙冠的牙齿的牙冠移除，以供获得形成有空隙的三角网格牙齿；其中，形成有空隙的三角网格牙齿包括：多个移除牙冠后的三角网格牙根以及对应的三角网格变换牙冠；基于Possion 曲面重建算法，根据所述形成有空隙的三角网格牙齿获得重建的三维牙齿模型。
[0005]于本专利技术的一实施例中，所述由采集的CBCT牙齿数据以及口扫牙冠数据分别获得
对应的牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据包括：对所述CBCT牙齿数据以及口扫牙冠数据进行刚体变换，获得具有三轴轴向数据的CBCT牙齿变换数据以及口扫牙冠变换数据；对所述CBCT牙齿变换数据中各牙齿的位置进行标记并进行图像数据三角化，获得每个牙齿的牙齿三角网格数据；其中，所述牙齿的类型包括：上颌牙齿以及下颌牙齿；获取所述口扫牙冠变换数据中各口扫牙冠的位置信息，并基于该位置信息剪切获得每个口扫牙冠的牙冠三角网格数据；其中，所述口扫牙冠的类型包括：上颌口扫牙冠以及下颌口扫牙冠。
[0006]于本专利技术的一实施例中，所述基于牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据对各牙齿以及各口扫牙冠进行粗配准，以获得粗配准数据包括：在各口扫牙冠上分别随机对多个点进行采样，以获得多个口扫牙冠采样点所对应的位置信息；分别对所述牙齿三角网格数据中各口扫牙冠所对应的牙齿的可采样位置范围内随机进行采样，以获得与对应的口扫牙冠的口扫牙冠采样点数量相同的牙齿采样点所对应的位置信息；其中，每个牙齿的可采样位置范围与对应的口扫牙冠的在三轴中Z轴上的高度值相关；根据对应各口扫牙冠采样点的采样质心的位置信息以及对应各牙齿采样点的采样质心的位置信息计算获得供各口扫牙冠移动的平移向量；根据由各口扫牙冠采样点的位置信息形成的矩阵以及由各牙齿采样点的位置信息构成的矩阵获得供各口扫牙冠旋转的旋转矩阵；基于所述平移向量以及旋转矩阵，根据各口扫牙冠采样点的位置信息获得各配准牙冠的牙冠三角网格数据，以供与各牙齿的牙齿三角网格数据构成一或多个牙齿牙冠粗配准数据对。
[0007]于本专利技术的一实施例中，所述对所述粗配准数据进行牙齿牙冠粗配准数据对筛选，将筛选后的一或多个牙齿牙冠粗配准数据进行牙冠坐标变换，以获得对应筛选后的各牙齿牙冠粗配准数据对的牙齿牙冠配准数据对包括：获取同时具有配准牙齿的牙齿三角网格数据以及对应该配准牙齿的配准口扫牙冠的牙冠三角网格数据的牙齿牙冠粗配准数据对；基于获取的牙齿牙冠粗配准数据对中各配准牙齿所对应的配准口扫牙冠的在三轴中Z轴上的高度值，对各配准牙齿的牙冠进行裁剪，并对裁剪的牙冠进行表面积进行计算；基于设定的表面积差值阈值，根据各牙齿牙冠粗配准数据对所对应的配准牙齿的裁剪牙冠的表面积对各牙齿牙冠粗配准数据对进行筛选；将筛选后的各牙齿牙冠粗配准数据对中的配准口扫牙冠的牙冠三角网格数据变换到对应配准牙齿的牙冠相应位置，形成对应的牙齿牙冠配准数据对；其中，所述牙齿牙冠配准数据对包括：一配准牙齿的牙齿三角网格数据和对应该配准牙齿的配准口扫牙冠的牙冠转换三角网格数据。
[0008]于本专利技术的一实施例中，所述对各牙齿牙冠配准数据对进行全局采样，并基于计算的各采样点的特征描述子获得用于将各口扫牙冠变换到对应牙齿上的牙冠位置的初步变换矩阵包括：分别对各牙齿牙冠配准数据对中的配准牙齿的牙齿三角网格数据和该配准牙齿的配准口扫牙冠的牙冠转换三角网格数据分别按照其各自的网格顶点数进行降采样，计算配准牙齿的牙齿三角网格数据以及配准口扫牙冠的牙冠转换三角网格数据的各网格顶点的特征描述子，以获得各牙齿牙冠配准数据所对应的特征描述子数据；基于快速全局配准算法，根据各牙齿牙冠配准数据所对应的特征描述子数据获得用于将各口扫牙冠变换到对应牙齿上的牙冠位置的初步变换矩阵。
[0009]于本专利技术的一实施例中，所述基于最近点迭代算法，根据所述牙齿牙冠配准数据对以及所述初步变换矩阵计算获得精配准变换矩阵包括：基于将所述初步变换矩阵作为初始化矩阵的最近点迭代算法，根据所述牙齿牙冠配准数据对以及所述初步变换矩阵计算获
得精配准变换矩阵。
[0010]于本专利技术的一实施例中，所述基于各变换牙冠的牙冠三角网格数据，将所述牙齿三角网格数据中具有牙冠的牙齿的牙冠移除，以供获得形成有空隙的三角网格牙齿包括：计算所述牙齿三角网格数据中具有牙冠的一或多个牙齿的牙齿三角网格数据中距离对应的变换牙冠的变换牙冠三角网格数据中的网格顶点集合预设距离阈值以内的网格顶点集合；将所有牙齿的网格顶点集合从所述牙齿三角网格数据移除，获得移除牙冠的各牙根的三角网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法，其特征在于，所述方法包括：由采集的CBCT牙齿数据以及口扫牙冠数据分别获得对应的牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据；其中，所述牙齿三角网格数据包括：每个牙齿的牙齿三角网格数据；所述口扫牙冠三角网格数据包括：每个口扫牙冠的牙冠三角网格数据；基于牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据对各牙齿以及各口扫牙冠进行粗配准，以获得粗配准数据；其中，所述粗配准数据包括：一或多个牙齿牙冠粗配准数据对；其中，每个牙齿牙冠粗配准数据对包括：一牙齿的牙齿三角网格数据；或包括：一配准牙齿的牙齿三角网格数据和对应该配准牙齿的配准口扫牙冠的牙冠三角网格数据；对所述粗配准数据进行牙齿牙冠粗配准数据对筛选，将筛选后的一或多个牙齿牙冠粗配准数据进行牙冠坐标变换，以获得对应筛选后的一或多个牙齿牙冠粗配准数据对的牙齿牙冠配准数据对；对各牙齿牙冠配准数据对进行全局采样，并基于计算的各采样点的特征描述子获得用于将各口扫牙冠变换到对应牙齿上的牙冠位置的初步变换矩阵；基于最近点迭代算法，根据所述牙齿牙冠配准数据对以及所述初步变换矩阵计算获得精配准变换矩阵；基于所述精配准变换矩阵，将口扫牙冠三角网格数据中的各口扫牙冠变换到牙齿三角网格数据中的对应的牙齿的牙冠相应位置，以获得由各口扫牙冠变换的各变换牙冠的牙冠三角网格数据；基于各变换牙冠的牙冠三角网格数据，将所述牙齿三角网格数据中具有牙冠的牙齿的牙冠移除，以供获得形成有空隙的三角网格牙齿；其中，形成有空隙的三角网格牙齿包括：多个移除牙冠后的三角网格牙根以及对应的三角网格变换牙冠；基于Possion 曲面重建算法，根据所述形成有空隙的三角网格牙齿获得重建的三维牙齿模型。2.根据权利要求1中所述的基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法，其特征在于，所述由采集的CBCT牙齿数据以及口扫牙冠数据分别获得对应的牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据包括：对所述CBCT牙齿数据以及口扫牙冠数据进行刚体变换，获得具有三轴轴向数据的CBCT牙齿变换数据以及口扫牙冠变换数据；对所述CBCT牙齿变换数据中各牙齿的位置进行标记并进行图像数据三角化，获得每个牙齿的牙齿三角网格数据；其中，所述牙齿的类型包括：上颌牙齿以及下颌牙齿；获取所述口扫牙冠变换数据中各口扫牙冠的位置信息，并基于该位置信息剪切获得每个口扫牙冠的牙冠三角网格数据；其中，所述口扫牙冠的类型包括：上颌口扫牙冠以及下颌口扫牙冠。3.根据权利要求1中所述的基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法，其特征在于，所述基于牙齿三角网格数据以及口扫牙冠三角网格数据对各牙齿以及各口扫牙冠进行粗配准，以获得粗配准数据包括：在各口扫牙冠上分别随机对多个点进行采样，以获得多个口扫牙冠采样点所对应的位置信息；分别对所述牙齿三角网格数据中各口扫牙冠所对应的牙齿的可采样位置范围内随机
进行采样，以获得与对应的口扫牙冠的口扫牙冠采样点数量相同的牙齿采样点所对应的位置信息；其中，每个牙齿的可采样位置范围与对应的口扫牙冠的在三轴中Z轴上的高度值相关；根据对应各口扫牙冠采样点的采样质心的位置信息以及对应各牙齿采样点的采样质心的位置信息计算获得供各口扫牙冠移动的平移向量；根据由各口扫牙冠采样点的位置信息形成的矩阵以及由各牙齿采样点的位置信息构成的矩阵获得供各口扫牙冠旋转的旋转矩阵；基于所述平移向量以及旋转矩阵，根据各口扫牙冠采样点的位置信息获得各配准牙冠的牙冠三角网格数据，以供与各牙齿的牙齿三角网格数据构成一或多个牙齿牙冠粗配准数据对。4.根据权利要求1中所述的基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法，其特征在于，所述对所述粗配准数据进行牙齿牙冠粗配准数据对筛选，将筛选后的一或多个牙齿牙冠粗配准数据进行牙冠坐标变换，以获得对应筛选后的各牙齿牙冠粗配准数据对的牙齿牙冠配准数据对包括：获取同时具有配准牙齿的牙齿三角网格数据以及对应该配准牙齿的配准口扫牙冠的牙冠三角网格数据的牙齿牙冠粗配准数据对；基于获取的牙齿牙冠粗配准数据对中各配准牙齿所对应的配准口扫牙冠的在三轴中Z轴上的高度值，对各配准牙齿的牙冠进行裁剪，并对裁剪的牙冠进行表面积进行计算；基于设定的表面积差值阈值，根据各牙齿牙冠粗配准数据对所对应的配准牙齿的裁剪牙冠的表面积对各牙齿牙冠粗配准数据对进行筛选；将筛选后的各牙齿牙冠粗配准数据对中的配准口扫牙冠的牙冠三角网格数据变换到对应配准牙齿的牙冠相应位置，形成对应的牙齿牙冠配准数据对；其中，所述牙齿牙冠配准数据对包括：一配准牙齿的牙齿三角网格数据和对应该配准牙齿的配准口扫牙冠的牙冠转换三角网格数据。5.根据权利要求1中所述的基于三维牙齿和牙冠配准的牙齿重建方法，其特征在于，所述对各牙齿牙冠配准数据对进行全局采样，并基...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾令辉，杨彤，
申请(专利权)人：上海牙典医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：