一种基于VTK的口腔导板初提取方法技术

本发明专利技术提供了一种基于VTK的口腔导板初提取方法，属于口腔图像测量、套筒融合、图像区域分割及图像的三维数据膨胀技术领域。解决了口腔CT图像和医学三维图像测量、牙齿表面分割和口腔导板提取的问题。其技术方案为：包括以下步骤：S10、距离和角度的测量；S20、套筒融合；S30、牙齿区域分割；S40、牙齿区域膨胀。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术通过多种不同的方法进行算法方面的对比分析；图像膨胀方面使用的是vtkWarpVector方法，最终将牙齿表面膨胀后的数据进行3D打印，得到口腔导板的初提取样本。得到口腔导板的初提取样本。得到口腔导板的初提取样本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VTK的口腔导板初提取方法


[0001]本专利技术涉及口腔图像测量、套筒融合、图像区域分割及图像的三维数据膨胀
， 尤其涉及一种基于VTK的口腔导板初提取方法。

技术介绍

[0002]随着人工智能技术、光学成像技术、三维图像处理技术、高分辨CT扫描技术、计算机 软件开发技术的日益成熟，以及口腔种植的临床分析与实验研究的不断深入，针对口腔种 植手术环境的显示与分析、术前模拟方案的预测与导航、三维数字化口腔导板的提取制作， 已经成为新的研究领域的一大热点,在国内这项技术发展尚未成熟，但口腔种植导板的需求 量却未曾削减。口腔种植手术成功的重要因素包括两方面，一方面是手术前为患者制定科 学、合理、安全的治疗方案；另一方面是对该方案进行模拟操作，预测结果。而口腔导板 提取系统具有良好的手术导航功能，在临床的手术中也得到了一定的测试试用，可以保证 手术的安全性、稳定性，降低手术的不可未知性，从而有效的提高种植手术的成功率。
[0003]口腔种植手术中对种植体的设计和放置有严格的要求，种植体与上腭骨、下槽牙神经 管之间的距离检测误差在2毫米以内，对颌骨缺损骨量评估、以及种植体与修复体的位置 关系要求严密，手术能否顺利完成取决于手术前所规划的方案。常规的根尖放射片、颚骨 曲面体层片虽然可以给临床医生提供一定的指导，但是由于这种常规的X线片是结构重叠 的二维影像，其密度分辨率较低，受摄影角度影响，局部的组织结构会有一定程度的变形 和缩小。总之，根据普通的X线片检查所作的术前规划设计，常常不能对颚骨密度和缺损 区域做出准确的测算，使得临床医生在口腔种植手术中陷入十分被动的局面，不仅达不到 有效的治疗效果，而且可能导致种植体的脱落，甚至出现严重的后遗症，如邻牙损伤、下 唇麻木、颌骨吸收和上颌窦感染等症状，造成患者机体损伤和心理障碍。
[0004]以往的种植手术对医生的经验和技术水平要求极为严格，种植体植入不仅要考虑局部 颚骨的骨密度而且要进行解剖结构来设计，常常要在手术过程中翻开黏骨薄膜后才能人为 的下结论。手术之前设计好的植入位置、角度和实际手术植入的位置存在一定的偏差，不 仅会造成手术的失败而且还会带来一些后遗症。微创种植技术以其可以提高种植手术的精 准度并减少术中出血、减轻术后肿胀、避免牙槽骨吸收和减轻患者恐惧心理等优势被广泛 采用。种植导板的使用使得手术不翻瓣成为可能，和其他的一些手术导板类似，种植导板 也是种植手术的信息载体，是手术中的导航工具。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于VTK的口腔导板初提取方法，利用3D打印技术制作出 来的手术导板，通过三维测量技术，可以设计制作出种植体植入颚骨的深度、角度，避免 伤害了颚骨内的重要神经血管结构，即使是新任职的年轻医生，通过使用这种手术导板， 也可以顺利的完成种植手术。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用技术方案具体为：一种基于VTK的口腔导板初
提 取方法，包括以下步骤：
[0007]S10、距离和角度的测量。使用VtkDistanceWidgets对二维下颚骨切面数据图像中两牙 齿之间距离的进行测量；使用vtkAngleWidget用于测量两条光线(由三个点所定义的)之 间的角度；使用vtkWidgetRepresentation实现三维角度和距离的测量。
[0008]S20、套筒融合。利用布尔运算方法直接对STL三角面数据进行融合处理，可以有效的 解决时间浪费的问题。
[0009]S30、牙齿区域分割。根据模型的阈值或是其他一些显著特征进行分割，通常设置模型 的特征值进行分割或采用鼠标交互式进行三维分割，用户自定义将模型分割成若干区域。
[0010]S40、牙齿区域膨胀。基于VTK的图像膨胀变换采用向量的加法对两个数据集合进行合 并。膨胀区域X
⊕
B是三角面中所有点的向量和的集合，向量加法的两个操作数分别来自于 集合X和集合B，并且选取的是任意可能的集合组合。
[0011]进一步地，所述步骤S10包括：
[0012]S101、二维距离测量。首先，用户自定义设置(即选定两个端点)，然后定义鼠标交互 的方式(交互式移动两个端点),使用此Windows窗口的一些事件，需要实例化(NEW) 一个vtkDistanceWidget的实例和其构造形式(vtkDistanceRepresentation的子类)。该事件使 用vtkHandleWidget的两个实例来实现，这两个实例用于确定所测区域的两端点，也是继承 于vtkAbstractWidget类；
[0013]S102、二维角度测量。首先，用户自定义设置(即选定两个端点和一个中心点)，然后 定义鼠标交互的方式(交互式移动两个端点和一个中心点)。要使用此Windows窗口的一些 事件，需要实例化(NEW)一个vtkAngleWidget的实例和其构造形式(vtkAngleRepresentation 的子类)。这些实例用于定位这三个点。这些事件的表示由vtkAngleRepresentation提供。默 认情况下，小部件将响应以下VTK事件(即，它监视vtkRenderWindowInteractor中的这些 事件)：LeftButtonPressEvent
‑
添加点或选择手柄，MouseMoveEvent
‑
定位第二个或第三个点， 或移动手柄LeftButtonReleaseEvent
‑
释放选定的句柄；
[0014]S103、三维测量。此类用于为不同类型的窗口小部件定义API并实现表示形式。插件 表示(vtkWidgetRepresentation)是一种类型的vtkProp；意味着它们可以与嵌入到场景中 的vtkRenderer端关联，就像其他任何vtkActor一样。但是，vtkWidgetRepresentation还定 义了一个API，使其能够与vtkAbstractWidget子类配对，这意味着它可以由小部件驱动，在 小部件响应已注册事件时表示小部件。此处定义的API应该被视为实现小部件和小部件表 示的指南。小部件的行为很复杂，表示形式对注册的小部件事件的响应方式也很复杂，因 此API可能因小部件而异，以反映这种复杂性。vtkDistanceRepresentation3D是为表示 vtkDistanceWidget。该表示形式包括一条测量线(轴)和两个vtkHandleWidgets，以放置该 线的端点。
[0015]进一步地，所述步骤S20包括：
[0016]S201、两个STL数据分别是数据A、数据B，由几何学及计算机图形学的推导，模型 A和模型B之间的布尔运算关系式为：
[0017][0018]AinB的含义是数据A在数据B内部的集合数据，AoutB的含义是A在数据B外部的集 合数据，(AinB)
‑1表示数据A在数据B内部的集合数据的差集，即将数据A在数据B内部 的集合数据中三角面所有的法向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于VTK的口腔导板初提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、距离和角度的测量，使用VtkDistanceWidgets对二维下颚骨切面数据图像中两牙齿之间距离的进行测量；使用vtkAngleWidget用于测量两条光线之间的角度；使用vtkWidgetRepresentation实现三维角度和距离的测量；S20、套筒融合，利用布尔运算方法直接对STL三角面数据进行融合处理；S30、牙齿区域分割，根据模型的阈值或是其他一些显著特征进行分割，设置模型的特征值进行分割或采用鼠标交互式进行三维分割，用户自定义将模型分割成若干区域；S40、牙齿区域膨胀，基于VTK的图像膨胀变换采用向量的加法对两个数据集合进行合并，膨胀区域X
⊕
B是三角面中所有点的向量和的集合，向量加法的两个操作数分别来自于集合X和集合B，并且选取的是任意可能的集合组合。2.根据权利要求1所述的基于VTK的口腔导板初提取方法，其特征在于，所述步骤S10包括以下步骤：S101、二维距离测量，首先用户自定义设置，即选定两个端点，然后定义鼠标交互的方式，交互式移动两个端点,使用此Windows窗口的一些事件，实例化一个vtkDistanceWidget的实例和其构造形式vtkDistanceRepresentation的子类；该事件使用vtkHandleWidget的两个实例来实现，这两个实例用于确定所测区域的两端点，也是继承于vtkAbstractWidget类；S102、二维角度测量，首先用户自定义设置，即选定两个端点和一个中心点，然后定义鼠标交互的方式，交互式移动两个端点和一个中心点，要使用此Windows窗口的一些事件，需要实例化一个vtkAngleWidget的实例和其构造形式，vtkAngleRepresentation的子类，这些实例用于定位这三个点，这些事件的表示由vtkAngleRepresentation提供，默认情况下，小部件将响应以下VTK事件，监视vtkRenderWindowInteractor中的这些事件：LeftButtonPressEvent
‑
添加点或选择手柄，MouseMoveEvent
‑
定位第二个或第三个点，或移动手柄LeftButtonReleaseEvent
‑
释放选定的句柄；S103、三维测量，此类用于为不同类型的窗口小部件定义API并实现表示形式，插件表示(vtkWidgetRepresentation)是一种类型的vtkProp；意味着它们与嵌入到场景中的vtkRenderer端关联，就像其他任何vtkActor一样，vtkWidgetRepresentation还定义了一个API，使其与vtkAbstractWidget子类配对，它由小部件驱动，在小部件响应已注册事件时表示小部件，此处定义的API被视为实现小部件和小部件表示的指南，小部件的行为复杂，表示形式对注册的小部件事件的响应方式也复杂，API因小部件而异，以反映这种复杂性，vtkDistanceRepresentation3D是为表示vtkDistanceWidget，该表示形式包括一条测量线和两个vtkHandleWidgets，以放置该线的端点。3.根据权利要求1所述的基于VTK的口腔导板初提取方法，其特征在于，所述步骤S20包括以下步骤：S201、两个STL数据分别是数据A、数据B，由几何学及计算机图形学的推导，模型A和模型B之间的布尔运算关系式为：
AinB的含义是数据A在数据B内部的集合数据，AoutB的含义是A在数据B外部的集合数据，(AinB)
‑1表示数据A在数据B内部的集合数据的差集，即将数据A在数据B内部的集合数据中三角面所有的法向量作相反方向的结果；(BinA)
‑1表示数据B在数据A内部的集合数据的差集，即将数据B在数据A内部的集合数据中三角面所有的法向量作相反方向的结果；BoutA的含义是B在数据A外部的集合数据，BinA的含义是数据B在数据A内部的集合数据；S202、遍历下颚骨模型A和下颚骨模型B的每一个三角面顶点，找出每个下颚骨模型中每一个三角面中的顶点的x，y，z坐标的最大值和最小值，分别记为XB
min
、XB
max
、YB
min
、YB
max
、ZB
min
、ZB
max
和XA
min
、XA
max
、YA
min
、YA
max
、ZA
min
、ZA
max
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海英，李金舟，曹东杰，孙国荣，黄双龙，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：