一种口腔种植手术配准方法、系统和存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种口腔种植手术配准方法、系统和存储介质，通过构建CT三维模型，获取对应的CT二维截面图像，识别配准小球所对应的配准圆斑，获取配准球体的CT三维坐标值，基于至少4个拟合所得的配准球体的CT三维坐标值将配准器模型匹配至CT三维模型上，根据凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值，在CT三维坐标系和相机坐标系之间建立转换关系等进行配准。在扫描切割识别配准圆斑、基于配准圆斑获取配准球体的CT三维坐标值、基于凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值进行配准等方面都更为清晰，现比现有技术中自动识别配准圆斑和自动生成配准球体，本方案在保证方案实现逻辑简单的基础上，提升配准的效率和准确率，从而有效保障种植精度和治疗效果。植精度和治疗效果。植精度和治疗效果。

【技术实现步骤摘要】
一种口腔种植手术配准方法、系统和存储介质


[0001]本专利技术涉及医疗
，涉及一种用于在实施种植手术前进行配准以在CT坐标系和相机坐标系之间建立转换关系的方法、系统和存储介质。

技术介绍

[0002]口腔种植是指通过种植牙的方式对患者口腔内的牙齿缺失进行修补的治疗方式，基于光学导航系统对种植全过程进行导航引导具有种植精度高和治疗效果好的优点。
[0003]光学导航系统至少包括光学定位仪、种植手机、人体参考板和手机参考板等设备，人体参考板固定设置于患者上，手机参考板固定设置于种植手机上，光学定位仪通过采集人体参考板和手机参考板来确定患者和种植手机的实时相对位置，进而进行实时引导。
[0004]目前市面上口腔种植导航系统在使用前均需要通过使用配准器进行配准，以得到CT坐标系和相机坐标系之间的矩阵变化关系。现有技术在进行配准时包括以下操作：选定配准器在CT图像中分布的区域，通过设置CT扫描阈值，使得CT 三维图像上只显示配准器陶瓷球和牙齿的形态，基于自动配准算法，在CT三维图像上识别陶瓷球的位置，以完成配准。以上方式能够实现基本配准功能，但在操作过程中需要调整配准器分布区域和设置CT扫描阈值，自动识别率较低，配准效率和准确率均不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种口腔种植手术配准方法、系统和存储介质，能够提升配准的效率和准确率，从而有效保障种植精度和治疗效果。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种口腔种植手术配准方法，包括以下步骤：S1.采集患者带有配准器的口腔CBCT数据，基于口腔CBCT数据构建CT三维模型，所述配准器上设置有多个配准小球和多个凹坑；S2.获取CT三维模型所对应的CT二维截面图像，所述CT二维截面图像包括XY二维截面图像、YZ二维截面图像和XZ轴二维截面图像；S3.沿截面法向扫描切割CT三维模型，直至在CT二维截面图像中识别得到配准小球所对应的配准圆斑；S4.选取二维截面图像识别所得配准圆斑，拟合配准圆斑以获取其圆心的平面二维坐标，基于屏幕坐标系和CT三维坐标系之间的转换关系将配准圆斑圆心的平面二维坐标转换成对应的CT三维坐标，并以配准圆斑圆心的CT三维坐标为中心点在CT三维模型选取对应的球形ROI区域，在该球形ROI区域中拟合出配准球体，并获取配准球体的CT三维坐标值；S5.基于至少4个拟合所得的配准球体的CT三维坐标值，将配准器模型匹配至CT三维模型上；S6.当种植手机通过球形钻头抵于所述配准器的凹坑内时，获取种植手机的相机
三维坐标值，通过种植手机的相机三维坐标值确定凹坑的相机三维坐标值；S7.通过配准器模型，结合配准球体的CT三维坐标值确定凹坑的CT三维坐标值；S8.根据凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值，在CT三维坐标系和相机坐标系之间建立转换关系，完成配准。
[0007]与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：本技术方案在扫描切割识别配准圆斑、基于配准圆斑获取配准球体的CT三维坐标值、基于凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值进行配准等方面都更为清晰，现比于现有技术中自动识别配准圆斑和自动生成配准球体，本技术方案中的“半自动”配准方式在保证方案实现逻辑简单的基础上，还能够提升配准的效率和准确率，从而有效保障种植精度和治疗效果。
[0008]对应地，一种口腔种植手术配准系统，包括：模型构建模块，用于采集患者带有配准器的口腔CBCT数据，基于口腔CBCT数据构建CT三维模型，所述配准器上设置有多个配准小球和多个凹坑；截面数据获取模块，用于获取CT三维模型所对应的CT二维截面图像，所述CT二维截面图像包括XY二维截面图像、YZ二维截面图像和XZ轴二维截面图像；圆斑识别模块，用于沿截面法向扫描切割CT三维模型，直至在CT二维截面图像中识别得到配准小球所对应的配准圆斑；球体拟合模块，用于选取二维截面图像识别所得配准圆斑，拟合配准圆斑以获取其圆心的平面二维坐标，基于屏幕坐标系和CT三维坐标系之间的转换关系将配准圆斑圆心的平面二维坐标转换成对应的CT三维坐标，并以配准圆斑圆心的CT三维坐标为中心点在CT三维模型选取对应的球形ROI区域，在该球形ROI区域中拟合出配准球体，并获取配准球体的CT三维坐标值；模型匹配模块，用于基于至少4个拟合所得的配准球体的CT三维坐标值，将配准器模型匹配至CT三维模型上；第一坐标获取模块，用于在当种植手机通过球形钻头抵于所述配准器的凹坑内时，获取种植手机的相机三维坐标值，通过种植手机的相机三维坐标值确定凹坑的相机三维坐标值；第二坐标获取模块，用于通过配准器模型，结合配准球体的CT三维坐标值确定凹坑的CT三维坐标值；配准模块，用于根据凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值，在CT三维坐标系和相机坐标系之间建立转换关系，完成配准。
[0009]对应地，一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被处理器执行时，处理器执行如上所述的口腔种植手术配准方法。
附图说明
[0010]图1是本专利技术口腔种植手术配准方法的流程示意图。
[0011]图2是本专利技术口腔种植手术配准系统的结构示意图。
[0012]图中，各标号所代表的部件列表如下：模型构建模块1、截面数据获取模块2、圆斑识别模块3、球体拟合模块4、模型匹配
模块5、第一坐标获取模块6、第二坐标获取模块7、配准模块8。
实施方式
[0013]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0014]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0015]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术的具体含义。
[0016]口腔种植是指通过种植牙的方式对患者口腔内的牙齿缺失进行修补的治疗方式，基于光学导航系统对种植全过程进行导航引导能够种植精度高和治疗效果好的优点。
[0017]光学导航系统至少包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种口腔种植手术配准方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采集患者带有配准器的口腔CBCT数据，基于口腔CBCT数据构建CT三维模型，所述配准器上设置有多个配准小球和多个凹坑；S2.获取CT三维模型所对应的CT二维截面图像，所述CT二维截面图像包括XY二维截面图像、YZ二维截面图像和XZ轴二维截面图像；S3.沿截面法向扫描切割CT三维模型，直至在CT二维截面图像中识别得到配准小球所对应的配准圆斑；S4.选取二维截面图像识别所得配准圆斑，拟合配准圆斑以获取其圆心的平面二维坐标，基于屏幕坐标系和CT三维坐标系之间的转换关系将配准圆斑圆心的平面二维坐标转换成对应的CT三维坐标，并以配准圆斑圆心的CT三维坐标为中心点在CT三维模型选取对应的球形ROI区域，在该球形ROI区域中拟合出配准球体，并获取配准球体的CT三维坐标值；S5.基于至少4个拟合所得的配准球体的CT三维坐标值，将配准器模型匹配至CT三维模型上；S6.当种植手机通过球形钻头抵于所述配准器的凹坑内时，获取种植手机的相机三维坐标值，通过种植手机的相机三维坐标值确定凹坑的相机三维坐标值；S7.通过配准器模型，结合配准球体的CT三维坐标值确定凹坑的CT三维坐标值；S8.根据凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值，在CT三维坐标系和相机坐标系之间建立转换关系，完成配准。2.根据权利要求1所述的一种口腔种植手术配准方法，其特征在于，所述步骤S4中，选取二维截面图像识别所得配准圆斑，拟合配准圆斑以获取其圆心的平面二维坐标具体包括以下步骤：以特定的圆心和半径选取配准圆斑搜索区域，对搜索区域进行二值化处理和去噪滤波处理，收集配准圆斑数据点，记录所有数据点所对应的二维坐标；获取估算配准圆斑圆心坐标为(x0,y0)和估算圆心半径r，将所有数据点所对应的二维坐标(x, y)表示为(x
‑
x0)
²
+(y
‑
y0)
²
=r
²
；通过误差方程分析误差平方和E(x0,y0)=Σ[(xi
‑
x0)
²
+(yi
‑
y0)
²‑
r
²
]
²
；计算误差平方和E(x0,y0)偏导数，基于E(x0,y0)偏导数得到关于配准圆斑圆心坐标的方程组：
∂
E/
∂
x0=
‑
4Σ[(xi
‑
x0)
²
+(yi
‑
y0)
²‑
r
²
](xi
‑
x0)=0
∂
E/
∂
y0=
‑
4Σ[(xi
‑
x0)
²
+(yi
‑
y0)
²‑
r
²
](yi
‑
y0)=0求解上述方程组得到配准圆斑圆心精确值和半径精确值，拟合完成；所述步骤S4中，基于屏幕坐标系和CT三维坐标系之间的转换关系将配准圆斑圆心的平面二维坐标转换成对应的CT三维坐标具体包括以下步骤：根据CT三维模型的像素大小和切片间距，将配准圆斑圆心的平面二维坐标转换为CT截面坐标；根据CT三维模型中CT二维截面图像的切片间距和像素大小，将配准圆斑圆心的CT截面坐标转换为CT体积坐标；将CT体积坐标转换为CT三维模型中的CT三维坐标。3.根据权利要求1所述的一种口腔种植手术配准方法，其特征在于，所述步骤S4中，以
配准圆斑圆心的CT三维坐标为中心点在CT三维模型选取对应的球形ROI区域并在该球形ROI区域中拟合出配准球体具体包括以下步骤：选取拟合区域，获取拟合半径并在CT三维模型上选取以配准圆斑圆心的CT三维坐标为中心点为球心、以拟合半径为半径的球形ROI区域；对选取的球形ROI区域进行CT值二值化处理，得到二值化图像数据；对二值化图像数据进行去噪处理；根据去噪处理后的二值化图像数据，基于拟合算法拟合得到配准球体；计算拟合得到的配准球体的圆度；当圆度超过预设阈值时配准球体拟合完成，否则重新选取拟合区域并进行再次拟合。4.根据权利要求1所述的一种口腔种植手术配准方法，其特征在于，所述步骤S5中，基于至少4个拟合所得的配准球体的CT三维坐标值将配准器模型匹配至CT三维模型上具体包括以下步骤：根据至少4个CT三维坐标值分析得到各个配准球体的点云数据；提取CT三维模型的点云数据；数据预处理，对配准球体的点云数据和CT三维模型的点云数据进行去噪、滤波、采样；根据初始变换矩阵将各个配准球体的点云数据对齐到取CT三维模型的初始位置；使用迭代方式，通过最小化点云之间的距离或最大化对齐的度量函数，来优化初始对齐的结果，完成匹配。5.根据权利要求1所述的一种口腔种植手术配准方法，其特征在于，所述步骤S8中，在CT三维坐标系和相机坐标系之间建立转换关系具体包括：获取凹坑的相机三维坐标值和凹坑的CT三维坐标值；通过对凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值进行均值运算得到平移向量；通过对凹坑的相机三维坐标值和CT三维坐标值进行最小二乘法运算得到旋转矩阵；计算凹坑的相机三维坐标值在相机坐标系中的欧氏距离A，计算凹坑的CT三维坐标值在CT三维坐标系中的欧氏距离B，根据缩放因子 = ∑（欧氏距离A / 欧氏距离B)分析得到缩放因子；其中，∑表示对多个凹坑对应的欧氏距离A / 欧氏距离B进行求和；根据平移向量、旋转矩阵和缩放因子，建立CT三维坐标系和相机坐标系之间的转换关系。6.一种口腔种植手术配准系统，其特征在于，包括：模型构建模块，用于采集患者带有配准器的口腔CBCT数据，基于口腔CBCT数据构建CT三维模型，所述配准器上设置有多个配准小球和多个凹坑；截面数据获取模块，用于获取CT三维模型所对应的CT二维截面图像，所述CT二...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡昀，
申请(专利权)人：深圳卡尔文科技有限公司，
类型：发明
国别省市：