[發明專利]在三維網格牙頜模型上快速精確探測牙弓線的方法

無效

• 申請號: 200710025428.1
• 申請日: 2007-07-31
• 公開（公告）號: CN101103940A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 戴寧;程筱勝;郝國棟;廖文和;俞青;胡勤剛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61C19/04
• 分類號: A61C19/04;G06F17/00
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 闕如生

所屬技術領域

本發明涉及計算機輔助設計領域，特別是計算機輔助口腔正畸治療中，三維牙頜模型上的牙弓線探測方法。

背景技術

牙弓形狀在正畸診斷和治療中具有重要的意義，正畸醫生需要繪制出上下頜的牙弓線以判斷錯頜畸形的程度，測量牙弓進行擁擠度分析是正畸診斷重要的定量評價依據。修正異常的牙弓形態，建立與患者個體匹配的個性化牙弓形狀，是口腔正畸的重要目標。正畸醫生最早是根據Bonwill-Hawley氏原理來繪制個別弓形圖，但是繪制的過程極為復雜、繁瑣。后來各種數學模型被用來模擬牙弓形態，比如橢圓線函數、拋物線函數等復雜的數學函數，繪制由數學函數表示的牙弓線更為繁瑣、難度更大。

隨著計算機技術在口腔正畸治療中的廣泛應用，人們開始使用計算機來繪制牙弓線。Begole首先采集牙頜1∶1的二維圖像，在二維圖像上手動拾取參照點，使用三次樣條曲線擬合參照點得到牙弓線。三維測量技術應用于口腔正畸治療以后，可以很容易地獲得數字化的三維牙頜模型，于是出現了在三維數字模型上繪制牙弓線的方法，Joon?Huang等在三維數字牙頜模型上手動選取參照點來擬合牙弓線，Schicho等在三維數字模型上人機交互定義牙弓線，這些手動的或者交互式的算法需要正畸醫生的頻繁操作、費時費力。Kondo在論文Robust?archdetection?and?tooth?segmentation?in?3D?images?of?dental?plaster?models(In：Proceedings?International?Workshop?on?Medical?Imaging?and?AugmentedReality[C]，Hong?Kong，China，2001：241-246)中介紹了一種自動探測牙弓線的方法，首先確定咬合平面，依據咬合平面調整牙頜模型的坐標，然后把三維模型轉換為二維的灰度圖像，灰度圖像的亮度值代表坐標z值(即高度值)，在灰度圖像上使用梯度方向分析(gradient?orientation?analysis)方法尋找梯度方向間斷的點作為初始參照點，使用初始參照點擬合一條初始牙弓線，依據初始牙弓線在灰度圖像上提取最終特征點，擬合提取到的最終特征點得到最終牙弓線，這種自動探測牙弓線的方法有良好的適應性，但是由于要把三維模型轉換為二維的灰度圖像，在轉換的過程中部分網格頂點的信息會丟失，如果保證網格頂點信息不丟失則會引入大量的冗余數據，在探測初始特征點時使用的梯度方向分析方法涉及復雜的計算，計算數據量很大的精細模型會耗費大量的時間。

發明內容

針對現有方法的不足，提出了一種直接在三維牙頜模型上快速探測牙弓線的方法，不需要從三維到二維的轉換，避免精度損失或引入冗余數據；避免使用復雜的計算，可以實現穩定、快速、精確的探測。

本方法的技術方案如下：

(1)、簡單人機交互確定咬合平面：在三維模型上交互選取四個參照點：左右兩顆第一恒磨牙的近中頰側尖點和左右兩顆第一尖磨牙的頰側尖點，使用趨勢面分析方法確定咬合平面；

(2)、篩選網格頂點得到初始參照點：首先將網格頂點中其法矢與咬合平面法矢夾角在0°～15°范圍內的頂點保留，然后，保留下來的頂點中到咬合平面的距離在0～5mm范圍內的頂點作為初始參照點；

(3)、確定初始牙弓線：把三維模型上選中的初始參照點映射到二維平面，在二維平面上用四次多項式擬合映射點，得到初始牙弓線；

(4)、依據初始牙弓線提取最終參照點：將初始牙弓線自動等分為40～60段，在每一段中選取一個初始參照點作為最終參照點，其具體方式為：當該段內所有初始參照點均在咬合平面牙根側時，選取離咬合平面最近的初始參照點為該段的最終參照點，其它情況，則以咬合平面牙尖側離咬合平面最遠的初始參照點為最終參照點；

(5)、確定最終牙弓線：采用與第(3)步同樣的方法，得到最終牙弓線。

本發明的方法直接在三維模型上探測牙弓線，不需要從三維到二維的轉換，能夠最大限度的利用已有三維牙頜模型的數據或者避免引入冗余數據，使用線性計算篩選初始參照點，避免了使用復雜的計算，能夠快速、自動、精確的提取患者個性化牙頜的牙弓線，算法穩定、可靠，在計算機正畸矯治有重要的臨床和工程應用價值。

附圖說明

圖1牙弓線探測流程示意圖。

圖2確定咬合平面參照點示意圖。

圖2中符號名稱：1、4-第一恒磨牙近中頰側尖點；2、3-第一尖磨牙的頰側尖點

圖3初始牙弓線示意圖。