[發(fā)明專利]一種牙齒模型中牙冠的自動分割方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910219206.2
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN101706971A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李占利;寧小娟
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T17/20;A61C7/00
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種牙齒模型中牙冠的自動分割方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)臨床獲取的牙頜實(shí)物模型獲取患者的牙齒數(shù)字化模型，其過程如下：

101、提取數(shù)據(jù)信息：采用掃描設(shè)備獲取所述牙頜實(shí)物模型的三維模型表面數(shù)據(jù)，并將所獲得的三維模型表面數(shù)據(jù)存儲至PC機(jī)；

102、重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其重構(gòu)過程如下：

1021、將三維模型表面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為STL文件進(jìn)行存儲：利用PC機(jī)對三維模型表面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將三維模型表面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由多個(gè)三角面片的無序集合組成的STL文件，之后將STL文件存儲至存儲器中；STL文件中每個(gè)三角形面片均由三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)(x_i，y_i，z_i)和一個(gè)用于指明三維模型實(shí)體包含在本三角形面片哪一側(cè)的法向量{n₁，n₂，n₃}來表示；

1022、在依次讀入所述STL文件中所記載三維模型表面數(shù)據(jù)的同時(shí)，建立牙齒數(shù)字化模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：利用PC機(jī)依次讀取三角形面片，查找并依次去除所述STL文件中所記錄的重復(fù)頂點(diǎn)，建立一個(gè)不重復(fù)的包含所有三角形面片頂點(diǎn)的點(diǎn)表，同時(shí)建立包含所有三角形面片的面表；點(diǎn)表中記錄所有不重復(fù)頂點(diǎn)的頂點(diǎn)坐標(biāo)、各頂點(diǎn)所在的邊以及三角形面片，并對所有不重復(fù)頂點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)編號；所述面表中記錄各三角形面片所包含三個(gè)頂點(diǎn)在點(diǎn)表中的編號，并對所有三角形面片進(jìn)行連續(xù)編號；之后，根據(jù)建立起的面表，建立一個(gè)包含所有邊且不重復(fù)的邊表，邊表中記錄各邊的兩個(gè)頂點(diǎn)在點(diǎn)表中的編號且記錄各邊所在三角形面片在面表中的編號以及該邊所屬面的數(shù)量；最后，利用所述PC機(jī)將所建立的點(diǎn)表、面表和邊表存儲至所述存儲器中，即通過所述點(diǎn)表、面表和邊表建立起所述牙齒數(shù)字化模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

103、牙齒數(shù)字化模型交互顯示：通過所述PC機(jī)讀取存儲至存儲器中的點(diǎn)表、面表和邊表，并調(diào)用OpenGL開放圖形處理模塊實(shí)現(xiàn)所述牙齒數(shù)字化模型的真實(shí)顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對所述牙齒數(shù)字化模型的各種基本的幾何操作；

步驟二、通過所述PC機(jī)且采用射線拾取法對所述牙齒數(shù)字化模型表面的三角形面片進(jìn)行拾取；

步驟三、通過所述PC機(jī)且采用標(biāo)記區(qū)分法對所述牙齒數(shù)字化模型中的牙冠和牙齦以及牙冠和牙冠之間進(jìn)行分割，其分割過程如下：

301、確定分割區(qū)域個(gè)數(shù)：所述分割區(qū)域的個(gè)數(shù)為牙齒數(shù)字化模型中所有牙冠的數(shù)量再加上一個(gè)牙齦數(shù)量之和，即對牙齦和每個(gè)牙冠對應(yīng)建立一個(gè)分割區(qū)域；在確定分割區(qū)域個(gè)數(shù)的同時(shí)，為每個(gè)分割區(qū)域分別定義一個(gè)數(shù)組，用以存放該分割區(qū)域內(nèi)的所有三角形面片；

302、采用步驟二中所述的拾取方法在所述牙齒數(shù)字化模型中的每個(gè)牙冠上分別拾取一個(gè)三角形面片并相應(yīng)進(jìn)行區(qū)別標(biāo)記，之后以每個(gè)標(biāo)記過的三角形面片作為分割時(shí)其所在分割區(qū)域的種子面片進(jìn)行擴(kuò)展分割，對于所述牙齒數(shù)字化模型中任一個(gè)分割區(qū)域m*而言，其擴(kuò)展分割過程如下：

3021、初始化堆棧：首先，定義一個(gè)堆棧stack；其次，確定距離閾值ε：所述距離閾值ε＝d*e，其中d為標(biāo)記三角形面片之間的距離，e為一個(gè)乘積系數(shù)取值且其為0～1，本分割區(qū)域m*中的種子面片記作f*；之后，查找與種子面片f*相鄰的三角形面片并計(jì)算種子面片f*與各相鄰三角形面片間的間距d_i：當(dāng)d_i＞ε時(shí)且將此相鄰三角形面片對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體三元組壓入堆棧stack，被壓入堆棧stack相鄰三角形面片記為f_i；否則繼續(xù)計(jì)算其它相鄰的三角形面片和種子面片f*間的間距，直至找到d_i＞ε的與種子面片f*相鄰的三角形面片f_i，便完成所定義堆棧stack的初始化；所述結(jié)構(gòu)體三元組為＜f_i，m*，H(f*，f_i)＞，其中f_i代表三角形面片f_i的編號，m*為標(biāo)記號碼且其代表分割后三角形面片f_i所屬的分割區(qū)域，H(f*，f_i)代表三角形面片f_i與種子面片f*間的相對彎曲程度；

3022、堆棧運(yùn)行，其堆棧運(yùn)行過程包括以下步驟：

1)壓入堆棧stack中的三角形面片f_i出棧，將三角形面片f_i標(biāo)記為m*且將其對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體三元組添加到分割區(qū)域m*對應(yīng)的數(shù)組中；之后，查找與三角形面片f_i相鄰且未標(biāo)記的所有三角形面片，并將所查找出的相鄰未標(biāo)記三角形面片對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體三元組壓入堆棧stack中；

2)壓入堆棧stack中的三角形面片出棧，并判斷出棧的三角形面片是否被標(biāo)記：當(dāng)出棧的三角形面片未被標(biāo)記時(shí)，將其標(biāo)記為m*且將其對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體三元組添加到分割區(qū)域m*對應(yīng)的數(shù)組中，之后查找與該出棧三角形面片相鄰且未標(biāo)記的所有三角形面片；并將所查找出的相鄰未標(biāo)記三角形面片對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體三元組壓入堆棧stack中；

否則，當(dāng)出棧的三角形面片已被標(biāo)記時(shí)，則將該出棧的三角形面片從堆棧stack中刪除；之后，返回步驟2)；直至將堆棧stack內(nèi)部為空時(shí)，即完成所述牙齒數(shù)字化模型中分割區(qū)域m*的擴(kuò)展分割過程，所有連通的三角形面片均被唯一標(biāo)記為m*且同屬于一個(gè)分割區(qū)域m*；

303、重復(fù)步驟302，直至完成所述牙齒數(shù)字化模型中所有牙冠所對應(yīng)分割區(qū)域的擴(kuò)展分割過程；

304、完成所述牙齒數(shù)字化模型中所有牙冠所對應(yīng)分割區(qū)域的擴(kuò)展分割過程后，剩余的所有三角形面片則均屬于同一個(gè)分割區(qū)域且該分割區(qū)域?yàn)檠例l對應(yīng)的分割區(qū)域，因而對所述剩余的所有三角形面片進(jìn)行同一標(biāo)記，便完成所述牙齒數(shù)字化模型中的牙冠和牙齦以及牙冠和牙冠之間的整個(gè)分割過程。