[發明專利]三維數字化牙列模型牙齦曲線自動提取方法

無效

• 申請號: 201310707219.0
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103700103A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 吳婷;張禮兵
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/00;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于數字化設計領域，涉及計算機圖形學和生物醫學工程等技術領域。

背景技術

如何準確地獲取患者牙列模型上每顆牙齒的牙齦曲線形態是口腔修復成功得以實現的重要前提。傳統的修復方法需要根據美學要求和專家經驗，手工雕刻蠟型或牙石膏模型以仿真出與鄰牙協調一致的牙齦曲線，然而這種方法存在效率和精度方面的問題，尤其是當患者缺失多顆牙齒的情況下，這一問題尤為突出。

隨著計算機的迅速發展，國外已經涌現了大批口腔修復CAD／CAM系統設備。然而，由于有限的測量精度和網格重建等因素的影響，通過光學測量技術獲得的三維數字化牙列模型表面上，牙齒之間的縫隙往往融合在一起，因此牙齦曲線的提取方法主要采用手動交互式分割。Kondo等(Kondo?T，?Ong?SH，Foong?KW.Tooth?Segmentation?of?Dental?Study?Models?Using?Range?Images.IEEE?Transactions?on?Medical?Imaging，2004,23(3)：350-362)提出基于深度圖像的牙齦線提取方法，該方法首先在三角網格模型的平面深度圖像中利用探測到的牙齒特征點擬合牙弓線，并展開牙弓線計算出全景深度圖像，然后分別在平面圖和全景圖中探測牙齦線位置，最后綜合兩幅圖像的結果來確定每顆牙齒的分割邊界；但是由于深度圖像并不能精確反映牙齒的三維信息，因此該方法對于嚴重畸形和齒間干涉的模型可能會出現較大的分割偏差。南京航空航天大學的袁天然等(YuanT，LiaoW，Dal?N，Cheng?X，Yu?Q.Single-toothmodeling?for?3D?dental?model.Journal?ofBiomedical?Imaging，2010)利用形態學以及孔洞修復等技術提取牙齦骨架線，并恢復出每顆牙齒具有一階連續的解剖形態；但該過程需要大量的交互式操作。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明從整個牙列模型解剖形態特性出發，提出一種利用離散幾何、圖論、小波以及B樣條曲線等技術進行牙齦曲線提取的方法，以最大程度地減少手動干預，提高牙齦曲線提取的效率和精度。

本發明所采用的技術方案是：

步驟1、模型定位：首先在三維數字化牙列模型上選取左右兩顆第一前磨牙的頰尖以及左右兩顆第一磨牙的遠中頰尖，利用這四個參考點擬合為咬合平面，然后將咬合平面對齊到XY平面，YZ平面穿過兩中切牙中縫，兩個遠中頰尖定位在X軸上，從而將三角網格牙列模型定位到一個標準的方向。

步驟2、牙齦特征線搜索：由于牙齒和牙齦軟組織分界面呈“凹狀”分布，因此這些區域可通過模型的主曲率信息進行提取，而要探測的牙齦特征線實際上是反映牙齦特征區域的一條最佳路徑。因此，本發明區別以往的交互式提取策略，采用基于曲率分析和路徑搜索相結合的技術進行牙齦特征線探測。首先利用Voronoi方法對牙列模型進行離散曲率估算，然后將基于曲率提取的特征區域映射為帶權的無向連通圖，并結合模型的曲率值和解剖形態特征利用Floyd最優路徑算法搜索牙齦特征線。由于Floyd最優路徑算法能夠將目標輪廓探測問題轉化為區域內尋找最小割集問題，所以能夠有效避免牙縫干涉分支，獲得真正意義上的全局最優解。

步驟3、牙齦特征線分割：牙齦線特征線分割旨在對特征線進行單顆牙齒區域劃分。由于牙齒之間以牙縫為分界線，而牙縫位置大致坐落在所提取的牙齦特征線彎曲程度最大的地方，因此分割的任務就歸結為尋找牙齦特征線上曲率較大的位置。但由于牙齦特征線是來自于三角網格中連續抖動的網格頂點，因此為有效探測到特征線上的牙縫位置，首先采用B樣條小波技術對探測到的牙齦特征線進行自動光順，以修復其高頻抖動成分，然后結合特征線的一階和二階微分特性以及牙齦特征線在頰舌側不同的方向特征性，來探測牙縫位置以分割出每顆牙齒的牙齦特征型值點。

步驟4、齒間牙齦線干涉分析：為修復牙齦側面缺失形態以及避免牙齦線發生齒間輪廓干涉，采用基于映射平面和齒間相切約束的曲線擬合方法進行牙齦曲線重建。首先利用牙齦特征型值點擬合出每顆牙齒的牙齦B樣條曲線以及牙弓B樣條曲線，并投影到牙列模型自身的咬合平面上，通過計算投影后牙弓曲線和牙齦曲線的交點來確定兩兩相鄰牙齒之間的相切約束點，并映射回至三維空間當中，最后利用基于特征約束的曲線擬合方法重構齒間無干涉的封閉牙齦曲線。